Por que veículos pesados ​​quase sempre usam motores a diesel?

Eu sempre me perguntei por que veículos pesados, como caminhões e ônibus grandes, quase sempre usam motores a diesel, enquanto que em carros leves há uma escolha entre motores a diesel e gasolina.

A eficiência do motor pode explicar a preferência pelos motores a diesel, mas, novamente, isso não é uma consideração válida também em carros leves? Você deve obter melhor eficiência com um motor a diesel e, portanto, todos os carros devem usar motores a diesel.

Então, por que os veículos grandes quase sempre usam motores a diesel, mas os carros leves têm uma escolha entre gasolina e diesel?

A tecnologia moderna, como a híbrida com o ciclo de Atkinson, também poderia levar os motores a gasolina para os veículos de grande porte? Eu li que o motor de ciclo Atkinson em 2016, o Toyota Prius tem 40% de eficiência térmica. Isso é muito parecido com o diesel na minha opinião e, se a tecnologia for ampliada, poderia ajudar a levar a tecnologia da gasolina para veículos grandes.

Torque é o nome do jogo. Alto torque é necessário para mover cargas pesadas. Se comparar um motor a gasolina com um motor diesel comparável, o diesel sempre terá um torque mais alto. O torque mais alto vem da necessidade de uma maior taxa de compressão necessária para a ignição por compressão. Para alcançar uma taxa de compressão mais alta, é necessário um curso mais longo. O curso mais longo vem de um deslocamento maior do virabrequim. Esse deslocamento gera um torque maior.

Outro aspecto é que o diesel pode gerar um tremendo torque a uma rotação muito baixa. Simplesmente colocar mais combustível é igual a mais torque quando todo o resto é mantido o mesmo. Um diesel não possui placas do acelerador e aspira a quantidade máxima de ar a cada curso. Em um diesel, a quantidade de combustível adicionada é o que controla a potência. O acelerador controla a quantidade de combustível adicionada. Isso significa que um diesel sempre funciona enxuto. Em marcha lenta, o motor quase não usa combustível. Essa mistura enxuta permite a adição de grandes quantidades de combustível, mesmo em baixas rotações. Um motor a gasolina, por outro lado, sempre deve manter a mistura de combustível em uma estequiometria ideal. Essa necessidade de manter a mistura correta significa que, para obter mais combustível, o motor precisa aumentar para RPMs mais altas. Isso significa que um motor a gasolina aumenta seu torque a RPM muito mais alto que um diesel.

A única desvantagem real dessa produção de torque é uma RPM limitada. Isso é compensado por uma caixa de velocidades com muitas e muitas engrenagens.

Se um motor a gasolina fosse usado, teria que ser muito maior. O motor muito maior proporcionaria maior consumo de combustível.

Um dos principais motivos, mas muitas vezes esquecidos, do domínio dos motores a gasolina nos veículos de passageiros é a necessidade de motores a diesel em veículos pesados. Uma determinada quantidade de petróleo bruto, dependendo de sua composição, produzirá uma quantidade determinada de diesel, uma quantidade determinada de gasolina, uma quantidade determinada de cera de vela e determinadas quantidades específicas de outros produtos petrolíferos. Portanto, se fixamos a quantidade de qualquer um desses produtos que precisamos como constante, também fixamos também as quantidades de todos os outros produtos.

Como vini_i explicou em outra resposta, os diesel geram mais torque como subproduto das decisões de engenharia na criação de um mecanismo de taxa de compressão mais alta. Os veículos pesados ​​recebem os motores de torque a diesel. Vamos fixar a quantidade de diesel necessária para transportar os bens de uma nação através do diesel. Agora, temos uma quantidade fixa de gasolina que foi produzida como subproduto da produção desse óleo diesel. Faz muito mais sentido colocar motores a gasolina nos veículos de passageiros que podem queimar essa gasolina restante do que colocar motores a diesel nos veículos de passageiros que competirão pela quantidade fixa de diesel produzida.

