موتور دیزل: موتور احتراق داخلی با سوخت دیزل
موتور دیزل چگونه کار میکند؟ (چرخه چهارزمانه)
برای درک کار موتور دیزل، بهتر است آن را با یک دوچرخه پنوماتیک مقایسه کنیم. در دوچرخه، وقتی هوا را با پمپ به شدت فشرده میکنیم، پمپ و هوای داخل آن گرم میشوند. موتور دیزل هم از همین اصل ساده استفاده میکند، اما به شکلی بسیار پیشرفتهتر. کار اصلی آن در چهار مرحله یا «زمان» انجام میشود:
| مرحله (زمان) | کاری که اتفاق میافتد | وضعیت سوپاپها | مثال ساده |
|---|---|---|---|
| ۱. مکش | پیستون به سمت پایین حرکت میکند و فقط هوای خالص وارد سیلندر میشود. | سوپاپ ورودی باز، سوپاپ خروجی بسته | مانند کشیدن سرنگ پر از هوا. |
| ۲. تراکم | پیستون به سمت بالا حرکت میکند و هوا را بسیار فشرده میکند. این فشردهسازی دمای هوا را به شدت افزایش میدهد (حدود 500 تا 700 درجه سانتیگراد). | هر دو سوپاپ بسته | فشردن سریع پمپ دوچرخه و گرم شدن آن. |
| ۳. قدرت (احتراق و انبساط) | در لحظهای که پیستون به بالاترین نقطه میرسد، سوخت دیزل توسط انژکتور2 به صورت پودر ریز به درون هوای داغ پاشیده میشود. سوخت بلافاصله مشتعل شده و انفجار کنترلشدهای ایجاد میکند که پیستون را به پایین میراند. | هر دو سوپاپ بسته | پاشیدن اسپری الکل روی ذغال داغ و شعلهور شدن آن. |
| ۴. تخلیه | پیستون دوباره به سمت بالا حرکت کرده و گازهای داغ حاصل از احتراق را از سیلندر خارج میکند. | سوپاپ ورودی بسته، سوپاپ خروجی باز | خالی کردن سرنگ از دود. |
مقایسه دیزل و بنزینی: نقاط قوت و ضعف
چرا برای کامیونها از موتور دیزل استفاده میکنند اما برای اکثر خودروهای شهری از موتور بنزینی؟ پاسخ در مزایا و معایب ذاتی هر کدام است.
| ویژگی | موتور دیزل | موتور بنزینی | نتیجه مقایسه |
|---|---|---|---|
| راندمان حرارتی4 | بالاتر (حدود 35-45%) | پایینتر (حدود 25-30%) | دیزل سوخت کمتری برای انجام کار یکسان مصرف میکند. |
| گشتاور5 | خیلی بالا در دورهای پایین | کمتر، در دورهای بالا بیشتر میشود | دیزل برای کشیدن بار سنگین (کامیون) یا صعود از سربالایی ایدهآل است. |
| هزینه سوخت و نگهداری | سوخت ارزانتر، اما قطعات (مثل انژکتور و پمپ) گرانتر | سوخت گرانتر، نگهداری معمولاً ارزانتر | دیزل برای مسافتهای طولانی مقرونبهصرفه است. |
| آلودگی و صدا | ذرات معلق و اکسیدهای نیتروژن بیشتر، صدای نویزدارتر | منواکسید کربن و هیدروکربنهای نسوخته بیشتر، صدای نرمتر | هشدار زیستمحیطی هر دو آلاینده تولید میکنند، ولی نوع آلایندهها متفاوت است. |
از کامیون تا ژنراتور: کاربردهای موتور دیزل در زندگی روزمره
شاید فکر کنید موتور دیزل فقط به درد خودروهای سنگین میخورد. اما واقعیت این است که این موتورها در اطراف ما حضور پررنگی دارند. برای مثال، به اتوبوس مدرسه دقت کنید. این اتوبوس باید هر روز صبح، با وجود بار زیاد (دانشآموزان)، از حالت ساکن شروع به حرکت کند و در مسیرهای مختلف توقف و حرکت داشته باشد. گشتاور بالا در دور موتور پایین موتور دیزل، دقیقاً همین توانایی را به آن میدهد. مثال دیگر، ژنراتورهای اضطراری در بیمارستانها هستند. وقتی برق شهر قطع میشود، یک موتور دیزل قوی میتواند به سرعت روشن شده و برق تمام دستگاههای حیاتی را تأمین کند. دلیل انتخاب دیزل برای این کار، عمر طولانی و قابلیت اطمینان بالای آن است. حتی در برخی از قطارها، کشتیها و پمپهای آبیاری بزرگ در کشاورزی نیز از موتور دیزل استفاده میشود.
