وقتی کامیونهای غولپیکر را میبینید که بارهای عظیم را از سربالایی بالا میبرند، شاید به نظر برسد که کار یک موتور معمولی است، اما آنچه بیشتر ما اشتباه میفهمیم، قدرت عظیمی است که یک موتور دیزلی برای انجام این کار تولید میکند. این موتورهای دیزلی، منبع قدرت برخی از بزرگترین و قویترین ماشینها مانند کامیونها، قطارها و کشتیها هستند.
موتور دیزل چیست و چگونه کار میکند؟
موتور دیزل نوعی موتور احتراق داخلی است که در آن سوخت با تزریق هوای داغ و پرفشار به درون محفظه یا سیلندرها، در داخل بخش مرکزی موتور میسوزد و نیرو تولید میکند.
موتورهای بنزینی معمولی خودروهای ما هم از نوع احتراق داخلی هستند، بر خلاف موتورهای احتراق خارجی که در لوکوموتیوهای بخار قدیمی یافت میشدند؛ با این وجود، موتور دیزلی قویتر است.
ضمن اینکه خواهید دید این موتورهای احتراق داخلی، کارآمدترند چون انرژی زیادی را هدر نمیدهند و گرما در یک نقطه باقی میماند. همچنین متوجه خواهید شد که موتور احتراق داخلی شما، نسبت به هر موتور احتراق خارجی دیگر، با حجم یکسانی از سوخت، قدرت بیشتری تولید میکند. درک چگونگی کارکرد موتور دیزل را میتوان در چهار مرحله ساده توضیح داد.
1- استنتاج
این فرآیند شامل مکش هوا هنگام پایین رفتن پیستون و باز شدن سوپاپ ورودی است. نکته کلیدی این است که این کار زمانی انجام شود که فشار هوا حدود ۱.۷ تا نزدیک ۲.۴ مگاپاسکال باشد. تنها در این صورت است که هوا میتواند به هر یک از سیلندرها وارد شود.
روشهای راهاندازی دیگر به اندازه موتور و بار متصلشده بستگی دارد. این روشها ممکن است شامل استفاده از تجهیزات کمکی، ورود هوای فشرده به موتور هوای فشرده، تأمین جریان برق به موتور استارت برقی و استفاده از یک موتور بنزینی کوچک متصل به چرخ طیار موتور باشد.
2- فشردهسازی
با بسته شدن سوپاپ ورودی در پایینترین نقطه حرکت پیستون، پیستون بالا آمده و هوای جمع شده در داخل سیلندر را متراکم میکند. موتور دیزل از مخلوط هوا و سوخت استفاده نمیکند، بلکه هوا را متراکم میکند که از مشکل احتراق زودرس که عمدتاً در موتورهای جرقهای با نسبت تراکم بالا دیده میشود، جلوگیری میکند. در موتورهای دیزل میتوان به نسبتهای تراکم قدرتمندتر و در نتیجه راندمان سیکل تئوری بالاتر دست یافت.
3- اشتعال
سوخت در بالای کورس به داخل پاشیده میشود و پیستون را به پایین میراند و احتراق را امکانپذیر میکند. موتور دیزل زمانی انرژی میگیرد که سوخت در حال سوختن به داخل سیلندر، جایی که هوای داغ و فشرده وجود دارد، پاشیده یا تزریق شود. اما برای انجام این فرآیند، دمای هوا باید بالاتر از دمایی باشد که در آن سوخت تزریقشده میتواند مشتعل شود. این امر به سوخت اجازه میدهد تا با اکسیژن موجود در هوا واکنش داده و در نتیجه بسوزد. همچنین جالب است بدانیم که این موتورهای دیزلی، موتورهای احتراق تراکمی نیز نامیده میشوند، زیرا گرم شدن هوا از طریق تراکم و نه جرقه الکتریکی، عامل آغاز احتراق است.
