موتور دیزل چگونه کار میکند
موتور دیزل، این غول‌های پرقدرت دنیای ماشین‌آلات و حمل‌ونقل، نیروی محرکه بسیاری از کامیون‌ها، قطارها، کشتی‌ها و حتی برخی خودروها و ژنراتورها هستند. اما این موتورهای قدرتمند چگونه کار می‌کنند؟ برخلاف موتورهای بنزینی که برای احتراق سوخت از جرقه استفاده می‌کنند، موتورهای دیزل از فشار بسیار زیاد برای بالا بردن دمای هوا و ایجاد احتراق خودبه‌خودی سوخت استفاده می‌کنند. این فرآیند منحصربه‌فرد، موتورهای دیزل را به گزینه‌ای کارآمد و قدرتمند برای کاربردهای سنگین تبدیل کرده است. در این مقاله از مجموعه صنعتی کاشانی به بررسی نحوه عملکرد این موتورهای شگفت‌انگیز خواهیم پرداخت.
نحوه عملکرد موتور دیزل چگونه است؟
نحوه عملکرد موتور دیزل شامل چند مرحله مهم است که در ادامه به طور کامل این مراحل را توضیح می دهیم:
مرحله مکش
در این مرحله، دریچه ورودی هوا باز شده و پیستون به سمت پایین حرکت میکند. این حرکت پیستون باعث ایجاد خلاء در داخل سیلندر شده و هوا را به داخل آن می‌کشد. درست مانند زمانی که شما هوا را به داخل سرنگ می‌کشید.
مرحله تراکم
پس از بسته شدن دریچه ورودی هوا، پیستون به سمت بالا حرکت میکند و هوای محبوس شده در داخل سیلندر را به شدت فشرده میکند. این فشردگی حجم هوا را به شدت کاهش داده و دمای آن را به طور قابل توجهی افزایش می‌دهد. نسبت تراکم در موتورهای دیزل بسیار بالاتر از موتورهای بنزینی است و همین امر باعث ایجاد دمای بسیار بالا می‌شود.
مرحله قدرت
در اوج مرحله تراکم، زمانی که دما و فشار هوا به حداکثر مقدار خود رسیده‌اند، سوخت دیزل به صورت ذرات بسیار ریز توسط انژکتور به داخل سیلندر تزریق می‌شود. این سوخت با هوای داغ تماس پیدا کرده و به طور خودبه‌خودی منفجر می‌شود. نیروی ناشی از این انفجار، پیستون را با قدرت به سمت پایین هل می‌دهد.
مرحله تخلیه
در آخرین مرحله، دریچه خروجی دود باز شده و پیستون به سمت بالا حرکت میکند. این حرکت پیستون، گازهای ناشی از احتراق را از داخل سیلندر به بیرون رانده و برای شروع چرخه بعدی آماده میکند.
اجزای اصلی موتور دیزل و وظایف آن‌ها
موتور دیزل از اجزای مختلفی تشکیل شده است که هر کدام وظیفه خاصی را بر عهده دارند. عملکرد صحیح و هماهنگ این اجزا، تضمین‌کننده کارکرد مطلوب موتور است.
بلوک سیلندر
بلوک سیلندر، بدنه اصلی موتور است که سیلندرها در داخل آن قرار گرفته‌اند. این قطعه معمولاً از جنس چدن یا آلیاژ آلومینیوم ساخته می‌شود و استحکام بالایی دارد تا بتواند فشارهای ناشی از احتراق را تحمل کند. بلوک سیلندر همچنین مجاری خنک‌کننده و روغن‌کاری را در خود جای داده است.
سرسیلندر
سرسیلندر در بالای بلوک سیلندر قرار می‌گیرد و محفظه احتراق را به طور کامل می‌بندد. این قطعه معمولاً از جنس چدن یا آلیاژ آلومینیوم ساخته شده و شامل دریچه‌های ورودی و خروجی هوا و سوخت، انژکتورها و در برخی موتورها شمع‌های پیش‌گرمکن (گرمکن اولیه) است.
پیستون
پیستون قطعه‌ای استوانه‌ای شکل است که در داخل سیلندر حرکت رفت و برگشتی دارد. این قطعه نیروی ناشی از احتراق را دریافت کرده و از طریق شاتون به میل‌لنگ منتقل میکند. پیستون‌ها معمولاً از جنس آلیاژ آلومینیوم ساخته می‌شوند و دارای رینگ‌هایی هستند که از نشت گاز و روغن جلوگیری می‌کنند.
