Aiheet:
- Dieselmoottorin historia
- toiminta
- Dieselmoottorin edut ja haitat
- Nelitahtisen dieselmoottorin käyttöjakso
- Suora ja epäsuora ruiskutus
- Matala- ja korkeapaineosasto
- Injektioprosessi
- Diesel koputus
Dieselmoottorin historia:
Dieselmoottori on nimetty sen keksijän Rudolf Dieselin (1858-1913) mukaan. Ensimmäinen Dieselin teorian mukainen dieselmoottori tuli todeksi 17. helmikuuta 1894. Tämä moottori toimi itsesyttymisperiaatteen mukaisesti ja kävi 1 minuutin ajan pitkä 88 rpm. Robert Bosch kehitti korkeapaineruiskutuspumpun, joka mahdollisti dieselmoottorin maailmanlaajuisen valloituksen.
Ensimmäinen dieselmoottorilla varustettu henkilöauto oli Mercedes-Benz 170D vuodelta 1935.
Operaatio:
Dieselmoottori saa ilmaa sylintereihin. Ei sekoitusta, kuten usein bensiinimoottoreissa. Siellä polttoaine on usein jo sekoittunut ilman (seoksen) kanssa. Dieselmoottorissa olevan ilman imee joskus itse moottori (ilman turboa), joka yleensä syötetään paineen alaisena turbosta. Tätä kutsutaan superlataukseksi. Ahtaminen aiheuttaa suuremman määrän ilmaa sisään, joka voidaan sytyttää lisäpolttoaineella. Lisätietoa painetäytöstä löytyy sivulta turbo. Dieselmoottoriin syötetään mahdollisimman paljon ilmaa, jota ei säädetä määrällä kuten bensiinimoottorissa. Rajoittamatonta ilmansyöttöä kutsutaan "ilmaylijäämäksi".
Dieselmoottorissa polttoainetta ei sytytä komponentin avulla (kuten bensiinimoottorissa sytytystulppa sytyttää bensiinipolttoaineen). Dieselmoottorissa palaminen saadaan aikaan ruiskuttamalla dieselpolttoainetta. Tästä syystä dieselmoottori saa nimen "itsesytyttävä". The korkeapaineinen polttoainepumppu tarjoaa tarvittavan polttoainepaineen.
Tämä palaminen vaatii paljon lämpöä. Tämä lämpö syntyy korkeasta puristuspaineesta, jonka mäntä luo puristuksen aikana. Ilman puristaminen (se asetetaan erittäin korkeaan paineeseen) synnyttää paljon lämpöä. Tätä lämpöä tarvitaan palamiseen.
De sumutin ruiskuttaa tietyn määrän dieselpolttoainetta juuri ennen kuin mäntä saavuttaa TDC:n. Tämä tehdään yleensä useissa vaiheissa ennen, pää- ja jälkiruiskeella. Koska dieselpolttoaine sekoitetaan lämpimään ilmaan (suuren loppupaineen vuoksi), tämä polttoaine syttyy itsestään. Sitä kutsutaan tehoiskuksi. (Lisää neljän tahdin prosessista myöhemmin).
Siksi dieselmoottori tarvitsee lämpöä palamisen käynnistämiseksi. Tätä lämpöä (vähintään 250 astetta) ei vielä ole, kun moottori käynnistetään. Puristuksen loppupaine ei useinkaan tuota oikeaa lämpötilaa polttokammiossa. Tämän ratkaisemiseksi on olemassa hehkutulpat asennettu sylinterinkanteen. Nämä hehkutulpat aktivoituvat käynnistettäessä ja varmistavat, että polttokammion ilman lämpötila on oikea dieselpolttoaineen sytyttämiseksi.
Dieselmoottorin edut ja haitat
- Dieselmoottorin edut bensiinimoottoriin verrattuna:
Korkeamman puristussuhteen ja palamisprosessin ansiosta dieselmoottori on bensiinimoottoria taloudellisempi. Dieselmoottorilla on yleensä myös pidempi käyttöikä (käyttötavasta riippuen). - Dieselmoottorin haitat verrattuna bensiinimoottoriin:
Dieselmoottori on äänekkäämpi, sen teho on alhaisempi verrattuna bensiinimoottoriin, jolla on sama sylinteritilavuus (ilman turboa ja välijäähdytintä) ja se on kalliimpi, raskaammin rakennettu moottori. Nykyään moottorin esilämmitys ei ole enää haitta, koska suoraruiskutusdieselmoottori lähtee käyntiin helposti ilman esilämmitystä. Jopa jäätymispisteen tienoilla se käynnistyy vielä hetken kuluttua.
