Drei grundlegende Größengruppen
Es gibt drei grundlegende Größengruppen von Dieselmotoren, die auf Leistung basieren - Small, mittel und groß. Die kleinen Motoren haben Power-Output-Werte von weniger als 16 Kilowatt. Dies ist der am häufigsten hergestellte Dieselmotor -Typ. Diese Motoren werden in Automobilen, leichten LKWs und einigen landwirtschaftlichen und baulichen Anwendungen sowie als kleine stationäre Generatoren für elektrische Kraft (wie diejenigen auf Vergnügungshandwerk) und als mechanische Antriebe verwendet. Sie sind typischerweise direkte Injektions-, Inline-, Vier- oder Sechszylindermotoren. Viele sind mit Afterkühler Turboladern.

Mittlere Motoren haben Stromkapazitäten von 188 bis 750 Kilowatt oder 252 bis 1.006 PS. Die Mehrheit dieser Motoren wird in schweren LKWs verwendet. Sie sind in der Regel direkte Injektions-, Inline-, Sechszylinder-Turbolader- und Nachkühlmotoren. Einige V-8- und V-12-Motoren gehören ebenfalls zu dieser Größengruppe.

Große Dieselmotoren haben Leistungsbewertungen von mehr als 750 Kilowatt. Diese einzigartigen Motoren werden für Marine-, Lokomotiv- und mechanische Antriebsanwendungen sowie für die Erzeugung von Stromkraft verwendet. In den meisten Fällen sind sie direkte Injektions-, Turbo- und Nachkühlsysteme. Sie können bei nur 500 Umdrehungen pro Minute arbeiten, wenn Zuverlässigkeit und Haltbarkeit von entscheidender Bedeutung sind.

Zweitaktmotoren und Viertaktmotoren
Wie bereits erwähnt, sind Dieselmotoren so ausgelegt, dass sie entweder im Zwei- oder Vier-Takt-Zyklus betrieben werden. In dem typischen Vier-Takt-Zyklus-Motor befinden sich die Einlass- und Abgasventile und die Kraftstoffeinspritzdüse im Zylinderkopf (siehe Abbildung). Oft werden zwei Ventilanordnungen - zwei Einlass und zwei Abgasventile - eingesetzt.
Die Verwendung des Zweitaktzyklus kann die Notwendigkeit eines oder beiden Ventile im Motordesign beseitigen. Schnurber- und Einlassluft werden normalerweise durch Anschlüsse im Zylinderliner bereitgestellt. Der Auspuff kann entweder über Ventile im Zylinderkopf oder über die Anschlüsse im Zylinderliner erfolgen. Die Motorkonstruktion wird vereinfacht, wenn ein Port -Design anstelle einer Ausgabventile verwendet wird.

Kraftstoff für Diesel
Erdölprodukte, die normalerweise als Kraftstoff für Dieselmotoren verwendet werden, sind Destillate aus schweren Kohlenwasserstoffen mit mindestens 12 bis 16 Kohlenstoffatomen pro Molekül. Diese schwereren Destillate werden aus Rohöl entnommen, nachdem die in Benzin verwendeten Teile entfernt wurden. Die Siedepunkte dieser schwereren Destillate reichen von 177 bis 343 ° C (351 bis 649 ° F). Daher ist ihre Verdampfungstemperatur viel höher als die von Benzin, die weniger Kohlenstoffatome pro Molekül aufweist.

Wasser und Sediment in Kraftstoffen können für den Motorbetrieb schädlich sein. Reinigungskraftstoff ist für effiziente Einspritzsysteme von entscheidender Bedeutung. Kraftstoffe mit einem hohen Kohlenstoffrückstand können mit Motoren mit niedriger Drehung am besten behandelt werden. Gleiches gilt für diejenigen mit hohem Asche- und Schwefelgehalt. Die Cetanzahl, die die Zündqualität eines Kraftstoffs definiert, wird unter Verwendung von ASTM D613 „Standard -Testmethode für die Cetan -Anzahl von Diesel -Heizöl“ bestimmt.

Entwicklung von Dieselmotoren
Frühe Arbeit
Rudolf Diesel, ein deutscher Ingenieur, hat die Idee für den Motor konzipiert, der jetzt seinen Namen trägt, nachdem er ein Gerät gesucht hatte, um die Effizienz des Otto-Motors zu erhöhen (der erste Viertakt-Zyklus-Motor, der vom deutschen Ingenieur des 19. Jahrhunderts gebaut wurde Nikolaus Otto). Diesel erkannte, dass der elektrische Zündungsprozess des Benzinmotors eliminiert werden könnte, wenn während des Kompressionshubs eines Kolbenzylindervorgangs die Kompression Luft auf eine höhere Temperatur erhitzen könnte als die Autoritätstemperatur eines bestimmten Brennstoffs. Diesel schlug einen solchen Zyklus in seinen Patenten von 1892 und 1893 vor.
Ursprünglich wurde entweder Kohlepulver oder flüssiges Erdöl als Kraftstoff vorgeschlagen. Dieselsahe Kohlepulver, ein Nebenprodukt der Saar-Kohleminen, als leicht verfügbarer Kraftstoff. Druckluft sollte verwendet werden, um Kohlestaub in den Motorzylinder einzuführen. Die Kontrolle der Kohleeinspritzrate war jedoch schwierig, und nachdem der Versuchsmotor durch eine Explosion zerstört worden war, wandte sich Diesel zu flüssigem Erdöl um. Er führte den Kraftstoff weiter mit Druckluft in den Motor ein.
Der erste kommerzielle Motor, der auf Dieselpatenten gebaut wurde in den USA und Kanada. Der Motor arbeitete jahrelang erfolgreich und war der Vorläufer des Busch-Sulzer-Motors, der viele U-Boote der US-Marine im Ersten Weltkrieg betrieben hatte. Ein weiterer Dieselmotor, der für denselben Zweck verwendet wurde In Groton, Conn.

