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 tápszivattyúval előállított (fordulatszámtól függő nagyságú) nyomás a bütykös gyűrű alatt lévő dugattyúra is hat, amit egy rugó támaszt meg jobbról. Növekvő fordulatszám (nyomás) esetén a dugattyú elmozdul jobbra, s a csap segítségével kissé elforgatja a (kék) bütykös gyűrűt. Ezzel a befecskendezés kezdetét módosítja (a görgő hamarább eléri a bütyköt). 

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.

A vezérlő egységébe (ECU&EDU számítógép) sok érzékelő juttat el adatot a motor pillananyi üzemállapotáról (pl. a forgattyús tengely szögállásáról, a pedálállásról, a töltőnyomásról, a levegő és a víz hőmérsékletéről, a légnyelésről stb.). 
..
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 utóbbi években kezdték az elektromágneses nyitás helyett a piezokristályos szerkezeteket alkalmazni. Mint köztudott, a piezo tulajdonsága egyfelöl az, hogy mechanikai feszültség (összenyomás) hatására elektromos feszültség alakul ki a felületén, másfelöl, ha elektromos feszültség alá helyezzük, akkor térfogatát (vastagságát) változtatja. 

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. 

........................
Ez a rendszer lehetővé teszi a többlépcsős befecskendezést, ami kedvező az égésoptimálás, a kipufogógáz-minőség és a zajszint szempontjából. A diagramon két előzetes, egy fő- és két utóbefecskendezés látható. Az alsó diagramon a piros vonal mutatja a hagyományos befecskendezéskor kialakuló nyomásváltozást, ahol jól megfigyelhető például az ugrálás, ami a zaj okozója.
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 ?



Katt ide:

...és most egy kis lazítás!