Dieselmotor

Emner:

Historien om dieselmotoren
drift
Fordeler og ulemper med dieselmotoren
Driftssyklus for firetakts dieselmotoren
Direkte og indirekte injeksjon
Lav- og høytrykksseksjon
Injeksjonsprosess
Diesel banking

Historien om dieselmotoren:
Dieselmotoren er oppkalt etter oppfinneren Rudolf Diesel (1858-1913). Den første dieselmotoren ifølge Diesels teori ble virkelighet 17. februar 1894. Denne motoren fungerte etter prinsippet om selvtenning og gikk i 1 minutt lang 88 rpm. Robert Bosch utviklet høytrykksinjeksjonspumpen som gjorde det mulig for dieselmotoren å starte sin globale erobring.

Den første personbilen med dieselmotor var Mercedes-Benz 170D fra 1935.

Operasjon:
En dieselmotor får luft inn i sylindrene. Ingen blanding, slik det ofte er med bensinmotorer. Der er drivstoffet ofte allerede blandet med luften (blandingen). Luften i en dieselmotor blir noen ganger sugd inn av motoren selv (uten turbo), vanligvis tilført under trykk av en turbo. Dette kalles superlading. Superladingen fører til at det kommer inn en større mengde luft, som kan antennes med ekstra drivstoff. Mer informasjon om trykkfylling finner du på siden turbo. Dieselmotoren tilføres mest mulig luft, noe som ikke er mengderegulert som med en bensinmotor. Den ubegrensede lufttilførselen kalles "luftoverskudd".

I dieselmotoren tennes ikke drivstoffet ved hjelp av en komponent (akkurat som tennpluggen tenner bensindrivstoffet i en bensinmotor). I en dieselmotor oppnås forbrenning ved å injisere diesel. Dette er grunnen til at dieselmotoren får navnet "selvtenner". De høytrykks drivstoffpumpe gir nødvendig drivstofftrykk.
Denne forbrenningen krever mye varme. Denne varmen skapes av det høye kompresjonstrykket som stemplet skaper under kompresjonen. Å komprimere luften (den settes under veldig høyt trykk) skaper mye varme. Denne varmen er nødvendig for forbrenning.
De forstøver sprøyter inn en viss mengde diesel like før stempelet når TDC. Dette gjøres vanligvis i flere trinn, med en pre-, hoved- og etterinjeksjon. Fordi dieselen er blandet med den varme luften (på grunn av det høye kompresjonsslutttrykket), antennes dette drivstoffet av seg selv. Det kalles kraftslaget. (Mer om firetaktsprosessen senere).

Dieselmotoren trenger derfor varme for å starte forbrenningen. Denne varmen (på minst 250 grader) er ennå ikke tilstede når motoren startes. Kompresjonsslutttrykket gir ofte ikke riktig temperatur i brennkammeret. For å løse dette er det glødeplugger montert i sylinderhodet. Disse glødepluggene aktiveres ved start og sørger for at luften i forbrenningskammeret har riktig temperatur for å antenne dieselen.

Fordeler og ulemper med dieselmotoren

Fordeler med en dieselmotor sammenlignet med en bensinmotor:
På grunn av det høyere kompresjonsforholdet og forbrenningsprosessen er en dieselmotor mer økonomisk enn en bensinmotor. En dieselmotor har generelt også lengre levetid (avhengig av hvordan den brukes).
Ulemper med en dieselmotor sammenlignet med en bensinmotor:
En dieselmotor er mer støyende, har lavere effekt sammenlignet med en bensinmotor med samme sylinderkapasitet (uten bruk av turbo og intercooler) og det er en dyrere, tyngre konstruert motor. I dag er forvarming av motoren ikke lenger en ulempe, fordi en dieselmotor med direkte injeksjon kan starte lett uten forvarming. Selv ved temperaturer rundt frysepunktet vil den fortsatt starte etter litt lengre tid.

I dag blir dieselmotorer mer stillegående, noe som gjør det stadig vanskeligere å skille bensin- og dieselmotorene fra hverandre.

Driftssyklus for firetakts dieselmotoren:
En dieselmotors driftssyklus består av fire slag; inntaksslaget, kompresjonsslaget, kraftslaget og eksosslaget. Under disse slagene beveget stempelet seg ned og opp to ganger. Veivakselen har derfor rotert to ganger.
Mange ting skjer under hvert slag; luft trekkes inn, drivstoff injiseres, luften og drivstoffet forbrennes, og de resterende gassene drives ut av sylinderen. Nedenfor er en beskrivelse av nøyaktig hva som skjer i hvert triks:

Inntaksslag:
Innløpsventilen er åpen, eksosventilen er stengt. Stempelet beveger seg fra TDC til ODP.
– Uten turbo: Luft suges inn på grunn av undertrykket som skapes.
– Med turbo: Inntaksluften tilføres fra turboen med overtrykk inn i sylinderrommet.
Det er ingen reguleringsventil i inntakskanalen, slik som gassventilen til bensinmotoren. Med en dieselmotor er luftmengden som suges inn derfor ikke justerbar. Gassventilen i inntakssystemet (gassventilen) tjener kun til å slå av motoren. Ved å stenge denne ventilen og dermed stoppe lufttilførselen, vil motoren slå seg stille av.
Kompresjonsslag:
Innløps- og utløpsventilene er stengt. Stempelet beveger seg fra ODP til TDC. Luften er komprimert. Dette øker temperaturen på luften og, avhengig av kompresjonsforholdet, kan den nå en temperatur på ca. 550 grader. I en bensinmotor er denne temperaturen omtrent 400 grader. Ved kaldstart varmes motoren først opp av glødeplugger for å nå temperaturen som gjør at blandingen kan antennes.
Kraftslag:
Innløps- og utløpsventilene er stengt og stempelet har komprimert luften under svært høyt trykk. Noen få grader før TDC injiseres drivstoff gjennom injektoren og antennes av det høye sluttkompresjonstrykket. Trykket som følge av forbrenning skyver stemplet fra TDC til ODP.
Eksosslag:
Innløpsventilen er stengt, eksosventilen åpen. Stempelet beveger seg fra ODP til TDC og driver ut eksosgassen. Sirkelprosessen er beskrevet på Seiliger-prosesssiden.

