Pedeorelha | Hoe dieselmotoren werken

Thomas Dalton
0
2695
292

De 4,5-liter V-8 Duramax verbetert de efficiëntie met 25 procent in vergelijking met benzinemotoren, terwijl de vervuilende stoffen en emissies worden verminderd. Bekijk meer foto's van dieselmotoren. 2008

-Een van de meest populaire artikelen is How Car Engines Work, waarin de basisprincipes van interne verbranding worden uitgelegd, de viertaktcyclus wordt besproken en alle subsystemen worden besproken die de motor van uw auto helpen zijn werk te doen. Lange tijd nadat we dat artikel hadden gepubliceerd, was een van de meest gestelde vragen (en een van de meest voorkomende suggesties in het suggestieblok): "Wat is het verschil tussen een benzine- en een dieselmotor?"

Diesel's verhaal begint eigenlijk met de uitvinding van de Benzinemotor. Nikolaus August Otto had de benzinemotor tegen 1876 uitgevonden en gepatenteerd. Deze uitvinding maakte gebruik van het viertaktverbrandingsprincipe, ook bekend als de "Otto-cyclus", en het is het uitgangspunt voor de meeste automotoren van vandaag. In het vroege stadium was de benzinemotor niet erg efficiënt en andere belangrijke transportmethoden zoals de stoommachine deed het ook slecht. Slechts ongeveer 10 procent van de brandstof die in dit soort motoren wordt gebruikt, heeft een voertuig daadwerkelijk verplaatst. De rest van de brandstof produceerde gewoon nutteloze warmte.

-In 1878 studeerde Rudolf Diesel aan de Polytechnic High School of Germany (het equivalent van een technische universiteit) toen hij hoorde over het lage rendement van benzine- en stoommachines. Deze verontrustende informatie inspireerde hem om een motor te maken met een hogere efficiëntie, en hij besteedde veel van zijn tijd aan het ontwikkelen van een "Combustion Power Engine". In 1892 had Diesel een patent verkregen op wat we nu de dieselmotor noemen.

-Als dieselmotoren zo efficiënt zijn, waarom gebruiken we ze dan niet vaker? Je zou de woorden "dieselmotor" kunnen zien en denken aan grote, forse vrachtauto's die zwarte, roetige rook uitspuwen en een luid ratelend geluid maken. Dit negatieve beeld van dieseltrucks en -motoren heeft diesel minder aantrekkelijk gemaakt voor gewone chauffeurs in de Verenigde Staten - hoewel diesel geweldig is voor het vervoeren van grote zendingen over lange afstanden, is het niet de beste keuze voor dagelijkse forenzen. Dit begint echter te veranderen, nu mensen de dieselmotor verbeteren om deze schoner en minder lawaaiig te maken.

Als je dat nog niet hebt gedaan, wil je waarschijnlijk eerst Hoe automotoren werken, lezen om een idee te krijgen van de basisprincipes van interne verbranding. Maar schiet snel terug - in dit artikel ontrafelen we de geheimen van de dieselmotor en leren we over enkele nieuwe ontwikkelingen.

-In theorie lijken dieselmotoren en benzinemotoren veel op elkaar. Ze zijn beide verbrandingsmotoren ontworpen om de chemische energie die beschikbaar is in brandstof om te zetten in mechanische energie. Deze mechanische energie beweegt zuigers op en neer in cilinders. De zuigers zijn verbonden met een krukas en de op en neergaande beweging van de zuigers, ook wel lineaire beweging genoemd, creëert de roterende beweging die nodig is om de wielen van een auto naar voren te laten draaien.

Zowel dieselmotoren als benzinemotoren zetten brandstof om in energie door middel van een reeks kleine explosies of verbrandingen. Het grote verschil tussen diesel en benzine is de manier waarop deze explosies plaatsvinden. In een benzinemotor wordt brandstof gemengd met lucht, samengeperst door zuigers en ontstoken door vonken van bougies. Bij een dieselmotor wordt echter eerst de lucht gecomprimeerd en daarna de brandstof ingespoten. Omdat lucht opwarmt wanneer deze wordt samengeperst, ontsteekt de brandstof.

