A benzinmotor és dízelmotor története

A következő bejegyzésben megvizsgáljuk a motorokat egyenként, és megnézzük, hogy a benzinmotor fel tudja e venni a versenyt a dízelmotorokkal.

Vegye fel velünk a kapcsolatotKapcsolat

Rudolf Diesel 1892-ben szabadalmaztatta belsőégésű motorját, melyet eredetileg „olajmotornak” neveztek és működő prototípusát az augsburgi MAN cég készítette el. Nikolaus August Otto német feltaláló először konstruált működőképes négyütemű belsőégésű motort, amelyet róla neveztek el Otto-motornak, majd üzemanyaga után benzinmotornak. 1877-ben került szabadalom alá a Császári Szabadalmi Hivatal által a Deutz gyár neve alatt. A két motortípus feltalálásuk után több, mint 100 évvel még mindig ádáz harcot vív egymással a technika színpadán. 

A benzinmotor és dízelmotor története
A benzinmotor és dízelmotor története

Ottor-motor története

Az emberek az ipari forradalom kezdete óta igyekeztek egyre kevesebb emberi és állati erőforrás felhasználásával, egyre nagyobb munkát elvégezni. Ennek egyik legelső kielégítő
próbálkozás James Watt (1736-1819) nevéhez fűződik, aki elkészítette az első működő gőzgépet, üzembe helyezte a Newcomen-féle működésképtelen gőzgépet feltalálva a kondenzátort, amelyben a hengertől elzárva zajlott a gőz lecsapatása, és ezzel elindította a hőerőgépek máig tartó fejlődését. A gőzgépe indította el az emberiséget a túlnyomórészt földműveléssel foglalkozó társadalmaktól a technológia- és innováció-központúak felé. Több értelemben is elmondható róla, hogy egyúttal a modern gyártási folyamatok megalkotója. A James Watt által létrehozott gőzgép alacsony hatásfoka és nagyfokú veszélyessége miatt arra buzdította a mérnököket, hogy más alternatívákat keressenek.

Idő közben a gőzgép fejlődése során megszületett az egyszerűsített forgattyús mechanizmus, így a dugattyús belsőégésű motorok számára rendelkezésre álltak az erőátviteli szerkezetek. 1860 körül a francia feltaláló (belga származású) Jean Joseph Etienne Lenoir (1822-1900) elkészítette világítógázzal hajtott és működőképes belsőégésű motorját. Lenoir egy galvángyárban dolgozott, mikor rájött arra az ötletre, hogy egy gázmotorban a levegő-üzemanyag keveréket elektromos szikrával meg lehet gyújtani. 1860. január 24-én Lenoir szabadalmat kapott egy belső égésű motorra, és ennek az évnek a végére a motor megépült. A motor gyújtógázzal üzemelt előzetes tömörítés nélkül. A felső holtponttól az alsó holtpontig tartó dugattyúlöket egy részén levegő és gáz keveréke került a hengerbe, majd a keveréket elektromos szikrával meggyújtották. Lenoir nem járt azonnal sikerrel. Miután sikerült minden alkatrészt elkészíteni és összerakni a motort, leállt, mert a melegedés miatt a dugattyú kitágult és beszorult a hengerbe. Lenoir a tervét egy vízhűtő- és kenőrendszerrel egészítette ki. Csak ezután kezdett járni a motor. Már az első tökéletlen tervek is bemutatták a belső égésű motor jelentős előnyeit a gőzgéppel szemben. A motorok iránti kereslet gyorsan nőtt, és néhány éven belül Lenoir több mint 300 motort épített. Ő volt az első, aki belső égésű motort használt különféle célokra és nagy sikert aratott. Ez volt az első működő, és a mindennapi életben felhasználható gázmotor. Ez a modell azonban tökéletlen volt, a hatásfoka nem haladta meg a 3- 4%-ot.
Annak ellenére, hogy a licencét sok ország, és gépgyár megvásárolta, nem tudta leváltani a hatalmas gőzgépeket, mivel ezek a motorok ugyanis 1-2 lóerősek voltak, a maximálisan elérhető teljesítmény 12 lóerő volt. A gyárakban használatos gőzgépek viszont több tízezer lóerő leadására voltak képesek. Később kísérletképp beépítették a motort egy hintóba is, de ez a konstrukció ekkor még nem igazán volt érett a mozgásra.

  • 1861-ben Nikolaus August Otto (1832-1891) kölni kereskedő kísérletezett összenyomott keverék meggyújtásával, amely négyütemű séma szerint működött: szívás, kompresszió, munkalöket, kipufogógázok elvezetése. Otto felfedezte, hogy az eddig használt keverék rossz összetételű (az üzemanyag és az levegő aránya), valamint az üzemanyag-adagoló rendszer és az égés szinkronizálásának algoritmusa is rossz.

