Dízelmotorok
keverékképzése
A dízelmotok égésterébe igen nagy nyomással kell a tüzelőanyagot - általában gázolajat - befecskendezni. A klasszikus befecskendező (adagoló) szívattyúk finom illesztésú acéldugattyúkkal hozták létre a szökséges nyomást, ami elérheti vagy felülmúlhatja a 100 MPa-t. Az egy löketre beadagolt mennyiség vezérlésére többféle módszert alkalmaztak, legeltejedtebben a fojtást, illetve a résvezérlésthasználták (a két bal oldali ábra), az előbbit főleg a "disztribútoros", az utóbbit a hengerenkénti (soros) adagolóelemeket tartalmazó szivattyúknál. A soros adagoló klasszikus kivitele látható a jobb oldali ábrán. Külön ábra mutatja a a fogasléces mechanizmust, amivel el lehet forgatni az adagolódugattyút a "dózis" változtatása érdekében. A fogasléc természetesen a gázpedállal van összeköttetésben különböző rudazatok segítségével. A fogaslécet azonban nem csak a gépkocsivezető akaratának megfelelően kell mozgatni - az adagot növelni vagy csökkenteni -, hanem két fontos üzemállapot biztonságos beállítása céljából is. Az egyik az alapjárat szabályozása, a másik a maximális motorfordulatszám behatárolása. Mindkettő a motor fordulatszámával van kapcsolatban. A motor fordulatszámát többféleképpen lehet érzékelni, legelterjedtebb szerkezet a centrifugális regulátor. A gázpedál és a fogasléc közé egy olyan kiegyenlítő mechanizmus van beépítve, ami lehetővé teszi a a fogasléc mozgatását a motorfordulatszámtól függően is. A sokféle megoldás közül itt az excenterest mutatjuk be: a pedállal az excenter nagyátmérőjű csapját toljuk előre vagy hátra, a centrifugális regulátor viszont e csap körül tudja kétkarú emelő segítségével mozgatni a fogaslécet. |
Ahhoz, hogy a regulátor mind az alapjárat-szabályozást, mind a maximális fordulatszám-határolást meg tudja oldani, a röpsúlyhoz két rugót kell beépíteni (jobb oldali ábra). Az egyik - a külső - lehetőleg nagy keménységű legyen kis előfeszítéssel, a másik ellenkezőleg, lágy karakterisztikájú, de nagyon nagy előfeszítettséggel. Amikor a motort beindítjuk, a röpsúly már viszonylag kis fordulatszámon (a diagramon n1-nél) elindul, kezdi összenyomni a külső rugót, s ezzel a fogaslécet visszafelé húzni, vagyis csökkenteni a a befecskendezett adagot. |
Ezzel
egyidejűleg természetesen csökken a h hézag. Ha a fordulatszám tovább
nő, a h hézag - ami a diagramon s2
szint - hamarosan (n2
fordulatszámnál) eltűnik. Ezután viszont a fordulatszámnak nagyon meg kell
nőnie (egészen n3
- ig) ahhoz, hogy az erősen előfeszített belső rugó ellenében a centrifugális
erő a rugótányért felemelje, s a röpsúly tovább tudjon kifelé haladni (az
s
nőjjön). Nyilvánvalóan a szerkezet úgy van méretezve, hogy ez a fordulatszám
a megengedett maximális fordulatszám, vagyis a motor ennél gyorsabban nem
tud forogni, hiába nyomja a gépkocsivezető akár tövig is gázpedált, a röpsúly
a fogaslécet visszahúzza.
