Az Előkamrás Dízelmotor Működése
A dízelmotor a belső égésű motorok egy típusa, melyet Rudolf Diesel szabadalmaztatott 1893-ban. Működési elve eltér a benzinmotorokétól, bár szerkezetileg sok hasonlóságot mutatnak.
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. 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.
A dízelmotor szerkezetében hasonlít a nála ismertebb mechanizmusú Otto-motor (benzinmotor) felépítéséhez, hiszen alapvetően mindkettő henger(ek)ből, dugattyú(k)ból, főtengelyből, kiegyenlítő-tömeg(ek)ből, vezérműből, szelepekből stb. Azonban a fő különbség, hogy a dízelnél a tüzelőanyag (leginkább gázolaj) gyújtószikra segítsége nélkül, a jelentősen nagyobb kompresszió (légsűrítés) miatti felmelegedés hatására öngyulladással ég el és végez munkát a hengerben.
A dízelmotor tiszta levegőt szív be és azt sűríti össze. A nagy nyomás miatt a levegő felmelegszik. Ebbe a forró levegőbe az adagolószivattyú dízelolajat fecskendez be, amely magas hőmérsékleten külön gyújtóberendezés (gyertya) nélkül meggyullad, elég. Keverékképzése az úgynevezett minőségszabályozás elvén működik, azaz a beszívott levegő mennyisége azonos, csak a befecskendezett tüzelőanyag mennyisége változik. Ezzel szabályozható a fordulatszám.
Útmutató a Nissan Terrano 2700 dízel vezérléséhez
Az első kísérleti motorok növényi olajjal üzemeltek; később vetődött fel a petróleum és foltbenzin gyártás hulladékaként keletkező „dízelolaj” használatának lehetősége. Nehézkessége és nagy mérete miatt lassan nyert teret alkalmazása, kezdetben csak stabil motorként használták, generátorok meghajtására. Jonas Hasselman svéd mérnök 1904-ben feltalálta az irányváltós motort, ami hajómotorként történő alkalmazását is lehetővé tette. Később vasúti vontatóknál is elterjedt a dízelmotor. 1924-től csatlakozott a Ganz dízelprogramjához Jendrassik György is. 1927 és 1947 között Ganz-Jendrassik néven kerültek forgalomba ezek az erőgépek.
A dízelmotorok azért tudtak főképp a teherszállításban előretörni, mert a benzinmotorokhoz képest alacsonyabb a fajlagos fogyasztásuk. Ez a szerkezeti sajátosságokból adódik: a nagyobb (kb.
A dízelmotornak négy dologra van szüksége általánosságban: kompresszióra, hőre, sok levegőre, jól porlasztott gázolajra.
Az Előkamrás Dízelmotor
Az előkamra a levegőkamrás dízel motorok egyik módosult változata. A levegőkamrás motorba 80- 120 atm. nyomással porlasztják be az olajat, mely az L kamrában kezd égni és az így előálló nyomás okozta légörvénylés hozzájárul az olajköd jó keveredéséhez.
A tüzelőanyagot az F fúvókán nem az elégési térbe, hanem az E előkamrába, 80 atm. nyomással a felső holtpontban fecskendezik be. Ha egy gáz hőmérséklete egy bizonyos "inverziós hőfoknál" magasabb, akkor hirtelen kiterjesztésre nem hűl le, hanem inkább felmelegszik. Ennél a megoldásnál a szelepek vezérlésére szolgáló bütykös tengely axiálisan eltolható és így eltolt helyzetében a szívószelepet csak a szívás végén nyitja.
Dízel üzemanyag összehasonlítás
Az első néhány ütemben beszívott és összenyomott levegő a hengert az inverziós hőfok fölé melegíti. A meleg henger felmelegíti a beszívott levegőt, amely a ritka térbe hirtelen beáramolva jelentősen felmelegszik. Ezután az olajpermet meggyullad.
Az előkamrás motorok égési folyamatának megvalósításakor is felismerhető a Diesel-motorokban az optimális égés biztosítására tett törekvés, hogy a tüzelőanyag-levegő keverék minél kisebb hányada gyulladjon öngyulladás révén és minél nagyobb hányadát a már égő részecskék gyújtsák. A durva porlasztás miatt az előkamrában a tüzelőanyag-levegő keverék kisebb hányada gyújtódik öngyulladással, nagyobb hányadában égést megelőző reakciók mennek végbe.
A „nagy fordulatszámú" motorok fejlesztésének úttörő égéstér-konstrukciója volt Jendrassik György előkamrás Diesel-motorja. A nyitott porlasztófúvókából kilépő tüzelőanyag-sugár mind az előkamrában, mind a főégéstérben az égést megindító keveréket hozta létre és indította csaknem egy időben mindkét térben az égést. Az előkamrából kiáram1ó égő tüzelőanyag-levegő-sugár a dugattyútetőn kiképzett szemen torlódott és terült el a főégéstérben.
Dízelmotor működése
A Befecskendezés
A dízelmotornál a befecskendezés röviddel a FHP (felső holtpont) előtt történik és a magas hőmérséklet hatására a befecskendezett üzemanyagsugár külső felülete szinte azonnal égni kezd. Az égés előre haladtával meggyullad az üzemanyagsugár belseje is. A belső rész égéséhez viszont nincs már elég oxigén, mivel az a külső burok égésekor elhasználódott. A magas koromkibocsátás erre a lokálisan dús égésre vezethető vissza.
