HDI variklio veikimo principas ir evoliucija

Nuo 1897 metų, kai buvo pagamintas pirmasis serijinis vidaus degimo variklis, pagrindiniai dyzelinių variklių veikimo principai išliko tie patys. Tačiau pažvelgus įdėmiau, matyti, kad šiuolaikinės aukštųjų technologijų dyzelinės sistemos mažai kuo primena savo pirmtakes. Dyzeliniai varikliai yra žinomi dėl savo tvirtumo, ekonomijos ir ilgaamžiškumo, todėl yra populiarus pasirinkimas daugelyje šalių, įskaitant Lietuvą. Daugelis vairuotojų svajoja apie dyzelinį automobilį, nes šiems automobiliams ilgą laiką beveik nereikia techninės priežiūros ir jie labai taupiai naudoja degalus.

Dyzelinio variklio veikimo principas

Kuras sudeginamas cilindre, o susidariusi aukštos temperatūros ir aukšto slėgio dujos išsiplečia cilindre, stūmoklis stumdomas atgal, o švaistiklis suka alkūninį veleną, atlikdamas darbą išorei. Taip kuro šiluminė energija paverčiama mechaniniu darbu. Dyzelinio variklio galia perduodama į perdavimo įrenginį.

Keturtakčio dyzelinio variklio ciklas

Dyzeliniai varikliai veikia pagal keturtaktį ciklą, kurį sudaro šios fazės:

1. Įsiurbimo taktas: Stūmokliui judant iš viršutinio negyvojo taško (TDC) į apatinį negyvąjį tašką (BDC), atsidaro įsiurbimo vožtuvas, leidžiantis orui patekti į cilindrą. Šis judesys sukuria vakuumą, padidindamas oro įsiurbimo tūrį. Kai stūmoklis pasiekia BDC, įsiurbimo vožtuvas užsidaro ir sulaiko orą kitai fazei.
2. Suspaudimo taktas: Stūmoklis juda aukštyn iš BDC į TDC, suspausdamas orą cilindre. Prieš pat stūmokliui pasiekiant TDC, degalai įpurškiami tiesiai į karštą suslėgtą orą. Šis procesas išryškina unikalią dyzelinio variklio savybę - kompresinį uždegimą. Didesnis suspaudimo laipsnis dyzeliniuose varikliuose, paprastai svyruojantis nuo 14:1 iki 25:1, padidina degimo proceso efektyvumą. Tai lemia aukštesnę temperatūrą ir slėgį suspaudimo takto pabaigoje. Dyzeliniai varikliai gali pasiekti 45% ar didesnį šiluminį efektyvumą, palyginti su benzininiams varikliams būdingu 25-30% efektyvumu.
3. Darbo (išsiplėtimo) taktas: Dėl savaiminio uždegimo sparčiai plečiasi dujos, o tai verčia stūmoklį žemyn nuo TDC iki BDC ir sukuria galią, reikalingą pasukti alkūninį veleną.
4. Išmetimo taktas: Stūmoklis vėl juda aukštyn iš BDC į TDC. Stūmokliui kylant aukštyn atsidaro išmetimo vožtuvas, leidžiantis iš cilindro pašalinti degimo proceso metu išeikvotas dujas. Tinkamas išmetamųjų dujų srautas yra gyvybiškai svarbus norint išlaikyti variklio efektyvumą ir našumą.

Degalų sistema ir uždegimas

Dyzelinio variklio degalų sistema sukurta tiksliam ir efektyviam degalų panaudojimui. Iš kuro filtro degalai yra spaudžiami aukšto slėgio įpurškimo siurbliu, paprastai iki slėgio, kuris svyruoja nuo 10 000-30 000 psi (700-2 000 barų). Slėginis kuras tiekiamas į purkštukus, kurie yra elektroniniu būdu valdomi, kad kurą įpurkštų tiesiai į degimo kamerą tam tikru momentu.

