A traktorok motorjának teljesítménye minden kategóriában növekszik, nő a motorok nyomatéki rugalmassága és csökken a fajlagos hajtóanyag-fogyasztásuk. A korszerû univerzális traktorok jellemzője, hogy 4–6–8 hengeres közvetlen befecskendezésû, legtöbb esetben turbófeltöltővel szerelt korszerû dízelmotorok, melyek eleget tesznek a károsanyag-kibocsátási szint – EU normák által előírt – követelményeinek is.
A dízelmotorokkal szemben támasztott követelmények egyre pontosabb szabályozást igényelnek. E mellé társulnak a környezetvédelmi előírások szabályozása, a fajlagos teljesítmény növekedése, a motor forgatónyomatékának növekedése, a kisebb zajkibocsátás a motor minden üzemállapotában, illetve minél több motorjellemző egyszerre történő figyelembevétele. A fenti paraméterek együttes alkalmazása optimális mennyiségszabályozást, kedvező előbefecskendezési szög beállítást, a kipufogógáz-mennyiség egy részének visszavezetését, a feltöltő nyomás szabályozását, vezérlő egységek együttes irányítását és az üzemi paraméterek szabályzását igénylik.
Motorparaméterek és fejlesztések
A traktor dízelmotorok fejlesztésének egyik eredménye a nyomatéktartalék, vagy a klasszikus terminológiával, a rugalmasság növelése. A rugalmasság növelése ma már olyan mértéket ér el, hogy csökkenő motorfordulatszám mellett is a motor teljesítménye a névleges értéken marad, vagy még kismértékben növekszik is, amit a nyomaték igen jelentős növelésével lehet elérni. Ezért ezeket a motorokat állandó teljesítményû motoroknak is nevezzük.
A nyomatéktartalék javulásával párhuzamosan, éppen az elektronikus vezérlő rendszerek bevezetésének másik eredményeként javult az egységnyi motor-hengerûrtartalomból nyerhető teljesítmény nagysága is. Az új fejlesztésû, elektronikus vezérlésû, korszerû motorok a hagyományos erőforrásokhoz képest akár 30–40%-kal nagyobb, kW/dm3-ben kifejezett fajlagos teljesítmény leadására képesek.
A motorfejlesztések területén a megjelentek a két teljesítményszintû motorok, melyeknél az alacsonyabb teljesítményszint a nehéz talajmunkák során alkalmazhatók jól (viszonylag egyenletes terhelés biztosítható), a magasabb teljesítményszint alkalmazására a TLT-hajtást igénylő munkáknál és a szállítás során kerülhet sor, főleg azoknál a munkáknál, ahol a tartalék teljesítményre váratlan terhelésnövekedés miatt lehet szükség. A motorfejlesztéseknél elérték az 1,0 dm3/henger térfogatméretet, így – változó teljesítményû turbófeltöltőkkel kombinálva – maximálisan kihasználható a motor teljesítménye.
A dízelmotor-fejlesztések egy újabb lépcsőfoka a több teljesítményszinten üzemelő motor. Erre jó példa az elektronikus befecskendezési rendszerek fejlesztése, mely a traktor üzemmódjától függően, kétféle teljesítményszinten képes mûködni. Egy adott típust vizsgálva: vontatási üzemmódban, illetve nagy vonóerő-igényû munkaféleségekben (szántás) a motor maximális teljesítménye ~118 kW. Ezzel szemben akkor, amikor a haladási sebesség, vagy a meghajtott munkagép fordulatszám tartása a fontos (szállítás, TLT hajtású munkagépek üzemeltetése), ~122 kW a maximális teljesítmény (ezzel együtt meredekebb a motor-nyomatékgörbe, azaz az előző beállításhoz képest ugyanolyan mértékû terhelésváltozás hatására kisebb a fordulatszám változás mértéke).
A korszerû belsőégésû dízelmotorok fő jellemzője az állandó teljesítményszint, ami akár 500–600 min-1 fordulatszám- tartományban is tartható és a viszonylag magas nyomaték rugalmasság (~30–40%). E két jellemző biztosítja, hogy az erőgép-munkagép kapcsolatban a teljesítmény- és nyomaték- viszonyok összhangban legyenek egymással. A korszerûsítések nemcsak a terhelési szint növelését tûzték ki célul, hanem fontos megközelítés, hogy a traktoros munkák igényeihez igazították a motor teljesítményjellemzőit is. Ez jelentkezik a kitolt szervizciklusok idejében, a csökkenő károsanyag-kibocsátásban, a fajlagos hajtóanyag-felhasználás csökkentésében, illetve a motorok élettartamának növekedésében.