Assim, nenhum dos tipos de motores seria economicamente adequado para uso em todos os veículos, independentemente de considerações técnicas. Sempre que o combustível para um tipo de motor é criado, o combustível para o outro tipo de motor é criado como um subproduto e alguém virá junto com um motor que pode queimar esse subproduto.

À questão principal da OP: “Por que veículos pesados ​​quase sempre usam motores a diesel?” Resposta: Custo e confiabilidade. Os motores a diesel são significativamente mais caros, mas têm uma vida útil muitas vezes maior que os motores a gasolina. Para um veículo comercial que está na estrada o dia todo, todos os dias, isso gera uma grande economia devido à melhor eficiência de combustível e menos tempo de inatividade para reparos.

Para a pergunta adicional do OP sobre veículos leves que usam diesel: Nos Estados Unidos, o diesel tem uma imagem muito negativa do consumidor, que é suja, barulhenta, lenta etc. As empresas automobilísticas afirmam que, mesmo que os veículos movidos a diesel sejam superiores à gasolina, os consumidores nos EUA não os compram. Não vale a pena debater a validade dessa alegação aqui, mas vale a pena notar que em outros lugares como a Europa, uma grande porcentagem de veículos de consumo é diesel. Portanto, a resposta pode ser mais cultural do que científica (se eu quero dizer a cultura do consumidor nos EUA ou a cultura da Big Three Car Company está aberta para interpretação).

Dado dois motores de peso semelhante, ambos operados com a respectiva eficiência ótima (ou seja, trabalho mecânico máximo realizado por unidade de entalpia química no combustível queimado), você terá um consumo de combustível semelhante para qualquer tipo de motor. Mas um motor a diesel geralmente oferece um pouco mais de potência, dando mais torque; é assim que é mais eficiente.

No entanto, essa eficiência ideal é sempre alcançada em RPM bastante baixa. Agora, os motores de pistão realmente oferecem mais potência em altas RPM, embora ao custo de eficiência reduzida. Ou seja, ao reduzir e acelerar, você obtém substancialmente mais energia (e precisa de muito mais combustível). Agora, como os motores Otto podem ter uma rotação mais alta que os motores Diesel (e também tendem a responder muito mais rapidamente), eles são mais adequados para esse tipo de "overclocking" e, portanto, são mais atraentes para carros esportivos. Para caminhões, isso não é econômico.

Se você preferir, um motor Otto é um compromisso entre um motor Diesel (pesado; boa eficiência em baixa rotação; pouca potência extra em alta rotação) e uma turbina a gás (muito leve; péssima eficiência em baixa rotação; muita potência em alta rotação) )

Outra consideração, pelo menos no Reino Unido, é que você pode comprar "diesel vermelho" (combustível diesel, vermelho tingido) para uso agrícola, geradores estacionários etc. com muito menos impostos. Atualmente, o diesel aqui custa cerca de £ 1,10 por litro (a garagem local passou antes), enquanto a última vez que comprei o diesel vermelho foi de £ 0,60 por litro.

Não sei se esse tipo de coisa ocorre em outros países, mas, dada a semelhança no desempenho do diesel / gasolina (gasolina), essa redução significativa nos custos de combustível significa que o diesel é o combustível de escolha para tratores e máquinas agrícolas ou qualquer motor que não t dirigir as rodas do veículo em movimento, como sistemas de refrigeração e geradores, etc. Se algo semelhante ocorre em outros países, essa é sem dúvida uma das razões pelas quais os motores a diesel dominam essas indústrias. Você não seria capaz de fabricar um motor a gasolina que consumisse menos combustível ao longo de sua vida útil para recuperar esse diferencial de custo de combustível.

Não sei, mas arriscaria sugerir que tal situação surgiu anos atrás, quando os motores a gasolina simplesmente não podiam produzir o torque ou a confiabilidade necessários nas condições exigidas, de modo que o diesel era a opção preferida. A legislação sobre imposto sobre combustíveis para diferentes usos não acompanhará as taxas modernas de desenvolvimento de empresas privadas.