Használható gépet ekkor még nem sikerült szerkesztenie. Bár a négyütemű motor elvét Alphonse Beau de Rochas francia mérnök már 1862-ben feltalálta, amit szabadalmaztatott is, a megvalósítás Otto érdeme, aki amúgy Rochas-tól függetlenül, magától jött rá a működés elvére. Emiatt később szabadalmi vitákba is keveredett Rochas-szal, mivel nem tudott a francia szabadalmáról és ez csalódással töltötte el. Ettől függetlenül 1867-ben N.A. Otto és Eugen Langen (porosz mérnök és iparos) a párizsi világkiállításon javított kivitelű belsőégésű motort (aminek dugattyúja rackbe van kapcsolva) mutatott be, ahol Nagy Aranyéremmel tüntették ki a munkájukat. Az Otto-Langen-féle atmoszférikus gázgépben egy felül nyitott hengerben mozgott a szabad dugattyú. Ez a gép tulajdonképpen úgy működött, hogy az egyik ütemben az égési nyomás a dugattyút felfelé lökte, majd a másik ütemben a dugattyú a saját súlyánál fogva újból lefelé mozgott, a mozgást egy kilincsmű alakította át a főtengelyen forgómozgássá, hatásfoka a 15%-ot is elérte.

Otto-Langenmotor 1867 világkiállítás
Otto-Langenmotor 1867 világkiállítás
  • 1875 végén N.A. Otto befejezte egy, a világon alapvetően új 4 ütemű motor projektjének fejlesztését. 1878. március 13-án N.A. Otto megkapta az 532. számú német szabadalmat. Az első 20 évben az Otto gyár 6000 motort épített.

A belső égésű motorok gyártása folyamatosan nőtt, és a tervezésük is javult. 1878-1880-ban megkezdődött Wittig és Hess német feltalálók, illetve D. Clerk angol vállalkozó és mérnök által javasolt kétütemű motorok gyártása, 1890-től pedig a forgattyúkamrás résvezérléssel működő kétütemű motorok (6410. számú angol szabadalom) gyártása. A forgattyús kamra öblítőszivattyúként való alkalmazását valamivel korábban javasolta G. Daimler német feltaláló és vállalkozó.

  • 1878-ban Karl Benz felszerelt egy triciklire egy 3 LE teljesítményű motort, aminek 11 km / h feletti sebessége volt. Ő alkotta meg az első egy- és kéthengeres motorral szerelt autókat is. A hengerek vízszintesen helyezkedtek el, a nyomatékot szíjhajtással továbbították a kerekekre. 1886-ban K. Benz 37435. számú német szabadalmat kapott egy autóra. Az 1889-es párizsi világkiállításon Benz autója volt az egyetlen autómobil. Az autóipar intenzív fejlesztése ezzel az autóval kezdődött el.
Az első benzinmotoros jármű
Az első benzinmotoros jármű
  • 1883-ban Daimler és Maybach elkészítette a nagy fordulatszámú, izzócsöves gyújtású négyütemű benzinmotort. Azóta fejlesztik, csiszolgatják a konstrukciót, aminek működési alapelve az idők folyamán semmit sem változott. A hő előállítása és mechanikai munkává való átalakítása egyetlen gépben valósul meg.
    Négy vagy két ütem alatt lesz a benzin-levegő keverékből mechanikai munka, ami aztán hajtja a jármű kerekeit.

Motorok vezérlése PLC-vel szakértelemmel

Vegye fel velünk a kapcsolatotKapcsolat

Négyütemű Otto-motorok működése

A négyütemű benzinmotor lényegében négy egységből: motorház, 
forgattyús mechanizmus, szelepvezérlés, keverékképző rendszer és még járulékos segédberendezésekből áll.


