A lassú járású dízelmotorok bemutatása

Az energiahatékonyság, mint témakör, a különböző jármű erőforrások kapcsán is rendkívül frekventált témakörré vált az elmúlt 1-2 évtizedben. A belső égésű motorok az üzemanyaguk energiatartalmának egy igen jelentős részét képtelenek mozgási energiává alakítani – ez szintén egyre általánosabban ismert tény. Azonban arról kevesen tudnak, hogy a leghatékonyabb belső égésű aggregátok jellemzően nem közúton találhatók.

Ebben a cikkben a dugattyús motorok egy különleges csoportját, a kis fordulatszámú, vagy lassú járású dízelmotorokat mutatjuk be, és rámutatunk néhány lényeges különbségre közúti társaikhoz képest.

Általános leírás

A belső égésű motorok csoportosítása számos paraméter alapján történhet – például nagyságuk és fordulatszámuk szerint, melyek alapján a rendeltetési célra is lehet következtetni.

Fontos hozzátenni azonban, hogy a csoportosítások határvonala nem egzakt, ennélfogva még a szakirodalmak sem feltétlenül egységesek ebben a tekintetben. Az a belső égésű motorok létezése óta általános értelemben érvényes, hogy a méretek növekedésével egyidejűleg a fordulatszám érzékelhetően csökken, mely elsősorban a növekedés miatt egyre korlátozottabb dugattyú középsebességnek köszönhető.

Közepes méretű és fordulatszámú motorok

A címben nem véletlen, hogy csak a dízelmotorokat említjük, ugyanis ezekben a kategóriákban nem építenek benzinnel működő erőforrásokat.

A közepes méretosztályban elsősorban járműmotorokat találunk, melyek vasúti mozdonyokban és hajókban kerülnek beépítésre. Ezen kívül alkalmasak kötött aggregátnak is (elektromos áram termelése, szivattyú meghajtása).

Szintén ebbe a csoportba sorolhatók a közúti járművekben használt motoroknál nagyobb méretű, mégis szárazföldi, extrém nagy méretű járművekbe kerülő aggregátok. Ilyenek a bányadömperekben, földgyalukban, lánctalpas járművekben dolgozó motorok. Lökettérfogatuk jellemzően nagyobb mint 30 000 köbcentiméter, hengerátmérőjük 130 és 300 milliméter között található. Teljesítményük 400 és 4000 kW közé tehető, nagyjából 900-2000-es percenkénti fordulatszám mellett.

Ezeket a motorokat többnyire közúti járművek dízelmotorjaiból fejlesztik ki. Noha például a vasúti alkalmazás teljesítmény-igénye többszörös a közútihoz képest, a követelmények hasonlók; a nagy tömegteljesítmény és a nagy effektív középnyomás hasonló irányba terelte a konstruktőröket.

Ez természetesen pozitív hatással bírt a két területre: a párhuzamos fejlődés során a vasúti üzem követelményeinek figyelembevétele a motorok nagyobb motortechnikai fejlettségét és élettartamát eredményezte, a vasúti motorokhoz pedig a közúti változatok fejlett gyártástechnológiáját alkalmazták.

A közepes méretű dízelmotorok fajlagosan nehezebbek kisebb társaiknál; 2,5-25 kilogrammnyi tömeg jut minden egyes kilowattnyi teljesítményre. Ez természetesen nagyban függ a feltöltés mértékétől és a motor kihasználtsági fokától. Az általános érték közelítőleg 5,5-8 kg/kW.

Hengerelrendezés tekintetében előnyösek a nagy teljesítménysűrűségű, azaz a beépített térfogatban minél nagyobb hengerszám elhelyezését megengedő kivitelek. Ennek okán a leggyakoribb változat a V-elrendezés. A közúti megoldásoktól eltérő módon az egyenletes gyújtási távolság követelményét általában alárendelik a rendelkezésre álló szélességi méret követelményét biztosító hengerszögeknek. Ezért a közúton megfigyelhető 60-90 fokos hengerszögek helyett 40-50 fokossal találkozunk.

