¿Por qué los vehículos pesados ​​casi siempre usan motores diesel?

Torque es el nombre del juego. Se necesita un alto par para mover cargas pesadas. Si se compara un motor de gasolina con un motor diésel comparable, el diésel siempre tendrá un par más alto. El mayor par proviene de la necesidad de una mayor relación de compresión necesaria para el encendido por compresión. Para lograr una relación de compresión más alta, se requiere una carrera más larga. La carrera más larga proviene de un mayor desplazamiento del cigüeñal. Este desplazamiento proporciona un mayor par motor.

Otro aspecto es que los motores diésel pueden generar un par tremendo a RPM muy bajas. En pocas palabras, más combustible equivale a más torque cuando todo lo demás se mantiene igual. Un diésel no tiene placas de aceleración y aspira la máxima cantidad de aire en cada carrera. En un diésel, la cantidad de combustible añadida es lo que controla la potencia. El acelerador controla la cantidad de combustible que se agrega. Esto significa que un diésel siempre funciona pobre. En ralentí, el motor apenas consume combustible. Esta mezcla pobre permite la adición de grandes cantidades de combustible incluso a bajas RPM. Por otro lado, un motor de gasolina siempre tiene que mantener la mezcla de combustible en un nivel estequiométrico óptimo. Esta necesidad de mantener la mezcla correcta significa que para obtener más combustible, el motor necesita acelerar a RPM más altas. Esto significa que un motor de gasolina genera su torque a RPM mucho más altas que un diesel.

El único inconveniente real de esta producción de torque es un RPM limitado. Esto se compensa con una caja de cambios con muchos, muchos engranajes.

Si se usara un motor de gasolina, tendría que ser mucho más grande. El motor mucho más grande permitiría un mayor consumo de combustible.

Una razón importante, pero a menudo pasada por alto, del predominio de los motores de gasolina en los vehículos de pasajeros es la necesidad de motores diésel en los vehículos pesados. Una cantidad dada de petróleo crudo, dependiendo de su composición, producirá una cantidad dada de diesel, una cantidad dada de gasolina, una cantidad dada de cera para velas y cantidades específicas dadas de otros productos derivados del petróleo. Por lo tanto, si fijamos la cantidad de cualquiera de estos productos que necesitamos como constante, entonces también fijamos las cantidades de todos los demás productos como constantes.

Como explicó vini_i en otra respuesta, los motores diesel producen más torque como un subproducto de las decisiones de ingeniería al crear un motor con una relación de compresión más alta. Los vehículos pesados ​​obtienen los motores diesel que producen torque. Fijemos la cantidad de combustible diesel necesario para mover las mercancías de una nación determinada a través del diesel. Ahora, tenemos una cantidad fija de gasolina que se produjo como subproducto de la producción de ese combustible diesel. Tiene mucho más sentido poner motores de gasolina en los vehículos de pasajeros que pueden quemar esta gasolina sobrante, que poner motores diésel en los vehículos de pasajeros que luego competirán por la cantidad fija de diésel que se produce.

Por tanto, ningún tipo de motor sería económicamente adecuado para su uso en todos los vehículos, independientemente de las consideraciones técnicas. Cada vez que se crea combustible para un tipo de motor, el combustible para el otro tipo de motor se crea como un subproducto y alguien vendrá con un motor que puede quemar ese subproducto.

A la pregunta principal de OP: "¿Por qué los vehículos pesados ​​casi siempre usan motores diesel?" Respuesta: Costo y confiabilidad. Los motores diesel son significativamente más caros, pero tienen una vida útil mucho mayor que los motores de gasolina. Para un vehículo comercial que está en la carretera todo el día todos los días, se suma a un gran ahorro debido a la mejor eficiencia de combustible y menos tiempo de inactividad por reparaciones.

A la pregunta adicional del OP sobre los vehículos livianos que usan diésel: en los Estados Unidos, el diésel tiene una imagen muy negativa para el consumidor, que es sucio, ruidoso, lento, etc. en los EE.UU. no los comprarán. No vale la pena debatir aquí la validez de esa afirmación, pero vale la pena señalar que en otros lugares como Europa, un gran porcentaje de los vehículos de consumo son diésel. Entonces, la respuesta puede ser más cultural que científica (ya sea que me refiera a la cultura del consumidor de EE. UU. oa la cultura de las compañías automotrices Big Three está abierta a interpretación).

Dados dos motores de peso similar, ambos operados con su eficiencia óptima respectiva (es decir, el trabajo mecánico máximo realizado por unidad de entalpía química en el combustible quemado), terminará con un consumo de combustible similar para cualquier tipo de motor. Pero un motor Diesel generalmente ofrecerá un poco más de potencia, al dar más torque; así es más eficiente.

