Motorul diesel este un motor cu ardere interna in care combustibilul se aprinde datorita temperaturii inalte create de comprimarea aerului necesar arderii. In cadrul acestui tip de motor, combustibilul nu se aprinde prin utilizarea unui motor auxiliar, cum este bujia la motoarele cu aprindere prin scanteie. In continuare, vom invata totul despre motorul diesel, incepand cu istoria sa.
Scurt istoric al motorului diesel
Initial, motorina a fost ignorata si considerata un reziduu. In loc sa fie vazuta ca o sursa valoroasa de combustibil, era aruncata ca un produs inutilizabil al rafinarii petrolului, acest lucru intamplandu-se mai bine de 40 de ani. Insa atunci cand Rudolf Diesel a prezentat motorul cu aprindere, in anul 1892, aceasta a fost o inovatie in inginerie, deoarece combustibilul nu trebuia sa fie aprins dintr-o sursa exterioara.
La inceput, Diesel a vrut sa proiecteze un motor care sa functioneze pe baza de carbune sub forma de pudra, amoniac sau ulei de alune, dar a descoperit ca motorina este o alegere mai buna.
Acesta si-a dat seama ca, pentru ca motorul sa functioneze, motorina trebuia comprimata la o temperatura inalta pentru a aprinde combustibilul din interiorul cilindrului. Cand combustia aparea, misca un piston si determina motorul sa se activeze.
Succesul acestui motor pentru masinile de mici dimensiuni a evoluat si la vehiculele mai mari. In 20 de ani de la inventarea lui, acesta punea in miscare camioane, tractoare, trenuri si vapoare. Motorul a fost perfectat continuu de-a lungul anilor si este folosit si astazi, la scara larga.
Diferente/asemanari intre motorul pe motorina si motorul pe benzina
Nu putem vorbi despre motorul pe motorina fara sa il comparam cu marele sau „rival“: motorul pe benzina. Cele doua pot fi comparate din mai multe puncte de vedere, pe care le vom discuta in continuare.
Diesel versus benzina
In primul rand, ambele motoare functioneaza pe baza de combustie interna. Combustibilul este amestecat cu aerul pe masura ce patrunde in motor, iar acest amestec este comprimat in interiorul cilindrilor motorului.
La un moment dat, combustibilul se aprinde, ceea ce misca pistonul si invarte arborele cotit, care la randul sau este conectat la transmisie si pune rotile in miscare. Mai departe, pistonul se misca in sus in cilindru si impinge gazele arse afara din motor, prin teava de esapament. Acest ciclu se repeta de mai multe ori pe secunda.
Cu cat un motor are mai multi cilindri, cu atat va functiona mai lin si va elibera o putere mai mare. Aceasta deoarece procesele din cadrul combustiei apar la mica distanta unul de celalalt.
Numarul de cilindri poate fi insa si un dezavantaj, deoarece cu cat este mai mare, cu atat mai complex si mai ineficient din punct de vedere mecanic devine un motor. Configurarea cilindrilor are un efect si asupra performantei si a gradului de vibratie. Toate aceste aspecte sunt valabile in cazul ambelor tipuri de motoare.
Diferenta majora dintre motorul diesel si motorul pe motorina survine in modul in care combustibilul este aprins in motor. Intr-un motor cu benzina, aerul si combustibilul sunt comprimate si, intr-un punct critic din cadrul ciclului, o bujie aprinde amestecul.
De cealalta parte, motoarele diesel nu sunt dotate cu bujii normale, ele folosesc bujii incandescente. Asadar, atunci cand motorina si aerul sunt indeajuns de comprimate, compresia extrema genereaza suficienta caldura astfel incat amestecul sa se aprinda. Acest proces se numeste aprindere prin compresie si este baza functionarii unui motor diesel.
O alta diferenta este faptul ca motorina detine mai multa energie potentiala, ceea ce inseamna ca motoarele diesel au nevoie de mai putin combustibil pentru acelasi numar de kilometri parcursi. Mai mult, detinatorii de motoare diesel au o optiune in plus: Biodiesel – un combustibil realizat din surse non-petroliere.
Putere si cuplu
Randamentul motoarelor se masoara in putere si cuplu. Prima se masoara in cai putere, a doua defineste forta de rotatie a motorului pe lantul cinematic. Ideal este ca ambele sa fie mari. Daca masina are multi cai putere, dar cuplu mic, aceasta va porni mai greu de pe loc.
Cuplul este principalul responsabil pentru miscare, de aceea motoarele diesel sunt folosite des pentru autovehiculele de mare tonaj. Pe de alta parte, motoarele diesel nu accelereaza atat de repede, asadar au mai putini cai putere in medie decat motoarele pe benzina. Este motivul principal pentru numarul mic de masini sport cu motor diesel.
Fiabilitate
Deoarece motoarele diesel folosesc aprinderea prin compresie, ele sunt foarte puternice, fiabile si necesita mai putina mentenanta. Din aceste motive, in trecut, motoarele diesel aveau o greutate ridicata. Insa, multumita metodelor moderne de productie, greutatea motoarelor diesel a fost redusa considerabil.
De asemenea, motoarele diesel sunt mai simple decat cele pe benzina, deoarece nu folosesc nici bujii, nici sistemul electric asociat cu acestea. Astazi, autoturismele cu motor diesel ating performante apropiate de cele ale motoarelor pe benzina, dar cu marele avantaj al consumului mai mic si a fiabilitatii mai ridicate. In general, motoarele diesel depasesc motoarele pe benzina in ceea ce priveste numarul de kilometri/ore dintre interventiile de service. Asta inseamna bani mai putini cheltuiti.
