Diiselmootor

Diiselmootor (Rudolf Diesel järgi) on kompressioonsüütega sisepõlemismootor. Diiselmootori silindrisse pihustatav kütus süttib õhus, mis kolviga kokkusurumise tagajärjel kuumeneb. Diiselmootoris saab kütusena kasutada bensiinist märksa raskemaid naftafraktsioone alates toornaftast kuni petrooleumini välja.

Ajalugu

1824. aastal tuli Nicolas Léonard Sadi Carnot välja teooriaga n-ö Carnot' tsükliga, väites, et võimalikult säästlikus soojusmasinas tuleb töötav keha kuumutuda süttimistemperatuurini “muutes mahtu” ehk ruumala kiire kokkusurumisega. 1880. aastal pakkus Rudolf Diesel oma lahendust eelpool mainitud ideele ning patenteeris leiutise 1892. aastal. Diesel sai oma esimese töötava mootori valmis 1897. aastal. Tol ajal olid diiselmootorite kasutusvõimalused piiratud, sest need mootorid olid suuremad ja raskemad kui aurumasinad.

Esimeseks diiselmootoriga sõiduautoks oli 1935. aastal Mercedes-Benz 260D, millel oli 2545 cm³ neljasilindrist 45 hj mootor OM138. 260D kütusekulu 11 l/100 km oli bensiinimootoriga 230st (2229 cm³ R6, 55 hj, 13 l/100 km) väiksem ja diislikütus oli odavam, mistõttu sai see kiirelt populaarseks taksojuhtide seas. Ka peale teist maailmasõda leidsidki diiselmootoriga Mercedesed Lääne-Euroopas laialdast kasutust taksodena. Muidu polnud aga raskemad, väiksema jõudlusega ja lärmakamad diiselautod Euroopas populaarsed enne 1970. aastate naftakriisi, kui 1976. aastal tuli välja Volkswagen Golf EA827 diiselmootoriga (50 hj). Alates 1980. aastatest hakati diiselmootoriga sõiduautodel kasutama turbolaadimist, esimeseks turbodiisliga autoks sai 1978. aastal Mercedes-Benz 300SD OM617A-ga (2998 cm³ R5 115 hj, hiljem 125 hj). Tänapäeval ongi enamus diiselautosid turbolaadimisega.

Tööpõhimõte

Neljataktiline tsükkel

1. Sisselasketakt (0–180° väntvõlli pööret). Takti alguses avaneb sisselaskeklapp. Väljalaskeklapp on suletud. Kolb liigub silindris alla, tekitades hõrenduse. Sellega imetakse silindrisse sisselaskeklapi kaudu värske õhk. Takt lõpeb, kui kolb on jõudnud alumisse surnud seisu (180°).
2. Survetakt (180–360° väntvõlli pööret). Sisselaskeklapp sulgub. Kolb hakkab liikuma üles, surudes silindris õhku kokku (16–25 korda).
3. Töötakt (360–540° väntvõlli pööret). Kütus pihustatakse silindrisse, kus see kuumas õhus osaliselt aurustub. Kütus süttib ning põlemise käigus tekivad kuumad gaasid suruvad kolvi alla. Põlemine toimub täpselt nii kaua, kui silindrisse pihustatakse kütust. Sellest järeldub, et töötsükkel toimub pideva gaasi surve all, mis tingib diiselmootori väntvõlli suure väändemomendi. Põlemiskambris (silindris) peab olema alati piisavalt hapnikku, et mootor ei hakkaks tahmama, kütuse põlemine peab olema täielik.
4. Väljalasketakt (540–720° väntvõlli pööret). Kolb liigub üles ning surub põlemisjäägid silindrist välja.

Eelised ja puudused

Nüüdisaegsete diiselmootorite kasutegur jääb vahemikku 40–45%, parimatel mootoritel isegi suurem, nagu näiteks MAN B&W S80ME-C7 mootoril, mille kasutegur on 54,4%. Diiselmootorid ei nõua kindla aurustumisnäitajatega kütust, see võimaldab kasutada kütusena madalaastmelisi naftafraktsioone. Kütteõlid sisaldavad rohkem süsinikuaatomeid, nende kütteväärtus on suurem ja see tingib diiselmootori suurema kasuteguri.

Diiselmootorid ei arendama kõrgeid väntvõlli pöördeid, sest kütus silindris ei jõua sel juhul lõpuni põleda. Mehaanilised pinged mootoris on suuremad, mis tähendab, et tuleb kasutada massiivsemaid ja vastupidavamaid osasid, see teeb diiselmootori raskeks. Viimane tingib diiselmootorite vähese kasutuse lennunduses. Üks näide on pommituslennukid Junkers, mis olid varustatud diiselmootoritega (Junkers Jumo 203 kuni 224).

Kütuse põlemine silindris kestab seni, kuni sellesse pihustatakse kütust. Seetõttu on diiselmootori väntvõllil suur väändemoment madalatel pööretel, see teeb diiselmootoriga auto “erksamaks” võrreldes samasuguse autoga, millel on bensiinimootor. Suur väntvõlli väändemoment madalatel pööretel ja kütusesäästlikkus tingib asjaolu, et enamus tänapäeva veokeid ja laevu on varustatud just diiselmootoritega.

Võrreldes bensiinimootoritega on diiselmootori väljalaskegaasides väiksem vingugaasi sisaldus, ent laialdane katalüsaatorite kasutamine teeb selle vahe üsna väikeseks. Märkimisväärse osa diiselmootori väljalaskegaaside koostisest moodustavad süsivesinikud (CH j HC), oksiidid ja tahm. Väljalaskegaaside temperatuur on keskmiselt 600–700 °С, vastav näitaja bensiinimootorite puhul on 800–1100 °С. Madalam väljalaskegaaside temperatuur põhjustab võrreldes bensiinimootoriga vähem soojuskadu.

Diislikütus aurustub võrreldes bensiiniga halvasti ning ei kogune gaasina mootoriruumis, mis tähendab et tulekahjuoht on palju väiksem, kui bensiinimootorite puhul, sest ei kasutata ka süüteküünlaid. See asjaolu ja kütusesäästlikkus tingisid diiselmootorite laialdase kasutuse näiteks tankides.

Diiselmootor nõuab käivitamisel suure surveastme tõttu väntvõlli pööramiseks suuremat jõudu kui samasuguse silindritöömahuga bensiinimootor, seetõttu vajab diiselmootor võimsamat starterit ja akut. Diiselmootoreid käivitatakse ka suruõhuga, mida juhitakse silindritesse vajalikus järjekorras.

Üks märkimisväärsemaid diiselmootorite miinuseid seisneb suvise diislikütuse tahkestumises madalal õhutemperatuuril. Samuti on diiselmootorid tundlikud kütuse saastatuse suhtes. Diiselmootori kütusesüsteem on keerulisem ja kallim remontida (pihustid ja kõrgsurvepump). Diiselmootorite võimsus sama silindrimahu juures on üldjuhul madalam kui bensiinimootoritel, kuigi diiselmootorite väntvõlli väändemoment üldjuhul on suurem. Viimase ajani on peetud diiselmootoreid rohkem saastavaks kui bensiinimootoreid. Olukord on muutunud ühisanumsissepritse (pihustid, mida juhib elektrooniline "aju") kasutuselevõtuga. Kui tavalise mehaanilise sissepritse korral on pihustites rõhk 100–400 baari, siis uutes ühisanumsissepritse tüüpi pihustites on rõhk 1000–2500 baari.