1. Az első ütemben történik a levegő-üzemanyag keverék beszívása. Amikor a dugattyú elindul lefelé a hengerben, akkor elkezd nőni a térfogat, és csökken a nyomás a hengerben. A lefelé haladó dugattyú maga után szívja a porlasztóból a benzin-levegő keveréket. Mint tudjuk a gázok a kisebb nyomás felé szeretnek áramolni, ezért a levegő bejut a szívórendszerbe, miközben a porlasztó, vagy a befecskendező benzinpermetet készít, a kész elegy a szívócsövön keresztül áramlik a henger belsejébe. Ekkor a kipufogó szelep zárva van. Amikor a dugattyú eléri az alsó holtpontját, a szívószelep bezár, a dugattyú fölötti hengertér teljesen feltöltődik a benzin-levegő keverékkel.
Ha a szívószelep csak addig lenne nyitva, amíg a dugattyú eljut a felső holtpontról az alsó holtpontig, akkor a hengert nem lehetne a kellő mértékig feltölteni. A szívó szelepnek a felső holtpont előtt már nyitva kell lennie. Ez azt eredményezi, hogy az előző, kipufogás ütem még javában zajlik, de már a szívás is elkezdődik. Az alsó holtpont után is még nyitva van a szelep, és így sikerül használható mértékben feltölteni a hengert. 
A dugattyú a legfelső helyzetről (felső holtpont) a legalsó helyzetre (alsó holtpont) való mozgáskor a forgattyútengely fél fordulattal elfordult.

2.Ettől a pillanattól kezdődik a második ütem. A vezérműtengely által vezérelt szívószelep elzárja a szívócső furatát. A forgattyús-tengely további forgása következtében a dugattyú lentről felfelé halad. Az előző ütemben beszívott benzin-levegő keverék nem tud kiáramlani a hengerből, a kipufogószelep szintén zárva van. Miközben a dugattyú mozog felfelé, erősen összenyomja, összesűríti az előtte lévő közeget, az eredeti hengertérfogat kb. 10-ed részére. A sűrítés során 400-500 C fok sűrítési véghőmérséklet jön létre, mely következtében a végnyomás 18 bar értéket ér el. A sűrítés elősegíti a tüzelőanyag alapos keveredését. Azért fontos, hogy jól összekeveredjen a benzin a levegővel, mert így elősegíthetjük a tökéletesebb égést. A benzinmotor annál jobban hasznosítja a tüzelőanyag energiáját, és így annál jobb a hatásfoka, minél nagyobb a sűrítési arány. Állandó hőmérsékleten a hengerben a nyomás és a térfogat egymással fordított arányban változik. Ha a térfogat pl. a nyolcadrészére csökken, akkor a nyomás a nyolcszorosára nő. 

3.Attól a pillanattól kezdve, hogy a dugattyú ismét a legfelső helyzetbe kerül, kezdődik a harmadik ütem. A harmadik ütemben meggyújthatjuk az összesűrített üzemanyagot. Az égést, az égéstérben összesűrített benzin-levegő keveréket, a gyújtógyertya elektródái között átugró villamos szikra íve indítja meg. Az ív létrejöttétől a lángfront teljes szétterjedéséig kb. 1/1000 másodperc telik el, de még ez előtt, a dugattyú felső holtpontja előtt gyújtják meg az ívet. Robbanásszerű égés jön létre, mely röviddel a felső holtpont után eléri a 2000-2500 C fokos hőmérsékletet és a 40-60 bar nyomást. A nagynyomású égéstermékek kitágulnak, és lefelé nyomják a dugattyút, ezt nevezzük terjeszkedésnek, vagyis expanziónak. Mint tudjuk az energia nem vész el, csak átalakul. Az előbb még hő formájában tárolt energia lenyomja a dugattyút és máris mechanikai energia lesz belőle. A dugattyú a hajtórúdon keresztül fél fordulattal elfordítja a forgattyútengelyt, amely fél fordulat gyakorlatilag a motor hasznos munkája.  Az ütem végére a nyomás 3 bar tájékára csökken, míg a hőmérséklet 900-800 C fok körül alakul. A robbanás nyomán keletkező égésterméket el kell távolítani a hengerből. Ez már a negyedik ütem alatt zajlik le.

4.A negyedik ütemben a dugattyú a a legalsó helyzetből – ahová az előző ütemben került – ismét felfelé halad. A 3 bar nyomáson, hangsebesség felett lévő gáz távozik a hengerből. Ekkor viszont nyitva van a kipufogószelep, és az égésterméket, a gázok maradékát a felfelé haladó dugattyú kb. 0,2 bar toló nyomással kilöki a kipufogócsőbe. A kipufogószelep a felső holtpont után zár, miközben a szívószelep már megemelkedik, nyílik és az egész folyamat kezdődik elölről. A folyamat termodinamikai modellje az Otto-ciklus vagy Otto-körfolyamat.

