Warum verwenden schwere Fahrzeuge fast immer Dieselmotoren?

Drehmoment ist der Name des Spiels. Um schwere Lasten zu bewegen, ist ein hohes Drehmoment erforderlich. Beim Vergleich eines Benzinmotors mit einem vergleichbaren Dieselmotor hat der Diesel immer ein höheres Drehmoment. Das höhere Drehmoment ergibt sich aus der Notwendigkeit eines höheren Verdichtungsverhältnisses, das für die Kompressionszündung benötigt wird. Um das höhere Verdichtungsverhältnis zu erreichen, ist ein längerer Hub erforderlich. Der längere Hub kommt von einem größeren Kurbelwellenversatz. Dieser Versatz ergibt ein größeres Drehmoment.

Ein weiterer Aspekt ist, dass Diesel bei sehr niedrigen Drehzahlen ein enormes Drehmoment erzeugen können. Einfach ausgedrückt bedeutet mehr Kraftstoff mehr Drehmoment, wenn alles andere gleich bleibt. Ein Diesel hat keine Drosselklappen und saugt bei jedem Hub die maximale Luftmenge an. Bei einem Diesel bestimmt die zugesetzte Kraftstoffmenge die Leistung. Die Drossel steuert, wie viel Kraftstoff hinzugefügt wird. Das bedeutet, dass ein Diesel immer mager läuft. Im Leerlauf verbraucht der Motor kaum Kraftstoff. Dieses magere Gemisch ermöglicht die Zugabe großer Kraftstoffmengen auch bei niedrigen Drehzahlen. Ein Ottomotor hingegen muss das Kraftstoffgemisch immer optimal stöchiometrisch halten. Diese Notwendigkeit, das Gemisch korrekt zu halten, bedeutet, dass der Motor auf höhere Drehzahlen drehen muss, um mehr Kraftstoff zu erhalten. Dies bedeutet, dass ein Benzinmotor sein Drehmoment bei viel höheren Drehzahlen entwickelt als ein Diesel.

Der einzige wirkliche Nachteil dieser Drehmomenterzeugung ist eine begrenzte Drehzahl. Dies wird durch ein Getriebe mit vielen, vielen Gängen kompensiert.

Wenn ein Benzinmotor verwendet würde, müsste dieser viel größer sein. Der viel größere Motor würde für einen höheren Kraftstoffverbrauch sorgen.

Ein wichtiger, aber oft übersehener Grund für die Dominanz von Benzinmotoren in Personenkraftwagen ist der Bedarf an Dieselmotoren in schweren Fahrzeugen. Eine bestimmte Menge Rohöl ergibt je nach Zusammensetzung eine bestimmte Menge Diesel, eine bestimmte Menge Benzin, eine bestimmte Menge Kerzenwachs und bestimmte bestimmte Mengen anderer Erdölprodukte. Wenn wir also die Menge eines dieser Produkte, die wir benötigen, als konstant festlegen, dann haben wir auch die Mengen aller anderen Produkte als konstant festgelegt.

Wie vini_i in einer anderen Antwort erklärte, erzeugen Dieselmotoren mehr Drehmoment als Nebenprodukt der technischen Entscheidungen bei der Schaffung eines Motors mit höherem Verdichtungsverhältnis. Die schweren Fahrzeuge erhalten die dieselbetriebenen drehmomenterzeugenden Motoren. Lassen Sie uns die Menge an Dieselkraftstoff festlegen, die benötigt wird, um die Waren einer bestimmten Nation mit Diesel zu transportieren. Jetzt haben wir eine festgelegte Menge Benzin, die als Nebenprodukt bei der Herstellung dieses Dieselkraftstoffs produziert wurde. Es ist viel sinnvoller, Benzinmotoren in die Pkw einzubauen, die dieses übrig gebliebene Benzin verbrennen können, als Dieselmotoren in die Pkw einzubauen, die dann um die festgelegte produzierte Dieselmenge konkurrieren.

