Dieselmoottori toimii vetämällä ilmaa sisään ja puristamalla sitä erittäin suureen suhteeseen (tyypillisesti välillä 14:1 ja 23:1 ) ja ruiskuttamalla sitten polttoainetta suoraan kuumaan paineilmaan, jotta se syttyy itsestään ilman sytytystulppaa. Tämä prosessi, joka tunnetaan nimellä puristussytytys, on ratkaiseva ominaisuus, joka erottaa dieselmoottorin bensiinimoottorista, ja sen vuoksi dieselvoimaloita suositaan kuorma-autoissa, generaattoreissa, merialuksissa ja raskaissa rakennuslaitteissa, joissa vääntömomentilla ja polttoainetehokkuudella on enemmän merkitystä kuin korkeilla kierroksilla.
Nelitahtia jokaisen dieselmoottorin takana
Jokainen dieselmoottori, koosta riippumatta, noudattaa samaa nelitahtista järjestystä, joka muuntaa polttoaineen kemiallisen energian mekaaniseksi pyörimiseksi kampiakselilla.
Imuhalvaus
Mäntä liikkuu alaspäin sylinterin sisällä, kun imuventtiili avautuu ja vetää sisään vain raitista ilmaa, eikä polttoainetta ole tässä vaiheessa sekoitettu. Tämä eroaa bensiinimoottorista, jossa polttoaine ja ilma sekoitetaan yleensä ennen kammioon tuloa.
Kompressioisku
Imuventtiili sulkeutuu ja mäntä liikkuu ylöspäin puristaen ilmaa paljon pienempään tilavuuteen. Koska dieselin puristussuhteet ovat niin korkeat, ilman lämpötila sylinterin sisällä voi nousta sen yläpuolelle 700 celsiusastetta , joka on tarpeeksi kuuma sytyttääkseen dieselpolttoaineen ilman ulkoista kipinää.
Power Stroke
Puristustahdin yläosan lähellä polttoainesuutin suihkuttaa hienon dieselsumun suoraan tulistettuun ilmaan. Polttoaine syttyy lähes välittömästi, ja seurauksena oleva laajeneminen pakottaa männän takaisin alas, jolloin syntyy pyörimisvoima, joka lopulta saavuttaa pyörät tai vetoakselit.
Pakokaasuisku
Mäntä nousee jälleen, pakoventtiili avautuu ja käytetyt palamiskaasut työnnetään ulos sylinteristä pakosarjan kautta, minkä jälkeen sykli alkaa uudelleen uudella imuiskulla.
Miksi polttoaineen ruiskutuksen ajoitus ratkaisee suorituskyvyn
Polttoaineen ruiskutusjärjestelmä on kiistatta tärkein yksittäinen auton osa dieselmoottorissa, koska ruiskutuksen ajoitus ja paine säätelevät suoraan tehoa, melua ja päästöjä.
Nykyaikaisissa dieselmoottoreissa käytetään yhteispaineruiskutusjärjestelmää, jossa polttoaine pidetään erittäin korkeassa paineessa, usein välillä 1500 ja 2500 bar , jaetun kiskon sisällä ennen kuin se jaetaan yksittäisille elektronisesti ohjatuille suuttimille. Tämä asetus sallii moottorin ohjausyksikön laukaista useita pieniä ruiskutuspulsseja sykliä kohden yhden suuren purskeen sijaan, mikä tasoittaa palamista ja vähentää ominaista dieselin nakutusta.
| Ruiskutusjärjestelmä | Tyypillinen paine | Yhteinen käyttö |
|---|---|---|
| Common Rail | 1500-2500 bar | Henkilöautot, maastoautot |
| Yksikkösuutin | Jopa 2000 bar | Raskaat maantieautot |
| Jakajapumppu | 300-1000 bar | Vanhat dieselmoottorit, maatalouskoneet |
Turboahtimet ja palamisen ilmapuoli
Dieselmoottori palaa vain yhtä tehokkaasti kuin sen vastaanottama ilma, minkä vuoksi lähes jokainen moderni diesel luottaa turboahtimeen, joka pakottaa ylimääräistä ilmaa sylintereihin. Turboahdin pyörii käyttämällä pakokaasuenergiaa, joka muuten menisi hukkaan, ja pyörivä kompressoripyörä pakkaa enemmän happea jokaiseen imutahtiin.