Négyütemű Otto-motor működése

 

A fenti eredeti Otto-körfolyamat csak a korai, lassújárású motoroknál volt jellemző. Hamar rájöttek arra, hogy nagyobb fordulatszámnál (100 fordulat/perc felett) a dugattyú mozgása egyedül nem tudja elég gyorsan megfordítani a gáz áramlását, amikor a szívószelepek kinyitnak. Ezért a korszerű motoroknál a dugattyú felső holtpontja közelében a szívó- és kipufogószelepek egymásba nyitnak kissé. A kipufogószelepen kiáramló gázok magukkal ragadják a szívószelepen keresztül a beáramló üzemanyag-levegő keveréket és így javítják a szívást. Természetesen a távozó füstgázokkal együtt egy kevés friss keverék is távozik, ami rontja a motor hatásfokát. Versenymotoroknál ezzel a kis kiáramló hideg keverékkel a szelepeket hűtik. A kipufogószelepeket is kb. húsz fokkal az alsó holtpont elérése előtt már kezdik nyitni, hogy az égéstermékeknek elég idejük legyen távozni. A korszerű motoroknál a gyújtás sem a felső holtpontban történik, hanem a motor fordulatszámától, és leggyakrabban a szívócsőben uralkodó nyomástól függően előgyújtást alkalmaznak.

A szelepek mozgatását általában bütykökkel ellátott vezérműtengely, más néven bütyköstengely végzi. A szelep zárását és zárva tartását erős acélrugóval oldják meg (konstrukciótól függően csavarrugó vagy hajtűrugó). Mivel mind a kipufogószelep, mind a szívószelep egy négyütemű ciklus alatt (vagyis két motorfordulat alatt) egyszer kell, hogy nyisson, a vezértengely fordulatszáma a motor fordulatszámának pontosan fele kell legyen. Ebben a konstrukcióban a motor fordulatszámát a szelep zárási sebessége határolja be. A zárási sebességét pedig a szelep és a hozzá tartozó mechanizmus (szelephimba, rúd stb.) tömege, illetve a rugó keménysége határozza meg. Minél kisebb a tömeg és minél keményebb a rugó, annál gyorsabban zár a szelep, azonban a túl erős rugó a kopást növeli. Újabb nagy fordulatszámú konstrukciókban (például versenyautókban, motorkerékpárokban) légrugózású szelepet, illetve kényszerzárású szelepet használnak. Ez utóbbinál a szelep zárásának folyamata pontosan megtervezhető. A kényszerzárású szelepek abban különböznek a hagyományos zárásúaktól, hogy itt a zárást nem a rugó, hanem egy másik bütyök végzi, ennek köszönhető a pontosabb működés.

Motorok vezérlése PLC-vel szakértelemmel

Vegye fel velünk a kapcsolatotKapcsolat

Kétütemű Otto-motorok működése

1889-ben a forgattyúház elősűrítésű kétütemű dugattyú-vezérlésű benzinmotort Joseph Day, angol mérnök találta fel, amit széles körben ismernek és alkalmaznak napjainkban is kisebb hengerűrtartalmú motorok, például modellmotorok, mopedek, motorkerékpárok, fűnyírók, kerti-kisgépek erőforrásaként.

A kétütemű motor szerkezete lényegében azonos a négyütemű motoréval. A különbség köztük ott van, hogy a kétütemű motornak nincs vezérmű-berendezése, nincs olajteknő, olajlehúzó gyűrű és szelepek. A friss keverék beáramlását és a kipufogógázok eltávozását, tehát a vezérlést a hengeren lévő beömlő, átömlő és kiömlő csatornák biztosítják. Ezekeket a csatornákat a dugattyú alsó és felső része nyitja, illetve zárja. A hengerben lévő nyílások miatt a kétütemű motorok dugattyúgyűrűit rögzítik. A dugattyúgyűrűk végei ugyanis a résekbe beakadva eltörhetnek, s a törött gyűrűdarab súlyos károkat okozhat. Abban is különböznek, hogy a kétütemű motor forgattyúsháza zárt (a négyüteműében van egy szellőzőnyílás). A többhengeres kétütemű motorok forgattyúsháza el van különítve, azaz annyi forgattyúsház kell a motorhoz ahány henger van, a négyüteműé viszont egyben lehet.

