Jendrassik György és a Dízelmotor Fejlődése: Egy Magyar Innovátor Öröksége
A pesti József Műegyetemen végezte tanulmányait Jendrassik György, majd a berlini egyetemen híres fizikusok, Einstein és Planck előadásait hallgatta.
Jendrassik György munkássága a Ganz Gyárban
1922. augusztus 1-jével munkát vállalt a Ganz és Társa - Danubius Gép-, Vaggon és Hajógyár Rt.-nél. Tevékenységét a Tanulmányi Osztály keretén belül kezdte, amely a fejlesztő, kísérletező részleget jelentette. Ebben az időben a Tanulmányi Osztály központi témája egy középfordulatú semi-dízelmotor kifejlesztése volt. Tisztázta az alapvető elméleti kérdéseket, majd javasolta a gyár vezetőségének, hogy elgondolásai alapján gyártsanak közösen motort „Ganz-Jendrassik” néven, és a szabadalmakat is közösen nyújtsák be. Javaslatát a gyár vezetősége ellenezte.
Az első szabadalom, amely a Belső égésű erőgép és ehhez való üzemeljárás címet viselte és a motorok indító eljárását védte, már Jendrassik, valamint a Ganz és Társa név alatt szerepelt. 1924. szeptember 9-én megkezdődtek a kísérletek, amelyek két évig tartottak. A motorok sikerei világszerte ismertté tették Jendrassik nevét. 1924-től csatlakozott a Ganz dízelprogramjához Jendrassik György is. 1927 és 1947 között Ganz-Jendrassik néven kerültek forgalomba ezek az erőgépek.
A Ganz-gyár Vagongyárában megindult egy, a magyar viszonyok között páratlan intenzitású motorfejlesztés, amely rövid időközökben adta a piacnak a különböző célú dízelmotorokat. Ily módon lehetővé vált a vasút nemrég megkezdett motorosításának fejlesztése, a Duna-tengerhajózás megindítása. Jendrassik kiválóan tudott németül, franciául, angolul és spanyolul. Nagy nyelvtudására szüksége is volt, mert a vállalat ügyeiben gyakran kellett nyugati országokba utaznia.
Jendrassik - elsősorban a gázturbina-fejlesztés érdekében - 1936-ban megalakította a Találmánykifejlesztő és Értékesítő Kft.-t, amelynek költségeit eleinte saját maga fedezte, de később jelentős támogatást kapott az Iparügyi Minisztériumtól. Jendrassik tekintélye egyre növekedett, 1942 - 45-ig ő volt a gyár vezérigazgatója. Tudományos érdemei elismeréseképpen 1943-tól a Magyar Tudományos Akadémia levelező tagjává választották. A háború után gázturbinás fejlesztő tevékenységét nem tudta folytatni, bizalmatlanság vette körül, ezért egy külföldi útjáról nem tért vissza. Magyarországon hetvenhét találmányát tartják számon.
Útmutató a Nissan Terrano 2700 dízel vezérléséhez
A Dízelmotor alapjai és működése
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. épül fel. 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.
A dízelmotorok azért tudtak főképp a teherszállításban előretörni, mert a benzinmotorokhoz képest alacsonyabb a fajlagos fogyasztásuk. Ez a szerkezeti sajátosságokból adódik: a nagyobb (kb. 20:1) sűrítési viszonynak köszönhetően jobb a termikus hatásfoka.
A Dízelmotor története és elterjedése
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. 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. század második felében kezdtek el megjelenni, de részarányuk elhanyagolható volt elsősorban a viszonylag alacsony lökettérfogat/teljesítmény arányuk, valamint kényelmetlen üzemeltethetőségük miatt. Ez az 1990-es évek közepére változott meg a common rail technológia bevezetésével és elterjedésével. Ezzel a dízelmotorok a benzinmotorok egyenrangú társává, sőt vetélytársává váltak. Napjainkban már, főleg Nyugat-Európában, a dízelmotorral szerelt autók eladásai meghaladják a benzinmotorral szerelt járművekét. A common rail motorokat a FIAT fejlesztette ki (JTD),majd a Bosch megvásárolta a licencet 1997-ben.
Dízel üzemanyag összehasonlítás
Hogyan működik valójában a dízelmotor? (Animáció)
A Dízelmotor károsanyag-kibocsátása és kezelése
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.
Károsanyag-csökkentési stratégiák
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 és 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.
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.
Üzemanyagtank méret - Smart Forfour 454
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.
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. Ha a gyulladási késedelem megnő (túl korán fecskendez be az adagoló, illetve a sűrítés a kopás miatt csökken), akkor az égés később indul meg, ám jóval hevesebb, így nagyobb terhelést jelent a forgattyús mechanizmusnak.
Égéstér-kialakítások és indítási rendszerek
A legnagyobb különbség azonban a hengerfejekben mutatkozik: míg a benzinmotoroknál az égéstér kialakítása viszonylag egyszerű, a dízelmotor égéstere bonyolultabb formájú.
- Az izzítógyertya, amely 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. generátorok meghajtására.
- 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. Ez a két rész össze volt kapcsolva, de úgy, hogy a beáramló levegő minél hevesebb örvénylésbe kezdjen, ezáltal a befecskendező kamrájába került gázolaj a lehető legjobban elkeveredjen a levegővel.
tags: #jendrassik #dizel #dizelmotor #információ