بخشی از مقاله
موتور دیزل
ریشه لغوی
کلمه دیزل نام یک مخترع آلمانی به نام دکتر رودلف دیزل است که در سال 1892 نوع خاصی از موتورهای احتراق داخلی را به ثبت رساند، به احترام این مخترع اینگونه موتورها را موتورهای دیزل می‌نامند.
دید کلی
موتورهای دیزل ، به انوع گسترده‌ای از موتورها گفته میشود که بدون نیاز به یک جرقه الکتریکی می‌توانند ماده سوختنی را شعله‌ور سازند. در این موتورها برای شعله‌ور ساختن سوخت از حرارت‌های بالا استفاده میشود. به این شکل که ابتدا دمای اتاقک احتراق را بسیار بالا می‌برند و پس از اینکه دما به اندازه کافی بالا رفت ماده سوختنی را با هوا مخلوط میکنند.
همانگونه که می‌دانید برای سوزاندن یک ماده سوختی به دو عامل حرارت و اکسیژن نیاز است. اکسیژن از طریق مجاری ورودی موتور وارد محفظه سیلندر میشود و سپس بوسیله پیستون
فشرده میگردد. این فشردگی آنچنان زیاد است که باعث ایجاد حرارت بسیار بالا میگردد. سپس عامل سوم یعنی ماده سوختنی به گرما و اکسیژن افزوده میشود که در نتیجه آن سوخت شعله‌ور میشود.
تاریخچه
در سال 1890 میلادی آکروید استوارت حق امتیاز ساخت موتوری را دریافت کرد که در آن هوای خالص در سیلندر موتور متراکم می‌گردید و سپس (به منظور جلوگیری از اشتعال پیش‌رس) سوخت به داخل هوای متراکم شده تزریق می‌شد، این موتورهای با فشار پایین بودند. و برای مشتعل ساختن سوخت تزریق شده از یک لامپ الکتریکی و یا روشهای دیگر در خارج از سیلندر استفاده می‌شد.
در سال 1892 دکتر رودلف دیزل آلمانی حق امتیاز موتور طراحی شده‌ای را به ثبت رساند که در آن
اشتعال ماده سوختنی ، بلافاصله بعد از تزریق سوخت به داخل سیلندر انجام می‌گرفت. این اشتعال عامل حرارت زیادی بود که در اثر تراکم زیاد هوا بوجود می‌آمد. وی ابتدا دوست داشت که موتور وی پودر زغال سنگ را بسوزاند ولی به سرعت به نفت روی آورد و نتایج قابل توجهی گرفت.
طی سالهای متمادی پس از اختراع موتور دیزل ، از این نوع موتور عمدتا و منحصرا در کارهای درجا و سنگین از قبیل تولید برق ، تلمبه کردن آب ، راندن قایق‌های مسافری و باری و همچنین برای تولید قدرت جهت رفع بعضی از نیازهای کارخانجات استفاده می‌شد. این موتورها سنگین ، کم سرعت ، دارای یک یا چند سیلندر و از نوع دوزمانه یا چهارزمانه بودند.
پیشرفت بیشتر موتورهای دیزل ، تا توسعه سیستم‌های پیشرفته تزریق سوخت در دهه 1930 طول کشید. در این سالها رابرت بوش تولید انبوه پمپهای سوخت‌پاش خود را آغاز کرد. توسعه پمپهای سوخت‌پاش (پمپهای انرژکتور) با توسعه موتورهای کوچکی که برای استفاده در موتورها مناسب بودند متعادل شد.
موتورهای دیزل سبکتری که سرعتشان نیز بالا بود در سال 1925 به بازار عرضه شدند. با آنکه پیشرفت در ساخت این موتورها کند بود. اما در سال 1930 موتورهای دیزل قابل اطمینان که به
خوبی طراحی شده‌بودند و چند سیلندر و سریع نیز بودند به بازار عرضه شد. این پیشرفت تا پایان جنگ جهانی دوم برای مدتی کند بود. لیکن از آن تاریخ تا کنون طراحی و تولید این موتورها به طریقی پیشرفت نموده است که امروزه استفاده گسترده و فراگیر از موتورهای دیزل را شاهد هستیم.
تقسیمات
موتورهای دیزل نیز مانند سایر موتورهای احتراق داخلی بر مبناهای مختلفی قابل طبقه‌بندی هستند. مثلا می‌توان موتورهای دیزل را بر حسب مقدار دفعات احتراق در هر دور گردش میل لنگ به موتورهای دیزل دوزمانه و یا موتورهای دیزل چهارزمانه تقسیم‌بندی نموده و یا بر حسب قدرت تولیدی که به شکل اسب بخار بیان میگردد. یا بر حسب تعداد سیلندر و یا شکل قرارگیری سیلندرها که بر این اساس به دو نوع موتورهای خطی و موتورهای V یا خورجینی تقسیم بندی می‌کردند و ...
ساختمان
ساختار موتورهای دیزل نه تنها در سیستم تغذیه و تنظیم سوخت با موتورهای اشتعال جرقه‌ای تفاوت میکند. بنابراین ساختارهای بسیار مشابهی میان این موتورها وجود دارد و تنها تفاوت ساختمانی آنها قطعات زیر است که در موتورهای دیزل وجود دارد و در سایر موتورهای احتراق داخلی وجود ندارد.