Sin embargo, tal eficiencia óptima siempre se alcanza a RPM bastante bajas. Ahora, los motores de pistón en realidad ofrecen la mayor potencia a altas RPM, aunque a costa de una eficiencia reducida. Es decir, al reducir la marcha y acelerar, obtienes sustancialmente más potencia (y necesitas mucho más combustible). Ahora, debido a que los motores Otto pueden acelerar más que los motores Diesel (y también tienden a responder mucho más rápido), son más adecuados para este tipo de "overclocking" y, por lo tanto, bastante más atractivos para los autos deportivos. Sin embargo, para los camiones, esto no es económico.

Si lo desea, un motor Otto es un compromiso entre un motor diésel (pesado; buena eficiencia a bajas RPM; poca potencia adicional a altas RPM) y una turbina de gas (muy liviano; terrible eficiencia a bajas RPM; mucha potencia a altas RPM ).

Otra consideración, al menos en el Reino Unido, es que puede comprar "diésel rojo" (combustible diésel, teñido de rojo) para uso agrícola, generadores estacionarios, etc. con mucho menos impuestos. Actualmente, el diesel aquí cuesta alrededor de £ 1.10 por litro (taller local, pasó antes), mientras que la última vez que compré diesel rojo costaba alrededor de £ 0.60 por litro.

No sé si este tipo de cosas ocurre en otros países, pero dada la similitud en el rendimiento de diesel/gasolina (gasolina), esta reducción significativa en los costos de combustible significa que el diesel es el combustible de elección para tractores y maquinaria agrícola o cualquier motor que no lo sea. t impulsar las ruedas de vehículos de carretera, como sistemas de refrigeración y generadores, etcétera. Si algo similar ocurre en otros países, esta es sin duda una de las razones por las que los motores diesel dominan estas industrias. No sería posible fabricar un motor de gasolina que usara suficiente menos combustible durante su vida útil para recuperar tal diferencial de costo de combustible.

No lo sé, pero me atrevería a sugerir que tal situación surgió hace años cuando los motores de gasolina simplemente no podían producir el par requerido o la confiabilidad en las condiciones requeridas, por lo que el diesel era la opción preferida. La legislación sobre el impuesto a los combustibles para diferentes usos no se mantendrá al día con las tasas modernas de desarrollo por parte de las empresas privadas.

De acuerdo, el argumento del diésel rojo no funciona con los vehículos de carretera, pero cuando se considera que la carga tirada en un remolque de 40' es comparable a la de un tractor y un remolque en un campo, es más fácil para los fabricantes de motores hacer dos similares. motores adaptados al mercado. No sé lo suficiente acerca de quién es dueño de quién en lo que respecta a los fabricantes de motores diesel en los últimos cincuenta años, pero al menos es motivo de duda.

Finalmente, si todos usaran diésel, la policía tendría que revisar cada vehículo en busca de diésel rojo en el tanque de combustible, en lugar del pequeño porcentaje que podría usarlo hoy en día. Esto costaría a los gobiernos y las compañías petroleras muchos millones en ingresos perdidos, lo que sería impensable, por supuesto.

Algunas buenas y algunas casi buenas respuestas aquí.

Los motores diésel (o de cualquier pistón), al contrario de lo afirmado anteriormente, no necesitan necesariamente una carrera larga para una alta compresión; pero a menudo tienen diámetros inferiores cuadrados y/o carreras que no son cortas (según los estándares típicos de los motores de gasolina).

Los motores diésel, al contrario de lo afirmado anteriormente, tienen placas de aceleración; estos regulan el flujo de aire entrante, que a su vez regula el par, la potencia y las revoluciones. . etc.

Se puede lograr una alta compresión con y sin alterar la carrera, y esto se puede lograr cambiando la longitud de la biela (que no es lo mismo que la carrera) para que coloque el pistón más arriba en el bloque de cilindros y posiblemente sobresalga en la cámara de combustión, y /o alterando la geometría del pistón.

Una mayor carrera puede conducir y a menudo conduce a un mayor momento de par instantáneo y compuesto en el cigüeñal (piense en el apalancamiento con una llave grande; ya que esto [más más fricción] es exactamente lo que le da al BMEP y/o la fuerza ejercida sobre el pistón producido por cada producto de combustión cuando está conectado al cigüeñal con una carrera larga/"palanca"); pero, como se mencionó, también aumenta la fricción.

Los motores diésel generalmente pueden ejecutar una compresión extremadamente alta (mucho más alta que los motores de gasolina típicos) debido al combustible que usan que, entre otras cosas, no se enciende por compresión en las relaciones de compresión que lo harían en un motor de gasolina típico.

Como dicen las respuestas y notas de arriba; el nombre del juego es siempre Torque.

Y eso, además de la capacidad de producir altas cifras de par de forma fiable y económica (para el trabajo realizado), es la razón por la que se fabrican los motores diésel.

HorsePower (una fuerza que está relacionada con objetos [un camión] que se mueven en línea recta y/o en un plano lineal) es simplemente un producto de torque (una fuerza asociada con objetos [un cigüeñal] que giran y/o giran); la cantidad de par producido en un tiempo y/o revoluciones dado.