De volgende animatie toont de dieselcyclus in actie. Je kunt het vergelijken met de animatie van de benzinemotor om de verschillen te zien.

Dieselmotor © .com 2019

De dieselmotor gebruikt een viertaktverbrandingscyclus, net als een benzinemotor. De vier slagen zijn:

Intake beroerte - De inlaatklep gaat open, laat lucht binnen en beweegt de zuiger naar beneden. -
Compressieslag - De zuiger beweegt weer omhoog en drukt de lucht samen.
Verbrandingsslag - Als de zuiger de bovenkant bereikt, wordt brandstof op het juiste moment ingespoten en ontstoken, waardoor de zuiger weer naar beneden gaat.
Uitlaatslag - De zuiger beweegt terug naar de bovenkant en duwt de uitlaatgassen die door de verbranding zijn ontstaan uit de uitlaatklep.

Bedenk dat de dieselmotor geen bougie heeft, dat hij lucht aanzuigt en deze comprimeert, en dat hij de brandstof vervolgens rechtstreeks in de verbrandingskamer injecteert (directe injectie). Het is de warmte van de samengeperste lucht die de brandstof in een dieselmotor aansteekt. In de volgende sectie zullen we het dieselinjectieproces onderzoeken.

Compressie

Bij het werken aan zijn berekeningen, theoretiseerde Rudolf Diesel dat een hogere compressie leidt tot een hoger rendement en meer vermogen. Dit gebeurt omdat wanneer de zuiger lucht met de cilinder perst, de lucht geconcentreerd wordt. Dieselbrandstof heeft een hoge energie-inhoud, dus de kans dat diesel reageert met de geconcentreerde lucht is groter. Een andere manier om erover na te denken, is dat wanneer luchtmoleculen zo dicht bij elkaar zijn gepakt, brandstof een betere kans heeft om te reageren met zoveel mogelijk zuurstofmoleculen. Rudolf bleek gelijk te hebben - een benzinemotor comprimeert in een verhouding van 8: 1 tot 12: 1, terwijl een dieselmotor comprimeert met een verhouding van 14: 1 tot wel 25: 1.

Foto met dank aan DaimlerChrysler Atego zescilinder dieselmotor

Een groot verschil tussen een dieselmotor en een gasmotor zit in het injectieproces. De meeste automotoren gebruiken poortinjectie of een carburateur. Een poortinjectiesysteem injecteert brandstof net voor de inlaatslag (buiten de cilinder). Een carburateur mengt lucht en brandstof lang voordat de lucht de cilinder binnenkomt. In een automotor wordt daarom alle brandstof tijdens de inlaatslag in de cilinder geladen en vervolgens gecomprimeerd. De compressie van het brandstof / luchtmengsel beperkt de compressieverhouding van de motor - als deze de lucht te veel comprimeert, ontsteekt het brandstof / luchtmengsel spontaan en veroorzaakt kloppen. Omdat het overmatige hitte veroorzaakt, kan kloppen de motor beschadigen.

Dieselmotoren gebruiken directe brandstofinspuiting - de dieselbrandstof wordt rechtstreeks in de cilinder geïnjecteerd.

De injector van een dieselmotor is het meest complexe onderdeel ervan en er is veel aan geëxperimenteerd - in een bepaalde motor kan hij zich op verschillende plaatsen bevinden. De injector moet de temperatuur en druk in de cilinder kunnen weerstaan en toch de brandstof in een fijne nevel afgeven. De nevel in de cilinder laten circuleren zodat deze gelijkmatig wordt verdeeld, is ook een probleem, daarom gebruiken sommige dieselmotoren speciale inductiekleppen, voorverbrandingskamers of andere apparaten om de lucht in de verbrandingskamer te laten wervelen of anderszins het ontstekings- en verbrandingsproces te verbeteren..

