Techniek! Zo werken dieselmotoren (2024)

Auteur: Author, gepost 10 januari 2016 om 15:16 – 97 Reacties

Voor de een gesneden koek, voor de ander een walmend, ratelend mysterie. Autoblog is het om het even en zet de dieselmotor eens in het zonnetje.

Een stukje historie

Tegenwoordig is de dieselmotor, een uitvinding van de Duitser/Fransman Rudolf Diesel, niet meer weg te denken uit de showroom. Het had echter nog wel wat voeten in de aarde voordat de eerste zelfontbranders hun weg vonden richting personenauto’s. De (toen nog) beperkte levensduur, de trillingen en plenty kinderziekten moesten worden overwonnen, voordat personenauto’s met een gerust hart van een dieselmotor konden worden voorzien. Over het algemeen wordt aangenomen dat Mercedes in de jaren ’30 van de vorige eeuw als eerste op grote(re) schaal gebruik maakte van dieseltechniek in personenauto’s, te weten bij de 260 D. Je ziet ‘m op onderstaand plaatje.

De werking

Voor wie geen idee heeft wat een verbrandingsmotor is of hoe deze werkt; lees dit artikel even door en je bent weer enigszins bij. De (viertakt-)dieselmotor onderscheidt zich van de benzinemotor, doordat eerstgenoemde in beginsel alleen lucht de verbrandingskamer in perst tijdens de inlaatslag. Hier komt dus nog geen brandstof bij kijken. Vervolgens komt de zuiger omhoog waardoor de lucht in de verbrandingskamer wordt samengeperst. Hierdoor neemt zowel de druk als de temperatuur in de cilinder toe. Sterker nog: de gecomprimeerde lucht kan een temperatuur bereiken van zo’n 900 graden.

Op het moment dat de druk het hoogst is omdat de zuiger het hoogste punt bereikt heeft, wordt de diesel onder zeer hoge druk de verbrandingskamer ingespoten. Door de hoge temperatuur van de al aanwezige lucht ontbrandt de brandstof vanzelf, waardoor de zuiger met kracht naar beneden wordt gedrukt. Dit is inderdaad de arbeidsslag. Het grote verschil met de benzinemotor is dus dat er geen vonk van de bougie(s) voor nodig is (of zijn) om het mengsel te laten ontbranden. Dat komt door de hoge druk en de bijbehorende hoge temperatuur in de verbrandingskamer.

Na ontbranding openen de uitlaatkleppen en stuwt de zuiger het verbrande mengsel de cilinder uit, resulterend in een hoop fijnstof en ander leed. Ha! Een grapje.

Compressie en turbo’s

Zoals vermeld is de compressieverhouding in een dieselmotor een stuk hoger dan bij benzinemotoren het geval is. Dat kan worden bewerkstelligd door de zuiger een relatief lange slag te laten maken. De zuiger legt daardoor een langere weg af en comprimeert dus lucht dus verder dan wanneer eerstgenoemde een kortere weg aflegt.

Nog een zeer bekend middel om de compressie te verhogen, is natuurlijk de turbocompressor. Dit onderdeel is tegenwoordig onlosmakelijk aan de dieselmotor verbonden en maakt van de uitlaatgassen gebruik om de lucht onder druk de verbrandingskamer in te jagen. Zodoende kan de compressie worden verhoogd, zodat de dieselmotor z’n werking beter doet. Check overigens ook dit geweldig innovatieve foefje van Rolls-Royce, om de druk in een wankelmotor op diesel hoog genoeg te krijgen.

Diesel = zuiniger dan benzine

Bovenstaand tussenkopje zal anno 2015 weinig stof doen opwaaien, maar hoe komt het dat dieselmotoren relatief gezien zuiniger zijn dan benzinemotoren? Daarvoor zijn verschillende redenen aan te voeren, we noemen de belangrijkste.

Ten eerste heeft diesel een hogere calorische waarde dan benzine. Het verschil is niet super, maar met 36 GJ/m³ voor diesel tegenover 33 GJ/m³ voor benzine toch opmerkelijk. Daarnaast is de compressieverhouding in dieselmotoren een stuk hoger. Daardoor kan er simpelweg en simpel gezegd meer energie uit de brandstof worden gehaald. Ter vergelijk: de compressieverhouding in een dieselmotor kan oplopen tot zo’n 20:1, waar bij benzinemotoren rond de 11:1 een normale waarde is.

Inspuiting

Zoals gezegd wordt de brandstof onder zéér hoge druk de verbrandingskamer ingespoten, precies op het moment dat de zuiger het hoogste punt heeft bereikt en de lucht het meest is samengeperst. Voorheen werd de diesel middels zogeheten indirecte injectie ingespoten. Tegenwoordig is directe injectie de standaard, waarbij de inspuitdruk varieert tot wel 3.000 bar.

Het belang van de vooruitgang met betrekking tot de inspuiting, heeft te maken met het feit dat brandstof beter verbrandt als deze fijner wordt verneveld. Hoe hoger de druk, hoe fijner de verneveling en hoe efficiënter de motor in zijn geheel werkt. Het resultaat is dus een hoger rendement, dankzij de betere verbranding.

Een voorbeeld van moderne inspuitingstechniek is de bekende common rail-techniek. Bij dit systeem wordt brandstof in een centrale buis verzameld. Deze buis is gelinkt aan de injectoren die de cilinder van juice voorzien. Het moment van inspuiting en de hoeveelheid in te spuiten brandstof worden zeer nauwkeurig bepaald door de ECU.

Tot zover…

De belangrijke basisprincipes van de zelfontbrander hebben we binnen de beschikbare tijd en ruimte wel zo’n beetje gecoverd. Geef vooral in de comments aan waar je meer over zou willen lezen, dan komen we daar wellicht binnenkort aan toe.