Tarkasteltavat moottorit:
- turbodiesel, joka kuluttaa 5,0 l / 100 km (EU-normi), kuvataan polttoaineen sisältämää lämpöenergiamäärää luvulla 100
- bensiinimoottori, joka kuluttaa 7,0 l / 100 km (EU-normi), kuvataan polttoaineen sisältämää lämpöenergiamäärää luvulla 140 (7/5x100=140)
Energian käytön jakautuminen eri kohteisiin:
- jos dieselin 100 yksikön polttoaineenkulutuksesta käytetään 40 % auton liikuttamiseen ja 25 % jäähdytysnesteen lämmittämiseen, jää jäljelle vielä 35 yksikköä energiaa moottorin vastusten voittamiseen, turboahtimen käyttämiseen sekä pakoputken kautta ja suoraan ulkoilmaan poistettavaksi
- jos bensamoottorin 140 yksikön polttoaineenkulutuksesta käytetään 13 % auton liikuttamiseen ja 40 % jäähdytysnesteen lämmittämiseen, jää vielä 66 yksikköä energiaa moottorin vastusten voittamiseen sekä pakoputken kautta ja suoraan ulkoilmaan poistettavaksi
Kysymykseni kuuluu, kuinka monta yksikköä jäljelle jäävästä energiasta (diesel 35, bensa 66) suunnilleen kuluu edellä mainitsemiini kohteisiin eli:
- moottorin vastuksen voittamiseen dieselillä ? ja bensiinimoottorilla ? yksikköä
- turboahtimen käyttämiseen (dieselillä) ? yksikköä
- suoraan ilmaan johtumiseen dieselillä ? ja bensiinimoottorilla ? yksikköä
- pakokaasun kautta poistettavaksi dieselillä ? ja bensiinimoottorilla ? yksikköä
Tämän jälkeen kummallakin moottorityypillä pitäisi olla kaikki polttoaineen sisältämä lämpöenergia kulutettu - vai unohdinko jotakin ?
- turbodiesel, joka kuluttaa 5,0 l / 100 km (EU-normi), kuvataan polttoaineen sisältämää lämpöenergiamäärää luvulla 100
- bensiinimoottori, joka kuluttaa 7,0 l / 100 km (EU-normi), kuvataan polttoaineen sisältämää lämpöenergiamäärää luvulla 140 (7/5x100=140)
Energian käytön jakautuminen eri kohteisiin:
- jos dieselin 100 yksikön polttoaineenkulutuksesta käytetään 40 % auton liikuttamiseen ja 25 % jäähdytysnesteen lämmittämiseen, jää jäljelle vielä 35 yksikköä energiaa moottorin vastusten voittamiseen, turboahtimen käyttämiseen sekä pakoputken kautta ja suoraan ulkoilmaan poistettavaksi
- jos bensamoottorin 140 yksikön polttoaineenkulutuksesta käytetään 13 % auton liikuttamiseen ja 40 % jäähdytysnesteen lämmittämiseen, jää vielä 66 yksikköä energiaa moottorin vastusten voittamiseen sekä pakoputken kautta ja suoraan ulkoilmaan poistettavaksi
Kysymykseni kuuluu, kuinka monta yksikköä jäljelle jäävästä energiasta (diesel 35, bensa 66) suunnilleen kuluu edellä mainitsemiini kohteisiin eli:
- moottorin vastuksen voittamiseen dieselillä ? ja bensiinimoottorilla ? yksikköä
- turboahtimen käyttämiseen (dieselillä) ? yksikköä
- suoraan ilmaan johtumiseen dieselillä ? ja bensiinimoottorilla ? yksikköä
- pakokaasun kautta poistettavaksi dieselillä ? ja bensiinimoottorilla ? yksikköä
Tämän jälkeen kummallakin moottorityypillä pitäisi olla kaikki polttoaineen sisältämä lämpöenergia kulutettu - vai unohdinko jotakin ?
