موتور دیزل چیست | انواع موتور دیزلی و طرز کار موتور دیزل

موتور دیزل نوعی از موتورهای درون‌سوز است که مانند موتورهای بنزینی عمل احتراق آن در داخل سیلندر انجام میشود. امروزه موتورهای دیزلی با سوخت گازوئیل کار میکنند. تفاوت اصلی موتورهای دیزل با دیگر موتورها، استفاده از احتراق در اثر تراکم آن است.  در این پیشرانه ها عمل احتراق صورت نمیگیرد بلکه در اثر تراکم بسیار بالا مخلوط سوخت و هوا بدون جرقه زدن متراکم می شوند. اساس کار تمام موتور های دیزل یکسان می باشد.

تاریخچه موتورهای دیزل

• آکروید استورات در سال 1890 میلادی امتیاز ساخت موتوری را بدست آورد که در آن هوای خالص در سیلندر موتور متراکم میشد و سپس به منظور جلوگیری از اشتعال، سوخت داخل هوای متراکم شده تزریق می شد، فشار این موتورها بسیار پایین بوده است. برای اشتعال سوخت از یک لامپ الکتریکی یا روش های دیگر در خارج سیلندر استفاده می شد.
• دکتر رودلف دیزل آلمانی در سال 1892 امیتاز موتور طراحی شده ای  را ثبت کرد که در آن بلافاصله بعد از تزریق سوخت، اشتعال ماده سوختنی به داخل سیلندر انجام میگرفت. عامل اصلی این اشتعال حرارت زیادی بود که در اثر تراکم زیاد هوا به وجود می آمد. موتور طراحی شده ابتدا پودر زغال سنگ را میسوزاند اما به سرعت به نفت روی آورد و نتایج عالی بدست آورد.

• در ابتدا پس از اختراع موتورهای دیزلی از آن ها در زمینه های پمپاژ آب، راندن قایق های مسافربری و باری، تولید برق و تولید قدرت برای رفع بعضی از نیازهای کارخانجات استفاده میشد. این موتورها دارای یک یا چند سیلندر و از نوع دوزمانه یا چهار زمانه بودند.

•  تا قبل از پایان دهه 1930 موتورهای دیزل پیشرفت چشمگیری داشتند. رابرت بوش در این سالها تولید پمپ‌های انژکتور (سوخت‌ پاش) را آغاز کرد. توسعه پمپ‌های انژکتور با توسعه موتورهای کوچکی که برای استفاده در خودرو ها مناسب بودند مقارن شد.
• در سال 1925 موتورهای دیزل سبکتری با سرعت بالا به بازار عرضه شد. گرچه پیشرفت در این موتورها کم بود اما در سال 1930 موتورهای دیزل با سرعت بالا و دارای چند سیلندر به بازار عرضه شد. این پیشرفت تا پایان جنگ جهانی دوم کاهشی بود اما از آن تاریخ تاکنون شاهد پیشرفت چشم گیری در طراحی و تولید این موتور ها هستیم.

تصویر شماره 1 - کلمه دیزل برگرفته از نام یک مخترع و مهندس آلمانی به نام رودلف دیزل 

انواع موتورهای دیزلی

دو نوع از موتورهای دیزلی وجود دارد: دو زمانه و چهار زمانه. اکثر موتورهای دیزلی به طور کلی از چرخه چهار زمانه استفاده می کنند و برخی از موتورهای بزرگتر با چرخه دو زمانه عمل می کنند.

