بخشی از مقاله
موتور ديزل
ريشه لغوي
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.
ديد کلي
موتورهاي ديزل ، به انوع گستردهاي از موتورها گفته ميشود که بدون نياز به يک جرقه الکتريکي ميتوانند ماده سوختني را شعلهور سازند. در اين موتورها براي شعلهور ساختن سوخت از حرارتهاي بالا استفاده ميشود. به اين شکل که ابتدا دماي اتاقک احتراق را بسيار بالا ميبرند و پس از اينکه دما به اندازه کافي بالا رفت ماده سوختني را با هوا مخلوط ميکنند.
همانگونه که ميدانيد براي سوزاندن يک ماده سوختي به دو عامل حرارت و اکسيژن نياز است. اکسيژن از طريق مجاري ورودي موتور وارد محفظه سيلندر ميشود و سپس بوسيله پيستون فشرده ميگردد. اين فشردگي آنچنان زياد است که باعث ايجاد حرارت بسيار بالا ميگردد. سپس عامل سوم يعني ماده سوختني به گرما و اکسيژن افزوده ميشود که در نتيجه آن سوخت شعلهور ميشود.
تاريخچه
در سال 1890 ميلادي آکرويد استوارت حق امتياز ساخت موتوري را دريافت کرد که در آن هواي خالص در سيلندر موتور متراکم ميگرديد و سپس (به منظور جلوگيري از اشتعال پيشرس) سوخت به داخل هواي متراکم شده تزريق ميشد، اين موتورهاي با فشار پايين بودند. و براي مشتعل ساختن سوخت تزريق شده از يک لامپ الکتريکي و يا روشهاي ديگر در خارج از سيلندر استفاده ميشد.
در سال 1892 دکتر رودلف ديزل آلماني حق امتياز موتور طراحي شدهاي را به ثبت رساند که در آن اشتعال ماده سوختني ، بلافاصله بعد از تزريق سوخت به داخل سيلندر انجام ميگرفت. اين اشتعال عامل حرارت زيادي بود که در اثر تراکم زياد هوا بوجود ميآمد. وي ابتدا دوست داشت که موتور وي پودر زغال سنگ را بسوزاند ولي به سرعت به نفت روي آورد و نتايج قابل توجهي گرفت.
طي سالهاي متمادي پس از اختراع موتور ديزل ، از اين نوع موتور عمدتا و منحصرا در کارهاي درجا و سنگين از قبيل توليد برق ، تلمبه کردن آب ، راندن قايقهاي مسافري و باري و همچنين براي توليد قدرت جهت رفع بعضي از نيازهاي کارخانجات استفاده ميشد. اين موتورها سنگين ، کم سرعت ، داراي يک يا چند سيلندر و از نوع دوزمانه يا چهارزمانه بودند.
پيشرفت بيشتر موتورهاي ديزل ، تا توسعه سيستمهاي پيشرفته تزريق سوخت در دهه 1930 طول کشيد. در اين سالها رابرت بوش توليد انبوه پمپهاي سوختپاش خود را آغاز کرد. توسعه پمپهاي سوختپاش (پمپهاي انرژکتور) با توسعه موتورهاي کوچکي که براي استفاده در خودروها مناسب بودند متعادل شد.
موتورهاي ديزل سبکتري که سرعتشان نيز بالا بود در سال 1925 به بازار عرضه شدند. با آنکه پيشرفت در ساخت اين موتورها کند بود. اما در سال 1930 موتورهاي ديزل قابل اطمينان که به خوبي طراحي شدهبودند و چند سيلندر و سريع نيز بودند به بازار عرضه شد. اين پيشرفت تا پايان جنگ جهاني دوم براي مدتي کند بود. ليکن از آن تاريخ تا کنون طراحي و توليد اين موتورها به طريقي پيشرفت نموده است که امروزه استفاده گسترده و فراگير از موتورهاي ديزل را شاهد هستيم.
تقسيمات
موتورهاي ديزل نيز مانند ساير موتورهاي احتراق 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 نه تنها در سيستم تغذيه و تنظيم سوخت با موتورهاي اشتعال جرقهاي 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.
• _پمپ انژکتور :__ وظيفه تنظيم ميزان سوخت و تامين فشار لازم جهت پاشش سوخت را به عهده دارد.
