A dízelmotor működése

A dízelmotor a belső égésű motorok egyik legelterjedtebb és legfontosabb típusa, alapjaiban változtatta meg a modern világot. Az ipari forradalom utáni energiaigényekre válaszul született meg, és azóta is kulcsszerepet játszik a közlekedésben, az áruszállításban, a mezőgazdaságban, az építőiparban és az energiatermelésben. Működési elve, mely a kompressziós gyújtáson alapul, számos előnnyel ruházza fel, többek között a kiemelkedő hatásfokkal, a robusztus felépítéssel és a nagy nyomatékkal.

A dízelmotor története

A dízelmotor története elválaszthatatlanul összefonódik egy német mérnök, Rudolf Diesel nevével, aki a 19. század végén, a gőzgépek korában tűzte ki célul egy sokkal hatékonyabb hőerőgép megalkotását. Diesel víziója az volt, hogy olyan motort hozzon létre, amely nem igényel külső gyújtást, és képes különféle üzemanyagokkal, akár szénporral vagy növényi olajokkal is működni.

Az első dízelmotorok lassú járásúak és hatalmasak voltak, elsősorban stabil gépek, erőművek és hajók meghajtására szolgáltak. Az idő múlásával azonban a technológia rohamosan fejlődött. A 20. század elején megjelentek a kisebb, gyorsabb dízelmotorok, amelyek lehetővé tették a járművekbe való beépítést is. A Bosch cég által kifejlesztett mechanikus befecskendező szivattyúk jelentették az egyik legfontosabb áttörést, ami megalapozta a dízelmotorok széleskörű elterjedését a teherautókban, buszokban és később a személyautókban is.

A dízelmotor működési elve

A dízelmotor működési elve alapvetően különbözik a benzinmotorokétól, melyek az Otto-ciklus szerint működnek és gyújtógyertyával gyújtják meg az üzemanyag-levegő keveréket. A folyamat során a dugattyú a szívás ütemben kizárólag friss levegőt szív be a hengerbe. Ezt követően a sűrítés ütemben a dugattyú felfelé mozogva a levegőt a hengerben rendkívül magas nyomásra (általában 30-50 bar) és hőmérsékletre (akár 700-900 °C-ra) sűríti. Amikor a levegő hőmérséklete eléri a gázolaj öngyulladási hőmérsékletét, a befecskendező fúvóka finoman porlasztott gázolajat juttat az égéstérbe. A forró levegővel érintkezve a gázolaj azonnal öngyullad, és robbanásszerűen égni kezd. Az égés során keletkező forró gázok nyomása lökést ad a dugattyúnak, ami lefelé mozdítja azt, létrehozva a hasznos munkát.

A dízelmotor szerkezete

A dízelmotor felépítése alapjaiban hasonlít a benzinmotorokéhoz, azonban a magasabb kompressziós nyomás és az égési folyamat során fellépő nagyobb erők miatt robusztusabb kialakítást igényel. A motorblokk a motor alapja, amely a hengereket, a hűtővíz-járatokat és az olajcsatornákat foglalja magában. Hagyományosan öntöttvasból készül, amely kiváló szilárdságot, merevséget és hőállóságot biztosít. A modern, könnyebb motoroknál azonban egyre gyakrabban alkalmaznak alumíniumötvözeteket, acélbetétekkel a hengerfalaknál a kopásállóság érdekében.

