Cum funcționează motoarele diesel

Duramax de 4,5 litri V-8 îmbunătățește eficiența cu 25% în comparație cu motoarele pe benzină, reducând în același timp poluanții și emisiile. Vezi mai multe poze cu motorul diesel. 2008

-O-ne dintre cele mai populare articole este Cum funcționează motoarele auto, care explică principiile de bază ale combustiei interne, discută ciclul în patru timpi și vorbește despre toate subsistemele care ajută motorul mașinii dvs. să își facă treaba. Mult timp după ce am publicat articolul respectiv, una dintre cele mai frecvente întrebări (și una dintre cele mai frecvente sugestii făcute în caseta de sugestii) a fost: „Care este diferența dintre o benzină și un motor diesel?”

Povestea lui Diesel începe de fapt cu invenția motor pe benzina. Nikolaus August Otto inventase și brevetează motorul pe benzină până în 1876. Această invenție folosea principiul de combustie în patru timpi, cunoscut și sub denumirea de "Ciclul Otto", și este premisa de bază pentru majoritatea motoarelor auto din ziua de azi. În stadiul incipient, motorul pe benzină nu a fost foarte eficient, și alte metode majore de transport, cum ar fi motor cu aburi s-a arătat și prost. Doar aproximativ 10% din combustibilul utilizat în aceste tipuri de motoare a deplasat de fapt un vehicul. Restul de combustibil producea pur și simplu căldură inutilă.

-I-n 1878, Rudolf Diesel participa la Liceul Politehnic din Germania (echivalentul unui colegiu de inginerie) când a aflat despre eficiența scăzută a motoarelor pe benzină și abur. Aceste informații tulburătoare l-au inspirat să creeze un motor cu un eficiență mai mare, și și-a dedicat o mare parte din timp dezvoltării unui „motor de alimentare cu combustie”. Până în 1892 Diesel obținuse un brevet pentru ceea ce numim acum motorul diesel.

-Dacă motoarele diesel sunt atât de eficiente, de ce nu le folosim mai des? S-ar putea să vedeți cuvintele „motor diesel” și să vă gândiți la camioane mari, grele, care aruncă fum negru, zgomotos și creând un zgomot puternic. Această imagine negativă a camioanelor și motoarelor diesel a făcut ca motorina să fie mai puțin atrăgătoare pentru șoferii accidentali din Statele Unite - deși motorina este excelentă pentru transportul transporturilor mari pe distanțe lungi, nu a fost cea mai bună alegere pentru navetiștii de zi cu zi. Totuși, acest lucru începe să se schimbe, deoarece oamenii îmbunătățesc motorul diesel pentru a-l face mai curat și mai puțin zgomotos.

Dacă nu ați făcut-o deja, probabil veți dori să citiți Cum funcționează motoarele auto mai întâi, pentru a vă da seama de elementele de bază ale arderii interne. Dar grăbiți-vă înapoi - în acest articol, deblocăm secretele motorului diesel și aflăm despre unele noi avansări.

-În teorie, motoarele diesel și motoarele pe benzină sunt destul de similare. Ei sunt amandoi motoare de combustie internă proiectat pentru a converti energia chimică disponibilă în combustibil în energie mecanică. Această energie mecanică mișcă pistoanele în sus și în jos în interiorul cilindrilor. Pistoanele sunt conectate la un arbore cotit, iar mișcarea în sus și în jos a pistoanelor, cunoscută sub numele de mișcare liniară, creează mișcarea rotativă necesară pentru a întoarce roțile unei mașini înainte.

Atât motoarele diesel, cât și motoarele pe benzină transformă combustibilul în energie printr-o serie de mici explozii sau combustii. Diferența majoră dintre motorină și benzină este modul în care se întâmplă aceste explozii. Într-un motor pe benzină, combustibilul este amestecat cu aerul, comprimat de pistoane și aprins prin scântei de la bujii. Cu toate acestea, într-un motor diesel, aerul este comprimat mai întâi, apoi combustibilul este injectat. Deoarece aerul se încălzește atunci când este comprimat, combustibilul se aprinde.