Sommige dieselmotoren bevatten een gloeibougie. Wanneer een dieselmotor koud is, kan het zijn dat het compressieproces de lucht niet op een voldoende hoge temperatuur brengt om de brandstof te ontsteken. De gloeibougie is een elektrisch verwarmde draad (denk aan de hete draden die je in een broodrooster ziet) die de verbrandingskamers verwarmt en de luchttemperatuur verhoogt als de motor koud is zodat de motor kan starten. Volgens Cley Brotherton, een Journeyman-technicus voor zwaar materieel:

Alle functies in een moderne motor worden bestuurd door de ECM die communiceert met een uitgebreide set sensoren die alles meten van R.P.M. tot motorkoelvloeistof- en olietemperaturen en zelfs de motorpositie (d.w.z. T.D.C.). Gloeibougies worden tegenwoordig zelden gebruikt op grotere motoren. De ECM meet de temperatuur van de omgevingslucht en vertraagt de timing van de motor bij koud weer, zodat de injector de brandstof op een later tijdstip spuit. De lucht in de cilinder wordt meer gecomprimeerd, waardoor er meer warmte ontstaat, wat helpt bij het starten.

Kleinere motoren en motoren die niet zo'n geavanceerde computerbesturing hebben, gebruiken gloeibougies om het koudestartprobleem op te lossen.

Mechanica is natuurlijk niet het enige verschil tussen dieselmotoren en benzinemotoren. Er is ook de kwestie van de brandstof zelf.

Een voorbeeld van dieselbrandstof Staff / Getty Images

-Petroleumbrandstof begint als ruwe olie die van nature in de aarde wordt aangetroffen. Wanneer ruwe olie in raffinaderijen wordt verwerkt, kan deze worden gescheiden in verschillende soorten brandstoffen, waaronder benzine, vliegtuigbrandstof, kerosine en natuurlijk diesel..

Als je dieselbrandstof en benzine ooit hebt vergeleken, weet je dat ze verschillend zijn. Ze ruiken zeker anders. Dieselbrandstof is zwaarder en oliever. Het verdampt veel langzamer dan benzine - het kookpunt is eigenlijk hoger dan het kookpunt van water. Dieselbrandstof wordt vaak "dieselolie" genoemd omdat het zo vettig is.

Dieselbrandstof verdampt langzamer omdat deze zwaarder is. Het bevat meer koolstofatomen in langere ketens dan benzine (benzine is meestal C9H20, terwijl diesel meestal C14H30 is). Er is minder raffinage nodig om diesel te maken en daarom was het vroeger goedkoper dan benzine. Sinds 2004 is de vraag naar diesel echter om verschillende redenen gestegen, waaronder toegenomen industrialisatie en bouw in China en de VS [bron: Energy Information Administration].

Dieselbrandstof heeft een hogere energiedichtheid dan benzine. Gemiddeld bevat 3,8 liter dieselbrandstof ongeveer 155 x 10⁶ joules (147.000 BTU), terwijl 1 gallon benzine 132x10⁶ joules (125.000 BTU). Dit, in combinatie met de verbeterde efficiëntie van dieselmotoren, verklaart waarom dieselmotoren meer kilometers afleggen dan vergelijkbare benzinemotoren.

Dieselbrandstof wordt gebruikt om een breed scala aan voertuigen en operaties aan te drijven. Het voedt natuurlijk de dieseltrucks die je op de snelweg ziet sluipen, maar het helpt ook bij het verplaatsen van boten, schoolbussen, stadsbussen, treinen, kranen, landbouwapparatuur en verschillende hulpverleningsvoertuigen en stroomgeneratoren. Bedenk eens hoe belangrijk diesel is voor de economie - zonder zijn hoge efficiëntie zouden zowel de bouwsector als de landbouwbedrijven enorm lijden onder investeringen in brandstoffen met een laag vermogen en een laag rendement. Ongeveer 94 procent van het vrachtvervoer - of het nu in vrachtwagens, treinen of boten wordt vervoerd - is afhankelijk van diesel.