Égéstér-kialakítás és kompresszióviszony
Az osztatlan égéstereket az osztotthoz képest a jobb felület-térfogat arány jellemzi, mivel az égéstér nem a hengerfejben került kialakításra, hanem a dugattyú tetején vagy a dugattyúban egy kamraként. Az égéstér kialakítás különlegessége, hogy nem szükséges izzítógyertyát alkalmazni. A kompresszióviszony kisebb és az utólagos porlasztás jelensége sem figyelhető meg. A keverékképzés feltételei azonban rosszabbak az osztott égésterekhez képest. Ezekből következik, hogy zajosabb járás jellemzi őket. A befecskendezési nyomás növelésével a zajosabb járás csökkenthető.
A traktorokba épített dízelmotoroknál a keverék a hengertérben alakul ki, ezért belső keverékképzésûek. Az állandó mennyiségû beszívott levegőhöz a motor mindig a terhelésnek megfelelő mennyiségû gázolajat porlasztja, így a keverék minősége változik, tehát minőségi szabályozású.
Feltöltés és szabályozás
A traktormotoroknál leggyakrabban a jól ismert szerkezeti kialakítású turbófeltöltőket alkalmazzák. Mûködésének a lényege az, hogy a dugattyús belsőégésû motorból távozó kipufogógáz forgásba hozza a turbinakereket, ami közös tengelyen van a sûrítő járókerekével, ezáltal a sûrítő a szívócsőbe a légköri nyomásnál nagyobb nyomással szállítja a levegőt. Ennek további előnye a veszteségként számítandó energia egy részének a felhasználása. A feltöltő nagyobb nyomásviszonyánál a sûrítés felmelegedéssel is jár. A felmelegedett levegő sûrûsége csökken, ami rontja a töltési fokot, valamint a motor hőterhelése is jelentősen megnövekszik, ezért egyes konstrukcióknál a töltőlevegőt visszahûtik (intercooler).
A turbófeltöltők járókerekének percenkénti fordulatszáma több tízezer, illetve százezer feletti is lehet, ráadásul a forró (600–800°C) kipufogógáz hőterhelése is jelentős. Ezért a csapágyazásra, azok kenésére, ezzel hûtésére különös gondot kell fordítani.
Feltöltős dízelmotoroknál – amelyek mûködésükből fakadóan is kedvezőbb nyomatéki, teljesítmény- és fogyasztási jellemzőkkel rendelkeznek – viszonylag egyszerûen, a töltő jelleggörbéjének módosításával elérhető a rugalmassági tényező növelése, az állandó teljesítményû motorfordulatszám-tartomány megvalósítása. Ezt a megoldást kombinált feltöltésnek nevezzük. A rugalmasság növelése és a széles fordulatszám tartomány melletti állandó teljesítmény jellemzi az ilyen motor mûködését.
Hajtóanyag-ellátó rendszerek szabályozása
A mezőgazdasági erőgépekbe és munkagépekbe szerelt dízel motorok általános mûködési elve meghatározza a motorba juttatott tüzelőanyag minőségi szabályozását. Ez a hengertérbe juttatott állandó mennyiségû levegőhöz képest változó mennyiségû tüzelőanyag befecskendezését jelenti, miáltal lehet a motor teljesítményét változtatni, illetve szabályozni. A motor légfelesleg tényezője tág határok között változtatható. Motor terhelésének változtatásával a légviszony is változik, ami hatást gyakorol a motor hatásfokára. Ebből a szempontból a motor nagy terhelési állapota a kritikus, a viszonylag kis légviszonyból adódó tökéletlenebb égés és a nagyobb mennyiségû kibocsátott káros anyag miatt.
A dízelmotorok minőségi szabályzásúak, mivel a motor kimenő jellemzőit a tüzelőanyag adagmennyiségével lehet szabályozni. Ez az adagmennyiség meghatározza a légfelesleg tényezőt, valamint a keverési arányt. A befecskendezés elektronikus szabályzásával az alábbi jellemzőket változtatjuk, illetve befolyásoljuk:
• befecskendezett tüzelőanyag mennyiség (dózis),
• előbefecskendezési szög, illetve a befecskendezés kezdete,
• levegő töltőnyomás (turbófeltöltős motoroknál),
• a kipufogógáz visszavezetés mértéke.
