Jak dieselové motory fungují

  • Paul Sparks
  • 0
  • 5401
  • 1324
4,5-litrový V-8 Duramax zvyšuje účinnost o 25 procent ve srovnání s benzínovými motory a zároveň snižuje znečišťující látky a emise. Prohlédněte si další obrázky dieselových motorů. 2008

-Nejoblíbenějším článkem je How How Engines Work, který vysvětluje základní principy vnitřního spalování, pojednává o čtyřdobém cyklu a hovoří o všech subsystémech, které pomáhají motoru vašeho automobilu vykonávat svou práci. Dlouho poté, co jsme tento článek zveřejnili, byla jednou z nejčastějších otázek (a jedním z nejčastějších návrhů v návrhové skříni): „Jaký je rozdíl mezi benzínovým a naftovým motorem?“

Dieselův příběh ve skutečnosti začíná vynálezem benzínový motor. Nikolaus August Otto vynalezl a patentoval benzinový motor do roku 1876. Tento vynález používal čtyřdobý spalovací princip, známý také jako „Ottoův cyklus“, a je to základní předpoklad pro většinu motorů automobilů dnes. V jeho rané fázi nebyl benzínový motor příliš účinný a další hlavní způsoby přepravy, jako je Parní motor také špatně. Pouze asi 10 procent paliva použitého v těchto typech motorů skutečně pohnulo vozidlo. Zbytek paliva jednoduše produkoval zbytečné teplo.

-I-n 1878, Rudolf Diesel navštěvoval Německou polytechnickou vysokou školu (ekvivalent technické školy), když se dozvěděl o nízké účinnosti benzínových a parních motorů. Tato znepokojivá informace ho inspirovala k vytvoření motoru s vyšší účinnost, a hodně času věnoval vývoji „spalovacího motoru“. V roce 1892 získal Diesel patent na to, čemu nyní říkáme dieselový motor.

-Pokud jsou dieselové motory tak efektivní, proč je nepoužíváme častěji? Mohli byste vidět slova „dieselový motor“ a myslet na velké, robustní nákladní vozy, které chrlí černý, špinavý kouř a vytvářejí hlasitý hluk. Tento negativní obraz naftových nákladních vozidel a motorů snížil přitažlivost nafty pro příležitostné řidiče ve Spojených státech - ačkoli je nafta skvělá pro přepravu velkých zásilek na velké vzdálenosti, nebyla to nejlepší volba pro každodenní dojíždějící. To se však začíná měnit, protože lidé vylepšují dieselový motor, aby byl čistší a méně hlučný.

Pokud jste tak dosud neučinili, pravděpodobně si budete chtít přečíst, jak nejdříve pracují automobilové motory, abyste získali představu o základech vnitřního spalování. Ale pospěšte si - v tomto článku odemkneme tajemství dieselového motoru a seznámíme se s některými novými vylepšeními.

-Teoreticky jsou dieselové motory a benzínové motory docela podobné. Jsou oba vnitřní spalovací motory navržen tak, aby přeměňoval chemickou energii dostupnou v palivu na mechanickou energii. Tato mechanická energie pohybuje písty nahoru a dolů uvnitř válců. Písty jsou spojeny s klikovým hřídelem a pohyb pístů nahoru a dolů, známý jako lineární pohyb, vytváří rotační pohyb potřebný k otočení kol automobilu dopředu.

Dieselové motory i benzínové motory přeměňují palivo na energii prostřednictvím řady malých výbuchů nebo spalování. Hlavní rozdíl mezi motorovou naftou a benzínem je způsob, jakým k těmto výbuchům dochází. V benzínovém motoru se palivo mísí se vzduchem, stlačuje písty a zapálí jiskry ze zapalovacích svíček. Ve vznětovém motoru je však nejprve stlačen vzduch a poté je vstřikováno palivo. Protože se vzduch zahřívá, když je stlačený, palivo se zapálí.

Následující animace ukazuje dieselový cyklus v akci. Můžete to porovnat s animací benzínového motoru, abyste viděli rozdíly.

Dieselový motor © .com 2019

Dieselový motor používá čtyřdobý spalovací cyklus stejně jako benzínový motor. Čtyři tahy jsou:

  1. Sací tah - Přívodní ventil se otevře, uvolní vzduch a posune píst dolů. -
  2. Kompresní mrtvice - Píst se pohybuje zpět a stlačuje vzduch.
  3. Spalovací tah - Jakmile píst dosáhne vrcholu, vstřikuje se palivo ve správný okamžik a zapálí se, což píst tlačí dolů.
  4. Výfuk - Píst se pohybuje zpět na vrchol a vytlačuje výfukové plyny vzniklé spalováním z výfukového ventilu.

Nezapomeňte, že naftový motor nemá zapalovací svíčku, že nasává vzduch a stlačuje jej a že potom vstřikuje palivo přímo do spalovací komory (přímé vstřikování). Palivo ve vznětovém motoru zapaluje teplo stlačeného vzduchu. V další části prozkoumáme proces vstřikování nafty.