Op milieugebied heeft diesel enkele voor- en nadelen. De voordelen - diesel stoot zeer kleine hoeveelheden koolmonoxide, koolwaterstoffen en kooldioxide uit, emissies die leiden tot opwarming van de aarde. De nadelen - grote hoeveelheden stikstofverbindingen en fijnstof (roet) komen vrij bij verbranding van dieselbrandstof, wat leidt tot zure regen, smog en slechte gezondheidstoestanden. Op de volgende pagina zullen we enkele recente verbeteringen bekijken die op deze gebieden zijn aangebracht.

Schonere brandstof en strengere emissieniveaus zouden het aantal vroegtijdige sterfgevallen als gevolg van vervuiling door dieselmotoren moeten verminderen. Foto met dank aan Mario Tama / Getty Images

-Tijdens de grote oliecrisis in de jaren zeventig begonnen Europese autobedrijven reclame te maken voor dieselmotoren voor commercieel gebruik als alternatief voor benzine. Degenen die het probeerden waren een beetje teleurgesteld - de motoren waren erg luid en ze kwamen thuis om hun auto van voor naar achter bedekt te zien met zwart roet - dezelfde soo-t die verantwoordelijk is voor smog in grote steden.

In de afgelopen 30 tot 40 jaar zijn er echter enorme verbeteringen aangebracht op het gebied van motorprestaties en brandstofzuiverheid. Directe injectie-apparaten worden nu bestuurd door geavanceerde computers die de brandstofverbranding controleren, de efficiëntie verhogen en de uitstoot verminderen. Beter geraffineerde dieselbrandstoffen zoals ultralaagzwavelige diesel (ULSD) zullen de hoeveelheid schadelijke emissies verlagen en het upgraden van motoren om ze compatibel te maken met schonere brandstof wordt een eenvoudiger proces. Andere technologieën, zoals CRT-roetfilters en katalysatoren, verbranden roet en verminderen fijnstof, koolmonoxide en koolwaterstoffen met maar liefst 90 procent. [bron: Diesel Technology Forum]. Voortdurende verbetering van de normen voor schonere brandstof uit de Europese Unie zal de auto-industrie ook ertoe aanzetten om harder te werken aan het verlagen van de uitstoot - tegen september 2009 hoopt de EU de uitstoot van fijnstof te verminderen van 25 mg / kilometer naar 5 mg / kilometer [bron: EUROPA].

Je hebt misschien ook wel eens gehoord van zoiets als biodiesel. Is het hetzelfde als diesel? Biodiesel is een alternatief of additief voor dieselbrandstof dat in dieselmotoren kan worden gebruikt met weinig tot geen aanpassingen aan de motoren zelf. Het is niet gemaakt van aardolie - in plaats daarvan is het afkomstig van plantaardige oliën of dierlijke vetten die chemisch zijn veranderd. (Interessant feit: Rudolf Diesel had oorspronkelijk plantaardige zaadolie overwogen als brandstof voor zijn uitvinding.) Biodiesel kan worden gecombineerd met gewone diesel of volledig op zichzelf worden gebruikt. U kunt meer lezen over biodiesel in How Biodiesel Works.

Raadpleeg de links op de volgende pagina voor meer informatie over dieselmotoren en aanverwante onderwerpen.

Meer geweldige links

Caterpillar: motoren en aandrijfsystemen
Turbo Diesel Register
Fairbanks Morse antieke dieseloliemotor
National Biodiesel Board: Clean Burning Fuel

Hoe dieselmotoren werken

gerelateerde artikelen

Meer geweldige links