Daher wäre kein Motortyp unabhängig von technischen Erwägungen wirtschaftlich gut für die Verwendung in allen Fahrzeugen geeignet. Immer wenn Kraftstoff für einen Motortyp erzeugt wird, wird Kraftstoff für den anderen Motortyp als Nebenprodukt erzeugt, und jemand wird mit einem Motor daherkommen, der dieses Nebenprodukt verbrennen kann.

Zur Hauptfrage von OP: „Warum verwenden schwere Fahrzeuge fast immer Dieselmotoren?“ Antwort: Kosten und Zuverlässigkeit. Dieselmotoren sind deutlich teurer, haben aber eine um ein Vielfaches längere Lebensdauer als Benzinmotoren. Für ein Nutzfahrzeug, das jeden Tag den ganzen Tag unterwegs ist, summiert sich das zu großen Einsparungen aufgrund der besseren Kraftstoffeffizienz und weniger Ausfallzeiten für Reparaturen.

Zur zusätzlichen Frage des OP zu leichten Fahrzeugen, die Diesel verwenden: In den Vereinigten Staaten hat Diesel ein sehr negatives Verbraucherimage, dass es schmutzig, laut, langsam usw. ist. Autohersteller behaupten, dass selbst wenn dieselbetriebene Verbraucherfahrzeuge dem Benzin überlegen sind, die Verbraucher in den USA werden sie nicht kaufen. Es lohnt sich nicht, die Gültigkeit dieser Behauptung hier zu diskutieren, aber es ist erwähnenswert, dass an anderen Orten wie Europa ein großer Prozentsatz der Verbraucherfahrzeuge Dieselfahrzeuge sind. Die Antwort könnte also eher kulturell als wissenschaftlich sein (ob ich die US-Konsumkultur oder die Kultur der großen drei Autounternehmen meine, ist offen für Interpretationen).

Bei zwei Motoren mit ähnlichem Gewicht, die beide mit ihrem jeweiligen optimalen Wirkungsgrad betrieben werden (dh maximale mechanische Arbeit, die pro Einheit chemischer Enthalpie im verbrannten Kraftstoff geleistet wird), erhalten Sie am Ende einen ähnlichen Kraftstoffverbrauch für beide Motortypen. Aber ein Dieselmotor bietet im Allgemeinen etwas mehr Leistung, indem er mehr Drehmoment liefert; so ist es effizienter.

Allerdings wird ein solcher optimaler Wirkungsgrad immer bei ziemlich niedrigen Drehzahlen erreicht. Jetzt bieten Kolbenmotoren tatsächlich die meiste Leistung bei hohen Drehzahlen, wenn auch auf Kosten einer verringerten Effizienz. Dh durch Herunterschalten und Hochdrehen bekommt man wesentlich mehr Leistung (und braucht deutlich mehr Sprit). Da Ottomotoren nun höher gedreht werden können als Dieselmotoren (und auch tendenziell viel schneller ansprechen), sind sie für diese Art des „Übertaktens“ besser geeignet und daher für Sportwagen eher attraktiv. Für Lastwagen ist dies jedoch nicht wirtschaftlich.

Wenn man so will, ist ein Ottomotor ein Kompromiss zwischen einem Dieselmotor (schwer; guter Wirkungsgrad bei niedriger Drehzahl; wenig Mehrleistung bei hoher Drehzahl) und einer Gasturbine (sehr leicht; schrecklicher Wirkungsgrad bei niedriger Drehzahl; viel Leistung bei hoher Drehzahl ).

Eine weitere Überlegung, zumindest im Vereinigten Königreich, ist, dass Sie "roten Diesel" (Dieselkraftstoff, rot gefärbt) für den Einsatz in der Landwirtschaft, für stationäre Generatoren usw. mit weitaus geringeren Steuern kaufen können. Derzeit kostet Diesel hier etwa 1,10 £ pro Liter (örtliche Werkstatt, früher vorbeigefahren), während das letzte Mal, als ich roten Diesel gekauft habe, etwa 0,60 £ pro Liter betrug.

