Pourquoi les véhicules lourds utilisent-ils presque toujours des moteurs diesel?

Je me suis toujours demandé pourquoi les véhicules lourds tels que les gros camions et les autobus utilisent presque toujours des moteurs diesel, alors que dans les voitures légères, il existe un choix entre les moteurs diesel et à essence.

L'efficacité du moteur pourrait expliquer la préférence pour les moteurs diesel, mais encore une fois, n'est-ce pas une considération valable aussi dans les voitures légères? Vous devriez obtenir une meilleure efficacité avec un moteur diesel et, par conséquent, toutes les voitures devraient utiliser des moteurs diesel.

Alors, pourquoi les gros véhicules utilisent-ils presque toujours des moteurs diesel, alors que les voitures légères ont le choix entre l’essence et le diesel?

Une technologie moderne telle que la technologie hybride avec cycle Atkinson pourrait-elle également intégrer des moteurs à essence dans les gros véhicules? J'ai lu que le moteur à cycle Atkinson de la Toyota Prius 2016 avait un rendement thermique de 40%. À mon avis, cela ressemble beaucoup au diesel et, si la technologie est développée, pourrait aider à introduire la technologie de l’essence dans les gros véhicules.

Le couple est le nom du jeu. Un couple élevé est nécessaire pour déplacer des charges lourdes. Si l'on compare un moteur à essence à un moteur diesel comparable, le couple diesel sera toujours plus élevé. Le couple plus élevé provient de la nécessité d'un taux de compression plus élevé pour l'allumage par compression. Pour obtenir le taux de compression le plus élevé, une course plus longue est nécessaire. La course la plus longue provient d'un plus grand décalage de vilebrequin. Ce décalage donne un plus grand couple.

Un autre aspect est que les moteurs diesels peuvent générer un couple extraordinaire à très bas régime. Très simplement, mettre plus de carburant équivaut à plus de couple lorsque tout le reste est maintenu identique. Un diesel n'a pas de papillon des gaz et aspire le maximum d'air à chaque coup. Dans un diesel, la quantité de carburant ajoutée est ce qui contrôle la puissance. La manette des gaz contrôle la quantité de carburant ajoutée. Cela signifie qu'un diesel fonctionne toujours maigre. Au ralenti, le moteur n'utilise pratiquement pas de carburant. Ce mélange maigre permet d’ajouter de grandes quantités de carburant, même à bas régime. En revanche, un moteur à essence doit toujours conserver le mélange de carburant à un niveau stœchiométrique optimal. Cette nécessité de maintenir le mélange correct signifie que pour obtenir plus de carburant, le moteur doit atteindre des régimes plus élevés. Cela signifie qu'un moteur à essence génère un couple beaucoup plus élevé qu'un moteur diesel.

Le seul inconvénient réel de cette production de couple est un régime limité. Ceci est compensé par une boîte de vitesses avec beaucoup, beaucoup d'engrenages.

Si un moteur à essence était utilisé, il devrait être beaucoup plus gros. Un moteur beaucoup plus gros permettrait une plus grande consommation de carburant.

Une raison majeure, mais souvent négligée, de la prédominance des moteurs à essence dans les véhicules de tourisme est le besoin de moteurs diesel dans les véhicules lourds. Une quantité donnée de pétrole brut, en fonction de sa composition, donnera une quantité donnée de diesel, une quantité donnée d'essence, une quantité donnée de cire de bougie et des quantités spécifiques données d'autres produits pétroliers. Par conséquent, si nous fixons la quantité de l'un de ces produits dont nous avons besoin comme constante, nous fixons également les quantités de tous les autres produits.

Comme l'explique vini_i dans une autre réponse, les moteurs diesel produisent plus de couple en tant que sous-produit des décisions techniques prises pour créer un moteur à taux de compression plus élevé. Les véhicules lourds reçoivent les moteurs à couple diesel. Fixons la quantité de carburant diesel nécessaire pour transporter les marchandises d'un pays donné via le diesel. Nous avons maintenant une quantité fixe d’essence produite en tant que sous-produit de la production de ce carburant diesel. Il est beaucoup plus logique de placer des moteurs à essence dans les véhicules de tourisme susceptibles de brûler ce reste d'essence, plutôt que de placer des moteurs diesel dans les véhicules de tourisme, qui entreront alors en concurrence pour la quantité fixe de diesel produite.