Dado que realmente hay algunas cosas que el ingeniero del tren motriz puede hacer para aumentar la salida de cualquier motor de pistón (diésel/gasolina) (además de aumentar el combustible quemado y/o la capacidad de barrido, aumentar la capacidad estática del motor, aumentar la compresión, reducir la fricción /peso recíproco . .etc), tenga en cuenta que el aumento de la compresión está directamente relacionado con el aumento de la eficiencia y la producción.

A diferencia de, digamos, aumentar la capacidad estática del motor; ya que un chevrolet de 454 pulgadas cúbicas (<7 litros) no es necesariamente más eficiente que, digamos, un V6 moderno de 3 litros, a pesar de que el chevrolet 454 probablemente sea más poderoso, siempre que el V6 de 3 litros no tenga turbocompresor.

Incluso entonces, turbocargue el 454 y tendrá un par y una potencia prodigiosos más allá de los 1500 HP y posiblemente se acerque a los 2000 HP, siempre que todos los ajustes y el suministro de combustible se realicen correctamente.

Por lo tanto, los motores diésel están diseñados para producir un par significativo a través de los enfoques de diseño mencionados anteriormente y una compresión/combustión muy alta.

La longitud de la carrera dentro de un motor diesel tiene más que ver con la generación de par máximo (a partir del producto de la combustión) y/o el diseño, que con la compresión pura; pero, como se indicó anteriormente, también puede ayudar a la compresión.

El proceso de combustión es complejo, y este es un lugar donde se puede maximizar la eficiencia, la economía y el par/potencia.

Esta es la razón por la que vemos automóviles de gasolina de hoy en día, especialmente los europeos, todos saliendo con inyección directa; como la mayoría de los diésel han tenido durante años.

De esta manera, el proceso de combustión se puede controlar mejor para todas las condiciones y "modos" de conducción.

Los motores diésel, a diferencia de la mayoría de los motores de gasolina típicos, especialmente los de hace una década, casi siempre aseguran que se encienden con precisión en el punto muerto superior (PMS) debido al hecho de que dependen del encendido por compresión.

Muchos motores de gasolina típicos, algunos incluso hoy en día, no tienen la precisión para disparar cada ciclo de combustión justo en el TDC debido a la complejidad de un motor y la rapidez con que se mueven las cosas en su interior; y cuando esto no sucede, la eficiencia y el par pronto caen.

Cuanto más rápido gira un motor, más difícil es garantizar que cada ciclo de combustión se dispare directamente en el PMS; esta es una de las razones por las que los motores que no son diésel en la actualidad tienen paquetes de bobinas individuales (para cada bujía) y alguna forma de encendido electrónico/controlado por computadora.

De manera comparable, los motores diésel no necesitan ningún sistema de encendido electrónico, y tampoco tienen altas velocidades del cigüeñal (un diésel de un transatlántico rara vez hará más de 250 a 300 rpm, si es así).

Los motores diésel también se construyen básicamente para generar un par significativo a partir de velocidades muy bajas del vehículo/motor, y también usan un combustible que fue diseñado (cuando el único combustible de gasolina disponible era con plomo) para facilitar una relación de compresión muy alta.

Es una falacia que los motores diésel sean mucho más eficientes que los típicos motores de gasolina modernos.

Por lo general, hace más o menos una década, era la capacidad del motor diésel para proporcionar un par significativo desde bajas velocidades del vehículo/motor, combinada con su capacidad para soportar altas relaciones de compresión, y también el hecho de que los diésel tenían turbocompresor; que a menudo proporcionaba la eficiencia percibida y otras ventajas sobre el típico motor de gasolina.

En estos días, especialmente con productos de gasolina sin plomo que soportan alta compresión, los motores de gasolina típicos no solo son turbocargados, de inyección directa y con altas relaciones de compresión, sino que también son capaces de ambos, mayores anchos de banda de velocidad de rotación del cigüeñal que los diésel y también producen grandes números de torque a bajas velocidades de rotación del cigüeñal, también.

Eso da en el mismo blanco que varias de las propuestas de venta únicas que ofrecían anteriormente los motores diésel.

Aún así, el motor diésel gozará de popularidad durante un tiempo más, ya que el combustible diésel es un poco más barato que la gasolina normal.

Además, motores diésel; (a) son robustos, (b) son relativamente simples, (c) generalmente funcionan a bajas velocidades [y, por lo tanto, son productos de torsión y "razonablemente" económicos/rentables], (d) no requieren un tren de válvulas sofisticado y/o consideraciones del sistema de encendido, y (e) cuando están diseñados para operar en modo de 2 tiempos, pueden implementarse para producir mayores salidas de par con a veces igual o menos complejidad, particularmente con respecto a las consideraciones del tren de válvulas.

Dicho esto, creo que la combinación de la lenta desaparición de la industria de los combustibles fósiles, las políticas de carbono/contaminación de la mayoría de los países del primer mundo, y también el aumento de los motores eléctricos híbridos/independientes dentro de los vehículos de pasajeros, probablemente, a menos que sea significativamente evoluciona: apague el motor diésel en los próximos 10 años.