Dieselmotor:


Op deze pagina worden de volgende onderdelen beschreven:
-Geschiedenis van de dieselmotor
-Algemeen
-Voor- & Nadelen van de dieselmotor
-Werking van de dieselmotor
-Directe- & Indirecte inspuiting
-Lage- & hoge druk gedeelte
-Inspuitproces
-Dieselklop




Geschiedenis van de dieselmotor:
De dieselmotor is vernoemd naar zijn uitvinder Rudolf Diesel (1858-1913). De eerste dieselmotor volgens de theorie van Diesel werd op 17 februari 1894 werkelijkheid. Deze motor werkte volgens het principe van de zelfontbranding en draaide 1 min. lang 88 omw/min. Robert Bosch ontwikkelde de hoge druk inspuitpomp waarmee de dieselmotor zijn wereldwijde verovering kon beginnen.
De eerste personenauto met dieselmotor is de Mercedes-Benz 170D uit 1935.



Algemeen:
Een dieselmotor krijgt lucht in de cilinders. Geen mengsel, zoals dat vaak bij benzinemotoren het geval is. Daar is vaak de brandstof al vermengd met het lucht (het mengsel). De lucht in een dieselmotor wordt soms door de motor zelf aangezogen (zonder turbo) meestal onder druk toegevoerd door een turbo. Dit wordt drukvulling genoemd. Door de drukvulling komt er een grotere hoeveelheid lucht binnen, wat tot ontbranding kan worden gebracht met extra brandstof. Meer informatie over drukvulling vind je op de pagina Turbo.
De dieselmotor krijgt zo veel mogelijk lucht aangevoerd, wat niet op hoeveelheid geregeld wordt zoals bij een benzinemotor. De onbegrensde luchttoevoer wordt een "luchtoverschot'' genoemd.

In de dieselmotor wordt de brandstof niet ontstoken door hulp van een component (zoals de bougie de benzinebrandstof bij een benzinemotor ontsteekt). Bij een dieselmotor wordt door middel van het inspuiten van de dieselbrandstof een verbranding tot stand gebracht. Daar door krijgt de dieselmotor de naam "zelfontbrander". Voor deze verbranding is veel warmte nodig. Deze warmte ontstaat door de hoge compressiedruk die de zuiger bij het comprimeren tot stand brengt. Door het comprimeren van de lucht (deze wordt onder een zeer hoge druk gezet) ontstaat veel warmte. Deze warmte is nodig voor de verbranding.
De verstuiver injecteert vlak voordat de zuiger in het BDP staat een bepaalde hoeveelheid dieselbrandstof. Meestal gebeurt dit in verschillende stappen, met een voor- hoofd- en na-inspuiting. Doordat de dieselbrandstof vermengt wordt met de warmte lucht (door de hoge compressie-einddruk) ontsteekt deze brandstof uit zichzelf. Dat wordt de arbeidsslag genoemd. (Later meer over het vierslagproces).

De dieselmotor heeft dus warmte nodig om een verbranding te kunnen starten. Deze warmte (van minimaal 250 graden) is nog niet aanwezig wanneer de motor gestart wordt. De compressie-einddruk geeft vaak nog niet de juiste temperatuur in de verbrandingskamer. Om dit op te lossen worden er gloeibougies in de cilinderkop aangebracht. Deze gloeibougies treden in werking wanneer er gestart wordt en zorgen er voor dat de lucht in de verbrandingskamer de juiste temperatuur heeft om de dieselbrandstof tot ontbranding te laten komen. Meer hier over in het hoofdstuk Gloeibougies.

 

Voor- & Nadelen van de dieselmotor
-
Voordelen van een dieselmotor t.o.v. een benzinemotor:
Door de hogere compressieverhouding en het verloop van de verbranding, werkt een dieselmotor zuiniger dan een benzinemotor. Een dieselmotor heeft over het algemeen ook een langere levensduur (afhankelijk van de manier van gebruiken).

