A dízelmotor története - szívódízel, common rail rendszerek

Frissítve:
2018-09-18, 21:56

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.

A szívódízelek 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 és persze turbó sem, és nincs 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:

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.
Ha dízel autót vennél, akkor új Volvód már nem lesz!
2018. május 18.
Végleg száműzi új modelljeiből a dízel erőforrásokat a Volvo, így a legfrissebb S60 szedán már kizárólag benzines és benzines-hibrid változatban lesz elérhető.
Tankoló autó a benzinkúton
2018. október 09.
Megváltoztatják a tervek szerint az üzemanyag-jelöléseket a benzinkutakon október 12-től.