Perché i veicoli pesanti usano quasi sempre motori diesel?

Mi sono sempre chiesto perché i veicoli pesanti come camion e autobus di grandi dimensioni utilizzino quasi sempre motori diesel, mentre nelle auto leggere è possibile scegliere tra motori diesel e benzina.

L'efficienza del motore potrebbe spiegare la preferenza rispetto ai motori diesel, ma non è una considerazione valida anche nelle auto leggere? Dovresti ottenere una migliore efficienza con un motore diesel e, pertanto, tutte le auto dovrebbero utilizzare motori diesel.

Quindi, perché i veicoli di grandi dimensioni usano quasi sempre motori diesel, ma le auto leggere possono scegliere tra benzina e diesel?

La tecnologia moderna come la tecnologia ibrida con il ciclo Atkinson potrebbe portare i motori a benzina anche su veicoli di grandi dimensioni? Ho letto che il motore a ciclo Atkinson nel 2016 Toyota Prius ha un'efficienza termica del 40%. Questo è molto simile al diesel secondo me e se la tecnologia fosse ingrandita, potrebbe aiutare a portare la tecnologia della benzina sui veicoli di grandi dimensioni.

Torque è il nome del gioco. Per spostare carichi pesanti è necessaria una coppia elevata. Se si confronta un motore a benzina con un motore diesel comparabile, il diesel avrà sempre una coppia maggiore. La coppia maggiore deriva dalla necessità di un rapporto di compressione più elevato necessario per l'accensione a compressione. Per ottenere un rapporto di compressione più elevato è necessaria una corsa più lunga. La corsa più lunga deriva da un maggiore sfasamento dell'albero motore. Questo offset fornisce una coppia maggiore.

Un altro aspetto è che i diesel possono creare una coppia eccezionale a RPM molto bassi. In poche parole, più carburante equivale a una coppia maggiore quando tutto il resto viene mantenuto lo stesso. Un diesel non ha piastre dell'acceleratore e assorbe la massima quantità di aria ad ogni colpo. In un diesel la quantità di carburante aggiunta è ciò che controlla la potenza. L'acceleratore controlla la quantità di carburante aggiunta. Ciò significa che un diesel funziona sempre magro. Al minimo il motore non consuma quasi alcun combustibile. Questa miscela magra consente l'aggiunta di grandi quantità di carburante anche a bassi regimi. Un motore a benzina, d'altra parte, deve sempre mantenere la miscela di carburante in condizioni stechiometriche ottimali. Questa necessità di mantenere la miscela corretta significa che per ottenere più carburante il motore deve girare a regime più elevato. Ciò significa che un motore a benzina produce una coppia a un regime molto più elevato di un diesel.

L'unico vero inconveniente di questa produzione di coppia è un RPM limitato. Ciò è compensato da una scatola del cambio con un sacco di ingranaggi.

Se fosse utilizzato un motore a benzina, dovrebbe essere molto più grande. Il motore molto più grande consentirebbe un maggiore consumo di carburante.

Una delle ragioni principali, ma spesso trascurate, del predominio dei motori a benzina nei veicoli passeggeri è la necessità di motori diesel nei veicoli pesanti. Una determinata quantità di petrolio greggio, a seconda della sua composizione, produrrà una determinata quantità di diesel, una determinata quantità di benzina, una determinata quantità di cera di candela e specifiche quantità di altri prodotti petroliferi. Pertanto, se fissiamo la quantità di uno di questi prodotti di cui abbiamo bisogno come costante, allora abbiamo anche fissato le quantità di tutti gli altri prodotti allo stesso modo.

Come ha spiegato vini_i in un'altra risposta, i diesel producono più coppia come sottoprodotto delle decisioni ingegneristiche nella creazione di un motore con un rapporto di compressione più elevato. I veicoli pesanti ottengono i motori diesel che producono coppia. Fissiamo la quantità di gasolio necessaria per spostare le merci di una determinata nazione tramite diesel. Ora abbiamo una quantità fissa di benzina prodotta come sottoprodotto della produzione di quel gasolio. Ha molto più senso inserire motori a benzina nei veicoli passeggeri che possono bruciare questa benzina rimanente, piuttosto che inserire motori diesel nei veicoli passeggeri che competeranno per la quantità fissa di diesel prodotta.

