Warum verwenden schwere Fahrzeuge fast immer Dieselmotoren?

Ich habe mich immer gefragt, warum schwere Fahrzeuge wie große Lastwagen und Busse fast immer Dieselmotoren verwenden, während bei leichten Autos zwischen Diesel- und Benzinmotoren gewählt werden kann.

Der Motorwirkungsgrad könnte die Vorliebe für Dieselmotoren erklären, aber ist dies auch bei leichten Autos nicht eine berechtigte Überlegung? Sie sollten mit einem Dieselmotor eine bessere Effizienz erzielen, und deshalb sollten alle Autos Dieselmotoren verwenden.

Warum verwenden große Fahrzeuge fast immer Dieselmotoren, aber leichte Autos haben die Wahl zwischen Benzin und Diesel?

Könnte moderne Technologie wie die Hybridtechnologie mit Atkinson Cycle auch große Fahrzeuge mit Benzinmotoren versorgen? Ich habe gelesen, dass der Atkinson-Motor im Toyota Prius 2016 einen thermischen Wirkungsgrad von 40% hat. Dies ist meiner Meinung nach sehr dieselartig und könnte, wenn die Technologie vergrößert wird, dazu beitragen, die Benzin-Technologie auf große Fahrzeuge zu übertragen.

Drehmoment ist der Name des Spiels. Zum Bewegen schwerer Lasten 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 Selbstzündung benötigt wird. Um das höhere Verdichtungsverhältnis zu erreichen, ist ein längerer Hub erforderlich. Der längere Hub ergibt sich aus einem größeren Kurbelwellenversatz. Dieser Versatz ergibt ein größeres Drehmoment.

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

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

Wenn ein Benzinmotor verwendet würde, müsste er viel größer sein. Der viel größere Motor würde zu einem höheren Kraftstoffverbrauch führen.

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

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

Somit wäre keiner der Motortypen unabhängig von technischen Überlegungen für den Einsatz in allen Fahrzeugen wirtschaftlich gut geeignet. Wann immer Kraftstoff für einen Motortyp erzeugt wird, wird Kraftstoff für den anderen Motortyp als Nebenprodukt erzeugt, und jemand kommt mit einem Motor, 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 täglich den ganzen Tag unterwegs ist, ergeben sich große Einsparungen aufgrund der besseren Kraftstoffeffizienz und der geringeren Ausfallzeiten für Reparaturen.

Zur zusätzlichen Frage des OP zu leichten Fahrzeugen, die Diesel einsetzen: In den USA hat Diesel ein sehr negatives Image der Verbraucher, nämlich, dass es schmutzig, laut, langsam usw. ist. Die Autohersteller behaupten, dass selbst dieselbetriebene Verbraucher Benzin überlegen sind in den USA werden sie nicht kaufen. Es ist nicht wert, die Gültigkeit dieser Behauptung hier zu diskutieren, aber es ist erwähnenswert, dass in anderen Ländern wie Europa ein großer Prozentsatz der Verbraucherfahrzeuge Diesel sind. Die Antwort könnte eher kultureller als wissenschaftlicher Natur sein (ob ich nun die US-amerikanische Konsumkultur oder die Big Three-Firmenkultur meine, sie ist offen für Interpretationen).

Bei zwei Motoren mit gleichem Gewicht, die beide mit ihrem jeweils optimalen Wirkungsgrad betrieben werden (dh maximale mechanische Arbeit pro Einheit der chemischen Enthalpie im verbrannten Kraftstoff), ergibt sich für jeden Motortyp ein ähnlicher Kraftstoffverbrauch. Ein Dieselmotor bietet jedoch in der Regel etwas mehr Leistung, indem er mehr Drehmoment abgibt. So ist es effizienter.

Ein solcher optimaler Wirkungsgrad wird jedoch immer bei einer ziemlich niedrigen Drehzahl erreicht. Jetzt bieten Kolbenmotoren tatsächlich die meiste Leistung bei hohen Drehzahlen, allerdings auf Kosten eines verringerten Wirkungsgrades. Dh durch Herunterschalten und Heraufdrehen erhalten Sie wesentlich mehr Leistung (und benötigen viel mehr Kraftstoff). Da Ottomotoren jetzt schneller als Dieselmotoren laufen können (und auch dazu neigen, viel schneller zu reagieren), eignen sie sich besser für diese Art des „Übertaktens“ und sind daher für Sportwagen attraktiver. Für Lkw ist dies jedoch nicht wirtschaftlich.