حالت های موتور چهار زمانه

1. تنفس (مکش): با حرکت پیستون از بالاترین مکان خود(نقطه مرگ بالا) به سمت پایین ترین مکان خود(نقطه مرگ پایین)، حجم داخل فضای بسته سیلندر افزایش یافته و خلا نسبی ایجاد میشود. بر اثر اختلاف فشار میان هوای جو و فضای داخل سیلندر، هوا وارد سیلندر می گردد. در این حالت میل لنگ 180 درجه گردش کرده به دلیل اینکه سوپاپ ورودی باز است و فشار داخل سیلندر در این مرحله حدود 0.8 الی 0.95 در دمای حدود 30 الی 50 درجه سانتی گراد می باشد.
2. زمان تراکم (کمپرس): حرکت پیستون از نقطه مرگ پایین به طرف بالا در حالی که سوپاپ هوا و سوپاپ تخلیه هردو بسته اند آغاز می شود. پس از آن میلنگ به طرف بالا حرکت کرده و هوای داخل سیلندر متراکم میشود. افزایش حرارت هوا بر اثر تراکم داخل سلیندر 600 درجه سانتی گراد و فشار حدود 40 اتمسفر میباشد.
3. احتراق: در این حالت سوخت (گازوئیل) توسط انژکتور (سوخت پاش) به صورت پودر به درون هوای فشرده و داغ سیلندر پاشیده میشود و ذرات سوخت بر اثر این درجه حرارت محترق میشود. در این مرحله هر دو سوپاپ بسته میشود. تنها مرحله کار مفید در موتور این مرحله است که میلنگ حدود 180 درجه گردش پیدا کرده است.
4.  تخلیه: در این مرحله با بالا امدن پیستون به سمت بالای سیلندر سوپاپ خروجی (تخلیه) باز میشود و به گازهای محترق شده اجازه ترک سیلندر را میدهد و میلنگ نیز 180 درجه گردش پیدا میکند. پس از تخلیه دودها، پیستون به سمت نقطه مرگ پایین تغییر جهت داده و دور جدیدی آغاز میشود.

تصویر شماره 2 - حالت های موتور چهار زمانه

 حالت های موتور دیزل دو زمانه

اصول کار این موتورها در دو زمان است. در واقع برای تبدیل انرژی سوخت دو مرتبه حرکت رفت و برگشت پیستون لازم است در هربار چرخش میلنگ این امر اتفاق می افتد.

زمان اول : پیستون به طرف بالا از نقطه مرگ پایین به نقطه مرگ بالا T.D.C  حرکت میکند و میلنگ در جهت عقربه ساعت در حال چرخش است و هوای ورودی را متراکم میکند. حرارت و فشار به دلیل انرژی که به هوا منتقل میشود افزایش می یابد. در این زمان سوپاپ تخلیه (خروجی) که در قسمت فوقانی سیلندر و در داخل سرسیلندر قرار دارد کماکان بسته مانده‌است.

زمان دوم: ذرات بسیار ریزی به صورت مه پاش به داخل محفظه احتراق سیلندر پاشیده می شود. این عمل  قبل از رسیدن به نقطه مرگ بالای سوخت انجام می گردد. به دلیل کوچکی ذرات، خیلی زود گرم شده و به سرعت شروع به سوختن میکند و با فشار زیاد پیستون را به سمت پایین می راند. پیستون با حرکت رو به پایین خود جلوی  تنفس هوای تازه را باز میکند و هوای تازه با سرعت وارد سیلندر می شود در همین حین سوپاپ خروجی (تخلیه) باز میشود و گازهای حاصل از احتراق خارج میشود و بعد با رسیدن پیستون به نقطه مرگ پایین B.D.C سیکل جدید آغاز میشود.

تصویر شماره 3 - حالت های موتور دیزل دو زمانه

موتور های دیزل جاده ای

بیشتر وسایل نقلیه سنگین مانند کامیون ها ،تریلر، کمرشکن، اف هاش، انواع ولوو، ترانزیت ها و ...  دارای موتور های دیزل هستند. موتورهای دیزل به دلیل داشتن قدرت زیاد برای چنین وسایل حمل و نقلی که در جابجایی بارهای سنگین و فوق سنگین نقش دارند، کاربرد بسیار موثری دارد. موتورهای دیزل مدرن مسیر طولانی را برای رسیدن به تکنولوژی امروزی خود پیموده اند.  سیستم‌های تزریق مستقیم سوخت و استفاده از توربوشارژر که در موتورهای دیزل به کار رفته است، سرعت پیشرفت این نوع موتورها را در مقابل موتورهای بنزینی به رخ کشیده است. ماشین آلات مورد استفاده کشاورزی، تراکتورها، پمپ‌های آبیاری، ماشین‌های خرمن­کوب و دیگر تجهیزات، اغلب دارای موتور دیزلی هستند. ساخت‌وساز، یک بخش دیگر است که به‌شدت بر توان سوخت دیزل متکی است. همه ماشین های بتن ریزی، ماشین آلات حفاری، غلتک‌ها، ترنچرها و با موتور دیزل کار می­کنند.

