نحوه عملکرد موتور دیزل
نوشته شده در تاریخ 1400/7/23 ساعت 4:45 بعد از ظهر
Image Not Loaded

مقدمه:

کلمه ديزل نام يک مخترع آلماني به نام دکتر رودلف ديزل است که در سال 1892 نوع خاصي از موتورهاي احتراق داخلي را به ثبت رساند، به احترام اين مخترع اينگونه موتورها را موتورهاي ديزل مي‌نامند. رودولف ديزل ايده موتور هاي ديزل را توسعه داد و در سال 1892 حق ثبت اختراع آلمان را بدست آورد. هدف او بوجود آوردن موتوري با بازده بالا بوده است. موتور هاي بنزيني در سال 1876 اختراع شد، که خصوصاً در آن موقع بازده بالايي نداشتند.

زماني از موتورهاي ديزل تنها در كاميونها و اتوبوسها و وسايل نقليه سنگين نظير قطارها كشتي ها و جرثقيل ها استفاده مي شد اما با پيشرفت هاي عظيمي  كه  در  زمينه   فنآوري موتورهاي ديزل صورت گرفته است و با اضافه شدن علم مكاترونيك كه با كمك و ياري مهندسي برق و كنترل الكترونيك موتورها ، در حال حاضر شاهد روي كار آمدن نسل جديدي از خودروهاي سواري ديزلي در اروپا و تا اندازه اي در آمريكا هستيم كه به دلايل مزيتهاي عمده اي كه اين موتورهاي از نظر بازدهي بيشتر و آلايندگي كمتر دارند كاربرد آنها روز بروز گسترده مي شود.

يك سوم از خوردوهاي سوار ي جديدي كه در اروپا فروخته مي شود با استفاده از موتور ديزل ساخته شده اند كه اين رقم بطور فزاينده اي در حال افزايش است. رانندگان تاكسي و ساير خريداران اتومبيل در اروپا به دليل مزيتهايي كه استفاده از خودروهاي ديزلي دارد از جمله كارآيي بيشتر سوخت ، توان بالاتر و دوام بيشتر به سوي استفاده از اين نوع خودروها روي آورده اند. در اين ميان اما تعداد اندكي از آمريكايي ها هستند كه از اين پيشرفتها تازه و مزاياي آن آگاه باشند. فنآوري كه نه تنها باعث كاهش انتشار گازهاي آلاينده مي شود بلكه سودمندي هاي فراوان ديگري هم دارد. در اروپا هم اكنون استفاده از سواري هاي ديزلي در بخش حمل و نقل شهري و تاكسي ها عموميت يافته است و به طرف خودروهاي لوكسي مانند:

BMW  ,AUDI  ,MERCEDES BENZ  ,SAAB  , VOLVO نيز كشيده شده است و خودروهاي ديزلي با عملكرد بالاو دوام زياد دراين شركت ها در حال ساخته شدن مي باشندمزيت افزايش عملكرد خودرو: موتورهاي ديزل از يك مزيت ذاتي نسبت به خودروهاي بنزيني برخوردار هستند كه عبارت است از عملكرد بالادر راندمان سوخت، دوام بيشتر ، و آلايندگي كمتر . مزيتهايي كه موتورهاي ديزل داشته است باعث شده است تا سال ها به عنوان موتوري مناسب براي نصب در وسائل نقليه سنگين و كاميونها مورد استفاده قرار بگيرد و در سراسر دنيا و از جمله در امريكا كاربرد گسترده اي داشته باشد . هم اكنون با پيشرفتهايي كه در زمينه موتور ديزل صورت گرفته است همان مزيت ها را براي استفاده در خودروها سبك و سواري كه در اروپا توليد مي شوند نيز بكار گرفته اندكارآيي بهتر از نظر مصرف سوخت: ديزل هاي مورد استفاده در خودروها ي سبك نسبت به خودروهاي بنزيني مشابه و با توجه به نوع رانندگي و نوع خودرو بين 20تا 25% سوخت كمتري مصرف مي كنند. تاكسي هاي ديزلي لندن كه مدل آنها مربوط با سالهاي 2002/2003 بوده است در شهربه ازاي هر 25تا 27 مايل يك گالن گازوئيل مصرف كرده ­اند كه اين رقم براي سفر هاي بيرون از شهر 32تا 34 مايل به ازاي هر يك گالن گازوئيل بوده است .

