Korszerû traktormotorok üzemeltetési paraméterei és szabályozások

A traktorok motorjának teljesítménye minden kategóriában növekszik, nõ a motorok nyomatéki rugalmassága és csökken a fajlagos hajtóanyag-fogyasztásuk. A korszerû univerzális traktorok jellemzõje, hogy 4–6–8 hengeres közvetlen befecskendezésû, legtöbb esetben turbófeltöltõvel szerelt korszerû dízelmotorok, melyek eleget tesznek a károsanyag-kibocsátási szint – EU normák által elõírt – követelményeinek is.



A dízelmotorokkal szemben támasztott követelmények egyre pontosabb szabályozást igényelnek. E mellé társulnak a környezetvédelmi elõírások szabályozása, a fajlagos teljesítmény növekedése, a motor forgatónyomatékának növekedése, a kisebb zajkibocsátás a motor minden üzemállapotában, illetve minél több motorjellemzõ egyszerre történõ figyelembevétele. A fenti paraméterek együttes alkalmazása optimális mennyiségszabályozást, kedvezõ elõbefecskendezési szög beállítást, a kipufogógáz-mennyiség egy részének visszavezetését, a feltöltõ nyomás szabályozását, vezérlõ 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 csökkenõ motorfordulatszám mellett is a motor teljesítménye a névleges értéken marad, vagy még kismértékben növekszik is, amit a nyomaték igen jelentõs növelésével lehet elérni. Ezért ezeket a motorokat állandó teljesítményû motoroknak is nevezzük.

A nyomatéktartalék javulásával párhuzamosan, éppen az elektronikus vezérlõ rendszerek bevezetésének másik eredményeként javult az egységnyi motor-hengerûrtartalomból nyerhetõ teljesítmény nagysága is. Az új fejlesztésû, elektronikus vezérlésû, korszerû motorok a hagyományos erõforrásokhoz 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 igénylõ munkáknál és a szállítás során kerülhet sor, fõleg azoknál a munkáknál, ahol a tartalék teljesítményre váratlan terhelésnövekedés miatt lehet szükség. A motorfejlesztéseknél elérték az 1,0 dm3/henger térfogatméretet, így – változó teljesítményû turbófeltöltõkkel kombinálva – maximálisan kihasználható a motor teljesítménye.




A dízelmotor-fejlesztések egy újabb lépcsõfoka a több teljesítményszinten üzemelõ motor. Erre jó példa az elektronikus befecskendezési rendszerek fejlesztése, mely a traktor üzemmódjától függõen, kétféle teljesítményszinten képes mûködni. Egy adott típust vizsgálva: vontatási üzemmódban, illetve nagy vonóerõ-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 elõzõ beállításhoz képest ugyanolyan mértékû terhelésváltozás hatására kisebb a fordulatszám változás mértéke).

A korszerû belsõégésû dízelmotorok fõ jellemzõje az állandó teljesítményszint, ami akár 500–600 min-1 fordulatszám- tartományban is tartható és a viszonylag magas nyomaték rugalmasság (~30–40%). E két jellemzõ biztosítja, hogy az erõgép-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 teljesítményjellemzõit is. Ez jelentkezik a kitolt szervizciklusok idejében, a csökkenõ 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 figyelhetõ meg. A keverékképzés feltételei azonban rosszabbak az osztott égésterekhez képest. Ezekbõl következik, hogy zajosabb járás jellemzi õket. A befecskendezési nyomás növelésével a zajosabb járás csökkenthetõ.

A traktorokba épített dízelmotoroknál a keverék a hengertérben alakul ki, ezért belsõ keverékképzésûek. Az állandó mennyiségû beszívott levegõhöz a motor mindig a terhelésnek megfelelõ mennyiségû gázolajat porlasztja, így a keverék minõsége változik, tehát minõségi szabályozású.


 



Feltöltés és szabályozás

A traktormotoroknál leggyakrabban a jól ismert szerkezeti kialakítású turbófeltöltõket alkalmazzák. Mûködésének a lényege az, hogy a dugattyús belsõégésû motorból távozó kipufogógáz forgásba hozza a turbinakereket, ami közös tengelyen van a sûrítõ járókerekével, ezáltal a sûrítõ a szívócsõbe a légköri nyomásnál nagyobb nyomással szállítja a levegõt. Ennek további elõnye a veszteségként számítandó energia egy részének a felhasználása. A feltöltõ nagyobb nyomásviszonyánál a sûrítés felmelegedéssel is jár. A felmelegedett levegõ sûrûsége csökken, ami rontja a töltési fokot, valamint a motor hõterhelése is jelentõsen megnövekszik, ezért egyes konstrukcióknál a töltõlevegõt visszahûtik (intercooler).

