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

Siempre me he preguntado por qué los vehículos pesados, como los grandes camiones y autobuses, casi siempre usan motores diesel, mientras que en los autos livianos hay una opción entre los motores diesel y de gasolina.

La eficiencia del motor podría explicar la preferencia hacia los motores diesel, pero, de nuevo, ¿no es esto una consideración válida también en los automóviles livianos? Debe obtener una mayor eficiencia con un motor diesel y, por lo tanto, todos los automóviles deben usar motores diesel.

Entonces, ¿por qué los vehículos grandes casi siempre usan motores diesel, pero los autos livianos pueden elegir entre gasolina y diesel?

¿Podría la tecnología moderna como la tecnología híbrida con ciclo Atkinson llevar motores de gasolina a vehículos grandes también? He leído que el motor de ciclo Atkinson del Toyota Prius 2016 tiene un 40% de eficiencia térmica. Esto es muy similar al diesel en mi opinión y si la tecnología se amplía, podría ayudar a llevar la tecnología de gasolina a los vehículos grandes.

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

Otro aspecto es que los motores diesel pueden hacer un torque tremendo a muy bajas RPM. Simplemente, poner más combustible es igual a más torque cuando todo lo demás se mantiene igual. Un diésel no tiene platos del acelerador y aspira la cantidad máxima de aire en cada golpe. En un diesel, la cantidad de combustible agregado es lo que controla la potencia. El acelerador controla cuánto combustible se agrega. Esto significa que un diesel siempre funciona sin grasa. En ralentí, el motor apenas utiliza combustible. Esta mezcla pobre permite la adición de grandes cantidades de combustible incluso a bajas RPM. Un motor de gasolina, por otro lado, siempre tiene que mantener la mezcla de combustible en estequiométrica óptima. 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 un par motor 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 engranajes.

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

Una razón importante, pero a menudo pasada por alto, para el dominio de los motores de gasolina en los vehículos de pasajeros es la necesidad de motores diesel 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 de vela y cantidades específicas específicas de otros productos derivados del petróleo. Por lo tanto, si fijamos la cantidad de cualquiera de estos productos que necesitamos como constante, entonces también hemos fijado las cantidades de todos los demás productos como constantes.

Como vini_i explicó en otra respuesta, los motores diesel producen más torque como 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. Arreglemos la cantidad de combustible diesel necesaria para mover los bienes 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 puedan quemar esta gasolina sobrante, que poner motores diesel en los vehículos de pasajeros que luego competirán por la cantidad fija de diesel que se produce.

Por lo tanto, ninguno de los tipos 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 junto 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 acumula un gran ahorro debido a la mejor eficiencia de combustible y menos tiempo de inactividad para reparaciones.

A la pregunta adicional del OP sobre los vehículos livianos que usan diesel: en los Estados Unidos, el diesel tiene una imagen muy negativa para el consumidor, que es sucio, ruidoso, lento, etc. en los Estados Unidos no los comprarán. No vale la pena debatir la validez de esa afirmación aquí, 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 (si me refiero a la cultura de consumo de los EE. UU. O la cultura de la compañía de automóviles Big Three está abierta a interpretación)

Con dos motores de peso similar, ambos operados con su respectiva eficiencia óptima (es decir, 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 como es más eficiente.

Sin embargo, dicha 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 bajar y acelerar, obtienes mucha más potencia (y necesitas mucho más combustible). Ahora, debido a que los motores Otto se 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, son 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 Diesel (pesado; buena eficiencia a bajas RPM; poca potencia extra a altas RPM) y una turbina de gas (muy ligero; terrible eficiencia a bajas RPM; mucha potencia a altas RPM )

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

No sé si este tipo de cosas ocurre en otros países, pero dada la similitud en el rendimiento del diésel / gasolina (gasolina), esta reducción significativa en los costos de combustible significa que el diésel es el combustible de elección para tractores y maquinaria agrícola o cualquier motor que no No conduzca las ruedas de vehículos de carretera, como sistemas de refrigeración y generadores, etc. Si ocurre algo similar en otros países, esta es sin duda una de las razones por las que los motores diesel dominan estas industrias. No sería capaz de hacer un motor de gasolina que usaría una cantidad de combustible suficiente durante su vida útil para recuperar ese diferencial de costo de combustible.