Üzemanyagtank méret - Smart Forfour 454
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 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 kamra egy öntvény, ami köré ráöntik az alumínium hengerfejet, az égés konkrétan itt zajlik le és nem a hengerben. A konstrukció előnye a simább járás, a porlasztó egyszerűsége, így olcsósága. Hátránya viszont akad bőven.
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. 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.
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.
Common Rail Diesel befecskendező rendszer működése
Károsanyag-kibocsátás és annak csökkentése
A dízelmotor a benzinessel ellentétben jelentős mennyiségű kormot és nitrogén-oxidot bocsát ki. Ennek megértéséhez fontos tudni a lényegi különbséget az levegő-üzemanyag keverékképzés folyamatában. A hagyományos Otto-motornál a keverékképzés az égéstéren kívül történik és ezáltal, elegendő idő áll rendelkezésre az üzemanyag elpárolgására és elkeveredésére.
A magas nitrogén-oxid kibocsátást főleg a lokálisan magas hőmérséklet okozza, amelynek hatására a levegőben található nitrogén és oxigén egymással reagálva nitrogén-monoxidot (NO) hoz létre amely később részben nitrogén-dioxiddá (NO2) oxidálódik. Az ezen az úton képződött NO-t termikus NO-nak hívjuk és a folyamatot a Zeldovich-képlet írja le. A termikus NO teszi ki a NO kibocsátás 90-95%-t.
Az első, költségtakarékosabb lehetőség a káros anyagok belsőmotorikus csökkentése, melynek során pl. magasabb befecskendezési nyomással, nagyobb arányú és hűtött EGR-rel (exhaust gas recirculation) (kipufogógáz-visszavezetés), magasabb töltőnyomással (turbo nyomással), nagyobb töltőlevegő-hűtővel (Intercooler), optimálisabb égéstér-geometriával, belső örvényléssel (drall), alacsonyabb sűrítési viszonnyal mérséklik a káros anyagok keletkezését.
A második lehetőség a káros anyag kibocsátás motoron kívüli csökkentése, kezelése. Elsőként említendő a két utas oxidációs katalizátor, ami a CO es HC kibocsátás csökkentésére szolgál. A következő lényeges eleme a dízelmotorok károsanyag-kezelő rendszerének a részecskeszűrő (DPF - Diesel Particulate Filter), mely a kipufogógázban található részecskéket - főleg kormot - szűrik ki. A dízel károsanyag-kezelés utolsó fontos eleme a NOx kibocsátás csökkentése. Ez történhet SCR katalizátorral vagy NOx tároló katalizátor segítségével, mely megköti szegénykeverékes üzemben a kipufogógáz NOx-t és dús üzemállapotban redukálja N és CO2-vé.
EGR szelep
Nagyméretű motoroknál alkalmazott megoldás a többfuratú befecskendező fúvóka alkalmazása, a nagy mennyiségű tüzelőanyag több sugárban, ezért nagyobb felületen érintkezik a levegővel, az égés folyamán az oxigénellátás egyenletesebb. Az SCR-technológia során a kipufogógázt egy katalizátorba vezetik, ahol egy különleges folyadékot (AdBlue) adnak hozzá. Ezáltal a motor beállításai lehetnek olyanok, hogy ne kormoljon, mert a nagyobb mennyiségben kibocsátott egyéb káros anyagok a katalizátorban átalakulnak.
A korommentes égés ugyanis erősen megnöveli a kipufogógáz nitrogén-oxid tartalmát, aminek a szintjét szintén lejjebb kellene szorítani. A koromszűrő lényegesen egyszerűbb: egy hosszú fémhengerből áll, a belsejében vékony, kacskaringós járatokkal, melyekben megmarad a korom. Ennek főképp a kiégetése jelent gondot, hiszen egy idő után eltömődik.
Erre az autógyártók különböző módszereket dolgoztak ki. Hosszan tartó, közel állandó közepes vagy magas fordulatszám esetén (például autópályán történő haladáskor) felmelegedne annyira a kipufogó, hogy a korom magától kiégjen, de ha erre nincs lehetőség, a motorvezérlés mesterségesen hevíti túl a motort. Ilyenkor az összes elektromos fogyasztót bekapcsolja és a befecskendezést az optimálistól eltérően időzíti, hogy a kipufogógázok hőmérséklete minél nagyobb legyen.
A motor felépítése is más, mert azt kell elviselnie, amitől a benzinmotor csapágyai, dugattyúi és hengerfejtömítései kiolvadnának, illetve szétégnek: az öngyulladásos égést. Ezért aztán a csapágyak más anyagból készülnek, a hengerfejtömítés erősebb (kamionokon még így is gyakran ez a motor gyenge pontja), a főtengely anyaga, szerkezete és edzése is a lökésszerű terheléshez van méretezve - bár egy jól beállított dízelmotor nem fejt ki nagy lökést gyulladáskor. Ezt az úgynevezett előtöltés, vagy gyulladási késedelem helyes beállításával lehet elérni.
Összefoglalás
A dízelmotorok, különösen az előkamrás változatok, jelentős fejlődésen mentek keresztül az évek során. A hatékonyabb befecskendezési rendszerek, mint a Common Rail, és a károsanyag-kibocsátást csökkentő technológiák, mint az EGR és a részecskeszűrők, lehetővé tették a dízelmotorok szélesebb körű elterjedését. Bár a dízelmotorok károsanyag-kibocsátása továbbra is kihívást jelent, a folyamatos fejlesztések és az új technológiák alkalmazása révén a dízelmotorok továbbra is fontos szerepet játszanak a közlekedésben és az iparban.
tags: #elokamrás #dízelmotor #működése