Vastaukset 20
Vanhimmat
Moi
Bensassa ja dieselissähän ei muuten ole sama energiamäärä. Metsään meni...
bensan ja naftan lämpöarvo on käytännössä sama , kun yksikkönä on MJ/kg. Jos yksikkönä on MJ/litra, dieselillä on korkampi lämpöarvo, koska tiheys on suurempi.
http://lipasto.vtt.fi/yksikkopaastot/laskentaperusteet_henkiloliikenne_henkiloautoliikenne.htm
Litra dieselöljyä sisältää 13 % enemmän energiaa kuin litra bensiiniä. Se ei kuitenkaan muuta oleellisesti alkuperäistä kysymystäni eli:
Osaisiko joku moottoriasiantuntija jakaa eri tyyppisten moottoreiden kuluttaman polttoaineen sisältämän lämpöenergian eri käyttökohteisiin niin, että kaikki energia tulee käytetyksi (ks. keskustelun avausviesti).
Johonkinhan bensiinimoottorissa energiaa pitää hukkautua dieseliä enemmän, kun kerran bensiinimoottorin hyötysuhde on selvästi huonompi. Ja häviöreitit ovat pakokaasut ja jäähdytys. Luulisi dieselin korkean puristussuhteen ja syttymislämpötilan näkyvän joko pakokaasuissa tai jäähdytysjärjestelmässä, mutta jostain syystä näin ei käy, vaan energiaa siirtyy mäntään. Miksi näin - osaakohan joku selittää ?
Kysymyksen asettelu on merkillinen: mitä on moottorin vastuksen voittaminen,
kun sehän on juuri sitä jäähdytysnesteen lämmitystä
Mitä on "turboahtimen käyttämisen" energiankulutus, kun päinvastoin
turboahtimella otetaan pakokaasusta energiaa "imuilman" ahtamiseen
Miten mekaaninen teho on dieselissä 40% ja bensakoneessa vain 13%?
Unohtui sitten pakokaasujen mukana karkaavat hiilivedyt ja
nokena karkaava hiili.
Silloin kun moottori käy tyhjäkynnillä, hyötysuhde on 0%, eli kaikki
energia palaa lämmöksi, auton liikuttamiseen tarvittavaa energiaa ei synny.
Uskon, että kysymykseni saattoi mennä metsään monessakin kohdissa, mutta tietävät oikaiskoot !
Siis kaipaisin sellaista tarkastelua, jossa karkealla tasolla dieselin ja bensiinimoottorin polttoaineen lämpöenergia olisi jaettu "loppukäyttäjille" niin, että erityisesti ne kohdat, joissa moottorien erojen vaikutukset ovat suurimmat, olisivat näkyvissä.
Ja näitä loppukäyttäjiä voisivat olla:
- auton liike-energia
- matkustamon lämmitys
- moottorin vastus (siltä osin kuin ei siirry jäähdytysnesteeseen)
- turbon pyöritys (koska siinä esimerkkimoottorit eroavat)
- jäännösenergia lämpönä ilmaan
Näin siis saataisiin eri moottorityypeille karkea epätieteellinen energiatase, joka auttaa ymmärtämään monia havaittuja eroja ... esimerkiksi polttoaineen kulutuksessa ja matkustamon lämpiämisnopeudessa.
tässä jotain
Dieselin kulutus (pieni diesel
Diesel SUCKS too much!
Diesel sucks too much ?
Miten niin ? Perustele !
Yleinen tosiasiahan on, että dieselmoottori saastuttaa ja nokeaa sekä löpön haju tarttuu tankatessa esim. vaatteisiin (toisin kuin bensiinihöyryt).
Lisäjuttu on myös käyntiääni ja imago...
Saastuttamisesta: Tuulilasin Vuoden ekoautokisassa taisi kolme kärjessä olla dieseliä, sitten alkoi tulla jo bensakoneitakin ! Päästöt olivat keskeisellä sijalla kisassa.
Hajusta: kuka tietää, tarttuuko tankilla vai ei ? Itselläni ei tällaista havaintoa ole.
Imago: Nykyisten suorasuihkutteisten turbodieselien imago on voimakas ja urheilullinen ja vanhojen dieselien imago työjuhdan imago. Niistä voi valita kumman tahansa - jos voi. Nimittäin imagot istuvat tosi tiukassa itse kunkin päässä, ja imagon muuttaminen on vaikeaa ilman aivokirurgin toimenpiteitä.