  1. Az első ütemben a forgattyúházban a dugattyú az alsó holtpontból a felső felé halad, miközben a dugattyú alatt a forgattyúházban térfogat növekedés, ezzel együtt szívóhatás keletkezik. Amint a
    dugattyú alsó éle után felszabadul a szívónyílás, beömlik a friss benzinlevegő-keverék. Eközben a dugattyú felett, a hengerben az előző ütemben felkerült keverék sűrítése történik, a forgattyús tengely egy fél fordulatot tesz meg. Tehát a dugattyú felett sűrítés, a dugattyú alatt szívás van. A sűrítés során a keverék 300 Celsius fokos hőmérsékletet ér el.
  2. A második ütemben a gyújtógyertya által meggyújtott keverék hőmérséklete 2400 Celsius fokra szökik fel, nyomása kb. 8 bar lesz. A megnövekedett nyomás lefelé mozdítja el a dugattyút, és így a
    forgattyúházba már beszívott keveréket elősűríti. Az alsó holtpont közelében megnyílik a kiömlő-, majd az ún. átömlő-csatorna. A dugattyú feletti térből az elégett gázok kiáramlása megkezdődik, és helyükre áramlik a forgattyúházból az elősűrített keverék. A második ütem alatt is egy fél fordulatot tesz meg a forgattyús tengely.
    A forgattyúházban az elősűrítéssel létesített nyomás kb. 1,5 bar, ez teszi lehetővé, hogy a keverék az átömlő-csatorna nyílásán a dugattyú fölé kerüljön. A keverék elégése gyorsan 0,003 - 0,004 másodperc alatt megy végbe, az égés nagy sebességgel terjed.
    Töltet-cserefolyamatok zajlanak a dugattyú alatt és felett. A töltetcsere a következő munkaciklusba való átmenet idején zajlik. A dugattyú felső éle először a valamivel magasabban fekvő kipufogórést teszi szabaddá, és az égéstermék-gáz eltávozik. Ezután az átömlő rés válik szabaddá, a forgattyúházból a hengerbe átömlő kezdőtöltet átöblíti a hengert és maga előtt kinyomja az égéstermék-gázt. A kipufogócsőben kezdetben uralkodó torló nyomás következtében az átömlőnyílás nyitásakor az égéstermék-gáz először visszacsap a forgattyúsházba. Ennek következtében a kb. 0,3 bar elősűrítési nyomás a kb. 0,5 bar öblítési nyomásra növekszik. Ez nyomja át a kezdőtöltetet az égéstérbe. Az öblítési folyamat akkor fejeződik be, amikor a felső holtpont felé mozgó dugattyú az átömlő rést és utána a kipufogórést is elzárta.
Kétütemű Otto-motor működése

A kétütemű motorban a gázcsere nyitott.
Ez azt jelenti, hogy a kipufogó- és az átömlő rés egyszerre van nyitva majdnem az egész gázcserefolyamat alatt. Ezzel szemben a négyütemű motor gázcseréje - eltekintve a rövid szelep-összenyitási időtől - önmagában zárt. Ezek szerint kétütemű motorban elkerülhetetlen a kezdőtöltet kipufogógázzal való keveredése, és hogy öblítési (töltet-) veszteség következzen be.
A résvezérlésű kétütemű motorok esetében többnyire elkerülhetetlen, hogy a forgattyúházba szívott friss keverék egy része vissza ne áramoljon a szívócsőbe, amint a dugattyú az alsó
holtpont felé kezd mozogni. Ennek elkerülése érdekében hatékonyabb szívóoldali vezérlésre van szükség. A vezérlés hatékonyabb megvalósítása rezgőnyelves (membrán-) szeleppel
lehetséges. A membránlapocskák akkor nyitnak, amikor a légköri nyomás magasabb, mint a forgattyúházban uralkodó nyomás. A membrán azonnal nyit és a határoló-lemezeknek feszül.
Amint a forgattyúház megtelik friss keverékkel és a dugattyú az alsó holtpont felé kezd mozogni, a forgattyúház nyomása emelkedni kezd. Amint ez a nyomás nagyobb, mint a
légköri nyomás, a membránszelep zár. Ily módon a forgattyúházba a lehető legtöbb friss keverék kerül, és a visszaáramlást kiküszöböltük. Az így megnövelt mennyiségű keverék
jobban kitölti az égésteret, illetve javítja az öblítést, az égéstermékek ürítését.

Dízelmotor története

A dízelüzemű motor ötlete 1824-ben született meg, amikor a francia fizikus és matematikus, Sadi Carnot feltételezte, hogy egy hőt termelő gép hatékonyabbá tehető, ha a benne lévő munkaközeget gyors tömörítéssel a lobbanáspontjára melegítjük. Ezt az elvet használták a későbbiekben az első dízelmotor elkészítéséhez.

Az évek során különböző tudósok dolgoztak a dízel motor kialakításán, köztük Herbert Akroyd-Stuart és Gustav Trinkler. Ugyanakkor 1887-ig kellett várni arra, hogy Rudolf Diesel elkészítse az első gyakorlatban működő és hatékony prototípust.