- Enemmän ilmaa polttaa enemmän polttoainetta sykliä kohden, mikä lisää tehoa moottorilohkoa suurentamatta.
- Välijäähdytin on usein turbon ja imusarjan välissä jäähdyttämään paineilmaa, koska tiheämpi viileä ilma pakkaa enemmän happimolekyylejä kuin saman tilavuuden kuuma ilma.
- Vaihtuvageometriset turboahtimet säätävät siipien kulmaa antaakseen tehoa laajemmalle moottorin nopeusalueelle, mikä auttaa dieselmoottoria vetäytymään voimakkaasti alhaisista kierrosluvuista.
Tämä on yksi syy, miksi dieselmoottorit tuottavat suuren vääntömomentin alhaisilla moottorin kierrosnopeuksilla, usein huipussaan reilusti alle 2000 RPM , minkä ansiosta ne sopivat hyvin hinaukseen ja kuljetustöihin.
Auton osat, jotka mahdollistavat puristussytytyksen
Useat auton osat toimivat yhdessä ylläpitääkseen puristussytytysprosessia dieselmoottorin sisällä, ja jokaisella niistä on erillinen mekaaninen rooli.
- Hehkutulpat lämmittävät palotilaa kylmäkäynnistyksessä, koska kylmä ilma ei yksinään voi saavuttaa syttymislämpötilaa moottorin ollessa kylmä.
- Polttoainesuuttimet sumuttavat dieselin hienoksi ruiskutuskuvioksi, jolloin se sekoittuu tasaisesti paineilman kanssa.
- Kampiakseli ja kiertotangot muuttavat männän ylös ja alas liikkeen pyöriväksi tehoksi.
- Pakokaasun kierrätysventtiili ohjaa osan pakokaasusta takaisin imuaukkoon alentaakseen palamislämpötiloja ja vähentääkseen typen oksidin muodostumista.
- Dieselhiukkassuodatin vangitsee nokihiukkaset pakokaasuvirrasta ennen kuin kaasut poistuvat pakoputkesta.
Miksi dieselmoottorit toimivat tehokkaammin kuin bensiinimoottorit
Dieselmoottorin lämpötehokkuusetu tulee suoraan sen korkeammasta puristussuhteesta. Yhdysvaltain energiaministeriön julkaisemien teknisten tietojen mukaan dieselmoottorit voivat muuntua karkeasti 30-35 prosenttia polttoaineenergiasta käyttökelpoiseen työhön verrattuna tyypillisten bensiinimoottoreiden noin 20-25 prosenttiin, koska suurempi puristus mahdollistaa palamiskaasujen täydellisemmän laajenemisen mäntää vasten.
Dieselpolttoaine kuljettaa myös enemmän energiaa gallonaa kohden kuin bensiini, mikä lisää mittarilukemaetua. Tämä korkeamman puristustehokkuuden ja tiheämmän polttoaineenergian yhdistelmä selittää, miksi kaukoliikenteen kuorma-autot, laivojen moottorit ja kiinteät generaattorit käyttävät melkein yleisesti dieselvoimaa bensiinin sijaan.
Yleisiä kulumispisteitä omistajien kannattaa katsoa
Dieselmoottorin pitäminen sujuvassa käynnissä riippuu kourallisen auton osista, jotka kokevat eniten rasitusta ajan myötä.
Polttoainesuodattimet
Dieselpolttoaineen ruiskutussuuttimet toimivat erittäin tiukoilla toleransseilla, joten pienetkin roskat tai vesi polttoaineessa voivat aiheuttaa suuttimen kulumista. Polttoainesuodattimet tulee vaihtaa omistajan käsikirjassa mainituin välein ruiskutusjärjestelmän suojaamiseksi.
Turboahtimen tiivisteet
Koska turboahdin pyörii nopeuksilla, jotka voivat ylittää 100 000 RPM , sen sisäiset laakerit ja tiivisteet ovat herkkiä öljyn laadulle. Valmistajan määrittämän öljylaadun käyttäminen auttaa turboa kestämään yhtä kauan kuin muuta dieselmoottoria.
Hehkutulppien kunto
Kulunut hehkutulppa voi vaikeuttaa kylmäkäynnistystä huomattavasti, etenkin matalissa lämpötiloissa, koska palotila ei saavuta syttymislämpötilaa yhtä nopeasti ilman apua.