Ainsi, aucun type de moteur ne serait économiquement bien adapté à une utilisation dans tous les véhicules, quelles que soient les considérations techniques. Chaque fois que du carburant est créé pour un type de moteur, le carburant pour l'autre type de moteur est créé en tant que sous-produit et une personne viendra avec un moteur pouvant brûler ce sous-produit.

A la question principale de OP: «Pourquoi les véhicules lourds utilisent-ils presque toujours des moteurs diesel?» Réponse: Coût et fiabilité. Les moteurs diesel coûtent nettement plus cher, mais leur durée de vie est bien plus longue que celle des moteurs à essence. Pour un véhicule utilitaire qui roule tous les jours sur la route, cela représente de grandes économies grâce à une meilleure économie de carburant et à moins de temps d'immobilisation pour les réparations.

À la question supplémentaire du PO concernant les véhicules légers à diesel: Aux États-Unis, le diesel a une image très négative du consommateur, sale, fort, lent, etc. Les constructeurs automobiles affirment que même si les véhicules grand public fonctionnant au diesel sont supérieurs à l'essence, les consommateurs aux États-Unis ne les achètera pas. Cela ne vaut pas la peine de débattre de la validité de cette affirmation ici, mais il convient de noter que dans d'autres pays, tels que l'Europe, un grand pourcentage des véhicules grand public sont au diesel. La réponse peut donc être plus culturelle que scientifique (que ce soit la culture de consommation américaine ou la culture des trois grands constructeurs est ouverte à interprétation).

Avec deux moteurs de poids similaire, les deux fonctionnant à leur efficacité optimale respective (c’est-à-dire le travail mécanique maximum effectué par unité d’enthalpie chimique dans le carburant brûlé), vous obtiendrez une consommation de carburant similaire pour l’un ou l’autre type de moteur. Mais un moteur diesel offrira généralement un peu plus de puissance en offrant plus de couple; c'est comme ça que c'est plus efficace.

Cependant, cette efficacité optimale est toujours atteinte à un régime très bas. À présent, les moteurs à piston offrent la plus grande puissance à haut régime, mais au prix d'une efficacité réduite. C'est-à-dire qu'en descendant et en augmentant, vous obtenez beaucoup plus de puissance (et avez besoin de beaucoup plus de carburant). Maintenant, comme les moteurs Otto peuvent être exploités plus haut que les moteurs Diesel (et ont tendance à réagir beaucoup plus rapidement), ils conviennent mieux à ce type d '"overclocking" et sont donc plus attractifs pour les voitures de sport. Pour les camions, ce n'est pas économique cependant.

Si vous voulez, un moteur Otto est un compromis entre un moteur diesel (lourd; bonne efficacité à bas régime, faible puissance supplémentaire à haut régime) et une turbine à gaz (très légère; efficacité terrible à bas régime, beaucoup de puissance à haut régime ).

Une autre considération, au moins au Royaume-Uni, est que vous pouvez acheter du "diesel rouge" (carburant diesel, teint en rouge) pour une utilisation dans l'agriculture, des générateurs fixes, etc. avec beaucoup moins de taxe. À l'heure actuelle, le diesel coûte environ 1,10 £ le litre (le garage local est passé plus tôt), alors que la dernière fois que j'ai acheté du diesel rouge, il était d'environ 0,60 £ le litre.

Je ne sais pas si ce genre de chose se produit dans d'autres pays, mais compte tenu de la similarité des performances diesel / essence, cette réduction significative des coûts de carburant fait de ce diesel le carburant de choix pour les tracteurs et les machines agricoles, ainsi que pour tous les moteurs non motorisés. t Conduire les roues des véhicules routiers, tels que les systèmes de réfrigération, les générateurs, etc. Si une situation similaire se produit dans d'autres pays, c'est sans doute l'une des raisons pour lesquelles les moteurs diesel dominent ces industries. Vous ne seriez pas en mesure de fabriquer un moteur à essence utilisant suffisamment moins de carburant au cours de sa durée de vie pour récupérer un tel différentiel de coût du carburant.

