Slik fungerer dieselmotorer

  • Rudolf Cole
  • 0
  • 4897
  • 529
Den 4,5-liters V-8 Duramax forbedrer effektiviteten med 25 prosent sammenlignet med bensinmotorer, mens den reduserer miljøgifter og utslipp. Se flere dieselmotorbilder. 2008

-En av de mest populære artiklene er How Car Engines Work, som forklarer de grunnleggende prinsippene bak forbrenning, diskuterer firetaktssyklusen og snakker om alle delsystemene som hjelper bilens motor til å gjøre jobben sin. I lang tid etter at vi publiserte artikkelen, var et av de vanligste spørsmålene (og et av de hyppigste forslagene som ble laget i forslagskassen), "Hva er forskjellen mellom en bensin og en dieselmotor?"

Diesels historie begynner faktisk med oppfinnelsen av bensinmotor. Nikolaus August Otto hadde oppfunnet og patentert bensinmotoren i 1876. Denne oppfinnelsen brukte firetakts forbrenningsprinsippet, også kjent som "Otto Cycle", og det er den grunnleggende forutsetningen for de fleste bilmotorer i dag. I sin tidlige fase var ikke bensinmotoren særlig effektiv, og andre viktige transportmetoder som dampmotor klarte seg dårlig også. Bare rundt 10 prosent av drivstoffet som ble brukt i denne typen motorer flyttet faktisk et kjøretøy. Resten av drivstoffet produserte ganske enkelt ubrukelig varme.

-I 1878 gikk Rudolf Diesel på Polytechnic High School of Germany (tilsvarende et ingeniørhøgskole) da han lærte om bensin- og dampmotorers lave effektivitet. Denne urovekkende informasjonen inspirerte ham til å lage en motor med en høyere effektivitet, og han viet mye av tiden sin til å utvikle en "Combustion Power Engine." I 1892 hadde Diesel fått patent på det vi nå kaller dieselmotoren.

-Hvis dieselmotorer er så effektive, hvorfor bruker vi dem ikke oftere? Du kan se ordene "dieselmotor" og tenke på store, heftige lastebiler som sprøyter ut svart, sotig røyk og skaper en høy klaprende lyd. Dette negative bildet av dieselbiler og motorer har gjort diesel mindre attraktiv for tilfeldige sjåfører i USA - selv om diesel er ypperlig for å frakte store forsendelser over lange avstander, har det ikke vært det beste valget for daglige pendlere. Dette begynner imidlertid å endre seg, ettersom folk forbedrer dieselmotoren for å gjøre den renere og mindre støyende.

Hvis du ikke allerede har gjort det, vil du sannsynligvis lese Hvordan bilmotorer fungerer først, for å få en følelse av det grunnleggende om forbrenning. Men skynd deg tilbake - i denne artikkelen låser vi opp hemmelighetene til dieselmotoren og lærer om noen nye fremskritt.

-I teorien er dieselmotorer og bensinmotorer ganske like. De er begge interne forbrenningsmotorer designet for å konvertere den kjemiske energien som er tilgjengelig i drivstoff til mekanisk energi. Denne mekaniske energien beveger stempler opp og ned i sylindrene. Stempelene er koblet til en veivaksel, og den opp og ned bevegelsen til stemplene, kjent som lineær bevegelse, skaper den roterende bevegelsen som trengs for å vri hjulene til en bil fremover.

Både dieselmotorer og bensinmotorer konverterer drivstoff til energi gjennom en serie små eksplosjoner eller forbrenninger. Den største forskjellen mellom diesel og bensin er måten disse eksplosjonene skjer. I en bensinmotor blir drivstoff blandet med luft, komprimert av stempler og antent av gnister fra tennplugger. I en dieselmotor komprimeres imidlertid luften først, og deretter injiseres drivstoffet. Fordi luft varmes opp når den er komprimert, tennes drivstoffet.

Følgende animasjon viser dieselsyklusen i aksjon. Du kan sammenligne det med animasjonen til bensinmotoren for å se forskjellene.

Dieselmotor © .com 2019

Dieselmotoren bruker en firetakts forbrenningssyklus akkurat som en bensinmotor. De fire slagene er:

  1. Inntakslag - Inntaksventilen åpnes, slipper inn luft og flytter stemplet ned. -
  2. Kompresjonsslag - Stempelet beveger seg opp igjen og komprimerer luften.
  3. Forbrenningslag - Når stemplet når toppen, sprøytes drivstoff i akkurat det rette øyeblikket og tennes, og tvinger stemplet ned igjen.
  4. Eksosstrøk - Stempelet beveger seg tilbake til toppen og skyver eksosen som er oppstått fra forbrenningen ut av eksosventilen.

