A Dízelmotor Jellemzői, Története és Üzemanyagának Kérdése
A dízelmotor (régebbi írásmóddal Diesel-motor) belső égésű motor, amelynek működési elvét a német Rudolf Diesel szabadalmaztatta 1893. A dízelmotor szerkezetében hasonlít a nála ismertebb mechanizmusú Otto-motor, avagy benzinmotor felépítéséhez, hiszen alapvetően mindkettő henger(ek)ből, dugattyú(k)ból, főtengelyből, kiegyenlítő-tömeg(ek)ből, vezérműből, szelepekből stb. épül fel. A fő különbség, hogy a dízelnél a tüzelőanyag (leginkább gázolaj) gyújtószikra segítsége nélkül, a legalább hússzoros kompresszió (légsűrítés) miatti felmelegedés hatására öngyulladással ég el és végez munkát a hengerben. Van kétütemű dízelmotor is amelynek kétszer magasabb a teljesítménye az azonos henger-térfogatú négyüteművel szemben.
Működési Elv és Alapok
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.
A Dízelmotor Fejlődése és Alkalmazása
Nehézkessége és nagy mérete miatt lassan nyert teret alkalmazása, kezdetben csak stabil motorként használták, generátorok meghajtására. Jonas Hesselman 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 második világháborúban a T-34 harckocsik dízelmotorja jelentősen nagyobb hatótávolságot tett lehetővé, mint a vetélytársak benzinmotorja, jelentősen kisebb tűzveszély mellett.
Közúti forgalomban csak a 20. században jelentek meg nagyobb számban, de részarányuk elhanyagolható volt elsősorban a viszonylag alacsony lökettérfogat/teljesítmény arányuk, valamint kényelmetlen üzemeltethetőségük miatt. Ez az 1990-es évek közepére változott meg a turbófeltöltő, majd a common rail technológia bevezetésével és elterjedésével. Ezzel a dízelmotorok a benzinmotorok egyenrangú társává, sőt vetélytársává váltak. A common rail motorokat a FIAT fejlesztette ki (JTD), majd a Bosch megvásárolta a licencet 1997-ben. A dízelek eladása folyamatosan emelkedett az 1990-es években, majd nagyjából 2005 és 2017 között, az úgynevezett „dízelbotrány” (más nevén: emissziós botrány) kipattanásáig, elsősorban Nyugat-Európában, a dízelmotorral szerelt autók eladásai meghaladták a benzinmotorral szerelt járművekét.
Előnyök és Hátrányok
A dízelmotorok azért tudtak főképp a teherszállításban előretörni, mert a benzinmotorokhoz képest alacsonyabb a fajlagos fogyasztásuk. Ez a szerkezeti sajátosságokból adódik: a nagyobb (kb. 1:20) kompresszió jobb termodinamikai hatásfokot tesz lehetővé, azonos lökettérfogatú benzin- és dízelmotorok közül a dízel - jobb hatásfoka és az üzemanyag magasabb hőértéke miatt - kevesebbet fogyaszt.
A dízelmotor a benzinessel ellentétben jelentős mennyiségű kormot és nitrogén-oxidot bocsát ki. Ennek megértéséhez fontos tudni a lényegi különbséget a 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 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 előrehaladtával 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. 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.
Dízel részecskeszűrő működése
Károsanyag-Kibocsátás Csökkentése
Az első, költségtakarékosabb lehetőség a károsanyagok belsőmotorikus csökkentése, melynek során pl. magasabb befecskendezési nyomással, nagyobb arányú és hűtött EGR-rel (exhaust gas recirculation, kipufogógáz-visszavezetés), magasabb töltőnyomással, nagyobb töltőlevegő-hűtővel, optimálisabb égéstér-geometriával, belső örvényléssel (drall), alacsonyabb sűrítési viszonnyal mérséklik a károsanyagok keletkezését.
