Kolejowy silnik spalinowy

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania

Kolejowy silnik spalinowy – z reguły silnik wysokoprężny[1], o czterosuwowym[2] lub dwusuwowym obiegu pracy, z wtryskiem bezpośrednim (są jednakże wyjątki np. XVI JV 170/240 mający wtrysk pośredni), poza nielicznymi wyjątkami posiadający doładowanie poprzez turbosprężarkę (czasem układ złożony – turbosprężarka i sprężarka[3]), a często wyposażony również w chłodnicę powietrza doładowującego celem wzrostu mocy i sprawności.

Kolejowe silniki spalinowe można umownie podzielić na silniki do:

W lokomotywach liniowych stosuje się silniki o wysokim doładowaniu, często z wydajną międzystopniową chłodnicą powietrza doładowującego (intercooler), o dużym wysileniu i dużej mocy. W silniku o obiegu dwusuwowym 12N-710G3B-T2 zastosowano doładowanie dwusystemowe (sprężarka ładująca na niskich obrotach i niskiej mocy silnika oraz turbosprężarka dla większych obciążeń).

W lokomotywach manewrowych stosuje się silniki o mniejszych mocach, ponadto dobrze sprawdzają się tam silniki o niezbyt dużym doładowaniu (lub wręcz bez doładowania – wyjątki) i mniejszym wysileniu.

Istotnymi zagadnieniami przy projektowaniu spalinowych silników kolejowych są:

  • ograniczanie masy i rozmiarów zewnętrznych silnika z uwagi na dodatkowy osprzęt lokomotywy i szczupłość posiadanego miejsca,
  • uzyskanie dużej trwałości silnika przy jego jednoczesnym dużym wysileniu,
  • uzyskanie niskiego jednostkowego zużycia paliwa przy zachowaniu norm ekologicznych (emisja spalin i ich czystość) oraz utrzymaniu norm poziomu hałasu i wibracji,
  • uzyskanie możliwie wąskiego silnika dla lokomotyw manewrowych celem poprawy widoczności z kabiny maszynisty,
  • uzyskanie dobrej dynamiki pracy (szybka reakcja na „dodanie gazu”),
  • uzyskanie pewności ruchowej (małe nakłady na obsługę bieżącą),
  • uzyskanie łatwego rozruchu (układy podgrzewające zimny silnik przed uruchomieniem),
  • uzyskanie niskiego zużycia oleju silnikowego poprzez dokładną obróbkę i montaż oraz zapewnienie właściwych temperatur pracy oleju (wydajne chłodnice olejowe, układy wstępnego smarowania silnika z napędem elektrycznym),
  • uzyskanie odpowiedniej wytrzymałości zmęczeniowej wału korbowego z uwagi na dużą długość wału korbowego i wielocylindrowość[4].

Odrębną kwestią jest uzyskanie właściwego przepłukania cylindra ze spalin w silniku dwusuwowym. Przy małej mocy ilość spalin i niedostatecznej ich energii do napędu turbosprężarki silnik wymaga odrębnego układu, aby osiągnąć właściwe przepłukanie cylindrów i mieć właściwe napełnienie cylindra świeżym powietrzem. Z tego powodu silniki dwusuwowe mają odrębny układ - jest to najczęściej napędzana mechanicznie sprężarka Rootsa albo dmuchawa mająca odrębny od silnika trakcyjnego napęd. Podczas jazdy z obciążeniem, gdy turbosprężarka od wydatku i energii spalin jest w stanie wygenerować właściwe ciśnienie doładowania - doładowanie mechaniczne zostaje odłączone.

Przyjęty układ konstrukcyjny silnika dużo zależy od tradycji i doświadczenia w konstrukcji silników. Przykładowo na kontynencie amerykańskim dominują silniki w obiegu dwusuwowym, układzie rzędowym, o bardzo dużej pojemności z cylindra i niskich obrotach pracy (często poniżej 1000 rpm), z wydajnym turbodoładowaniem. Wiąże się to przyjętym układem pracujących tam lokomotyw, mających układ jednokabinowy, zbliżony do lokomotyw manewrowych w Polsce. Ponadto lekkość konstrukcji silnika nie znajdowała się w USA na pierwszym miejscu – ważne były niskie koszty obsługi i duże przebiegi międzynaprawcze. Na kontynencie europejskim bardziej preferowane były silniki o lżejszej konstrukcji, mniejszej pojemności z jednego cylindra i wyższych obrotach pracy.