Je ne le sais pas, mais j'oserais même suggérer qu'une telle situation se soit produite il y a des années lorsque les moteurs à essence ne pouvaient tout simplement pas produire le couple ou la fiabilité requis dans les conditions requises. Le diesel était donc l'option privilégiée. Une législation sur les taxes sur les carburants pour différents usages ne suivra pas les taux de développement modernes des entreprises privées.

Certes, l'argument du diesel rouge ne résiste pas aux véhicules routiers, mais quand on considère que la charge tirée dans une remorque de 40 'est comparable à celle d'un tracteur et d'une remorque dans un champ, il est plus facile pour les fabricants de moteurs de fabriquer deux véhicules similaires. moteurs adaptés au marché. Je ne sais pas assez qui sait qui appartient à qui en ce qui concerne les fabricants de moteurs diesel au cours des cinquante dernières années, mais il y a au moins matière à doute.

Enfin, si tout le monde utilisait du diesel, la police devrait vérifier chaque véhicule pour détecter la présence de diesel rouge dans le réservoir de carburant, plutôt que le faible pourcentage qui pourrait effectivement l’utiliser aujourd’hui. Cela coûterait des millions de dollars aux gouvernements et aux compagnies pétrolières, ce qui serait impensable bien sûr.

Quelques bonnes et quelques bonnes réponses ici.

Les moteurs diesel (ou à pistons quelconques) - contrairement à ce qui est affirmé ci-dessus - ne nécessitent pas nécessairement une course longue pour une compression élevée; mais ils ont souvent des trous carrés et / ou des coups qui ne sont pas courts (selon les normes des moteurs à essence typiques).

Les moteurs diesel - contrairement à ce que nous prétendons ci-dessus - ont des papillons des gaz; Ceux-ci régulent le flux d'air entrant - qui régule à son tour le couple, la puissance et le régime. . etc.

Une compression élevée peut être obtenue avec et sans modification de la course, ce qui peut être obtenu en modifiant la longueur de la bielle (différente de la course) afin de placer le piston plus haut dans le bloc-cylindres et éventuellement en saillie dans la chambre de combustion, et / ou en modifiant la géométrie du piston.

Une course plus importante peut souvent conduire à un moment de couple instantané et composite plus important au vilebrequin (pensez au levier avec une grosse clé; comme ceci [plus un frottement accru] est exactement ce que vous donnez au BMEP et / ou à la force exercée sur le piston chaque produit de combustion quand il est relié au vilebrequin avec une course longue / "levier"); mais - comme mentionné - il augmente également le frottement.

Les moteurs diesel peuvent généralement fonctionner avec une compression extrêmement élevée (beaucoup plus élevée que les moteurs à essence classiques) en raison du carburant utilisé, entre autres choses, qui ne s'enflamme pas à des taux de compression comparables à ceux d'un moteur à essence typique.

Comme le disent les réponses et les notes ci-dessus; le nom du jeu est toujours Torque.

Et c’est la raison pour laquelle les moteurs diesel sont fabriqués, en plus de la capacité de produire des valeurs de couple élevées à la fois fiables et économiques.

HorsePower (une force liée à des objets [un camion] se déplaçant en ligne droite et / ou linéaire) est simplement un produit du couple (une force associée à des objets [un vilebrequin] qui tournent et / ou tournent); la quantité de couple produite dans un temps et / ou des tours donnés.

Étant donné que l'ingénieur du groupe motopropulseur peut réellement effectuer un certain nombre de choses pour augmenter le rendement de tout moteur à piston (diesel / essence) / réciproque .etc), veuillez noter que l’augmentation de la compression est directement liée à l’augmentation de l’efficacité et du rendement.

Contrairement à, par exemple, augmenter la capacité statique du moteur; un chev (45 litres) n’est pas nécessairement plus efficace qu’un V6 moderne de 3 litres - même si le 454 chev est probablement plus puissant - à condition que le V6 de 3 litres ne soit pas suralimenté.

Même dans ce cas, turbochargez la 454 et vous obtiendrez un couple et une puissance prodigieux au-delà de 1500 HP et possiblement d’approche de 2000 HP, à condition que tout le réglage / l’alimentation soit effectué correctement.