• انژکتورها : باعث پودر شدن سوخت و گازبندي اتاقک احتراق ميشوند.
• فيلترهاي سوخت : باعث جداسازي مواد اضافي و خارجي از سوخت ميشوند.
• لولههاي انتقال سوخت : ميبايست غيرقابل اشباع بوده و در برابر فشار پايداري نمايند.
• توربوشارژر : باعث افزايش هواي ورودي به سيلندر ميشوند.
طرزکار
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 و تخليه اما بر حسب نوع موتورها ممکن است اين مراحل مجزا و يا بصورت توام انجام گيرند.
سيکل موتورهاي ديزل چهارزمانه
• زمان تنفس :
پيستون از بالاترين مکان خود (نقطه مرگ بالا) به طرف پايينترين مکان خود در سيلندر (نقطه مرگ پايين) حرکت ميکند در اين زمان سوپاپ تخليه بسته است و سوپاپ هوا باز است. با پايين آمدن پيستون يک خلا نسبي در سيلندر ايجاد ميشود و هواي خالص از طريق مجراي سوپاپ هوا وارد سيلندر ميگردد. در انتهاي اين زمان سوپاپ هوا بسته شده و هواي خالص در سيلندر حبس ميگردد.
• زمان تراکم :
پيستون از نقطه مرگ پايين به طرف بالا (تا نقطه مرگ بالا) حرکت ميکند و در حاليکه هر سوپاپ بستهاند (سوپاپ هوا و سوپاپ تخليه) هواي داخل سيلندر متراکم ميگردد و نسبت تراکم به 15 تا 20 برابر ميرسد. فشار داخل سيلندر تا حدود 40 اتمسفر بالا ميرود و بر اثر اين تراکم زياد حرارت هوا داخل سيلندر به شدت افزايش يافته و به حدود 600 درجه سانتيگراد ميرسد.
• زمان قدرت :
در انتهاي زمان تراکم در حاليکه هر دو سوپاپ همچنان بستهاند و پيستون به نقطه مرگ بالا ميرسد مقداري سوخت روغني (گازوئيل) به درون هوا فشرده و داغ موجود در محفظه احتراق پاشيده ميشود و ذرات سوخت در اثر اين درجه حرارت زياد محترق ميگردند. پس از خاتمه تزريق سوخت عمل سوختن تا حدود 3/2 از زمان قدرت ادامه پيدا ميکند.
فشار زياد گازهاي منبسط شده (به علت احتراق) پيستون را به طرف پايين و تا نقطه مرگ پايين ميراند. حرکت پيستون از طريق شاتون به ميللنگ منتقل ميشود و موجب گردش ميللنگ ميگردد. در اين مرحله حرارت گازهاي مشتعل شده به 2000 درجه سانتيگراد ميرسد و فشار داخل سيلندر تا حدود 80 اتمسفر افزايش مييابد.
• زمان تخليه :
با رسيدن پيستون به نقطه مرگ پايين در مرحله قدرت ، سوپاپ تخليه باز ميشود و به گازهاي سوخته تحت فشار اوليه اجازه ميدهد سيلندر را ترک کند. پس پيستون از نقطه مرگ پايين به طرف بالا حرکت ميکند و تمام گازهاي سوخته را بيرون از سيلندر ميراند. در پايان پيستون يکبار ديگر به طرف پايين حرکت ميکند و با شروع زمان تنفس سيکل جديدي آغاز ميگردد.
سيکل موتور دوزمانه ديزل
در اين نوع موتورهاي دوزمانه سوپاپ تنفس هواي تازه ، نظير آنچه در موتورهاي چهارزمانه 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.
• زمان اول :
پيستون از نقطه مرگ پايين به طرف بالا و تا نقطه مرگ بالا حرکت ميکند. در اين زمان پيستون پس از عبور از جلو مجاري تنفس هواي تازه را تاحد معيني متراکم ميسازد. در طول اين زمان سوپاپ تخليه که در قسمت فوقاني سيلندر و در داخل سه سيلندر قرار دارد کماکان بسته مانده است.
