Како раде дизел мотори у модерним возилима
Дизел мотори остају један од најчешће коришћених типова мотора са унутрашњим сагоревањем у модерним возилима, посебно у комерцијалним возилима, теренским возилима и одређеним путничким аутомобилима којима је потребна висока ефикасност и велики обртни момент. За разлику од бензинских мотора, који се ослањају на паљење свећицама, дизел мотори раде на принципу компресионог паљења, где се гориво пали због високе температуре компримованог ваздуха. Са технолошким напретком, модерни дизел мотори су претрпели бројна побољшања, чинећи их снажнијим, ефикаснијим у потрошњи горива, глаткијим и еколошки прихватљивијим од претходних генерација.
1. Основни концепт: Сагоревање компресионим паљењем
Основни принцип дизел мотора је компресија ваздуха у цилиндру до веома високог притиска. Ова компресија доводи до значајног пораста температуре ваздуха. Када се дизел гориво убризга у овај врући ваздух као фина магла, оно испарава и аутоматски се пали без помоћи свећице. Ово је најосновнија разлика између дизел мотора и бензинског мотора.
Степен компресије дизел мотора је генерално већи него код бензинског мотора. Модерни дизел мотори могу имати степене компресије у распону од 14:1 до 20:1 (у зависности од дизајна и захтева за емисију/ефикасност). Овај висок степен компресије је кључан за термичку ефикасност дизел мотора, јер што је већи степен компресије, више енергије се може извући из процеса сагоревања.
2. Радни циклус дизел мотора: Четири главна такта
Већина модерних возила користи четворотактни дизел мотор. Циклус се састоји од:
а. Усисни ход
Клип се помера од горње мртве тачке (ГМТ) до доње мртве тачке (ДМТ), усисни вентил се отвара и свеж ваздух улази у цилиндар. Код дизел мотора, усис је првенствено ваздух (а не мешавина ваздуха и горива као код конвенционалног бензинског мотора). Код многих модерних мотора, улазни ваздух је претходно компримован турбопуњачем, повећавајући количину кисеоника.
б. Компресиони ход
Усисни вентил се затвара, клип се помера из доње доње точкове у горњу мртву тачку, а ваздух се компримује. Током ове фазе, температура ваздуха драматично расте. При крају компресије, систем убризгавања почиње да убризгава гориво под високим притиском.
ц. Ход снаге/експанзије
Убризгано гориво се меша са врућим ваздухом и спонтано се пали. Сагоревање производи висок притисак, гурајући клип надоле од горње главне до доње главне тачке. Ово је ход који генерише снагу за окретање радилице.
d. Издувни ход
Издувни вентил се отвара, клип се помера нагоре од доње доње тачке до горње тачке, а издувни гасови се избацују кроз издувни отвор у издувни систем и уређаје за контролу емисије.
Овај циклус се понавља хиљадама пута у минути, у зависности од обртаја мотора. На глаткоћу и ефикасност мотора у великој мери утичу прецизно време отварања вентила, количина и време убризгавања горива и контрола усисаног ваздуха.
3. Улога модерних система убризгавања: Common Rail и вишестепено убризгавање
Једна од највећих револуција у модерним дизел моторима је употреба система директног убризгавања „common-rail“. У овом систему, гориво се пумпа у „rail“ (акумулаторску цев) веома високог притиска — који може достићи од 1.500 до преко 2.500 бара — а затим се усмерава до електронских инјектора у сваком цилиндру.
Предности заједничке шине (common rail):
– Финија атомизација ради савршенијег сагоревања.
– Веома прецизна контрола убризгавања, коју контролише ECU (Единица за управљање мотором).
– Могућност вишеструког убризгавања: на пример пре убризгавања, главно убризгавање и пост-убризгавање.
Постепено убризгавање помаже у смањењу детонације дизел мотора, смањењу емисије честица и побољшању удобности вожње. Претходно убризгавање покреће сагоревање глађе, док накнадно убризгавање може помоћи у регенерацији филтера за честице (DPF) под одређеним условима.
4. Турбопуњач и интеркулер: додавање ваздуха, повећање ефикасности
Многи модерни дизел мотори користе турбопуњаче за повећање довода ваздуха. Турбопуњачи користе енергију издувних гасова за окретање турбине повезане са компресором. Компресор компримује усисени ваздух, повећавајући његову масу (кисеоник). Са више кисеоника, мотор може ефикасније сагоревати гориво, повећавајући обртни момент и снагу без значајног повећања запремине мотора.
