Dízel befecskendező rendszerek. Tervezés, előnyei és hátrányai

A benzinmotorokkal ellentétben a dízelmotorok kezdettől fogva üzemanyag-befecskendezéssel rendelkeztek. Csak a befecskendező rendszerek, szerelvények és a hengerekbe szállított üzemanyag nyomása változott.

A dízelmotor, közismertebb nevén dízelmotor működési elve teljesen eltér a benzinmotorokétól. Az üzemanyag-szállító tehergépkocsikban az üzemanyag-levegő keverék a dugattyú feletti égéstérbe jut. Az összenyomás után a keverék meggyullad a gyújtógyertya elektródáinál fellépő elektromos szikra kibomlása miatt. Ezért a benzinmotorokat szikragyújtású (SI) motoroknak is nevezik.

A dízelmotorokban az égéstérben lévő dugattyú csak levegőt sűrít, amely hatalmas nyomás (legalább 40 bar - innen a "nagy nyomás" elnevezés) hatására 600-800 °C hőmérsékletre melegszik fel. Az üzemanyag ilyen forró levegőbe való befecskendezése az üzemanyag azonnali öngyulladását eredményezi az égéstérben. Emiatt a dízel hajtásláncokat kompressziós gyújtású (CI) motoroknak is nevezik. Kezdettől fogva úgy táplálták őket, hogy az üzemanyagot az égéstérbe fecskendezték be, és nem a szívócsonkba, amely csak levegőt szállít a motorba. Attól függően, hogy az égésteret felosztották-e vagy sem, a dízelmotorokat közvetett vagy közvetlen befecskendezésű erőegységekre osztották.

Közvetett injekció

A dízelt, bár közvetlen befecskendező rendszerrel debütált, nem sokáig használták. Ez a megoldás túl sok problémát okozott, és az autóiparban felváltotta az 1909-ben szabadalmaztatott közvetett befecskendezés. A közvetlen befecskendezés megmaradt a nagy álló- és tengeri motorokban, valamint egyes teherautókban. A személyautók tervezői a közvetett befecskendezéses dízeleket részesítették előnyben, simább működéssel és kisebb zajjal.

A "közvetett" kifejezés a dízelmotoroknál egészen mást jelent, mint a benzinmotoroknál, ahol a közvetett befecskendezés levegő-üzemanyag keverék befecskendezése a szívócsőbe. A közvetett befecskendezéses dízelmotoroknál, akárcsak a közvetlen befecskendezéses kiviteleknél, az injektor által porlasztott üzemanyag is az égéstérbe kerül. Csak annyi, hogy két részre van osztva - egy segédrészre, amelybe az üzemanyagot befecskendezik, és a fő részre, pl. a közvetlenül a dugattyú feletti tér, amelyben a tüzelőanyag elégetésének fő folyamata zajlik. A kamrák csatornával vagy csatornákkal vannak összekötve. Formáját és funkcióját tekintve a kamrák elő-, örvény- és légtartályokra oszlanak.

Ez utóbbiak nem használhatók, mivel a gyártásuk gyakorlatilag leállt. Előkamrák és örvénykamrák esetén a fúvóka a segédkamra mellé van beépítve, és abba fecskendezi be az üzemanyagot. Ott meggyullad, majd a részben elégett tüzelőanyag belép a főkamrába és ott kiég. Az előkamrás vagy örvénykamrás dízelek zökkenőmentesen működnek, és könnyű forgattyúrendszerrel rendelkezhetnek. Nem érzékenyek az üzemanyag minőségére, és egyszerű kialakítású fúvókákkal rendelkezhetnek. Ezek azonban kevésbé hatékonyak, mint a közvetlen befecskendezéses dízelek, több üzemanyagot fogyasztanak, és gondot okoz a hideg motor beindítása. Ma a személygépkocsik közvetett befecskendezéses dízelmotorjai a múlté, és már nem gyártják őket. A mai piacon lévő modern autókban ritkán találhatók meg. Csak olyan kivitelekben találkozhatunk velük, mint az indiai Hindustan és Tata, az orosz UAZ, a Brazíliában forgalmazott régebbi generációs Mitsubishi Pajero, vagy az Argentínában kínált Volkswagen Polo. Sokkal nagyobb mennyiségben használják az utángyártott járművekben.

Közvetlen befecskendezés

Minden vele kezdődött. A közvetlen befecskendezés előnyeit azonban kezdetben nem használták ki. Az üzemanyag megfelelő örvénylésének fontossága nem volt ismert, égése sem volt optimális. Üzemanyag csomók keletkeztek, amelyek hozzájárultak a korom képződéséhez. A dugattyún túl gyorsan mentek a folyamatok, a motorok keményen dolgoztak, gyorsan tönkretéve a főtengely csapágyát. Emiatt a közvetlen befecskendezést elhagyták, inkább a közvetett befecskendezést részesítették előnyben.

