Dieselmotoren

Hej Spørg om Fysik
Jeg vil gerne spørge om den atmosfæriske luft, der komprimeres i dieselmotoren og ved indsugningen har en temperatur på 15 til 25 grader, kan opnå så høj en temperatur, så molekyletætheden bliver så ringe, så luften efter kompressionen ikke opnår tilstrækkelig høj temperatur til at antænde dieselolien?

Med venlig hilsen
J M J

I en dieselmotor sker tændingen af blandingen af luft og brændstof ofte ved, at kompressionen er så stor, at lufttemperaturen er høj nok til at antænde brændstoffet. Når stemplet bevæger sig opad går det så hurtigt, at de kolde cylindervægge ikke når at afkøle gassen i cylinderen.

Lad os antage, at vi starter med luft ved ca. 25 °C og komprimerer gassen 16 gange (rumfanget bliver 16 gange mindre), og at der ikke er utætheder (kompressionen 1:16 og opefter til omkring 1:20 bruges i biler). Hvis vi ikke sprøjter brændstof ind vil situationen nu være, at molekyltætheden nu er 16 gange større end ved start. Samtidigt har vi udført et arbejde på luften, idet det kræver en kraft at presse stemplet op, præcis som når man bruger en cykelpumpe.

Det arbejde der udføres omsættes til varme i gassen (cykelpumpen bliver også varm). Hvis gassen ikke blev opvarmet ville trykket nu være 16 gange atmosfæretrykket. Når en gas opvarmes bevæger molekylerne sig hurtigere, og gassen vil gerne udvide sig. Det kan den ikke her i det lukkede rumfang, så i stedet får den endnu højere tryk. For at beregne, hvad trykket bliver, skal man bruge noget som hedder adiabatligningen.

Adiabatligningen siger for atmosfærisk luft:

P*V^γ = p₀*V₀^γ

Hvor p er sluttrykket, V er slutrumfanget, p₀ er starttrykket og V₀ startrumfanger, γ er en konstant der afhænger af luftarten. Denne ligning kaldes også Poisson’s ligning. For atmosfærisk luft er γ ca. 1,4. Trykket bliver derfor ca. 49 gange atmosfæretrykket, i stedet for 16 gange.

Denne formel kan omregnes til en formel med temperatur i stedet (med noget som hedder luftarternes tilstandsligning) som siger:

T*V^γ-1 = T₀*V₀^γ-1

Her er T sluttemperaturen og T₀ starttemperaturen regnet i absolut temperatur (Kelvin), som har nulpunkt ved -273 °C. Indsætter man at rumfanget er blevet 16 gange mindre fås at t = T-273 = ca. 630 °C. Antændelsestemperaturen er 338 °C, så dieselolien indsprøjtes først til gassen, når den ønskes antændt, den antændes så straks.

Altså ved hurtig kompression i dieselmotoren bliver lufttætheden større her 16 gange, trykket bliver meget højere her ca. 49 gange,

temperaturen bliver højere her 630 °C. Man kan naturligvis beregne tilsvarende for andre kompressioner af gassen.

Opfinderen Rudolf Christian Karl Diesel (D, 1858 – 1913) opfandt dieselmotoren i 1886 (patentår). Den har siden været en væsentlig og meget stabil kraftkilde bl.a. i biler og skibsmotorer. På H C Ørstedværket har man en nødgenerator i form af en B&W

dieselmotor (skibsmotor) på 15 MW svarende til 22.500 effektive hestekræfter.

En af fordelene ved dieselmotoren er at man ikke er afhængig af et elektrisk tændingssystem, de er mindre påvirkelige af fugtighed end benzinmotorer.

Danskerne byggede det første større fragtskib, hvor dampmaskinen (fyret bl.a. med kul) var afløst af en dieselmotor, Selandia

Med venlig hilsen
Malte Olsen