_پمپ انژکتور :__ وظیفه تنظیم میزان سوخت و تامین فشار لازم جهت پاشش سوخت را به عهده دارد.
انژکتورها : باعث پودر شدن سوخت و گازبندی اتاقک احتراق میشوند.
فیلترهای سوخت : باعث جداسازی مواد اضافی و خارجی از سوخت میشوند.
لوله‌های انتقال سوخت : می‌بایست غیرقابل اشباع بوده و در برابر فشار پایداری نمایند.
توربوشارژر : باعث افزایش هوای ورودی به سیلندر میشوند.
طرزکار
همانگونه که اشاره شد موتورهای دیزل بر اساس نحوه کارکردن به دو دسته موتورهای 4 زمانه و 2 زمانه تقسیم میشوند. لیکن در هر دوی این موتورها چهار عمل اصلی انجام میگردد که عبارتند از مکش یا تنفس - تراکم - انفجار و تخلیه اما بر حسب نوع موتورها ممکن است این مراحل مجزا و یا بصورت توام انجام گیرند.
موتورهاي ديزلي
موتورهاي ديزلي نسبت به موتورهاي بنزيني ارزانتر و مقرون به صرفه تر هستند. موتور ديزلي فقط هوا را دريافت داشته، آنرا فشرده کرده و بعد سوخت را درون هواي فشرده تزريق مي نمايد. گرماي هواي فشرده فورآً سوخت را روشن مي سازد. موتور بنزيني در نسبت 8:1 تا 12:1 فشرده شده در حاليکه موتور ديزلي در نسبت 14:1 تا حداکثر 25:1 فشرده مي گردد. نسبت بالاي فشردگي موتور ديزلي سبب کارآيي بهتر آن مي شود. موتور ديزلي فقط از تزريق سوخت مستقيم استفاده مي
نمايد. سوخت ديزلي مستقيماً وارد سيلندر مي گردد. موتور ديزلي شمع نداشته فقط گرماي هواي فشرده است که سوخت را در آن روشن مي سازد. يکي از تفاوتهاي بزرگ موتور بنزيني و ديزلي تزريق سوخت آن مي باشد. بيشتر موتورهاي ماشين از سوپاپ تزريق يا کاربراتور استفاده مي کنند. بنابراين تمام سوخت در سيلندر بارگذاري شده سپس فشرده مي گردد. فشردگي ترکيب سوخت / هوا نسبت فشردگي موتور را محدود مي سازد. اگر فشردگي هوا خيلي زياد باشد
ترکيب سوخت / هوا فوراً مشتعل گشته و صداي تق تق را بوجود مي آورد. ديزل فقط هوا را فشرده ساخته طوريکه نسبت فشردگي مي تواند زياد شود. نسبت فشردگي زياد، نيروي زيادي را ايجاد خواهد نمود. سوخت ديزلي سنگينتر بوده بتدريج تبخير مي گردد، نقطه جوش آن بيشتر از نقطه جوش آب است، داراي اتمهاي کربن زيادي است ....
Diesel engines are more efficient and cheaper to run than gasoline engines. Learn what makes diesel engines different!
One of the most popular HowStuffWorks articles is How Car Engines Work, which explains the basic principles behind internal combustion, discusses the four-stroke cycle and talks about all of the subsystems that help your car's engine to do its job. One of the most common questions asked (and one of the most frequent suggestions made in the suggestion box) is, "What is the difference between a gasoline and a diesel engine?"
If you haven't already done so, you'll probably want to read How Car Engines Work first, to get a feel for the basics of internal combustion. But hurry back! In this edition of HowStuffWorks, we're going to unlock the secrets of the diesel!
The Diesel Cycle
Rudolf Diesel developed the idea for the diesel engine and obtained the German patent for it in 1892. His goal was to create an engine with high efficiency. Gasoline engines had been invented 1876 and, especially at that time, were not very efficient.
The main differences between the gasoline engine and the diesel engine are:
A ga
soline engine intakes a mixture of gas and air, compresses it and ignites the mixture with a spark. A diesel engine takes in just air, compresses it and then injects fuel into the compressed air. The heat of the compressed air lights the fuel spontaneously.
A gasoline engine compresses at a ratio of 8:1 to 12:1, while a diesel engine com
presses at a ratio of 14:1 to as high as 25:1. The higher compression ratio of the diesel engine leads to better efficiency.
Gasoline engines generally use either carburetion, in which the air and fuel is mixed long before the air enters the cylinder, or port fuel injection, in which the fuel is injected just prior to the intake stroke (outside the cylinder). Diesel engines use direct fuel injection -- the diesel fuel is injected directly into the cylinder.
Note that the diesel engine has no spark plug, that it intakes air and compresses it, and that it then injects the fuel directly into the combustion chamber (direct injection). It is te heat of the compressed air that lights the fuel in a diesel engine. In the simplified animation above, the green device attached to the left side of the cylinder is a fuel injector. However, the injector on a diesel engine is its most complex component and has been the subject of a great deal of experimentation -- in any particular engine it may be located in a variety of places. The injector has to be able to withstand the temperature and pressure inside the cylinder and still deliver the fuel in a fine mist.
Getting the mist circulated in the cylinder so that it is evenly distributed is also a problem, so some diesel engines employ special induction valves, pre-combustion chambers or other devices to swirl the air in the combustion chamber or otherwise improve the ignition and combustion process.