Visszatérve az alapjárathoz tudni kell, hogy a magára hagyott gázpedált úgy kell felütköztetni (egy csavarral beállítani), hogy a röpsúly nagyjából a h távolság feléig emelkedjen fel (ez a diagramon az nx - sx pont). Ez felel meg a motor alapjárati fordulatszámának. Ha a motor fordulatszáma valami miatt meg akar változni - például kezd bemelegedni, ezért csökken a belső surlódása, a fordulatszáma kezd nőni -, akkor a röpsúly is kezd mozogni, kezd kifelé haladni, íly módon kezdi a fogaslécet visszahúzni. Vagyis akármennyire melegszik fel a motor, a fordulatszáma csak minimális mértékben nő meg. A diagramon az a és a b szög, vagyis a vonalak meredeksége a rugók keménységét érzékelteti. Korábban volt arról szó, hogy az adagoló
természetes karakterisztikája (az adag változása a fordulatszám függvényében)
nem vízszintes: növekvő fordulatszámhoz lassan növekvő mennyiség tartozik.
Ez a motornak nem tetszik: minél gyorsabban forog, annál kevesebb idő jut
az égésre. Ha a maximális fordulatszámhoz tartozó töltést az adagolón úgy
állítják be, hogy az optimális legyen, akkor lassúbb fordulaton kisebb
lesz az adag annál, amit a motor el tudna égetni, vagyis nem használjuk
ki a motor teljesítményét. Ha kis fordulatszámhoz illesztjük az optimális
adagot, akkor a felpörgő motor a túladagolás miatt füstölni kezd. A megoldás
az un. korrektorrugó, ami legtöbbször egy lapos csillagrugó (a rajzon kék
színű). Ennek a rugónak köszönhetően a h távolság megtétele után nem áll
meg a röpsuly, hanem tovább halad kifelé a fordulatszám növekedése esetén,
a haladása azonban nagyon "lassú" a tányérrugó nagyfokú keménysége miatt.
Az eredmény az alsó diagramon látható: a teljes üzemi tartományban mozog
- igaz, nagyon óvatosan - a fogasléc.
|
Az
adagoló által küldött tüzelőanyagot be kell fecskendezni a munkahengerbe.
A porlasztó meglehetősen egyszerű szerkezet. A beérkező gázolaj alulról
megemeli a porlasztó dugattyúcskáját, kinyiva ezzel a gázolaj útját. A
porlasztófejek kialakítása meglehetősen változatos, mi a legegyszerűbb
egylyukú mellet külön ábrán csak egyetlen un. többlyukú porlasztót mutatunk
be, amit a közvetlen befecskendezéshez alkalmaznak.
A motor teljesítményét nem csak a méretével (hengerürtartalom, hengerszám) lehet növelni, hanem a fordulatszám növelésével is. A klasszikus adagolórendszert az jellemezte, hogy a motor oldalára szerelt adagolóból hosszú csöveken át jutott el a gázolaj az előbb ismertetett porlasztóhoz. Ez viszont kellemetlen jelenségekkel (pl. folyadéklengésekkel) járt. Ezen úgy segítettek, hogy az adagolót és a porlasztót egybeépítették (jobb oldali ábra). Ennek egy továbbfejlesztett - ma is használatos - változatát láthatjuk az alsó ábrán. Ennek fő jellemzője, hogy az adag nagyságát már nem résvezérléssel vezérlik, hanem elektronikus vezérlésű mágneses szeleppel. Ez lehetőséget ad arra, hogy a befecskendezés kedvezőbb legyen. Egyrész mód van a befecskendezés kezdetének és befejezésének optimális időzítésére (hiába megy már lefelé az adagoló A dugattyú, ha a tekercsben nincs áram, a folyadék visszafelé áramlik (1). Az áram bekapcsolására a D dugattyú elzárja a visszafolyó csatornát (2). A nyomás növekedésével a C dugattyú a rugó ellenében felemelkedik, s megkezdődik a befecskendezés, aminek a jellegét befolyásolja, hogy a C dugattyú csak fojtással tudja a maga fölött lévő folyadékot kinyomni (3). Az A dugattyú további mozgása miatt az olaj nyomása is nő, s előbb utóbb a B és C dugattyút leszorítja ütközésig, mivel a B felülete valamivel nagyobb, mint az C-é. Az előbefecskendezés véget ér (4). Természetesen az A tovább mozog, a nyomás nő, s amikor az eléri az időközben "megerősödött" rugó erejét, megkezdődik a főbefecskendezés (5), aminek az áram kikapcsolása (a D dugattyú nyitása) vet majd véget. |
Ennek
a befecskendező rendszernek egy valóságos kivitelének a képét láthatjuk
bal oldalt.