Wenn Sie so wollen, ist ein Otto-Motor ein Kompromiss zwischen einem Dieselmotor (schwer; guter Wirkungsgrad bei niedrigen Drehzahlen; geringe Zusatzleistung bei hohen Drehzahlen) und einer Gasturbine (sehr leicht; schrecklicher Wirkungsgrad bei niedrigen Drehzahlen; viel Leistung bei hohen Drehzahlen) ).

Zumindest im Vereinigten Königreich ist eine weitere Überlegung, 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 der Diesel hier ungefähr 1,10 Pfund pro Liter (lokale Werkstatt, fuhr früher vorbei), wohingegen das letzte Mal, als ich roten Diesel kaufte, es ungefähr 0,60 Pfund pro Liter war.

Ich weiß nicht, ob dies in anderen Ländern der Fall ist, aber angesichts der Ähnlichkeit der Diesel- / Benzinleistung bedeutet diese deutliche Senkung der Kraftstoffkosten, dass Diesel der Kraftstoff der Wahl für Traktoren und landwirtschaftliche Maschinen oder Motoren ist, die dies nicht tun. “ t Die Räder von Straßenfahrzeugen wie Kühlsystemen, Generatoren usw. antreiben. Wenn in anderen Ländern Ähnliches passiert, ist dies zweifellos ein Grund dafür, dass Dieselmotoren diese Branchen dominieren. Sie könnten keinen Benzinmotor herstellen, der im Laufe seiner Lebensdauer ausreichend weniger Kraftstoff verbraucht, um eine solche Differenz der Kraftstoffkosten auszugleichen.

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

Zugegeben, das rote Diesel-Argument ist nicht für Straßenfahrzeuge geeignet, aber wenn man bedenkt, dass die Ladung eines 40-Zoll-Anhängers mit der eines Traktors und eines Anhängers auf einem Feld vergleichbar ist, ist es für Motorenhersteller einfacher, zwei gleich zu machen auf den Markt zugeschnittene Motoren. Ich weiß bei weitem nicht genug darüber, wem was die Dieselmotorenhersteller in den letzten fünfzig Jahren angetan haben, aber es gibt zumindest Anlass zu Zweifeln.

Wenn schließlich alle Diesel verwenden würden, müsste die Polizei jedes Fahrzeug im Kraftstofftank auf roten Diesel prüfen, und nicht auf den geringen Prozentsatz, der heute noch verwendet werden könnte. Dies würde Regierungen und Ölunternehmen viele Millionen an Einnahmeverlusten kosten, was natürlich undenkbar wäre.

Einige gute und einige fast gute Antworten hier.

Dieselmotoren (oder Kolbenmotoren) benötigen - im Gegensatz zu den oben angegebenen - nicht unbedingt einen langen Hub für eine hohe Verdichtung. Aber sie haben oft unter quadratischen Bohrungen und / oder Hüben, 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 reguliert. . usw.

Eine hohe Kompression kann mit und ohne Änderung des Hubs erreicht werden, und dies kann durch Ändern der Pleuellänge (nicht gleich Hub) erfolgen, so dass der Kolben weiter oben am Zylinderblock positioniert wird und möglicherweise in den Brennraum hineinragt / oder durch Ändern der Kolbengeometrie.

Ein größerer Hub kann und wird häufig zu einem größeren Moment und Drehmoment an der Kurbelwelle führen (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 Kolben ausgeübt wird, der von erzeugt wird jedes Verbrennungsprodukt, wenn es mit einem langen Hub ("Hebel") mit der Kurbelwelle verbunden ist; es erhöht aber - wie erwähnt - auch die Reibung.

Dieselmotoren können in der Regel eine extrem hohe Verdichtung (viel höher als typische Benzinmotoren) aufweisen, da sie Kraftstoff verwenden, der sich - unter anderem - bei Verdichtungsverhältnissen, die in einem typischen Benzinmotor üblich sind, nicht verdichtet.

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

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

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

Da es wirklich ein paar Dinge gibt, die der Antriebsstrangingenieur tun kann, um die Leistung eines (Diesel- / Benzin-) Kolbenmotors zu steigern (abgesehen davon, den Kraftstoffverbrauch und / oder die Hubraumkapazität zu erhöhen, die statische Motorleistung zu erhöhen, die Verdichtung zu erhöhen, die Reibung zu verringern) Beachten Sie bitte, dass die zunehmende Komprimierung in direktem Zusammenhang mit der Steigerung des Wirkungsgrades und der Leistung steht.