4- دودکش، اگزوز
هنگام حرکت پیستون به سمت بالا، سوپاپ خروجی باز شده و گازهای سوخته خارج میشوند. توربوشارژر و میانسردکن در موتورهای دیزلی، عملکرد را از نظر راندمان و قدرت بهبود بخشیدهاند.
موتور دیزل چه تفاوتی با موتورهای بنزینی دارد؟
اگرچه موتور دیزل و موتور بنزینی بسیاری از قطعات اصلی مشابه را دارند و هر دو بر اساس چرخه چهار زمانه کار میکنند، اما تفاوتهای ذاتی زیادی در نحوه احتراق سوخت و نحوه تنظیم توان خروجی در این دو موتور وجود دارد. مهمترین تفاوتهای بین این دو عبارتند از:
اشتعال
در موتور بنزینی، مخلوط سوخت و هوا توسط جرقهای مشتعل میشود. این فرایند با تزریق سوخت و هوا به درون سیلندرهای کوچک فلزی آغاز میشود و تراکم پیستون این مخلوط را قابل انفجار میکند. در نتیجه، با جرقهای الکتریکی که شمع موتور ایجاد میکند، این مخلوط مشتعل میشود. سپس این مخلوط سوخت و هوا منفجر شده و نیروی کافی برای پایین راندن پیستون در سیلندر و به حرکت درآوردن خودرو تولید میکند.
با وجود اینکه فرآیند کار موتورهای دیزلی سادهتر است، اما به مراتب قابل کنترلتر هستند. در موتورهای دیزلی، احتراق تنها با تراکم هوا صورت میگیرد. در حالی که نسبت تراکم در موتورهای بنزینی معمولا ٩ به ١ است، این نسبت در موتورهای دیزلی ٢٠ به ١ است. بنابراین، تراکم به تنهایی میتواند در دمای بالای هوا، بدون نیاز به جرقه الکتریکی یا هر سیستم احتراق دیگری، سوخت را مشتعل کند.
درک این فرایند را میتوان به پمپ کردن لاستیک دوچرخه تشبیه کرد. متوجه میشوید که هر چه بیشتر از پمپ استفاده کنید، داغتر میشود. این نشان میدهد که فشردهسازی هوا گرما تولید میکند. به همین ترتیب، موتور دیزل هوا را در فضایی بسیار کوچکتر فشرده میکند. این کار هوا را تا 500 درجه سانتیگراد و گاهی بیشتر، داغ میکند.
بنابراین، هنگام تزریق سوخت، به طور آنی مشتعل شده و منفجر میشود، بدون نیاز به شمع که در موتورهای بنزینی یا پترولی مورد نیاز است. این فرآیند، قدرت و راندمان موتور دیزل و اهمیت آن را نسبت به سایر موتورها، به ویژه موتورهای بنزینی و پترولی، نشان میدهد.
هوای مکش
موتور دیزل، صرف نظر از سرعت موتور، همیشه مقدار ثابتی هوا را از طریق مجرای ورودی که فقط با کمک سوپاپ ورودی باز و بسته میشود، میکشد. در حالی که در موتور بنزینی، مقدار هوای ورودی متغیر است و به میزان باز بودن دریچه گاز بستگی دارد.
ساخت موتور
اگرچه ممکن است موتور دیزل از نظر ظاهری و تعداد قطعات تقریباً مشابه موتور بنزینی باشد، اما قطعات دیگری نیز دارد که دوام آن را بیشتر میکند.
خواهید دید که موتور دیزل معمولا نسبت به موتور بنزینی، دیوارههای ضخیمتر و شبکههای تقویتی بیشتری دارد. این امر استحکام بیشتری به آن میدهد و به تحمل تنشهای اضافی کمک میکند.
موتور دیزل معمولا بدنهای سنگینتر با میللنگ، پیستون، یاتاقانها و شاتونهای قویتر دارد. از آنجایی که شکل محفظه احتراق و چرخش در موتور دیزل با موتور بنزینی یا گاز متفاوت است، طراحی سرسیلندر در هر دو نوع موتور نیز متفاوت خواهد بود.