 

تفاوت موتورهاي ديزلي و موتورهاي بنزيني:

يک موتور بنزيني مخلوط هوا و گاز را مکش مي کند و آنرا متراکم مي کند و بعد مخلوط را با جرقه مشتعل مي کند  يک موتور ديزلي فقط هوا را مي گيرد و آنرا متراکم مي کند و بعداً سوخت را به داخل هواي متراکم تزريق مي کند . گرماي حاصل از متراکم شدن هوا موجب مشتعل شدن خود به خودي سوخت مي شود. نسبت تراکم موتور هاي بنزيني  8:1 تا 12:1 است، در حاليکه نسبت تراکم موتور هاي ديزلي 14:1 به بالا مثلاً 25:1 است. نسبت تراکم بالاي موتور هاي ديزلي منجر به بهتر شدن بازده مي شود . موتور هاي بنزيني معمولاً از کاربراتور استفاده مي کنند که هوا و سوخت را قبل از ورود به داخل سيلندر مخلوط مي کند يا دريچه تزريق سوخت دارند که فقط سوخت را پيش از مرحله مکش مي پاشد(بيرون سيلندر). موتور هاي ديزل از تزريق سوخت مستقيم استفاده مي­کنند  يعني سوخت را مستقيماً به داخل سيلندر مي پاشند. توجه کنيد که موتور هاي ديزل شمع ندارند. آنها هوا را مي مکند (مکش مي کنند) و آنرا متراکم مي کنند و سپس سوخت را مستقيماً به داخل محفظه احتراق تزريق مي کنند (تزريق يا پاشش مستقيم)  و در نتيجه گرمايي حاصل از متراکم شدن هوا موجب مشتعل شدن سوخت در يک موتور ديزل مي شود. 

 

دسته بندي:

موتورهاي ديزل نيز مانند ساير موتورهاي داخلي بر مبناهاي مختلفي قابل طبقه‌بندي هستند. مثلا مي‌توان موتورهاي ديزل را بر حسب مقدار دفعات احتراق در هر دور گردش ميل لنگ به موتورهاي ديزل دوزمانه و يا موتورهاي ديزل چهارزمانه تقسيم‌بندي نموده و يا بر حسب قدرت توليدي که به شکل اسب بخار بيان مي‌گردد. يا بر حسب تعداد سيلندر و يا شکل قرارگيري سيلندرها که بر اين اساس به دو نوع موتورهاي خطي و موتورهاي V يا خورجيني تقسيم بندي مي‌کردند و  ...

 

ساختمان:

ساختار موتورهاي ديزل تنها در سيستم تغذيه و تنظيم سوخت با موتورهاي اشتعال جرقه اي تفاوت مي‌کند. بنابراين ساختارهاي بسيار مشابهي ميان اين موتورها وجود دارد و تنها تفاوت ساختماني آنها قطعات زير است که در موتورهاي ديزل وجود دارد و در ساير موتورهاي احتراق داخلي وجود ندارد.

  1. پمپ انژکتور : وظيفه تنظيم ميزان سوخت و تامين فشار لازم جهت پاشش سوخت را به عهده دارد.

  2. انژکتورها : باعث پودر شدن سوخت و گازبندي اتاقک احتراق مي‌شوند.

  3. فيلترهاي سوخت : باعث جداسازي مواد اضافي و خارجي از سوخت مي‌شوند.

  4. لوله‌هاي انتقال سوخت : مي‌بايست غيرقابل اشباع بوده و در برابر فشار پايداري نمايند.

  5. توربوشارژر : باعث افزايش هواي ورودي به سيلندر مي‌شوند.

 

سوخت ديزل:

اگر شما سوخت ديزل (گازوئيل) با بنزين مقايسه کنيد، درميابيد که متفاوت هستند مثلا مطمئناً بوي متفاوتي دارند. سوخت ديزل (گازوئيل) سنگين تر و روغني تر است .گازوئيل نسبت به بنزين ديرتر تبخير مي شود، در واقع نقطه جوش آن نسبت به آب بالاتر است. معمولاً وقتي صحبت از سوخت ديزل مي شود تمام توجهات معطوف به گازوئيل مي شود. 

 

تزريق سوخت در موتور ديزل:

 انژکتور در موتور هاي ديزل از اجزاي  بسيار پيچيده اي تشکيل شده است و موضوع بسياري از آزمايشات بزرگ بوده است . ممکن است در هر موتور خاصي در يک مکان مختلف جاي گرفته باشد . انژکتور بايستي قادر باشد تا دما و فشار داخلي سيلندر را تحمل کرده و سوخت را به قطرات ريز تبديل کند. گردابي کردن قطرات در داخل سيلندر که باعث پخش متناسب آنها مي شود ، نيز يک چالش است.  بنابراين بعضي موتور هاي ديزلي سوپاپ مکش مخصوصي قبل از محفظه احتراق به کار مي گيرند يا از وسايل ديگري براي گردابي (چرخشي) کردن هوا در داخل محفظه احتراق استفاده مي کنند و يا در غير اين صورت جرقه زني و فرآيند احتراق را بهبود مي دهند.