Пошто се компримовани ваздух загрева, уграђује се интеркулер (хладњак усисног ваздуха) како би се смањила температура ваздуха, повећала његова густина и смањио ризик од непотпуног сагоревања. Комбинација турбо пуњача и интеркулера омогућава чак и малим дизел моторима да производе висок обртни момент при ниским обртајима – карактеристика која се фаворизује код модерних возила.
5. Грејач: Помаже при покретању у хладним условима
Дизел мотори не користе свећице, али многи користе грејаче како би помогли при покретању када је мотор хладан. На ниским температурама, сама компресија понекад није довољна да подигне температуру ваздуха до стабилне тачке паљења. Грејачи загревају комору за сагоревање или подручје око млазница, олакшавајући почетно сагоревање. У неким модерним моторима, грејачи такође раде кратко време након покретања мотора како би стабилизовали сагоревање и смањили дим.
6. Контрола емисије: EGR, DOC, DPF и SCR
Главни изазов код модерних дизел мотора је испуњавање строгих стандарда емисије. Пошто се сагоревање дизела одвија у вишку ваздуха и на високим температурама, он тежи да производи NOx (азотни оксиди) и честице (чађ/PM). Да би се то постигло, модерна возила користе комбинацију следећих технологија:
– EGR (рециркулација издувних гасова): враћа део издувних гасова у усис како би се снизила температура сагоревања и тако смањила емисија NOx.
– DOC (катализатор оксидације дизела): оксидује CO и HC у CO₂ и H₂O, такође помаже у смањењу мириса и неких штетних компоненти.
– DPF (филтер честица дизел мотора): филтрира честице/чађ. DPF захтева периодичну „регенерацију“ (сагоревање накупљене чађи) – то може бити пасивно или активно путем стратегије убризгавања.
– SCR (селективна каталитичка редукција): смањује NOx прскањем течне урее (често назване AdBlue) у издувне гасове, која затим реагује у катализатору и производи азот и водену пару.
Овај сет система чини модерни дизел много чистијим, иако додаје сложеност и захтева правилно одржавање (нпр. добар квалитет дизела и употребу AdBlue-а у SCR систему).
7. Улога ECU-а и сензора: Дизел мотори постају „паметни“
Док су старији дизел мотори били синоним за једноставне механизме, модерни дизел мотори се у великој мери ослањају на електронске системе. ЕЦУ обрађује податке из различитих сензора, као што су MAF/MAP (проток/притисак ваздуха), сензори температуре, сензори радилице и брегасте осовине, сензори кисеоника (у одређеним системима), па чак и сензор притиска у горивној шини. Користећи ове податке, ЕЦУ регулише:
– Време и трајање ињекције
– Притисак горива на заједничкој шини
– Отварање EGR-a
– Турбо контрола (вастегејт или турбо са променљивом геометријом/VGT)
– Стратегија регенерације DPF-а
Резултат је стабилније сагоревање под различитим условима, економичнија потрошња горива и оптимална снага уз минималне емисије.
8. Карактеристике модерних дизел мотора у вожњи
У свакодневној употреби, модерни дизел мотори су познати по:
– Велики обртни момент при ниским обртајима, погодан за велика оптерећења и снажно почетно убрзање.
– Висока ефикасност, због великог степена компресије и ефикасних карактеристика сагоревања.
– Издржљивост, јер су компоненте генерално јаче да би издржале висок притисак компресије.
– Глаткији и тиши од старог дизела, захваљујући прецизном убризгавању, пригушењу мотора и постепеној контроли сагоревања.
Међутим, модерни дизел такође захтева добар квалитет горива, одржавање филтера и пажњу на систем емисије како би се одржале оптималне перформансе и избегли проблеми попут блокаде DPF-а или ометања EGR-а.
Закључак
Принцип рада дизел мотора у модерним возилима остаје заснован на компресионом паљењу: ваздух се компримује док се не загреје, затим се убризгава гориво, што узрокује његово спонтано паљење. Оно што разликује модерне дизел моторе од претходних генерација јесте велики напредак у системима убризгавања „common rail“, турбопуњачу, електронској контроли ECU-а и уређајима за контролу емисије као што су EGR, DPF и SCR. Ова комбинација технологија омогућава модерним дизел моторима да понуде снажан обртни момент, високу ефикасност горива и све контролисаније емисије, што их чини релевантним усред све већих захтева за ефикасношћу и еколошких прописа.
