Mengapa kendaraan berat hampir selalu menggunakan mesin diesel?

Saya selalu bertanya-tanya mengapa kendaraan berat seperti truk dan bus besar hampir selalu menggunakan mesin diesel, sedangkan di mobil ringan ada pilihan antara mesin diesel dan bensin.

Efisiensi mesin mungkin menjelaskan preferensi terhadap mesin diesel, tetapi sekali lagi bukankah ini pertimbangan yang valid juga pada mobil ringan? Anda harus mendapatkan efisiensi yang lebih baik dengan mesin diesel, dan karenanya, semua mobil harus menggunakan mesin diesel.

Jadi, mengapa kendaraan besar hampir selalu menggunakan mesin diesel, tetapi mobil ringan memiliki pilihan antara bensin dan diesel?

Bisakah teknologi modern seperti teknologi hibrida dengan siklus Atkinson membawa mesin bensin ke kendaraan besar juga? Saya telah membaca bahwa mesin siklus Atkinson pada tahun 2016 Toyota Prius memiliki efisiensi termal 40%. Ini sangat mirip diesel menurut saya dan jika teknologinya ditingkatkan, dapat membantu membawa teknologi bensin ke kendaraan besar.

Torsi adalah nama permainan. Diperlukan torsi tinggi untuk memindahkan beban berat. Jika membandingkan mesin bensin dengan mesin diesel yang sebanding, diesel akan selalu memiliki torsi yang lebih tinggi. Torsi yang lebih tinggi berasal dari kebutuhan untuk rasio kompresi yang lebih tinggi yang diperlukan untuk pengapian kompresi. Untuk mencapai rasio kompresi yang lebih tinggi diperlukan langkah yang lebih lama. Stroke yang lebih panjang berasal dari offset crankshaft yang lebih besar. Offset ini menghasilkan torsi yang lebih besar.

Aspek lain adalah bahwa mesin diesel dapat menghasilkan torsi yang luar biasa pada RPM yang sangat rendah. Sederhananya, menambah lebih banyak bahan bakar sama dengan torsi yang lebih banyak ketika yang lainnya tetap sama. Sebuah diesel tidak memiliki pelat throttle dan menarik jumlah udara maksimum pada setiap stroke. Dalam diesel, jumlah bahan bakar yang ditambahkan adalah yang mengendalikan daya. Throttle mengontrol berapa banyak bahan bakar yang ditambahkan. Ini berarti bahwa diesel selalu berjalan ramping. Saat idle mesin hampir tidak menggunakan bahan bakar apa pun. Campuran ramping ini memungkinkan penambahan bahan bakar dalam jumlah besar bahkan pada RPM rendah. Mesin bensin di sisi lain selalu harus menjaga campuran bahan bakar di stoikiometrik optimal. Kebutuhan ini untuk menjaga campuran tetap benar berarti bahwa untuk mendapatkan lebih banyak bahan bakar, mesin perlu meningkatkan ke RPM yang lebih tinggi. Ini berarti bahwa mesin bensin menghasilkan torsi pada RPM yang jauh lebih tinggi daripada diesel.

Satu-satunya penarikan nyata untuk produksi torsi ini adalah RPM terbatas. Ini dikompensasi oleh gear box dengan banyak dan banyak roda gigi.

Jika mesin bensin digunakan itu harus jauh lebih besar. Mesin yang jauh lebih besar akan membuat konsumsi bahan bakar lebih besar.

Alasan utama, tetapi sering diabaikan, untuk dominasi mesin bensin pada kendaraan penumpang adalah perlunya mesin diesel pada kendaraan berat. Kuantitas tertentu dari minyak mentah, tergantung pada komposisinya, akan menghasilkan jumlah diesel tertentu, jumlah bensin tertentu, jumlah lilin lilin tertentu, dan jumlah tertentu dari produk minyak bumi lainnya. Oleh karena itu, jika kita menetapkan jumlah salah satu dari produk ini yang kita butuhkan sebagai konstan, maka kita juga telah menetapkan jumlah semua produk lainnya sebagai konstan juga.

Seperti yang dijelaskan vini_i dalam jawaban lain, mesin diesel menghasilkan lebih banyak torsi sebagai produk sampingan dari keputusan teknik dalam menciptakan mesin rasio kompresi yang lebih tinggi. Kendaraan berat mendapatkan motor penghasil torsi bertenaga diesel. Mari kita perbaiki jumlah bahan bakar diesel yang dibutuhkan untuk memindahkan barang suatu negara melalui diesel. Sekarang, kami memiliki jumlah bensin yang tetap yang diproduksi sebagai produk sampingan dari produksi bahan bakar diesel itu. Lebih masuk akal untuk menempatkan mesin bensin di kendaraan penumpang yang dapat membakar bensin sisa ini, daripada menempatkan mesin diesel di kendaraan penumpang yang kemudian akan bersaing untuk kuantitas tetap diesel yang diproduksi.

