Een dieselmotor werkt door lucht aan te zuigen en deze tot een zeer hoge verhouding te comprimeren (meestal tussen 14:1 en 23:1 ), en vervolgens rechtstreeks brandstof in de hete, samengeperste lucht injecteren, zodat deze vanzelf ontbrandt, zonder bougie. Dit proces, bekend als compressieontsteking, is het bepalende kenmerk dat een dieselmotor van een benzinemotor scheidt, en het is de reden dat dieselkrachtcentrales de voorkeur genieten in vrachtwagens, generatoren, zeeschepen en zwaar bouwmaterieel waar koppel en brandstofefficiëntie belangrijker zijn dan prestaties bij hoge toerentallen.
De vier slagen achter elke dieselmotor
Elke dieselmotor, ongeacht de grootte, volgt dezelfde viertaktreeks die chemische energie in brandstof omzet in mechanische rotatie aan de krukas.
Inlaatslag
De zuiger beweegt naar beneden in de cilinder terwijl de inlaatklep opengaat, waardoor alleen frisse lucht wordt aangezogen, zonder dat er in dit stadium brandstof wordt bijgemengd. Dit is anders dan bij een benzinemotor, waarbij brandstof en lucht gewoonlijk worden gemengd voordat ze de kamer binnenkomen.
Compressieslag
De inlaatklep sluit en de zuiger beweegt naar boven, waardoor de lucht in een veel kleiner volume wordt geperst. Omdat de compressieverhoudingen van dieselmotoren zo hoog zijn, kan de luchttemperatuur in de cilinder erboven oplopen 700 graden Celsius , die heet genoeg is om dieselbrandstof te ontsteken zonder een externe vonk.
Kracht beroerte
Bovenaan de compressieslag spuit een brandstofinjector een fijne dieselmist rechtstreeks in de oververhitte lucht. De brandstof ontbrandt vrijwel onmiddellijk en de daaruit voortvloeiende uitzetting dwingt de zuiger weer naar beneden, waardoor een rotatiekracht ontstaat die uiteindelijk de wielen of de aandrijfas bereikt.
Uitlaatslag
De zuiger gaat weer omhoog, de uitlaatklep gaat open en verbruikte verbrandingsgassen worden via het uitlaatspruitstuk uit de cilinder geduwd, waarna de cyclus opnieuw begint met een nieuwe inlaatslag.
Waarom de timing van de brandstofinjectie bepalend is voor de prestaties
Het brandstofinjectiesysteem is misschien wel het belangrijkste auto onderdeel in een dieselmotor, omdat de timing en druk van de injectie het vermogen, het geluid en de emissies rechtstreeks regelen.
Moderne dieselmotoren maken gebruik van een common-rail injectiesysteem, waarbij de brandstof vaak onder extreem hoge druk wordt gehouden 1.500 en 2.500 bar , binnen een gedeelde rail voordat het wordt gedistribueerd naar individuele elektronisch geregelde injectoren. Dankzij deze opstelling kan de motorregeleenheid meerdere kleine injectiepulsen per cyclus afgeven in plaats van één grote uitbarsting, waardoor de verbranding wordt gladgestreken en de karakteristieke dieselklop wordt verminderd.
| Injectiesysteem | Typische druk | Gemeenschappelijk gebruik |
|---|---|---|
| Commonrail | 1.500 tot 2.500 bar | Passagiersvrachtwagens, SUV's |
| Eenheidsinjector | Tot 2.000 bar | Zware snelwegvrachtwagens |
| Distributeur Pomp | 300 tot 1.000 bar | Oudere dieselmotoren, landbouwmachines |
Turbocompressoren en de luchtkant van verbranding
Een dieselmotor verbrandt slechts zo efficiënt als de lucht die hij ontvangt. Daarom vertrouwt bijna elke moderne diesel op een turbocompressor om extra lucht in de cilinders te persen. De turbocompressor draait met behulp van uitlaatgasenergie die anders verloren zou gaan, en het draaiende compressorwiel stopt meer zuurstof in elke inlaatslag.