One big difference between a diesel engine and a gas engine is in the injection process. Most car engines use port injection or a carburetor rather than direct injection. In a car engine, therefore, all of the fuel is loaded into the cylinder during the intake stroke and then compressed. The compression of the fuel/air mixture limits the compression ratio of the engine -- if it compresses the air too much, the fuel/air mixture spontaneously ignites and causes knocking. A diesel compresses only air, so the compression ratio can be much higher. The higher the compression ratio, the more power is generated.
Some diesel engines contain a glow plug of some sort (not shown in this figure). When a diesel engine is cold, the compression process may not raise the air to a high enough temperature to ignite the fuel. The glow plug is an electrically heated wire (think of the hot wires you see in a toaster) that helps ignite the fuel when the engine is cold so that the engine can start. According to Cley Brotherton, a Journeyman heavy equipment technician:
All functions in a modern engine are controlled by the ECM communicating with an elaborate set of sensors measuring everything from R.P.M. to engine coolant and oil temperatures and even engine position (i.e. T.D.C.). Glow plugs are rarely used today on larger engines. The ECM senses ambient air temperature and retards the timing of the engine in cold weather so the injector sprays the fuel at a later time. The air in the cylinder is compressed more, creating more heat, which aids in starting.
Smaller engines and engines that do not have such advanced computer control use glow plugs to solve the cold-starting problem.
Diesel Fuel
If you have ever compared diesel fuel and gasoline, you know that they are different. They certainly smell different. Diesel fuel is heavier and oilier. Diesel fuel evaporates much more slowly than gasoline -- its boiling point is actually higher than the boiling point of water. You will often hear diesel fuel referred to as "diesel oil" because it is so oily.
Diesel fuel evaporates more slowly because it is heavier. It contains more carbon atoms in longer chains than gasoline does (gasoline is typically C9H20, while diesel fuel is typically C14H30). It takes less refining to create diesel fuel, which is why it is generally cheaper than gasoline.
D
iesel fuel has a higher energy density than gasoline. On average, 1 gallon (3.8 L) of diesel fuel contains approximately 155x106 joules (147,000 BTU), while 1 gallon of gasoline contains 132x106 joules (125,000 BTU). This, combined with the improved efficiency of diesel engines, explains why diesel engines get better mileage than equivalent gasoline engines.
سیکل موتورهای دیزل چهارزمانه
زمان تنفس :
پیستون از بالاترین مکان خود (نقطه مرگ بالا) به طرف پایین‌ترین مکان خود در سیلندر (نقطه مرگ پایین) حرکت میکند در این زمان سوپاپ تخلیه بسته است و سوپاپ هوا باز است. با پایین آمدن پیستون یک خلا نسبی در سیلندر ایجاد میشود و هوای خالص از طریق مجرای سوپاپ هوا وارد سیلندر میگردد. در انتهای این زمان سوپاپ هوا بسته شده و هوای خالص در سیلندر حبس میگردد.
زمان تراکم :
پیستون از نقطه مرگ پایین به طرف بالا (تا نقطه مرگ بالا) حرکت میکند و در حالیکه هر سوپاپ بسته‌اند (سوپاپ هوا و سوپاپ تخلیه) هوای داخل سیلندر متراکم میگردد و نسبت تراکم به 15 تا 20 برابر میرسد. فشار داخل سیلندر تا حدود 40 اتمسفر بالا می‌رود و بر اثر این تراکم زیاد حرارت هوا داخل سیلندر به شدت افزایش یافته و به حدود 600 درجه سانتیگراد میرسد.
زمان قدرت :
در انتهای زمان تراکم در حالیکه هر دو سوپاپ همچنان بسته‌اند و پیستون به نقطه مرگ بالا میرسد مقداری سوخت روغنی (گازوئیل) به درون هوا فشرده و داغ موجود در محفظه احتراق پاشیده میشود و ذرات سوخت در اثر این درجه حرارت زیاد محترق می‌گردند. پس از خاتمه تزریق سوخت عمل سوختن تا حدود 3/2 از زمان قدرت ادامه پیدا میکند.
فشار زیاد گازهای منبسط شده (به علت احتراق) پیستون را به طرف پایین و تا نقطه مرگ پایین می‌راند. حرکت پیستون از طریق شاتون به میل‌لنگ منتقل میشود و موجب گردش میل‌لنگ میگردد. در این مرحله حرارت گازهای مشتعل شده به 2000 درجه سانتیگراد میرسد و فشار داخل سیلندر تا حدود 80 اتمسفر افزایش می‌یابد.
زمان تخلیه :
با رسیدن پیستون به نقطه مرگ پایین در مرحله قدرت ، سوپاپ تخلیه باز میشود و به گازهای سوخته تحت فشار اولیه اجازه می‌دهد سیلندر را ترک کند. پس پیستون از نقطه مرگ پایین به طرف بالا حرکت میکند و تمام گازهای سوخته را بیرون از سیلندر می‌راند. در پایان پیستون یکبار دیگر به طرف پایین حرکت میکند و با شروع زمان تنفس سیکل جدیدی آغاز میگردد.
سیکل موتور دوزمانه دیزل
در این نوع موتورهای دوزمانه سوپاپ تنفس هوای تازه ، نظیر آنچه در موتورهای
چهارزمانه ذکر شد وجود ندارد. و به جای آن در فاصله معینی از سه سیلندر ، مجراهایی در بدنه سیلندر تعبیه شده است. که پیستون در قسمتی از مسیر خود جلوی آنها را می‌بندد، اصول کار این موتورها در دوزمان است، که در واقع در هر دور چرخش میل‌لنگ اتفاق می‌افتد.
