Sådan fungerer dieselmotorer

Den 4,5-liters V-8 Duramax forbedrer effektiviteten med 25 procent sammenlignet med benzinmotorer og reducerer forurenende stoffer og emissioner. Se flere dieselmotorbilleder. 2008

-Nej af de mest populære artikler er How Car Engines Work, der forklarer de grundlæggende principper bag forbrænding, diskuterer firetakters cyklus og taler om alle de undersystemer, der hjælper din bils motor med at udføre sit job. I lang tid efter at vi offentliggjorde den artikel, var et af de mest almindelige spørgsmål (og et af de hyppigste forslag, der blev fremsat i forslagskassen), "Hvad er forskellen mellem en benzin og en dieselmotor?"

Diesels historie begynder faktisk med opfindelsen af benzinmotor. Nikolaus August Otto havde opfundet og patenteret benzinmotoren i 1876. Denne opfindelse anvendte firetaktsforbrændingsprincippet, også kendt som "Otto Cycle", og det er den grundlæggende forudsætning for de fleste bilmotorer i dag. I sin tidlige fase var benzinmotoren ikke særlig effektiv og andre vigtige transportmetoder såsom damp maskine gik også dårligt. Kun cirka 10 procent af det brændstof, der blev brugt i disse typer motorer, flyttede faktisk et køretøj. Resten af ​​brændstoffet producerede simpelthen ubrugelig varme.

-I 1878 gik Rudolf Diesel på Polytechnic High School of Germany (svarende til et ingeniørhøjskole), da han lærte om benzin- og dampmotorers lave effektivitet. Denne foruroligende information inspirerede ham til at skabe en motor med en højere effektivitet, og han afsatte meget af sin tid på at udvikle en "forbrændingsmotor." I 1892 havde Diesel fået et patent på det, vi nu kalder dieselmotoren.

-Hvis dieselmotorer er så effektive, hvorfor bruger vi dem ikke oftere? Du kan se ordene "dieselmotor" og tænke på store, heftige lastvogne, der sprøjter sort, sotet røg og skaber en kraftig klaprende lyd. Dette negative billede af dieselbiler og motorer har gjort diesel mindre attraktiv for afslappede chauffører i USA - selvom diesel er fantastisk til at transportere store forsendelser over lange afstande, har det ikke været det bedste valg for hverdagens pendlere. Dette begynder imidlertid at ændre sig, da folk forbedrer dieselmotoren for at gøre den renere og mindre støjende.

Hvis du ikke allerede har gjort det, vil du sandsynligvis læse, hvordan bilmotorer fungerer først, for at få en fornemmelse af det grundlæggende ved forbrænding. Men skynd dig tilbage - i denne artikel låser vi op dieselmotorens hemmeligheder og lærer om nogle nye fremskridt.

-I teorien er dieselmotorer og benzinmotorer ret ens. De er begge forbrændingsmotorer designet til at konvertere den kemiske energi, der er tilgængelig i brændstof til mekanisk energi. Denne mekaniske energi bevæger stempler op og ned i cylindrene. Stemplerne er forbundet med en krumtapaksel, og stemplernes op-og-ned-bevægelse, kendt som lineær bevægelse, skaber den roterende bevægelse, der er nødvendig for at dreje en bils hjul frem.

Både dieselmotorer og benzinmotorer omdanner brændstof til energi gennem en række små eksplosioner eller forbrændinger. Den største forskel mellem diesel og benzin er den måde, disse eksplosioner sker på. I en benzinmotor blandes brændstof med luft, komprimeres med stempler og antændes med gnister fra tændrør. I en dieselmotor komprimeres imidlertid først luften, og derefter indsprøjtes brændstof. Fordi luft opvarmes, når det komprimeres, antændes brændstoffet.

Følgende animation viser dieselcyklussen i aktion. Du kan sammenligne det med animationen af ​​benzinmotoren for at se forskellene.

Dieselmotor © .com 2019

Dieselmotoren bruger en firetaktsforbrændingscyklus ligesom en benzinmotor. De fire slag er:

1. Indtagelsesslag - Indsugningsventilen åbner, slipper luft ind og bevæger stemplet ned. -
2. Kompressionsslag - Stempelet bevæger sig op igen og komprimerer luften.
3. Forbrændingsslag - Når stemplet når toppen, indsprøjtes brændstof på lige det rigtige tidspunkt og antændes, hvilket presser stemplet tilbage.
4. Udstødningslag - Stemplet bevæger sig tilbage til toppen og skubber udstødningen, der er opstået fra forbrændingen, ud af udstødningsventilen.