Un avantaj al motoarelor diesel este lipsa corpului clapeta de acceleratie. Atunci cand apesi acceleratia, se deschide o supapa in admisia motorului, care permite aerului sa patrunda in motor, creand astfel mai multa putere.
Computerul motorului realizeaza ca nevoia de a injecta mai mult combustibil pentru aerul aditional. La motoarele diesel, supapa de acceleratie nu este necesara. In acest caz, pedala de acceleratie regleaza cantitatea de combustibil injectata. Corpul clapeta de acceleratie folosit in motoarele cu benzina actioneaza ca o restrictie, iar acesta este o parte din motivul pentru care autoturismele cu motor diesel au un consum mai mic.
Injectie
Pentru ca un motor cu ardere interna sa functioneze eficient, combustibilul si aerul trebuie amestecate corect. Motorul diesel are mai multe probleme la acest capitol, deoarece motorina si aerul sunt introduse la momente diferite in timpul ciclului.
Exista doua abordari principale la motoarele diesel: injectia directa si injectia indirecta.
In cadrul injectiei indirecte, exista o camera mica de turbionare, in care injectorul pulverizeaza combustibilul inainte ca acesta sa ajunga in camera principala de combustie. Camera de turbionare creeaza turbulenta in combustibil, pentru ca acesta sa se amestece mai bine cu aerul in camera de combustie. Dezavantajul acestui sistem: camera de turbionare devine practic parte din camera de combustie. Ce inseamna asta? Camera de combustie ca intreg va avea o forma neregulata, ceea ce poate afecta combustia si eficienta.
Motorul cu injectie directa nu are o camera de turbionare. In schimb, combustibilul se duce direct in camera de combustie. La proiectarea acestui motor, trebuie acordata o atentie sporita la designul camerei de combustie, pentru a se asigura ca exista suficienta combustie.
Constructie
Componentele principale ale celor doua tipuri de motoare se aseamana si sunt responsabile pentru aproximativ aceleasi procese. Cu toate acestea, componentele motorului diesel trebuie sa fie mai puternice decat omoloagele motorului pe benzina, din cauza incarcaturilor mai mari implicate in procese.
Peretii blocului motor sunt, in mod normal, mult mai grosi in cazul motoarelor diesel, si au mai multe tampoane, pentru a furniza mai multa rezistenta, a abosrbi socurile, si a reduce zgomotele in mod mai eficient.
De asemenea, pistoanele, tijele de conectare, arborele cotit, rulmentii, trebuie sa fie mult mai rezistente decat cele ale motoarelor pe benzina. Designul capului cilindru trebuie sa fie diferit, din cauza injectoarelor, dar si din cauza formei camerelor de combustie.
Poluare si zgomot
Acestea sunt doua aspecte esentiale in ziua de astazi, in care incalzirea globala si impactul asupra mediului au devenit atat de importante. Poluarea este unul dintre motivele principale pentru care motoarele diesel au patruns cu greu in noile piete de masini.
Din fericire, tehnologia diesel se modernizeaza, iar in prezent motoarele pe motorina sunt mai curate ca niciodata. Majoritatea sulfului (unul dintre vinovatii principali pentru fumul de culoare neagra din motoarele diesel) a fost indepartat din motoarele noi, prin metode invatoare de filtrare.
Motoarele diesel si motoarele pe benzina s-au egalizat si din punct de vedere al sunetului, mai ales daca ne gandim la zgomotele inimaginabile pe care le scoteau masinile diesel in urma cu zeci de ani, pe care le recunosteai de la mare departare.
Cum se obtine motorina?
In prezent, exista doua tipuri principale de motorina: motorina bazata pe petrol (derivata din ulei), si biodiesel (realizata din materiale organice).
Motorina din petrol incepe ca ulei brut, rezultatul unor cantitati mari de biomasa vegetala si animala, la care se adauga procese de presiune si incalzire. Odata ce uleiul de baza a fost recoltat, el este transportat intr-o rafinarie unde este supus la trei procese principale: separare, conversie, purificare.
Procesul de separare se realizeaza in turnuri inalte de distilare, unde uleiul este expus la temperaturi extreme, pentru a-i provoca separarea in gaze si lichide.
Produsele se separa pe baza diferentei de temperatura dintre partea superioara si partea inferioara a turnului. Impartirea in interiorul turnului este urmatoarea: gaz propan sus, diesel in mijloc, lubrifianti jos.
Urmatorul proces este conversia, care implica aplicarea unui catalizator la uleiurile mai grele, pentru a crea mai multa gazolina, diesel si propan. Purificarea este ultimul pas si presupune expunerea produsilor la hidrogen si la un catalizator, pentru indepartarea sulfului.
Cum se obtine benzina?
Ca si in cazul motorinei, si benzina isi incepe viata ca ulei brut. Insa, odata ce acesta ajunge in rafinarie, pentru a fi rafinat printr-un proces numit distilare fractionala. Procesul de extractie foloseste distilarea pentru a descompune uleiul brut in diferiti distilati, printre care si benzina.
Procesul de distilare incepe prin incalzirea uleiului brut la 400 de grade Celsius. Caldura face ca uleiul sa se transforme din forma lichida in vapori, care ies din cuptor intr-un turn de distilare, moment in care se racesc.
Atunci cand vaporii ajung la 150 de grade Celsius, hidrocarburile care intra in compozitia benzinei incep sa intre in stare lichida. Benzina incepe sa se colecteze pe placile de distilare si sa se sifoneze intr-un rezervor de stocare.
Combustibilul brut care iese din turnul de distilare nu este gata pentru a ajunge in benzinarii inainte de pasul final, adica adaugarea aditivilor necesari pentru reducerea emisiilor si a consumului.
Sursa foto: mechanicshub.com, carmudi.com.ph, wonderfulengineering.com, cummins.com, bbc.com, cnbc.com