موتورهای دیزل دو زمانه چگونه کار می کند؟
مقاله ی موتورهای دیزل چگونه کار می کند توضیحی در مورد موتور های چهار زمانه است که عموما در موتورها و ماشین های باربری یافت می شود.مقاله موتور های دیزل دو زمانه چگونه کار می کند ،توضیحی در مورد موتور های کوچک دو زمانه است که در چیزهایی شبیه اره موتوری،موتور سیکلت های کوچک وجت اسکی ها یافت می شود.ترکیب تکنولوژی موتور دیزل با موتور دیزل دو زمانه غالبا نتیجه ی مطلوبی را در موتورهای دیزل بزرگ جثه که در لوکوموتیو،کشتی های بزرگ و مولدهای برق یافت می شود بوجود آورده است.
نحوه ی کار چرخه
اگر شما مقاله ی موتورهای دوزمانه چگونه کار می کنند را خوانده باشید ، فرا می گیرید که یک تفاوت بزرگ بین موتورهای دوزمانه و چهارزمانه در مقدار قدرتی است که موتور می تواند تولید کند.شمع درموتور دو زمانه دوبارجرقه می زند،هر کدام در هرچرخش میل لنگ،اما در موتور چهار زمانه یکبارجرقه در هر دو چرخش میل لنگ زده می شود.این بدین معنی است که موتور دوزمانه پتانسیل تولید قدرت دوبرابرازموتورچهارزمانه ی هم اندازه ی خود را داراست.
مقاله ی موتور دوزمانه ،چرخه ی موتورگازوئیلی را نیز توضیح می دهد،که گاز و هوا مخلوط و با هم فشرده می شوند،که واقعا به طور کامل با نحوه ی کار موتور دوزمانه در تطابق نیست.مسئله این است که مقداری از سوخت سوزانده نشده که هر بار از سیلندر خارج می شود دوباره برای مخلوط هوا-سوخت مورد استفاده قرار گیرد.
به نظر می رسد که رویه دیزل ، که در آن هوا به تنهایی فشرده می شود و سپس سوخت را مستقیما درون هوای فشرده تزریق می کنند، خیلی بهتر با چرخه دو زمانه سازگاری داشته باشد.از این رو بسیاری از تولید کنندگان موتورهای دیزل بزرگ از این رویه برای تولید موتورهایی با قدرت بالا استفاده می کنند.
شکل زیر طرح بندی نوعی از یک موتور دیزل دو زمانه را نشان می دهد:
در بالای سیلندر،نوعأ دو یا چهار دریچه ی خروج وجود دارد که هم زمان با هم باز می شوند.همچنین تزریق کننده ی سوخت دیزل نیز وجود دارد ( در بالا با رنگ زرد مشخص شده است). پیستون کشیده (دراز) در نظر گرفته شده، مانند موتور دو زمانه ی بنزینی، بنابراین می تواند به عنوان دریچه ی مکش هوا عمل کند.در حرکت به سمت پایین پیستون،پیستون ورودی مکش هوا را باز می نماید.هوای ورودی توسط یک توربو شارژر یا یک سوپرشارژر تنظیم فشار می شود (آبی روشن). محفظه کارتل آب بندی شده و حاوی روغن می باشد همچون یک موتور چهار زمانه.
چرخه موتور دوزمانه ی دیزل بدین صورت است:
١- وقتی پیستون در حرکت به سمت بالا می باشد،سیلندر شامل یک هوای بسیار فشرده می باشد.سوخت دیزل توسط تزریق کننده به درون سیلندر اسپری می شود و به دلیل گرما و فشار درون سیلندر به سرعت مشتعل می شود.این همان رویه ای است که در موتور های دیزل چگونه کار می کنند؟ توضیح داده شده است.
۲- فشار تولید شده توسط احتراق سوخت، پیستون را به سمت پایین می راند.این مرحله ی قدرت می باشد.
٣- زمانی که پیستون به نزدیکی پایین حرکتش می رسد تمامی دریچه های خروج باز می شوند، گازهای سوخته شده (دود) از سیلندر خارج می شوند وفشار کاهش می یابد.
٤- زمانی که پیستون به پایین ترین نقطه ی حرکتش می رسد، ورودی ها ی مکش هوا را باز می نماید وهوای فشرده سیلندر را پر می کند و گازهای سوخته شده ی (دود) باقی مانده را خارج می کند.
۵- دریچه های سوخت بسته می شوند و پیستون به سمت بالا برگردد و ورودی های مکش هوای فشرده را می بندد.این مرحله ی تراکم می باشد.
۶- زمانی که پیستون به بالای سیلندر نزدیک می شود ، چرخه دوباره از مرحله ی اول تکرار می شود.
با این توضیح ,شما می توانید تفاوت بزرگ بین یک موتور دو زمانه دیزل و یک موتور دو زمانه ی بنزینی را درک کنید.در موتوردیزل فقط هوا وارد سیلندر می شود، به جای اینکه مخلوط هوا و سوخت وارد شود.این بدین معنی است که موتور دیزل دو زمانه هیچ کدام از مشکلات محیطی که موتور دو زمانه ی بنزینی باعث آن می شود را ایجاد نمی کند.در مقابل یک موتور دوزمانه ی دیزلی باید یک توربو شارژر یا یک سوپرشارژر داشته باشد و این بدین معنی است که شما هرگز یک موتور دیزل دو زمانه را روی یک اره موتوری نخواهید یافت.چون در این صورت بسیار گران تمام می شود.