Polska posiada spore tradycje w projektowaniu kolejowych silników spalinowych. Były one projektowane w Centralnym Biurze Konstrukcyjnym Silników Spalinowych (CBKSS) w Warszawie, gdzie oprócz konstrukcji własnych (rodzina silników a8C22 czy 12C22) były dokonywane rozliczne poprawki konstrukcyjne i modyfikacje silników z licencji Fiat (rodzina silników 2112 SSF) i produkowanych następnie w Zakładach H. Cegielskiego w Poznaniu. Biuro konstrukcyjne było też w Zakładach Mechanicznych im. M.Nowotki w Warszawie, gdzie powstał 12-cylindrowy silnik CD19[5] o mocy 800 KM – konkurencyjny dla a8C22. Do konstruktorów twórców polskich silników kolejowych można zaliczyć takich inżynierów jak: inż. Zygmunt Okołów, Stanisław Krzętowski, Jan Mazurek, Cyprian Suchocki.

Dane techniczne wybranych silników kolejowych
Oznaczenie CD19[6] Wola V Roka 300[7] a8C22 Caterpillar C15 Caterpillar C27 a8C22W 12C22W 2112SSF[8] W2112SSF 2116SSF 12LDA28[9] PD1M[10] 14D40 XVI JV 170/240 GE 7FDL 12 EFI 12N-710G3B-T2 ABC 16VDZC[11] MTU 16V 4000 R84 Caterpillar 3512C/12V
Obieg czterosuw czterosuw czterosuw czterosuw czterosuw czterosuw czterosuw czterosuw czterosuw czterosuw czterosuw czterosuw dwusuw czterosuw czterosuw dwusuw czterosuw czterosuw czterosuw
Zasilanie pompa sekcyjna pompa sekcyjna pompa sekcyjna b.d. b.d. pompa sekcyjna pompa sekcyjna pompa sekcyjna pompa sekcyjna pompa sekcyjna pompa sekcyjna pompa sekcyjna pompa sekcyjna b.d.[12] common rail pompowtryskiwacz b.d. b.d. b.d.
Układ cylindrów widlasty widlasty widlasty rzędowy widlasty widlasty widlasty widlasty widlasty widlasty dwurzędowy rzędowy widlasty widlasty widlasty widlasty widlasty widlasty widlasty
Doładowanie brak brak turbospręż. turbospręż. turbospręż. turbospręż. turbospręż. turbospręż. turbospręż. turbospręż. turbospręż. turbospręż. sprężarka i turbospręż. b.d. turbospręż. sprężarka i turbospręż. turbospręż. turbospręż. turbospręż.
Intercooler brak brak brak jest jest jest jest jest jest jest brak/jest[13] jest brak b.d. jest jest jest jest jest
Liczba cylindrów 12 12 8 6 12 8 12 12 12 16 12 6 12 16 12 12 16 16 12
Średnica cylindra (mm) 190 150 220 137,2 137,2 220 220 210 210 210 280 318 230 170 229 230 256 170 170
Skok tłoka (mm) 210 180 270 171,4 152,4 270 270 230 230 230 360 330 300 243 267 279,4 310 210 215
Pojemność skokowa (cm³) 73400 38150 81600 15200 27030 81600 122000 95600 95600 128000 266000 157200 151000 88340 131960 139300 255200 76300 58230
Stopień sprężania 15 b.d. 13,5 18 16,5 13,5 12,5 11,3 11,3 11,3 b.d. b.d. 14,5 13,5 15,7 b.d. 12,1 17,5 b.d.
Moc maksymalna (KM) 800 300 800 580 [14] 962[15] 1200 1800/1520* 1700 2250 3000 2100 1200 2000 600 2900 3290[16] 5440[11] 3220[17] 2108[18]
Obroty mocy maks. (rpm) 1500 1500 1000 2100 1800 1000 1100 1500 1500 1500 750 750 750 1100 1050 1000 1000 1800 1800
Ciśnienie doładowania (at) b.d. b.d. 1,6 b.d. b.d. 2,1 1,9 2,0 2,4 2,4 2,1 b.d. 2,0 b.d. b.d. b.d. b.d. 3,1 b.d.
Średnie ciśnienie użyteczne (at) 6,5 4,72 8,8 16,35 17,8 13,2 12,1 10,6 14,4 14,4 10,4 9,16 8,1 5,55 18,8 10,8 19,2 21,1 18,0
Średnia prędkość tłoka (m/s) 10,5 9 9 12 9,14 9 9,9 11,5 11,5 11,5 9 8,25 7,5 8,9 9,35 9,31 10,33 12,6 12,9
Obj.wskaźnik mocy (KM/L) 10,9 7,86 9,8 38,16 35,6 14,71 14,75 17,78 23,54 23,44 7,89 7,63 13,25 6,79 21,98 23,62 21,32 42,2 36,0
Masa silnika (kg) 3800 800 7300 1670 [19]. 2400 (3004)[20] 7400 9500 8600 8600 11100 21000 17000 12500 5600 15840 12475 21750 9200 6350
Napędzana lokomotywa SM15 SM30 SM42 111Ed SM42 (6Dg) SM31 SU45[a] SP/U45 SU46 SP47 ST43 SM48 ST44 SM41 ST40 Class 66 Voith Maxima TRAXX F140 DE ST48 (15D)
Zastosowanie doświadczalnie seryjnie seryjnie seryjnie- silnik pomocniczy seryjnie seryjnie prototyp seryjnie seryjnie prototyp wczesne wersje seryjnie seryjnie seryjnie seryjnie seryjnie seryjnie seryjnie seryjnie
  1. 1800 KM to moc jaka została zaplanowana oraz uzyskana przy badaniach stanowiskowych silnika, natomiast w prototypowej SU45 moc ta zostało obniżona do 1520 KM.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Przypisy[edytuj | edytuj kod]