Visszatérés a gyökerekhez, de modern változatban csak 1987-ben következett be, amikor a Fiat Croma 1.9 TD tömeggyártásba került. A közvetlen üzemanyag-befecskendezés hatékony befecskendező berendezést, magas befecskendezési nyomást, jó minőségű üzemanyagot és nagyon erős (és ezért nehéz) hajtóművet igényel. Ugyanakkor nagy hatásfokot és hideg motor könnyű indítását biztosítja. A közvetlen befecskendezéses dízelmotorok modern megoldásai főként teljesen lapos fejeken és megfelelően kialakított kamrákkal (üregekkel) rendelkező dugattyúkon alapulnak. A kamrák felelősek az üzemanyag megfelelő turbulenciájáért. A közvetlen befecskendezést ma széles körben használják a személygépkocsik dízelmotorjaiban.

Közvetlen befecskendezés - Szivattyús befecskendezők

A hagyományos dízelmotorokban különböző típusú szivattyúk felelősek az üzemanyag-ellátásért. Az úttörő időkben az üzemanyag-befecskendezés sűrített levegővel, az 20-as években újratervezett olajszivattyúkkal történt. A 300-as években már széles körben használták a dízelmotorokhoz tervezett speciális szivattyúkat. Kezdetben soros szivattyúkon alapult, amelyek alacsony nyomást (60 bar-ig) hoznak létre. Csak az 1000-es években jelentek meg a hatékonyabb, axiális elosztós (80 bar feletti) szivattyúk. A hetvenes évek közepén mechanikus, a nyolcvanas évek közepén elektronikus vezérlést kaptak (BMW 524td, 1986).

A teherautókban már a 30-as években használt szivattyús befecskendezők egy kicsit más üzemanyag-befecskendezési módot jelentettek, személygépkocsikban a Volkswagen konszern használta széles körben, először 1998-ban (Passat B5 1.9 TDI). Röviden, a szivattyú befecskendező egy olyan befecskendező szelep, amely saját szivattyúval rendelkezik, amelyet egy vezérműtengely hajt meg. Így a nyomásgyakorlás és a hengerbe való befecskendezés teljes folyamata a hengerfejre korlátozódik. A rendszer nagyon kompakt, nincsenek üzemanyag-vezetékek, amelyek összekötik a szivattyút az injektorokkal. Ezért nincs fúvóka lüktetés, ami megnehezíti az üzemanyag adagjának szabályozását és a szivárgást. Mivel az üzemanyag részben elpárolog az egység befecskendező kamrájában, a befecskendezési idő kicsi lehet (könnyű indítás). A legfontosabb azonban a nagyon magas, 2000-2200 bar befecskendezési nyomás. A hengerben lévő üzemanyagadag gyorsan keveredik a levegővel és nagyon hatékonyan ég.

Általánosságban elmondható, hogy az egységbefecskendezőkkel ellátott dízelolajat nagy hatásfok, alacsony üzemanyag-fogyasztás, nagy sebesség és nagy teljesítménysűrűség elérésének lehetősége jellemzi. De az egységinjektoros motor gyártása költséges, elsősorban a hengerfej összetettsége miatt. Munkája kemény és hangos. Az egység befecskendezőkkel való meghajtásakor a kipufogógáz mérgezésével is gondok vannak, ami nagyban hozzájárult ahhoz, hogy a VW felhagyott ezzel a megoldással.

Közvetlen befecskendezés – Common Rail

A Common Rail befecskendező rendszer legfontosabb eleme a "Common Rail", egy tartálytípus, más néven "nyomás alatti üzemanyag-akkumulátor", amelybe egy szivattyú pumpálja a gázolajat. Nem közvetlenül a szivattyúból, hanem a tartályból lép be a fúvókákba, miközben minden hengernél ugyanazt a nyomást tartja fenn.

Képletesen azt mondhatjuk, hogy az egyes befecskendezők nem várják meg a szivattyú egy adag üzemanyagát, de még mindig nagyon magas nyomáson van üzemanyag. Az injektorokat működtető elektromos impulzusok elegendőek az égésterek tüzelőanyaggal való ellátásához. Egy ilyen rendszer lehetővé teszi többfázisú befecskendezések létrehozását (akár 8 fázis befecskendezésenként), ami az üzemanyag nagyon precíz elégetéséhez vezet a nyomás fokozatos növekedésével. A nagyon magas befecskendezési nyomás (1800 bar) lehetővé teszi a nagyon kis nyílású befecskendezők használatát, amelyek szinte köd formájában szállítják az üzemanyagot.

Mindezt a motor magas hatásfoka, egyenletes futás és alacsony zajszint (a közvetlen befecskendezés ellenére), jó irányíthatóság és alacsony kipufogógáz-kibocsátás egészíti ki. A közös nyomócsöves motorokhoz azonban a legjobb minőségű üzemanyag és a legjobb szűrők szükségesek. Az üzemanyagban lévő szennyeződések tönkretehetik a befecskendezőket, és olyan károkat okozhatnak, amelyek javítása rendkívül költséges.