• زمان دوم :
در انتهاي زمان اول مقداري سوخت روغني (گازوئيل) به صورت پودرشده به درون هواي متراکم شده و داغ موجود در محفظه احتراق پاشيده ميشود و ذرات سوخت محترق ميگردد. فشار زياد گازهاي محترق شده پيستون را به طرف پايين ميراند. پيستون در مسير حرکت روبه پايين خود جلو مجاري تنفس هواي تازه را باز ميکند. در اين موقع هواي تازه به شدت وارد سيلندر ميگردد. در همين حال سوپاپ تخليه نيز باز ميگردد و گازهاي حاصل از احتراق بوسيله هواي تازه از سيلندر خارج ميگردند. پس از رسيدن پيستون به نقطه مرگ پايين سيکل جديدي آغاز ميشود.
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 پيشرفتهاي 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 مزيت هاي 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 به طرف خودروهاي لوكسي مانند :
BMW و AUDI و MERCEDES BENZ و SAAB و VOLVO نيز كشيده شد ه است و خودروهاي ديزلي با عملكرد بالاو دوام زياد دراين شركت ها در حال ساخته شدن مي باشند .
مزيت 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 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 خودروها سبك و سواري كه در اروپا توليد مي شوند نيز بكار گرفته اند .
كارآيي 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 .
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 خودروها 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 خودروهاي بنزيني هر 3000 مايل يكبار بايد انجام گيرد .
حتي در اين عصر جهاني سازي كه ما در آن رندگي ميكنيم بازارهاي خودروهاي سبك ديزلي در اروپا و ايالات متحده از يكديگر جدا مانده است . در حاليكه رانندگان تاكسي در اروپا به اهميت استفاده از خودروهاي سبك ديزلي پي برده اند و با تكنولوژي جديد ديزل وضعيت عملكرد خودروهاي خود را بهبود بخشيده اند و از ان بعنوان يك جايگزني قدرتمند براي خودروهاي 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 .
موتورهاي ديزل دو زمانه چگونه کار مي کند؟
مقاله ي موتورهاي ديزل چگونه کار مي کند توضيحي در مورد موتور هاي چهار زمانه است که عموما در خودروها و ماشين هاي باربري يافت مي شود.مقاله موتور هاي ديزل دو زمانه چگونه کار مي کند ،توضيحي در مورد موتور هاي کوچک دو زمانه است که در چيزهايي شبيه اره موتوري،موتور سيکلت هاي کوچک وجت اسکي ها يافت مي شود.ترکيب تکنولوژي موتور ديزل با موتور ديزل دو زمانه غالبا نتيجه ي مطلوبي را در موتورهاي ديزل بزرگ جثه که در لوکوموتيو،کشتي هاي بزرگ و مولدهاي برق يافت مي شود بوجود آورده است.
نحوه ي کار چرخه
اگر شما مقاله ي موتورهاي دوزمانه چگونه کار مي کنند را خوانده باشيد ، فرا مي گيريد که 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 دوبرابرازموتورچهارزمانه ي هم اندازه ي خود را داراست.
مقاله ي موتور دوزمانه ،چرخه ي موتورگازوئيلي را نيز توضيح مي دهد،که گاز و هوا مخلوط و با هم فشرده مي شوند،که واقعا به طور کامل با نحوه ي کار موتور دوزمانه در تطابق نيست.مسئله اين است که مقداري از سوخت سوزانده نشده که هر بار از سيلندر خارج مي شود دوباره براي مخلوط هوا-سوخت مورد استفاده قرار گيرد.(براي جزئيات موتورهاي دوزمانه چگونه کار مي کنند را ببينيد)
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.
شکل زير طرح بندي نوعي از يک موتور ديزل دو زمانه را نشان مي دهد:
در بالاي سيلندر،نوعأ دو يا چهار دريچه ي خروج وجود دارد که هم زمان با هم باز مي شوند.همچنين تزريق کننده ي سوخت ديزل نيز وجود دارد ( در بالا با رنگ زرد مشخص شده است). 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 سوپرشارژر تنظيم فشار مي شود (آبي روشن). محفظه کارتل آب بندي شده و حاوي روغن مي باشد همچون يک موتور چهار زمانه.
چرخه موتور دوزمانه ي ديزل بدين صورت است:
١- وقتي پيستون در حرکت به سمت بالا مي باشد،سيلندر شامل يک هواي بسيار فشرده مي باشد.سوخت ديزل توسط تزريق کننده به درون سيلندر اسپري مي شود و به دليل گرما و فشار درون سيلندر به سرعت مشتعل مي شود.اين همان رويه اي است که در موتور هاي ديزل چگونه کار مي کنند توضيح داده شده است.