پرسشهای مهم و باورهای نادرست
پاسخ: بله، موتور دیزل در زبان عمومی همان «موتور گازوئیلی» خوانده میشود. اما گازوئیل (سوخت دیزل) با نفت سفید (که برای وسایل گرمایشی مثل هیتر استفاده میشود) متفاوت است. گرچه هر دو از نفت خام به دست میآیند، ولی عدد ستان6 (معیاری برای کیفیت احتراق) و افزودنیهای آنها فرق میکند. استفاده از نفت سفید در موتور دیزل میتواند به آن آسیب برساند.
پاسخ: دود سیاه عموماً نشانهی احتراق ناقص است؛ یعنی سوخت به اندازهی کافی با هوا مخلوط نشده یا به طور کامل نسوخته است. در موتورهای دیزل قدیمی، این مشکل بیشتر دیده میشد. در موتورهای مدرن با سیستمهای تزریق پیشرفته و فیلتر DPF7، این دود به شدت کاهش یافته است. اگر یک کامیون قدیمی در سربالایی با فشار زیاد حرکت کند، احتمال دیدن این دود سیاه وجود دارد.
پاسخ: جواب مطلق نیست. موتورهای دیزل مدرن با استانداردهای سختگیرانهای مانند یورو ۶ ساخته میشوند و مجهز به فیلترهای مختلفی هستند. آنها از نظر تولید گاز $CO_2$ (دیاکسید کربن) به دلیل راندمان بالاتر، بهتر از موتورهای بنزینی همرده عمل میکنند. اما کنترل آلایندههایی مثل $NO_x$ (اکسیدهای نیتروژن) در آنها پیچیدهتر و پرهزینهتر است.
پاورقی
1موتور دیزل (Diesel Engine): موتور احتراق داخلی که در آن سوخت در اثر حرارت ناشی از تراکم زیاد هوا در سیلندر مشتعل میشود.
2انژکتور (Injector): قطعهای که سوخت را تحت فشار بسیار بالا به صورت پودر ریز به درون محفظه احتراق میپاشد.
3احتراق تراکمی (Compression Ignition - CI): نوعی اشتعال که در آن سوخت بدون نیاز به جرقه، فقط بر اثر حرارت هوای فشرده شده، میسوزد.
4راندمان حرارتی (Thermal Efficiency): درصدی از انرژی شیمیایی سوخت که به کار مفید مکانیکی تبدیل میشود.
5گشتاور (Torque): نیروی چرخشی تولید شده توسط موتور. گشتاور بالا به معنای قدرت بیشتر برای به حرکت درآوردن بار سنگین از حالت سکون است.
6عدد ستان (Cetane Number): معیاری برای سنجش کیفیت احتراق سوخت دیزل. هرچه این عدد بالاتر باشد، تأخیر بین تزریق و اشتعال سوخت کمتر است.
7DPF: مخفف Diesel Particulate Filter (فیلتر ذرات دیزل). قطعهای در سیستم اگزوز که ذرات کربن (دوده) را به دام میاندازد و میسوزاند.