موتورهایGeneral Motors EMD
موتورهای General Motors EMD نوعی از موتورهای دوزمانه دیزلی هستند.این موتورها در دهه ی ١٩٣۰مطرح شدند و قدرت تعداد زیادی از لوکوموتیو ها در ایالات متحده را تامین می کردند.سه سری موفقیت آمیز در رشته یEMD وجود داشته : سری ۵۶۷ , سری ۶۵٤ و سری۷١۰. شماره ها مربوط به حجم بر حسب اینچ مکعب هر سیلندر می باشد. برای یک نوع موتور که ١۶ سیلندر دارد (با یک جا به جایی کلی به بزرگی 10,000 اینچ مکعب یا ١۶٤ لیتر). یک موتور۵ لیتری (٣۰۵اینچ مکعب) به عنوان یک موتور خیلی بزرگ برای یک موتور مطرح است ، و شما متوجه می شوید که یک موتورEMD چقدر سنگین و حجیم است.
در اینجا تعدادی از مشخصات برای موتور EMD 645E3 آورده شده است:
قطر سیلندر : ۵/٩ اینچ ( ۲٤ سانتی متر)
حرکت پیستون : ١۰اینچ ( ۲۵ سانتی متر)
جابجایی هر سیلندر: ۶۵٤ اینچ مکعب ( حدود ١١ لیتر)
تعداد سیلندر : ١۶ یا ۲۰
ضریب تراکم : ١: ۵/١٤
دریچه های خروج درهر سیلندر: ٤
وزن موتور:
١۶ سیلندر :٣٤۵۲۶ پوند / ١۵۶۶١ کیلو گرم
۲۰سیلندر : ٤۰١٤٤ پوند / ١۸۲۰٩ کیلوگرم (وزن کارتل به تنهایی به بیش از یک تن می رسد!)
دور موتور در حالت بدون بار: ٣١۵ دور در دقیقه
بیشینه دور موتور: ٩۰۰ دور در دقیقه
قدرت بر حسب اسب بخار برای نوعی از این موتورها ٤٣۰۰ hp می باشد.
زمان اول :
پیستون از نقطه مرگ پایین به طرف بالا و تا نقطه مرگ بالا حرکت میکند. در این زمان پیستون پس از عبور از جلو مجاری تنفس هوای تازه را تاحد معینی متراکم می‌سازد. در طول این زمان سوپاپ تخلیه که در قسمت فوقانی سیلندر و در داخل سه سیلندر قرار دارد کماکان بسته مانده است.
زمان دوم :
در انتهای زمان اول مقداری سوخت روغنی (گازوئیل) به صورت پودرشده به درون هوای متراکم شده و داغ موجود در محفظه احتراق پاشیده میشود و ذرات سوخت محترق میگردد. فشار زیاد گازهای محترق شده پیستون را به طرف پایین می‌راند. پیستون در مسیر حرکت روبه پایین خود جلو مجاری تنفس هوای تازه را باز میکند. در این موقع هوای تازه به شدت وارد سیلندر میگردد. در همین حال سوپاپ تخلیه نیز باز میگردد و گازهای حاصل از احتراق بوسیله هوای تازه از سیلندر خارج می‌گردند. پس از رسیدن پیستون به نقطه مرگ پایین سیکل جدیدی آغاز میشود.
موتورهاي دو زمانه
بدين دليل به آنها موتورهاي دو زمانه گويند که قبل از احتراق يک ضربه همفشردگي هوا و سوخت و يک ضربه اشتغال در آن وجود دارد. در چنين موتورهايي پيستون در واقع سه عمل مختلف را انجام مي دهد: 1- در يک طرف پيستون، محفظه احتراق وجود دارد. پيستون ترکيب هوا / سوخت را فشرده ساخته و توسط اشتعال سوخت، انرژي آزاد شده را دريافت مي دارد. در طرف ديگر پيستون، ميل لنگ ديده مي شود، جائي که پيستون خلائي را ايجاد مي کند تا از کاربراتور با استفاده از دريچه دهانگيز، هوا / سوخت را مکيده سپس ميل لنگ را فشرده مي سازد. موتور دو زمانه سبک و ساده تر بوده طوريکه نيروي زيادي را ايجاد مي نمايد. اجزاء آن زود فرسوده مي گردد و روغن آن گران و حدود چهار اونس از آن در هر گالن مورد نياز است. موتورهاي دوزمانه کاملاً سوخت را استفاده نکرده طوريکه آلودگي زيادي را ايجاد مي نمايند.
Discover the differences between the engine in your car and the engine in your chain saw!
If you have read the HSW article on car engines and the diesel engine page, then you are familiar with the two types of engines found in nearly every car and truck on the road today. Both gasoline and diesel automotive engines are classified as four-stroke reciprocating internal combustion engines.
There is a third class of engines, known as two-stroke engines, that are commonly found in low.
Smaller motorcycle engines used on dirt bikes
Mopeds
Jet skis
Small outboard motors
Radio-controlled model planes
You find two-stroke engines used in these applications because two-stroke engines have two important advantages over four-stroke engines:
Two-stroke engines do not have valves, which simplifies their construction.