Husk, at dieselmotoren ikke har nogen tændrør, at den indtager luft og komprimerer den, og at den derefter sprøjter brændstof direkte ind i forbrændingskammeret (direkte injektion). Det er trykluften, der tænder brændstoffet i en dieselmotor. I det næste afsnit undersøger vi dieselinjektionsprocessen.

Compression

Når han arbejdede med sine beregninger, teoretiserede Rudolf Diesel, at højere komprimering fører til højere effektivitet og mere kraft. Dette sker, fordi luften koncentreres, når stemplet presser luft med cylinderen. Dieselbrændstof har et højt energiindhold, så sandsynligheden for, at diesel reagerer med den koncentrerede luft er større. En anden måde at tænke på det er, når luftmolekyler er pakket så tæt sammen, at brændstof har en bedre chance for at reagere med så mange iltmolekyler som muligt. Rudolf viste sig at have ret - en benzinmotor komprimerer i forholdet 8: 1 til 12: 1, mens en dieselmotor komprimerer i et forhold på 14: 1 til så højt som 25: 1.

Foto høflighed DaimlerChrysler Atego seks-cylindret dieselmotor

En stor forskel mellem en dieselmotor og en gasmotor er i injektionsprocessen. De fleste bilmotorer bruger havninjektion eller en karburator. Et portindsprøjtningssystem indsprøjter brændstof lige inden indsugningsslaget (uden for cylinderen). En karburator blander luft og brændstof længe før luften kommer ind i cylinderen. I en bilmotor indlæses derfor alt brændstof i cylinderen under indsugningsslaget og komprimeres derefter. Komprimering af brændstof / luftblandingen begrænser motorens kompressionsforhold - hvis den komprimerer luften for meget, antændes brændstof / luftblandingen spontant og forårsager banke. Da det forårsager overdreven varme, kan bankning beskadige motoren.

Dieselmotorer bruger direkte brændstofindsprøjtning - dieselbrændstof indsprøjtes direkte i cylinderen.

Injektoren på en dieselmotor er dens mest komplekse komponent og har været genstand for en hel del eksperimentering - i en bestemt motor kan den muligvis være placeret forskellige steder. Injektoren skal kunne modstå temperaturen og trykket inde i cylinderen og stadig levere brændstoffet i en fin tåge. At få tågen cirkuleret i cylinderen, så den er jævnt fordelt, er også et problem, så nogle dieselmotorer anvender specielle induktionsventiler, forbrændingsrum eller andre enheder til at virvle luften i forbrændingskammeret eller på anden måde forbedre tændings- og forbrændingsprocessen.

Nogle dieselmotorer indeholder en glødeprop. Når en dieselmotor er kold, hæver komprimeringsprocessen muligvis ikke luften til en høj nok temperatur til at antænde brændstoffet. Glødeproppen er en elektrisk opvarmet ledning (tænk på de varme ledninger, du ser i en brødrister), der varmer forbrændingskamrene og hæver lufttemperaturen, når motoren er kold, så motoren kan starte. Ifølge Cley Brotherton, tekniker for tungt udstyr til Journeyman:

Alle funktioner i en moderne motor styres af ECM, der kommunikerer med et omfattende sæt sensorer, der måler alt fra R.P.M. til motorens kølevæske og olietemperaturer og endda motorens position (dvs. T.D.C.). Glødestik bruges sjældent i dag på større motorer. ECM registrerer den omgivende lufttemperatur og forsinker timingen af ​​motoren i koldt vejr, så injektoren sprøjter brændstoffet på et senere tidspunkt. Luften i cylinderen komprimeres mere, hvilket skaber mere varme, som hjælper ved start.

Mindre motorer og motorer, der ikke har så avanceret computerstyring, bruger glødeprop til at løse problemet med koldstart.

Selvfølgelig er mekanik ikke den eneste forskel mellem dieselmotorer og benzinmotorer. Der er også spørgsmålet om selve brændstoffet.

En prøve af dieselbrændstof Staff / Getty Images

-Petroleumbrændstof starter som råolie, der naturligt findes i Jorden. Når råolie forarbejdes på raffinaderier, kan den opdeles i flere forskellige slags brændstoffer, herunder benzin, jetbrændstof, parafin og selvfølgelig diesel.

Hvis du nogensinde har sammenlignet dieselolie og benzin, ved du, at de er forskellige. De lugter helt sikkert anderledes. Dieselbrændstof er tungere og olierigere. Det fordamper meget langsommere end benzin - kogepunktet er faktisk højere end vandets kogepunkt. Du vil ofte høre diesel benævnt "dieselolie", fordi det er så fedtet.

Dieselbrændstof fordamper langsommere, fordi det er tungere. Det indeholder flere carbonatomer i længere kæder end benzin gør (benzin er typisk C9H20, mens dieselbrændstof typisk er C14H30). Det kræver mindre raffinering at skabe diesel, hvorfor det tidligere var billigere end benzin. Siden 2004 er efterspørgslen efter diesel imidlertid steget af flere grunde, herunder øget industrialisering og konstruktion i Kina og USA [kilde: Energy Information Administration].