Husk at dieselmotoren ikke har noen tennplugg, at den tar luft og komprimerer den, og at den deretter injiserer drivstoffet direkte i forbrenningskammeret (direkte innsprøytning). Det er varmen fra trykkluften som tenner drivstoffet i en dieselmotor. I neste avsnitt skal vi undersøke dieselinjiseringsprosessen.

kompresjon

Når han arbeidet med sine beregninger, teoretiserte Rudolf Diesel at høyere komprimering fører til høyere effektivitet og mer kraft. Dette skjer fordi når stempelet klemmer luft med sylinderen, blir luften konsentrert. Dieseldrivstoff har et høyt energiinnhold, så sannsynligheten for at diesel reagerer med den konsentrerte luften er større. En annen måte å tenke på det er når luftmolekyler pakkes så tett sammen, drivstoff har en bedre sjanse til å reagere med så mange oksygenmolekyler som mulig. Rudolf viste seg å ha rett - en bensinmotor komprimerer i forholdet 8: 1 til 12: 1, mens en dieselmotor komprimerer med et forhold på 14: 1 til så høyt som 25: 1.

Foto med tillatelse fra DaimlerChrysler Atego sekssylindrede dieselmotor

En stor forskjell mellom en dieselmotor og en bensinmotor er i injeksjonsprosessen. De fleste bilmotorer bruker portinnsprøytning eller en forgasser. Et portinjeksjonssystem injiserer drivstoff like før inntaksslaget (utenfor sylinderen). En forgasser blander luft og drivstoff lenge før luften kommer inn i sylinderen. I en bilmotor blir derfor alt drivstoff lastet inn i sylinderen under inntakslaget og deretter komprimert. Komprimeringen av drivstoff / luftblandingen begrenser motorens kompresjonsforhold - hvis den komprimerer luften for mye, antenner drivstoff / luftblandingen spontant og forårsaker banke. Fordi det forårsaker overdreven varme, kan banking skade motoren.

Dieselmotorer bruker direkte drivstoffinnsprøytning - dieseldrivstoffet blir injisert direkte i sylinderen.

Injektoren på en dieselmotor er den mest komplekse komponenten og har vært gjenstand for mye eksperimentering - i hvilken som helst spesiell motor kan den være plassert mange steder. Injektoren må tåle temperaturen og trykket inne i sylinderen og fremdeles levere drivstoffet i en fin tåke. Å få tåken sirkulert i sylinderen slik at den blir jevnt fordelt er også et problem, så noen dieselmotorer bruker spesielle induksjonsventiler, forbrenningskamre eller andre enheter for å virvle luften i forbrenningskammeret eller på annen måte forbedre tennings- og forbrenningsprosessen.

Noen dieselmotorer inneholder a glødeplugg. Når en dieselmotor er kald, kan det hende at kompresjonsprosessen ikke hever luften til en høy nok temperatur til å antenne drivstoffet. Glødepluggen er en elektrisk oppvarmet ledning (tenk på de varme ledningene du ser i en brødrister) som varmer forbrenningskamrene og hever lufttemperaturen når motoren er kald, slik at motoren kan starte. Ifølge Cley Brotherton, tekniker for tungt utstyr fra Journeyman:


Alle funksjoner i en moderne motor styres av ECM som kommuniserer med et forseggjort sett av sensorer som måler alt fra R.P.M. til motorens kjølevæske og oljetemperaturer og jevn motorposisjon (dvs. T.D.C.). Glødeplugger brukes sjelden i dag på større motorer. ECM registrerer omgivelsestemperaturen og forsinker tidspunktet for motoren i kaldt vær, slik at injektoren sprøyter drivstoffet på et senere tidspunkt. Luften i sylinderen komprimeres mer, og skaper mer varme, som hjelper i start.

Mindre motorer og motorer som ikke har så avansert datakontroll, bruker glødeplugger for å løse kaldstartproblemet.

Selvfølgelig er mekanikk ikke den eneste forskjellen mellom dieselmotorer og bensinmotorer. Det er også spørsmålet om selve drivstoffet.

En prøve med dieselolje Staff / Getty Images

-Petroleumsbrensel starter som råolje som naturlig finnes i jorden. Når råolje blir behandlet på raffinerier, kan den skilles i flere forskjellige typer drivstoff, inkludert bensin, jetbrensel, parafin og selvfølgelig diesel.

Hvis du noen gang har sammenlignet diesel og bensin, vet du at de er forskjellige. De lukter helt sikkert annerledes. Dieseldrivstoff er tyngre og oljeaktigere. Det fordamper mye saktere enn bensin - kokepunktet er faktisk høyere enn vannets kokepunkt. Du vil ofte høre diesel som er referert til som "dieselolje" fordi den er så fet.

Dieseldrivstoff fordamper saktere fordi det er tyngre. Den inneholder mer karbonatomer i lengre kjeder enn bensin (bensin er vanligvis C9H20, mens diesel er vanligvis C14H30). Det krever mindre raffinering å lage diesel, og det var derfor det tidligere var billigere enn bensin. Siden 2004 har imidlertid etterspørselen etter diesel økt av flere årsaker, inkludert økt industrialisering og konstruksjon i Kina og USA. [Kilde: Energy Information Administration].