Dieselmoottorit ovat nykyään hiljaisempia, minkä vuoksi bensiini- ja dieselmoottorien erottaminen toisistaan on yhä vaikeampaa.
Nelitahtisen dieselmoottorin käyttösuhde:
Dieselmoottorin käyttöjakso koostuu neljästä tahdista; imutahti, puristustahti, tehotahti ja pakotahti. Näiden iskujen aikana mäntä liikkui alas ja ylös kahdesti. Kampiakseli on siis pyörinyt kahdesti.
Jokaisen aivohalvauksen aikana tapahtuu monia asioita; ilma imetään sisään, polttoaine ruiskutetaan, ilma ja polttoaine poltetaan ja loput kaasut poistetaan sylinteristä. Alla on kuvaus siitä, mitä kussakin temppussa tarkalleen tapahtuu:
- Imuisku:
Tuloventtiili on auki, poistoventtiili kiinni. Mäntä siirtyy TDC:stä ODP:hen.
– Ilman turboa: Ilmaa imetään sisään syntyvän alipaineen takia.
– Turbolla: Imuilma syötetään turbosta ylipaineella sylinteritilaan.Imukanavassa ei ole säätöventtiiliä, kuten bensiinimoottorin kaasuventtiiliä. Dieselmoottorilla sisään imettävän ilman määrää ei siten voida säätää. Imujärjestelmän kaasuventtiili (kaasuventtiili) toimii vain moottorin sammuttamisessa. Sulkemalla tämä venttiili ja siten pysäyttämällä ilmansyöttö, moottori sammuu hiljaa.
Puristusisku:
Tulo- ja poistoventtiilit ovat kiinni. Mäntä siirtyy ODP:stä TDC:hen. Ilma on puristettu. Tämä nostaa ilman lämpötilaa ja voi puristussuhteesta riippuen saavuttaa noin 550 asteen lämpötilan. Bensiinimoottorissa tämä lämpötila on noin 400 astetta. Kylmäkäynnistyksen aikana moottori lämmitetään ensin hehkutulpat saavuttaa lämpötila, joka mahdollistaa seoksen syttymisen.Tehoisku:
Tulo- ja poistoventtiilit ovat kiinni ja mäntä on puristanut ilmaa erittäin korkealla paineella. Muutama astetta ennen TDC:tä polttoaine ruiskutetaan suuttimen läpi ja sytytetään korkealla loppupuristuspaineella. Palamisesta aiheutuva paine työntää männän TDC:stä ODP:hen.Pakoputki:
Tuloventtiili on kiinni, poistoventtiili auki. Mäntä siirtyy ODP:stä TDC:hen ja poistaa pakokaasut. Ympyräprosessi on kuvattu Seiliger-prosessisivulla.
Suora ja epäsuora injektio:
Moottori voidaan varustaa suoraruiskutuksella tai epäsuoralla ruiskutuksella. Näiden kahden järjestelmän väliset erot kuvataan alla.
Suora ruiskutus:
Ruiskutuspaine on korkeampi suoraruiskutuksella kuin epäsuoralla ruiskutuksella. Polttoaine ruiskutetaan suoraan sylinteriin (tai sitä varten muodostettuun männän pohjaan) puristustahdin lopussa. Sekoitus tapahtuu siksi sylinterissä eikä pyörrekammiossa kuten epäsuorassa ruiskutuksessa. Seoksen muodostumisen parantamiseksi tuloilmaa pyöritetään. Pyörteen muodostavat imusarjan muoto ja männän pohjan muoto.
Epäsuoralla ruiskutuksella varustettuun dieselmoottoriin verrattuna suoraruiskutuksella varustetun dieselmoottorin etuna on, että se vaatii vähemmän palotilan seinäpinta-alaa. Tämän seurauksena suoraruiskutusdieselmoottorilla on vähemmän puristus- ja palamislämpöhäviöitä, mikä johtaa parempaan hyötysuhteeseen ja puhtaampiin pakokaasuihin.