Útmutató a Nissan Terrano 2700 dízel vezérléséhez

A hengerfej zárja le a hengereket felülről, és tartalmazza a szívó- és kipufogószelepeket, valamint a befecskendező fúvókákat. A dízelmotorok hengerfejei általában masszívabbak, mint a benzinmotorokéi, és speciális kialakítású égéstereket (pl. örvénykamrás vagy közvetlen befecskendezéses) alakítanak ki bennük a hatékony égés optimalizálására. A dugattyúk a hengerekben fel-le mozognak, feladatuk a levegő sűrítése és az égés során keletkező nyomás átadása a hajtókaroknak. A dízelmotor dugattyúi általában erősebbek, gyakran hosszabbak és nagyobb teherbírásúak, mint a benzinmotorokéi, és speciális anyagokból (pl. alumínium-szilícium ötvözetekből) készülnek, gyakran kerámia vagy nikkel-szilícium bevonattal az égéstér felőli oldalon, hogy ellenálljanak a magas hőmérsékletnek és nyomásnak. A hajtókarok kötik össze a dugattyúkat a főtengellyel, átalakítva a dugattyúk egyenes vonalú mozgását a főtengely forgó mozgásává. Ezek az alkatrészek rendkívül nagy húzó- és nyomóterhelésnek vannak kitéve, ezért nagy szilárdságú kovácsolt acélötvözetekből készülnek. A főtengely gyűjti össze az összes hengerből érkező energiát, és továbbítja azt a lendkeréken keresztül a sebességváltó felé.

A vezérműtengely(ek) feladata a szelepek nyitásának és zárásának precíz időzítése, biztosítva a megfelelő gázcserét. A dízelmotorokban is alkalmaznak felülvezérelt (OHC, DOHC) rendszereket, amelyek pontosabb szelepvezérlést tesznek lehetővé. A izzítógyertyák kulcsszerepet játszanak a hidegindításnál. Ezek a kis fűtőelemek előmelegítik az égésteret, megkönnyítve ezzel a gázolaj öngyulladását alacsony külső hőmérsékleten, amikor a sűrítés hője önmagában nem elegendő. A kenési rendszer biztosítja a mozgó alkatrészek kenését és hűtését, míg a hűtőrendszer (általában folyadékhűtés) elvezeti az égés során keletkező felesleges hőt, megakadályozva a motor túlmelegedését.

A dízelmotor négyütemű működése

A dízelmotor működése a négyütemű ciklus szerint valósul meg, ami a dugattyú minden második főtengely-fordulatra eső mozgását jelenti:

1. Szívás ütem (1. ütem): A dugattyú lefelé mozog a hengerben a felső holtpontról az alsó holtpont felé. Ezzel egy időben a szívószelep(ek) nyitva vannak, és a motor külső levegőt szív be a hengerbe. Fontos különbség a benzinmotorokhoz képest, hogy itt kizárólag levegő jut a hengerbe, üzemanyag nélkül.
2. Sűrítés ütem (2. ütem): A dugattyú az alsó holtpontról felfelé mozog a felső holtpont felé. Mindkét szelep zárva van. A hengerben lévő levegő térfogata drasztikusan lecsökken, nyomása és hőmérséklete rendkívül magasra emelkedik.
3. Égés és munka ütem (3. ütem): Amikor a dugattyú eléri a felső holtpontot, vagy közvetlenül előtte (a motorvezérlő egység által meghatározott befecskendezési időpontban), a befecskendező fúvóka rendkívül finoman porlasztott gázolajat juttat az égéstérbe. A magas hőmérsékletű, sűrített levegő hatására az üzemanyag azonnal öngyullad, és robbanásszerűen, de szabályozottan égni kezd. A keletkező égési gázok nyomása lökést ad a dugattyúnak, ami nagy erővel lefelé mozdítja azt. Ez a munkaütem, ami a motort hajtja és mechanikai energiát termel.
4. Kipufogás ütem (4. ütem): A dugattyú ismét felfelé mozog az alsó holtpontról a felső holtpont felé. Ezzel egy időben a kipufogószelep(ek) nyitva vannak, lehetővé téve az égés során keletkezett kipufogógázok kiszorítását a hengerből a kipufogórendszerbe.

A dízelmotorok teljesítményét elsősorban a befecskendezett üzemanyag mennyisége szabályozza, nem pedig a beszívott levegő mennyisége, mint a benzinmotoroknál.

Üzemanyag-ellátó rendszerek

Az üzemanyag-ellátó rendszer a dízelmotor egyik legkomplexebb és legkritikusabb része. Feladata a gázolaj precíz, a motor működési állapotához igazodó adagolása, rendkívül nagy nyomáson és finom porlasztással.