A második lehetőség a károsanyag kibocsátás motoron kívüli csökkentése, kezelése. Elsőként említendő a kétutas oxidációs katalizátor, ami a CO- es HC-kibocsátás csökkentésére szolgál. A következő lényeges eleme a dízelmotorok károsanyag-kezelő rendszerének a DPF (Diesel részecskeszűrő, Diesel Particulate Filter), amely a kipufogógázban található részecskéket - főleg a kormot - szűri ki. A dízel károsanyag-kezelés utolsó fontos eleme a NOx-kibocsátás csökkentése. Ez történhet SCR katalizátorral vagy NOx-tároló katalizátor segítségével, amely megköti szegénykeverékes üzemben a kipufogógáz NOx-et és dús üzemállapotban redukálja N-né és CO2-dá. Nagy méretű 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 dízelbuszok és -teherautók is leállhatnak az AdBlue-hiány miatt, már a Molnál is alig van készlet.
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 Dízelmotor Szerkezeti Sajátosságai
A motor felépítése is más, mert azt kell elviselnie, amitől a benzinmotor csapágyai, dugattyúi és hengerfejtömítései kiolvadnak, 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 gyulladási késedelem helyes beállításával lehet elérni. A gyulladási késedelem a tüzelőanyag befecskendezése és az égés kezdete közötti idő. Optimális esetben ez az érték nagyon kicsi, az égés hamar indul meg és fokozatosan zajlik le.
A legnagyobb különbség azonban a hengerfejekben mutatkozik: míg a benzinmotoroknál az égéstér kialakítása viszonylag egyszerű, a dízelmotor égéstere bonyolultabb formájú. Az izzítógyertya indítás előtt melegíti az égésteret, hogy a befecskendezett gázolaj az izzítógyertyával egyáltalán nem érintkezve (a különben alacsony sűrítési véghőmérséklet ellenére is) meggyulladjon. Azért nem érintkezhet a gázolaj a gyertyával, mert az jóval túlhaladja a gázolaj öngyulladását, így a robbanás előbb következne be, mint ahogy kéne. Általános tévhit, hogy az izzítógyertya minden indulásnál, és minden hőmérsékleten izzít. A legtöbb autóban (még a 20 évesekben is), ha a hűtőfolyadék hője eléri a 15 Celsius-fokot, akkor nem következik be az izzítás. Az „izzítás-jel” a műszerfalon egy kontroll lámpa, ha indítás előtt nem villan fel, akkor gond van az izzítógyertyákkal.
Bizonyos alkalmazásokban (pl. hajók, vonatok, teherautók) nem alkalmaznak izzítógyertyát. Ez azért lehetséges, mert az égéstér osztatlan (MAN, Sauer, MAN-HM, Hesselman stb.), így az üzemanyag több része közvetlenül a felforrósodott levegőhöz ér. Beindítása, főleg hideg időben nehézkes, régen a teherautók alá tüzet raktak. Ma már csak olyan helyeken alkalmazzák, ahol ritkán állítják le őket, pl. hajók, vonatok. A régebbi rendszerű örvény- és előkamrás dízelmotoroknál az égéstér osztott volt: az egyik térrészbe szívta be a motor a levegőt és a kipufogás is innen történt, a másik térrészben pedig a porlasztó helyezkedett el.
Dízelmotorok a Versenysportban
A dízelmotoroknak sokáig csak a teherautókban, autóbuszokban és taxikban volt létjogosultságuk, azonban a common-rail technológia, a változtatható geometriájú turbófeltöltő és a piezotűs adagoló lehetővé tette, hogy viszonylag nagy fordulatszámra képes, tömegükhöz képest magas teljesítményű dízelmotorok épülhessenek. Ezek azonban pörgősségben még mindig nem veszik fel a versenyt az Otto-motorokkal, így rövidtávú versenyeken egyelőre nem szerepelnek. Hosszútávú futamokon azonban, ahol az üzemanyag-fogyasztás döntő fontosságú, már van esélyük. A korai Le Mans-i próbálkozások azonban kudarcba fulladtak. Az első fontosabb eredményt 1998-ban egy BMW 320d érte el, mikor is megnyerte a 24 órás nürburgringi futamot, ez után azonban sokáig semmit sem lehetett hallani a dízelmotoros versenyautókról. Öt évvel később a Dakar-ralin a Volkswagen gyári csapata indított 1.9-es TDI-motorral szerelt Touaregeket, majd 2004-től nagyobb hengerűrtartalmú (2.5 literes), de azonos technikájú dízelmotorral futó Race Touaregeket. A Dakart eddig még nem tudták megnyerni a típussal (legjobb eredményük 2005-ben egy összetett 3. hely volt Jutta Kleinschmidt és Fabrizio Pons jóvoltából), de a 2008-as Dakar Series első versenyén, a CE Rallyn Carlos Sainz már győzelemre vitte a versenyautót.
