Trettifem år gammel – i 1892 – fikk maskiningeniør Rudolf Christian Karl Diesel tysk patent DRP 67207 for sin drivstoffløse varmekraftmaskin – bare drevet av selvantent, sammentrykket luft. Og litt planteolje …
Bildet øverst: Mercedes-Benz var tidlig ute med å ta i bruk Diesels motor i etterkrigstidens personbiler. Men lastebilene kom først… (Foto Mercedes)
Av Stein Bekkevold
Diesel skrev i sin bok om motorutviklingen (Kilde nr 1, nederst) at han ønsket seg en stempelmotor med mye bedre virkningsgrad enn datidens gass- og bensinmotorer. Mange byer hadde tatt i bruk slike for å drive lysverkene. En kjent ingeniør jobbet mye med dette, Nikolaus Otto – han med ottomotoren.
Diesel mente at den tidens motorer hadde altfor for lav virkningsgrad; bare 10-15 prosent av drivstoffet ble til mekanisk arbeid.
Hans teoretiske beregninger var basert på det de da visste om termodynamikk, et varmekraft-fag han brukte flittig mens han utviklet nye løsninger for professor Carl von Linde – han med kjøleteknikken.
I dag måler vi energiinnhold mer presist, og finner at dieselolje byr på 38,6 MJ (mega-joule) per liter mens bensin ligger et par enheter lavere – avhengig av type og tilsettinger. Parafin for jetmotorer holder 37,6 mens biodiesel ligger på 35,1, omtrent på linje med bensin. Biodiesel gir altså økt forbruk for å nå samme ytelse.
Etter en tid ble Diesels luftkompresjons-motor forbedret ved at litt vegetabilsk olje (34,3 MJ) laget av pressede peanøtter, ble sendt inn for å få fart på antenningen. Og det betyr at også dagens dieselmotor til dels kan gå på olje fra naturen (biodiesel), med redusert netto karbonbidrag til atmosfæren.
Dette fordi du da resirkulerer nylig utvunnet karbon og ikke slipper ut det fossilt lagrede. Men oljen må nok bearbeides for å tåle trykket i de moderne motorene, slik at forbrenningen fortsatt er kontrollerbar.
Bakgrunn
Fattigdom preget Rudolf Diesels oppvekst, født i Paris 1858 av tyske foreldre utvandret fra Bayern. Han studerte etter hvert termodynamikk hos von Linde i München. Studenten utmerket seg, og ble hyret av von Linde for å utvikle og bygge et nymotens kjøle- og fryseanlegg.
Hos von Linde lærte han termodynamikk, vitenskapen om å omdanne varme til mekanisk arbeid. Ikke så rart da, at Diesel senere ville lage en stempelmotor som skulle arbeide ved å komprimere luft til den detonerte, utvidet seg og utførte arbeid. En termodynamisk luftmotor, var drømmen.
Lenge hadde gass-stempelmotorer drevet elektrisitetsverk, men effektiviteten var så som så. Det hører med her at unge Rudolf før alt dette var sendt av sine fattige foreldre til onkel og tante i Augsburg, og ble interessert i matematikk som onkel Christoph Barnickel underviste i, ved Den Kongelige Høyskole.
I læretiden hos von Linde ble han så – en del år senere – overbevist om at han skulle bli maskin-ingeniør, og fikk – muligens med von Lindes anbefalinger – utviklingsjobb ved brødrene Sulzers maskinfabrikk i Sveits. Deretter dro han tilbake til von Linde og jobbet hos ham fra 1883 til 1890.
Teorien
Dieselmotoren virker ved selvantenning; ulik andre forbrenningsmotorer tar sylindrene inn ren luft, ikke en luft/drivstoffblanding. Det høye kompresjonsforholdet (opptil 22:1) kan gi et trykk over stemplet på over 3 MPa (+ 30 bar), og derfor så høy temperatur (600 °C) at luft og drivstoffet selvtenner – uten tennplugg som i bensinmotoren; glødepluggen i dagens motor varmer opp drivstoffet i starten, men slås så av. Gassutvidelsen driver stempeletmed svært stor kraft, og skaper den velkjente bankingen.
Det teoretiske arbeidsdiagrammet er en miks; prosessen kalles Otto–Diesel (eller Seiliger) der forbrenningen tenkes utført ved konstant volum og trykk. Diesel jobbet med det teoretiske grunnlaget i mange år, først i 1892 var han fornøyd. Og da fikk han sitt patent. Opprinnelig ville han lage en maskin som gikk helt etter Carnots syklus.
Patent
I 1890 hadde Diesel flyttet med kone og to barn til Berlin. Han skulle overta ansvaret for von Lindes utviklingsavdeling der. Samtidig drev han privat forskning, fordi han ikke kunne bruke patentene han hadde utviklet hos von Linde.
Diesel jobbet først med damp, og forskning på termisk effektivitet og forbruk gjorde at han først satset på en maskin som gikk på damp fra ammoniakk. Men maskinen detonerte og tok nesten livet av ham. Han ble resten av livet plaget av skadene.
Deretter videreutviklet han Carnots syklus for innsuging, kompresjon, antenning og ekspansjon, og fikk patent i 1892. Diesels nøysomme motor var et faktum. Teorien er beskrevet i detalj, i Kilde nr 2 (se under).
Mye av motivet for forskningen og resultatene var at Diesel tidlig innså det sentrale: at en dampmaskin ikke utnyttet mer enn 10-15 prosent av drivstoffets energi. Diesels motor kunne derimot utnytte 35-40 prosent av energien, eller mer. Motortypen kom tidlig i bruk i skip, og senere i anleggsmaskiner, lastebiler og så i personbiler.
Drivstoffet
Dieseloljens tennegenskaper vises av cetantallet, dieselindeks. I vårt klima er også seigflyting i kulde viktig. Avhengig av innhold og opprinnelse, der voksmengden er kritisk, skjer voksutfelling fra minus fem °C. Oljen får økt viskositet og drivstoff-ledningen tettes igjen. Kuldeegenskapene angis i blokkeringspunkt eller stivnepunkt.
Lukten av dieselolje – som noen avskyr – kommer av aromat-innholdet. Det er to hovedtyper: Autodiesel for hurtiggående motorer i biler og traktorer, med gode tennegenskaper (høyt cetantall), gode kuldeegenskaper og lys farge. Flammepunktet liggerover 55 °C. Den andre varianten er marinediesel, for middels hurtiggående skipsmotorer. Den har moderate tenn- og kuldeegenskaper. Fargen er fra lys gul til mørk brun. Flammepunktet ligger over 60 °C.
Forskjellen kommer av destillasjonsnivået, stedet i tårnet stoffet skilles ut (kondenseres) fra råoljedamp. På toppen kommer de letteste stoffene (nafta), så kommer de andre i tur og orden nedover. Nederst fås asfalt.
Dampmotor
Selv om dampmaskinen var lite effektiv fortsatte mange å bruke den. Godt kjent var bl.a. de amerikanske brødrene Stanley, som med sin Stanley Steamer – med bensindrevet dampkjel og stempelmotor – vakte oppsikt med spennende stunts; verdensrekord på bane satt i 1906 var hele 204 km/t.
Kilde 1: Die Entstehung des Dieselmotors. Springer, Berlin 1913. Diesels egen bok (Dieselmotorens fremvekst) om utviklingsarbeidet.
Kilde 2: Theorie und Konstruktion eines rationellen Wärmemotors zum Ersatz der Dampfmaschine und der heute bekannten Verbrennungsmotoren.