  1. Bohdan Cywiński Encyklopedia Kolejnictwa, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1966, s. 347
  2. W Polsce większość
  3. Z reguły silniki dwusuwowe mają złożony układ doładowania - przy mocach małych dominuje doładowanie mechaniczne, przy dużych doładowanie przejmuje na siebie turbosprężarka
  4. Z tego też powodu zdarzały się awarie silników W2112SSF i 2116SSF w wyniku niedostatecznego przekroju i wytrzymałości ramienia wykorbienia wału.
  5. W silniku tym, dla uproszczenia, zastosowano korbowód doczepny (zamiast rozwidlonego) z niezbyt fortunnym miejscem połączenia do korbowodu głównego, co generowało dość znaczne drgania silnika i było istotnym niedopracowaniem konstrukcyjnym.
  6. Zaprojektowano 3 wersje silnika CD19. Wersja bez doładowania o mocy 800 KM (Pe 6,5), wersja z turbodoładowaniem o mocy 1200 KM (Pe 9,8), oraz wersja z turbodoładowaniem i intercoolerem o mocy 1350 KM (Pe 11).
  7. Bohdan Cywiński Encyklopedia Kolejnictwa, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1966, s. 348
  8. Leon Płachta Trakcja i Wagony nr 11/1984.
  9. ST43
  10. Charakterystyka techniczna lokomotywy SM48
  11. a b Najmocniejsza wersja silnika ABC 16VDZC 188
  12. b.d.- brak danych
  13. W wersji 12LDA28 (2100 KM) brak intercollera, w wersji 12LDA-28-B (2500 KM) i 12LDA-28-C (2750 KM) intercoller jest.
  14. Cat | Cat® C15 ACERT™ Diesel Engine | Caterpillar, www.cat.com [dostęp 2017-11-24] (ang.).
  15. Specyfikacja NEWAG 6Dg
  16. www.lokomotywy.cba.pl.
  17. silnik 16 cylindrowy
  18. Newag_15D_16D-PL
  19. http://www.cat.com/en_US/products/new/power-systems/industrial/industrial-diesel-engines-highly-regulated/18375173.html specydikacja
  20. specyfikacja producenta