Savaiminio užsidegimo taškas yra esminis dyzelinio variklio veikimo veiksnys. Dyzelinių degalų savaiminio užsidegimo temperatūra paprastai svyruoja nuo 410-460 °F (210-238 °C). Cetaninis skaičius yra labai svarbus vertinant dyzelinio kuro savaiminio užsidegimo charakteristikas. Didesnio cetano skaičiaus degalai užsidega greičiau, todėl variklis dirba sklandžiau ir efektyviau. Savaiminio užsiliepsnojimo taškas yra esminis dyzelinio variklio veikimas, įgalinantis uždegimo suspaudimo procesą, kuris skiria dyzelinius variklius nuo benzininių.

Dyzelinių variklių technologijos ir santrumpos

Automobilių pasaulyje dažnai galima sutikti įvairių santrumpų, nurodančių variklių tipus ir technologijas. Viena svarbiausių naujovių automobilių variklių srityje devintojo dešimtmečio pabaigoje tapo TDI agregatai. Šie 1989 m. debiutavę „Audi“ turbininiai tiesioginio įpurškimo dyzeliniai varikliai greitai užsitarnavo vairuotojų simpatijas ir sukėlė daug rūpesčių konkurentams.

• TD (Turbo Diesel): Nurodo dyzelinį variklį su turbina, kuri padidina variklio galią ir efektyvumą.
• TDI (Turbocharged Direct Injection): „Volkswagen Group“ sukurta pažangesnė technologija. Be turbosistemos, ji turi ir tiesioginę degalų įpurškimo sistemą, kuri užtikrina didesnį efektyvumą ir mažesnes emisijas. Degalai įpurškiami tiesiai į degimo kamerą, o ne į įsiurbimo kolektorių. TDI varikliai taip pat turi pažangias elektronines valdymo sistemas, kurios optimizuoja variklio veikimą.
• HDI (High-Pressure Direct Injection): PSA (prancūzų) dyzelinių variklių technologija, dažniausiai su turbinomis ir interkuleriu.
• SDI (Suction Diesel Injection): Vokiška technologija ir prekės ženklas, šie varikliai būna be turbinų.
• dCi: Renault dyzeliniai varikliai.
• CDI: Mercedes-Benz dyzeliniai varikliai.
• D-4D: Toyota dyzeliniai varikliai.
• D5: Volvo dyzeliniai varikliai.
• CRDi (Common Rail Direct Injection): Hyundai/Kia dyzeliniai varikliai.
• TDCi (Turbo Diesel Common Rail Injection): Ford dyzeliniai varikliai.

PSA HDI variklių evoliucija ir savybės

„PSA“ koncerno sukurti „HDi“ dyzeliniai varikliai tapo svarbia automobilių pramonės dalimi, užsitarnavę vairuotojų pasitikėjimą dėl savo ekonomiškumo ir našumo. Naujoji „PSA“ vadovybė nusprendė išspausti viską iš jau seniai gaminamo ir visiems puikiai pažįstamo „DW“ serijos dyzelinio variklio - „HDI“ dyzelinio motoro, kuris pirmą kartą buvo pademonstruotas 1998 metais. Per septyniolika gamybos metų „HDI“ variklis buvo kelis kartus atnaujintas, modernizuotas ir pritaikytas prie keliamų reikalavimų.

2.0 HDi: dyzelinė legenda (PSA DW10 šeima)

2.0 HDi dyzelinis variklis (PSA DW10 šeima) tapo legenda tarp Europos vairuotojų. Jis žinomas dėl labai gerų degalų sąnaudų, didelio ridos potencialo ir tinkamų eksploatacinių savybių. Pirmosios 2.0 HDi versijos pasirodė 1999 m. Ankstyvieji varikliai buvo itin paprasti: aštuonių vožtuvų galvutė, be kintamos geometrijos turbinos, be tarpinio aušintuvo ir be dviejų masių smagračio. Nors variklis patikimas, negalima ignoruoti amžiaus ir didelės ridos. Daugelis automobilių su šiuo varikliu Vakarų Europoje jau yra nuvažiavę 300 000-500 000 km, todėl individualaus automobilio būklė yra svarbesnė nei variklio reputacija.