Ich weiß nicht, ob so etwas in anderen Ländern vorkommt, aber angesichts der ähnlichen Leistung von Diesel/Benzin (Benzin) bedeutet diese erhebliche Reduzierung der Kraftstoffkosten, dass Diesel der Kraftstoff der Wahl für Traktoren und landwirtschaftliche Maschinen oder jeden Motor ist, der dies nicht tut t die Räder von Straßenfahrzeugen wie Kühlsystemen und Generatoren usw. antreiben. Wenn in anderen Ländern Ähnliches passiert, ist dies sicherlich ein Grund dafür, dass Dieselmotoren diese Industrien dominieren. Sie wären nicht in der Lage, einen Benzinmotor herzustellen, der während seiner Lebensdauer ausreichend weniger Kraftstoff verbraucht, um eine solche Kraftstoffkostendifferenz auszugleichen.

Ich weiß es nicht, aber ich wage zu vermuten, dass eine solche Situation vor Jahren auftrat, als Benzinmotoren einfach nicht das erforderliche Drehmoment oder die erforderliche Zuverlässigkeit unter den erforderlichen Bedingungen erzeugen konnten, sodass Diesel die bevorzugte Option war. Die Gesetzgebung zur Kraftstoffsteuer für verschiedene Zwecke wird mit den modernen Entwicklungsraten privater Unternehmen nicht Schritt halten.

Zugegeben, das Argument des roten Diesels reicht bei Straßenfahrzeugen nicht aus, aber wenn man bedenkt, dass die gezogene Last in einem 40-Fuß-Anhänger mit der eines Traktors und Anhängers auf einem Feld vergleichbar ist, ist es für Motorenhersteller einfacher, zwei ähnliche zu bauen auf den Markt zugeschnittene Motoren. Ich weiß nicht annähernd genug darüber, wem wem gehört, wenn es um Dieselmotorenhersteller in den letzten fünfzig Jahren geht, aber es gibt zumindest Zweifel.

Wenn schließlich alle Diesel verbrauchen, müsste die Polizei jedes Fahrzeug auf roten Diesel im Kraftstofftank überprüfen, und nicht auf den kleinen Prozentsatz, der ihn heute sinnvollerweise verwenden könnte. Dies würde Regierungen und Ölkonzerne viele Millionen an entgangenen Einnahmen kosten, was natürlich undenkbar wäre.

Einige gute und einige fast gute Antworten hier.

Dieselmotoren (oder andere Kolbenmotoren) benötigen - im Gegensatz zu dem oben Gesagten - nicht unbedingt einen langen Hub für eine hohe Kompression; aber sie haben oft unterquadratische Bohrungen und / oder Hübe, die nicht kurz sind (nach typischen Benzinmotorstandards).

Dieselmotoren haben - anders als oben behauptet - Drosselklappen; Diese regulieren den einströmenden Luftstrom – der wiederum Drehmoment, Leistung und Drehzahl regelt. . usw.

Eine hohe Kompression kann mit und ohne Änderung des Hubs erreicht werden, und dies kann erreicht werden, indem die Länge der Pleuelstange geändert wird (nicht dasselbe wie der Hub), sodass der Kolben weiter oben im Zylinderblock platziert wird und möglicherweise in die Verbrennungskammer hineinragt /oder durch Veränderung der Kolbengeometrie.

Ein größerer Hub kann und führt häufig zu einem größeren Momentan- und zusammengesetzten Drehmoment an der Kurbelwelle (denken Sie an die Hebelwirkung mit einem großen Schraubenschlüssel; da dies [plus mehr Reibung] genau das ist, was Sie dem BMEP und / oder der Kraft geben, die auf den erzeugten Kolben ausgeübt wird). jedes Verbrennungsprodukt, wenn es mit einem langen Hub/"Hebel" mit der Kurbelwelle verbunden wird); aber - wie erwähnt - es erhöht auch die Reibung.

