Rudolf i Prosper - Trochę Historii

W 1897 r. Rudolf Diesel skonstruował prototypowy, 1-cylindrowy silnik z zapłonem samoczynnym o bardzo wysokiej sprawności 26% - nieosiągalnej dla powszechnych wówczas silników parowych i benzynowych. Pomysł Diesla polegał na tym, by w cylindrze silnika paliwo samo się zapalało od sprężonego przez tłok, a więc gorącego, powietrza. Ten sposób zapalania paliwa w cylindrze nazwano samoczynnym. Silnik ten nie potrzebował więc świec zapłonowych ani aparatu zapłonowego i mógł spalać ciężką frakcję ropy naftowej, która była znacznie tańsza od benzyny. Ze względu na wysoką sprawność i stosunkowo niskie koszty eksploatacji silnik z zapłonem samoczynnym stawał się coraz popularniejszy i wykorzystywany był jako stacjonarne źródło napędu, służył też do napędu lokomotyw, statków, łodzi. W 1913 r. po morzach i oceanach świata pływało ponad 300 statków wyposażonych w silnik pomysłu pana Diesla, który sprzedawał swój patent każdemu, kto wyraził na to ochotę i dysponował odpowiednią gotówką. 
Właściciele patentu starali się udoskonalić dzieło Rudolfa Diesla, który w 1913 r. zginął w tajemniczych okolicznościach. Problemem ograniczającym funkcjonowanie silnika był sposób podawania paliwa do silnika. W założeniu twórcy paliwo było wtryskiwane do cylindra za pomocą sprężonego powietrza, co wymagało stosowania dodatkowej, dużej i wydajnej sprężarki. Silnik ze sprężarką zajmował więc dużo miejsca, o które łatwiej na statku niż w samochodzie. 

Przystosowanie silnika do stosowania w samochodzie wymagało zmniejszenia jego masy i gabarytów. Tymi problemami zajmował się Prosper L’Orange zatrudniony w firmie Benz&Cie. Wymyślił on tzw. pośredni wtrysk paliwa, które było wtryskiwane za pomocą wtryskiwacza do małej komory wstępnej, w której następował zapłon, przenoszący się dogłównej komory spalania umieszczonej nad tłokiem. W 1919 r. L’Orange opatentował swój pomysł wraz z konstrukcją wtryskiwacza, a 2 lata później opracował pompę wtryskową. Zainicjowanie spalania paliwa w komorze wstępnej miało kilka zalet – łagodny wzrost ciśnienia gazów spalinowych na tłok (tzw. miękki bieg), zmniejszenie hałasu i drgań. Wady - to większe zużycie paliwa w stosunku do wtrysku bezpośredniego i trudności z rozruchem silnika w niskich temperaturach.

Konfrontacja - Berlin 1924

W czasach, gdy nie było Interentu, wystawy samochodowe były miejscem konfrontacji producentów samochodów. Na Niemieckiej Wystawie Samochodowej w Berlinie w 1924 r. firma Daimler Motoren Gesellschaft pokazała silnik o mocy 40 KM z zapłonem samoczynnym, w którym wtrysk paliwa był realizowany za pomocą sprężonego powietrza. To tradycyjne rozwiązanie miało tę wadę, że rozprężające się powietrze ochładzało się, co utrudniało zapłon. Sensacją wystawy okazał się silnik o mocy 50 KM z komorą wstępną opracowany przez firmę Benz&Cie. Niemniejsze wrażenie zrobił pojazd mało wówczas znanej firmy M.A.N. napędzany silnikiem o mocy 45 KM z bezpośrednim wtryskiem paliwa wykorzystującym prototypową, rzędową pompę wtryskową firmy Bosch. 
Do rozwoju silnika z zapłonem samoczynnym przyczyniły się dalsze wynalazki - skonstruowanie w 1925 r. termostatu i dwóch obiegów chłodzenia cieczą oraz rozpoczęcie masowej produkcji pomp wtryskowych w 1927 r. przez firmę Bosch. 
Po połączeniu Daimlera i Benza w 1926 r. koncern Daimler-Benz zdecydował się na produkcję silników z wtryskiem pośrednim. Natomiast firma MAN pozostała wierna wtryskowi bezpośredniemu i w 1927 r. wprowadziła do produkcji nowoczesny, 6-cylindrowy silnik z wielootworowymi wtryskiwaczami i 4 (!) zaworami w każdym cylindrze. We wtrysku bezpośrednim istotną rolę odgrywa sposób i szybkość spalania mieszanki w cylindrze, co ma związek z konstrukcją komory spalania. Firma MAN eksperymentowała z różnymi kształtami komory spalania ulokowanej w denku tłoka oraz różnymi wtryskiwaczami. Np. dzięki kulistej komorze spalania (typ G) wprowadzonej w 1937 r. zastosowano tańszy w produkcji wtryskiwacz jednootworowy i dwa zawory w cylindrze, a zużycie paliwa tego tańszego w produkcji silnika okazało się niższe o 6 l/100 km niż w silniku z wtryskiem pośrednim.