Următoarea animație arată ciclul diesel în acțiune. Puteți compara cu animația motorului pe benzină pentru a vedea diferențele.

Motor diesel © .com 2019

Motorul diesel folosește un ciclu de combustie în patru timpi la fel ca un motor pe benzină. Cele patru lovituri sunt:

1. Accident vascular cerebral - Valva de admisie se deschide, lăsând aerul și mișcând pistonul în jos. -
2. AVC de compresie - Pistonul se mișcă înapoi și comprimă aerul.
3. Accident vascular cerebral - Când pistonul ajunge în vârf, combustibilul este injectat la momentul potrivit și se aprinde, forțând pistonul înapoi în jos.
4. Cursa de evacuare - Pistonul se deplasează înapoi în partea de sus, împingând evacuarea creată din combustie în afara valvei de evacuare.

Nu uitați că motorul diesel nu are bujie, că introduce aer și îl comprimă și că apoi injectează combustibil direct în camera de ardere (injecție directă). Căldura aerului comprimat este cea care aprinde combustibilul într-un motor diesel. În secțiunea următoare, vom examina procesul de injecție a motorinei.

Comprimare

Când lucrează la calculele sale, Rudolf Diesel a teoretizat că o compresie mai mare duce la o eficiență mai mare și o putere mai mare. Acest lucru se întâmplă deoarece atunci când pistonul stoarce aer cu cilindrul, aerul devine concentrat. Combustibilul diesel are un conținut energetic ridicat, astfel încât probabilitatea de a reacționa diesel cu aerul concentrat este mai mare. Un alt mod de a ne gândi este atunci când moleculele de aer sunt împachetate atât de aproape, combustibilul are o șansă mai bună de a reacționa cu cât mai multe molecule de oxigen. Rudolf s-a dovedit a fi drept - un motor pe benzină se comprimă la un raport de 8: 1 la 12: 1, în timp ce un motor diesel se comprimă la un raport de 14: 1 până la 25: 1.

Foto cu amabilitate DaimlerChrysler Atego motor diesel cu șase cilindri

O mare diferență între un motor diesel și un motor pe gaz este în procesul de injecție. Majoritatea motoarelor auto folosesc injecția portului sau un carburator. Un sistem de injectare port injectează combustibil chiar înainte de cursa de admisie (în afara cilindrului). Un carburator amestecă aer și combustibil cu mult înainte ca aerul să intre în cilindru. Prin urmare, într-un motor auto, tot combustibilul este încărcat în cilindru în timpul cursei de admisie și apoi comprimat. Compresia amestecului de combustibil / aer limitează raportul de compresie al motorului - dacă comprimă prea mult aerul, amestecul de combustibil / aer se aprinde spontan și provoacă batere. Deoarece provoacă căldură excesivă, lovirea poate deteriora motorul.

Motoarele diesel utilizează injecția directă de combustibil - combustibilul diesel este injectat direct în cilindru.

Injectorul de pe un motor diesel este componenta sa cea mai complexă și a făcut obiectul unei mari experimentări - în orice motor anume poate fi amplasat într-o varietate de locuri. Injectorul trebuie să poată rezista la temperatură și presiune în interiorul cilindrului și să ofere totuși combustibilul într-o ceață fină. Obținerea ceții circulă în cilindru, astfel încât să fie distribuită uniform este, de asemenea, o problemă, astfel încât unele motoare diesel utilizează supape de inducție speciale, camere de pre-combustie sau alte dispozitive pentru a turna aerul în camera de ardere sau pentru a îmbunătăți procesul de aprindere și de ardere.