Dieselmotoren können normalerweise eine extrem hohe Kompression (viel höher als typische Benzinmotoren) aufgrund des von ihnen verwendeten Kraftstoffs aufweisen, der unter anderem bei Kompressionsverhältnissen, die bei einem typischen Benzinmotor auftreten würden, nicht kompressionszündet.

Wie die Antworten und Anmerkungen von oben sagen; Der Name des Spiels ist immer Drehmoment.

Und das – plus die Fähigkeit, sowohl zuverlässig als auch (für die geleistete Arbeit) wirtschaftlich hohe Drehmomentwerte zu erzeugen – ist der Grund, warum Dieselmotoren hergestellt werden.

Pferdestärken (eine Kraft, die sich auf Objekte [ein Lastwagen] bezieht, die sich in einer geraden Linie und/oder einer linearen Ebene bewegen) ist einfach ein Produkt des Drehmoments (eine Kraft, die mit Objekten [einer Kurbelwelle] verbunden ist, die sich drehen und/oder drehen); die Menge an Drehmoment, die in einer bestimmten Zeit und/oder Drehzahl erzeugt wird.

Da es wirklich einige Dinge gibt, die der Antriebsstrangingenieur tun kann, um die Leistung eines (Diesel- / Benzin-) Kolbenmotors zu steigern (abgesehen von der Erhöhung des Kraftstoffverbrauchs und / oder der Hubkapazität, der Erhöhung der statischen Motorleistung, der Erhöhung der Kompression und der Verringerung der Reibung). /reziproke Gewichtung usw.), beachten Sie bitte, dass eine zunehmende Komprimierung in direktem Zusammenhang mit einer Steigerung der Effizienz und der Leistung steht.

Anders als beispielsweise die Erhöhung der statischen Motorleistung; Da ein 454-Kubikzoll-Chev (<7 Liter) nicht unbedingt effizienter ist als beispielsweise ein moderner 3-Liter-V6 - obwohl der 454-Chev wahrscheinlich leistungsstärker ist - vorausgesetzt, der 3-Liter-V6 war nicht turbogeladen.

Laden Sie den 454 selbst dann auf, und Sie werden ein erstaunliches Drehmoment und eine Leistung von über 1500 PS haben und sich möglicherweise 2000 PS nähern, vorausgesetzt, dass alle Abstimmungen / Betankungen richtig durchgeführt werden.

Dieselmotoren sind also so ausgelegt, dass sie über die oben genannten Konstruktionsansätze und eine sehr hohe Kompression/Verbrennung ein erhebliches Drehmoment erzeugen.

Die Länge des Hubs in einem Dieselmotor hat mehr mit der maximalen Drehmomenterzeugung (aus dem Verbrennungsprodukt) und / oder dem Design zu tun - als mit der reinen Kompression; aber - wie oben erwähnt - es kann auch die Komprimierung unterstützen.

Der Verbrennungsprozess ist komplex, und hier können Effizienz, Wirtschaftlichkeit und Drehmoment/Leistung maximiert werden.

Aus diesem Grund sehen wir moderne Benzinautos – insbesondere die europäischen – alle mit Direkteinspritzung herauskommen; wie die meisten Diesel seit Jahren.

Denn auf diese Weise lässt sich der Verbrennungsprozess für alle Bedingungen und Fahrmodi besser kontrollieren.

Dieselmotoren sorgen – im Gegensatz zu den meisten typischen Benzinmotoren, insbesondere denen von vor einem Jahrzehnt – fast immer dafür, dass sie genau am oberen Totpunkt (OT) zünden, da sie auf Selbstzündung angewiesen sind.