Rekomenduojami modeliai su 2.0 HDi:

• Citroën C5 II (2008-2017 m.): Dažnai vadinamas paskutiniu „tikru Citroën“ dėl hidropneumatinės pakabos. Idealus pasirinkimas daug važinėjantiems greitkeliais.
• Citroën C4 Picasso (2006-2013 m.): Vienas geriausių pasirinkimų kompaktiškų vienatūrių klasėje.
• Ford Focus Mk2 (2004-2010 m.): Žinomas kaip 2.0 TDCi (110 arba 136 AG).
• Peugeot 308 II (2014-2018 m.) ir 508 I (2010-2018 m.): Kokybiški modeliai, pasižymintys geresne elektronika ir apsauga nuo korozijos.

1.6 HDi: ekonomiškumo ir kompaktiškumo filosofija

Sąlyginai kompaktiškas 1,6 litro „HDi“ dyzelinis variklis pirmą kartą buvo pristatytas 2004 metais kaip galingesnė ir efektyvesnė 1,4 litro motoro alternatyva. Tai buvo jungtinis „PSA“ ir „Ford“ inžinierių kūrinys, pasižymintis aliuminio lydinio bloku, siekiant maksimaliai sumažinti variklio svorį.

Variklio evoliucija pagal taršos standartus:

• Euro 4 (2004-2010 m.): 90 AG (su „Mitsubishi“ turbina) ir 110 AG (su „Garrett“ kintamos geometrijos turbina) versijos. Pagrindinė „Euro 4“ variklių bėda - alyvos karterio forma. Dėl per aukštai esančios drenažo skylės karteryje gali likti iki 0,4 litro senos alyvos, o tai skatina anglies nuosėdų kaupimąsi ir alyvos siurblio sietelio užsikimšimą. Rekomenduojama kas 150 000 km nuimti ir išvalyti karterį.
• Euro 5 (nuo 2010 m.): Žymimi „DV6C“ ir „DV6D“. Atsisakyta dviejų paskirstymo velenų (liko 8 vožtuvai), „Bosch“ įpurškimo sistemą pakeitė „Continental“.
• Euro 6 (nuo 2014 m.): „BlueHDi“ serija su „SCR“ (selektyvinė išmetamųjų dujų valymo sistema) ir „AdBlue“ skysčio naudojimu.

1.5 HDi (BlueHDi): šiuolaikinė konstrukcija ir iššūkiai

2018 m. pristatytas 1,5 litro (DLD-415) variklis (kuris yra žymimas „DW10F“ kodu) pakeitė 1,6 HDi. Tai 4 cilindrų turbodyzelinis variklis, atitinkantis „Euro 6“ standartą. Nors jis yra efektyvus, jis turi keletą pasikartojančių problemų:

• Paskirstymo grandinė: Tai bene rimčiausia problema. Grandinė, jungianti paskirstymo velenus, gali išsitempti ar nutrūkti, sukeldama variklio gedimą. Rekomenduojama keisti kas 80 000-150 000 km kartu su diržu. Patobulinti paskirstymo veleno komplektai su 8 mm grandine (vietoj originalių 7 mm) žymiai sumažina gedimų riziką nuo 2022 m.
• Degalų purkštukai: Dėl netinkamos priežiūros (poveržlių keitimo kas 60 000 km) purkštukai gali „suvirinti“ su cilindro galvute.
• Emisijos sistemos: Dažnai pasitaiko problemų su DPF filtru, EGR vožtuvu bei „AdBlue“ sistemos jutikliais. „AdBlue (SCR) sistema yra dar viena žinoma silpnoji vieta. Gedimai paprastai reikalauja pakeisti visą AdBlue baką su integruotu siurbliu, o tai gali būti brangu.
• Skirstomųjų velenų skiltelės arba vožtuvų keltuvai: Kai kuriuose varikliuose susidėvi skirstomųjų velenų skiltelės arba vožtuvų keltuvai.
• Išmetamųjų dujų nuotėkis: Daugelis savininkų praneša apie išmetamųjų dujų nuotėkį iš turbokompresoriaus korpuso.
• Vandens siurblys: Esant didesnei ridai, vandens siurblys gali pradėti leisti dujas.