A Volkswagen-konszern máshol is igyekszik kihasználni a dízelmotorok előnyeit: a Le Mans-ban addig ötször diadalmaskodó Audi-csapat TFSI-motoros R8R-jeit TDI-motoros R10-esek váltották a 2006-os versenyen. Eleinte mindenki kíváncsi volt, vajon az alacsonyabb fogyasztás behozhatja-e a dízelmotor teljesítményhátrányát, de a 8-as rajtszámú, Frank Biela-Marco Werner-Emanuele Pirro trió által vezetett autó győzni tudott. Egy évvel később már ellenfelük is akadt a szintén dízelmotoros Peugeot 908 FAP "személyében", ami ráadásul újabb lépésként a koromszűrőt is bevezette a versenypályára. Az Audi csapata azonban ismét győzni tudott ugyanebben a felállásban. A két hosszútávú versenyautónak más nagyszerű eredményei is vannak, azonban a dízelmotor elismertségének kialakítása szempontjából kétségkívül a legismertebb, legnagyobb nevű franciaországi verseny a legjelentősebb. A 2008-as szezonban a gázolajos versenyautók újabb sorozatban jelentek meg: a WTCC-ben indultak TDI-motoros Seat Leonok, szintén a VW-csoport akciójának részeként, és megnyerték a világbajnoki címet mind a konstruktőri, mind az egyéni versenyben.
Prémium Dízel Üzemanyagok: Mítosz vagy Valóság?
Fogas a kérdés, mert a prémium dízelek nagyobb teljesítményt és kisebb fogyasztást ígérnek, de ezeket nehéz egzaktul mérni. A prémium üzemanyag mindig valami megfoghatatlan, mágikus dolog. Úgy tűnhet, egy motornak nagyjából tökmindegy, hogy milyen benzint éget el, működik tőle, megy az autó, és kész.
A Tesztkörnyezet és Eredmények
Amikor megszerveztük a nagy kiskunlacházi NEDC-tesztet, kaptunk a Fordtól egy visszautasíthatatlan ajánlatot. Volt egy előszériás B-Maxuk, aminek nem nyert kártyát osztott a sors. A B-Max nemcsak azért volt tökéletes tesztalany, mert nem kellett félteni a motorját, hanem mert nem volt se a tankban, se útközben üzemanyagszivattyúja, így le lehetett kötni a motornál a be- és kimenő ágat. Rádugtunk két átlátszó tömlőt, belógattuk egy kannába, és máris lehetett cserélgetni az üzemanyagokat. Miután néhány PET-palackba bőségesen kiengedtük a keveredett löttyöt a visszafolyó ágon, egyértelműen látható volt már a folyadék színéből is, mikor sikerült rendesen átöblíteni a szűrőből, nagynyomású szivattyúból és a nyomócsövekből álló motor környéki rendszert.
Némi tanakodás után abban a mérési módszerben állapodtunk meg, hogy beállítjuk százra a tempomatot, ami a B-Maxszal még kényelmes tempó a lacházi gurulóúton, de nem állandó tempónál mérünk, mert az nem életszerű. Precízen beálltunk négyesben hatvanra, ami nagyjából 1500-as fordulatszámnak felel meg, és ott indítottuk el egyszerre a mérést és a tempomatot. Hagytuk, hogy felgyorsítson százra (2400 ford/perc), ahol tartotta a tempót a gép, majd az indítástól számított egy kilométer után leállítottuk a műszert és megnéztük a végeredményt. Ez az általában használt fordulatszámtartományt szépen lefedi, és nagy pontossággal tudtuk ismételgetni unásig.
Műszerünket, az MD Ecót a német gyártó arra fejlesztette, hogy takarékos (eco) vezetési tanfolyamokon használják a stílus elemzésére; ezenkívül flottafelügyeletre is alkalmazzák. A szükséges információt közvetlenül az autó CAN-buszából nyeri ki. Az öblítéseknél egyértelműen látszott, hogy más a normál, sárga gázolaj és a MaxxMotion színe: utóbbi halványzöld. Ehhez képest az étolajos öblítésnél egyből elkezdett dadogós lenni az alapjárat, majd alig akart felpörögni szegény TDCi. Érezhetően legyengült a B-Max, saccra tíz-húsz lóerőt is veszítettünk. A sebességgörbéken nem, de az átlagsebességen látszik a különbség, hogy lomhábban gyorsult az autó, és benne ülve rémesen erőtlennek hatott. A tesztet 2014. november végén vásárolt dízel üzemanyagokkal végezték.