Diesel brændstof har en højere energitæthed end benzin. I gennemsnit indeholder 1 gallon (3,8 L) dieselbrændstof cirka 155x10⁶ joules (147.000 BTU), mens 1 gallon benzin indeholder 132x10⁶ joules (125.000 BTU). Dette sammen med den forbedrede effektivitet af dieselmotorer forklarer, hvorfor dieselmotorer får bedre kilometertal end ækvivalente benzinmotorer.

Dieselbrændstof bruges til at drive en lang række køretøjer og operationer. Det brænder naturligvis med de dieselbiler, som du kan se ned ad motorvejen, men det hjælper også med at flytte både, skolebusser, bybusser, tog, kraner, landbrugsudstyr og forskellige beredskabskøretøjer og elproducenter. Tænk på, hvor vigtig diesel er for økonomien - uden dens høje effektivitet ville både byggeindustrien og landbrugsvirksomheder lide enormt af investeringer i brændstoffer med lav effekt og effektivitet. Cirka 94 procent af fragt - hvad enten det er afsendt i lastbiler, tog eller både - er afhængig af diesel.

Med hensyn til miljøet har diesel nogle fordele og ulemper. Pros-diesel udsender meget små mængder kulilte, kulbrinter og kuldioxid, emissioner, der fører til global opvarmning. Ulemperne - høje mængder nitrogenforbindelser og partikler (sod) frigøres fra brændende dieselbrændstof, hvilket fører til surt regn, smog og dårlige sundhedsmæssige forhold. På den næste side ser vi på nogle nylige forbedringer, der er foretaget på disse områder.

Renere brændstof og strengere emissionniveauer bør reducere antallet af tidlige dødsfald på grund af forurening af motor med diesel. Foto høflighed Mario Tama / Getty Images

-Under den store oliekrise i 1970'erne begyndte europæiske bilfirmaer at annoncere dieselmotorer til kommerciel brug som et alternativ til benzin. De, der prøvede det, var lidt skuffede - motorerne var meget høje, og de ville ankomme hjem for at finde deres biler dækket forfra og bagpå i sort sod - den samme soo-t ansvarlig for smog i store byer.

I løbet af de sidste 30 til 40 år er der imidlertid gjort enorme forbedringer med hensyn til motorydelse og brændstofrens. Direkte injektionsenheder styres nu af avancerede computere, der overvåger forbrændingsforbrænding, øger effektiviteten og reducerer emissionerne. Bedre raffinerede dieselbrændstoffer som ultra-low svovl diesel (ULSD) vil sænke mængden af ​​skadelige emissioner og opgradere motorer for at gøre dem kompatible med renere brændstof bliver en enklere proces. Andre teknologier såsom CRT-partikelfiltre og katalytiske omformere brænder sod og reducerer partikler, kulilte og kulbrinter med op til 90 procent. [kilde: Diesel Technology Forum]. Fortsat forbedring af standarderne for renere brændstof fra EU vil også skubbe bilindustrierne til at arbejde hårdere for at sænke emissionerne - inden september 2009 håber EU at have emissioner af partikler ned fra 25 mg / kilometer til 5 mg / kilometer [kilde: EUROPA].

Du har måske også hørt om noget, der hedder biodiesel. Er det det samme som diesel? Biodiesel er et alternativ eller tilsætningsstof til dieselbrændstof, der kan bruges i dieselmotorer uden ringe eller ingen ændringer til selve motorerne. Det er ikke lavet af olie - i stedet kommer det fra planteolier eller animalsk fedt, der er blevet kemisk ændret. (Interessant faktum: Rudolf Diesel havde oprindeligt betragtet vegetabilsk frøolie som brændstof til sin opfindelse.) Biodiesel kan enten kombineres med almindelig diesel eller bruges fuldstændigt af sig selv. Du kan læse mere om biodiesel i Sådan fungerer biodiesel.

For mere information om dieselmotorer og relaterede emner, se linkene på næste side.

relaterede artikler

• Sådan fungerer to-taktsmotorer Diesel
• Sådan fungerer bilmotorer
• Sådan fungerer to-taktsmotorer
• Sådan fungerer gasturbinemaskiner
• Sådan fungerer roterende motorer
• Sådan fungerer raketmotorer
• Sådan fungerer motorer
• Sådan fungerer dampmotorer
• Sådan fungerer raffinering
• Sådan fungerer Aptera Hybrid 
• Hvis dieselmotorer er mere effektive, hvorfor har de fleste biler benzinmotorer?

Flere gode links

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