Viele typische Benzinmotoren – einige davon sogar heute noch – haben aufgrund der Komplexität eines Motors und der Geschwindigkeit, in der sich die Dinge bewegen, nicht die Präzision, jeden einzelnen Verbrennungszyklus direkt am OT zu zünden. und wenn dies nicht geschieht, sinken Effizienz und Drehmoment bald.

Je schneller ein Motor dreht, desto schwieriger ist es sicherzustellen, dass jeder einzelne Verbrennungszyklus genau am OT zündet; Dies ist ein Grund, warum Nicht-Dieselmotoren heutzutage alle individuelle Spulenpakete (für jede Kerze) und irgendeine Form von elektronischer / computergesteuerter Zündung haben.

Vergleichsweise benötigen Dieselmotoren überhaupt keine elektronischen Zündsysteme, und sie haben auch keine hohen Kurbelwellendrehzahlen (ein Ozeandampfer-Diesel wird selten mehr als 250 - 300 U / min erreichen, wenn überhaupt).

Dieselmotoren sind im Grunde genommen auch so gebaut, dass sie bei sehr niedrigen Fahrzeug-/Motordrehzahlen ein erhebliches Drehmoment erzeugen, und sie verwenden auch einen Kraftstoff, der (damals, als der einzige verfügbare Benzinkraftstoff verbleit war) darauf ausgelegt war, ein sehr hohes Verdichtungsverhältnis zu ermöglichen.

Es ist ein Trugschluss, dass Dieselmotoren viel effizienter sind als typische moderne Benzinmotoren.

Normalerweise - vor ungefähr einem Jahrzehnt - war es die Fähigkeit des Dieselmotors, ein signifikantes Drehmoment bei niedrigen Fahrzeug- / Motordrehzahlen bereitzustellen, kombiniert mit seiner Fähigkeit, hohe Verdichtungsverhältnisse zu unterstützen, und auch die Tatsache, dass Dieselmotoren turbogeladen waren; das lieferte oft die wahrgenommene Effizienz und andere Vorteile gegenüber dem typischen Benzinmotor.

Heutzutage – insbesondere bei bleifreien Benzinprodukten, die eine hohe Verdichtung unterstützen – sind typische Benzinmotoren nicht nur turboaufgeladen, direkt eingespritzt und laufen mit hohen Verdichtungsverhältnissen – sondern sie sind auch in der Lage, größere Bandbreiten an Kurbelwellendrehzahlen als Dieselmotoren zu erreichen und auch zu produzieren große Drehmomentzahlen auch bei niedrigen Kurbelwellendrehzahlen.

Das trifft das gleiche Ziel wie einige der Alleinstellungsmerkmale, die Diesel früher angeboten haben.

Dennoch wird sich der Dieselmotor noch eine Weile lang großer Beliebtheit erfreuen, da Dieselkraftstoff etwas billiger ist als herkömmliches Benzin.

Plus, Dieselmotoren; (a) sind robust, (b) sind relativ einfach, (c) sie laufen normalerweise mit niedrigen Drehzahlen [und sind daher Drehmomentprodukte und "ziemlich" wirtschaftlich / kosteneffektiv], (d) sie erfordern keinen ausgeklügelten Ventiltrieb und/oder Überlegungen zum Zündsystem, und (e) wenn sie für den Betrieb im 2-Takt-Modus ausgelegt sind, können sie implementiert werden, um größere Drehmomentausgaben mit manchmal gleicher oder geringerer Komplexität zu erzielen, insbesondere in Bezug auf Überlegungen zum Ventiltrieb.

Abgesehen davon denke ich, dass die Kombination aus dem langsamen Niedergang der Industrie für fossile Brennstoffe, der Kohlenstoff- / Umweltpolitik der meisten Länder der ersten Welt und auch dem Aufstieg von Hybrid- / eigenständigen Elektromotoren in Personenkraftwagen wahrscheinlich sein wird – sofern dies nicht signifikant ist entwickelt - tötet den Dieselmotor innerhalb der nächsten 10 Jahre ab.