Diesel körfolyamat

Rudolf Diesel

Rudolf Diesel

Diesel körfolyamat. A körfolyamat kitalálója Rudolf Christian Karl DIESEL. A német mérnök 1858. március 18-án, Párizsban látta meg a napvilágot. Alapszintű tanulmányai után a szülei akarata ellenére elhatározta, hogy gépészmérnök lesz. A Müncheni Műszaki Egyetemet kiváló eredménnyel végezte, ezt az általa megütött színvonalat azóta sem tudták túlszárnyalni. Egyetemi tanárától ajánlólevelet kapott a Maschinenfabrik Augsburg Nürnberg (M.A.N.) céghez, ahol hamar gyárigazgató lett. Munkássága alatt - miután felismerte a gőzgépek kis hatásfokát - öngyulladásos elven működő, belső égésű motorok kifejlesztésével foglalkozott. Nevéhez több, jelentős szabadalom is fűződik. A kutatómunkájának eredményét 1897-ben kezdték el gyártani. Rövid időn belül gazdag lett, de hamarosan a vagyona jelenős részét elvesztette, mert rosszul spekulált; a legjelentősebb találmányát nem védette le, majd a többit is eladta, hogy legyen miből megélnie. Élete 1913. szeptember 30-án ért véget a La Manche csatornán, eddig tisztázatlan körülmények között: egy üzleti út alkalmával Angliába tartott, de a hajó megérkezésekor már nem volt rajta. Halálát egyesek a készülődő világháborúnak tulajdonították, mivel a németek féltek, hogy a Diesel-motort mások is fel fogják tudni használni, ellenük. Mások gazdasági terrorcselekménynek vélték, hogy ellophassák az ötletét. Ismeretlennek vélt holttestét pár nappal később tengerészek halászták ki,  de a kor szokásainak megfelelően vissza is dobták. Azután már nem találták meg.

A Diesel körfolyamat azt az idealizált ciklust modellezi, ami az öngyulladásos elven működő belső égésű motorok hengerterében végbemenő folyamatokat írja le. Legjellemzőbb eltérése az Otto-motorral szemben, hogy az üzemanyag nem a szívási ütemben kerül be a levegővel együtt a motorba, hanem a sűrítési ütem végén fecskendezik be, és az akkor uralkodó hőmérsékleti- és nyomásviszonyok miatt az üzemanyag önmagától begyullad és ez indítja el az égést. Másik, szintén fontos, és az Otto-motortól eltérő vonása, hogy az égés izobár, vagyis állandó nyomáson zajlik le.

Diesel p-V diagram

Diesel p-V diagram

Diesel T-s diagram

Diesel T-s diagram

A körfolyamat hasonlóképpen, mint az Otto körfolyamat esetében is, a
Szívás - Sűrítés - Égés - Kipufogás
részfolyamatokból épül fel. A szívási ütemben a dugattyú lefelé haladó mozgása által létrehozott tér megtelik levegővel. Itt meg kell különböztetnünk a szívó és feltöltött motorokat. Az előbbinél a dugattyú szívja be a friss levegőt, míg az utóbbinál egy feltöltő, jellemzően turbo-töltő préseli be az előkomprimált levegőt a hengertérbe. Az alsó holtpontot (AHP) elhagyva a szívószelep lezár, s a dugattyú elindul felfelé. Ezt a sűrítés üteme (1-2). A sűrítés hasonlóképpen, mint az Otto-motoroknál is, izentrópikus kompresszió. A sűrítés végén, a FHP-ban történik meg az üzemanyag hengerbe juttatása, a befecskendezés. Itt a sűrítés miatt kialakult nyomás és hőmérséklet már elegendő ahhoz, hogy a gázolaj öngyulladásba kezdjen. Ekkor zajlik le az égés (2-3), ami hőtani szempontból állandó nyomáson történik, vagyis izobár folyamat. Az égést követi az izentrópikus expanzió (3-4); itt még a táguló gáz végez munkát a dugattyún. Az AHP-ot megközelítve kinyit a kipufogószelep és az elégett gázok a dugattyú felfelé haladó mozgása által távoznak a hengertérből. Ez egy izochor hőelvonás (1-4).

Diesel hatásfok

Diesel hatásfok

A Diesel-motorok hatásfoka annyiban hasonló az Otto-motorok hatásfokához, hogy ez is erősen függ a sűrítés mértékétől, amit az ε=V1/V2 fejez ki. Minél nagyobb a kompresszióviszony (ε), annál magasabb nyomáson és hőmérsékleten indul el az égés, így annak is annál nagyobb lesz az égési középnyomása, vagyis annál jobb lesz a hatásfoka is. Ezen felül még a ρ=V3/V2, az égés kezdete-kori és az égés vége-kori térfogatok hányadosa is  befolyásolja a hatásfokot. Tehát összegezve, minél nagyobb a sűrítés (ε) és minél kisebb a “ρ” értéke, annál jobb a hatásfok.

A Diesel-motorok öngyulladásos elven működnek, így a körfolyamat megbízható működéshez szükséges cél az, hogy az üzemanyag stabilan öngyulladásba kezdjen, így a kompresszióviszony növelése az égésfolyamatok oldaláról nem ütközik korlátokba. A motor, illetve ezen belül az anyagok mechanikai korlátai ezt azért behatárolják, de ez már más történet…

Geree