شاتون
شاتون قطعه‌ای است که پیستون را به میل‌لنگ متصل میکند. این قطعه حرکت خطی پیستون را به حرکت دورانی میل‌لنگ تبدیل میکند. شاتون باید مقاومت بالایی در برابر نیروهای کششی و فشاری داشته باشد.
میل‌لنگ
میل‌لنگ یک محور چرخان است که حرکت رفت و برگشتی پیستون‌ها را به حرکت دورانی تبدیل میکند. این حرکت دورانی در نهایت به چرخ‌ها یا سایر ادوات منتقل می‌شود. میل‌لنگ دارای لنگ‌هایی است که شاتون‌ها به آن‌ها متصل می‌شوند.
سوپاپ‌ها (دریچه‌های ورودی و خروجی)
سوپاپ‌ها وظیفه باز و بسته کردن مسیر ورود هوا و خروج گازهای ناشی از احتراق از سیلندر را بر عهده دارند. دریچه ورودی در مرحله مکش باز شده و هوا را به داخل سیلندر راه می‌دهد، و دریچه خروجی در مرحله تخلیه باز شده و گازهای دود را خارج میکند. زمان‌بندی دقیق باز و بسته شدن سوپاپ‌ها توسط میل‌سوپاپ کنترل می‌شود.
میل‌سوپاپ
میل‌سوپاپ یک محور با برجستگی‌هایی (بادامک) است که با چرخش خود، باز و بسته شدن سوپاپ‌ها را کنترل میکند. زمان‌بندی چرخش میل‌سوپاپ با چرخش میل‌لنگ هماهنگ است.
انژکتور
انژکتور قطعه‌ای است که سوخت دیزل را به صورت ذرات بسیار ریز و با فشار بالا به داخل سیلندر تزریق میکند. دقت در زمان‌بندی و میزان پاشش سوخت توسط انژکتور نقش مهمی در عملکرد و راندمان موتور دارد.
سیستم سوخت‌رسانی
سیستم سوخت‌رسانی وظیفه انتقال سوخت از باک به انژکتورها با فشار مناسب و در زمان‌بندی دقیق را بر عهده دارد. این سیستم شامل اجزایی مانند پمپ سوخت، فیلتر سوخت، ریل سوخت (در موتورهای جدیدتر) و لوله‌های انتقال سوخت است.
سیستم هوا رسانی
سیستم هوا رسانی وظیفه تامین هوای تمیز و کافی برای احتراق را بر عهده دارد. این سیستم شامل فیلتر هوا، منیفولد ورودی هوا و در برخی موتورها توربوشارژر یا سوپرشارژر است که هوای ورودی را فشرده‌تر می‌کنند.
سیستم خنک‌کاری
احتراق سوخت در داخل سیلندر حرارت بسیار زیادی تولید میکند. سیستم خنک‌کاری وظیفه دفع این حرارت و جلوگیری از آسیب دیدن قطعات موتور را بر عهده دارد. این سیستم معمولاً از آب یا مایع خنک‌کننده و اجزایی مانند رادیاتور، واتر پمپ و ترموستات تشکیل شده است.
سیستم روغن‌کاری
حرکت قطعات متحرک موتور با یکدیگر اصطکاک ایجاد میکند. سیستم روغن‌کاری وظیفه کاهش این اصطکاک، خنک کردن قطعات و جلوگیری از خوردگی آن‌ها را بر عهده دارد. این سیستم شامل اجزایی مانند پمپ روغن، فیلتر روغن و کارتل روغن است.
سیستم اگزوز
سیستم اگزوز وظیفه هدایت و تخلیه گازهای ناشی از احتراق از موتور به بیرون را بر عهده دارد. این سیستم معمولاً شامل منیفولد خروجی دود، لوله اگزوز و صدا خفه‌کن (منبع اگزوز) است. در موتورهای جدیدتر، سیستم اگزوز شامل مبدل کاتالیزوری و فیلتر ذرات معلق (DPF) نیز می‌شود تا آلایندگی گازهای خروجی را کاهش دهد.
سیستم پیش‌گرمکن (گرمکن اولیه)
در هوای سرد، دمای هوای فشرده شده در سیلندر ممکن است برای احتراق خودبه‌خودی سوخت دیزل کافی نباشد. سیستم پیش‌گرمکن از شمع‌های گرمکن یا المنت‌های حرارتی برای گرم کردن هوای داخل سیلندر قبل از استارت زدن موتور استفاده میکند. این سیستم به استارت خوردن راحت‌تر موتور در هوای سرد کمک میکند.