1.5 „BlueHDi“ privalumas yra geras dalių prieinamumas PSA, „Opel“, „Fiat“, „Toyota“ ir „Ford EcoBlue“ variantuose. Nors daugelis variklių patikimai veikia daugiau nei 200 000 km, „BlueHDi“ reikalauja griežtos priežiūros. Trumpi alyvos keitimo intervalai, ilgi važiavimai, leidžiantys regeneruoti DPF, ir ankstyvas paskirstymo mechanizmo keitimas žymiai padidina ilgalaikį patikimumą.

„Euro 6“ reikalavimus atitinkantis dyzelinis motoras žymimas „DW10F“ kodu ir yra gaminamas su trimis skirtingais galios lygiais: 135 AG, 150 AG ir 180 AG. 135 AG išvystanti versija siūloma tik su mechanine pavarų dėže, 150 AG versija poruojama su mechaninėmis ir automatinėmis pavarų dėžėmis, na, o 180 arklio galių išvystantis motoras poruojamas tik su automatine pavarų dėže.

SCR sistema ir AdBlue

Visi „Euro 6“ reikalavimus atitinkantys dyzeliniai varikliai turės naujos kartos „SCR“ katalizatorius. „SCR“ arba „Selective Catalytic Reduction“ - selektyvinė išmetamųjų dujų valymo sistema, naudojanti katalizatorių. Šią sistemą sudaro katalizatorius, dozatorius, purkštukas ir AdBlue skysčio bakas. Išmetamosios dujos yra nukreipiamos į selektyvųjį katalizatorių. „PSA“ inžinieriai norėdami užtikrinti šios sistemos sklandų darbą, sumontavo net tris skirtingus daviklius, kurie stebi visos sistemos darbą. Kadangi sklandus sistemos darbas vyksta ne mažesnėje negu 180 laipsnių temperatūroje, kiekvienas iš trijų daviklių stebi, ar išmetamosios dujos yra pasiekusios darbinę temperatūrą.

Kiekvienas gamintojas savo automobilius aprūpina skirtingos talpos bakeliais, kuriame yra AdBlue skystis. „PSA“ koncerno 2.0 litrų dyzelinis motoras turi 17 litrų talpos bakelį, kuriame yra AdBlue tirpalas. Vadovaujantis „Peugeot“ kompanijos atstovais, 17 litrų šio skysčio turėtų užtekti maždaug 20 tūkst. kilometrų. Tačiau perskaičius kelių dešimčių „BlueHDi“ savininkų atsiliepimus, dauguma iš jų su 17 litrų talpos AdBlue skysčiu sugeba nuvažiuoti 25 ar net 30 tūkst. km. Naujos sistemos eksploatacijos kaštai mažai kuo skiriasi nuo tų, kurios anksčiau neturėjo AdBlue tirpalo. Priklausomai nuo kolonėlės įkainių, vienas litras AdBlue skysčio kainuoja maždaug 0.50 - 1.50 Eur.

Populiarūs dyzelinių variklių modeliai ir gamintojai

Įvairūs gamintojai siūlo patikimus ir efektyvius dyzelinius variklius:

Audi TDI technologija

Audi TDI (Turbocharged Direct Injection) technologija yra viena iš labiausiai pripažintų dyzelinių variklių technologijų pasaulyje. Ji pirmą kartą buvo pristatyta 1989 metais ir nuo to laiko nuolat tobulinama.

• 2.0 TDI: Vienas iš populiariausių Audi dyzelinių variklių, žinomas dėl savo efektyvumo ir patikimumo. Šis keturių cilindrų variklis pasižymi įvairiomis galios versijomis, kurios svyruoja nuo 110 iki 190 arklio galių (AG).
• 3.0 TDI V6: Žinomas dėl savo galingumo ir sklandaus veikimo. Šis šešių cilindrų variklis siūlo nuo 204 iki 286 AG ir dažnai naudojamas aukštesnės klasės Audi modeliuose.
• 4.2 TDI V8: Vienas iš galingiausių Audi dyzelinių variklių, sukurtas aukštos klasės ir sportiškiems modeliams, generuojantis apie 385 AG.