É verdade que o argumento do diesel vermelho não o incomoda com os veículos que circulam na estrada, mas quando você considera que a carga puxada em um trailer de 40 pés é comparável à de um trator e um reboque em um campo, é mais fácil para os fabricantes de motores fazer duas operações similares. motores adaptados ao mercado. Eu não sei o suficiente sobre quem é o dono de quem, quando se trata de fabricantes de motores a diesel nos últimos cinquenta anos, mas é pelo menos um pouco de dúvida.

Finalmente, se todo mundo usasse diesel, a polícia teria que verificar todos os veículos quanto a diesel vermelho no tanque de combustível, em vez da pequena porcentagem que poderia usá-lo hoje em dia. Isso custaria aos governos e às empresas de petróleo muitos milhões em receita perdida, o que seria impensável, é claro.

Algumas respostas boas e quase boas aqui.

Motores a diesel (ou qualquer pistão) - ao contrário do que foi reivindicado acima - não precisam necessariamente de um longo curso para alta compressão; mas eles geralmente têm orifícios quadrados e / ou cursos que não são curtos (segundo os padrões típicos de motores a gasolina).

Os motores a diesel - ao contrário do que foi reivindicado acima - possuem placas de aceleração; estes regulam o fluxo de ar recebido - que, por sua vez, regula o torque, a potência e as rotações. . etc.

É possível obter alta compressão com e sem alterar o curso, e isso pode ser feito alterando o comprimento da haste (não o mesmo que o curso) para que ele coloque o pistão mais acima do bloco de cilindros e possivelmente se projete na câmara de combustão, e / ou alterando a geometria do pistão.

Um maior curso pode e leva a um momento de torque instantâneo e composto maior no virabrequim (pense em alavancar com uma chave grande; pois esse [mais atrito] é exatamente o que você fornece ao BMEP e / ou à força exercida no pistão produzido pela cada produto de combustão quando conectado ao eixo de manivela com um longo curso / "alavanca"); mas - como mencionado - também aumenta o atrito.

Os motores a diesel normalmente podem executar uma compressão extremamente alta (muito mais alta que os motores a gasolina típicos) devido ao combustível que eles usam - entre outras coisas - não acende por compressão nas proporções de compressão que usariam em um motor a gasolina típico.

Como dizem as respostas e notas de cima; o nome do jogo é sempre Torque.

E é isso - além da capacidade de produzir altos índices de torque de maneira confiável e (pelo trabalho realizado) economicamente - é o motivo pelo qual os motores a diesel são fabricados.

HorsePower (uma força relacionada a objetos [um caminhão] que se movem em uma linha reta e / ou plano linear) é simplesmente um produto do torque (uma força associada a objetos [um eixo de manivela] que giram e / ou giram); a quantidade de torque produzido em um determinado tempo e / ou rotações.

Como realmente existem algumas coisas que o engenheiro do trem de força pode fazer para aumentar a produção de qualquer motor a pistão (diesel / gasolina) (além de aumentar a capacidade de queima e / ou varrida de combustível, aumentar a capacidade estática do motor, aumentar a compressão e reduzir o atrito / peso recíproco .etc), observe que o aumento da compactação está diretamente relacionado ao aumento da eficiência e da saída.

Ao contrário, digamos, aumentando a capacidade estática do motor; como um chev de 454 polegadas cúbicas (<7 litros) não é necessariamente mais eficiente do que, digamos, um V6 moderno de 3 litros - apesar dos 454 provavelmente serem mais poderosos - desde que o V6 de 3 litros não tenha turbocompressor.

Mesmo assim, turbine o 454 e você terá torque e potência prodigiosos além de 1500HP e possivelmente se aproximando de 2000HP, desde que todo o ajuste / abastecimento seja feito corretamente.