Ezen túlmenően itt is létezik W-elredezésű, és szintén három hengersoros kétütemű deltamotor, valamint a négysoros H-, és X-elrendezés is fellelhető a palettán.

A forgattyúház sok eltérést mutat a közúti verziókhoz képest, ugyanis jelentősen nagyobb terhelést kell elviselnie, így gyakran extra megerősítést kap. Anyaga hegesztett acél.

Bármennyire is számít modernnek egy ilyen dízelmotor, a szelepvezérlésük mégis eltér a mai közúti megoldásoktól. OHV rendszerűek, azaz nem felül-, hanem oldalvezérlésűek. Vezérműtengelyből viszony kettő van a ház két oldalán, melyeket a forgattyúházban a lehető legmagasabbra építenek be. Ennek célja, hogy a szelepmozgató mechanizmus a ház oldalsó szerelőnyílásán könnyen hozzáférhető lehessen.

Nagyméretű, lassú fordulatszámú motorok

A turbófeltöltővel való teljesítménynövelés elterjedése új lehetőségeket teremtett a négyütemű motorok méretnövekedésére. A kétüteműeknél megbízhatóbb üzemű, nagy teljesítménysűrűségű négyütemű dízelmotorokat 200-1400 kilowattos hengerenkénti teljesítménnyel gyártják. Percentkénti fordulatszámuk 400-750, hengerfuratuk 320 és 650 milliméter közé esik.

Az elsődleges piaca a hajózás, ugyanakkor itt is változatos egyéb alkalmazási területeket találunk: villamos áramfejlesztők, sűrítők, munkagépek, szivattyúk és öntözőberendezések hajtóegységeiként is szolgálnak.

A konstrukciós eltérések itt jelentősen nagyobbak, például a rendkívül magas termikus igénybevétel miatt. Ez elsősorban a közúti mértékkel hihetetlenül nagy, akár 20 bar feletti töltőnyomás miatt keletkezik.

A nehézolaj tüzelőanyagok alkalmazása miatt a kipufogószelepek élettartama csekély, jellemzően nem több 6000 üzemóránál. A hengerfejek leszerelése az esetek többségében a szűk hely és a hatalmas tömeg miatt lehetetlen, így a szelepeket ún. szelepkosárban helyezik el, ami a szeleppel együtt kivehető a hengerfejből utóbbi eltávolítása nélkül. A motorok hengerenként négyszelepesek, az égéstér osztatlan.

Mivel a fenti okokból a hőterhelés magas, külön figyelmet kell fordítani a szelepek és a hengerperselyek hűtésére. Emellett a mechanikai terhelés sem elhanyagolható: nem ritka a 120 bart meghaladó égési csúcsnyomás, mely miatt hasonló megerősítéseket találunk a motorban, mint a közepes méretű változatoknál.

A dugattyúk és a hajtórudat is több részből állnak – ez elsősorban a szerelhetőség miatt fontos.

Általános értelemben kijelenthető, hogy ezek az erőforrások számítanak jelenleg is a világ legjobb hatásfokával üzemelő belső égésű motorjainak: míg a közúti dízelmotorok a 30%-ot is nehezen érik el, ezek az erőforrások 40-50%-os összhatásfokkal működnek.

A forgásirány megváltoztatása

Talán a legszembetűnőbb különbség a közúti változatokhoz képest, hogy a lassú járású dízelmotoroknak – kiváltképp a hajómotoroknak – képesnek kell lennie arra, hogy a forgásirányát gyorsan és reverzibilis módon megváltoztassa, a könnyebb manőverezhetőség érdekében.

Az ellentétes forgásirány ellentétes dugattyúmozgást, és ezzel együtt más jellegű ütemet is jelent a hengerben. Annak érdekében, hogy a motor berendezései is képesek legyenek fordított forgásiránnyal működni, a vezérműtengelyen a motor mindkét forgásirányának megfelelő bütyköket egymás mögött helyezik el, a forgásirány változtatását pedig a tengely eltolásával teszik lehetővé. Ezt a jelenséget hívják átvezérlésnek.