۲- فشار توليد شده توسط احتراق سوخت، پيستون را به سمت پايين مي راند.اين مرحله ي قدرت مي باشد.
٣- زماني که پيستون به نزديکي پايين حرکتش مي رسد تمامي دريچه هاي خروج باز مي شوند، گازهاي سوخته شده (دود) از سيلندر خارج مي شوند وفشار کاهش مي يابد.
٤- زماني که پيستون به پايين ترين نقطه ي حرکتش مي رسد، ورودي ها ي مکش هوا را باز مي نمايد وهواي فشرده سيلندر را پر مي کند و گازهاي سوخته شده ي (دود) باقي مانده را خارج مي کند.
۵- دريچه هاي سوخت بسته مي شوند و پيستون به سمت بالا برگردد و ورودي هاي مکش هواي فشرده را مي بندد.اين مرحله ي تراکم مي باشد.
۶- زماني که پيستون به بالاي سيلندر نزديک مي شود ، چرخه دوباره از مرحله ي اول تکرار مي شود.
با اين توضيح ,شما مي توانيد تفاوت بزرگ بين يک موتور دو زمانه ديزل و يک موتور دو زمانه ي بنزيني را درک کنيد.در موتورديزل فقط هوا وارد سيلندر مي شود، به جاي اينکه مخلوط هوا و سوخت وارد شود.اين بدين معني است که موتور ديزل دو زمانه هيچ کدام از مشکلات محيطي که موتور دو زمانه ي بنزيني باعث آن مي شود را ايجاد نمي کند.در مقابل يک موتور دوزمانه ي ديزلي بايد يک توربو شارژر يا يک سوپرشارژر داشته باشد و اين بدين معني است که شما هرگز يک موتور ديزل دو زمانه را روي يک اره موتوري نخواهيد يافت.چون در اين صورت بسيار گران تمام مي شود.
موتورهاي General Motors EMD
موتورهاي General Motors EMD نوعي از موتورهاي دوزمانه ديزلي هستند.اين موتورها در دهه ي ١٩٣۰مطرح شدند و قدرت تعداد زيادي از لوکوموتيو ها در ايالات متحده را تامين مي کردند.سه سري موفقيت آميز در رشته يEMD وجود داشته : سري ۵۶۷ , سري ۶۵٤ و سري۷١۰. شماره ها مربوط به حجم بر حسب اينچ مکعب هر سيلندر مي باشد. براي يک نوع موتور که ١۶ سيلندر دارد (با يک جا به جايي کلي به بزرگي 10,000 اينچ مکعب يا ١۶٤ ليتر). يک موتور۵ ليتري (٣۰۵اينچ مکعب) به عنوان يک موتور خيلي بزرگ براي يک خودرو مطرح است ، و شما متوجه مي شويد که يک موتورEMD چقدر سنگين و حجيم است.
در اينجا تعدادي از مشخصات براي موتور EMD 645E3 آورده شده است:
قطر سيلندر : ۵/٩ اينچ ( ۲٤ سانتي متر)
حرکت پيستون : ١۰اينچ ( ۲۵ سانتي متر)
جابجايي هر سيلندر: ۶۵٤ اينچ مکعب ( حدود ١١ ليتر)
تعداد سيلندر : ١۶ يا ۲۰
ضريب تراکم : ١: ۵/١٤
دريچه هاي خروج درهر سيلندر: ٤
وزن موتور:
١۶ سيلندر :٣٤۵۲۶ پوند / ١۵۶۶١ کيلو گرم
۲۰سيلندر : ٤۰١٤٤ پوند / ١۸۲۰٩ کيلوگرم (وزن کارتل به تنهايي به بيش از يک تن مي رسد!)
دور موتور در حالت بدون بار: ٣١۵ دور در دقيقه
بيشينه دور موتور: ٩۰۰ دور در دقيقه
قدرت بر حسب اسب بخار براي نوعي از اين موتورها ٤٣۰۰ hp مي باشد.
موتور هاي ديزل چگونه کار مي کنند؟ (ترجمه از شهروز ستاري و احمد همتي)