Direkte og indirekte injeksjon:
En motor kan utstyres med direkte innsprøytning eller indirekte innsprøytning. Forskjellene mellom de to systemene er beskrevet nedenfor.

Direkte injeksjon:
Injeksjonstrykket er høyere ved direkte injeksjon enn ved indirekte injeksjon. Drivstoffet sprøytes direkte inn i sylinderen (eller stempelbunnen som er dannet for den) ved slutten av kompresjonsslaget. Blandingen skjer derfor i sylinderen og ikke i virvelkammeret som ved indirekte injeksjon. For å forbedre blandingsdannelsen virvles innløpsluften. Virvelen skapes av formen på inntaksmanifolden og formen på stempelbunnen.
Sammenlignet med en dieselmotor med indirekte innsprøytning, har en dieselmotor med direkte innsprøytning den fordelen at den krever mindre overflate på forbrenningskammerveggen. Som et resultat vil en dieselmotor med direkte innsprøytning ha mindre tap av kompresjon og forbrenningsvarme, noe som resulterer i høyere effektivitet og renere eksosgasser.

Indirekte injeksjon:
Indirekte injeksjon ble mest brukt i eldre dieselmotorer. Nå for tiden kommer du nesten ikke over det lenger.
I en motor med indirekte injeksjon injiseres ikke drivstoffet over stempelet, men injiseres, blandes og fordampes i virvelkammeret. Drivstoffet sprøytes inn i virvelluften i virvelkammeret under kompresjonsslaget. Dette sikrer god blanding av drivstoff med luft. I dette tilfellet er stempelbunnen flat (noen ganger med utsparinger for ventilene).

Lav- og høytrykksseksjon:
Drivstofftilførselen til en dieselmotor er delt inn i 2 deler; lavtrykksseksjonen og høytrykksseksjonen.

Lavtrykksseksjonen består av følgende deler:

Bensintank
Booster pumpe (montert i drivstofftanken, eller en enhet med høytrykkspumpe)
Drivstoffilter (montert under bilen eller under panseret, fjerner de forurensede partiklene og fuktigheten fra dieseldrivstoffet)
Lavtrykks drivstoffledninger (drivstoffet leveres fra tanken til høytrykkspumpen gjennom disse rørene)
Drivstoffreturledning (denne fører retur- og lekkasjedrivstoff fra injektorer, høytrykkspumpe og filter tilbake til drivstofftanken) Dette retur-/lekkasjedrivstoffet er nødvendig for kjøling og smøring av de aktuelle delene. Varmen blir dermed fjernet til tanken.

Høytrykksseksjonen består av følgende deler:

Høytrykks drivstoffledninger (drivstoffet tilføres gjennom disse ledningene fra høytrykkspumpen til injektorene. Ledningene må alle ha samme lengde og tykkelse for å unngå trykkforskjeller)
Høytrykkspumpe (drivstoffet som pumpes fra leveringspumpen til høytrykkspumpen pumpes herfra gjennom høytrykks drivstoffledningene til injektorene)
Forstøver (sprøyte drivstoffet inn i sylinderen når åpningstrykket er nådd)

Injeksjonsprosess:
Tiden mellom drivstoffinnsprøytning og faktisk forbrenning kalles forsinkelsestiden. De små drivstoffdråpene som injiseres gjennom injektoren må gå over til gassform. Denne overgangen er mulig på grunn av den høye temperaturen i brennkammeret (som oppnås ved kompresjonsslutttrykket eller glødepluggen under start). Denne tiden bør være så kort som mulig, ellers vil det påvirke forbrenningen. Dette betyr også at motoren vil gå dårligere og mindre kraft vil være tilgjengelig.

Bildet nedenfor viser hele injeksjonsprosessen.

Dieselbank:
Det er noen få millisekunder mellom starten av injeksjonen (se A i bildet over) og starten av forbrenningen (C). De svært små drivstoffdråpene som injiseres gjennom injektoren (drivstofftåken) må først bringes til temperatur før de kan omdannes til dampform. Utsiden av drivstoffdråpen går først over i gassform og vil deretter gradvis brenne. De gjenværende restene av dråpen antennes så spontant og forårsaker den gjenkjennelige motorlyden; dieselbankingen. Dette er en ukontrollert forbrenning og kan skje på feil tidspunkt.

Følgende ting kan forårsake en dieselbank:

Defekte forstøvere (drypp eller dårlig forstøvning med dråper som er for store)
Defekt injeksjonspumpe (tilførselsventiler eller stempel defekte)
Drivstoff (vann tilstede, cetantallet for lavt, luft i drivstoffet
Motor (slutttrykk for kompresjon for lavt, glødeplugger fungerer ikke)
Feil drivstoffpumpetiming