Hogyan működik a dízelmotor?

Hogyan működik a dízelmotor? - Az egyik legnépszerűbb cikkünk a Hogyan működik az autó motorja?, amely elmagyarázza a belső égés alapelveit, tárgyalja a négyütemű ciklust, és kitér az összes alrendszerre, amely segít az autó motorjának a munkájában. A cikk megjelenése után sokáig az egyik leggyakrabban feltett kérdés (és az egyik leggyakoribb javaslat a javaslatok dobozában) az volt, hogy "Mi a különbség a benzinmotor és a dízelmotor között?".

A dízel története valójában a benzinmotor feltalálásával kezdődik. Nikolaus August Otto 1876-ra feltalálta és szabadalmaztatta a benzinmotort. Ez a találmány a négyütemű égés elvét alkalmazta, amelyet "Otto-ciklusnak" is neveznek, és ma ez a legtöbb autómotor alapfeltétele. A benzinmotor korai szakaszában nem volt túl hatékony, és a közlekedés más jelentős módszerei, mint például a gőzgép is rosszul teljesítettek. Az ilyen típusú motorokban felhasznált üzemanyagnak csak körülbelül 10 százaléka mozgatta meg ténylegesen a járművet. Az üzemanyag többi része egyszerűen haszontalan hőt termelt.

1878-ban Rudolf Diesel a németországi Politechnikai Főiskolára járt (ami egy mérnöki főiskolának felel meg), amikor megismerte a benzin- és gőzgépek alacsony hatásfokát. Ez a nyugtalanító információ arra ösztönözte, hogy nagyobb hatásfokú motort hozzon létre, és ideje nagy részét a "belsőégésű erőgép" kifejlesztésére fordította. 1892-re Diesel szabadalmat szerzett arra, amit ma dízelmotornak nevezünk.

Ha a dízelmotorok olyan hatékonyak, miért nem használjuk őket gyakrabban? A "dízelmotor" szó hallatán talán nagy, nehéz teherautókra gondol, amelyek fekete, kormos füstöt okádnak, és hangos csattogó hangot adnak ki. A dízelüzemű teherautókról és motorokról kialakult negatív kép miatt a dízel kevésbé vonzó az Egyesült Államok mindennapi sofőrei számára, Európában azonban ez a kép teljesen máshogy néz ki. Az viszont egyértelmű a dízel, nagy szállítmányok nagy távolságokra történő szállítására kiválóan alkalmas.

Ha még nem tette volna meg, valószínűleg érdemes először elolvasnia a Hogyan működik az autó motorja?, hogy megismerje a belső égésű motorok alapjait. De siessen vissza - ebben a cikkben feltárjuk a dízelmotor titkait, és megismerkedünk néhány új fejlesztéssel.

Dízelmotorok vs. benzinmotorok - Hogyan működik a dízelmotor?

Elméletileg a dízelmotorok és a benzinmotorok nagyon hasonlóak. Mindkettő belső égésű motor, amelyet úgy terveztek, hogy az üzemanyagban rendelkezésre álló kémiai energiát mechanikai energiává alakítsa át. Ez a mechanikai energia mozgatja fel és le a dugattyúkat a hengerekben. A dugattyúk egy forgattyús tengelyhez kapcsolódnak, és a dugattyúk fel-le mozgása, az úgynevezett lineáris mozgás hozza létre a gépkocsi kerekeinek előrehaladásához szükséges forgó mozgást.

Mind a dízelmotorok, mind a benzinmotorok az üzemanyagot apró robbanások vagy égések sorozatával alakítják energiává. A dízel és a benzinmotorok közötti fő különbség a robbanások módjában rejlik. A benzinmotorban az üzemanyagot levegővel keverik össze, dugattyúk által összenyomják, és a gyújtógyertyák szikrája gyújtja meg. A dízelmotorban azonban először a levegőt sűrítik össze, majd az üzemanyagot fecskendezik be. Mivel a levegő sűrítés közben felmelegszik, az üzemanyag begyullad.