Der Dieselmotor wurde zum Hauptkraftwerk für U -Boote im Ersten Weltkrieg. Er war nicht nur wirtschaftlich bei der Verwendung von Kraftstoff, sondern erwies sich auch unter Kriegsbedingungen als zuverlässig. Dieselbrennstoff, weniger flüchtig als Benzin, wurde sicherer gelagert und behandelt.
Am Ende des Krieges suchten viele Männer, die Dieselmotoren betrieben hatten, nach Friedensjobs. Die Hersteller begannen, Dieselmotoren für die Friedenswirtschaft anzupassen. Eine Modifikation war die Entwicklung des sogenannten Semidiesels, der in einem Zwei-Takt-Zyklus bei einem niedrigeren Kompressionsdruck operierte und eine heiße Glühbirne oder einen Schlauch nutzte, um die Kraftstoffladung zu entzünden. Diese Änderungen führten dazu, dass ein Motor billig zu bauen und zu warten.

Kraftstoffinjektionstechnologie
Ein anstößiges Merkmal des vollen Diesels war die Notwendigkeit eines Hochdruck-Injektionsluftkompressors. Es war nicht nur Energie erforderlich bis 4 Megapascals (493 bis 580 Pfund pro Quadratzoll). Diesel hatte Hochdruckluft benötigt, um Kohlepulver in den Zylinder einzuführen; Wenn flüssiges Erdöl als Kraftstoffpulverpulverpulver ersetzte, konnte eine Pumpe an die Stelle des Hochdruckluftkompressors eingenommen werden.

Es gab eine Reihe von Möglichkeiten, wie eine Pumpe verwendet werden konnte. In England verwendete die Vickers Company eine sogenannte Common-Rail-Methode, bei der eine Batterie von Pumpen den Kraftstoff unter Druck in einem Rohr hielt, der über die Länge des Motors führte, mit Leitungen zu jedem Zylinder. Von dieser Schiene (oder Rohr-) Kraftstoffversorgung legte eine Reihe von Injektionsventilen die Kraftstoffladung an jeden Zylinder am richtigen Punkt seines Zyklus zu. Eine andere Methode verwendete den CAM-betriebenen Ruck oder ein Kolben-Typ Pumpen, um Kraftstoff unter momentan hohem Druck zum Einspritzventil jedes Zylinders zum richtigen Zeitpunkt zu liefern.

Die Eliminierung des Einspritzluftkompressors war ein Schritt in die richtige Richtung, aber es gab noch ein weiteres Problem zu lösen: Der Motorauspuff enthielt eine übermäßige Menge an Rauch, selbst bei Ausgaben gut innerhalb der Leistung des Motors und obwohl war genügend Luft im Zylinder, um die Kraftstoffladung zu verbrennen, ohne einen verfärbten Auspuff zu hinterlassen, der normalerweise eine Überlastung angte. Die Ingenieure stellten schließlich fest, dass das Problem darin bestand, dass die momentane Hochdruck-Injektionsluft, die in den Motorzylinder explodierte Durchsuchen Sie die Sauerstoffatome, um den Verbrennungsprozess abzuschließen, und da Sauerstoff nur 20 Prozent der Luft ausmacht, hatte jedes Brennatom nur eine Chance, wenn es darum geht, ein Sauerstoffatom zu begegnen. Das Ergebnis war eine unangemessene Verbrennung des Kraftstoffs.

Das übliche Design einer Kraftstoffeinspritzdüse führte den Kraftstoff in den Zylinder in Form eines Kegelsprays ein, wobei der Dampf aus der Düse und nicht in einem Strom oder Strahl ausstrahlte. Es konnte nur sehr wenig getan werden, um den Kraftstoff gründlicher zu diffundieren. Eine verbesserte Mischung musste erreicht werden, indem der Luft zusätzliche Bewegung durch Induktionsproduzierungen oder eine radiale Bewegung der Luft, die als Squish oder beides bezeichnet wurde, vom äußeren Rand des Kolbens in die Mitte vermittelt hatte. Es wurden verschiedene Methoden angewendet, um diesen Wirbel und Squish zu schaffen. Die besten Ergebnisse werden anscheinend erzielt, wenn der Luftwirbel eine eindeutige Beziehung zur Kraftstoffeinspritzrate trägt. Eine effiziente Nutzung der Luft innerhalb des Zylinders erfordert eine Rotationsgeschwindigkeit, die dazu führt, dass die eingeschlossene Luft während der Injektionsperiode kontinuierlich von einem Spray zum nächsten bewegt, ohne dass die Zyklen extrem absenkten.