Dízelmotor

Poll without page-refresh

Article on other languages:

	del.icio.us
	Digg
	Furl
	Reddit
	Rojo
	Add to OnlyWire

Termodinamikai körfolyamatok
Atkinson-ciklus Brayton–Joule-ciklus Carnot-ciklus Kombinált ciklus Diesel-ciklus Ericsson-ciklus Kalina-ciklus Lenoir-ciklus Miller-ciklus Kevert/kettős-ciklus Otto-ciklus Rankine-ciklus Stirling-ciklus Stoddard-ciklus Szerves Rankine-ciklus Gőzkompressziós hűtőgép
szerkeszt

A dízelmotor egy belsőégésű motor, amelynek működési elvét a német Rudolf Diesel szabadalmaztatta 1893. február 23-án.

Alapkoncepciója

A dízelmotor szerkezetében hasonlít a nála ismertebb mechanizmusú benzinmotor (Otto-motor) felépítéséhez, hiszen alapvetően mindkettő henger(ek)ből, dugattyú(k)ból, főtengelyből, kiegyenlítő-tömeg(ek)ből, vezérműből, szelepekből stb. épül fel, s mindkettő a négy ütem - szívás, sűrítés, robbanás és kipufogás - szerint dolgozik, de működése és az azt kiszolgáló berendezések jelentősen eltérnek.

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. Az Otto motorok benzin+levegő keveréket kapnak a karburátorból, viszont a dízelmotor hengere csak levegőt szív be, azt sűríti, az adagoló az égéstérben felhevült levegőbe fecskendezi az üzemanyagot.

Működési elve

Keverékképzése az úgynevezett minőségszabályozás elvén működik, azaz a beszívott levegő mennyisége azonos, csak a befecskendezett tüzelőanyag mennyisége változik. Ezzel szabályozható a fordulatszám. Ellentétben a benzinmotorral, amely az úgynevezett mennyiségszabályozás elvén működik, azaz ott viszonylag állandó arányú a hengertérbe kerülő benzin-levegő keveréke.

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. A dízelmotorokat gyakran alkalmazzák személygépkocsik, teherautók, autóbuszok, hajók, mozdonyok hajtására, de tengeralattjárók, és repülőgépek számára is készültek dízelmotorok.

Fejlődése

Az első kisérleti motorok növényi olajjal mentek, később vetődött fel a petróleum és foltbenzin gyártás hulladékaként keletkező "dizelolaj" 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 diesel motor. 1924-től csatlakozott a Ganz dízel-programjához Jendrassik György is. 1927 és 1947 között Ganz-Jendrassik névek kerültek forgalomba ezek az erőgépek. 1947-ben Jendrassik elhagyta az országot.^[1]
A II. világháborúban a T-34 harckocsik dizelmotorja jelentősen nagyobb hatótávolságot tett lehetővé, mint a vetélytársak benzinmotorja. Közúti forgalomban csak a 20. század második felétől jelentek meg, először a teherfuvarozásban, majd a személygépkocsikban is.

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.

Műszaki jellemzői

A dízelmotorok azért tudtak főképp a teherszállításban előretörni, mert a benzinmotorokhoz képest alacsonyabb a fajlagos fogyasztásuk. Ez egyrészt 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 üzemagyag magasabb hőértéke miatt, kevesebbet fogyaszt. A kedvezőbb üzemelés azonban annak is köszönhető, hogy a dízelek forgatónyomatéka nagyobb, tehát a sebességváltóban hosszabb áttételeket lehet alkalmazni, amelyek csökkentik a keréken jelentkező forgatónyomatékot, de az még így is elég magas a nehéz járműszerelvény mozgatásához. A hosszú fokozatok a dízelmotornak a benzinesnél alacsonyabb üzemi fordulatszáma miatt is szükségesek. A harmadik összetevő, amiből az alacsonyabb fogyasztás összeáll, a laposabb nyomatékgörbe, mely a benzinesnél szélesebb tartományban halad a legnagyobb nyomaték közelében, tehát kevesebb sebességváltással is lehetővé teszi a haladást.

Működési sajátosságai

A dízelmotor a benzinessel ellentétben jelentős mennyiségű kormot bocsát ki, amelyet elsősorban az üzemanyag kéntartalma okoz. Erre csak a 2000-es évek elejére találtak megfelelő megoldásokat: ezek közül az egyik a szelektív katalitikus utánkezelés (SCR), a másik a koromszűrő.

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. Hosszantartó, közel állandó közepes vagy magas fordulatszám esetén (pl. 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 nagy hőhatástól aztán a korom eltávozik a szűrőből és az újra el tudja látni feladatát.

A motor felépítése is más, mert azt kell elviselnie, amitől a benzinmotor csapágyai, dugattyúi és hengerfejtömítései kiolvadnak illetve szétégnek: az öngyulladásos "kopogó" 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. Az alacsonyabb üzemi fordulatszám néhány egyéb alkatrész módosítását is kikényszeríti: a víz- és olajszivattyúk áttételezése, szerkezete más, hogy alacsonyabb főtengelyfordulat esetén is ugyanúgy el tudják látni kenő- illetve hűtőanyaggal a motort, mint a benzinmotorok esetében.

A legnagyobb különbség azonban a hengerfejekben mutatkozik: míg a benzinmotoroknál az égéstér kialakítása viszonylag egyszerű, a dízelmotor égéstere bonyolultabb formájú. Ebben a tekintetben a közvetlen befecskendezéses dízel áll a legközelebb a benzimotorhoz, a leglényegesebb eltérés az, hogy az égéstérbe a szelepek mellett két egyéb alkatrész kerül: az izzítógyertya, amely indítás előtt melegíti a motort, hogy a befecskendezett gázolaj le ne csapódjon a hengerfalon és a dugattyún, illetve a porlasztó, amely az üzemanyagot befecskendezi.

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. Égéstér kialakítésok:

Előkamrás
Légkamrás*
Örvénykamrás
Dugattyúban elhelyezett örvénykamrás
MAN
Hesselman

Dízelmotorok az autósportban

A dízelmotoroknak sokáig csak a teherautókban, autóbuszokban és taxikban volt létjogosultsága, azonban a common-rail technológia, a változtatható geometriájú turbófeltöltő és a piezotűs adagoló lehetővé tették, 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 azonba kudarca fulladtak. Az első fontosabb eredményt 1998-ban egy BMW 320d érte el, mikor is megnyerte a 24 órás nürbugringi 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 Tarekeket, 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 Kleinchmidt 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 WTCCC-ben indultak TDI-motoros Seat Leonok, szintén a VW-csoport akciójának részeként. Ez azért jelent áttörést, mert a WTCCC a Dakarral és a Le Mans-hoz hasonló versenyekkel ellentétben rövidtávú pályaverseny, jellegében közelebb áll a Forma-1 és a Formula 3-hoz.