Pertanto, nessuno dei due tipi di motore sarebbe economicamente adatto per l'uso in tutti i veicoli, indipendentemente da considerazioni tecniche. Ogni volta che viene creato carburante per un tipo di motore, il carburante per l'altro tipo di motore viene creato come sottoprodotto e qualcuno verrà con un motore che può bruciare quel sottoprodotto.

Alla domanda principale di OP: "Perché i veicoli pesanti usano quasi sempre motori diesel?" Risposta: costo e affidabilità. I motori diesel sono significativamente più costosi, ma hanno una durata molte volte maggiore rispetto ai motori a benzina. Per un veicolo commerciale che è in circolazione tutto il giorno ogni giorno, si sommano a grandi risparmi grazie alla migliore efficienza del carburante e ai tempi di inattività per le riparazioni.

Alla domanda aggiuntiva del PO sui veicoli leggeri che usano il diesel: negli Stati Uniti il ​​diesel ha un'immagine di consumatore molto negativa, che è sporco, rumoroso, lento, ecc. Le case automobilistiche sostengono che anche se i veicoli di consumo diesel sono superiori alla benzina, i consumatori negli Stati Uniti non li compreranno. Non vale la pena discutere qui della validità di tale affermazione, ma vale la pena notare che in altri luoghi come l'Europa, una grande percentuale di veicoli di consumo è diesel. Quindi la risposta potrebbe essere più culturale che scientifica (se intendo la cultura dei consumi degli Stati Uniti o la cultura della casa automobilistica Big Three è aperta all'interpretazione).

Dati due motori di peso simile, entrambi azionati alla rispettiva efficienza ottimale (ovvero massimo lavoro meccanico svolto per unità di entalpia chimica nel carburante bruciato), si otterrà un consumo di carburante simile per entrambi i tipi di motore. Ma un motore diesel in genere offre un po 'più di potenza da questo, dando più coppia; è così che è più efficiente.

Tuttavia, tale efficienza ottimale viene sempre raggiunta a RPM piuttosto bassi. Ora, i motori a pistoni offrono effettivamente la maggior potenza ad alti regimi, anche se a costo di efficienza ridotta. Vale a dire, spostandosi verso il basso e aumentando, ottieni sostanzialmente più potenza (e hai bisogno di molto più carburante). Ora, poiché i motori Otto possono essere ruotati più in alto rispetto ai motori Diesel (e tendono anche a rispondere molto più velocemente), sono più adatti a questo tipo di "overclocking", e quindi piuttosto più attraenti per le auto sportive. Per i camion, questo non è economico.

Se vuoi, un motore Otto è un compromesso tra un motore Diesel (pesante; buona efficienza a bassi regimi; poca potenza extra ad alti regimi) e una turbina a gas (molto leggera; terribile efficienza a bassi regimi; molta potenza ad alti regimi ).

Un'altra considerazione, almeno nel Regno Unito, è che è possibile acquistare il "diesel rosso" (gasolio, tinto di rosso) per uso agricolo, generatori stazionari eccetera con tasse molto inferiori. Attualmente il diesel qui è di circa £ 1,10 al litro (garage locale, è passato prima) mentre l'ultima volta che ho comprato diesel rosso è stato di circa £ 0,60 al litro.

Non so se questo genere di cose si verifichi in altri paesi, ma data la somiglianza delle prestazioni di diesel / benzina (benzina), questa significativa riduzione dei costi del carburante significa che il diesel è il carburante di scelta per trattori e macchine agricole o qualsiasi motore che non lo fa t guidare le ruote di veicoli stradali, come sistemi di refrigerazione, generatori ecc. Se una cosa simile si verifica in altri paesi, questo è senza dubbio uno dei motivi per cui i motori diesel dominano queste industrie. Non saresti in grado di realizzare un motore a benzina che utilizzerebbe abbastanza meno carburante nel corso della sua vita per recuperare un tale differenziale di costo del carburante.

Non lo so, ma mi azzarderei a suggerire che una situazione del genere si è verificata anni fa in cui i motori a benzina semplicemente non potevano produrre la coppia richiesta o l'affidabilità nelle condizioni richieste, quindi il diesel era l'opzione preferita. La legislazione sull'imposta sul carburante per usi diversi non terrà il passo con i moderni tassi di sviluppo delle società private.