Nem lepett meg, hogy semmi fogyasztásbeli előnyt nem sikerült kimutatni a prémium dízelnél, de a miénknél sokkal nagyobb tudománnyal is szerettem volna egy ellenőrző mérést, ezért elvittem a mintákat az Ámei Zrt. Elsősorban az égéshőre voltam kíváncsi, amit - mint megtudtam - egy kedves kis géppel, az úgynevezett bombakaloriméterrel határoznak meg. Leegyszerűsítve azt mondja meg, mennyi energia van az üzemanyagban, ami valamennyire összefüggésben van azzal, hogy mennyit fogyaszt belőle az autó. Nyilván összetett kérdésről van szó, nem olyan egyszerű a dolog, hogy minél nagyobb az égéshő, annál kisebb a fogyasztás, de az eredmények egybevágnak a méréseinkkel: a prémium üzemanyagnak alig egy hajszállal, kb. egy százalékkal nagyobb az égéshője. A jegyzőkönyvből az is kiderül, hogy a MaxxMotion cetánszáma magasabb, de a normál gázolajé is bőven teljesíti a szabványt. A fogyasztásban esetleg akkor adódhatna mérhető eltérés, ha a gázolajok fajsúlya eltérő lenne, mivel az égéshőt kilogrammra, a fogyasztást pedig literre vonatkoztatjuk.
A következtetés egyszerű: nagyobb teljesítményért vagy kisebb fogyasztásért nem érdemes MaxxMotiont tankolni - más prémium üzemanyagokra nem szabad következtetni a méréseinkből. Az OMV információi szerint tavaly decembertől már valamennyi töltőállomásukon az új típusú, 60-as cetánszámú prémium dieselt forgalmazzák, amelynek a cetánszáma minimum 60. A prémium dízelükben lévő teljesítménynövelő adalékcsomag az üzemanyag folyamatos használata esetén megtisztítja a dízel injektorokat a lerakódásoktól és meggátolja, hogy új lerakódások képződjenek. Mindezeket a szakértőink által elvégzett tesztek is igazolják.
| Jellemző | Standard Dízel | Prémium Dízel (pl. MaxxMotion) |
|---|---|---|
| Égéshő (átlagos) | Alacsonyabb | Kb. 1% magasabb |
| Cetánszám | Szabványnak megfelelő | Magasabb (pl. min. 60) |
| Adalékok | Alapvető | Teljesítménynövelő, tisztító adalékcsomag |
| Szín | Sárga | Halványzöld (esetenként) |
| Tisztító hatás | Nincs kiemelt | Injektorok tisztítása, lerakódások megelőzése |
A Prémium Üzemanyagok Mágikus Világa
A Shell egyik európai kutatóközpontjában megnéztük, hol és hogyan fejlesztik a jövő üzemanyagait, többek között a V-Power üzemanyagokat. A Shell szakemberei szerint leginkább abban rejlik a V-Power szuperereje, hogy egy tanknyi üzemanyag is képes lehet már arra, hogy az esetleg elkoszolódott motor alkatrészeket teljesen megszabadítsa a lerakódásoktól. A Shell megbízásából, autószerelők megkérdezésével készült felmérés szerint a 10 ügyfélből átlagosan 4-et érint a motorban létrejövő lerakódások által okozott probléma. Szintén ebből a felmérésből derítették ki, hogy az autószerelők ügyfeleinek 67,3 %-ának alig van információja arról, mekkora problémát okozhatnak a motorban képződő lerakódások.
