Dízel vs. benzinmotor

A benzines

Mivel az öregebbet illeti meg az elsőbbség, ezért kezdjük talán a négyütemű benzinmotorral. A történet egészen 1883-ig nyúlik vissza, amikor Daimler és Maybach elkészíti a nagy fordulatszámú, izzócsöves gyújtású négyütemű benzinmotort. Azóta fejlesztik, csiszolgatják a konstrukciót, aminek működési alapelve az idők folyamán semmit sem változott. Mind a kettő konstrukciónál a hő előállítása és mechanikai munkává való átalakítása egyetlen gépben valósul meg.

Ez pontosan hogyan is megy végbe?

Négy ütem alatt lesz a benzin-levegő keverékből mechanikai munka, ami aztán hajtja a kerekeket.

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. Mint tudjuk a gázok a kisebb nyomás felé szeretnek menni, ezért a levegő beáramlik a szívórendszerbe, miközben a porlasztó, vagy a befecskendező benzinpermetet készít nekünk. Ezek ketten összekeverednek és elkészült a benzin-levegő keverék. A nyitott szívószelepen keresztül szépen beáramlik a hengerbe. Meddig van nyitva a szívószelep? Ha csak addig lenne nyitva, amíg a dugattyú eljut a felső holtpontról az alsó holtpontig, akkor nem 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 “naftával”. Viszont van olyan, akinek nem tetszik, hogy ilyen sokáig tart egy feltöltés. Növelhetjük a henger feltöltést, például rövid, nagy átmérőjű, sima falú szívócsővel, aztán az égéstér előnyös kialakításával.

A második ütemben sűrítjük össze a bejuttatott üzemanyagot. Miközben a dugattyú mozog felfelé, összenyomja az előtte lévő közeget, az eredeti hengertérfogat kb. 10-ed részére. A sűrítés során 400-500 C sűrítési véghőmérséklet jön létre, mely következtében a végnyomás 18 bar értéket ér el. Ezzel a nagy hőmérséklettel és a nagy nyomással már csínján kell bánni, mert ha gyengébb minőségű üzemanyagok tankolunk, akkor lehet, hogy magától begyullad az üzemanyag. Ez nem jó, mert kopogó hangot ad ki a motor. A sűrítés elősegíti a tüzelőanyag alapos keveredését. Azért fontos, hogy jól összekeveredjen a benzin a levegővel, mert így elősegíthetjük a tökéletesebb égést.

Harmadik ütemben meggyújthatjuk az összesűrített üzemanyagunkat. Az égést a gyújtógyertya elektródái között létrejövő ív indítja meg. Az ív létrejöttétől a lángfront teljes szétterjedéséig kb. 1/1000 másodperc telik el. Ez nem valami sok idő… De még ez picike másodperc is idő, ezért a dugattyú felső holtpontja előtt gyújtják meg az ívet. Lobbanásszerű égés jön létre mely röviddel a felső holtpont után, eléri a 2000-2500 C-os hőmérsékletet és a 40-60 bar nyomást. Ez azért már elég combos, így a nagynyomású égéstermékek kitágulnak, és lefelé nyomják a dugattyút. Mint tudjuk az energia nem vész el, csak átalakul. Az előbb még hő formájában tárolt energia lenyomja a dugattyút és máris mechanikai lesz belőle. Az ütem végére a nyomás 3 bar tájékára csökken, míg a hőmérséklet “csak” 800 C körül alakul.

Itt tegyünk egy kis kitérőt, hogy megnézzük a motor fogyasztását. Akkor fogyaszt optimálisan egy motor, ha 1 kg benzin elégetéséhez 15 kg levegőt használunk fel. Ez alacsony fogyasztást eredményez, és ilyenkor terheljük legkevésbé a környezetünket. Az autógyártók meg szokták adni, hogy mennyi üzemanyagot fogyaszt a motor. A gyári értékek elég csalafinta számok szoktak lenni, ugyanis nem mindenki tudja elérni azt a fogyasztást. Ahhoz hogy elérjük a gyár által előírt fogyasztási adatokat a következő dolgokat, kell biztosítanunk. 1000 hPa légnyomás, szélmentes idő, 20 C levegő hőmérséklet, sík, száraz úttest. Sok sikert a próbálgatáshoz…

Térjünk vissza a mi kis hengerünkhöz, ahol már 3 ütem lejátszódott, és éppen a negyedik, a kipufogás kezdődik. Szépen halad lefelé a dugattyú, és a kipufogó szelep kinyit. A 3 bar nyomáson, hangsebesség felett lévő gáz távozik a hengerből, és a kipufogó felé veszi az irányt, ahol hangtompítókon keresztül halad át, mert különben elég nagy hangzavart tudna kelteni. Ebben az ütemben már nyit a szívó szelep és újabb adag tüzelőanyag, érkezik a hengerbe.

