A dízelmotor története - szívódízel, common rail rendszerek

Közzétéve:
2017-03-10, 10:43

A dízelmotorok fejlődése lassan, de biztosan zajlott - az áttörés a közvetlen befecskendezéses rendszerekkel érkezett meg

A dízelek elterjedése a mindennapi közlekedésben

A dízelmotorok fejlődése lassan ment végbe és a gépkocsi közlekedés számára csak 1920 után vált alkalmassá. A sűrített levegővel történő tüzelőanyag beporlasztása ugyanis a gépkocsi üzemi követelményeinek nem felelt meg. Erre csak a szivattyús befecskendezés tette alkalmassá. A befecskendező szivattyúkra vonatkozó elképzelések Alan és Charlton nevéhez fűződnek. Először a Bosch cég gyártott sorozatszerűen befecskendező szivattyút.

Ez a szivattyú tette lehetővé a kis hengerátmérőjű, nagyobb fordulatszámú dízelmotorok készítését, valamint az indítási nehézségek kiküszöbölését. Ezzel vált a dízelmotor alkalmassá a stabil vasúti- és hajómotorokon kívül kisebb járművek meghajtására is. Ma a forgódugattyús szabályozású dízelbefecskendezési rendszerek a legelterjedtebbek. 

Alan-Charlton dízelszivattyú (1950)

Alan-Charlton dízelmodell motor 1950

 

Eleinte a kisebb járműveknél alkalmazott dízelmotorok közvetlen befecskendezésű kivitelben készültek. Ezeket a kemény járás és az adagoló rendszerrel szembeni érzékenység jellemezte. Nagyrészt e hátrányok kiküszöbölését szolgálták az osztott égésterű Aesel-motorok. Az évek folyamán az osztott égésterű dízelmotoroknak számtalan változata alakult ki. A gyártásuk igaz, hogy drágább, mint az Otto-motoroké, de lényegesen kevesebb és olcsóbb tüzelőanyag fogyasztása gazdaságosabbá teszi. Az autóbuszoknál, tehergépkocsiknál, építőipari gépeknél egyre jobban kiszorítják az Otto-motorokat.

Szerkezetében a dízelmotor hasonlít az Otto-motorra, hiszen mindkettő hengerekből és dugattyúkból, főtengelyből, kiegyenlítő tömegből, vezérműből, szelepekből épül fel, és mindkettő a négy ütem – szívás, sűrítés, terjeszkedés és kipufogás – szerint dolgozik, de működése és az azt kiszolgáló berendezései jelentősen eltérnek.

Az egyik legfőbb különbség, hogy a dízelnél a tüzelőanyag (leginkább gázolaj) gyújtószikra segítsége nélkül, a kompresszió, más néven légsűrítés, miatti felmelegedés hatására öngyulladással ég el, így végezve munkát a hengerben. A dízelmotor hengere csak levegőt szív be, azt sűríti, az adagoló az égéstérben felhevült levegőbe fecskendezi az üzemanyagot. Az Otto-motorok benzin+levegő keveréket kapnak a karburátorba.

Az előkamrás dízelmotorok megjelenése: D, TD

A szívódízel motorok tényleg sokat túlélnek. Tartósságuk egyik oka a vasblokkok bőséges méretezése és hogy sokkal kisebb befecskendezési nyomással működnek. Ennek köszönhetően a motor belső terhelése jóval alacsonyabb, mint az erősebb anyagokból, de lényegesen nagyobb hő- és nyomásterhelésű modern turbódízeleké. Nagyrészt nincs kettős tömegű lendkerék, nagynyomású szivattyú, hengerenként 120 ezerért cserélendő injektor, turbó és részecskeszűrő sem.

Volkswagen 1.6 TD

Volkswagen 1.6 TD

Térjünk rá a kezdetben 1.6D-ként nyilvántartott dízelekre. Akár 6-700 000-et is elfutottak, 100-110 km/h környékén szerettek mozogni, és akár 4,5 literrel is eljártak. A VW konszern dízel motorjainak híre bejárta az egész világot, náluk a kamrás motor örvénykamrát jelent. A kamra egy öntvény, ami köré ráöntik az alumínium hengerfejet, az égés konkrétan itt zajlik le és nem a hengerben. A dugattyú teteje ezért a szelepek helyének bemarásait leszámítva sík, viszont a kamra mérete miatt sok gázzal dolgozik a motor, emiatt a turbódízeleik nagyobb, lomha turbókkal rendelkeztek, hogy a sok kipufogógázt el tudja vezetni a turbinakerék, így óvva meg a turbó tengelyét a töréstől.