Certo, l'argomento diesel rosso non lo taglia con i veicoli stradali, ma se si considera che il carico trainato in un rimorchio da 40 'è paragonabile a quello di un trattore e di un rimorchio in un campo, è più facile per i produttori di motori realizzare due simili motori su misura per il mercato. Non so da nessuna parte abbastanza vicino su chi possiede chi quando si tratta di produttori di motori diesel negli ultimi cinquant'anni, ma è almeno un po 'di dubbio.

Alla fine, se tutti avessero usato il diesel, la polizia avrebbe dovuto controllare ogni veicolo alla ricerca di diesel rosso nel serbatoio del carburante, piuttosto che la piccola percentuale che poteva usarlo oggi. Ciò costerebbe milioni e milioni di dollari ai governi e alle compagnie petrolifere in entrate perse, il che sarebbe impensabile ovviamente.

Alcune buone e alcune quasi buone risposte qui.

I motori diesel (o qualsiasi pistone) - contrariamente a quanto affermato sopra - non necessitano necessariamente di una corsa lunga per un'elevata compressione; ma hanno spesso alesature quadrate e / o corse non brevi (secondo gli standard tipici dei motori a benzina).

I motori diesel - contrariamente a quanto sopra affermato - hanno le piastre dell'acceleratore; questi regolano il flusso d'aria in entrata - che a sua volta regola la coppia, la potenza e i giri. . eccetera.

È possibile ottenere un'elevata compressione con e senza alterare la corsa, e ciò può essere fatto cambiando la lunghezza della biella (non uguale alla corsa) in modo da posizionare il pistone più in alto nel blocco cilindri e possibilmente sporgendo nella camera di combustione, e / o modificando la geometria del pistone.

Una maggiore corsa può e spesso porta a un momento di coppia maggiore istantaneo e composito sull'albero a gomiti (pensa alla leva con una chiave grande; poiché questo [più più attrito] è esattamente ciò che dai al BMEP e / o alla forza esercitata sul pistone prodotto da ogni prodotto di combustione quando è collegato all'albero motore con una corsa lunga / "leva"); ma - come detto - aumenta anche l'attrito.

I motori diesel in genere possono eseguire una compressione estremamente elevata (molto più elevata rispetto ai tipici motori a benzina) a causa del carburante che usano che, tra le altre cose, non si incendia a rapporti di compressione che in un tipico motore a benzina.

Come dicono le risposte e le note dall'alto; il nome del gioco è sempre Torque.

E questo - oltre alla capacità di produrre valori di coppia elevati sia in modo affidabile che (per il lavoro svolto) economicamente - è il motivo per cui i motori Diesel sono realizzati.

HorsePower (una forza correlata ad oggetti [un camion] che si muovono in linea retta e / o piano lineare) è semplicemente un prodotto della coppia (una forza associata ad oggetti [un albero a gomito] che ruotano e / o ruotano); la quantità di coppia prodotta in un determinato tempo e / o giri.

Dal momento che ci sono davvero alcune cose che l'ingegnere propulsore può fare per aumentare la potenza di qualsiasi motore a pistoni (diesel / benzina) (oltre a, aumentare la capacità di combustibile bruciato e / o spazzato, aumentare la capacità statica del motore, aumentare la compressione, ridurre l'attrito / peso reciproco. .etc), si noti che l'aumento della compressione è direttamente correlato all'aumento dell'efficienza e dell'output.

A differenza, diciamo, dell'aumento della capacità del motore statico; poiché un chev da 454 pollici cubici (<7 litri) non è necessariamente più efficiente di, per esempio, un moderno V6 da 3 litri - nonostante il 454 probabilmente chev probabilmente sia più potente - a condizione che il V6 da 3 litri non fosse turbo.

Anche in questo caso, sovralimenta la 454 e avrai una coppia e una potenza prodigiose oltre i 1500 CV e possibilmente avvicinandoti al 2000 CV purché tutte le regolazioni / i rifornimenti siano eseguiti correttamente.