A turbófeltöltõk járókerekének percenkénti fordulatszáma több tízezer, illetve százezer feletti is lehet, ráadásul a forró (600–800°C) kipufogógáz hõterhelése is jelentõs. Ezért a csapágyazásra, azok kenésére, ezzel hûtésére különös gondot kell fordítani.

Feltöltõs dízelmotoroknál – amelyek mûködésükbõl fakadóan is kedvezõbb nyomatéki, teljesítmény- és fogyasztási jellemzõkkel rendelkeznek – viszonylag egyszerûen, a töltõ jelleggörbéjének módosításával elérhetõ a rugalmassági tényezõ 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 mezõgazdasági erõgépekbe és munkagépekbe szerelt dízel motorok általános mûködési elve meghatározza a motorba juttatott tüzelõanyag minõségi szabályozását. Ez a hengertérbe juttatott állandó mennyiségû levegõhöz képest változó mennyiségû tüzelõanyag befecskendezését jelenti, miáltal lehet a motor teljesítményét változtatni, illetve szabályozni. A motor légfelesleg tényezõje tág határok között változtatható. Motor terhelésének változtatásával a légviszony is változik, ami hatást gyakorol a motor hatásfokára. Ebbõl 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 minõségi szabályzásúak, mivel a motor kimenõ jellemzõit a tüzelõanyag adagmennyiségével lehet szabályozni. Ez az adagmennyiség meghatározza a légfelesleg tényezõt, valamint a keverési arányt. A befecskendezés elektronikus szabályzásával az alábbi jellemzõket változtatjuk, illetve befolyásoljuk:

• befecskendezett tüzelõanyag mennyiség (dózis),

• elõbefecskendezési szög, illetve a befecskendezés kezdete,

• levegõ töltõnyomás (turbófeltöltõs motoroknál),

• a kipufogógáz visszavezetés mértéke.






Az elektronikus szabályzású dízelmotorok olyan eszközzel egészülnek ki, mellyel elõsegíthetõ a befecskendezés folyamata során a szükséges paraméterek értéke. A belsõégésû motor kedvezõ hatásfokának biztosításához a befecskendezõ rendszernek több követelménynek együttesen kell eleget tenni:

• a motor mindenkori üzemállapotának megfelelõ gázolaj- mennyiség befecskendezése az égéstérbe,

• minden üzemállapot esetén megfelelõ idõben történjen a befecskendezés, azaz optimális elõbefecskendezési szög beállításnál kezdõdjön a befecskendezés,

• az optimális égéshez a szükséges befecskendezési nyomás biztosítása,

• biztosítani kell a befecskendezés legkedvezõbb idõbeli lefolyását.



A belsõégésû 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 követõen a befecskendezési adag mennyiségét csökkenteni kell. A másik kritikus fordulatszám az alapjárati fordulatszám, amikor a befecskendezett tüzelõanyag mennyiségét szabályozni kell. A mezõgazdaságban használt erõgépek teljes üzemi tartományában szabályozni kell a befecskendezett tüzelõanyag mennyiségét. Az összfordulatszám szabályzóval ellátott befecskendezõ szivattyúknál az adagoló állítókarjának helyzete egy fordulatszámot határoz meg, így ezzel a beállítással a fordulatszámot ún. elõválasztással 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 rendelkezõ (un. Common Rail) közös tüzelõanyag csatornás rendszerek alkalmazása, illetve a befecskendezõ szivattyú és a porlasztó egybeépítése. E konstrukciós megoldások révén lehetõség adódott a befecskendezési nyomás növelésére is (~1000–1500 bar), s ezzel tökéletesebbé tehetõ az égés lefolyása az égéstérben. A befecskendezés az elektromágnessel mûködtetett befecskendezõ szelep nyitásakor kezdõdik és a szelep zárásáig tart. A befecskendezési nyomás szabadon választható, alacsony fordulatszámon és kis terhelés mellett is, a befecskendezõ fúvókákon a teljes elosztócsõ nyomása jelenik meg, nem csak a nyitónyomás. A befecskendezett tüzelõanyag mennyiségét a nyomás és a befecskendezõ szelep nyitvatartási ideje együttesen határozza meg.

A motorfejlesztések terén is jelentõs 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 mûködésébõl fakadó feladatok ellátására a hagyományos mechanikus elemek korlátozott mûködésre képesek, így a hozzájuk kapcsolt elektronikus szabályozás lehetõvé teszi az igényelt pontosságú motorvezérlést és irányítást.

Az elektronikus dízelszabályozási rendszerekig vezetõ utat a dízeladagolással szemben a mennyiségileg és minõségileg folyamatosan növekvõ igények kielégítése jellemezte. Az összeépített mûszaki megoldások hagyományos elemekbõl kerülnek felépítésre, azaz a mechanizmusokban hidraulikus, pneumatikus, elektromágneses úton mûködtetett beavatkozók segítették megvalósítani az illesztési feladatokat.