BMW EfficientDynamics technologija

BMW EfficientDynamics technologija yra inovatyvi sistema, skirta optimizuoti transporto priemonių našumą ir efektyvumą.

• 2.0d: Keturių cilindrų dyzelinis variklis, išsiskiriantis efektyvumu ir ekonomiškumu, dažniausiai generuojantis nuo 150 iki 190 AG.
• 3.0d: Šešių cilindrų dyzelinis variklis, žinomas dėl savo galingumo ir našumo, siūlantis nuo 265 iki 340 AG.
• 3.0d Quad-Turbo: Vienas iš pažangiausių BMW dyzelinių variklių, siekiantis maksimalaus našumo ir inovacijų, generuojantis apie 400 AG.

Kiti populiarūs dyzeliniai varikliai

• Volkswagen 2.0 TDI: Labai įprastas vaizdas Lietuvos keliuose, randamas daugelyje „Volkswagen“ modelių, įskaitant „Golf“, „Passat“ ir „Tiguan“.
• Mercedes-Benz OM651: Šis variklis dažniausiai randamas C klasės, E klasės ir GLC modeliuose, derinantis rafinuotumą, ekonomiją ir galią.
• Ford TDCi: Žinomas dėl savo patikimumo, universalumo ir žemos kainos, plačiai naudojamas įvairiuose „Ford“ modeliuose, taip pat „Mazda“, „Citroen“, „Peugeot“.
• Toyota D-4D: Vienas patikimiausių dyzelinių variklių pasirinkimų, randamas įvairiuose Toyota modeliuose.
• Volvo (penkių cilindrų): Ilgus metus garsėjo itin patvariu varikliu, kurio gamyba baigta 2016 m.
• Renault dCi: Solidžiai išvystytas jėgos agregatas, randamas „Renault Trafic“, „Renault Megane“, „Laguna“ ir net „Mercedes C“ klasės automobiliuose.

Dyzelinių variklių priežiūra ir galimi gedimai

Vienas didžiausių dyzelinių automobilių vairuotojams tenkančių rūpesčių - degalų tiekimo sistemos priežiūra. Kai kurie jos gedimai, pavyzdžiui, sudilusių ar užsikimšusių purkštukų remontas, gali nemenkai patuštinti kišenes. Variklio gedimai retai atsiranda „iš niekur“. Moderniuose varikliuose papildomai išryškėja purkštukų užterštumo ir nuosėdų klausimas, galintis sukelti trūkčiojimą, netolygų laisvą darbą ar padidėjusias emisijas.

Dažniausiai gendantys komponentai:

• Injektoriai (purkštukai): Reguliariai tikrinkite ir valykite kuro purkštukus, kad užtikrintumėte tinkamą purškimą ir įpurškimo laiką.
• Turbokompresoriai: Gamintojo Garrett duomenimis, didžioji dalis turbokompresorių gedimų susiję su alyvos badu ar alyvos užterštumu, o ne gamybos defektais.
• Dviejų masių smagračiai: Su vienmasiu smagračiu automobilis gali „birptelėti“ pora kartų užgesinus.
• Dalelių filtrai (DPF): Daugelis dyzelių turi kietųjų dalelių filtrą (DPF). Laikykitės gamintojo nurodymų dėl DPF priežiūros, įskaitant periodinius regeneravimo ciklus arba valymo procedūras, kad pašalintumėte susikaupusius suodžius ir pelenus.
• Paskirstymo grandinė/diržas: Paskirstymo diržas sinchronizuoja alkūninio ir skirstomojo velenų darbą.