-Nadelen van een dieselmotor t.o.v. een benzinemotor:
Een dieselmotor is luidruchtiger, heeft een lager vermogen in vergelijking met een benzinemotor met de zelfde cilinderinhoud (zonder het toepassen van een turbo en intercooler) en het is een duurdere, zwaarder geconstrueerde motor. Het voorgloeien van de motor is tegenwoordig geen nadeel meer, omdat een direct ingespoten dieselmotor prima zonder voorgloeien kan starten. Zelfs bij temperaturen rond het vriespunt zal hij na iets langer starten toch gewoon aanslaan.
Tegenwoordig worden dieselmotoren steeds stiller, waardoor het steeds moeilijker wordt om de benzine- en dieselmotoren uit elkaar te houden.

 

Werking van de vierslag dieselmotor:

-Inlaatslag:

De inlaatklep staat open, de uitlaatklep is gesloten. De zuiger beweegt van het BDP naar het ODP.
- Zonder turbo: Door de onderdruk die daarbij ontstaat wordt lucht aangezogen.
- Met turbo: De inlaatlucht wordt vanaf de turbo met overdruk in de cilinderruimte gevoerd.

Er is in het inlaattraject geen regelende klep aanwezig, zoals de gasklep van de benzinemotor. Bij een dieselmotor is de hoeveelheid lucht die wordt aangezogen dan ook niet regelbaar. De smoorklep die in het inlaatsysteem zit (de smoorklep) dient alleen voor het uitschakelen van de motor. Door deze klep dicht te zetten en daarmee de luchttoevoer te stoppen, zal de motor rustig afslaan.

-Compressieslag:
De inlaat- en de uitlaatklep zijn gesloten. De zuiger beweegt van het ODP naar het BDP. De lucht wordt samengeperst. Daardoor stijgt de temperatuur van de lucht en kan, afhankelijk van de compressieverhouding, een temperatuur van ongeveer 550 graden bereiken. Bij een benzinemotor bedraagt die temperatuur ongeveer 400 graden. Bij de koude start wordt de motor eerst opgewarmd door de gloeibougies om de temperatuur te bereiken waardoor het mengesel kan ontbranden. Meer hier over op de pagina gloeibougie.

-Arbeidsslag:
De inlaat- en uitlaatklep zijn gesloten en de zuiger heeft de lucht onder zeer hoge druk gecomprimeerd. Een paar graden vr het BDP wordt er brandstof door de verstuiver ingespoten, die door de hoge compressie-einddruk tot ontbranding komt. Door de druk als gevolg van de ontbranding, wordt de zuiger van het BDP naar het ODP gedrukt.

-Uitlaatslag:
De inlaatklep is gesloten, de uitlaatklep open. De zuiger beweegt van het ODP naar het BDP en drijft het uitlaatgas naar buiten. Het kringproces wordt beschreven op de pagina Seiliger-proces.


Directe- & Indirecte inspuiting:

-Directe inspuiting:
De inspuitdruk is bij directe inspuiting hoger dan bij indirecte inspuiting. De brandstof wordt aan het einde van de compressieslag rechtstreeks in de cilinder (of de daarvoor gevormde zuigerbodem) gespoten. Het mengen vindt zich dus in de cilinder plaats en niet in de wervelkamer zoals bij de indirecte inspuiting. Om de mengselvorming te verbeteren wordt de inlaatlucht in werveling gebracht. De werveling ontstaat door de vorm van het inlaatspruitstuk en de vorm van de zuigerbodem.
Een dieselmotor met directe inspuiting heeft t.o.v. een dieselmotor met indirecte inspuiting het voordeel dat deze minder wandoppervlakte van de verbrandingskamer nodig heeft. Hierdoor zal een direct ingespoten dieselmotor minder verlies van compressie en verbrandingswarmte hebben, waardoor een hoger rendement en schonere uitlaatgassen verkregen worden.