Komprese

Rudolf Diesel při práci na svých výpočtech předpokládal, že vyšší komprese vede k vyšší účinnosti a většímu výkonu. To se děje proto, že když píst stlačí vzduch s válcem, vzduch se koncentruje. Nafta má vysoký energetický obsah, takže pravděpodobnost reakce nafty s koncentrovaným vzduchem je vyšší. Dalším způsobem, jak o tom přemýšlet, je, když jsou molekuly vzduchu baleny tak blízko u sebe, palivo má větší šanci reagovat s co největším počtem kyslíkových molekul. Rudolf se ukázal jako správný - benzínový motor komprimuje v poměru 8: 1 až 12: 1, zatímco dieselový motor komprimuje v poměru 14: 1 až na 25: 1.

Foto s laskavým svolením šestiválcový vznětový motor DaimlerChrysler Atego

Jeden velký rozdíl mezi naftovým motorem a plynovým motorem je ve vstřikovacím procesu. Většina motorů automobilů používá vstřikování portů nebo karburátor. Systém vstřikování portů vstřikuje palivo těsně před sacím zdvihem (mimo válec). Karburátor míchá vzduch a palivo dlouho předtím, než vzduch vstoupí do válce. V motoru automobilu je proto veškeré palivo naloženo do válce během sacího zdvihu a poté stlačeno. Komprese směsi palivo / vzduch omezuje kompresní poměr motoru - pokud příliš stlačuje vzduch, směs paliva a vzduchu se spontánně vznítí a způsobí klepání. Protože to způsobuje nadměrné teplo, může klepání poškodit motor.

Vznětové motory používají přímé vstřikování paliva - nafta se vstřikuje přímo do válce.

Vstřikovač dieselového motoru je jeho nejsložitější složkou a byl předmětem velkého množství experimentů - v kterémkoli konkrétním motoru může být umístěn na různých místech. Vstřikovač musí být schopen odolat teplotě a tlaku uvnitř válce a stále dodávat palivo v jemné mlze. Problémem je také to, aby mlha cirkulovala ve válci tak, aby byla rovnoměrně rozptýlena, takže některé dieselové motory používají speciální indukční ventily, předspalovací komory nebo jiná zařízení k víření vzduchu ve spalovací komoře nebo jinak zlepšují proces zapalování a spalování..

Některé dieselové motory obsahují žhavící svíčka. Když je dieselový motor studený, nemusí kompresní proces zvýšit vzduch na dostatečně vysokou teplotu, aby zapálil palivo. Žhavicí svíčka je elektricky vyhřívaný drát (pomyslete na horké dráty, které vidíte v toustovaču), které zahřívá spalovací komory a zvyšuje teplotu vzduchu, když je motor studený, aby se motor mohl nastartovat. Podle Cleyho Brothertona, technika těžkého vybavení Journeyman:


Všechny funkce moderního motoru jsou řízeny ECM komunikujícím s komplikovanou sadou senzorů měřících vše od R.P.M. na teplotu chladicí kapaliny a oleje a rovnoměrnou polohu motoru (tj. T.D.C.). Žhavicí svíčky se dnes zřídka používají u větších motorů. Modul ECM snímá teplotu okolního vzduchu a zpomaluje časování motoru za chladného počasí, takže vstřikovač vstřikuje palivo později. Vzduch ve válci je stlačen více a vytváří více tepla, což pomáhá při startování.

Menší motory a motory, které nemají tak pokročilé počítačové ovládání, používají žhavicí svíčky k vyřešení problému se studeným startem.

Mechanika samozřejmě není jediným rozdílem mezi naftovými a benzínovými motory. Je tu také otázka samotného paliva.

Ukázka obrazů zaměstnanců / Getty nafty

-Ropné palivo začíná jako ropa, která se přirozeně vyskytuje na Zemi. Když se ropa zpracovává v rafinériích, lze ji rozdělit na několik různých druhů paliv, včetně benzínu, tryskového paliva, petroleje a samozřejmě nafty.

Pokud jste někdy srovnávali motorovou naftu a benzín, víte, že se liší. Určitě voní jinak. Nafta je těžší a olejnější. Odpařuje se mnohem pomaleji než benzín - jeho bod varu je ve skutečnosti vyšší než bod varu vody. Často uslyšíte naftu označovanou jako „nafta“, protože je tak mastná.

Dieselové palivo se odpařuje pomaleji, protože je těžší. Obsahuje více atomů uhlíku v delších řetězcích než benzín (benzín je obvykle C9H20, zatímco motorová nafta je typicky C14H30). Výroba nafty vyžaduje méně rafinace, proto bývala levnější než benzín. Od roku 2004 se však poptávka po naftě zvýšila z několika důvodů, včetně zvýšené industrializace a výstavby v Číně a USA [zdroj: Správa informací o energii].