Dízel üzemanyag összehasonlítás

• Soros és elosztó adagolós szivattyúk: A dízelmotorok történetének korábbi szakaszában a soros adagolós szivattyúk és az elosztó adagolós szivattyúk voltak a jellemzőek. Ezek a mechanikus rendszerek a motor főtengelyéről kapták a hajtást, és a fordulatszámmal arányosan adagolták az üzemanyagot. Ezek a rendszerek rendkívül robusztusak és megbízhatóak voltak, azonban a befecskendezési nyomás viszonylag alacsony volt (néhány száz bar), és a befecskendezés időzítése, valamint mennyisége kevésbé volt finoman szabályozható. Ez gyakran zajosabb járást, magasabb fogyasztást és nagyobb károsanyag-kibocsátást eredményezett, különösen részterhelésen.
• Adagoló-fúvóka (Pumpe-Düse, PD) rendszer: Az adagoló-fúvóka (Pumpe-Düse, PD) rendszer, amelyet elsősorban a Volkswagen-csoport alkalmazott a 2000-es évek elején, egy jelentős fejlődési lépést jelentett. Itt minden hengerhez tartozott egy különálló egység, amely egy befecskendező szelepből és egy kis, mechanikusan vagy elektromosan vezérelt dugattyús szivattyúból állt. A PD rendszerek előnye volt a gyors reakcióidő és a nagy befecskendezési nyomásból adódó jó hatásfok. Hátrányuk viszont a komplex vezérlés, a motor rezgései miatt nehezen vezérelhető befecskendezési időzítés, valamint a viszonylag magas zajszint. Bár a nagy nyomású üzemanyagvezetékek hiánya egyszerűbbé tette a motor felépítését, a befecskendező egységek cseréje költségesebb lehetett.
• Common Rail (közös nyomócsöves) rendszer: A Common Rail (közös nyomócsöves) rendszer ma a legelterjedtebb és legfejlettebb üzemanyag-ellátó technológia a dízelmotorokban. Ennek lényege, hogy egy nagynyomású szivattyú (akár 2700 bar nyomásra is képes, de folyamatosan fejlődik) folyamatosan fenntartja a nyomást egy közös gyűjtőcsőben, azaz a „rail”-ben. A Common Rail rendszer legnagyobb előnye a rugalmasság. A befecskendezés időzítése, mennyisége, és sőt, a befecskendezések száma egy égési ciklus alatt teljesen szabadon programozható a motorvezérlő egység (ECU) által. A Common Rail technológia hozzájárult a dízelmotorok jelentős fejlődéséhez a teljesítmény, a fogyasztás, a zajszint és a károsanyag-kibocsátás terén. A Common Rail rendszer további fontos elemei a nagynyomású szivattyú (általában dugattyús), amely a gázolajat a rail-be pumpálja, a nyomásérzékelő a rail-en, amely monitorozza a nyomást, és a nyomásszabályozó szelep, amely a rail nyomását tartja optimális szinten.

Dízelmotorok típusai

A dízelmotorok rendkívül sokoldalúak, és számos különböző méretben és konfigurációban léteznek, az apró ipari motoroktól a hatalmas tengeri meghajtó egységekig.