Coraz popularniejszy

W latach 30. ubiegłego stulecia silnik z zapłonem samoczynnym całkowicie wyparł w napędach przemysłowych nie tylko silnik parowy, lecz również benzynowy. Silniki Diesla stosowano do napędu statków, lokomotyw i samochodów ciężarowych. Próbowano też z samolotami, w czym przodowała firma Junkers. Za jeden z najlepszych silników lotniczych uznano 6-cylindrowy silnik Jumo 205 typu bokser o mocy startowej 880 KM. By zapewnić niezawodność działania, na każdy cylinder dawano dwa wtryskiwacze i dwie sekcje tłoczące pompy wtryskowej. Doładowany turbosprężarką silnik Jumo 205 służył do napędu samolotów latających na dużych wysokościach – ok. 14 km (w roku 1939). Silnik Jumo działał w systemie 2-suwowym (!), który w tamtych czasach był równie popularny, co 4-suwowy. Silniki z zapłonem samoczynnym pracujące w systemie 2-suwowym, często doładowane sprężarką mechaniczną, produkowały także m.in. firmy Deutz, Alfa Romeo i General Motors.Coraz więcej producentów ciężarówek wprowadzało do produkcji pojazdy napędzane silnikami Diesla. W 1936 r. szwedzka Scania-Vabis rozpoczęła produkcje silników Diesla własnej konstrukcji, od 1946 r. silniki z zapłonem samoczynnym zaczęła stosować firma Volvo.

Po II wojnie światowej konkurowały ze sobą dwa systemy – wtrysk pośredni Mercedesa i bezpośredni – MAN-a. W 1951 r. firma MAN wprowadziła doładowanie turbosprężarką w silnikach ciężarówek, wykorzystując sprawdzoną wcześniej technologię w silnikach służących do napędu lokomotyw. Przełomowym opracowaniem w konstrukcji silników z bezpośrednim wtryskiem była komora spalania typu M wprowadzona przez MAN-a w 1954 r. Komora ta, opracowana przez Siegfrieda Meurera, umożliwiła styczne do ścianek cylindra wtryskiwanie paliwa, które parowało warstwowo i w stosunkowo niskich temperaturach. W ten sposób wydłużono proces spalania mieszanki paliwowo-powietrznej w cylindrze, czego efektem była bardziej miękka i cichsza niż poprzednio praca silnika. Co więcej, silnik ten mógł spalać różne rodzaje paliwa – od benzyny do oleju napędowego. Właściwość ta zdobyła szczególne uznanie w wojsku (silniki czołgowe). Zalety wtrysku bezpośredniego stały się tak przekonujące, że Mercedes-Benz w 1964 r. wycofał się z produkcji silników z wtryskiem pośrednim na korzyść bezpośredniego (OM 346 i OM 352). Nad producentami samochodów zawisły nowe chmury – normy emisji spalin. Do 1994 r. powszechnie stosowano mechaniczne, rzędowe pompy wtryskowe. Spełnianie norm emisji Euro 2 spowodowało wprowadzenie pomp wtryskowych sterowanych elektronicznie. Przełomowym rozwiązaniem okazało się wprowadzenie w 1994 r. przez Volvo Trucks elektronicznie sterowanych pompowtryskiwaczy (UIS) firmy Bosch. Wkrótce system ten zaczęły stosować również Iveco i Scania, która wkrótce opracowała swoje konstrukcje. Natomiast Mercedes-Benz, Renault Trucks, DAF (PACCAR), MACK i Deutz wprowadziły podobne rozwiązanie UPS (pompa-przewód-wtryskiwacz).