- Door meer lucht kan er meer brandstof per cyclus worden verbrand, waardoor het vermogen toeneemt zonder het motorblok te vergroten.
- Een intercooler bevindt zich vaak tussen de turbo en het inlaatspruitstuk om de perslucht te koelen, aangezien dichtere koele lucht meer zuurstofmoleculen bevat dan warme lucht met hetzelfde volume.
- Turbocompressoren met variabele geometrie passen de schoephoeken aan om een boost te leveren over een groter bereik aan motortoerentallen, waardoor een dieselmotor krachtig kan trekken vanaf een laag toerental.
Dit is een van de redenen waarom dieselmotoren een hoog koppel produceren bij lage toerentallen, die vaak ver onder het toerental liggen 2.000 tpm , waardoor ze zeer geschikt zijn voor sleep- en sleepwerkzaamheden.
Auto-onderdelen die compressieontsteking mogelijk maken
Verschillende auto-onderdelen werken samen om het compressieontstekingsproces in een dieselmotor in stand te houden, en elk onderdeel speelt een afzonderlijke mechanische rol.
- Gloeibougies verwarmen de verbrandingskamer tijdens een koude start, omdat koude lucht alleen de ontstekingstemperatuur mogelijk niet bereikt als de motor koud is.
- Brandstofinjectoren vernevelen diesel in een fijn sproeipatroon, zodat deze gelijkmatig vermengt met perslucht.
- De krukas en drijfstangen vertalen de op en neergaande zuigerbeweging in rotatie-output.
- De uitlaatgasrecirculatieklep leidt een deel van het uitlaatgas terug naar de inlaat om de verbrandingstemperaturen te verlagen en de vorming van stikstofoxide te verminderen.
- Het dieselpartikelfilter vangt roetdeeltjes uit de uitlaatgasstroom op voordat de gassen de uitlaat verlaten.
Waarom dieselmotoren efficiënter werken dan benzinemotoren
Het thermische rendementsvoordeel van een dieselmotor komt rechtstreeks voort uit de hogere compressieverhouding. Volgens technische gegevens gepubliceerd door het Amerikaanse ministerie van Energie kunnen dieselmotoren ruwweg converteren 30 tot 35 procent van brandstofenergie in bruikbare arbeid, vergeleken met ongeveer 20 tot 25 procent voor typische benzinemotoren, omdat een hogere compressie een vollediger expansie van verbrandingsgassen tegen de zuiger mogelijk maakt.
Dieselbrandstof bevat ook meer energie per gallon dan benzine, wat het kilometervoordeel vergroot. Deze combinatie van hogere compressie-efficiëntie en dichtere brandstofenergie verklaart waarom langeafstandsvrachtwagens, scheepsmotoren en stationaire generatoren vrijwel universeel afhankelijk zijn van dieselkracht in plaats van benzine.
Algemene slijtagepunten waar eigenaren op moeten letten
Om een dieselmotor soepel te laten draaien, hangt het af van het monitoren van een handvol auto-onderdelen die in de loop van de tijd de meeste stress ervaren.
Brandstoffilters
Dieselbrandstofinjectoren werken met extreem nauwe toleranties, zodat zelfs kleine hoeveelheden vuil of water in de brandstof injectorslijtage kunnen veroorzaken. Brandstoffilters moeten worden vervangen volgens de in de gebruikershandleiding vermelde intervallen om het injectiesysteem te beschermen.
Afdichtingen van turbocompressoren
Omdat de turbocompressor draait met snelheden die hoger kunnen zijn 100.000 tpm zijn de interne lagers en afdichtingen gevoelig voor de oliekwaliteit. Door de door de fabrikant gespecificeerde oliekwaliteit te gebruiken, gaat de turbo net zo lang mee als de rest van de dieselmotor.
Staat van de gloeibougie
Een versleten gloeibougie kan een koude start merkbaar moeilijker maken, vooral bij lage temperaturen, omdat de verbrandingskamer zonder hulp niet zo snel de ontstekingstemperatuur bereikt.