Unele motoare diesel conțin un bujii incandescente. Când un motor diesel este rece, procesul de compresie nu poate ridica aerul la o temperatură suficient de ridicată pentru a aprinde combustibilul. Ștecherul strălucitor este un fir încălzit electric (gândiți-vă la cablurile fierbinți pe care le vedeți într-un prăjitor de pâine) care încălzește camerele de combustie și crește temperatura aerului când motorul este rece, astfel încât motorul să poată porni. Conform Cley Brotherton, un tehnician de echipamente grele Journeyman:

Toate funcțiile unui motor modern sunt controlate de ECM care comunică cu un set elaborat de senzori care măsoară totul de la R.P.M. la temperatura de răcire a motorului și a uleiului și chiar poziția motorului (adică T.D.C.). Plugurile incandescente sunt rareori folosite astazi la motoarele mai mari. ECM sesizează temperatura aerului înconjurător și întârzie sincronizarea motorului pe vreme rece, astfel încât injectorul pulverizează combustibilul ulterior. Aerul din cilindru este comprimat mai mult, creând mai multă căldură, ceea ce ajută la pornire.

Motoarele mai mici și motoarele care nu au un astfel de control avansat al computerului utilizează mufe de încărcare pentru a rezolva problema de pornire la rece.

Desigur, mecanica nu este singura diferență între motoarele diesel și motoarele pe benzină. Există și problema combustibilului în sine.

Un eșantion de motorină Personal / Getty Images

-Combustibilul petrolier începe prin creșterea petrolului care se găsește în mod natural pe Pământ. Atunci când petrolul brut este prelucrat la rafinării, acesta poate fi separat în mai multe tipuri diferite de combustibili, inclusiv benzină, combustibil cu jet, kerosen și, desigur, motorină..

Dacă ați comparat vreodată motorina și benzina, știți că acestea sunt diferite. Cu siguranță au miros diferit. Combustibilul diesel este mai greu și mai uleios. Se evaporă mult mai lent decât benzina - punctul său de fierbere este de fapt mai mare decât punctul de fierbere al apei. De multe ori veți auzi combustibilul diesel denumit „motorină”, deoarece este atât de uleios.

Combustibilul diesel se evaporă mai lent, deoarece este mai greu. Conține mai mulți atomi de carbon în lanțurile mai lungi decât benzina (benzina este de obicei C9H20, în timp ce motorina este de obicei C14H30). Este nevoie de mai puțin rafinare pentru a crea combustibil diesel, motiv pentru care era mai ieftin decât benzina. Cu toate acestea, din 2004, cererea de motorină a crescut din mai multe motive, inclusiv o mai mare industrializare și construcții în China și SUA [sursa: Energy Information Administration].

Combustibilul diesel are o densitate energetică mai mare decât benzina. În medie, 1 galon (3,8 L) de motorină conține aproximativ 155x10⁶ joules (147.000 BTU), în timp ce 1 galon de benzină conține 132x10⁶ joule (125.000 BTU). Acest lucru, combinat cu eficiența îmbunătățită a motoarelor diesel, explică de ce motoarele diesel obțin un kilometraj mai bun decât motoarele pe benzină echivalente.

Combustibilul diesel este utilizat pentru a alimenta o mare varietate de vehicule și operații. Bineînțeles, alimentează camioanele pe care le vedeți căzute pe autostradă, dar ajută, de asemenea, la mișcarea bărcilor, autobuzelor școlare, autobuzelor orașului, trenurilor, macararelor, echipamentelor agricole și a diverselor vehicule de reacție la urgență și generatoare de energie. Gândiți-vă cât de important este motorina pentru economie - fără eficiența sa ridicată, atât industria construcțiilor, cât și întreprinderile agricole vor suferi imens de investiții în combustibili cu putere și eficiență scăzute. Aproximativ 94% din mărfuri - indiferent dacă sunt livrate în camioane, trenuri sau bărci - se bazează pe motorină.