Dengan demikian, tidak ada tipe mesin yang cocok secara ekonomis untuk digunakan di semua kendaraan, terlepas dari pertimbangan teknis. Setiap kali bahan bakar untuk satu jenis mesin dibuat, bahan bakar untuk jenis mesin lainnya dibuat sebagai produk sampingan dan seseorang akan datang bersama dengan mesin yang dapat membakar produk sampingan itu.

Untuk pertanyaan utama OP: "Mengapa kendaraan berat hampir selalu menggunakan mesin diesel?" Jawab: Biaya dan ketergantungan. Mesin diesel secara signifikan lebih mahal, tetapi memiliki masa hidup beberapa kali lebih besar daripada mesin bensin. Untuk kendaraan komersial yang berada di jalan sepanjang hari setiap hari, itu menambah penghematan besar karena efisiensi bahan bakar yang lebih baik dan lebih sedikit waktu henti untuk perbaikan.

Untuk pertanyaan tambahan OP tentang kendaraan ringan yang menggunakan diesel: Di Amerika Serikat, diesel memiliki citra konsumen yang sangat negatif, bahwa itu kotor, keras, lambat, dll. Perusahaan mobil mengklaim bahwa meskipun kendaraan konsumen bertenaga diesel lebih unggul daripada bensin, konsumen di AS tidak akan membelinya. Tidak ada gunanya memperdebatkan keabsahan klaim itu di sini, tetapi perlu dicatat bahwa di tempat lain seperti Eropa, sebagian besar kendaraan konsumen adalah diesel. Jadi jawabannya mungkin lebih budaya daripada ilmiah (apakah maksud saya budaya konsumen AS atau budaya perusahaan mobil Tiga Besar terbuka untuk interpretasi).

Dengan dua mesin dengan bobot yang sama, keduanya beroperasi pada efisiensi optimal masing-masing (yaitu kerja mekanis maksimum yang dilakukan per unit entalpi kimia dalam bahan bakar yang terbakar), Anda akan berakhir dengan konsumsi bahan bakar yang serupa untuk kedua jenis mesin. Tetapi mesin Diesel umumnya akan menawarkan sedikit daya lebih dari ini, dengan memberikan lebih banyak torsi; karena itu lebih efisien.

Namun, efisiensi optimal tersebut selalu dicapai pada RPM yang cukup rendah. Sekarang, mesin piston sebenarnya menawarkan tenaga paling besar pada RPM tinggi , walaupun dengan biaya efisiensi yang lebih rendah. Yaitu, dengan menggeser ke bawah dan memutar ke atas, Anda mendapatkan daya yang jauh lebih besar (dan membutuhkan lebih banyak bahan bakar). Sekarang, karena mesin Otto dapat ditingkatkan lebih tinggi daripada mesin Diesel (dan juga cenderung merespons lebih cepat), mereka lebih cocok untuk jenis "overclocking" ini, dan karenanya lebih menarik untuk mobil sport. Untuk truk, ini bukan ekonomi.

Jika Anda mau, mesin Otto adalah kompromi antara mesin Diesel (berat; efisiensi baik pada RPM rendah; sedikit daya ekstra pada RPM tinggi) dan turbin gas (sangat ringan; efisiensi mengerikan pada RPM rendah; banyak daya pada RPM tinggi ).

Pertimbangan lain, setidaknya di Britania Raya, adalah Anda dapat membeli "diesel merah" (bahan bakar diesel, dicelup merah) untuk digunakan dalam penggunaan pertanian, generator stasioner dan sebagainya dengan pajak yang jauh lebih sedikit. Saat ini diesel di sini sekitar £ 1,10 per liter (garasi lokal, sudah lewat sebelumnya) sedangkan terakhir saya membeli diesel merah itu sekitar £ 0,60 per liter.

Saya tidak tahu apakah hal semacam ini terjadi di negara lain, tetapi mengingat kesamaan dalam kinerja diesel / bensin (bensin), pengurangan yang signifikan dalam biaya bahan bakar ini berarti bahwa diesel adalah bahan bakar pilihan untuk traktor dan mesin pertanian atau mesin apa pun yang tidak t menggerakkan roda kendaraan yang melaju di jalan, seperti sistem pendingin dan generator dan sebagainya. Jika hal serupa terjadi di negara lain, maka tidak diragukan lagi salah satu alasan mesin diesel mendominasi industri ini. Anda tidak akan dapat membuat mesin bensin yang akan menggunakan bahan bakar lebih sedikit selama masa pakainya untuk mengganti perbedaan biaya bahan bakar tersebut.

