موتورهای دیزلی بر اساس اصول اساسی یک موتور احتراق داخلی کار می کنند، اما عملکرد آنها متفاوت است. در این مقاله به بررسی کارکرد موتور دیزل می پردازیم.
تاریخچه موتور دیزل به اختراع موتور بنزینی بازمی گردد. نیکولاس آگوست اتو موتور بنزینی را در سال ۱۸۷۶ با استفاده از اصل احتراق چهار زمانه، معروف به “چرخه اتو”، ثبت اختراع کرد. این اصل اساس اکثر موتورهای خودروهای معاصر را تشکیل می دهد. در ابتدا موتورهای بنزینی کارایی چندانی نداشتند و روش‌های حمل و نقل جایگزین مانند موتور بخار نیز با چالش‌هایی مواجه بودند. تنها حدود ۱۰ درصد از سوخت مورد استفاده در این موتورها در واقع خودرو را به حرکت در می آورد و بقیه بدون کمک به حرکت، گرما تولید می کنند.
در سال ۱۸۷۸، رودولف دیزل یک موتور کارآمدتر را توسعه داد و زمان قابل توجهی را به ایجاد یک “موتور قدرت احتراقی” اختصاص داد. در سال ۱۸۹۲، دیزل حق امتیازی را برای چیزی که ما اکنون به عنوان موتور دیزل می شناسیم، به دست آورده بود.
به طور سنتی، موتورهای دیزلی به دوده بودن، کثیف بودن و صدای بلند معروف بودند. در حالی که اروپا به طور گسترده ای از این فناوری استقبال کرد، بسیاری از رانندگان در ایالات متحده در ابتدا مردد بودند. در قرن بیست و یکم، موتورهای دیزل تمیزتر، کم صداتر و کارآمدتر شدند. با این حال، آنها پس از رسوایی دیزل فولکس واگن در سال ۲۰۱۴ با یک عقب گرد در افکار عمومی مواجه شدند. با وجود این، موتورهای دیزلی به دلیل کارایی ثابت شده به تدریج محبوبیت خود را به دست می آورند.
موتورهای دیزلی در مقایسه با موتورهای بنزینی
به عبارت ساده، موتورهای دیزلی و موتورهای بنزینی کاملاً مشابه هستند. هر دو موتورهای احتراق داخلی هستند که برای تبدیل انرژی شیمیایی موجود در سوخت به انرژی مکانیکی طراحی شده اند. این انرژی مکانیکی پیستون ها را در داخل سیلندرها به سمت بالا و پایین حرکت می دهد. پیستون ها به یک میل لنگ متصل هستند و حرکت بالا و پایین آنها که به عنوان حرکت خطی شناخته می شود، باعث ایجاد حرکت چرخشی لازم برای چرخاندن چرخ های خودرو به جلو می شود.
موتورهای دیزلی و بنزینی هر دو سوخت را از طریق یک سری انفجارهای کوچک یا احتراق تبدیل به انرژی می کنند. تفاوت اصلی در نحوه وقوع این انفجارها نهفته است. در یک موتور بنزینی، سوخت با هوا مخلوط می شود، توسط پیستون فشرده می شود و توسط جرقه های شمع ها مشتعل می شود. اما در موتور دیزل ابتدا هوا فشرده می شود و سپس سوخت تزریق می شود. گرمای هوای فشرده باعث شعله ور شدن سوخت می شود.
موتور دیزل از یک چرخه احتراق چهار زمانه مشابه موتورهای بنزینی پیروی می کند که ضربات آن عبارتند از:
- کورس ورودی: دریچه ورودی باز می شود و هوا را وارد می کند و پیستون را به سمت پایین حرکت می دهد.
- ضربه فشرده سازی: پیستون به سمت بالا حرکت می کند و هوا را فشرده می کند.
- احتراق: با رسیدن پیستون به بالا، سوخت پاشیده و مشتعل می شود و پیستون را مجبور به پایین آمدن می کند.
- کورس اگزوز: پیستون به سمت بالا حرکت می کند و اگزوز ایجاد شده از احتراق را از طریق دریچه اگزوز خارج می کند.
توجه به این نکته مهم است که موتور دیزل فاقد شمع برای جذب و فشرده سازی هوا است. در عوض، سوخت را مستقیماً از طریق تزریق مستقیم به محفظه احتراق تزریق می کند. گرمای تولید شده توسط هوای فشرده باعث احتراق سوخت می شود.
