Dyzeliniai varikliai – atsiradimas ir evoliucija (3 dalis)

10 spalio 2013, 21:03

Šiame straipsnyje tęsiame pasakojimą apie dyzelinių variklių atsiradimą ir evoliuciją.

Privalumai ir trūkumai

Paprastai šiuolaikinių dyzelinių variklių naudingumo koeficientas siekia iki 40–45 proc., kai kurių lėtaeigių didelių dyzelinių variklių viršija 50 proc. (pavyzdžiui, MAN S80ME-C7 sunaudoja tik 155 g/kWh, pasiekdamas 54,4 proc. efektyvumą). Dėl dyzelinio variklio dar­binio proceso ypatumų nekeliami griežti reikalavimai kuro garavimui, o tai suteikia galimybę naudoti jame prastesnės rūšies sunkiąsias alyvas.

Dyzelinis variklis negali išvystyti aukštų apsukų – dėl priešuždegiminės fazės laikotar­pio kuras nespėja sudegti cilindruose. Dideli mechaniniai įtempimai dyzeliniuose varik­liuose reikalauja masyvesnių ir brangesnių detalių panaudojimo, o tai apsunkina variklį. Tai mažina santykinį variklio galingumą, ir dėl šios priežasties dyzeliniai varikliai nepaplito aviacijoje. Dyzeliniam varikliui veikiant maksi­maliais eksploataciniais režimais, kuras ne iki galo sudega variklyje ir pašalinamas suodžių kamuolių pavidalu.

Į dyzelinio variklio cilindrą įpurškiamo kuro degimas vyksta palaipsniui, todėl dyzeliniai varikliai sukuria aukštesnį sukimo momentą, esant žemesnėms apsukoms, o tai sąlygoja didesnį automobilio su dyzeliniu varikliu „paklusnumą“ judant, nei automobilio su benzininiu varikliu. Dėl šios priežasties bei dėl didesnio ekonomiškumo šiuo metu daugelyje sunkvežimių montuojami dyzeliniai varikliai. Lyginant su benzininiais varikliais, paprastai dyzelinio variklio išmetamosiose dujose yra mažesnis anglies oksido (CO) kiekis, tačiau šiuo metu naudojami katalizatoriai, montuojami benzininiuose varikliuose, gerokai sumažina šį skirtumą. Pagrindinės toksinės dujos, esančios išmetamosiose dujose didesniais kiekiais, – tai angliavandeniliai (НС arba СН), azoto oksidai (NOх) ir suodžiai (arba jų dariniai) juodų dūmų pavidalu.

Kitas svarbus aspektas, susijęs su saugumu, – tai žemas dyzelinio kuro garavimo lygis, o tai reiškia, kad mažėja dyzelinio variklio užsidegimo tikimybė, juo labiau kad juose nenaudojama degimo sistema. Kartu su ekonomiškumu tai tapo pagrindine dyzelinių variklių pritaikymo karinėje technikoje priežastimi, nes kasdien ją eksploatuojant (nekarinė eksploatacija) sumažėjo gaisro tikimybė dėl prasisunkusio kuro.

Žinoma, yra ir trūkumų, tarp jų — būdingas dyzelinio variklio kalenimas darbo metu. Tačiau paprastai jį pastebi automobilių su dy­zeliniais varikliais savininkai, o pašaliniam as­meniui jis yra praktiškai nepastebimas.