Az elektronikus szabályzású dízelmotorok olyan eszközzel egészülnek ki, mellyel elősegíthető a befecskendezés folyamata során a szükséges paraméterek értéke. A belsőégésû motor kedvező hatásfokának biztosításához a befecskendező rendszernek több követelménynek együttesen kell eleget tenni:
• a motor mindenkori üzemállapotának megfelelő gázolaj- mennyiség befecskendezése az égéstérbe,
• minden üzemállapot esetén megfelelő időben történjen a befecskendezés, azaz optimális előbefecskendezési szög beállításnál kezdődjön a befecskendezés,
• az optimális égéshez a szükséges befecskendezési nyomás biztosítása,
• biztosítani kell a befecskendezés legkedvezőbb időbeli lefolyását.
A belsőégésû motorok teljesítményét egy adott motor-fordulatszámon a befecskendezett adag nagysága határozza meg, míg a változó terhelés hatására állandó adagmennyiség mellett a motor fordulatszáma változik. A terhelés csökkenése a fordulatszám növekedéséhez vezet, ami olyan mértékû is lehet, hogy a motort a maximális igénybevételnek teszi ki. Ennek elkerülésére a motor meghatározott fordulatszámának elérését követően a befecskendezési adag mennyiségét csökkenteni kell. A másik kritikus fordulatszám az alapjárati fordulatszám, amikor a befecskendezett tüzelőanyag mennyiségét szabályozni kell. A mezőgazdaságban használt erőgépek teljes üzemi tartományában szabályozni kell a befecskendezett tüzelőanyag mennyiségét. Az összfordulatszám szabályzóval ellátott befecskendező szivattyúknál az adagoló állítókarjának helyzete egy fordulatszámot határoz meg, így ezzel a beállítással a fordulatszámot ún. előválasztással határozzuk meg. A fordulatszám szabályzó az alapjárati és a maximális fordulatszám közötti teljes tartományban szabályoz.
Az elmúlt években egyre inkább terjed nagy teljesítményû motorok esetén a nagy befecskendezési nyomással rendelkező (un. Common Rail) közös tüzelőanyag csatornás rendszerek alkalmazása, illetve a befecskendező szivattyú és a porlasztó egybeépítése. E konstrukciós megoldások révén lehetőség adódott a befecskendezési nyomás növelésére is (~1000–1500 bar), s ezzel tökéletesebbé tehető az égés lefolyása az égéstérben. A befecskendezés az elektromágnessel mûködtetett befecskendező szelep nyitásakor kezdődik és a szelep zárásáig tart. A befecskendezési nyomás szabadon választható, alacsony fordulatszámon és kis terhelés mellett is, a befecskendező fúvókákon a teljes elosztócső nyomása jelenik meg, nem csak a nyitónyomás. A befecskendezett tüzelőanyag mennyiségét a nyomás és a befecskendező szelep nyitvatartási ideje együttesen határozza meg.
A motorfejlesztések terén is jelentős szerephez jutott az elektronika. Az elektronikus vezérlésû elemeket már a kisebb (60 kW) teljesítményû traktoroknál is egyre gyakrabban alkalmazzák, ugyanakkor a 150 kW feletti kategóriában pedig már napjainkban is elterjedten lehet találkozni vele. A motor mûködéséből fakadó feladatok ellátására a hagyományos mechanikus elemek korlátozott mûködésre képesek, így a hozzájuk kapcsolt elektronikus szabályozás lehetővé teszi az igényelt pontosságú motorvezérlést és irányítást.
Az elektronikus dízelszabályozási rendszerekig vezető utat a dízeladagolással szemben a mennyiségileg és minőségileg folyamatosan növekvő igények kielégítése jellemezte. Az összeépített mûszaki megoldások hagyományos elemekből kerülnek felépítésre, azaz a mechanizmusokban hidraulikus, pneumatikus, elektromágneses úton mûködtetett beavatkozók segítették megvalósítani az illesztési feladatokat.
A cikk szerzője: Kassai Zsolt