A következő animáció a dízelciklust mutatja be működés közben. Összehasonlíthatod a benzinmotor animációjával, hogy lásd a különbségeket.

A dízelmotor ugyanúgy négyütemű égési ciklust használ, mint a benzinmotor. A négy ütem a következő:

1. Szívóütem - A szívószelep kinyílik, levegőt enged be, és a dugattyút lefelé mozgatja.
2. Sűrítési ütem - A dugattyú visszamegy felfelé, és összenyomja a levegőt.
3. Égési ütem - Amint a dugattyú eléri a csúcsot, a megfelelő pillanatban üzemanyagot fecskendeznek be, amely meggyullad, és a dugattyút visszahajtja lefelé.
4. Kipufogógáz-ütem - A dugattyú visszamegy felfelé, és az égésből származó kipufogógázt kilöki a kipufogószelepen.

Ne feledje, hogy a dízelmotornak nincs gyújtógyertyája, a levegőt beszívja és összenyomja, majd az üzemanyagot közvetlenül az égéstérbe fecskendezi (közvetlen befecskendezés). A dízelmotorban a sűrített levegő hője gyújtja meg az üzemanyagot.

A következő részben a dízel befecskendezés folyamatát vizsgáljuk meg.

Kompresszió

Rudolf Diesel számításai során elméletileg úgy vélte, hogy a nagyobb sűrítés nagyobb hatásfokot és nagyobb teljesítményt eredményez. Ez azért történik, mert amikor a dugattyú a hengerrel összenyomja a levegőt, a levegő koncentrálttá válik. A dízel üzemanyagnak magas az energiatartalma, így nagyobb a valószínűsége, hogy a dízel reakcióba lép a koncentrált levegővel. Másképpen is elképzelhető, hogy amikor a levegőmolekulák ilyen szorosan vannak egymáshoz csomagolva, az üzemanyagnak nagyobb esélye van arra, hogy minél több oxigénmolekulával lépjen reakcióba. Rudolfnak igaza lett - egy benzinmotor 8:1 és 12:1 közötti arányban sűríti össze a levegőt, míg egy dízelmotor 14:1 és akár 25:1 közötti arányban.

Dízel üzemanyag-befecskendezés

A dízelmotorok közvetlen üzemanyag-befecskendezést használnak - a dízelüzemanyagot közvetlenül a hengerbe fecskendezik.

A befecskendező a dízelmotor legösszetettebb alkatrésze, és számos kísérlet tárgyát képezte - egy adott motorban több helyen is elhelyezkedhet. Az injektornak ellen kell állnia a hengerben uralkodó hőmérsékletnek és nyomásnak, és mégis finom "ködben" kell bejuttatnia az üzemanyagot a hengerekbe. Az is kihívást jelent, hogy a porlasztott gázolaj egyenletes eloszlású legyen a hengerben, ezért egyes dízelmotorok speciális szívószelepeket, előégetőkamrákat vagy más eszközöket alkalmaznak, amelyek felkavarják a levegőt az égéstérben, vagy más módon javítják a gyújtási és égési folyamatot.

Egyes dízelmotorok izzítógyertyát tartalmaznak. Ha a dízelmotor hideg, előfordulhat, hogy a sűrítési folyamat nem emeli a levegőt elég magas hőmérsékletre az üzemanyag begyújtásához. Az izzítógyertya egy elektromosan fűtött vezeték (gondoljon a kenyérpirítóban található forró vezetékekre), amely felmelegíti az égéstérben lévő levegőt, és hideg motor esetén megemeli a levegő hőmérsékletét, hogy a motor be tudjon indulni. 

