A belső égésű motorok égésterei
Amióta kereskedelmi forgalomban vannak a dugattyús motorok, folyamatos kutatás és fejlesztés zajlik a minél hatékonyabb égésterek kialakítása céljából. Bár sok gyártó már elfordult a benzinnel és gázolajjal hajtott belső égésű motorok fejlesztésétől, néhány manufaktúra még ma is igyekszik új modellekkel előállni. Egyelőre nem tudhatjuk, melyik csoport hozott jó döntést, az viszont bizonyos, hogy jelenleg még jelentős igény mutatkozik a technológiára, így a mostani technikai bemutatónk is aktuális problémának tekinthető.
Ebben a cikkben az égésterek fejlődéstörténetét mutatjuk be, kiemelve néhány példát a fontosabb állomások közül.
Definíció, alapvető különbségek
A belső égésű motorok égéstere nem más, mint az a térfogat, melyben az üzemanyag és levegő keverékét összesűrítjük, majd begyújtjuk (dízeleknél öngyulladás), és ezen égés hatására kezdenek az égéstérben lévő gázok expandálni.
Véletlenül sem triviális, hogy ez milyen hatékonysággal történik meg, hiszen ez alapvetően befolyásolja a forgattyús tengelyen leadott teljesítményt – és erre jelentős hatást gyakorol az égéstér geometriája.
Rögtön az elején el kell választanunk egymástól az Otto- és Diesel-körfolyamat alapján működő motorokat, ugyanis teljesen más követelményrendszernek kell megfelelni a két motor esetén az égéstereknek.
Mi több, a benzinmotorokon belül szintén érdemes különválasztani aszerint, hogy a benzin hogyan kerül be az égéstérbe. Ez alapján megkülönböztetünk szívócsőbe történő, valamint közvetlen befecskendezést (ha a karburátortól eltekintünk), és ezek kombinációját. A benzin-levegő keveréknél ugyanis kritikus fontosságú, hogy az elegynek mennyi ideje van keveredni egymással, és ehhez képest kell igazítanunk az égéstér kialakítását is.
Benzinmotorok égéstere
Kezdetben, amikor még a benzinmotoroknál nem volt elterjedt a nagy kompressziójú gyújtás és a közvetlen befecskendezés, az égésterek kialakítása jelentősen kisebb feladatnak bizonyult, mint a dízelmotorok esetén.
A tervezési szempontok között szerepel például a rövid és egyenletes lángút, hogy az égés következtében létrejövő terjeszkedés a lehető legtöbb nyomatékot szolgáltassa. Emellett szintén lényeges pont az örvénylés: ez nem csak a további keveredés miatt lényeges, hanem az égés gyorsítása és a forró pontok hűtése miatt is.
Mivel a motortömb kialakítása nem lehet geometriailag tökéletes, ráadásul az égés is viszonylag kis térfogaton koncentrálódik, a motor hőleadása messze nem egyenletes.
Mindemellett az is szempont, hogy az égéshőből ne távozzon túl sok a környezetbe, hiszen annak mértéke egyenesen arányos a termikus hatásfok, azaz végül a motor leadott teljesítményének csökkenésével.
Ezen túlmenően fontos, hogy az égéstérbe beleférjenek a kellő méretű szeleptányérok, és a szelepnyitás is lehetséges legyen a megfelelő szelephosszon.
Hogy ez mennyire lényeges pont, arra tökéletes példa a jelenleg Stellantis csoport által birtokolt, HEMI védjeggyel ellátott motorcsalád. Nevét a hemiszférikus, azaz félgömb alakú égésteréről kapta. Szigorúan geometriai értelemben ez az égéstér áll a legközelebb az ideális formához, azonban mint minden műszaki megoldásnál, itt is akad kompromisszum.
A hemiszférikus égéstér legnagyobb hátránya, hogy pont a geometria miatt képtelenség kettőnél több szeleptányért elhelyezni benne – legalábbis olyan méretben, hogy annak még relevanciája legyen. Ezért aztán a HEMI motorok jellemzően ma is egy szívó- és egy kipufogószeleppel működnek.
Természetesen ez alól is van kivétel, de a többszelepes megoldásoknál általában a tökéletes félgömb alakot valamelyest torzítani kellett, hogy minden szeleptányér elférhessen.
A Stellantis márkáin túl az Aston Martin és a Ford, a Lamborghini, a Toyota, és számos egyéb gyártó is alkalmazta már a megoldást.
Ezen túlmenően végtelen számú egyéb kivitel látott már napvilágot. Ezek közül láthatunk néhányat a régebbiek közül.
Valamennyi megoldás rendelkezik előnyökkel és hátrányokkal, így általánosságban elmondható, hogy a kialakítások milyensége jelentős részben a felhasználás módjától függ. Az „f” jelű égéstér például kifejezetten résvezérléses rendszerhez készült, ahol a dugattyú taraja az áramlás irányítására szolgál.
Dízelmotorok égéstere
Idővel a benzines változatok égéstere is elkezdett hasonlítani a dízelekére a fent említett közvetlen befecskendezés és az egyre növekvő kompresszió miatt.
A dízelekről általánosságban elmondható, hogy égéstereik osztott vagy osztatlan kivitelben készülnek.
Korábban az osztott égéstér működőképesebb megoldásnak tűnt, mégpedig azért, mert itt nincs szükség precíz porlasztásra.
Az osztott égéstér kulcseleme az előkamra. Ez a teljes égéstér térfogatának 25-40%-át teszi ki, és ide kerül a beporlasztott gázolaj. A kompressziócsúcsnál az előkamrában gyullad meg a keverék, majd a kialakult nyomás kipréseli az előkamrából az expandáló gázt, mely még sok elégetlen üzemanyagot tartalmaz. Ám mivel a hőmérsékete és a nyomása is igen magas, az égéstér többi részében friss oxigénnel találkozva tovább ég a keverék.
Különleges megoldás az ún. örvénykamra, mely annyiban több, mint az előkamra, hogy a dugattyú által ide bepréselt levegő örvényleni kezd, így a kamra szűkítésének nem kell olyan kicsinek lennie a nagy áramlási sebesség elérése érdekében, mint az előkamrás változatoknál. Itt viszont már nem közömbös a befecskendezés iránya; megfelelő beállítással jelentő üzemanyagspórolás érhető el az előkamrás verziókhoz képest.
A modernkori dízelmotorok teljesen elhagyták ezeket a megoldásokat, ugyanis ma már megoldott a precíziós befecskendezés, és sokkal nagyobb égési sebességeket, ezáltal jelentősen jobb fajlagos teljesítményt képesek elérni a motorokkal az osztatlan égésterekkel.
Itt a befecskendezés szinte kivétel nélkül közvetlen, így mindig alkalmazzák az örvénylést, hogy a gyulladás előtt kellően elkeveredjen a gázolaj a levegővel. Ezt elősegíti, hogy a tüzelőanyagot több dózisban és extra nagy finomsággal porlasztják be.
Mivel a közvetlen befecskendezés a teljesítmény jelentős növekedéséhez vezetett, mind a benzines, mind pedig a gázolajos motorok fejlesztése ebbe az irányba tolódott el, így az égésterek kialakításában ma már messze nincs akkora különbség a két motortípus között.