A motorolajoknál és az üzemanyagok esetében a benzinnél is megadnak egy úgynevezett minimumszintet (például RON 95 vagy magasabb oktánszámú üzemanyag használható). A benzines autóknál is csak a kifejezetten nagy teljesítményű, a kihegyezettség miatt magas kompresszió viszonyú motorokhoz írják elő a gyártók a magasabb oktánszámú (legalább 98-as, ami inkább 100-as) benzin használatát. Ennek az oka egészen egyszerű: a magasabb oktánszám magasabb kompressziótűréssel rendelkezik. Ez azt jelenti a gyakorlatban, hogy a motor járása sokkal egyenletesebb lesz, nem lesz annyira kopogós, és a motor le tudja adni a maximális teljesítményét.
Van más módja is a motortisztításnak, a dióhéjas motortisztítás, amikor kemény, de a motor fém alkatrészeit nem károsító dióhéjjal távolítják el a lerakódást. A dízelmotoroknál a visszavezetett kipufogógáz által a szívó oldalra került kormot lehet így eltávolítani a szívósorból és a hengerfej szívó csatornáiból. A laborlátogatás különböző állomásain temérdek elkokszosodott és a Shell V-Powertől már megtisztult alkatrészt vizsgálhattunk meg. Szeleptől, dugattyútól át a különféle injektorok apró lyukaiig. A különbség itt is látványos, mert nagyon ronda tud lenni egy koksztól fekete szeleptányér, vagy dugattyútető és az eltömődött apró lyukak látványa is végtelenül lelombozó.
Egy tank prémium üzemanyag jelenleg - 600 forintos sima benzin és 650 forintos dízel ár mellett - nem vészes, nagyjából úgy 1300-1600 forintos plusz kiadást jelent, a tank méretétől függően. És állítólag már ennyi is elég ahhoz, hogy a motor koszolódásra hajlamos alkatrészei újra csillogjanak, villogjanak. Bár ezt csak elképzelni tudod, valószínűleg nem fogod szétbontani a motort, hogy megnézd a letisztult szelepeket. Ha valaki hisz a prémium üzemanyagok hatékonyságában, az úgysem fogja sajnálni rá a literenkénti akár 40 forintos többletet sem, aki viszont csak marhaságnak tartja az egészet, az nem fog több pénzt adni a jobb minőségű benzinért vagy gázolajért. A támogatók tábora általában mindennel igyekszik meggyőzni a hitetlenkedőket. Vannak, akik fogyasztási naplót vezetnek, és így igazolják, hogy a prémium üzemanyaggal alacsonyabb fogyasztás érhető el, amivel viszont már nem is tűnik annyival drágábbnak. Ezen felül persze ott vannak a szubjektív érvek is, mint hogy hidegen is könnyebben indul a motor, sokkal egyenletesebb a járása, jobbak/élénkebbek a gázreakciók és így tovább.
Fontos tudni, hogy az eredményeket több tényező is befolyásolja. Ilyen például a motor állapota, a vezetési szokások, vagy a környezet is. Az üzemanyag fejlesztéshez szükséges teszteket általában elvégzik laborban és közúton egyaránt, és használnak újabb, modernebb turbós motorokat és idősebb szívócsöves-befecskendezéssel rendelkező autókat is. A Dynaflex-adalékolás a V-Power-gázolaj és a benzinek továbbfejlesztését szolgálja. Az üzemanyag-ellátó rendszer egyes komponensein, például a dízelmotorok üzemanyag-befecskendezőin és a benzinmotorok szívószelepein/üzemanyag-befecskendezőin, idővel lerakódások alakulnak ki. A továbbfejlesztett, prémium üzemanyagok tehát használt autókban is kifejtik kedvező hatásukat. Vezess.hu szerint a magasabb oktánszámú benzin, jobb kopogástűrése miatt, nagyobb sűrítést, jobb teljesítményt és az előzőekből adódóan kedvezőbb fogyasztást eredményez. Az előnyök viszont vagy az eleve erre tervezett vagy a magasabb oktánszámú benzinre reagálni képes motorokban érvényesülnek. Nagyon leegyszerűsítve egy adott konstrukciójú motor teljesítménye és hatásfoka a sűrítés emelésével javítható.
Összefoglalva: A prémium dízel üzemanyagok előnyei és hátrányai sok tényezőtől függenek, beleértve az autó típusát, a vezetési szokásokat és a motor állapotát. Bár egyes tesztek nem mutattak ki jelentős különbséget a fogyasztásban, mások a motor tisztító hatását emelik ki. A döntés, hogy megéri-e a felárat, egyéni mérlegelés kérdése.