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

De acuerdo, el argumento del diésel rojo no es suficiente para los vehículos que circulan por la carretera, pero cuando 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 a medida del mercado. No sé lo suficiente sobre quién posee a quién en lo que respecta a los fabricantes de motores diesel en los últimos cincuenta años, pero es al menos un poco de duda.

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

Algunas buenas y algunas buenas respuestas aquí.

Los motores diesel (o cualquier pistón), al contrario de lo que se afirma anteriormente, no necesitan necesariamente una carrera larga para una alta compresión; pero a menudo tienen perforaciones cuadradas y / o golpes que no son cortos (según los estándares típicos de los motores de gasolina).

Los motores diésel, al contrario de lo que se afirma anteriormente, tienen placas del acelerador; 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 hacer cambiando la longitud de la biela (no es lo mismo que la carrera) para que coloque el pistón más arriba del bloque de cilindros y posiblemente sobresalga en la cámara de combustión, y / o alterando la geometría del pistón.

Un mayor golpe puede y a menudo conduce a un mayor momento de torque instantáneo y compuesto en el cigüeñal (piense en aprovechar con una gran llave inglesa; 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 diesel generalmente pueden ejecutar una compresión extremadamente alta (mucho más alta que los motores de gasolina típicos) debido al combustible que usan, entre otras cosas, no se enciende por compresión a las relaciones de compresión que lo haría 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 cifras de alto par de forma fiable y (por el trabajo realizado) económicamente, es la razón por la que se fabrican motores Diesel.

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

Como realmente hay algunas cosas que el ingeniero del tren motriz puede hacer para aumentar el rendimiento de cualquier motor de pistón (diésel / gasolina) (aparte de, aumentar la capacidad de combustible quemado y / o 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, por ejemplo, de aumentar la capacidad estática del motor; como un chev de 454 pulgadas cúbicas (<7 litros) no es necesariamente más eficiente que, por ejemplo, un V6 moderno de 3 litros, a pesar de que el 454 probablemente sea más potente, siempre que el V6 de 3 litros no esté turboalimentado.

Incluso entonces, turbocargue el 454 y tendrá un par y una potencia prodigiosos más allá de 1500HP y posiblemente se acerque a 2000HP siempre que todo el ajuste / carga de combustible se realice correctamente.

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

La longitud de la carrera dentro de un motor diesel tiene más que ver con la generación de par máximo (del producto de 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.

Es por eso que vemos los automóviles de gasolina modernos, especialmente los europeos, que salen con inyección directa; como la mayoría de los diesels han tenido durante años.

De esta forma, el proceso de combustión puede controlarse mejor para todas las condiciones y "modos" de conducción.

Los motores diesel, a diferencia de la mayoría de los motores de gasolina típicos, especialmente los de hace una década, casi siempre se aseguran de que se disparen precisamente en el punto muerto superior (TDC) 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 encender cada ciclo de combustión directamente en TDC debido a la complejidad de un motor y la rapidez con la que se mueven las cosas dentro; y cuando esto no sucede, la eficiencia y el torque pronto caen

Cuanto más rápido gire un motor, más difícil será garantizar que cada ciclo de combustión se dispare directamente a TDC; Esta es una de las razones por las cuales los motores que no son diesel en la actualidad tienen paquetes de bobinas individuales (para cada enchufe) y alguna forma de encendido electrónico / controlado por computadora.

De manera comparable, los motores Diesel no necesitan ningún sistema de encendido electrónico, y tampoco tienen altas velocidades de cigüeñal (un diesel de transatlántico rara vez hará más de 250-300 rpm, si eso 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 Diesel sean mucho más eficientes que los motores de gasolina típicos de hoy en día.

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

En estos días, especialmente con productos de gasolina sin plomo que admiten una alta compresión, los motores de gasolina típicos no solo son turboalimentados, de inyección directa y funcionan con altas relaciones de compresión, sino que también son capaces de obtener un mayor ancho de banda de velocidad de rotación del cigüeñal que los motores diesel y también producen grandes números de torque a bajas velocidades de rotación del cigüeñal, también.

Eso alcanza el mismo objetivo que varias de las propuestas de venta únicas que los diésel ofrecían anteriormente.

Aún así, el motor Diesel disfrutará de popularidad por un tiempo más, ya que el combustible Diesel es un poco más barato que la gasolina típica.

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

Dicho esto, creo, la combinación de la desaparición lenta 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 motores eléctricos híbridos / autónomos dentro de los vehículos de pasajeros, probablemente, a menos que sea significativamente evoluciona: apaga el motor diesel en los próximos 10 años.