(Afb. van een direct ingespoten dieselmotor)
 

-Indirecte inspuiting:
Indirecte inspuiting werd het meeste gebruikt bij de oudere dieselmotoren. Tegenwoordig kom je het bijna niet meer tegen.
Bij een motor met indirecte inspuiting wordt de brandstof niet boven de zuiger ingespoten, maar ingespoten, gemengd en verdampt in de wervelkamer. De brandstof wordt tijdens de compressieslag in de wervelende lucht van de wervelkamer gespoten. Op deze manier ontstaat een goede vermenging van brandstof met lucht. De zuigerbodem is in dit geval plat (met soms nog wel uitsparingen voor de kleppen).


(Afb. van een indirect ingespoten dieselmotor)


Lage- & hoge druk gedeelte:
De brandstoftoevoer van een dieselmotor zijn verdeeld in 2 gedeelten; het lagedrukgedeelte en het hogedrukgedeelte.

Het lagedrukgedeelte bestaat uit de volgende onderdelen:
- Brandstoftank
- Opvoerpomp (gemonteerd in de brandstoftank, of n geheel met de hogedrukpomp)
- Brandstoffilter (gemonteerd onder de auto of onder de motorkap, haalt de verontreinigde deeltjes en het vocht uit de dieselbrandstof)
- Lagedrukbrandstofleidingen (de brandstof wordt door middel van deze leidingen vanuit de tank naar de hogedrukpomp gevoerd)
- Brandstofretourleiding (deze voert de retour- en lekbrandstof af vanaf de verstuivers, hogedrukpomp en het filter terug naar de brandstoftank) Deze retour-/lekbrandstof is nodig voor de koeling en de smering van de desbetreffende onderdelen. De warmte wordt zo afgevoerd naar de tank.

Het hogedrukgedeelte bestaat uit de volgende onderdelen:
- Hogedrukbrandstofleidingen (de brandstof wordt door middel van deze leidingen vanaf de hogedrukpomp naar de verstuivers gevoerd. De leidingen moeten allemaal even lang en even dik zijn, om de drukverschillen te voorkomen)
- Hogedrukpomp (de brandstof die vanaf de opvoerpomp naar de hogedrukpomp wordt verpompt, wordt vanaf hier door de hogedrukbrandstofleidingen naar de verstuivers gepompt)
- Verstuiver (spuit de brandstof in de cilinder bij het bereiken van de openingsdruk)



Inspuitproces:
De tijd tussen het inspuiten van de brandstof en de daadwerkelijke verbranding wordt de delay-time genoemd. De kleine brandstofdruppeltjes die door de verstuiver ingespoten worden, moeten over gaan naar gasvorm. Deze overgang is mogelijk door de hoge temperatuur in de verbrandingskamer (die door de compressie-einddruk of de gloeibougie bij het starten bereikt wordt). Deze tijd zal zo kort mogelijk moeten zijn, omdat het anders de verbranding benvloed. Dat betekent ook dat de motor slechter gaat draaien en dat er minder vermogen beschikbaar is.

In de onderstaande afbeelding staat het complete inspuitproces afgebeeld.





Dieselklop:
Tussen het inspuitbegin (zie A in de bovenstaande afbeelding) en het verbrandingsbegin (C) liggen enkele milliseconden. De zeer kleine brandstofdruppeltjes die door de verstuiver worden ingespoten (de brandstofnevel) moet eerst op temperatuur gebracht worden om over te kunnen gaan in dampvorm. De buitenzijde van de brandstofdruppel gaat het eerste over in gasvorm en zal vervolgens geleidelijk verbranden. De overgebleven resten van de druppel ontbranden daarna vervolgens spontaan en veroorzaken het herkenbare motorgeluid; de dieselklop. Dit is een ongecontroleerde verbranding en kan op het verkeerde moment plaats vinden.

De volgende zaken kunnen een dieselklop veroorzaken:
- Defecte verstuivers (nadruppelen of een slechte verneveling met te grote druppels)
- Defecte inspuitpomp (perskleppen of plunjers defect)
- Brandstof (water aanwezig, cetaangetal te laag, lucht in de brandstof
- Motor (compressie-einddruk te laag, gloeibougies werken niet)
- Verkeerde distributietiming van de brandstofpomp