• Személyautó dízelmotorok: A személyautó dízelmotorok az elmúlt évtizedekben hatalmas fejlődésen mentek keresztül. A kezdeti, zajos és lassú egységekből kifinomult, erőteljes és gazdaságos hajtásláncokká váltak. A modern személyautó dízelek szinte kivétel nélkül turbófeltöltővel (gyakran változó geometriájúval) és Common Rail befecskendezéssel rendelkeznek. A szigorú környezetvédelmi normák miatt kötelezővé vált a dízel részecskeszűrő (DPF) és gyakran az AdBlue-t használó szelektív katalitikus redukció (SCR) is.
• Teherautó és busz dízelmotorok: A teherautó és busz dízelmotorok a megbízhatóságot, a tartósságot és a rendkívül nagy nyomatékot helyezik előtérbe. Lökettérfogatuk jellemzően 6 litertől akár 16 literig terjed, és gyakran soros elrendezésű, 6 hengeres kivitelben készülnek. A turbófeltöltés és az intercooler alapfelszereltség, a Common Rail befecskendezés pedig mára általános. Ezek a motorok nagy terhelés mellett is képesek hosszú élettartamot biztosítani (akár több millió kilométert), és optimalizálva vannak az alacsony fordulatszámon leadott maximális nyomatékra, ami elengedhetetlen a nehéz rakományok mozgatásához és a meredek emelkedők leküzdéséhez.
• Hajó dízelmotorok: A hajó dízelmotorok rendkívül széles skálán mozognak, a kis halászhajók motorjaitól a hatalmas óceánjáró teherhajók gigantikus motorjaiig. A kisebb egységek gyakran hasonlítanak a teherautó motorokhoz, de tengeri környezetre adaptálva (pl. A nagyméretű tengeri dízelmotorok (pl. kétszeres lökettérfogatú, lassú járású, kétütemű motorok) a világ legnagyobb belső égésű motorjai közé tartoznak. Ezek akár több ezer tonnát is nyomhatnak, és több tíz megawatt (MW) teljesítményt is leadhatnak. Jellemzőjük az extrém robusztusság, a rendkívül hosszú üzemóra-intervallumok (akár több tízezer óra) és a nehézolajjal (bunker fuel, HFO) való működés képessége, amely gazdaságosabb, de nagyobb karbantartási igényű.
• Ipari és erőművi dízelmotorok: Az ipari és erőművi dízelmotorok generátorok meghajtására (dízelgenerátorok), szivattyúk üzemeltetésére, kompresszorok hajtására vagy más ipari gépek energiaellátására szolgálnak. Gyakran állandó fordulatszámon, hosszú ideig üzemelnek, ezért a megbízhatóság, a tartósság és az alacsony üzemeltetési költségek kiemelten fontosak. Az erőművi alkalmazásokban, különösen a távoli területeken, a hálózaton kívüli rendszerekben vagy a csúcsterhelések kiegyenlítésére (peak shaving), a dízelgenerátorok kulcsszerepet játszanak.

Turbófeltöltés

A turbófeltöltés az egyik legfontosabb technológia, amely forradalmasította a dízelmotorok teljesítményét, nyomatékát és hatásfokát. A turbófeltöltő lényege, hogy a motor kipufogógázainak mozgási energiáját használja fel a motorba jutó levegő sűrítésére, ezáltal több oxigént juttatva az égéstérbe.

A turbófeltöltő két fő részből áll: egy turbinából és egy kompresszorból, amelyek egy közös tengelyen helyezkednek el. A kipufogógázok a turbina házába áramlanak, és megforgatják a turbinát, amely akár 200 000 fordulat/perc sebességgel is foroghat. A turbina forgása átadódik a közös tengelyen lévő kompresszornak.

A levegő sűrítése során a hőmérséklete megnő, ami csökkenti a sűrített levegő sűrűségét és oxigéntartalmát. Ennek ellensúlyozására alkalmazzák az intercoolert (töltőlevegő-hűtőt). Az intercooler feladata a turbófeltöltő által sűrített és felmelegített levegő lehűtése, mielőtt az a motorba jutna.

A modern dízelmotorokban gyakran alkalmaznak változó geometriájú turbófeltöltőket (VGT vagy VTG). Ezek a turbófeltöltők képesek a turbina lapátjainak (vagy a turbina házában lévő terelőlemezeknek) szögét változtatni, optimalizálva ezzel a turbina működését a motor fordulatszámától és terhelésétől függően.

