Πετρελαιοκινητήρες: Πλεονεκτήματα και… πλεονεκτήματα!

Οι κινητήρες diesel είναι ένα είδος κινητήρα εσωτερικής καύσης στον οποίο το καύσιμο αναφλέγεται εξαιτίας της υψηλής θερμοκρασίας που αναπτύσσεται στον θάλαμο καύσης. Αυτή είναι αποτέλεσμα της υψηλής πίεσης που επικρατεί στον θάλαμο καύσης την ώρα που εισέρχεται (ψεκάζεται, για να είμαστε ακριβείς) σε αυτόν το πετρέλαιο. Στο σημείο αυτό, το πετρέλαιο αναμειγνύεται με τον συμπιεσμένο ατμοσφαιρικό αέρα που βρίσκεται ήδη μέσα στον θάλαμο καύσης.

Οι συνθήκες υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας και ο συνδυασμός του πετρελαίου με το οξυγόνο που περιέχει ο αέρας δημιουργούν ένα εκρηκτικό μείγμα το οποίο αυταναφλέγεται σπρώχνοντας το έμβολο από το άνω νεκρό σημείο προς τα κάτω, ξεκινώντας έτσι τον γνωστό μας κύκλο Οττο. Αυτή είναι και η κύρια διαφορά στον τρόπο λειτουργίας του σε σχέση με τον βενζινοκινητήρα, ο οποίος χρησιμοποιεί μια ξεχωριστή πηγή για τη δημιουργία σπινθήρα (το μπουζί ή σπινθηριστή), ώστε να αναφλεγεί το καύσιμο μείγμα.

Οι βενζινοκινητήρες συμπιέζουν το καύσιμο μείγμα με σχέση συμπίεσης που κυμαίνεται ανάμεσα στο 8:1 και στο 12:1. Οι πετρελαιοκινητήρες λειτουργούν με πολύ υψηλότερη σχέση συμπίεσης, η οποία ξεκινά από το 14:1 και μπορεί να φτάσει μέχρι και στο 25:1. Οι πετρελαιοκινητήρες της BMW λειτουργούν περίπου στο 17:1 και αυτή η υψηλότερη σχέση συμπίεσης σε σχέση με τους βενζινοκινητήρες είναι η αιτία της καλύτερης θερμοδυναμικής τους απόδοσης και των υψηλότερων τιμών ροπής που επιδεικνύουν. Ο κινητήρας της 320d χρησιμοποιεί σύστημα τροφοδοσίας υψηλής πίεσης κοινού συλλέκτη (common rail).

Η διαδικασία διαμόρφωσης του καύσιμου μείγματος μέσα στον θάλαμο καύσης απαιτεί την ύπαρξη υψηλής πίεσης στα ακροφύσια (μπεκ) του συστήματος τροφοδοσίας. Αυτή είναι απαραίτητη αφενός για να υπερνικηθεί η αντίσταση του συμπιεσμένου αέρα που βρίσκεται ήδη στον θάλαμο καύσης και αφετέρου για τον αποτελεσματικό στροβιλισμό του καυσίμου μέσα σε αυτόν. Οσο καλύτερος ο στροβιλισμός, τόσο πιο ομοιογενές θα είναι το καύσιμο μείγμα αέρα/πετρελαίου και το αποτέλεσμα θα είναι μια τέλεια καύση. Αυτή με τη σειρά της εξασφαλίζει υψηλές τιμές ροπής και ισχύος από τον κινητήρα και χαμηλές τιμές εκπεμπόμενων ρύπων.

Η μεγάλη ροπή και η αξιοσέβαστη ισχύς σε έναν πετρελαιοκινητήρα επιτυγχάνονται και με την υπερπλήρωση (το… παραγέμισμα, δηλαδή) του θαλάμου καύσης με τη βοήθεια ενός υπερσυμπιεστή εξάτμισης (turbo). Για την περαιτέρω αύξηση του αέρα που συμπιέζεται μέσα στον θάλαμο καύσης, αυτός περνά και μέσα από έναν εναλλάκτη θερμότητας (intercooler) ο οποίος βρίσκεται ανάμεσα στην τουρμπίνα και στην εισαγωγή του κινητήρα. Εκεί ο αέρας ψύχεται, γίνεται πυκνότερος κι έτσι βελτιώνεται η υπερπλήρωση των θαλάμων καύσης του κινητήρα. Ετσι, το καύσιμο μείγμα γίνεται πλουσιότερο σε οξυγόνο και κατά συνέπεια πιο εκρηκτικό, με αποτέλεσμα την αύξηση της ροπής.