Egy modern motor minden funkcióját az ECM vezérli, amely egy bonyolult érzékelőkészlettel kommunikál, amely a fordulatszámtól a hűtőfolyadék és az olaj hőmérsékletéig, sőt a motor helyzetéig mindent mér. A nagyobb motoroknál ma már ritkán használnak izzítógyertyákat. Az ECM érzékeli a környezeti levegő hőmérsékletét, és hideg időben visszaveszi a motor időzítését, így az injektor később permetezi az üzemanyagot. A hengerben lévő levegő jobban összenyomódik, így több hő keletkezik, ami segíti az indítást.

A kisebb motorok és az ilyen fejlett számítógépes vezérléssel nem rendelkező motorok a hidegindítás problémájának megoldására izzítógyertyákat használnak.

Természetesen nem a mechanika az egyetlen különbség a dízelmotorok és a benzinmotorok között. Ott van maga az üzemanyag kérdése is.

Olvass tovább, hogy pontosan megértsd hogyan működik a dízelmotor?

Dízel üzemanyag

A kőolaj-üzemanyag a Földben természetesen megtalálható nyersolajként indul. Amikor a nyersolajat a finomítókban feldolgozzák, többféle üzemanyaggá válhat, többek között benzinné, sugárhajtómű-üzemanyaggá, kerozinná és természetesen gázolajjá.

Ha valaha is összehasonlította már a dízelüzemanyagot és a benzint, tudja, hogy különböznek egymástól. Az biztos, hogy más az illatuk. A dízelüzemanyag nehezebb és olajosabb. Sokkal lassabban párolog, mint a benzin - a forráspontja valójában magasabb, mint a víz forráspontja. Gyakran hallja, hogy a dízelüzemanyagot "dízelolajként" emlegetik, mert annyira olajos.

A dízelüzemanyag lassabban párolog, mert nehezebb. Több szénatomot tartalmaz hosszabb láncokban, mint a benzin (a benzin jellemzően C9H20, míg a dízelüzemanyag jellemzően C14H30). Kevesebb finomítást igényel a dízelüzemanyag előállítása, ezért régebben olcsóbb volt, mint a benzin. 2004 óta azonban több okból, többek között a Kínában és az Egyesült Államokban megnövekedett iparosodás és építkezések miatt megnőtt a dízel iránti kereslet.

A dízelüzemanyag energiasűrűsége nagyobb, mint a benziné. Átlagosan 1 gallon (3,8 l) dízelüzemanyag körülbelül 155x106 joule-t (147 000 BTU) tartalmaz, míg 1 gallon benzin 132x106 joule-t (125 000 BTU). Ez, a dízelmotorok jobb hatásfokával együtt, megmagyarázza, hogy a dízelmotorok miért rendelkeznek jobb futásteljesítménnyel, mint az egyenértékű benzinmotorok.

A dízelüzemanyagot a legkülönbözőbb járművek és műveletek meghajtására használják. Természetesen az autópályán közlekedő dízelmotoros teherautók üzemanyagaként szolgál, de hajók, iskolabuszok, városi buszok, vonatok, daruk, mezőgazdasági berendezések, különböző vészhelyzeti járművek és áramfejlesztők működtetéséhez is. Gondoljon bele, hogy a dízel milyen fontos a gazdaság számára - magas hatékonysága nélkül mind az építőipar, mind a mezőgazdasági vállalkozások óriási veszteséget szenvednének az alacsony teljesítményű és hatékonyságú üzemanyagokba történő beruházások miatt. Az áruszállítás mintegy 94 százaléka -- akár teherautókkal, vonatokkal vagy hajókkal szállítják -- a dízelüzemanyagra támaszkodik.

A környezet szempontjából a dízelnek vannak előnyei és hátrányai. Az előnyök -- a dízel nagyon kis mennyiségű szén-monoxidot, szénhidrogéneket és szén-dioxidot bocsát ki, olyan kibocsátásokat, amelyek a globális felmelegedéshez vezetnek. A hátrányok: a dízelüzemanyag elégetésekor nagy mennyiségű nitrogénvegyület és részecske (korom) szabadul fel, ami savas esőt, szmogot és rossz egészségügyi állapotot eredményez. A következő részben megnézünk néhány, e területeken a közelmúltban elért fejlesztést.