سوخت
همانطور که پیداست، موتور دیزلی با سوخت دیزل کار میکند و موتور بنزینی با بنزین؛ اما درک سازگاری این سوختهای مختلف با نحوه کار موتورهایشان و افزایش راندمان آنها ضروری است.
سوخت دیزل بهطور کلی تصفیهی کمتری دارد، غلیظتر، چسبناکتر و فرارتر از بنزین است. اگر تابلو «دِرو» (derv) را روی پمپ بنزین دیزل دیدهاید، این سوخت مناسب خودروهای دیزلی شماست.
رابطه سوخت دیزل و آب در این مورد بسیار مهم است. دیزل در سرما به دلیل جذب آب ممکن است سفت یا حتی جامد شود و آب موجود در آن یخ بزند. دیزل میتواند حدود 50 تا 60 قسمت در میلیون آب را تحمل کند. این موضوع میتواند مشکلاتی ایجاد کند، چرا که باعث یخزدگی یا ژلهای شدن خطوط سوخت و انژکتورها میشود.
اگر تابهحال دیدهاید که در زمستان، کسی چراغهای ماشین دیزلی خود را با فوت کردن روشن میکند، دلیل این کار را میفهمید. علاوه بر این، عدهای هم برای جلوگیری از این مشکل از افزودنیهای مخصوص استفاده میکنند.
مهمتر از همه، خواهید دید که سوخت دیزل چگالی انرژی بالاتری نسبت به بنزین دارد. این قدرت بیشتر، که بهطور متوسط حدود ۱۴۷۰۰۰ بی تییو انرژی از هر گالن سوخت دیزل تولید میشود، به معنای قدرت، راندمان و مسافت پیموده شده بیشتر است.
همین امر توضیح میدهد که چرا از سوخت دیزل برای تأمین انرژی وسایل نقلیه ضروری مانند اتوبوس، کامیون، قطار، جرثقیل، تجهیزات ساختمانی و کشاورزی و همچنین قایق استفاده میشود و در نتیجه برای صنایع ساخت و ساز، حمل و نقل و کشاورزی و در نهایت کل اقتصاد، حیاتی است.
انواع موتورهای دیزلی
موتورهای دیزلی در دو نوع دو زمانه و چهار زمانه وجود دارند. زمانه به عملکرد پیستون در موتور اشاره دارد و این عامل، تفاوت اساسی بین این دو مدل را ایجاد میکند.
دو زمانه
موتور دیزل دو زمانه از دو حرکت رفت و برگشت پیستون برای تکمیل چرخه خود استفاده میکند. در حرکت اول، پیستون به سمت بالا حرکت کرده و باعث تراکم و در نهایت احتراق سوخت فشرده میشود. حرکت دوم یا حرکت برگشت، زمانی اتفاق میافتد که پیستون فقط یک بار به سمت پایین حرکت میکند و سوخت جدید را وارد سیلندر میکند.
- موتور دو زمانه معمولا این سه مرحله ضروری را طی میکند:
- دَم و بازدم هنگامی که هوای تازه وارد سیلندر میشود و هوای کهنه را از طریق سوپاپهای بالایی به بیرون میراند.
- فشردگی این اتفاق زمانی میافتد که سوپاپهای ورودی و خروجی بسته میشوند و پیستون به بالا حرکت میکند تا هوا را متراکم و در نتیجه گرم کند. سوخت زمانی اضافه میشود که پیستون به بالای سیلندر میرسد و سپس به احتراق خودبخود میانجامد.
- قدرت با جرقه زدن مخلوط هوا و سوخت، پیستون به پایین حرکت کرده و قدرت چرخها را به حرکت در میآورد.