Σε ό,τι αφορά στους υπερσυμπιεστές εξάτμισης που χρησιμοποιούνται στους πετρελαιοκινητήρες της BMW, έχουν φτερωτή μεταβλητής γεωμετρίας και η μέγιστη πίεση υπερπλήρωσης που μπορούν να επιτύχουν φτάνει μέχρι τα 2,1 bar. Αυτό βελτιώνει την απόκριση στο γκάζι, τις τιμές της ροπής στις χαμηλές στροφές και βεβαίως, αυξάνει την ιπποδύναμη. Τέλος, όλοι οι σύγχρονοι πετρελαιοκινητήρες έχουν εκπομπές ρύπων πολύ μικρότερες από ό,τι ορίζουν οι ισχύουσες ευρωπαϊκές προδιαγραφές.

Καλύτερη θερμοδυναμική απόδοση
Χάρη στην υψηλή σχέση συμπίεσης, οι πετρελαιοκινητήρες είναι περισσότερο αποδοτικοί από βενζινοκινητήρες ανάλογου κυλινδρισμού και γι’ αυτό χρησιμοποιούν λιγότερο καύσιμο για να παράξουν την ίδια ποσότητα ενέργειας. Ενα παράδειγμα της καλύτερης θερμοδυναμικής απόδοσης του πετρελαιοκινητήρα είναι και οι πολύ χαμηλότερες θερμοκρασίες που αναπτύσσονται στην πολλαπλή εξαγωγής του.

Αυτό δείχνει πόσο λιγότερη ενέργεια πηγαίνει χαμένη στη διαδικασία της καύσης σε σχέση με έναν βενζινοκινητήρα, γεγονός που τελικά μεταφράζεται σε μικρότερη κατανάλωση καυσίμου ανά διανυθέν χιλιόμετρο. Οι υψηλότερες τιμές ροπής που επιτυγχάνει ο πετρελαιοκινητήρας επιτρέπουν τη σχεδίαση ενός συνόλου πιο αργόστροφου και στην περίπτωση ενός τετρακύλινδρου πετρελαιοκινητήρα, η ροπή του είναι ανάλογη με αυτήν ενός εξακύλινδορυ βενζινοκινητήρα.

Οι σύγχρονοι πετρελαιοκινητήρες είναι και πιο φιλικοί στο περιβάλλον, καθώς λόγω της τέλειας καύσης που κάνουν, εκπέμπουν λιγότερο διοξείδιο του άνθρακα (CO2), λιγότερους υδρογονάνθρακες (HC) και λιγότερο μονοξείδιο του άνθρακα (CO).

Κατασκευαστικά, οι πετρελαιοκινητήρες είναι ευρέως ενισχυμένοι έτσι ώστε να αντέχουν τις φορτίσεις από την υψηλή συμπίεση που είναι απαραίτητη για την έναυση. Αυτό, σε συνδυασμό με τις μικρότερες ταχύτητες περιστροφής (ότι είναι αργόστροφοι, όπως προαναφέραμε) κάνει τους πετρελαιοκινητήρες πιο ανθεκτικούς και με μεγαλύτερη διάρκεια ζωής.

Μειονεκτήματα: Είδος υπό εξαφάνιση…
Εξαιτίας, όμως, του αυξημένου βάρους τους σε σχέση με τους αντίστοιχης ισχύος βενζινοκινητήρες επηρεάζουν δυσμενώς την κατανομή του βάρους. Εντούτοις, με την εξέλιξη της τεχνολογίας των κινητήρων diesel το πρόβλημα του επιπλέον βάρους, όπως και το πρόβλημα των κραδασμών και του θορύβου έχουν αντιμετωπιστεί αποτελεσματικά.

Αλλωστε και στην περίπτωση της 320d ο πιο εύκολος τρόπος να καταλάβεις περί τίνος πρόκειται είναι να κοιτάξεις στο στροφόμετρο, παρά να περιμένεις να ακούσεις το χαρακτηριστικό κροτάλισμα ή να… μυρίσεις την αιθάλη (η οποία έτσι κι αλλιώς δεν υπάρχει πια…). Οι πετρελαιοκινητήρες, επίσης, έχουν ακριβότερη αρχική τιμή λόγω του μεγαλύτερου κατασκευαστικού κόστους. Αυτό συμβαίνει επειδή ενσωματώνουν σε γενικές γραμμές υψηλότερη τεχνολογία (π.χ. το σύστημα τροφοδοσίας υψηλής πίεσης).