Dízelmotoros fejlesztések és biodízel - Hogyan működik a dízelmotor?

Az 1970-es évek nagy olajválsága idején az európai autógyárak a benzin alternatívájaként kezdték reklámozni a kereskedelmi célú dízelmotorokat. Azok, akik kipróbálták, kissé csalódottak voltak - a motorok nagyon hangosak voltak, és hazaérve autójukat elölről hátrafelé fekete korom borította - ugyanaz a korom, amely a nagyvárosokban a szmogért felelős.

Az elmúlt évek, évtizedek során azonban hatalmas előrelépések történtek a motorok teljesítménye és az üzemanyag tisztasága terén. A közvetlen befecskendezéses berendezéseket ma már fejlett számítógépek vezérlik, amelyek figyelemmel kísérik az üzemanyag elégetését, növelve a hatékonyságot és csökkentve a kibocsátást. A jobban finomított dízelüzemanyagok, például az ultraalacsony kéntartalmú dízel (ULSD) csökkenti a káros kibocsátások mennyiségét, és a motorok korszerűsítése a tisztább üzemanyaggal való kompatibilitás érdekében egyre egyszerűbb folyamat.

Más technológiák, például a CRT részecskeszűrők és a katalizátorok elégetik a kormot, és akár 90 százalékkal csökkentik a részecskék, a szén-monoxid és a szénhidrogének mennyiségét. [forrás: Diesel Technology Forum]. 

Talán hallott már a biodízel nevű anyagról is. Ez ugyanaz, mint a dízel? A biodízel a dízelüzemanyag alternatívája vagy adalékanyaga, amely a dízelmotorokban használható, a motorok kis mértékű, vagy akár azok módosítása nélkül is. Nem kőolajból készül, hanem kémiailag módosított növényi olajokból vagy állati zsírokból. (Érdekes tény: Rudolf Diesel eredetileg növényi magolajat gondolt találmánya üzemanyagaként.) A biodízel vagy kombinálható a hagyományos dízelüzemanyaggal, vagy teljesen önmagában használható.

Gyakori kérdések a dízelmotorok témában - Hogyan működik a dízelmotor?

Ki és mikor találta fel a dízelmotort?

1878-ban Rudolf Diesel a németországi Politechnikai Főiskolára járt, amikor megismerte a benzin- és gőzgépek alacsony hatásfokát. Megihlette egy nagyobb hatásfokú motor megalkotása, és idejének nagy részét a "belsőégésű erőgép" kifejlesztésére fordította. 1892-re Diesel szabadalmat szerzett arra, amit ma dízelmotornak nevezünk.

Hogyan működik a dízelmotor?

A dízelmotor a benzinmotorhoz hasonlóan négyütemű égési ciklust használ. A négy ütem a szívóütem, a sűrítési ütem, az égési ütem és a kipufogási ütem.

Mi történt a dízelmotor feltalálójával?

Rudolf Diesel 1913-ban Belgiumból Angliába utazott egy gőzhajón. Eltűnt, és a holttestét a vízben úszva találták meg. Diesel halálát öngyilkosságnak nyilvánították, de sokan úgy vélik, hogy valójában meggyilkolták.

Jobb a dízelmotor?

Rudolf Diesel számításai során elméletileg úgy vélte, hogy a nagyobb sűrítés nagyobb hatásfokot és nagyobb teljesítményt eredményez. Kiderült, hogy igaza volt - egy benzinmotor 8:1 és 12:1 közötti arányban sűrít, míg egy dízelmotor 14:1 és akár 25:1 közötti arányban.

Milyen típusú motor a dízelmotor?

A benzinmotorhoz hasonlóan a dízelmotor is belső égésű motor.