Im Gegensatz zum Beispiel zur 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.

Selbst dann, wenn Sie den 454 mit einem Turbolader aufladen, werden Sie ein unglaubliches Drehmoment und eine unglaubliche Leistung von mehr als 1500 PS haben und sich möglicherweise 2000 PS nähern, vorausgesetzt, dass alles Tuning / Betanken richtig durchgeführt wird.

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

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

Der Verbrennungsprozess ist komplex und dies ist ein Ort, an dem Effizienz, Wirtschaftlichkeit und Drehmoment / Leistung maximiert werden können.

Aus diesem Grund sehen wir moderne Benzinautos - vor allem die europäischen - alle mit Direkteinspritzung. Wie die meisten Dieselmotoren seit Jahren.

Auf diese Weise kann der Verbrennungsprozess für alle Bedingungen und Fahrmodi besser gesteuert werden.

Dieselmotoren sorgen - anders als die meisten typischen Benzinmotoren, insbesondere die vor einem Jahrzehnt - fast immer dafür, dass sie genau im oberen Totpunkt (OT) feuern, da sie auf Selbstzündung angewiesen sind.

Viele typische Benzinmotoren - von denen einige noch heute sind - sind aufgrund der Komplexität eines Motors und der Geschwindigkeit, mit der sich Dinge im Inneren bewegen, nicht in der Lage, jeden einzelnen Verbrennungszyklus genau auf den oberen Totpunkt zu bringen. und wenn dies nicht geschieht, sinken der Wirkungsgrad und das Drehmoment bald.

Je schneller sich ein Motor dreht, desto schwerer ist es, sicherzustellen, dass jeder einzelne Verbrennungszyklus genau beim oberen Totpunkt ausgelöst wird. Dies ist einer der Gründe, warum Nicht-Dieselmotoren heutzutage alle einzelne Spulenpakete (für jeden Stecker) und irgendeine Form von elektronisch / computergesteuerter Zündung haben.

Vergleichsweise benötigen Dieselmotoren überhaupt keine elektronischen Zündsysteme und sie haben auch keine hohen Kurbelwellendrehzahlen (ein Ozeandiesel erreicht selten mehr als 250 - 300 U / min, wenn das der Fall ist).

Dieselmotoren sind grundsätzlich so gebaut, dass sie ein erhebliches Drehmoment aus sehr niedrigen Fahrzeug- / Motordrehzahlen erzeugen. Sie verwenden auch einen Kraftstoff, der so ausgelegt wurde (damals war nur Benzin verfügbar), dass er ein sehr hohes Verdichtungsverhältnis ermöglicht.

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

Normalerweise - vor etwa einem Jahrzehnt - war es die Fähigkeit des Dieselmotors, ein signifikantes Drehmoment aus niedrigen Fahrzeug- / Motordrehzahlen zu erzeugen, kombiniert mit seiner Fähigkeit, hohe Verdichtungsverhältnisse zu unterstützen, und auch die Tatsache, dass Dieselmotoren mit Turbolader ausgestattet waren; das bot oftmals 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 turbogeladen, direkt eingespritzt und haben hohe Verdichtungsverhältnisse, sondern sie können auch größere Kurbelwellendrehzahlbandbreiten als Dieselmotoren und produzieren große Drehmomente auch bei niedrigen Kurbelwellendrehzahlen.

Dies trifft das gleiche Ziel wie einige der bisher angebotenen Alleinstellungsmerkmale von Diesel.

Trotzdem wird der Dieselmotor noch eine Weile populär sein, da Dieselkraftstoff etwas billiger als typisches Benzin ist.

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

Ich denke jedoch, dass die Kombination des langsamen Niedergangs der fossilen Brennstoffindustrie, der Kohlenstoff- / Umweltverschmutzungspolitik der meisten Länder der Ersten Welt und des Anstiegs von Hybrid- / Einzelelektromotoren in Personenkraftwagen wahrscheinlich sein wird - sofern dies nicht wesentlich ist entwickelt sich - schalten Sie den Dieselmotor innerhalb der nächsten 10 Jahre aus.