موتورهای چهار زمانه
موتور چهار زمانه میتواند هم در موتور دیزل و هم در موتور بنزینی (یا گازوئیل) استفاده شود. این موتور دارای یک مرحلهی تراکم و یک مرحلهی تخلیه است و هر کدام یک مرحلهی رفت و برگشت نیز دارند که در مجموع چهار مرحله را تشکیل میدهد.
در مرحله تراکم، مخلوط هوا و سوخت فشرده میشود تا احتراق رخ دهد، در حالی که در مرحله تخلیه، گازهای سوخته خارج میشوند. پیستون در این حالت دو بار بالا و پایین میرود.
- موتور چهار زمانه شامل چهار مرحله اصلی است:
- دریافت این شامل کشیدن هوا به داخل سیلندر از طریق سوپاپ ورودی هنگام پایین رفتن پیستون است.
- فشردهسازی این اتفاق زمانی میافتد که پیستون به سمت بالا حرکت میکند، سوپاپ ورودی را میبندد و هوا را فشرده کرده و گرم میکند. با تزریق سوخت به این هوای فشرده و گرم، احتراق بدون نیاز به شمع جرقهزن رخ میدهد.
- قدرت با جرقه، پیستون به پایین رانده میشود و نیرو به چرخها منتقل میگردد.
- دودکش، اگزوز اکنون پیستون به عقب برمیگردد و گازهای سوخته با فشار از طریق سوپاپ خروجی خارج میشوند.
تفاوتهای دو نوع (دو زمانه و چهار زمانه)
با اینکه تفاوت اصلی بین موتور دو زمانه و چهار زمانه، تعداد زمانهاست، اما بهطور آشکارتر، عوامل دیگری نیز این دو نوع موتور را از هم متمایز میکنند. برخی از آنها در زیر آمدهاند:
- موتورهای دو زمانه نسبت به موتورهای چهار زمانه، سبکتر و کوچکتر هستند.
- موتورهای دو زمانه کارآمدترند زیرا در هر دور، برخلاف موتورهای چهار زمانه که در هر دو دور، یک بار قدرت تولید میکنند، یک بار قدرت تولید میکنند. هرچند این امتیاز محسوب میشود، اما به معنای فرسودگی بیشتر در موتورهای دو زمانه نیز هست. بنابراین، ممکن است به خنککاری و روغنکاری بیشتری نیاز داشته باشند.
- بیشتر موتورهای دیزلی چهارزمانه هستند. موتورهای دو زمانه معمولا در موتورهای بزرگتر مانند موتور کشتی و موتورسیکلت استفاده میشوند. از سوی دیگر، موتورهای چهار زمانه بهطور معمول در خودروها، کامیونها و سایر وسایل نقلیه استفاده میشوند.
- موتورهای دو زمانه به فلایویل سبکتر نیاز دارند، در حالی که موتورهای چهار زمانه به فلایویل سنگینتری نیازمندند. نیروی خروجی موتور چهار زمانه متعادلتر است (یک دور در برابر یک ضربه قدرت)، اما نیروی خروجی موتور دو زمانه نامتعادلتر است (دو دور در برابر یک ضربه قدرت).
- روغن کاری در موتورهای دو زمانه معمولا سادهتر و در موتورهای چهار زمانه پیچیدهتر است.
- موتورهای دو زمانه نسبت به موتورهای چهار زمانه، پر سر و صداتر و دودزا تر هستند.
- موتورهای دو زمانه بسیار ارزانتر از موتورهای چهار زمانه هستند؛ زیرا موتورهای چهار زمانه به دلیل مکانیزم سوپاپ و روغن کاری و همچنین پیچیدگی نسبی ساخت، گرانتر هستند.
مروری بر تاریخچه موتورهای دیزلی
آغازگر آن رودولف دیزل یک مهندس آلمانی که ایده موتور دیزل را ارائه داد؛ به همین دلیل است که موتور دیزل به نام او نامگذاری شده است. دیزل کسی بود که متوجه شد میتوان از مرحله تراکم به جای سیستم جرقهزنی الکتریکی موتورهای بنزینی موجود استفاده کرد. او این چرخه را در اختراعات خود در سالهای ۱۸۹۲ و ۱۸۹۳ ارائه داد. این موتور در ابتدا چهار زمانه بود.