Ami a disztribútoros adagolókat illeti, a működési elvük azon alapszik, hogy egyetlen adagoló elemük van, s az általa szolgáltatott adagokat szépen sorba elosztja a hengerek között. Ez azt jelenti, hogy pl. egy négyütemű négyhengerű motoron egy főtengely-körülforgásra kétszer adagol, mondjuk az első és a harmadik hengerbe, a következő körülforgásra pedig a második és a negyedik hengerbe. Eleinte meglehetősen sokféle szerkezetet gyártottak, közülük talán az itt látható a legjellegzetesebb. A fő alkatrész egy forgó tengely, amelyiknek a középső részén egy vastag tárcsa van, amiben két munkadugattyú dolgozik egymással szemben. Ezek forgás közben a közéjük nyomott olaj miatt egymástól eltávolodni igyekeznek, de mivel a tárcsát egy (kék) bütykös gyűrű veszi körül, a dugattyúk mozgása korlátozott. A munkadugattyúk és a bütykös gyűrű között egy (sötétkék) papucs és egy (sárga) görgő látható. Az utóbbi feladata a bütykös gyűrűn gördülve időnként benyomni a munkadugattyúkat munkalöketek végzése céljából. A tengelyben egy csatorna vezet vízszintesen ahhoz az öt furathoz, melyek sugárirányban kimennek a hengertest felületéig. Az ötből négy egy síkban van, az ötödik kissé távolabb helyezkedik el. A házban is öt furat van, de ellenkező párosításban: a tengely négy furatának síkjában egy, a tengely magányos furatának síkjában négy furat. Ez utóbbiak a motor négy hengerében lévő porlasztókhoz vezetnek. A szerkezet működése a következő. Forgás
közben a tengely végén lévő szárnylapátos tápszivattyú a gázolajat szállítja
felfelé, a fordulatszámtól függően többet vagy kevesebbet. A gázolaj többsége
a jobb oldali nyomásszabályozó szelepen át visszajut a tápszivattyú szívó
oldalára. De természetesen a növekvő mennyiség jobban kinyitja a nyomásszabályozó
visszaömlő nyílását, amihet nagyobb nyomás tartozik. A szállított gázolaj
kisebbik része a bal oldali vezérlődugattyúhoz megy, a vezérlődugattyú
alá érve igyekszik a dugattyút a rugó ellenében felnyomni. A rugó előfeszítettsége
- s ezzel együtt az itt kialakult nyomás - a gázpedál állásától függ. A
gázolaj innen a forgó elosztótengelyhez megy, s amikor a forgó tengely
négy furata közül valamelyik éppen szembe kerül a tápcsatornával, oda belépve
eljut a két adagoló dugattyú közötti munkatérbe. A következő pillanatban
az adagolódugattyúk a bütykös gyűrű miatt már kifelé préselik az olajat,
a tengely elfordulása miatt azonban már nem vissza a tápcsatornába, hanem
a négy porlasztóhoz vezető csatornák egyikébe.
A szerkezet lehetővé teszi, hogy a maximális adagot (maximális lökethoszt) előre beállítsuk. E célt szolgálja a (sötétkék) papucs, ami hosszabb, mint a görgő, ezért jobbra-balra kinyúlik. Helyesebben belenyúlik a (piros) lemezeken kialakított különleges alakú ablakba, melyek két oldalról közrefogják a munkadugattyúkat tartalmazó vastag tárcsát. A (piros) lemezeket két csavarral lehet a tárcsához rögzíteni. Attól függően, hogy rögzítés előtt mennyire forgatjuk el a tárcsákat, a papucsok közelebb vagy távolabb kerülnek egymáshoz, megszabva ezzel a dugattyúk mozgási lehetőségét. A bal oldali részletábra mutatja, hogy elfordított helyzetben a bütykök által elindított görgők csak a hézag eltűnése után kezdik tolni az adagoló dugattyúkat. Az ilyen disztribútoros adagolók továbbfejlesztett változataiban már nem hidraulika, hanem elektronika segítségével valósul meg a vezérlés. |
A mai szigorú nemzetközi követelményeknek azonban legjobban az un. közös - központi - nyomásterű (common rail) rendszerek felelnek meg, melyek lényege, hogy egy szivattyúval nagy nyomást állítanak elő egy megfelelően kialakított (általában cső alakú) térben, s onnan csövek vezetnek az egyes hengerekhez tartozó porlasztókhoz. Az elektronika gondoskodik arról, hogy az egyes porlasztók a megfelelelő pillanatban nyissanak, illetve zárjanak. |
..