Aloitetaan oletuksesta, että kyseessä on sama auto (sama paino diesel ja bensa), ja ajetaan vakionopeudella. Kummastakin moottorista tarvitaan sama keskimääräinen teho auton työntövoimaksi. (tämä ei pätenyt alkuperäisessä kysymyksessä btw)
Ja sitten laskelma:
dieseliä kuluu : 5 l = 180 MJ/100 km
bensaa kuluu: 7 l/100 km = 226 MJ / 100 km
dieselin hyötysuhde on 40%:
auton liikuttamiseen kuluu 72 MJ
bensakoneella kuluu sama energiamäärä 72 MJ, koska auton liikuttamiseen tarvittava teho on sama.
Häviöiksi jää:
diesel: 60%
bensa: 68%
arvioidaan:
pakokaasun entalpian osuus kokonaisenergiasta:
diesel: 25%
bensa: 28%
mekaaniset häviöt: (moottorin kitka, apulaitteet ym, häviöteho muuttuu lämmöksi ja siirtyy jäähdytysveteen ja öljyyn)
diesel: 16%
bensa: 14%
suorat jäähdytyshäviöt:
diesel 16%
bensa 23%
konvektio ilmaan suoraan moottorista:
diesel ja bensa molemmat 3%
Ja prosenttilukemat siis ovat osuus kunkin moottorin kokonaiskulutuksesta.
Kokonaishyötysuhde tässä laskelmassa on kyllä epärealistisen suuri.
Turboahtimen käyttämiseen kuluvaa tehoa on tässä järjetöntä erotella, koska samaan aikaan se tuottaa akselitehoa. Netto voi olla myös positiivinen. Mutta sanotaan että jos tuo diesel käy vaikka 25 kW akseliteholla, ahtimen akselilla kulkeva teho on reilusti alle 5 kW.
Kiitokset vastauksesta, joka oli juuri sellaista asiantuntijatietoa, jota etsin !
Tässä vielä muutama kommentti ja lisäkysymys, joihin toivottavasti saan valaistusta:
1. Jos dieselin 40 %:n hyötysuhde EU-normikulutussyklillä on epärealistisen korkea, mikä olisi realistinen arvo VW TDI:lle ? Ja missä rajoissa hyötysuhde vaihtelisi toisaalta kaupunkiajossa ja toisaalta tasaisilla maantienopeuksilla ?
2. Laskelmassa bensamoottorin vastaavaksi hyötysuhteeksi saataisiin 32 %. Jos taas dieselin hyötysuhde olisi 30 %, saataisiin bensamoottorin hyötysuhteeksi 23 %. Nämä arvot ovat varmaankin jo liian alhaisia EU-ajosykliä ajatellen ?
3. Laskelman perusteella väite, jonka mukaan dieselissä energiaa karkaa runsain mitoin pakoputkesta, ei pidä paikkaansa ! (diesel 45 MJ, bensa 63 MJ) Asia näyttää olevan mieluummin jopa päin vastoin !
4. Laskelman mukaan jäähdytysnesteeseen siirtyy kummassakin moottorityypissä noin 30 MJ. Miksi sitten diesel lämpiää pakkasella hitaammin kuin bensakone ?
5. Mitä ovat suorat jäähdytyshäviöt - jäähdyttimestä ilmaan kait ?Miksi ne ovat bensiinimoottorissa selvästi korkeammat ? (bensa 52 MJ, diesel 29 MJ)
6. Turboahtimen osuutta energinkulutuksesta kysyin siksi, että saisin mielikuvan siitä, kuinka paljon muuten pakokaasujen kautta hukkaantuvasta energiasta saadaan tällä tavalla takaisin käyttöön. Mutta voidaanko näin ollenkaan ajatella ? OK, arvaan itse: turboahdin käyttää energiaa tuollaiset 10-20 MJ, ja sen jälkeen pakokaasujen mukana poistuu 45 MJ - onko suuruusluokka ollenkaan oikea ?