Two-stroke engines fire once every revolution while four-stroke engines fire one every other revolution, giving two-stroke engines a significant power boost.
These two advantages make two-stroke engines lighter, simpler and less expensive to manufacture. They also have the potential to pack about twice the power into the same space because there are twice as many power strokes per revolution. The combination gives two-stroke engines a great power-to-weight ratio.
You don't see two-stroke engines in cars, however. That's because two-stroke engines have a couple of significant disadvantages that will make more sense once we look at the operation of a two stroke engine.
The Two-Stroke Cycle
The following animation shows a two-stroke engine in action. You can compare this animation to the animations on the car engine and the diesel engine pages to see the differences. The big difference to notice when comparing figures is the fact that the spark-plug fires once every revolution in a two-stroke engine.
This figure shows a typical cross flow design. In this figure you can see that two-stroke engines are ingenious little devices that overlap operations in order to reduce the part count to a minimum.
You can understand a two-stroke engine by watching each part of the cycle. Start with the point where the spark plug fires. Fuel and air in the cylinder have been compressed and when the spark plug fires the mixture ignites. The resulting explosion drives the piston to the right. Note that as the piston moves to the right, it is compressing the air/fuel mixture in the crankcase. As the piston approaches the bottom of its stroke, the exhaust port is uncovered. The pressure in the cylinder drives most of the exhaust gases out of cylinder, as shown here:
As the piston finally bottoms out, the intake port is uncovered. The piston's movement has pressurized the mixture in the crankcase, so it rushes into the cylinder, displacing the remaining exhaust gases and filling the cylinder with a fresh charge of fuel, as shown here:
Note that in many two-stroke engines that use a cross-flow design, the piston is shaped so that the incoming fuel mixture doesn't simply flow right over the top of the piston and out the exhaust port.
Now the momentum in the crankshaft starts driving the piston back toward the spark plug for the compression stroke. As the air/fuel mixture in the piston is compressed, notice that a vacuum is created in the crankcase. This vacuum opens the reed valve and sucks air/fuel/oil in from the carburetor.
Once the piston makes it to the end of the compression stroke, the spark plug fires again to repeat the cycle. It's called a two-stoke engine because there is a compression stroke and then a combustion stroke. In a four-stroke engine there are separate intake, compression, combustion and exhaust strokes.
You can see that the piston is really doing three different things in a two-stroke engine:
On one side of the p
iston is the combustion chamber. The piston is compressing the air/fuel mixture and capturing the energy released by ignition of the fuel.
On the other side of the piston is the crankcase, where the piston is creating a vacuum to suck in air/fuel from the carburetor through the reed valve and then pressurizing the crankcase so that air/fuel is forced into the combustion chamber.
Meantime, the sides of the piston are acting like the valves, covering and uncovering the intake and exhaust ports drilled into the side of the cylinder wall.
It's really pretty neat to see the piston doing so many different things! That's what makes two-stroke engines so simple and lightweight.
If you have ever used a two-stroke engine, you know that you have to mix special two-stroke oil in with the gasoline. Now that you understand the two-stroke cycle you can see why. In a four-stroke engine, the crankcase is completely separate from the combustion chamber. In a four-stroke engine, therefore, you can fill the crankcase with heavy oil to lubricate the crankshaft bearings, the bearings on either end of the piston's connecting rod and the cylinder wall. In a two-stroke engine, on the other hand, the crankcase is serving as a pressurization chamber to force air/fuel into the cylinder. Therefore the crankcase cannot hold a thick oil. Instead, the oil you mix in with the gas is how the crankshaft, connecting rod and cylinder walls are lubricated. If you forget to mix in the oil, the engine isn't going to last very long!
Disadvantages of the Two-Stroke Engine
You can now see that two-stroke engines have two important advantages over four-stroke engines: they are simpler and lighter, and they produce about twice as much power. So why do all cars and trucks use four-stroke engines? There are four reasons:
Two stroke engines don't last nearly as long as four-stroke engines. The lack of a
dedicated lubrication system means that two-stroke engine parts wear a lot faster.
Two-stroke oil is expensive and you need about 4 ounces of it per gallon of gas. You would burn about a gallon of oil every thousand miles if you used a two-stroke engine in a car.
Two stroke engines do not use fuel efficiently, so you would get lower MPG numbers.
Two-s
troke engines produce a lot of pollution. So much, in fact, that it is likely that you won't see them around too much longer. The pollution comes from two sources. The first is the combustion of the oil. The oil makes all two-stroke engines smoky to some extent, and a badly worn two-stroke engine can emit huge clouds of oily smoke. The second reason is less obvious but can be seen in the following figure:
Each time a new charge of air/fuel is loaded into the combustion chamber, part of it leaks out through the exhaust port. That's why you see a sheen of oil around any two-stroke boat motor. The leaking hydrocarbons from the fresh fuel combined with the leaking oil is a real mess for the environment.
These disadvantages mean that two-stroke engines are used only in applications where the motor is not used very often and the fantastic power-to-weight ratio of the two-stroke engine is important.
Meantime, manufacturers have been working to miniaturize and lighten four-stroke engines, and you can see that research coming to market in a variety of new marine and lawn-care products.