Üzemanyagtank méret - Smart Forfour 454

Emellett léteznek iker-turbó (twin-turbo) rendszerek is, amelyek két turbófeltöltőt használnak:

• Szekvenciális iker-turbó: Egy kisebb turbófeltöltő felel az alacsony fordulatszámú nyomatékért és a gyors gázreakcióért, míg egy nagyobb turbófeltöltő kapcsolódik be magasabb fordulatszámon, biztosítva a maximális teljesítményt.

Kipufogógáz-kezelő rendszerek

A dízelmotorok, különösen a régebbi típusok, hírhedtek voltak a nitrogén-oxid (NOx) és a koromrészecske-kibocsátásuk miatt. A szigorodó környezetvédelmi szabályozások (Euro normák) azonban drasztikus fejlesztésekre kényszerítették a gyártókat, ami a kipufogógáz-kezelő rendszerek bonyolult és rendkívül hatékony fejlődését eredményezte.

• EGR (Exhaust Gas Recirculation - kipufogógáz-visszavezetés): Az EGR (Exhaust Gas Recirculation - kipufogógáz-visszavezetés) rendszer célja a nitrogén-oxidok (NOx) képződésének csökkentése. A kipufogógáz egy részét visszavezetik a szívócsőbe, ahol az összekeveredik a friss levegővel. Csökkenti az égési hőmérsékletet, mivel a visszavezetett gázok hőelnyelő kapacitása magasabb, és a lassabb égés is mérsékli a csúcshőmérsékleteket. Az EGR rendszerek lehetnek külső hűtésűek, ami egy hőcserélő segítségével tovább csökkenti a visszavezetett gázok hőmérsékletét, ezáltal még hatékonyabban csökkentve a NOx-kibocsátást. Léteznek magas nyomású (HP EGR) és alacsony nyomású (LP EGR) rendszerek is, attól függően, hogy a kipufogógázokat a turbófeltöltő előtt vagy után vezetik-e vissza.
• DPF (Diesel Particulate Filter - dízel részecskeszűrő): A DPF (Diesel Particulate Filter - dízel részecskeszűrő) a koromrészecskék (szilárd részecskék) eltávolítására szolgál a kipufogógázból, és ma már minden új dízelautóban kötelező. Ez egy kerámia anyagból (általában szilícium-karbidból) készült szűrő, amely mikroszkopikus csatornák labirintusából áll. A szűrő idővel telítődik korommal, ezért rendszeres időközönként regenerálásra van szüksége. Ez egy olyan folyamat, amely során a szűrőben felgyülemlett kormot magas hőmérsékleten (kb. 550-650 °C) elégetik.
  • Passzív regeneráció: A motor normál üzemi körülményei között, magas kipufogógáz-hőmérsékleten (pl.
  • Aktív regeneráció: Ha a passzív regeneráció körülményei nem adottak (pl. városi forgalom), a motorvezérlő egység módosítja a befecskendezési időzítést (utóbefecskendezés), ami növeli a kipufogógáz hőmérsékletét, és elindítja a korom elégetését.
• SCR (Selective Catalytic Reduction - szelektív katalitikus redukció): Az SCR (Selective Catalytic Reduction - szelektív katalitikus redukció) egy rendkívül hatékony technológia a nitrogén-oxidok (NOx) csökkentésére, és mára a legszigorúbb emissziós normák teljesítésének egyik alappillére. Az AdBlue a kipufogógáz magas hőmérsékletén ammóniává (NH3) bomlik. Ez az ammónia...

Összegzés

A dízelmotorok a modern technológia lenyűgöző példái, amelyek a közlekedés, az ipar és az energiatermelés számos területén nélkülözhetetlenek. A folyamatos fejlesztéseknek köszönhetően a dízelmotorok egyre hatékonyabbak, tisztábbak és csendesebbek, miközben továbbra is megőrzik robusztusságukat és megbízhatóságukat.

tags: #dizel #működése

• Családi autók megbízhatósága
• Biztonságos és tartós gumiabroncsok
• Nehézpótkocsi jogosítvány gyorsan
• Biztosítéktábla az Audi Q7-ben
• Nyári gumiabroncs teszt útmutató