A szabadalom a gáztörvényeken alapult levegősűrítéssel működő, tehát gyújtógyertya nélküli, belsőégésű motorokat írta le.
Nehézkessége és nagy mérete miatt lassan nyert teret alkalmazása, kezdetben csak stabil motorként használták, generátorok meghajtására.

Epperlein Oszkár, a budapesti Soroksári úti fegyvergyár igazgatója tárgyalt a feltalálóval még 1898-ban a licensz megvásárlásáról. Ennek köszönhetően a századfordulón már elkészült az első hazai dízelmotor. Az egy hengeres, négy lóerős, álló elrendezésű szerkezet azonban nem volt a német eredeti pontos mása.

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 Láng Gépgyár támasztotta fel a hazai dízelmotor gyártást 1911-ben. A tízes években már egytonnás, ezer lóerős dízelmotort is készítettek a fővárosi vízműveknek. Igaz, ennek a berendezésnek még külön épületet kellett építeni a méretei miatt.
1924-től csatlakozott a Ganz dízelprogramjához Jendrassik György is. 1927 és 1947 között Ganz-Jendrassik néven kerültek forgalomba az erőgépek. A Ganz motorok is hajtottak motorvonatokat, szállítottak belőlük négy világrészre, hajókat és buszokat. Más magyar gyárak is kivették részüket a dízelmotor gyártásból. A Rába Vagon- és Gépgyár, akik a MAN-nal történt tárgyalások után 125 db motort gyártottak le. A Csepel autógyár gördülő legendái sikeres karriert futottak be az európai és ázsiai „testvér”országokban, köztük a A Roots mechanikus feltöltő rendszerrel és különleges differenciálművel szerelt Csepel teherautók, amik a 2-3 ezer méter magas dél-nyugat kínai hegyekben is csupán tíz százalékos teljesítménycsökkenést szenvedtek el.

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 felétől jelentek meg, először a teherfuvarozásban, majd a személygépkocsikban is.
A személygépkocsik és dízelmotorok találkozásának nagy úttörője a Peugeot volt. A Párizs-Bordeux közötti 1500 kilométeres távot óránként 48 kilométeres sebességgel tette meg az első dízel Peugeot és 100 km-enként mindössze 16 kg „nehéz olajat” fogyasztott.

Az első dizelmotoros autó
Az első dizelmotoros autó

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 (közös nyomócsöves) motorokat a FIAT fejlesztette ki (JTD), majd a Bosch megvásárolta a licencet 1997-ben. 1998-ban a Mercedes-Benz a Bosch által továbbfejlesztett közvetlen befecskendezéses rendszert tette a dízelmotorjaira (CDI).

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. Ez a tendencia Magyarországon is lezajlott, az újonnan forgalomba állított autók már 45-50%-a dízeles volt 2010-2017 között. Azóta a dízelek eladási részaránya folyamatosan és erősen csökken, habár a benzineseké is, a hibrid, illetve elektromos autók rovására. 

Motorok vezérlése PLC-vel szakértelemmel

Vegye fel velünk a kapcsolatotKapcsolat

Dízelmotor működése

A dízelmotor égési folyamata lényegesen eltér a benzinmotorétól. A dízelmotor csak levegőt szív be, amit nagymértékben sűrít. Ha ebbe a magas hőmérsékletű levegőbe befecskendezünk gázolajat az magától meggyullad. Innen kapta a nevét, hogy öngyulladós
motor. Nem csak az égési folyamat más, hanem az üzemanyag is. Dízelmotornál a gyulladás spontán történik az üzemanyag égéstérbe való befecskendezésének pillanatában. Ehhez több feltétel egyidejű jelenléte szükséges. A levegő hőmérséklete a befecskendezés pillanatában magas kell hogy legyen, amit a motor által létrehozott sűrítés által lehet elérni. A gázolajat nagy nyomás mellett kell befecskendezni (130 és 1000 bár között)
ahhoz, hogy olyan porlasztást érhessünk el, amely az üzemanyag öngyulladását és teljes elégését eredményezi. A gázolaj nagy forráspontú, könnyen gyulladó anyag.

Ez is egy négyütemű motor, csak a négy ütemben más dolgok játszódnak le.

1.ütem: Szívás: a főtengely 0°-ról 180°-ra fordul. Ebben az ütemben egy nyitott szelepen keresztül levegő áramlik a hengertérbe. A levegőt felmelegíti a forró hengerfal, a szelepek és a dugattyú. A diesel-motor mindig levegőfelesleggel működik, hogy a gázolaj tökéletesen füstnélkül égjen el.