Les moteurs diesel sont donc conçus pour produire un couple important via les approches de conception susmentionnées et une compression / combustion très élevée.

La longueur de la course dans un moteur diesel dépend davantage de la génération de couple maximale (à partir du produit de combustion) et / ou de la conception - que de la compression pure; mais - comme indiqué ci-dessus - il peut également aider à la compression.

Le processus de combustion est complexe et constitue un endroit où l’efficacité, l’économie et le couple / puissance peuvent être maximisés.

C’est la raison pour laquelle nous voyons des voitures à essence modernes, en particulier européennes, toutes à injection directe; comme la plupart des diesels ont eu pendant des années.

De cette manière, le processus de combustion peut être mieux contrôlé dans toutes les conditions et dans les "modes" de conduite.

Les moteurs diesel - contrairement à la plupart des moteurs à essence classiques, en particulier ceux d'il y a une décennie - garantissent presque toujours qu'ils tirent précisément au point mort haut (TDC) en raison du fait qu'ils reposent sur un allumage par compression.

De nombreux moteurs à essence typiques - certains encore actuels - ne disposent pas de la précision nécessaire pour déclencher chaque cycle de combustion au TDC en raison de la complexité du moteur et de la vitesse à laquelle les composants internes se déplacent; et lorsque cela ne se produit pas, l'efficacité et le couple baissent rapidement.

Plus un moteur tourne vite, plus il est difficile de s'assurer que chaque cycle de combustion se déclenche correctement au TDC; C'est l'une des raisons pour lesquelles les moteurs non diesel de nos jours ont tous des bobines individuelles (pour chaque bougie) et une forme d'allumage commandé par ordinateur / électronique.

Comparativement, les moteurs diesel n’ont pas du tout besoin de systèmes d’allumage électronique, et ils n’ont pas non plus une vitesse élevée du vilebrequin (un moteur de paquebot océanique fera rarement plus de 250 à 300 tr / min).

Les moteurs diesel sont également conçus de manière à générer un couple important à partir de régimes très bas. Ils utilisent également un carburant conçu (à l’époque où le seul carburant disponible était au plomb) pour permettre un taux de compression très élevé.

Il est faux de dire que les moteurs diesel sont bien plus efficaces que les moteurs à essence modernes.

Habituellement - il y a une dizaine d'années environ -, le moteur diesel était capable de fournir un couple important à bas régimes / moteur, combiné à sa capacité à supporter des taux de compression élevés, ainsi que le fait que les moteurs diesel étaient suralimentés; cela fournissait souvent l'efficacité perçue et d'autres avantages par rapport au moteur à essence typique.

De nos jours - en particulier avec les produits à essence sans plomb qui supportent une compression élevée - les moteurs à essence classiques ne sont pas seulement des moteurs turbo à injection directe et à taux de compression élevés - grand couple à faible vitesse de rotation du vilebrequin.

Cela rejoint la même cible que plusieurs des propositions de vente uniques proposées auparavant par les diesels.

Néanmoins, le moteur diesel jouira encore plus longtemps de la popularité car le carburant diesel est légèrement moins cher que l’essence ordinaire.

De plus, les moteurs diesel; (a) sont robustes, (b) sont relativement simples, (c) ils tournent généralement à basse vitesse [et sont donc des produits de couple et sont "raisonnablement" économiques / rentables], (d) ils ne nécessitent pas de train de soupapes sophistiqué. et / ou des considérations relatives au système d'allumage, et, (e) lorsqu'elles sont conçues pour fonctionner en mode 2 temps, elles peuvent être mises en œuvre de manière à produire des couples de sortie supérieurs avec une complexité parfois égale ou inférieure, en particulier en ce qui concerne le train de soupapes.

Cela dit, je pense que la combinaison de la disparition lente de l'industrie des combustibles fossiles, des politiques de lutte contre le carbone / pollution de la plupart des pays du monde, et de la montée en puissance des moteurs électriques hybrides / autonomes dans les véhicules de tourisme va probablement - à moins évolue - tuez le moteur diesel au cours des 10 prochaines années.