فشرده سازی
رودولف دیزل این نظریه را مطرح کرد که تراکم بالاتر منجر به راندمان و قدرت بیشتر می شود. هنگامی که پیستون هوا را در داخل سیلندر فشرده می کند، هوا متمرکز می شود. سوخت دیزل با محتوای انرژی بالایی که دارد، شانس بیشتری برای واکنش با هوای غلیظ دارد. موتورهای دیزلی در مقایسه با موتورهای بنزینی با نسبت بیشتری فشرده می شوند.
تزریق سوخت دیزل
تفاوت قابل توجهی بین موتورهای دیزلی و گازی در فرآیند تزریق نهفته است. موتورهای دیزلی فقط از تزریق مستقیم سوخت استفاده می کنند که در آن سوخت دیزل مستقیماً به سیلندر تزریق می شود. از طرف دیگر موتورهای گازسوز از ترکیبی از تزریق درگاهی و تزریق مستقیم سوخت استفاده می کنند.
انژکتور در یک موتور دیزل یک جزء پیچیده است و مکان آن در موتورهای مختلف می تواند متفاوت باشد. در حالی که سوخت را در یک غبار ریز تحویل می دهد، باید دماها و فشارهای داخل سیلندر را تحمل کند. برخی از موتورهای دیزل از دستگاه های خاصی مانند سوپاپ های القایی یا محفظه های پیش احتراق برای بهبود فرآیند احتراق و احتراق استفاده می کنند.
سوخت دیزلی
سوخت دیزل از نظر سازگاری با محیط زیست هم مزایا و هم معایبی دارد. گازوئیل که از نفت خام به دست می آید، سنگین تر و روغنی تر از بنزین است و کندتر تبخیر می شود. این ماده حاوی اتم‌های کربن بیشتری در زنجیره‌های طولانی‌تر است که در مقایسه با بنزین به پالایش کمتری نیاز دارد. دیزل چگالی انرژی بالاتری دارد و به مسافت پیموده شده بهتر در موتورهای دیزل کمک می کند.
سوخت دیزل برای تامین انرژی وسایل نقلیه و عملیات مختلف از جمله کامیون ها، قایق ها، اتوبوس ها، قطارها، جرثقیل ها، تجهیزات کشاورزی، وسایل نقلیه واکنش اضطراری و ژنراتورهای برق استفاده می شود. در حالی که موتورهای دیزل کارآمدتر هستند و مقادیر کمتری دی اکسید کربن منتشر می کنند، سطوح بالایی از ترکیبات نیتروژن را آزاد می کنند که منجر به مشکلات زیست محیطی می شود.
بهبود موتور های دیزل و استفاده از بیودیزل
در پاسخ به بحران نفتی دهه ۱۹۷۰، شرکت های خودروسازی اروپایی موتورهای دیزلی را به عنوان جایگزینی برای بنزین معرفی کردند. علیرغم چالش های اولیه مانند موتورهای با صدای بلند و انتشار دوده، پیشرفت ها عملکرد موتور و تمیزی سوخت را بهبود بخشیده است. اکنون دستگاه های تزریق مستقیم برای افزایش کارایی و کاهش انتشار توسط کامپیوتر کنترل می شوند.
با این حال، استفاده از فناوری برای تقلب در انتشار گازهای گلخانه ای، همانطور که در رسوایی فولکس واگن در سال ۲۰۱۴ مشاهده شد، نگرانی هایی را ایجاد کرد. از سال ۲۰۱۰، تمام سوخت دیزل در آمریکا دیزل با گوگرد بسیار کم (ULSD) بوده که حاوی حداقل گوگرد برای محافظت از دستگاه های کنترل انتشار است. علیرغم این تغییرات، گازوئیل همچنان ذرات مضر برای انسان و محیط زیست را منتشر می کند، که باعث شده برخی از مناطق به فکر ممنوعیت خودروهای دیزلی باشند.
بیودیزل، جایگزین یا افزودنی برای سوخت دیزل، از روغن های گیاهی یا چربی های حیوانی به دست می آید. می توان از آن در موتورهای دیزلی با حداقل تغییرات استفاده کرد و یک جایگزین سازگار با محیط زیست ارائه می دهد. بیودیزل را می توان با دیزل معمولی ترکیب کرد یا به طور مستقل استفاده کرد.
منابع