2.ütem: Sűrítés: Ebben az ütemben a főtengely 180°-ról 360°-ra mozog. A dugattyú a már a kamrában lévő levegőt 16-25-ször összenyomja, és hőmérséklete 700-900 °C-ra nő.  A sűrítési ütem vége felé finoman porlasztva fecskendezi be a tüzelőanyagot a fúvóka. A dízelmotorban úgy történik a befecskendezés, hogy a tüzelőanyag nagyobbik része csak akkor jut a hengerbe, ha az előbb befecskendezett hányada már meggyulladt. A befecskendezés pillanatától az öngyulladásig eltelt idő a gyulladási késedelem; ennek értéke rendes körülmények között kb. 1/1000 s. Nagyon finom porlasztás és nagyon nagy gyulladási hajlamú tüzelőanyag esetén ez az idő rövidebb. A tüzelőanyag gyulladási
készségét a cetánszám adja meg. Annál nagyobb a cetánszám, minél hajlamosabb a gyulladásra a tüzelőanyag. Ha túl nagy a gyulladási késedelem, pl. hideg motor, rossz porlasztás, kis sűrítési véghőmérséklet vagy nehezen gyulladó (kis cetánszámú)tüzelőanyag esetén, akkor ez okozza az ártalmas dízelkopogást. A dízelkopogás a felgyülemlett tüzelőanyag gyors elégése során keletkezik.

3.ütem: Égés: Ebben az ütemben a megfelelő főtengely 360°-540°-ra mozog. A sűrítési ütem vége felé befecskendezett tüzelőanyag a nagy hőmérsékleten elpárolog és keveredik a forró levegővel. A keverék kb. 800 °C-on magától meggyullad. Először csak egy
kis mennyiségű üzemanyagot fecskendezünk be, majd miután az elpárolgott, és meggyulladt, akkor porlasztjuk be a nagyobb részt. Megfigyelhetünk gyújtási késedelmet, ami kb. 1/1000 másodperc. A keverék kb. 800 C fokon magától meggyullad és az égéskor keletkező nagy nyomás (80-90 bar) lenyomja a dugattyút. A dízel motorokra oly jellemző kopogás is ekkor keletkezik. Ezt a felgyülemlett üzemanyag gyors elégése okozza.

4.ütem: Kipufogás: A főtengely kiindulási helyzetéhez képest 540°–720°-ra mozog, ahogy a túlnyomás alatt levő égéstermék a gázt a nyitott kipufogószelepen át a kipufogórendszerbe tolja, az elégett gázok kipufognak, a dugattyú felfelé mozdul el.

Négyütemű Dízelmotor működése

Kétütemű változatot dízelmotoroknál is alkalmaznak, mint például nagy hajómotoroknál (itt a motor kétirányú forgása fontos szempont, mert a hátramenethez nem kell a motor és a
hajócsavart hajtó tengely közé sebességváltót beépíteni). Ezeket a motorokat gyakran ellendugattyús kialakítással készítik, egy hengerben két dugattyú egymással ellentétes irányban mozog, a hengerfej pedig elmarad. Ilyen volt például a híres Junkers Jumo 205 repülőgép-dízelmotor, melyet a II. világháború német repülőgépein alkalmazták. Ezek a motorok lassú fordulatszámú gépek. Ugyancsak kétütemű motorokat használnak egyes nagy
földmunka gépeken is gyakran V8 elrendezésben.

A kétütemű dízelmotorokat előszeretettel használják hajókban (például kompok), illetve régebben teherautókban. A működése annyival tér el a benzines motoroktól, hogy az elősűrítés nem a forgattyús-házban történik, hanem külön egység (roots fúvó, vagy
kompresszor) végzi. Ez a kialakítás lehetővé teszi, hogy a hajtókarcsapágyak kenése a négyütemű motorokhoz hasonlóan kényszerolajozással történjék.

A modern dízelmotorok erősek és gazdaságosak. A sztereotípiák ellenére környezetbarátok és zajtalanok. A dízelüzemű motorokkal üzemelő gépkocsik kiválóak zavartalan vidéki autózásra; kényelmesek nagy társaságoknak, családoknak és gyakori használat esetén sem hibásodnak meg. Nagyon megbízhatók terepen, ezért is olyan népszerűek a halászatot, a vadászatot és egyéb szabadban végzendő tevékenységek hívei körében.