يکي از تفاوتهاي بزرگ بين موتورهاي ديزلي و بنزيني در فرآيند تزريق سوخت است. اکثر موتور خودرو ها از دريچه تزريق ( انژکتور) يا يک کاربراتور استفاده مي کنند که نسبت به تزريق مستقيم ترجيح دارد. بنابراين در يک موتور خودرو، همه سوخت در داخل سيلندر در طي مرحله مکش بارگذاري شده و سپس متراکم مي شود. مقدار تراکم مخلوط سوخت و هوا محدود به نسبت تراکم موتور است. اگر موتور هوا را بيش از اندازه متراکم کند ، مخلوط سوخت و هوا به طور خود به خودي مشتعل مي شود و سبب ضربه زدن مي شود. موتور هاي ديزل تنها هوا را متراکم مي کنند، بنابراين نسبت تراکم مي تواند خيلي بالا باشد. نسبت تراکم بالا، قدرت بيشتري توليد مي کند.

بعضي موتور هاي ديزل شامل يک شمع گرمکن هستند. موقعي که يک موتور ديزل سرد است، مرحله کمپرس ممکن است دماي هوا را به اندازه کافي براي مشتعل کردن سوخت بالا نبرد . شمع گرمکن (glow plug ) يک سيم گرمکن الکتريکي است (مانند سيم هاي داغي که شما در يک برشته کن مي بيننيد) که محفظه احتراق را گرم مي کند و دماي هوا را موقعي که موتور سرد کار مي کند را افزايش مي دهد بنابراين موتور مي تواند روشن شود . همه وظايف در موتور هاي جديد توسط ارتباط ECM  با مجموعه از سنسور هاي پيچيده اي که هر چيزي را از دور موتور تا دماي روغن و مايع خنک کننده را اندازه گيري مي کنند، حتي وضعيت موتور(i.e. T.D.C.)  کنترل مي شود.

امروزه گرمکن ها به ندرت در موتور هاي بزرگ استفاده مي شود . ECM دماي هواي محفظه را حس مي کند و تايمينگ موتور را در هواي سرد ريتارد مي کند، بنابراين انژکتور سوخت را ديرتر تزريق مي کند. هوا در داخل سيلندر بيشتر متراکم مي شود در نتيجه گرماي زيادي ايجاد شده، که به روشن شدن موتور کمک مي کند. موتور هاي کوچک و موتورهاي که کنترل کامپيوتري پيشرفته ندارند از گرمکن براي حل اين مشکل(روشن شدن در هواي سرد) استفاده مي کنند. البته تنها تفاوت بين موتور هاي ديزلي و موتور هاي بنزيني دلايل مکانيکي نيست ،بلکه از لحاظ سوخت مصرفي شان نيز داراي تفاوت هستند. همانگونه که اشاره شد موتورهاي ديزل بر اساس نحوه کارکردن به دو دسته موتورهاي 4 زمانه و 2 زمانه تقسيم مي‌شوند. ليکن در هر دوي اين موتورها چهار عمل اصلي انجام مي‌گردد که عبارتند از مکش يا تنفس  _تراکم انفجار _ تخليه اما بر حسب نوع موتورها ممکن است اين مراحل مجزا و يا بصورت توام انجام گيرند.

 

سيکل موتور ديزل چهار زمانه:

 

 

 

 

 

سيکل موتور ديزل دو زمانه:

در اين نوع موتورهاي دوزمانه سوپاپ تنفس هواي تازه ، نظير آنچه در موتورهاي چهار زمانه ذکر شد وجود ندارد. و به جاي آن در فاصله معيني از سه سيلندر ، مجراهايي در بدنه سيلندر تعبيه شده است. که پيستون در قسمتي از مسير خود جلوي آنها را مي‌بندد، اصول کار اين موتورها در دوزمان است، که در واقع در هر دور چرخش ميل‌لنگ اتفاق مي‌افتد.
 

