Kolejowy silnik spalinowy
Kolejowy silnik spalinowy – z reguły silnik wysokoprężny[1], o czterosuwowym 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[2]), a często wyposażony również w chłodnicę powietrza doładowującego celem wzrostu mocy i sprawności.
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[3].
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.
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. 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.
Oznaczenie | CD19[4] | Wola V Roka 300[5] | a8C22 | Caterpillar C15 | Caterpillar C27 | a8C22W | 12C22W | 2112SSF[6] | W2112SSF | 2116SSF | 12LDA28[7] | PD1M[8] | 14D40 | XVI JV 170/240 | GE 7FDL 12 EFI | 12N-710G3B-T2 | ABC 16VDZC[9] | MTU 16V 4000 R43L | 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.[10] | 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[11] | 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[12] | 962[13] | 1200 | 1800/1520* | 1700 | 2250 | 3000 | 2100 | 1200 | 2000 | 600 | 2900 | 3290[14] | 5440[9] | 3220[15] | 2108[16] |
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[17]. | 2400 (3004)[18] | 7400 | 9500 | 8600 | 8600 | 11100 | 21000 | 17000 | 12500 | 5600 | 15840 | 12475 | 21750 | 9200 | 6350 |
Napędzana lokomotywa | SM15 | SM30 | SM42 | 111Ed | SM42 (6Dg) | SM31 | SU45-001(SP45-001)[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 |
W Polsce silniki projektowano 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. Marcelego Nowotki w Warszawie, gdzie powstał 12-cylindrowy silnik CD19[19] 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.
Zobacz też
[edytuj | edytuj kod]Uwagi
[edytuj | edytuj kod]- ↑ 1800 KM to moc jaka została zaplanowana oraz uzyskana przy badaniach stanowiskowych silnika, natomiast w prototypowej SU45 moc ta zostało obniżona do 1520 KM.
Przypisy
[edytuj | edytuj kod]- ↑ Bohdan Cywiński: Encyklopedia Kolejnictwa, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1966, s. 347.
- ↑ Z reguły silniki dwusuwowe mają złożony układ doładowania – przy mocach małych dominuje doładowanie mechaniczne, przy dużych doładowanie przejmuje na siebie turbosprężarka.
- ↑ Z tego też powodu zdarzały się awarie silników W2112SSF i 2116SSF w wyniku niedostatecznego przekroju i wytrzymałości ramienia wykorbienia wału.
- ↑ 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).
- ↑ Bohdan Cywiński Encyklopedia Kolejnictwa, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 1966, s. 348.
- ↑ Leon Płachta Trakcja i Wagony nr 11/1984.
- ↑ ST43.
- ↑ Charakterystyka techniczna lokomotywy SM48.
- ↑ a b Najmocniejsza wersja silnika ABC 16VDZC 188.
- ↑ B.d.- brak danych.
- ↑ W wersji 12LDA28 (2100 KM) brak intercollera, w wersji 12LDA-28-B (2500 KM) i 12LDA-28-C (2750 KM) intercoller jest.
- ↑ Cat | Cat® C15 ACERT™ Diesel Engine | Caterpillar [online], www.cat.com [dostęp 2017-11-24] (ang.).
- ↑ Specyfikacja NEWAG 6Dg.
- ↑ www.lokomotywy.cba.pl. lokomotywy.cba.pl. [zarchiwizowane z tego adresu (2012-01-21)]..
- ↑ silnik 16 cylindrowy.
- ↑ Newag_15D_16D-PL. newag.pl. [zarchiwizowane z tego adresu (2014-04-14)]..
- ↑ http://www.cat.com/en_US/products/new/power-systems/industrial/industrial-diesel-engines-highly-regulated/18375173.html specydikacja.
- ↑ specyfikacja producenta.
- ↑ 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.
Bibliografia
[edytuj | edytuj kod]- Silniki trakcyjne i ich praca. Urządzenia pomocnicze pojazdu. W: Bohdan Cywiński: Encyklopedia Kolejnictwa. Warszawa: Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, 1966, s. 346–361.