Aiškiais dyzelinių variklių trūkumais galime laikyti: galingų starterių naudojimo būtinybę, vasarinių dyzelinių degalų sustingimą (parafi­no išsiskyrimą) esant žemoms temperatūroms, preciziškos kuro aparatūros sudėtingumą ir didesnes šios aparatūros remonto išlaidas. Taip pat dyzeliniai varikliai yra jautresni kuro užterštumui kietosiomis dalelėmis ir van­deniu. Paprastai dyzelinių variklių remontas yra gerokai brangesnis nei tos pačios klasės benzininių variklių. Dyzelinių variklių tūrinis galingumas taip pat paprastai nusileidžia benzininių variklių galingumui, nors dyze­liai pasižymi tolygesniu ir aukštesniu sukimo momentu. Ekologiniai dyzelinių variklių ro­dikliai iki pastarojo meto gerokai nusileis­davo benzininių variklių rodikliams. Klasi­kiniuose dyzeliniuose varikliuose, turinčiuose mechaninį įpurškimo valdymą, yra įmanoma montuoti tik oksiduojančius išmetamųjų dujų neutralizatorius, veikiančius aukštesnėje nei 300 °C išmetamųjų dujų temperatūroje, kurie oksiduoja tik CO bei CH ir paverčia juos nek­enksmingu žmogui anglies dioksidu (CO2) ir vandeniu. Be to, anksčiau tokie neutralizato­riai sugesdavo dėl jų užteršimo sieros junginiais (sieros junginių kiekis išmetamosiose dujose tiesiogiai priklauso nuo sieros kiekio dyzeliniuose degaluose) bei suodžių dalelių nuosėdų katalizatoriaus paviršiuje. Situacija pradėjo keistis atsiradus vadinamajai „Com­mon-Rail“ dyzelių sistemai. Šiose sistemose kuras įpurškiamas elektronikos valdomais purkštukais. Elektroninį purkštukų valdymo signalą siunčia valdymo blokas, gaunan­tis signalus iš daugybės daviklių. Davikliai tikrina įvairius variklio darbo parametrus, turinčius įtakos kuro įpurškimo impulso truk­mei bei įpurškimo momentui. Taigi, pagal sudėtingumą šiuolaikinis ekologiškas dyzeli­nis variklis niekuo nenusileidžia savo benzi­niniam broliui, o pagal daugybę parametrų (pvz., sudėtingumo) smarkiai jį lenkia. Pavyzdžiui, kuro slėgis įprastuose dyzeliniuose purkštukuose, turinčiuose mechaninį įpurškimą, sudaro nuo 100 iki 400 barų (apy­tikriai atitinka „atmosferas“), o naujausiose „Common-Rail“ sistemose šis slėgis svyruoja nuo 1000 iki 2500 barų ir tai kelia nemažai problemų. Šiuolaikinių transporto priemonių su dyzeliniais varikliais katalizatorių sistema taip pat kur kas sudėtingesnė nei benzininių variklių, nes katalizatorius turi veikti esant nestabiliai išmetamųjų dujų sudėčiai, o kar­tais yra reikalingas vadinamasis suodžių filtras (DPF – kietųjų dalelių filtras). Suodžių filtras – tai panaši į įprastą katalizatorių konstrukcija, montuojama tarp dyzelinio variklio išmetimo kolektoriaus ir katalizatoriaus. Suodžių filtre sukuriama aukšta temperatūra, kuriai esant suodžių dalelės oksiduojamos liekamuoju deguonies kiekiu, esančiu išmetamosiose dujose. Tačiau dalis suodžių ne visuomet ok­siduojama ir lieka suodžių filtre, todėl valdymo bloko programa periodiškai perjungia variklį į suodžių filtro valymo režimą, vadinamą „post injection“, t. y. papildomos kuro dozės įpurškimas į cilindrus degimo fazės pabaigo­je tam, kad būtų pakelta išmetamųjų dujų temperatūra ir išvalytas filtras, išdeginant susikaupusius suodžius. De facto standartu tapo turbokompresorių naudojimas dyzelinių variklių konstrukcijose. Maža to, paskutiniu metu išplito ir „interkulerių“ (Intercooler – įrenginys, aušinantis orą po suslėgimo turbo­kompresoriuje tam, kad ataušinus būtų padidinta oro masė (deguonies kiekis), patenkanti į cilindrus, esant tam pačiam kolektorių pralai­dumui) naudojimas, o kompresoriai leido pa­didinti serijinių dyzelinių variklių santykines galingumo charakteristikas, nes padidino per vieną darbinį ciklą į cilindrus patenkančio oro kiekį.

Savo pagrindine konstrukcija dyzelinis varik­lis yra panašus į benzininį variklį. Tačiau analogiškos dyzelinio variklio detalės yra sunkesnės ir atsparesnės aukštam suspau­dimo slėgiui, kuris būdingas dyzeliams, taip pat didesnis cilindro paviršiaus šiurkštumas ir cilindrų bloko sienelių kietumas. Cilindrų galvutės specialiai apskaičiuotos dyzelinių variklių degimo proceso ypatumams ir vi­suomet pritaikytos aukštesniam suslėgimo lygiui. Be to, cilindrų galvutės automobiliniuose dyzeliniuose varikliuose yra aukščiau viršutinės cilindrų bloko plokštumos. Kai kuriais atvejais — senuose dyzeliniuose varik­liuose — cilindrų galvutės turi dalį degimo kameros (tiesioginis įpurškimas).

Pritaikymo sritys

Dyzeliniai varikliai naudojami stacionarių agregatų pavarai, bėginėse transporto priemonėse (šilumvežiai, dyzeliniai traukiniai, dyzeliniai vežimėliai) ir nebėginėse transporto priemonėse (lengvieji automobiliai, auto­busai, sunkvežimiai), savaeigėse mašinose ir mechanizmuose (traktoriai, asfalto tankintu­vai, grunto grandikliai (skreperiai) ir t. t.), taip pat laivų statybos srityje kaip pagrindiniai ir pagalbiniai varikliai.

Tęsinys kitame straipsnyje.

Komentarai

Komentarų nėra. Būkite pirmas!