Så fungerar en dieselmotor

Traditionellt har dieselmotorer alltid setts som bullriga, illaluktande och underdrivna motorer som inte har någon nytta annat än i lastbilar, taxibilar och skåpbilar. Men asdieselmotorer och deras insprutningssystem har blivit mer förfinade, på 1980-talet har den situationen förändrats. I Storbritannien såldes 1985 nästan 65 000 dieselbilar (cirka 3,5 procent av det totala antalet sålda bilar), jämfört med endast 5 380 1980.

Kompressionständningsmotorn

Den största fördelen med dieselmotorer jämfört med bensinmotorer är deras lägre driftskostnad. Detta är delvis ett resultat av den högre effektiviteten hos dieselmotorn med högt kompressionsförhållande och delvis på grund av det lägre priset på dieselbränsle - även om prisskillnaden varierar, så kommer fördelen med att köra en adieselbil att minska något om du bor i ett område med hög Prisvärd diesel. Serviceintervallerna är ofta längre också, men många dieselmodeller kräver oftare oljebyten än sina bensinmotsvarigheter.

Öka kraften

Dieselbilens största nackdel är dess lägre prestanda jämfört med bensinmotorer med motsvarande kapacitet. Ett sätt att lösa problemet är att helt enkelt öka storleken på motorn, men detta resulterar ofta i en betydande viktökning. Vissa tillverkare lägger till turboladdare till sina motorer för att göra dem konkurrenskraftiga när det gäller prestanda; Rover, Mercedes, Audi och VW är bland de tillverkare som tillverkar turbodieslar.

Så fungerar dieselmotorer

Induktion Kompression Tändning Avgaser

En dieselmotor fungerar annorlunda än en bensinmotor, även om de delar huvudkomponenter och båda fungerar på fyrtaktscykeln. Huvudskillnaderna ligger i hur bränslet antänds och hur uteffekten regleras.

I en bensinmotor antänds bränsle/luftblandningen av en gnista. I en dieselmotor uppnås antändning genom enbart komprimering av luft. Ett typiskt kompressionsförhållande för en dieselmotor är 20:1, jämfört med 9:1 för en bensinmotor. Så stora kompressioner som detta värmer upp luften till en temperatur som är tillräckligt hög för att tända bränslet spontant, utan behov av en gnista och därför tändsystem.

En bensinmotor drar in varierande mängder luft per sugslag, den exakta mängden beroende på gasspjällsöppningen. En dieselmotor, å andra sidan, drar alltid in samma mängd luft (vid varje motorvarvtal), genom ett okontrollerat inloppsrör som endast öppnas och stängs av inloppsventilen (det finns varken en förgasare eller en vridspjällsventil).

När kolven når den effektiva änden av sitt induktionsslag stängs inloppsventilen. Kolven, som bärs runt av kraften från de andra kolvarna och svänghjulets rörelsemängd, rör sig till toppen av cylindern och komprimerar luften till ungefär en tjugondel av dess ursprungliga volym.

När kolven når toppen av sin rörelse, sprutas en exakt uppmätt mängd dieselbränsle in i förbränningskammaren. Värmen från kompression tänder bränsle/luftblandningen omedelbart, vilket gör att den brinner och expanderar. Detta tvingar kolven nedåt och vrider vevaxeln.

När kolven rör sig uppåt i cylindern vid avgasslaget, öppnas avgasventilen och låter de brända och expanderade gaserna färdas ner i avgasröret. Vid slutet av avgasslaget är cylindern redo för en ny laddning av luft.

Motorkonstruktion

Huvudkomponenterna i en dieselmotor ser ut som en bensinmotor och utför samma jobb. Men dieselmotordelar måste göras mycket starkare än deras bensinmotorekvivalenter på grund av de mycket högre belastningarna.

Väggarna på ett dieselmotorblock är normalt mycket tjockare än ett block designat för en bensinmotor, och de har fler stagbanor för att ge extra styrka och absorbera påfrestningar. Förutom att vara starkare kan det kraftiga blocket också reducera buller mer effektivt.

Kolvar, vevstakar, vevaxlar och lagerkåpor måste göras starkare än sina bensinmotorer. Cylinderhuvudets design måste vara väldigt annorlunda på grund av bränsleinsprutarna och även på grund av formen på dess förbrännings- och virvelkammare.