Nafta má a vyšší hustota energie než benzín. Průměrně 1 gallon (3,8 l) motorové nafty obsahuje přibližně 155 x 106 jouly (147 000 BTU), zatímco 1 galon benzínu obsahuje 132x106 jouly (125 000 BTU). To ve spojení se zlepšenou účinností dieselových motorů vysvětluje, proč dieselové motory dosahují lepších kilometrů než ekvivalent benzínových motorů.

Nafta se používá k pohonu široké škály vozidel a operací. Je to samozřejmě pohonné hmoty pro dieselové vozíky, které vidíte, jak se řítí po dálnici, ale také to pomáhá pohybovat čluny, školními autobusy, městskými autobusy, vlaky, jeřáby, zemědělskou technikou a různými vozidly pro reakci na mimořádné situace a generátory energie. Přemýšlejte o tom, jak důležitá je nafta pro ekonomiku - bez její vysoké účinnosti by stavební průmysl i zemědělské podniky značně utrpěly investicemi do paliv s nízkou energií a účinností. Asi 94 procent nákladu - ať už je dodáván v nákladních automobilech, vlacích nebo v lodích - se spoléhá na naftu.

Pokud jde o životní prostředí, má nafta nějaké výhody a nevýhody. Výhody - nafta emituje velmi malé množství oxidu uhelnatého, uhlovodíků a oxidu uhličitého, emisí, které vedou ke globálnímu oteplování. Spalováním nafty dochází k uvolňování malých množství sloučenin dusíku a pevných částic (sazí), které vedou k kyselému dešti, smogu a špatným zdravotním stavům. Na další stránce se podíváme na některá nedávná vylepšení v těchto oblastech.

Čistší palivo a přísnější úrovně emisí by měly snížit počet předčasných úmrtí v důsledku znečištění motoru. Foto s laskavým svolením Mario Tama / Getty Images

-Během velké ropné krize v 70. letech 20. století začaly evropské automobilové společnosti propagovat dieselové motory pro komerční použití jako alternativu k benzínu. Ti, kteří to vyzkoušeli, byli trochu zklamaní - motory byly velmi hlasité a oni přišli domů, aby našli jejich auta zakrytá zepředu dozadu v černém saze - stejný soo-t zodpovědný za smog ve velkých městech.

Za posledních 30 až 40 let však došlo k obrovským zlepšením výkonu motoru a čistoty paliva. Zařízení pro přímé vstřikování jsou nyní řízena vyspělými počítači, které monitorují spalování paliva, zvyšují účinnost a snižují emise. Lepší rafinace naftových paliv, jako je motorová nafta s velmi nízkým obsahem síry (ULSD), sníží množství škodlivých emisí a vylepšování motorů tak, aby byly kompatibilní s čistším palivem, se stává jednodušším procesem. Jiné technologie, jako jsou filtry částic CRT a katalyzátory, spalují saze a snižují částice, oxid uhelnatý a uhlovodíky až o 90 procent. [zdroj: Diesel Technology Forum]. Neustálé zlepšování norem pro čistší palivo z Evropské unie také přiměje automobilový průmysl k tvrdší práci na snižování emisí - do září 2009 EU doufá, že emise částic klesnou z 25 mg / km na 5 mg / km [zdroj: EUROPA].

Možná jste také slyšeli o něčem, co se nazývá bionafta. Je to stejné jako u nafty? Bionafta je alternativou nebo přísadou motorové nafty, kterou lze použít ve vznětových motorech s malými nebo žádnými úpravami samotných motorů. Není vyroben z ropy - místo toho pochází z rostlinných olejů nebo živočišných tuků, které byly chemicky změněny. (Zajímavý fakt: Rudolf Diesel původně považoval rostlinný olej za palivo pro svůj vynález.) Bionaftu lze kombinovat buď s běžnou naftou, nebo ji lze použít zcela sama. Další informace o bionaftě naleznete v části Jak funguje bionafta.

Další informace o dieselových motorech a souvisejících tématech naleznete v odkazech na následující stránce.

Související články

  • Jak dieselové dvoudobé motory fungují
  • Jak fungují automobilové motory
  • Jak fungují dvoudobé motory
  • Jak fungují motory s plynovou turbínou
  • Jak rotační motory fungují
  • Jak fungují raketové motory
  • Jak fungují motory Stirling
  • Jak fungují parní motory
  • Jak rafinace ropy funguje
  • Jak funguje hybrid Aptera 
  • Pokud jsou dieselové motory efektivnější, má většina automobilů benzínové motory?

Další skvělé odkazy

  • Caterpillar: Motory a energetické systémy
  • Registr Turbo Diesel
  • Fairbanks Morse Antique Diesel Oil Engine
  • Národní bionafta: Čisté hořící palivo



Zatím žádné komentáře

Nejzajímavější články o tajemstvích a objevech. Spousta užitečných informací o všem
Články o vědě, prostoru, technologii, zdraví, životním prostředí, kultuře a historii. Vysvětlete tisíce témat, abyste věděli, jak všechno funguje