مزایای موتورهای دیزل
موتورهاي ديزل از يك مزيت ذاتي نسبت به موتورهای 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 سالها 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 موتورها سبك و سواري كه در اروپا توليد مي شوند نيز بكار گرفته اند .
كارآيي بهتر از نظر مصرف سوخت :
ديزل هاي مورد استفاده در موتورها ي سبك نسبت به موتورهاي بنزيني مشابه و با توجه به نوع رانندگي و نوع موتور 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 گا
لن گازوئيل مصرف كرده اند كه اين رقم براي سفر هاي بيرون از شهر 32تا 34 مايل به ازاي هر يك گالن گازوئيل بوده است .
توان بيشتر :
موتورهاي ديزلي در مقايسه با موتورهاي بنزيني ، نيروي رانشي ( گشتا ور ) بيشتري را در
دور پائين تري از موتور ايجاد مي كنند . اين مزيت گشتارو بالاتر باعث مي شود كه
فرآيند احتراق كه بنام احتراق تراكمي ناميده مي شود در اين موتورها بهتر صورت بگيرد .
دوام بيشتر :
موتورهاي ديزل نسبت به موتورهاي جرقه اي و بنزيني از دوام بيشتري برخوردار هستند . موتورهاي ديزل مورد استفاده در موتورها سبك هر گاه بخوبي تحت تعمير و نگهداري قرار بگيرند معمولا بيش از 500 هزار مايل مي توانند كار كنند . فواصل تعمير و نگهداري آنها نيز طولاني تر است . مثلا سازندگان موتور ديزلي مدل : فورد 4/2 ليتري توربو توصيه مي كنند كه هر 9000 مايل يك باربازديد و سرويس معمول موتور انجام گيرد در صورتيكه اين رقم براي موتورهاي بنزيني هر 3000 مايل يكبار بايد انجام گيرد .
حتي در اين عصر جهاني سازي كه ما در آن رندگي ميكنيم بازارهاي موتورهاي سبك ديزلي در اروپا و ايالات متحده از يكديگر جدا مانده است . در حاليكه رانندگان تاكسي در اروپا به اهميت استفاده از موتورهاي سبك ديزلي پي برده اند و با تكنولوژي جديد ديزل وضعيت عملكرد موتورهاي خود را بهبود بخشيده اند و از ان بعنوان يك جايگزني قدرتمند براي موتورهاي بنزيتني قديمي استفاده مي كنند در آمريكا اين گستردگي هنوز بوجود نيامده است و همچنان شاهد بالا بودن مصرف سوخت و واردات مواد نفتي و افزايش آلاينده هاي محيط زيستي هستيم .
كاهش انتشار آلاينده ها :
فنآوري جديد موتورهاي ديزل باعث شده است كه به ميزان بسيار وسيعي از انتشار آلاينده هاي : اكسيد نيتروژن NOx و PM كاسته شود . درحال حاضر با راه پيدا كردن بازارهاي آمريكاي شمالي به اروپا رانندگان تاكسي در لندن از موتورهاي فورد ديزلي 4/2 ليتري كه بصورت تزريق مستقيم سوخت و با استفاده از توربوشارژر، اينتركولر كار مي كند. استفاده مي كنند تعداد زيادي از تاكسي ها و ماشينهاي حمل زباله از مزاياي زيست محيطي و صرفه اقتصادي كه اينگونه ديزل هاي دارند بهره مي گيرند .
معرفی موتورهای گاز سوز
1- انواع موتورهای احتراق داخلی سیلندر پیستونی
موتورهاي پيستوني، همان موتورهاي احتراق داخلي مي باشند كه از اصول مربوط به موتورهاي ديزلي و بنزيني پيروي مي كنند. اگر چه موتورهاي پيستوني اختلاف خيلي كم با توربين هاي گازي دارند ولي اين اختلاف بسيار مهم است . موتورهاي رفت و برگشتي راندمان الكتريكي بالاتري دارند اما استفاده از انرژي حرارتي توليد شده توسط آنها دشواتر است . همچنين داراي دماي پايين تري مي باشد زيرا اين دما در سيستم خنك كاري موتور و گازها ي خروجي پراكنده مي شود.
بر اساس روش اشتعال موتورهاي احتراق داخلي آنها را به دو دسته طبقه بندي نموده اند :
• موتورهاي احتراق تراكمي (CI)
• موتورهاي احتراق جرقه اي (SI)
در يك موتور اتو ، مخلوطي از هوا و سوخت در هر سيلندر فشرده و توسط جرقه مشتعل ميشود ولي در يك موتور ديزل فقط هوا فشرده شده و سوختي كه در انتهاي مرحله تراكم در سيلندر پاشيده ميشود، توسط دماي بالاي هواي مشتعل مي گردد كه به احتراق تراكمي معروف است.
موتورهاي اتو قابیلت سازگاری با انواع سوختها نظیر بنزين، گاز طبيعي، پروپان، گازهاي فاضلاب (sewage gas) و land fill را دارا بوده که اين موتورها اغلب به gas engines معروف مي باشند، (حتي اگر سوختهاي بنزيني مصرف كنند). موتورهاي ديزل در درجات بالاتري از فشار و دما كار مي كنند و به همين دليل به سوختهای سنگين تري مانند:
Residual fuel oil, fuel oil ,Diesel oil (در موتورهاي بزرگ دو زمانه) نیاز دارند.