Epäsuora injektio:
Epäsuoraa ruiskutusta käytettiin yleisimmin vanhemmissa dieselmoottoreissa. Nykyään siihen tuskin enää törmää.
Epäsuoralla ruiskutuksella varustetussa moottorissa polttoainetta ei ruiskuteta männän yläpuolelle, vaan se ruiskutetaan, sekoitetaan ja haihdutetaan pyörrekammiossa. Polttoaine ruiskutetaan pyörrekammion pyörreilmaan puristustahdin aikana. Tämä varmistaa polttoaineen hyvän sekoittumisen ilmaan. Tässä tapauksessa männän pohja on tasainen (joskus syvennyksiä venttiileille).
Matala- ja korkeapaineosasto:
Dieselmoottorin polttoaineen syöttö on jaettu 2 osaan; matalapaineosa ja korkeapaineosa.
Matalapaineosasto koostuu seuraavista osista:
- Polttoainetankki
- Tehostepumppu (asennettu polttoainesäiliöön tai yhteen yksikköön korkeapainepumpulla)
- Polttoaineensuodatin (asennettu auton alle tai konepellin alle, poistaa likaantuneet hiukkaset ja kosteuden dieselpolttoaineesta)
- Matalapaineiset polttoaineputket (polttoaine toimitetaan säiliöstä korkeapainepumppuun näiden linjojen kautta)
- Polttoaineen paluuputki (joka kuljettaa paluu- ja vuotopolttoaineen ruiskutussuuttimista, korkeapainepumpusta ja suodattimesta takaisin polttoainesäiliöön) Tämä paluu-/vuotopolttoaine on välttämätön asianomaisten osien jäähdytykseen ja voiteluun. Lämpö siirtyy siten säiliöön.
Korkeapaineosasto koostuu seuraavista osista:
- Korkeapaineiset polttoaineputket (polttoaine syötetään näiden linjojen kautta korkeapainepumpusta suuttimiin. Kaikkien putkien on oltava saman pituisia ja paksuisia paine-erojen välttämiseksi)
- Korkeapainepumppu (syöttöpumpusta korkeapainepumppuun pumpattu polttoaine pumpataan täältä korkeapaineisten polttoainelinjojen kautta suuttimiin)
- Atomisoija (ruiskuta polttoainetta sylinteriin kun avautumispaine on saavutettu)
Injektioprosessi:
Polttoaineen ruiskutuksen ja todellisen palamisen välistä aikaa kutsutaan viiveajaksi. Suuttimen kautta ruiskutettujen pienten polttoainepisaroiden on muututtava kaasumaiseen muotoon. Tämä siirtymä on mahdollista polttokammion korkean lämpötilan vuoksi (joka saadaan aikaan puristuksen loppupaineella tai hehkutulpalla käynnistyksen aikana). Tämän ajan tulee olla mahdollisimman lyhyt, muuten se vaikuttaa palamiseen. Tämä tarkoittaa myös sitä, että moottori käy huonommin ja tehoa on vähemmän.
Alla oleva kuva näyttää koko ruiskutusprosessin.
Dieselin koputus:
Ruiskutuksen alkamisen (katso A yllä olevassa kuvassa) ja palamisen alkamisen (C) välillä on muutama millisekunti. Hyvin pienet polttoainepisarat, jotka ruiskutetaan ruiskutussuuttimen (polttoainesumun) kautta, on ensin saatettava lämpötilaan ennen kuin ne voidaan muuttaa höyrymuotoon. Polttoainepisaran ulkopinta muuttuu ensin kaasumaiseen muotoon ja palaa sitten vähitellen. Pisaran jäljelle jääneet jäännökset syttyvät sitten itsestään ja aiheuttavat tunnistettavan moottorin äänen; dieselin koputus. Tämä on hallitsematon palaminen ja voi tapahtua väärään aikaan.
Seuraavat asiat voivat aiheuttaa dieselin nakutuksen:
- Vialliset sumuttimet (tiputus tai huono sumutus liian suurilla pisaroilla)
- Viallinen ruiskutuspumppu (syöttöventtiilit tai männät vialliset)
- Polttoaine (vettä, setaaniluku liian alhainen, ilmaa polttoaineessa
- Moottori (puristuksen loppupaine liian alhainen, hehkutulpat eivät toimi)
- Väärä polttoainepumpun ajoitus