A dízel

Jöhet a jó öreg “olajkályha”. Tehát 1893-ban Rudolf Disel fejéből pattant ki a zseniális ötlet, hogy működtessünk egy négyütemű belső égésű motor nehézolajjal. Még ebben az évben szabadalmaztatta is ötletét, amelyet először 1897-ben láthattak az akkor élők a MAN cégnél, hiszen ekkor készült el az első üzemképes változat. Azóta eltelt jó pár évtized alatt hihetetlen fejlődésen ment keresztül, lényegében a dízelmotor elkészítés és sorozatban gyártása tette lehetővé a haszongépjárművek gazdaságos üzemeltetését és fejlődését.

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 égési folyamat más, hanem az üzemanyag is. Gázolajat kell tankolni a kútnál. A gázolaj nagy forráspontú, könnyen gyulladó anyag. Ez is egy négyütemű motor, csak a négy ütemben más dolgok játszódnak le.

Itt is a szívással kezdünk. Amint már leírtam, csak levegőt szív be a hengerbe. A levegőt felmelegíti a forró hengerfal, a szelepek és a dugattyú. A dízelmotor mindig levegőfelesleggel működik, hogy a gázolaj tökéletesen füst nélkül égjen el. Második ütemben összesűrítjük a levegőt, hogy nagy nyomáson (50 bar), és magas hőmérsékleten (850-900 C) legyen. A sűrítést itt is a dugattyú végzi, nem sokkal a felső holtpont előtt kezdjük el befecskendezni az üzemanyagot. Fontos, hogy minél finomabb legyen a porlasztás, mert annál gyorsabb, jobb lesz az égés. Harmadik ütem, a gyújtás, vagy munkavégzés. Először csak egy kis mennyiségű üzemanyagot fecskendezünk be, majd miután az elpárolgott, és meggyulladt, akkor “nyomjuk” be a nagyobb részt. Itt is megfigyelhetünk a gyújtási késedelmet, ami kb. 1/1000 másodperc. A keverék kb. 800 C-on magától meggyullad és az égéskor keletkező nagy nyomás (80-90 bar) lenyomja a dugattyút. A dízel motorokra oly jellemző kopogás, ketyegés is ekkor keletkezik. Ezt a felgyülemlett üzemanyag gyors elégése okozza. Ezzel eljutottunk a negyedik, kipufogás ütemhez. A túlnyomás alatt lévő égéstermék a kipufogó szelepen keresztül távozik a hengerből, de a hőmérséklete még mindig magas, 600 C körül alakul.

Most hogy tudjuk hogyan működnek, nézzük meg, hogy milyen előnyei vannak egy dízelmotornak a benzines erőforrással szemben.

1. A nagy égési nyomás, és egyenletes töltés következtében széles fordulatszám-tartományban nagy forgatónyomatékot képes leadni a motor.

2. Kisebb a kipufogógázok hőmérséklete

3. Jobb a motor hatásfoka, ez a jobb energiahasznosítást eredménye

4. Azonos lökettérfogatú benzines motorhoz képest jóval kisebb fogyasztás érhető el.

5. A folyamatos levegőfelesleg miatt kicsi a CO-, CH- és NO-kibocsátás.

Hátrányként szokták említeni a dízelmotoroknál, a következő dolgokat:

1. Nem nyugodt járáskultúra. Ez valóban még ma is probléma, de azért nagyon sok okosságot találtak már ki a mérnökök, hogy kiküszöböljék ezt a gondot.

2. Koromképződés. A korom nagyon komoly probléma volt, hiszen nagyon káros a szervezetre és a környezetre nézve. Ezt a problémát azonban orvosolták, a részecskeszűrő bevezetésével, valamint a megfelelő égéstér kialakításával.