Vaikka edellä onkin täsmällisiä prosenttilukuja ja energiamääriä, niiden on kuitenkin tarkoitus kuvata pelkästään suuruusluokkia ja niitäkin karkealla tasolla.
4) diesel 57 MJ, bensa 83 MJ
(32 vs 37%, 180 MJ ja 227 MJ tjsp)
5) suorat jäädytyshäviöt tarkoittavat palotilan jäähdytystä eli lähinnä kannen ja sylinterin seinämien jäähdytysveteen siirtyvä lämpö
Jäähdytysnesteeseen siirtyvissä jäähdytyshäviöissä (bensa 37 %, diesel 32 %) ovat moottorin apulaitteet mukana.
1. Onko kyse apulaitteiden energiantarpeesta vai apulaitteissa tapahtuvasta lämmönhukasta ?
2. Mikähän sen osuus noista prosenteista mahtaa olla ?
3. Se osuus ei kait kuitenkaan siirry jäähdytysnesteeseen ?
Bensiinimoottorin huonompi hyötysuhde siis näkyy siinä, että lämpöenergiaa siirtyy runsain mitoin jäähdytysnesteeseen ja pakokaasuun. Mutta dieselin sylinterissähän sytytyshetkellä on korkeampi lämpötila kuin bensiinimoottorissa ! Miksi se lämpö ei näy lämpöenergian karkaamisena ?
"Mutta dieselin sylinterissähän sytytyshetkellä on korkeampi lämpötila kuin bensiinimoottorissa ! Miksi se lämpö ei näy lämpöenergian karkaamisena?"
Kun ilma puristetaan kasaan, se lämpenee ja sama käänteisesti. Lämpöenergia "kuluu" työhön. Dieselin puristussuhde on n. 1:18 ja bensan n. 1:10. Joten kun dieselseos räjähtää sen tuottama energia (lämpö) "häviää" palauttamaan mäntä takaisin alakuolokohtaan.
Tämä on vain arvailu-veikkailua
Johonkinhan bensiinimoottorissa energiaa pitää hukkautua dieseliä enemmän, kun kerran bensiinimoottorin hyötysuhde on selvästi huonompi. Ja häviöreitit ovat pakokaasut ja jäähdytys. Luulisi dieselin korkean puristussuhteen ja syttymislämpötilan näkyvän joko pakokaasuissa tai jäähdytysjärjestelmässä, mutta jostain syystä näin ei käy, vaan energiaa siirtyy mäntään. Miksi näin - osaakohan joku selittää ?
"Luulisi dieselin korkean puristussuhteen ja syttymislämpötilan näkyvän joko pakokaasuissa tai jäähdytysjärjestelmässä, mutta jostain syystä näin ei käy, vaan energiaa siirtyy mäntään. Miksi näin?"
No kun kaasu puristuu, se lämpenee, eikö? Kyllä. Ja päinvastaisesti, kun kaasu laajenee, se viilenee. Kun dieselissä on suurempi puristussuhde se myös lämpenee enemmän kuin bensa. No, vastaavasti palava dieselkaasu laajetessaan viilenee, se myös laajenee enemmän kuin bensakaasu joten se viileneekin enemmän. Eli hukkalämpöä ei tule, koska se lämpöenergia menee puristussuhteen "takaisinsaattamiseen" eli työhön. Olisiko oikein sanoa, että myös "laajentumissuhde" on dieselissä isompi.
Yleesä käytetään termiä "paisuntasuhde". Puristussuhteen suuruuden erinomaisuuden hehkuttaminen on sinänsä nurinkurista, siinähän tehoa hukkuu, kun kaasua puristetaan. Työtahdin aikana se teho siirtyy mäntään.
Tämä on jo hakuammuntaa, enhän ole autoinsinööri.
Miten sitten vaikuttaa kierrokset? Dieseliähän ei kierrätytetä kuin 1000-2500(3000) rpm, kun bensaa tuonne reippaaseen 4000, yli 5000:kin. Palamista siis tapahtuu puolet vähemmän ja siten lämpöäkin syntyy puolet vähemmän.
Kyllä, omistan dieselin...:-)