در ابتدا، از زغالسنگ پودر شده یا نفت مایع بهعنوان سوخت پیشنهاد شده بود. نخستین موتور صنعتی ساختهشده بر اساس اختراعات دیزل در سنت لوئیس، میزوری، توسط آدولفوس بوش و پیشگام شد بوش-سولزر موتوری که نیروی محرکه بسیاری از زیردریاییهای آمریکا در جنگ جهانی اول را تأمین میکرد.
بعدها، شرکتهای سازندهی موتورهای دیزل، سربازان بازگشته از جنگ که با انواع موتورهای دیزل کار کرده بودند را استخدام کردند تا موتورهای دیزل دو زمانه را توسعه دهند. این امر باعث ارزانتر و سادهتر شدن تولید موتورهای دیزل شد.
بعدها، فناوری تزریق سوخت نیز برای پاسخگویی به نیاز روزافزون به کمپرسور هوای پرفشار ارائه شد. این فناوری از پمپی آغاز شد که قرار بود جایگزین کمپرسور هوای پرفشار شود.
اما بهبود دیگری هم لازم بود. دود خروجی موتور بسیار زیاد بود که باعث سوختن ناقص سوخت میشد. بنابراین، نازلی برای تزریق سوخت به داخل سیلندر اضافه شد.
در سال ۱۹۱۴، ویلیام تی. پرایس، مهندس جوان آمریکایی، با کار روی موتور دیزلی کمتر نیازمند به تراکم و بدون استفاده از لامپهای داغ، به پیشرفت این موتور کمک کرد. او در این کار موفق شد و برای اختراعاتش درخواست ثبت اختراع داد. با این حال، هنوز کارهای زیادی برای رسیدن موتور دیزل به شکل امروزیاش باقی مانده بود.
در آن زمان، موتورهای دو زمانه معمولاً برای تولید برق، به کار انداختن تلمبههای آب و همچنین تأمین نیروی قایقهای موتوری، کشتیهای ماهیگیری و یدککشها استفاده میشدند.
در اوایل دهه ۱۹۲۰ جنرال الکتریک و اینگرسول رند در ساخت لوکوموتیو دیزل-الکتریکی مشارکت داشتند. موفقیت این پروژه به حدی بود که تقاضا برای این لوکوموتیو از سوی تقریباً تمام صنایع از جمله کارخانهها، معادن و راهآهنها به وجود آمد. اکنون از آنها در ماشینآلات ساختمانی سنگین، تراکتورهای کشاورزی پرقدرت و اکثر کامیونها و اتوبوسهای بزرگ استفاده میشود.
با وجود معایبی مانند آلایندگی بیشتر هوا در استفاده از کامیونهای دیزلی، اختراع آن هنوز هم یک پیشرفت بزرگ محسوب میشود که به طور چشمگیری به صنایع مختلف جهان، به ویژه حمل و نقل، ساختمانسازی و کشاورزی، کمک کرده است.
بنابراین، دانستن چگونگی آغاز این فرآیند و انواع مختلف موتورهای دیزلی کامیونهای امروزی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.
برای تعمیر موتور دیزل خود، به یک تعمیرگاه معتبر مراجعه کنید. خدمات تعمیر موتور دیزل که تکنسینهای آنها میتوانند تعمیر کنند موتور دیزلی کامیون بهطور مؤثر و تا حد رضایت کامل شما
در دیزل استار ما به یافتن و رفع علت اصلی خرابی، نه فقط نشانههای آن، اعتقاد داریم. پیشگیری از تعمیرات مکرر یکی از اصول اساسی ماست؛ همچنین قادر به شناسایی تعمیرات پیشگیرانه نگهداری صحیح، کلید پیمودن مسیر با وسیله نقلیه شماست.