Injektion

Direkt injektion

För att en förbränningsmotor ska fungera smidigt och effektivt måste bränslet och luften blandas ordentligt. Problemen med att blanda bränsle och luft är särskilt stora i en dieselmotor, där luft och bränsle införs vid olika tidpunkter under cykeln och måste blandas inuti cylindrarna.

Det finns två huvudsakliga tillvägagångssätt direktinsprutning och indirekt injektion. Traditionellt har indirekt injektion använts eftersom detta är det enklaste sättet att introducera turbulens så att den insprutade bränslesprayen blandas väl med den mycket komprimerade luften i förbränningskammaren.

I en motor med indirekt insprutning finns det en liten virvelkammare i spiral (även kallad förförbränningskammare) i vilken injektorn sprutar bränslet innan det når själva huvudförbränningskammaren. Virvelkammaren skapar turbulens i bränslet så att det blandas bättre med luften i förbränningskammaren.

Nackdelen med detta system är att virvelkammaren effektivt blir en del av förbränningskammaren. Detta innebär att förbränningskammaren i sin helhet är oregelbundet formad, vilket orsakar förbränningsproblem och hämmar effektiviteten.

Direktinjektion

Indirekt injektion

En motor med direktinsprutning har ingen virvelkammare som bränslet sprutas in i - bränslet går istället rakt in i förbränningskammaren. Ingenjörer måste vara mycket noga med utformningen av förbränningskammaren i kolvkronan för att säkerställa att den skapar tillräckligt med turbulens .

Hastighetskontroll

Glödstift

En dieselmotor stryps inte som en bensinmotor, så mängden luft som sugs in vid ett visst motorvarvtal är alltid densamma. Motorhastigheten regleras enbart av mängden bränsle som sprutas in i förbränningskammaren - med mer bränsle i kammaren blir förbränningen hårdare och mer kraft produceras.

Gaspedalen är ansluten till doseringsenheten i motorns insprutningssystem snarare än till gasspjället som med en bensin.

Att stoppa en diesel innebär fortfarande att "tändningsnyckeln" stängs av, men istället för att stänga av gnistorna stänger detta en elektrisk solenoid som stänger av bränsletillförseln vid insprutningspumpen på bränslemätnings- och distributionsenheten. Motorn behöver då bara använda en liten mängd bränsle innan det stannar. Faktum är att dieselmotorer stannar snabbare än bensinmotorer eftersom den mycket högre kompressionen har en större bromsande effekt på motorn.

Starta en diesel

Precis som med bensinmotorer startas dieselmotorer genom att de vrids med en elektrisk motor, som startar kompressionständningscykeln. När det är kallt är dieselmotorer svårstartade, helt enkelt för att komprimering av luften inte leder till en temperatur som är tillräckligt hög för att antända bränslet.

För att komma runt problemet monterar tillverkarna glödstift. Dessa är små elektriska värmare som drivs från bilens batteri, som slås på några sekunder innan du försöker starta motorn.

Dieselbränsle

Bränslet som används i dieselmotorer skiljer sig mycket från bensin. Den är något mindre raffinerad, vilket resulterar i en tyngre, mer trögflytande och mindre flyktig vätska. Dessa fysiska egenskaper leder ofta till att den kallas "dieselolja" eller "bränsleolja". På dieselpumpar på garageförplatser kallas det ofta 'derv', en förkortning för dieseldrivna vägfordon.

Dieselbränsle kan börja stelna något eller till och med stelna i mycket kallt väder. Detta förvärras av att det kan absorbera mycket små mängder vatten som kan frysa. Alla bränslen absorberar små mängder vatten från atmosfären och läckage till underjordiska lagringstankar är ganska vanligt. Dieselbränsle kan hantera en vattenhalt på upp till 50 eller 60 delar på en miljon utan problem – för att sätta detta i perspektiv är det ungefär en kvarts mugg full med vatten för varje tio liter bränsle.

All frysning eller "vaxning" kan blockera bränsleledningar och insprutare och hindra motorn från att gå. Det är därför du i mycket kallt väder då och då kommer att se människor leka med blåslampor på lastbilens bränsleledningar.