مزایا موتور دیزل نسبت به دیگر موتورها
موتورهای دیزل دارای ویژگی‌های منحصربه‌فردی هستند که آن‌ها را برای برخی کاربردها بسیار مناسب و برای برخی دیگر کمتر مطلوب می‌سازد. در مقایسه با موتورهای بنزینی، موتورهای دیزل مزایا خاص خود را دارند.
- موتورهای دیزل به دلیل نسبت تراکم بالاتر و احتراق کامل‌تر سوخت، راندمان حرارتی بالاتری نسبت به موتورهای بنزینی دارند. این به معنای مصرف سوخت کمتر به ازای تولید نیروی یکسان است.
- موتورهای دیزل در دورهای پایین موتور گشتاور بسیار بیشتری تولید می‌کنند. این ویژگی آن‌ها را برای کاربردهای سنگین مانند حمل بار، کشیدن تریلر و حرکت در سربالایی‌ها بسیار مناسب می‌سازد.
- به دلیل ساختار قوی‌تر و فشار کاری پایین‌تر نسبت به موتورهای بنزینی (در برخی موارد)، موتورهای دیزل معمولاً دوام و طول عمر بیشتری دارند.
- عدم وجود سیستم جرقه‌زنی پیچیده در موتورهای دیزل، احتمال خرابی‌های مربوط به این سیستم را از بین می‌برد و در نتیجه قابلیت اطمینان آن‌ها بالاتر است.
- سوخت دیزل نسبت به بنزین فراریت کمتری دارد و در دمای بالاتری مشتعل می‌شود، بنابراین خطر آتش‌سوزی در صورت نشتی کمتر است.
آیا موتور دیزل به شمع نیاز دارد؟
موتور دیزل برای احتراق سوخت به شمع نیازی ندارد. همانطور که گفته شد، در موتور دیزل، احتراق سوخت به دلیل فشار بسیار زیاد هوا و افزایش دمای آن صورت می‌گیرد. شمع‌ها در موتورهای بنزینی برای ایجاد جرقه و مشتعل کردن مخلوط هوا و بنزین استفاده می‌شوند.
چرا موتورهای دیزل گشتاور بیشتری نسبت به موتورهای بنزینی تولید می‌کنند؟
موتورهای دیزل به دلیل نسبت تراکم بالاتر، زمان بیشتری برای احتراق سوخت دارند. این احتراق تدریجی‌تر باعث می‌شود که نیروی بیشتری در مدت زمان طولانی‌تری به پیستون وارد شود و در نتیجه گشتاور بیشتری در دورهای پایین موتور تولید شود. همچنین، طول کورس پیستون در موتورهای دیزل معمولاً بیشتر از موتورهای بنزینی است که این امر نیز به افزایش گشتاور کمک میکند.
موتورهای دیزل برای خودروهای سواری مناسب هستند؟
بله، موتورهای دیزل برای خودروهای سواری نیز مناسب هستند و در بسیاری از کشورهای اروپایی طرفداران زیادی دارند. خودروهای دیزلی معمولاً مصرف سوخت کمتری دارند و برای مسافت‌های طولانی و رانندگی در جاده‌های برون‌شهری بسیار مناسب هستند. با این حال، به دلیل صدای بیشتر و شتاب‌گیری کندتر در مقایسه با خودروهای بنزینی، ممکن است برای برخی از رانندگان در رانندگی‌های شهری جذابیت کمتری داشته باشند. همچنین، قوانین مربوط به آلایندگی در برخی مناطق ممکن است محدودیت‌هایی برای استفاده از خودروهای دیزلی ایجاد کند. آموزش نصب و راه اندازی دیزل ژنراتور و دیزل ژنراتور از دیگر مقالات سایت ماست.
سخن پایانی
موتور دیزل، با تکیه بر اصول ترمودینامیک و مهندسی دقیق، نیروی محرکه قدرتمندی را برای طیف وسیعی از کاربردها فراهم میکند. شناخت نحوه عملکرد این موتورها، از مراحل ساده مکش و تراکم گرفته تا نقش فوق العاده مهم اجزای مختلف آن، دانش فنی ما را ارتقا می‌بخشد. با وجود چالش‌های زیست‌محیطی، نوآوری‌های مستمر در طراحی و سیستم‌های کنترل آلایندگی، موتورهای دیزل را همچنان به عنوان یک گزینه مهم و کارآمد در دنیای حمل‌ونقل و صنعت حفظ کرده است.