تصویر شماره 2 - یک تریلی ولوو دارای موتور دیزلی

طرز کار موتورهای دیزل

موتورهای دیزل براساس طرز کارکردشان به دو دسته موتورهای چهارزمانه و دوزمانه تقسیم میشودند. در این موتورها ها 4 عامل اصلی  مکش یا تنفس - تراکم یا فشار - کار یا انفجار و تخلیه یا دود انجام میشود.

کلیپ شماره 1 - عملکرد موتور دیزل

دیزل ژانراتور

در دیزل ژنراتورها تبدیل انرژی سوخت گازوئیل به انرژی الکتریکی صورت میگیرد. براساس نوع دیزل ژنراتور از توان 1 کیلووات ساعت تا 2000 کلیووات ساعت میتوان از دستگاه خروجی گرفت. با طراحی خاصی که موتورهای دیزل دارند با گرم شدن موتور ژنراتور دیزلی، بدنه موتور خنک نگه داشته میشود. معمولا سیستم خنک کننده موتورهای دیزلی با آب یا هوا کار میکند. از رادیاتور برای خنک کردن موتور در سیستم های خنک کننده آبی استفاده میشود. دو عمل اصلی که سیستم های پره دار رادیاتور انجام میدهد از یک طرف به لوله های مخصوصی متصل است که آب را در اطراف موتور ژنراتور دیزلی به گردش در می آورد و از طرفی دیگر در ارتباط با محیط اطراف آبی که گرم شده خنک میکند و مجدد به اطراف موتور ژنراتور دیزلی منتقل میکند.

در نوعی دیگر از موتور ژنراتور دیزلی، بدنه موتور به صورت پرده دار طراحی شده که مسقتیم در ارتباط با هوای خنک است و موتور را خنک نگه میدارد. ساخت موتورهای دیزلی قدیمی از نوع شوروی و اروپای شرقی بودند.

ایمنی موتورهای ژنراتور دیزلی نسبت به موتورهای بنزینی بسیار بیشتر است زیرا گازوئیل نسبت به بنزین کمتر فرار بوده و قدرت اشتعال آن هم به مراتب از بنزین کمتر است. از این رو موتور ژنراتور دیزلی با وجود هیکل و جثه‌ی بزرگ، به دلیل جان سخت بودن و کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری مقرون به صرفه بوده و اکثر اتوبوس های مسافربری، کامیون و تریلر های باربری به دلیل حمل بارهای جاده ای، حمل و نقل درون شهری، حمل و نقل ریلی، حمل و نقل بین المللی و ... که زمان زیادی از ماشین میگیرند از این نوع موتورها استفاده میکند.

گیف - نحوی کار موتورهای دیزل

تفاوت موترهای دیزلی و موتورها بنزینی

یک موتور دیزلی فقط هوا را میگیرد و آنرا متراکم میکند و سپس سوخت را به داخل هوای متراکم انتقال میدهد اما موتورهای بنزینی مخلوط هوا و گاز را مکش میکند و آن را متراکم میکند و سپس مخلوط را با جرقه مشتعل میکند.

موتورهای بنزینی هوا و سوخت را قبل از ورود به داخل سیلندر مخلوط میکند که معمولا از کاربراتور استفاده میکنند اما موتورهای دیزل سوخت را مستقیم به داخل سیلندر می پاشند و گاها از ترزیق سوخت مستقیم استفاده میکنند.

موتورهای دیزل شمع ندارند و آنها هوا را مکش میکنند سپس آنرا متراکم میکنند و سوخت را به داخل محفظه احتراق تزریق میکنند و گرمای حاصل از متراکم شدن هوا موجب سوخت در یک موتور دیزل میشود.