Saya tidak tahu tetapi saya berani menyarankan bahwa situasi seperti itu muncul bertahun-tahun yang lalu ketika mesin bensin tidak dapat menghasilkan torsi yang diperlukan atau keandalan pada kondisi yang diperlukan sehingga diesel adalah pilihan yang lebih disukai. Undang-undang tentang pajak bahan bakar untuk kegunaan yang berbeda tidak akan mengikuti laju perkembangan modern oleh perusahaan swasta.

Memang, argumen diesel merah tidak memotongnya dengan kendaraan jalan raya, tetapi ketika Anda menganggap beban yang ditarik di trailer 40 'sebanding dengan traktor dan trailer di lapangan, lebih mudah bagi produsen mesin untuk membuat dua yang serupa mesin yang disesuaikan dengan pasar. Saya tidak tahu cukup dekat tentang siapa yang memiliki siapa ketika datang ke produsen mesin diesel selama lima puluh tahun terakhir tetapi setidaknya beberapa makanan diragukan.

Akhirnya, jika semua orang menggunakan diesel, polisi harus memeriksa setiap kendaraan untuk diesel merah di tangki bahan bakar, daripada persentase kecil yang layak menggunakannya hari ini. Ini akan membuat pemerintah dan perusahaan minyak kehilangan jutaan pendapatan, yang tentu saja tidak terpikirkan.

Beberapa jawaban bagus dan hampir bagus di sini.

Mesin diesel (atau piston apa pun) - bertentangan dengan yang diklaim di atas - tidak perlu membutuhkan langkah panjang untuk kompresi tinggi; tetapi mereka sering memiliki lubang persegi dan / atau goresan yang tidak pendek (menurut standar mesin bensin).

Mesin diesel - bertentangan dengan yang diklaim di atas - memiliki pelat throttle; ini mengatur aliran udara yang masuk - yang pada gilirannya mengatur torsi, daya, dan putaran. . dll.

Kompresi tinggi dapat dicapai dengan dan tanpa mengubah goresan, dan ini dapat dilakukan dengan mengubah panjang batangan (tidak sama dengan goresan) sehingga menempatkan piston lebih jauh ke atas blok silinder dan mungkin menonjol ke dalam ruang bakar, dan / atau dengan mengubah geometri piston.

Stroke yang lebih besar dapat dan sering menyebabkan momen torsi instan dan komposit yang lebih besar di poros engkol (pikirkan leverage dengan kunci pas besar; karena ini [ditambah lebih banyak gesekan] persis seperti yang Anda berikan pada BMEP dan / atau tenaga yang diberikan pada piston yang diproduksi oleh setiap produk pembakaran ketika terhubung ke poros engkol dengan stroke panjang / "tuas"); tetapi - seperti yang disebutkan - itu juga meningkatkan gesekan.

Mesin diesel biasanya dapat menjalankan kompresi yang sangat tinggi (jauh lebih tinggi dari mesin bensin biasa) karena bahan bakar yang mereka gunakan itu - di antara hal lainnya - tidak memicu kompresi pada rasio kompresi yang akan terjadi pada mesin bensin biasa.

Seperti tanggapan dan catatan dari atas katakan; nama permainan selalu Torsi.

Dan itu - ditambah kemampuan untuk menghasilkan angka torsi tinggi yang andal dan (untuk pekerjaan yang dilakukan) secara ekonomis - adalah alasan mengapa mesin Diesel dibuat.

HorsePower (gaya yang berhubungan dengan benda [truk] yang bergerak dalam garis lurus dan / atau bidang linier) hanyalah produk torsi (gaya yang terkait dengan benda [poros engkol] yang berputar dan / atau berputar); jumlah torsi yang dihasilkan dalam waktu dan / atau putaran tertentu.

Karena benar-benar ada pada beberapa hal yang dapat dilakukan powertrain-engineer untuk meningkatkan output dari setiap mesin piston (diesel / bensin) (selain dari, meningkatkan pembakaran bahan bakar dan / atau kapasitas menyapu, meningkatkan kapasitas mesin statis, meningkatkan kompresi, mengurangi gesekan / bobot timbal balik .etc), harap dicatat bahwa peningkatan kompresi secara langsung berkaitan dengan peningkatan efisiensi dan output.

Tidak seperti, katakanlah, meningkatkan kapasitas mesin statis; sebagai chev 454 inci kubik (<7 liter) belum tentu lebih efisien daripada, katakanlah, V6 3 liter modern - meskipun 454 chev mungkin lebih kuat - asalkan V6 3 liter tidak dilengkapi turbocharged.

Meskipun demikian, turbocharge 454 dan Anda akan memiliki torsi dan tenaga luar biasa di atas 1500HP dan mungkin mendekati 2000HP asalkan semua penyetelan / pengisian bahan bakar dilakukan dengan benar.