 

 

يک تفاوت بزرگ بين موتورهاي دوزمانه و چهارزمانه در مقدار قدرتي است که موتور مي تواند توليد کند. شمع درموتور دو زمانه دوبارجرقه مي زند،هر کدام در هرچرخش ميل لنگ،اما در موتور چهار زمانه يکبارجرقه در هر دو چرخش ميل لنگ زده مي شود.اين بدين معني است که موتور دوزمانه پتانسيل توليد قدرت دوبرابرموتورچهارزمانه ي هم اندازه­ي خود را داراستدر موتور دو مقداري از سوخت سوزانده نشده که هر بار از سيلندر خارج مي شود دوباره براي مخلوط هوا-سوخت مورد استفاده قرار گيرد. به نظر مي رسد که رويه ديزل ، که در آن هوا به تنهايي فشرده مي شود و سپس سوخت را مستقيما درون هواي فشرده تزريق مي کنند، خيلي بهتر با چرخه دو زمانه سازگاري داشته باشد.از اين رو بسياري از توليد کنندگان موتورهاي ديزل بزرگ از اين رويه براي توليد موتورهايي با قدرت بالا استفاده مي کنند. در بالاي سيلندر،نوعأ دو يا چهار دريچه ي خروج وجود دارد که هم زمان با هم باز ميشوند.همچنين تزريق کننده ي سوخت ديزل نيز وجود دارد . پيستون کشيده (دراز) در نظر گرفته شده، مانند موتور دو زمانه ي بنزيني، بنابراين مي تواند به عنوان دريچه ي مکش هوا عمل کند.در حرکت به سمت پايين پيستون،پيستون ورودي مکش هوا را باز مي نمايد.هواي ورودي توسط يک توربو شارژر يا يک سوپر شارژر تنظيم فشار مي شود. محفظه کارتل آب بندي شده و حاوي روغن مي باشد همچون يک موتور چهار زمانه.

 

دستگاه تنظيم لحظه شروع تزريق يا آوانس تزريق:

همانطور که در  موتورهاي   بنزيني  لحظه ايجاد  جرقه نسبت  بدور موتور  را دستگاهي  موسوم به  دستگاه اوانس  جرقه از  نوع  اوانس  وزنه اي  يا اوانس خلائي  فراهم  مي کند در موتورهاي ديزل  هم بايد  طرحي  وجود  داشته باشد تا  لحظه  شروع پاشش  سوخت را  نسبت بدور موتور به نحوي تنظيم نمايد  که با  توجه به زمان  تاخير احتراق عمليات شيميايي سوخت و تبديل انرژي حرارتي به مکانيکي در اغاز  کورس قدرت بمقدار حداکثر ممکن برسد از  لحظه  پاشش  سوخت  تا   شروع  احتراق  را تاخير  احتراق  مي گويند  –  تاخير احتراق که بر حسب  ثانيه  و يا  درجه  از  گردش  ميل لنگ  بيان  مي شود  بين    0.001 تا 0.002 ثانيه است به عوامل زير بستگي دارد مقدار  سوخت – مقدار تراکم موتور  –  درجه  حرارت هواي فشرده شده - نوع ذره اي بودن تزريق و بلاخره نوع اختلاط هوا و سوخت زمان تاخير احتراق در  موتورهاي  پردور حائز اهميت است زيرا  فرصت لازم جهت احتراق در اينگونه موتورها بشدت تقليل  مي يابد  و اگر سوخت در حداقل  زمان  0.001 ثانيه  پس از تزريق  مشتعل شود احتراق کامل و ارام انجام  مي شود و اگر سوخت  در زمان دقيق تزريق نشده و تاخير احتراق هم زياد شود مثلا بيشتر  0.002  ثانيه احتراق نارام و  ناقص همراه با سر و صدا و پس سوزي در اگزوز بوده و در نتيجه قدرت موتور  افت خواهد کرد به اين منظور از دستگاه اتوماتيک اوانس تزريق استفاده مي کنند تا هماهنگي لازم را بين شروع تزريق و دور موتور بعمل اورد.

 

دستگاه آوانس تزريق قديمي:

اين دستگاه هاي تنظيم شروع تزريق  خودکار نبوده بلکه با پدال گاز عمل مي نمايد – يعني متناسب با سرعت موتور که بپدال گاز فشار وارد  مي آيد اهرم دستگاه هم حرکت مي کند و دو شاخه نيز حرکت کرده و قطعه اي را مي لغزاند که در اثر ان بوش که حرکت دوراني دارد روي شيار مارپيچي خود چرخيده و محور ميل بادامک پمپ انژکتور را چند درجه در جهت دوران ان جلو مي اندازد.