Portanto, os motores a diesel são projetados para produzir torque significativo através das abordagens de projeto acima mencionadas e com compressão / combustão muito altas.

A duração do curso em um motor diesel tem mais a ver com a geração máxima de torque (a partir do produto de combustão) e / ou design - do que a pura compressão; mas - como mencionado acima - também pode ajudar na compactação.

O processo de combustão é complexo e é um local em que a eficiência, a economia e o torque / potência podem ser maximizados.

É por isso que vemos os carros modernos a gasolina - especialmente os europeus - todos saindo com injeção direta; como a maioria dos motores diesel já faz anos.

Desta forma, o processo de combustão pode ser melhor controlado para todas as condições e modos de condução.

Os motores a diesel - diferentemente da maioria dos motores a gasolina comuns, especialmente os de uma década atrás - quase sempre garantem que sejam acionados com precisão no ponto morto superior (TDC), devido ao fato de dependerem da ignição por compressão.

Muitos motores a gasolina típicos - alguns até hoje - não têm a precisão de acionar todos os ciclos de combustão diretamente no TDC devido à complexidade de um motor e à rapidez com que as coisas se movem; e quando isso não acontece, a eficiência e o torque diminuem em breve.

Quanto mais rápido um motor gira, mais difícil é garantir que cada ciclo de combustão seja acionado no TDC; Essa é uma das razões pelas quais os motores não-diesel nos dias de hoje têm conjuntos de bobinas individuais (para cada plugue) e alguma forma de ignição eletrônica / controlada por computador.

Comparativamente, os motores a diesel não precisam de sistemas de ignição eletrônica e também não têm altas velocidades no eixo de manivela (um forro de oceano a diesel raramente faz mais do que 250 - 300 rpm, se isso).

Os motores a diesel também são basicamente construídos para gerar torque significativo a partir de velocidades muito baixas de veículo / motor e também usam um combustível que foi projetado (quando o único combustível disponível para gasolina era conduzido) para facilitar uma taxa de compressão muito alta.

É uma falácia que os motores diesel sejam muito mais eficientes do que os motores a gasolina modernos modernos.

Normalmente - há uma década - era a capacidade do motor diesel de fornecer torque significativo a partir de baixas velocidades veículo / motor, combinado com sua capacidade de suportar altas taxas de compressão, e também o fato de os motores diesel serem turboalimentados; isso geralmente proporcionava a eficiência percebida e outras vantagens sobre o motor a gasolina típico.

Hoje em dia - especialmente com produtos a gasolina sem chumbo que suportam alta compressão - os motores a gasolina típicos não são apenas turboalimentados, injetados diretamente e executando altas taxas de compressão - mas também são capazes de ambas, maiores larguras de banda de velocidade de rotação do virabrequim do que diesel e também produzindo grandes números de torque a baixas velocidades de rotação do eixo de manivela também.

Isso atinge o mesmo objetivo que várias das propostas de venda exclusivas que os diesel oferecem anteriormente.

Ainda assim, o motor Diesel desfrutará de popularidade por mais algum tempo, já que o diesel é um pouco mais barato que a gasolina comum.

Além disso, motores a diesel; (a) são robustos, (b) são relativamente simples, (c) usualmente operam em baixa velocidade [e, portanto, são produtos de torque e "razoavelmente" econômicos / econômicos]], (d) não requerem um sofisticado trem de válvulas e / ou considerações sobre o sistema de ignição e (e) quando são projetadas para operar no modo de 2 tempos, podem ser implementadas para produzir maiores saídas de torque com complexidade às vezes igual ou menor, principalmente no que diz respeito às considerações sobre o trem de válvulas.

Dito isto, acho que a combinação do lento desaparecimento da indústria de combustíveis fósseis, a maioria das políticas de carbono / poluição dos países do primeiro mundo, e também o aumento de motores elétricos híbridos / autônomos nos veículos de passageiros, provavelmente - a menos que significativamente evolui - acabe com o motor a diesel nos próximos 10 anos.