Quindi i motori Diesel sono progettati per produrre una coppia significativa attraverso i suddetti approcci di progettazione e compressione / combustione molto elevate.

La lunghezza della corsa all'interno di un motore diesel ha più a che fare con la generazione massima della coppia (dal prodotto di combustione) e / o il design - rispetto alla pura compressione; ma - come detto sopra - può anche aiutare la compressione.

Il processo di combustione è complesso e questo è un luogo in cui efficienza, economia e coppia / potenza possono essere massimizzate.

Questo è il motivo per cui vediamo le moderne auto a benzina - specialmente quelle europee - che escono tutte con iniezione diretta; come la maggior parte dei diesel hanno avuto per anni.

In questo modo il processo di combustione può essere meglio controllato in tutte le condizioni e "modalità" di guida.

I motori diesel - a differenza della maggior parte dei motori a benzina tipici, in particolare quelli di una decina di anni fa - quasi sempre assicurano che sparino precisamente nel punto morto superiore (TDC) a causa del fatto che si basano sull'accensione per compressione.

Molti motori a benzina tipici - alcuni anche oggi - non hanno la precisione di sparare ogni singolo ciclo di combustione proprio a TDC a causa della complessità di un motore e della velocità con cui le cose si muovono all'interno; e quando ciò non accade, l'efficienza e la coppia diminuiscono presto.

Più velocemente un motore gira, più è difficile garantire che ogni singolo ciclo di combustione si attivi direttamente al PMS; questo è uno dei motivi per cui i motori non diesel in questi giorni hanno tutti pacchi batteria individuali (per ogni spina) e una qualche forma di accensione controllata da computer / elettronica.

Allo stesso modo, i motori diesel non necessitano affatto di sistemi di accensione elettronica, e non hanno nemmeno alte velocità dell'albero motore (un diesel con transatlantico raramente farà più di 250 - 300 giri / min, se quello).

I motori diesel sono anche fondamentalmente costruiti per generare una coppia significativa da velocità molto basse del veicolo / motore e usano anche un carburante progettato (quando era alimentato solo il carburante disponibile) per facilitare un rapporto di compressione molto elevato.

È un errore che i motori diesel siano molto più efficienti dei tipici motori a benzina moderni.

Di solito - circa un decennio fa - era la capacità del motore diesel di fornire una coppia significativa da basse velocità del veicolo / motore, unita alla sua capacità di supportare rapporti di compressione elevati, e anche il fatto che i diesel erano turbocompressi; che spesso forniva l'efficienza percepita e altri vantaggi rispetto al tipico motore a benzina.

Al giorno d'oggi - specialmente con prodotti a benzina senza piombo che supportano l'elevata compressione - i tipici motori a benzina non sono solo turbocompressi, a iniezione diretta e con rapporti di compressione elevati - ma sono anche in grado di ottenere entrambi, maggiori larghezze di banda della velocità di rotazione dell'albero motore rispetto ai diesel e anche la produzione grandi valori di coppia anche a basse velocità di rotazione dell'albero motore.

Ciò raggiunge lo stesso obiettivo di molte delle proposte di vendita uniche offerte dai diesel in precedenza.

Tuttavia, il motore Diesel godrà della popolarità per un po 'più a lungo in quanto il carburante Diesel è leggermente più economico della benzina tipica.

Inoltre, motori diesel; (a) sono robusti, (b) sono relativamente semplici, (c) di solito funzionano a basse velocità [e sono quindi prodotti di coppia e "ragionevolmente" economici / economici], (d) non richiedono un sofisticato sistema di valvole e / o considerazioni sul sistema di accensione, e, (e) quando sono progettate per funzionare in modalità a 2 tempi, possono essere implementate per produrre maggiori uscite di coppia con talvolta pari o minore complessità, in particolare per quanto riguarda le considerazioni sul treno valvole.

Detto questo, penso, probabilmente la combinazione della lenta scomparsa dell'industria dei combustibili fossili, delle politiche di inquinamento / carbonio della maggior parte dei primi paesi del mondo e anche dell'ascesa di motori elettrici ibridi / autonomi all'interno dei veicoli passeggeri, a meno che non sia significativamente si evolve - spegni il motore diesel entro i prossimi 10 anni.