A konstrukció előnye a simább járás, a porlasztó egyszerűsége, így olcsósága. Hátránya viszont akad bőven. A dízelmotornak négy dologra van szüksége általánosságban: kompresszióra, hőre, sok levegőre, jól porlasztott gázolajra. Hidegben a kamrások hátránya pont a kamra és annak nagy belső felülete, ami a sűrítéskor megtermelt hőt rögtön elvonja indításkor, ezért kompenzálni kell egy izzítógyertyával. Hidegben ezeket a motorokat olykor 45 másodpercig is hevíteni kell.

Közvetlen befecskendezéses dízelek: TDI, DTI, HDI, JTD, CDI, dCi, SDi

A közvetlen befecskendezéses dízelek legfőbb előnye a kamra hiánya, azáltal az izzítás fogalma szinte lényegtelen. A kamra hiányában gyorsabb gázreakciót nyújt. A porlasztókkal rengeteget lehet javítani vagy éppen rontani a hatásfokon, ezeknél a motoroknál már jellemzően kétlépcsős a porlasztás. Ezek a porlasztók viszont érzékenyebbek a gázolaj minőségére, tisztaságára. A járműiparban már általánosan alkalmazott dízel befecskendezéses technológia. Ennek során a gázolajat nem különálló, örvény- vagy előkamrába, hanem az osztatlan égéstérbe porlasztják.

A sárga a közös nyomócső

A sárga a közös nyomócső

 

A korszerű, közvetlen befecskendezéses dízelek hengerfeje teljesen sík, az égéstér nem más, mint egy, a dugattyúban kialakított szimmetrikus üreg. Itt sűrűsödik össze és forrósodik fel a turbó által benyomott levegő. A forró levegőbe érkezik a rendszerint középen elhelyezett befecskendező fúvókából a gázolaj, majd rövid töprengés után meggyullad és elég. Fontos a nagy befecskendezési nyomás, mert a finomabb üzemanyag jótékony hatással van a koromkibocsátásra. A jó befecskendező rendszeren a nyomás, a befecskendezés időpontja és mennyisége szabályozható.

A Common Rail rendszerek

A kilencvenes évek végén, az új befecskendező rendszerek robbanásszerű elterjedésekor egyszerűen nem volt a világon akkora gyártókapacitás, ami az összes, korszerű dízelhez egyszerre tudott volna CR-alkatrészeket (közös nyomócső) gyártani. Ám a kapacitás lassan kiépült, a költségek csökkentek, a közös nyomócsőben a nyomás emelkedett. A részecskeszűrő bevezetésével nem csak az elő- hanem utóbefecskendezések pontos végrehajtása is szükségessé vált, az alacsonyabb emisszió és kevesebb zaj mellett.

A Common Rail befecskendező rendszerben egy fogasszíjjal hajtott, vagy közvetlenül a vezérműtengely végére szerelt nagynyomású szivattyú hozza létre a befecskendezéshez szükséges irtózatos nyomást. Ehhez kapcsolódik a „közös cső”, ami egy vasdarab, a közepén egy furattal. A rendszerben folyamatosan stabil nyomásviszonyok uralkodnak. A nyomócsövek vezetik tovább az üzemanyagot az egyes befecskendező szelepekhez, ahol a vezérlőegységtől kapott elektromos impulzus hatására egy mágnesszelep, vagy egy piezokristály elmozdulása hidraulikus áttételen keresztül nyitja a szeleptűt, és megtörténik a befecskendezés.

Injektorok, közös nyomócső, üzemanyagszűrő és a pumpa

Injektorok, közös nyomócső, üzemanyagszűrő és a pumpa

 

A dízelmotorokkal szerelt gépkocsik napjaikban meghaladják az eladásokat a benzinmotorokhoz képest. A common rail technológia megnövelte a lökettérfogat/teljesítmény arányukat, és kényelmesebbé tette az üzemeltethetőségüket. A fajlagos fogyasztásuk a benzinmotorokhoz képest alacsonyabb, a szerkezeti adottságuk miatt, ezért tudtak a teherszállításban előretörni. A nagyobb kompresszió jobb termodinamikai hatásfokot tesz lehetővé, és az üzemanyag magasabb hőértéke miatt pedig kevesebbet fogyasztanak.

Források:

Az autós világ friss híreiért tekintsd meg az Alapjárat hírműsorát!

Kapcsolódó írások

Smoke & Charm – A dízelesek közössége
2018. április 06.
A Smoke & Charm Magyarország legnagyobb dízel klubja, ami 2013 óta tartja össze a gázolaj hajtotta autók szerelmeseit.
Egy örökös konstrukció – A TDI történelem
2018. április 07.
A TDI-motorokat mind a mai napig előszeretettel használják tartósságuk és variálhatóságuk miatt. A dízelbotrány ellenére népszerűségük töretlen a fanatikusok között.

További hírek