Jobb oldalon egy leegyszerűsített porlasztót látható. Addig, amíg nincs a (piros) tekercsben áram, addig a belső tereket egyenletesen kitölti a nagynyomású gázolaj. A nyomás az alsó dugattyút ülésére
szorítja (a nyílást zárva tartja), mert felülről nagyobb felületre tud
hatni (alul a nyílás keresztmetszetét le kell vonni, azonkívül egy kis
rugó is lefelé nyomja). Az áram megérkezésekor a felső záródugattyúcska
felemelkedik, ezért a fojtófurat után, vagyis a nagy dugattyú feletti térben
a nyomás hirtelen leesik. Mivel alul maradt a nagy nyomás, a dugattyú felemelkedik,
s megkezdődik a befecskendezés, ami mindaddig tart, míg az áramot kikapcsolva
a kis dugattyú mgint zár.......
Az előbbi tulajdonságát hasznosítják pl. a fülhallgatókban, az utóbbit a dízelbefecskendezők működtetésére. Mivel egy egy lapocska rendkívül kis méretváltozásra képes, ezért nagyon sok lapcskából rudat építenek, s ennek hosszváltozása már elegendő ahhoz, hogy kinyissa azt a nyílást, ami a dugattyú feletti nyomást lecsökkenti. |
Ezekhez az adagolórendszerekhez mindig
hozzátartoznak a tápszivattyúk, melyek gondoskodnak arról, hogy a tüzelőanyag
eljusson a tartálytól az adagolóig.
A bal oldalon látható egyszerű szerkezet jellemzője, hogy egy erős rugó lényegében állandó nyomáson tartja a fölötte lévő folyadékot. A dugattyú és az excenter között lévő rúd csak akkor mozdul meg - nyomja le a dugattyút - ha a nyomott térből annyi folyadék távozott, hogy a dugattyú felemelkedése következtében a h távolság az excenter löketénél kisebbre csökken. A központi (közös) nyomásterű rendszerekhez hagyományos, dugattyús szivattyúkat használnak azzal a fontos különbséggel, hogy a dugattyú(ka)t bütyköstengely mozgatja ugyanúgy, mint a klasszikus dízeladagolókban. Gyakran nem egy, hanem három hengert alkalmaznak (mint egy csillagmotor), amiben a dugattyúkat hármas bütyök mozgatja. Jobb oldalt egy szűrő látható. Míg korábban a filcbetétes szűrő volt a legelterjedtebb, addig ma a papírszűrőt alkalmazzák, mert annak a betétjét elhasználódás után egyszerűen csak kicserélik (a filcbetétet "mosták"). Még egy fontos kiegészítőről kell beszélni, az izzógyertyáról. Téli üzemeltetéskor a hideg motor beindítását segíti elő. A égéstérbe nyúló végét árammal feltüzesítik, s az előmelegíti a levegtőt. Első pillanatban nagy áramerősséggel izzitják a gyors felmelegedés érdekében, majd az áram lecsökken arra a szintre, ami az izzást fenntartja. Ezeket a gyertyákat sorba kötik, mert így azonnal észreveszi a gépkocsivezető, ha valamelyik gyertya kiég (a többi sem melegszik!). |
Mit ír a dízelmotorokról a szakirodalom: 1 - 2 ? |