Jadi mesin Diesel dirancang untuk menghasilkan torsi yang signifikan melalui pendekatan desain yang disebutkan di atas dan kompresi / pembakaran yang sangat tinggi.

Panjang langkah dalam mesin diesel lebih terkait dengan pembangkitan torsi maksimum (dari produk pembakaran) dan / atau desain - daripada kompresi murni; tetapi - seperti yang dinyatakan di atas - itu juga dapat membantu kompresi.

Proses pembakaran adalah proses yang kompleks, dan ini adalah tempat di mana efisiensi, ekonomi, dan torsi / tenaga dapat dimaksimalkan.

Inilah mengapa kita melihat mobil bensin modern - terutama yang Eropa - semuanya keluar dengan injeksi langsung; seperti kebanyakan mesin diesel telah bertahun-tahun.

Dengan cara ini proses pembakaran dapat dikontrol dengan lebih baik untuk semua kondisi dan mengendarai "mode".

Mesin diesel - tidak seperti kebanyakan mesin bensin pada umumnya, terutama pada dekade yang lalu - hampir selalu memastikan bahwa mereka menembak tepat di atas pusat mati (TDC) karena fakta bahwa mereka mengandalkan kompresi-pengapian.

Banyak mesin bensin khas - beberapa bahkan saat ini - tidak memiliki ketepatan untuk menembakkan setiap siklus pembakaran tunggal di TDC karena kompleksitas mesin dan seberapa cepat hal-hal di dalam bergerak; dan ketika ini gagal terjadi efisiensi dan torsi segera turun.

Semakin cepat mesin berputar semakin sulit untuk memastikan bahwa setiap siklus pembakaran tunggal tepat di TDC; ini adalah salah satu alasan mengapa mesin non-diesel saat ini semua memiliki paket koil individu (untuk setiap steker) dan beberapa bentuk pengapian yang dikendalikan secara elektronik / komputer.

Sebandingnya, mesin Diesel sama sekali tidak membutuhkan sistem pengapian elektronik, dan mereka juga tidak memiliki kecepatan crankshaft yang tinggi (diesel kapal laut jarang akan melakukan lebih dari 250 - 300 rpm, jika itu).

Mesin diesel pada dasarnya juga dibangun untuk menghasilkan torsi yang signifikan dari kecepatan kendaraan / mesin yang sangat rendah, dan mereka juga menggunakan bahan bakar yang dirancang (dulu ketika hanya bahan bakar bensin yang tersedia digerakkan) untuk memfasilitasi rasio kompresi yang sangat tinggi.

Ini adalah kekeliruan bahwa mesin Diesel jauh lebih efisien daripada mesin bensin modern modern.

Biasanya - sekitar satu dekade yang lalu - itu adalah kemampuan mesin diesel untuk memberikan torsi yang signifikan dari kecepatan kendaraan / mesin yang rendah, dikombinasikan dengan kemampuannya untuk mendukung rasio kompresi yang tinggi, dan juga fakta bahwa diesel memiliki turbocharged; yang sering memberikan efisiensi dan keunggulan lain yang dirasakan dibandingkan mesin bensin biasa.

Hari-hari ini - terutama dengan produk bensin non-timbal yang mendukung kompresi tinggi - mesin bensin khas tidak hanya turbocharged, injeksi langsung dan menjalankan rasio kompresi tinggi - tetapi mereka juga mampu keduanya, bandwidth kecepatan rotasi crankshaft lebih besar dari mesin diesel dan juga memproduksi angka torsi besar pada kecepatan rotasi poros engkol yang rendah juga.

Itu mengenai target yang sama dengan beberapa proposisi penjualan unik yang ditawarkan diesel sebelumnya.

Namun, motor Diesel akan menikmati popularitas untuk sementara waktu lebih lama karena bahan bakar Diesel sedikit lebih murah daripada bensin biasa.

Plus, mesin diesel; (a) kuat, (b) relatif sederhana, (c) mereka biasanya berjalan pada kecepatan rendah [dan karena itu produk torsi dan "cukup" ekonomis / hemat biaya], (d) mereka tidak memerlukan kereta-katup canggih dan / atau pertimbangan sistem pengapian, dan, (e) ketika mereka dirancang untuk beroperasi dalam mode 2-tak, mereka dapat diimplementasikan untuk menghasilkan output torsi yang lebih besar dengan kompleksitas yang terkadang sama atau kurang, terutama sehubungan dengan pertimbangan kereta katup.

Yang mengatakan, saya pikir, kombinasi dari kehancuran yang lambat dari industri bahan bakar fosil, kebijakan karbon / polusi negara-negara dunia pertama, dan juga munculnya motor listrik hibrida / berdiri sendiri di dalam kendaraan penumpang, mungkin akan - kecuali itu secara signifikan berevolusi - matikan mesin diesel dalam 10 tahun ke depan.