 

دستگاه آوانس تزريق خودکار:

اين دستگاه بطور خودکار در ثر  نيروي گريز  از مرکزي  که تابع دور ميل بادامک است لحظه شروع تزريق را با دور موتور هماهنگ مي کند. طرز کار – کوپلينگ موتور بوسيله شاخک هايي  بدستگاه  اوانس  تزريق متصل و ان را  به حرکت در مي اورد نيرو از اين شاخک ها به تکيه گاه فنر و از فنر به محور وزنه ها منتقل مي شود محور تعليق وزنه ها که از داخل سوراخ وزنه ها مي گذرد روي صفحه کوپلينگ  قرار داشته و به وسط اين صفحه سر ميل بادامک با خار محکم ميشود وقتي موتور در حالت ارام کار مي کند وزنه هاي گريز از مرکز با نيروي فنرها بطرف مرکز فشرده مي شوند وقتي دور موتور بالا مي رود وزنه ها بطرف خارج از مرکز پرتاب شده و صفحه کوپلينگ را تا 15 درجه يا 30 درجه نسبت به ميل لنگ در جهت دوران ميل بادامک بيشتر مي چرخاند و چون ميل بادامک با اين صفحه درگير است انهم جلوتر از صفحه محرک چرخيده در نتيجه تزريق سوخت اوانس مي شود مقدار اوليه را در موقع بستن پمپ  بموتور بوسيله هماهنگ کردن علامت ثابت  روي موتور و  علامت روي کوپلينگ  در زمان تراکم  سيلندر اول تنظيم مي کنند دستگاه تنظيم شروع تزريق در تمام پمپ هاي خودروها  که  کارشان همراه با تغيير سرعت است بکار مي رود  ولي در موتورهاي صنعتي که با دور ثابت کار مي کنند چندان ضروري نمي نمايد. تمام دستگاههاي اوانس تزريق با کار مشابهي  نسبت  بانچه  که فوقا تشريح  شد عمل مي کنند .دستگاه اوانس روي محور ميل بادامک پمپ انژکتور نصب شده و بطور مستقيم از چرخ دنده ميل لنگو يا با دنده واسطه اي از ان نيرو مي گيرد .

روغنکاري ان در نوع بسته بوسيله روغن پر شده اوليه و در نوع باز از طريق مدار روغنکاري موتور تامين مي شود دستگاه اوانس تزريق گريز از مرکز نوع باز بوسيله چرخ دنده از ميل لنگ نيرو گرفته و ميل بادامک پمپ انژکتور را مي گرداند سر مخروطي ميل بادامک در محور بوسيله خار يک پارچه مي شود قسمت مخروطي روي ديسک تنظيم اتصال دارد .يک جفت وزنه گريز از مرکز روي صفحه سوار شده که در داخل هر يک دو پين و دو فنر وجود داشته که در حالت عادي فنرها وزنه هاي گريز از مرکز را بسمت مرکز دوران هدايت مي کنند  با افزايش دور وزنه ها بطرف خارج پرتاب مي شود که در اثر ان پين  وزنه هاي خارج از مرکز ديسک تنظيم را چرخانده   و در نتيجه  محور ميل  بادامک باندازه کمي  در جهت  دوران جلو  افتاده و شروع تزريق هماهنگ با دور موتور زودتر انجام مي شود زاويه چرخش تا 15 درجه روي ميل بادامک و 30 درجه روي ميل لنگ عمل تزريق سوخت را جلو مي اندازد.

 

نتيجه گيري:

پيشتازان خودروي ديزل در دنيا، اروپا، امريكاي شمالي و ژاپن هستند و استفاده از اين خودرو با توجه به مزاياي آن با سرعت چشمگيري رو به افزايش است. با اين تفاسير ديري نمي‌پايد كه ايران نيز به ناچار به اين سمت حركت مي‌كند. لذا به نظر مي‌رسد از هم‌اكنون بايد مبناهاي حركتي به سمت تكنولوژي‌هاي خودروي ديزل، فراهم آيند. در كشور ما، گازوئيل به عنوان سوخت ديزل از مرغوبيت بالايي برخوردار نيست. بالا بودن ميزان سولفور در گازوئيل، باعث استهلاك زودرس موتور و بوي نامطبوع خروجي آن است. اين موارد باعث مي‌شوند تا خودروي ديزل پس از مدتي برتري‌هاي خود را در مقايسه با خودروي بنزيني از دست داده و عملكرد بدي پيدا كند. بنابراين، براي استفاده از خودروهاي ديزل در ايران، لازم است زيرساخت‌هايي فراهم شود تا گازوئيل با سولفور بسيار پايين و مطابق با استانداردهاي جهاني توليد شود. از طرفي ديگر، چون خودروهاي ديزل با سوخت CNG نيز همخواني دارند، استفاده از موتورهاي ديزل با ديگر مسائل جاري، تقابلي ايجاد نمي‌كند.

 

اشتراک گذاری مطلب
تست