Diesel drivstoff har en høyere energitetthet enn bensin. I gjennomsnitt inneholder 1 gallon (3,8 L) diesel drivstoff omtrent 155x106 joules (147 000 BTU), mens 1 gallon bensin inneholder 132x106 joules (125 000 BTU). Dette, kombinert med den forbedrede effektiviteten til dieselmotorer, forklarer hvorfor dieselmotorer får bedre kjørelengde enn tilsvarende bensinmotorer.

Diesel drivstoff brukes til å drive et bredt utvalg av kjøretøyer og operasjoner. Det brensler selvfølgelig med dieselbilene du ser som trår nedover motorveien, men det hjelper også med å flytte båter, skolebusser, bybusser, tog, kraner, landbruksutstyr og forskjellige utrykningskjøretøyer og kraftgeneratorer. Tenk på hvor viktig diesel er for økonomien - uten den høye effektiviteten, ville både byggebransjen og oppdrettsvirksomheter lidd enormt av investeringer i drivstoff med lav effekt og effektivitet. Omtrent 94 prosent av gods - enten det er sendt i lastebiler, tog eller båter - er avhengig av diesel.

Når det gjelder miljøet har diesel noen fordeler og ulemper. Pros - diesel avgir veldig små mengder karbonmonoksid, hydrokarboner og karbondioksid, utslipp som fører til global oppvarming. Cons - høye mengder nitrogenforbindelser og svevestøv (sot) frigjøres fra brennende diesel, noe som fører til sur nedbør, smog og dårlige helsemessige forhold. På neste side skal vi se på noen nylige forbedringer som er gjort på disse områdene.

Renere drivstoff og strengere utslippsnivåer bør redusere antall tidlige dødsfall på grunn av forurensning av motoren. Foto med tillatelse fra Mario Tama / Getty Images

-Under den store oljekrisen på 1970-tallet begynte europeiske bilfirmaer å annonsere dieselmotorer for kommersiell bruk som et alternativ til bensin. De som prøvde det var litt skuffet - motorene var veldig høye, og de ville komme hjem for å finne bilene sine dekket fra foran til bak i svart sot - den samme soo-t ansvarlig for smog i store byer.

I løpet av de siste 30 til 40 årene er det imidlertid gjort store forbedringer av motorens ytelse og drivstoffrengjøring. Enheter for direkte innsprøytning styres nå av avanserte datamaskiner som overvåker forbrenning, øker effektiviteten og reduserer utslipp. Bedre raffinerte dieseldrivstoff som ultralav svoveldiesel (ULSD) vil redusere mengden skadelige utslipp og oppgradere motorer for å gjøre dem kompatible med renere drivstoff blir en enklere prosess. Andre teknologier som CRT-partikelfiltre og katalytiske omformere brenner sot og reduserer svevestøv, karbonmonoksid og hydrokarboner med hele 90 prosent. [kilde: Diesel Technology Forum]. Å kontinuerlig forbedre standardene for renere drivstoff fra EU vil også presse bilindustriene til å jobbe hardere for å senke utslippene - innen september 2009 håper EU å få utslipp av svevestøv ned fra 25 mg / kilometer til 5 mg / kilometer [kilde: EUROPA].

Du har kanskje også hørt om noe som heter biodiesel. Er det det samme som diesel? Biodiesel er et alternativ eller tilsetningsstoff til diesel som kan brukes i dieselmotorer med liten eller ingen endringer i selve motorene. Den er ikke laget av petroleum - i stedet kommer den fra planteoljer eller animalsk fett som har blitt kjemisk endret. (Interessant faktum: Rudolf Diesel hadde opprinnelig vurdert vegetabilsk frøolje som drivstoff for sin oppfinnelse.) Biodiesel kan enten kombineres med vanlig diesel eller brukes helt av seg selv. Du kan lese mer om biodiesel i Hvordan Biodiesel fungerer.

For mer informasjon om dieselmotorer og relaterte emner, sjekk ut lenkene på neste side.

relaterte artikler

  • Hvordan diesel-totaktsmotorer fungerer
  • Hvordan bilmotorer fungerer
  • Hvordan to-taktsmotorer fungerer
  • Hvordan gassturbinmotorer fungerer
  • Hvordan roterende motorer fungerer
  • Hvordan rakettmotorer fungerer
  • Hvordan virvlende motorer fungerer
  • Hvordan dampmotorer fungerer
  • Hvordan oljeraffinering fungerer
  • Slik fungerer Aptera Hybrid 
  • Hvis dieselmotorer er mer effektive, hvorfor har de fleste biler bensinmotorer?

Flere gode lenker

  • Caterpillar: Motorer og kraftsystemer
  • Turbo Diesel Register
  • Fairbanks Morse Antique Diesel Oil Engine
  • National Biodiesel Board: Clean Burning Fuel



Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.

De mest interessante artiklene om hemmeligheter og oppdagelser. Mye nyttig informasjon om alt
Artikler om vitenskap, rom, teknologi, helse, miljø, kultur og historie. Forklare tusenvis av emner slik at du vet hvordan alt fungerer