طبقه بندي ديگر موتورهای احتراق داخلی بر اساس اندازه و سايز موتور ميباشد :
کوچک : موتورهای گازی ( 15-1000 کیلوات)، موتورهای دیزل (75-1000 کیلووات)
متوسط : موتورهای گازی و دیزل (1-6 مگاوات)
بزرگ : موتورهای دیزل ( بزرگتر از 6 مگاوات)
انواع موتورهای گازی قابل دسترس به شرح زير می باشند:
الف) موتورهاي بنزيني خودرو كه به موتور گازي تبديل شده اند
معمولاً داراي خروجي كم (15-30 کیووات)، سبك و نسبت قدرت به وزن بالا دارند. اين تبديل تاثيرات بسيار کمی بر راندمان موتور خواهد گذاشت اما قدرت خروجي را حدود 18% كم مي كند. تولید انبوه (خط تولید) قیمت موتور را کاهش داده، اما عمر موتور معمولا به (10000-30000) ساعت میرسد.
ب) موتورهاي گازوئيلي خوردو تبديل شده به موتور گازي
قدرت این نوع موتورها تا حدود200 کیووات مي باشد. تغييرات و تبديلات انجام شده بر روي پيستون ها، سرسليندرها و مكانيزم سوپاپها ضروري مي باشد زیراکه اشتعال نه تنها تحت تاثير تراكم، بلكه تحت تاثير جرقه نيز خواهد بود، اين تبديلات قدرت موتور را كم نخواهد كرد زیرا امکان تنظیم مقدار هواي اضافي در این موتورها وجود خواهد داشت.
ج) موتورهاي ایستگاهی که طراحي آنها بر پایه موتور گازسوز بنا نهاده شده است
(original designed) اين موتورها وظيفه سنگيني در صنايع يا كاربردهاي دريايي دارند.
قدرت خروجي آنها تا حدود 3000 کیلووات مي رسد. قيمت اوليه آنها بر اساس نيرومندي اين نوع موتورها بالا مي باشد اما هزينه های نگهداري آنها پایین است. عمر این موتورها بالاي (15-20) سال بوده و قابليت كار پيوسته تحت بارهاي زياد High load را دارا هستند.
د) موتورهاي دو گانه سوز ايستگاهي
(Dual fuel engines) : در حقيقيت همان موتورهاي ديزل با توان خروجي بالا تا حدود 6000 کیلوات مي باشند. سوخت اصلی گاز طبيعي بوده كه نه بوسيله جرقه بلكه با پاشش گازوئیل در انتهاي مرحله تراكم، مشتعل مي شود. به عنوان نمونه، حدود90% انرژي سوختي از طريق گاز طبيعي و حدود10% بوسيله گازوئيل تامين ميشود. همچنين قابليت كاركرد با گازوئیل به تنهايي يا سوخت دوگانه مذكور را دارد، اما هزينه نگهداري آنها بالا ميباشد.
2- موتورهاي گازي
موتورهای گاز سوز با سوخت گاز طبیعی جهت احتراق مخلوط سوخت و هوا در داخل سیلندر، همانند موتورهای بنزینی از سیستم جرقه که از طریق شمع بوسیله ایجاد یک جرقه قوی در فاصله زمانی معین می باشد، عمل میکنند. انواع سوختهای گازی و مایعی فرار در محدوده لندفیل تا پروپان و تا بنزین می باشند که در یک سیستم صحیح سوخت رسانی و با نسبت تراکم مناسب، کار کنند.
موتورهای گاز طبیعی سوز که برای تولید الکتریسیته طراحی و ساخته میشوند به موتورهای ایستگاهی معروفند که 4 زمانه هستند و تا 5 مگاوات در دسترس می باشند.
بر اساس توان خروجی، احتراق موتورها بر 2 روش و تکنیک به شرح زیر استوار است:
• محفظه باز : در این سیستم نوک شمع درست در محل محفظه احتراق قرار دارد و مستقیما مخلوط فشرده سوخت و هوا را مشتعل میکند. این روش بیشتر برای موتورهایی استفاده میشود که احتراق در آنها در محدوده نقطه استوکیومتری تا مخلوط رقیق هوا / سوخت قرار دارد.
• محفظه پیش احتراق : در اصل یک فرایند احتراق مرحله ای پیش می آید که در آن شمع در بالای سرسیلندر نصب میشود. در این موتورها مخلوط غنی سوخت و هوا که رابطه مستقیم با سرعت انتقال شعله به محفظه احتراق اصلی را دارد، وارد سرسیلندر میگردد. این تکنیک جهت شعله ور کردن مطلوب مخلوط هوا با سوختهای سبک و رقیق در موتورهای که قطر سیلندر بزرگی دارند بکار گرفته میشوند.
ساده ترین موتورهای گازی بر اساس تنفس طبیعی هوا و سوخت از طریق کاربراتور و یا میکسر به داخل سرسیلندر کار میکنند. موتورهای پیشرفته از نظر عملکرد مجهز به توربوشارژ برای ور
ود مقدار هوای بیشتر به سرسیلندر می باشند. همانند بنزینی ها نسبت تراکم موتورهای گاز طبیعی سوز نسبت به دیزل ها کم و در حدود 9:1 تا 12:1 می باشد که این محدوده خود تابع شرایطی چون ابعاد و تجهیزات جانبی چون توربوشارژ است. این نسبت تراکم خود دلیلی بر راندمان پایینتر گازسوز نسبت به دیزل است.