Motorok vezérlése PLC-vel szakértelemmel

Vegye fel velünk a kapcsolatotKapcsolat

A dízelmotor előnyei a benzinmotorral szemben

  1. A nagy égési nyomás, és egyenletes töltés következtében széles fordulatszám-tartományban nagy forgatónyomatékot képes leadni a motor.
  2. A tekercsek, gyújtógyertya vezetékek hiányának előnye, hogy nincs rádiófrekvencia-kibocsátás, amely zavarhatja a navigációs és kommunikációs berendezéseket, és ez különösen fontos a tengeri és légi járművek alkalmazásánál.
  3. Kisebb a kipufogógázok hőmérséklete.
  4. Jobb a motor hatásfoka, ez jobb energiahasznosítást eredményez.
  5. Azonos lökettérfogatú benzines motorhoz képest jóval kisebb fogyasztás érhető el.
  6. Az élettartama egy dízelmotornak általában kétszer olyan hosszú, mint egy benzines motornak. Ennek oka a felhasznált alkatrészek élettartama miatt van, hiszen a dízelüzemanyag jobb kenési tulajdonságokkal rendelkezik, mint a benzin.
  7. A folyamatos levegőfelesleg miatt kicsi a CO-, CH- és NO-kibocsátás.
  8. A szén-monoxid-tartalom a kipufogógázban minimális, ezért a dízelmotorokat használják a föld alatti bányákban.

Gyakori kérdések


Mik a kétütemű motor előnyei és hátrányai?

Előnye, hogy kevesebb az alkatrész igényük, így kevesebb a hibaforrás, olcsóbb a javíttatás. Azonos hengerűrtartalom mellett jóval kisebb egy kétütemű motor mérete/tömege, mint egy négyüteműnek. Régen az ilyen motorral ellátott autó jóval olcsóbb volt (lásd Trabant). A kétszeres munka-ciklusszám miatt egyenletesebb a forgatónyomaték, ami különösen az egyhengeres motorok esetében jelent jobb menetdinamikát. Hátránya, hogy rendkívül szennyezik a környezetünket, a négyütemű motorokhoz viszonyítva nagyobb a fajlagos tüzelőanyag, és kenőolaj fogyasztásuk. A kétszeres munka-ciklusszámnak köszönhetően a mechanikai igénybevétele nagyobb, gyakran kell gyújtógyertyákat cserélni, mert gyorsan elhasználódnak.

Mi az a Wankel motor?

A Wankel motort bolygódugattyús motornak is hívják. A dugattyúk háromszög alakúak, az élük íves. A henger (köpeny) formája úgy néz ki, mint egy nulla, ebben egy excenter tengely segítségével bolyong a dugattyú. A dugattyú három csúcsa mindig érintkezik a dugattyú falával, a köpennyel, hiszen ez zárja el a különböző ütemeket egymástól.

Mi az a fojtás?

A kétütemű motoroknál nagyon fontos a kipufogórendszer megtervezése. Ezeknél a motoroknál úgy készítik a kipufogórendszert, hogy az egy kicsit „visszafogja” a kiáramló kipufogógázt. Ennek eredményeképpen a hengerbe beáramló friss keveréknek nem szökik el akkora része, mint fojtás nélkül. A túl nagy fojtás bent rekesztheti a kipufogógázokat a hengerben, ami csökkenti a következő munkaütem hatékonyságát.

Mi a különbség a kétütemű és a négyütemű motor között?

A négyütemű motornak több mozgó része van, nehezebb, drágább, kevésbé szennyező, mint a kétütemű motor. A négyütemű motor nagy tömörítési arányt és magas termikus hatékonyságot eredményez. A kétütemű motor több szennyeződést eredményez. A kétütemű motor nem rendelkezik kenőrendszerrel, több üzemanyagot fogyaszt, mint egy négyütemű. A kétütemű motor sokkal egyszerűbb kialakítású.

Mik a Dízelmotorok előnyei?

Kevesebb üzemanyagok fogyasztanak, mint a benzinüzemű motorok. Ez a befecskendező kamrákban lévő magas nyomásnak, a motor kialakításának, működési elvének, és számos más tényezőnek köszönhető. A dízelmotorokban az üzemanyag folyamatosan ég, rögtön miután a motorba került, alacsony fordulatszámon magas nyomatékot biztosítva és ezáltal a járművek dinamikája jobb. Az izzítógyertyáknak és a fűtött injektoroknak köszönhetően a dízelmotorok, függetlenül a környezeti hőmérséklettől, zavartalanul indulnak. Kétszer olyan hosszú ideig működnek, mint a benzinmotorok.

További blog cikkek

PLC programozás szakértelemmel

Több, mint 20 év tapasztalat lakás-, gépjárműipari és mezőgazdasági tevékenységek automatizálása területén. PLC és HMI programozás, gépfelújítás, vezérlések tervezése.

Vegye fel velünk a kapcsolatotKapcsolat
Oldal teteje