Priežiūros rekomendacijos:

• Kuro sistema: Reguliariai tikrinkite ir keiskite kuro filtrus pagal gamintojo rekomendacijas. Naudokite aukštos kokybės dyzelinį kurą ir apsvarstykite galimybę pridėti degalų priedų, kad apsaugotumėte nuo mikrobų augimo ir kitų teršalų. Tiesioginio įpurškimo varikliuose degalų detergentai ir kokybiški degalai gali padėti kontroliuoti purkštukų nuosėdas.
• Aušinimo sistema: Perkaitimas yra vienas pavojingiausių variklio „signalų“. Reguliariai tikrinkite aušinimo skysčio lygį ir apžiūrėkite, ar žarnos ir jungtys nėra sandarios. Reguliariai tikrinkite termostatą, kad įsitikintumėte, jog jis atsidaro ir užsidaro esant reikiamai temperatūrai. Saugokite radiatorių nuo šiukšlių ir užtikrinkite, kad oro srautas nebūtų trukdomas. Ypač svarbu suprasti, kad galvos tarpinės gedimai labai dažnai yra perkaitimo pasekmė. Aušinimo skystis ne tik saugo nuo užšalimo, bet ir padeda išvengti korozijos bei nuosėdų aušinimo kanaluose.
• Išmetamųjų teršalų kontrolės sistemos: Dyzeliniuose varikliuose sumontuotos išmetamųjų teršalų kontrolės sistemos, tokios kaip išmetamųjų dujų recirkuliacijos (EGR) sistema ir dyzelino kietųjų dalelių filtras (DPF). Reguliariai tikrinkite ir išvalykite EGR sistemą, kad nesusikauptų anglies dioksidas, kuris gali trukdyti veikimui.
• Alyva: Alyva variklyje atlieka ne tik tepimo, bet ir aušinimo bei valymo funkciją. Netinkama klampumo klasė ar neatitinkantis specifikacijų tepalas gali paspartinti dėvėjimąsi, ypač moderniuose turbo ir tiesioginio įpurškimo varikliuose. Alyvos keitimas pagal gamintojo rekomendacijas yra viena didžiausią grąžą turinčių investicijų į variklio ilgaamžiškumą.
• Reguliarūs patikrinimai: Atlikite reguliarų sandariklių ir tarpiklių patikrinimą, ar nėra nusidėvėjimo ar pažeidimo požymių.

Trumpi, šalti važiavimai kenkia beveik visiems šiuolaikiniams varikliams, ypač turbininiams ir dyzeliniams su DPF. Vis dėlto, kai variklio remontas tampa ekonomiškai nepagrįstas, verta apsvarstyti alternatyvas.

Dyzelinių variklių ateitis

Europos Sąjungoje (ES) siekiant itin sugriežtinti automobilių taršos reikalavimus, virš „dyzelių“ tvenkiasi tamsūs debesys. Nuo 2015 m. rugsėjo mėn. visi nauji registruoti automobiliai turėjo atitikti išmetamųjų teršalų standartus Euro 6. Prognozuojama, kad dyzelinių automobilių dominavimas Europos naujų mašinų rinkoje baigsis šio dešimtmečio pabaigoje.

Nepaisant milžiniško spaudimo, dyzelinis variklis lengvuosiuose automobiliuose išliks dar pakankamai ilgai. Dyzelinis variklis visuomet turėjo vieną pranašumą - puikų efektyvumo koeficientą. Automobilių pramonė turi tik vieną potencialų kandidatą, kuris galėtų pranokti dyzelinius variklius - tai elektromobiliai, tačiau kol kas jie kenčia nuo ilgų įkrovimo laikų bei per mažo nuvažiuojamo atstumo.

Variklių technologijos pastarąjį dešimtmetį vystėsi dviem kryptimis: didesnis efektyvumas ir griežtesnė emisijų kontrolė. Tuo pat metu hibridinės sistemos leidžia vidaus degimo varikliui dirbti palankesniu režimu, ypač mieste, kur elektros pavara gali perimti dalį darbo. Galiausiai, jei žiūrime iš vartotojo perspektyvos, svarbiausia tendencija yra ne vien technologinė, bet ir eksploatacinė: modernūs varikliai tampa efektyvesni, bet jautresni priežiūros disciplinai.

tags: #hdi #variklio #veikimo #principas