În ceea ce privește mediul, motorina are câteva avantaje și contra. Pro-dieselul emite cantități foarte mici de monoxid de carbon, hidrocarburi și dioxid de carbon, emisii care duc la încălzirea globală. Cantitățile mari de compuși de azot și particule (funingine) sunt eliberate din arderea motorinei, ceea ce duce la ploaie acidă, smog și condiții de sănătate precare. În pagina următoare vom analiza câteva îmbunătățiri recente în aceste domenii.

Combustibilul mai curat și nivelul mai scăzut al emisiilor ar trebui să reducă numărul deceselor precoce din cauza poluării cu motorul din nou. Foto cu amabilitate Mario Tama / Getty Images

-În timpul marii crize a petrolului din anii ’70, companiile auto europene au început publicitatea motoarelor diesel pentru utilizare comercială ca alternativă la benzină. Cei care au încercat-o au fost un pic dezamăgiți - motoarele erau foarte zgomotoase și aveau să ajungă acasă pentru a-și găsi mașinile acoperite din față în spate cu funingine neagră - același soo-t responsabil pentru smog în marile orașe.

În ultimii 30 - 40 de ani, cu toate acestea, s-au îmbunătățit vaste îmbunătățiri ale performanței motorului și curățeniei combustibilului. Dispozitivele de injecție directă sunt acum controlate de computere avansate care monitorizează arderea combustibilului, crescând eficiența și reducând emisiile. Combustibili diesel mai rafinat, cum ar fi motorul cu conținut foarte scăzut de sulf (ULSD) vor scădea cantitatea de emisii nocive și modernizarea motoarelor pentru a le face compatibile cu combustibilul mai curat devine un proces mai simplu. Alte tehnologii, cum ar fi filtrele de particule CRT și catalizatoarele ard funingine și reduc cu 90% procente de particule, monoxid de carbon și hidrocarburi. [sursa: Diesel Technology Forum]. Îmbunătățirea continuă a standardelor pentru combustibilul mai curat din Uniunea Europeană va împinge, de asemenea, industriile auto să lucreze mai mult la reducerea emisiilor - până în septembrie 2009, UE speră ca emisiile de particule să scadă de la 25mg / kilometru la 5mg / kilometru [sursa: EUROPA].

Este posibil să fi auzit și de ceva numit biodiesel. Este la fel ca motorina? Biodieselul este o alternativă sau un aditiv la combustibilul diesel care poate fi utilizat la motoarele diesel, cu mici sau deloc modificări ale motoarelor în sine. Nu este fabricat din petrol - ci provine din uleiuri vegetale sau grăsimi animale care au fost modificate chimic. (Fapt interesant: Rudolf Diesel a considerat inițial uleiul de semințe vegetale drept combustibil pentru invenția sa.) Biodieselul poate fi combinat cu motorină obișnuită sau folosit complet de unul singur. Puteți citi mai multe despre biodiesel în modul în care funcționează biodieselul.

Pentru mai multe informații despre motoarele diesel și subiecte conexe, consultați linkurile de pe pagina următoare.

Articole similare

• Cum funcționează motoarele în doi timpi Diesel
• Cum funcționează motoarele auto
• Cum funcționează motoarele în doi timpi
• Cum funcționează motoarele cu turbină pe gaz
• Cum funcționează motoarele rotative
• Cum funcționează motoarele rachetă
• Cum funcționează motoarele Stirling
• Cum funcționează motoarele cu abur
• Cum funcționează rafinarea uleiului
• Cum funcționează hibridul Aptera 
• Dacă motoarele diesel sunt mai eficiente, de ce majoritatea automobilelor au motoare pe benzină?

Mai multe legături grozave

• Caterpillar: Motoare și sisteme de alimentare
• Registrul turbo diesel
• Fairbanks Morse Motor Motor Antic pentru Diesel
• Consiliul național de biodiesel: combustibil curat pentru ardere