موتور دیزلی

کارکرد موتور دیزلی

موتور تک دیزلی انرژی خود را با سوزاندن سوخت تزریق شده یا پاشیده شده به هوای فشرده و داغ درون سیلندر به دست می آورد. هوا باید تا دمایی بیشتر از دمایی که سوخت تزریقی می تواند مشتعل شود گرم شود.

سوخت پاشیده شده به هوای دارای دمای بالاتر از دمای خود اشتعالی سوخت، خود به خود با اکسیژن موجود در هوا واکنش داده و می سوزد.

دمای هوا معمولاً بیش از 526 درجه سانتیگراد (979 درجه فارنهایت) است. با این حال، هنگام راه‌اندازی موتور، گاهی اوقات از گرمایش مکمل سیلندرها استفاده می‌شود، زیرا دمای هوای درون سیلندرها توسط نسبت تراکم موتور و دمای کار معمول آن تعیین می‌شود.

موتورهای دیزلی گاهی اوقات موتورهای اشتعال تراکمی نامیده می شوند زیرا شروع احتراق به هوای گرم شده متراکم شده متکی بوده تا جرقه الکتریکی.

در موتور تک دیزل، سوخت با نزدیک شدن پیستون به نقطه مرگ بالای سیکل زمانی خود تزریق می شود. سوخت تحت فشار بالا یا به محفظه پیش احتراق یا مستقیماً به محفظه احتراق پیستون-سیلندر وارد می شود.

به استثنای سیستم های کوچک و پرسرعت، موتورهای دیزلی از تزریق مستقیم استفاده می کنند.

سیستم های تزریق سوخت موتور دیزل معمولاً برای فشار تزریق در محدوده 7 تا 70 مگا پاسکال (1000 تا 10000 پوند بر اینچ مربع) طراحی شده اند. با این حال، سیستم هایی با فشار بالاتر نیز وجود دارد.

نحوه تزریق سوخت در موتور دیزل

کنترل دقیق تزریق سوخت برای عملکرد یک موتور دیزل بسیار مهم است. از آنجایی که کل فرآیند احتراق با تزریق سوخت کنترل می شود، تزریق باید در موقعیت صحیح پیستون (یعنی زاویه میل لنگ) شروع شود.

ابتدا سوخت در یک فرآیند با حجم تقریباً ثابت می سوزد در حالی که پیستون در نزدیکی نقطه مرگ بالایی قرار دارد. همانطور که پیستون از این موقعیت دور می شود، تزریق سوخت ادامه می یابد و فرآیند احتراق به عنوان یک فرآیند با فشار تقریباً ثابت ظاهر می شود.

فرآیند احتراق در موتور دیزل ناهمگن است، یعنی سوخت و هوا قبل از شروع احتراق از قبل باهم مخلوط نمی‌شوند.

در نتیجه، تبخیر سریع و اختلاط سوخت در هوا برای سوزاندن کامل سوخت تزریق شده بسیار مهم است. این امر تاکید زیادی بر طراحی نازل تزریق دارد، به خصوص در موتورهای تزریق مستقیم.

خروجی کار موتور در طول چرخه قدرت به دست می آید. چرخه قدرت شامل فرآیند فشار ثابت در حین احتراق و انبساط محصولات گرم احتراق پس از توقف تزریق سوخت است.

موتورهای دیزلی اغلب دارای توربوشارژ و سرد کن انتهایی هستند. افزودن توربوشارژر و سردکن انتهایی می تواند عملکرد یک موتور تک دیزل را از نظر قدرت و کارایی افزایش دهد.

مزایا و ویژگی های موتور دیزلی

بارزترین ویژگی موتور دیزلی کارایی آن است. با فشرده سازی هوا به جای استفاده از مخلوط هوا و سوخت، موتور تک دیزل توسط به مشکلات پیش اشتعال که گریبان موتورهای جرقه ای با فشرده سازی بالا را می گیرد محدود نمی شود.

بنابراین، نسبت تراکم بالاتری را می توان با موتورهای دیزل نسبت به انواع اشتعال با جرقه به دست آورد. لازم به ذکر است که برای یک نسبت تراکم معین، بازده نظری موتور اشتعال با جرقه بیشتر از موتور احتراق تراکمی است.

با این حال، در عمل می توان موتورهای اشتعال تراکمی را با نسبت تراکم بالا به کار برد تا بازدهی بیشتر از آنچه که با سیستم های اشتعال با جرقه قابل دستیابی بوده تولید کند.

علاوه بر این، موتورهای دیزلی برای کنترل قدرت به تزریق مخلوط ورودی متکی نیستند. به این ترتیب، راندمان دور آرام موتور تک دیزل بسیار برتر از موتور بنزینی بوده و کاهش راندمان قدرت موتور کمتری دارد.

معایب موتور دیزلی

عیب اصلی موتورهای دیزلی انتشار آلاینده های هوا است. این موتورها معمولاً سطوح بالایی از ذرات معلق (دوده)، ترکیبات نیتروژن فعال و بو را در مقایسه با موتورهای اشتعال با جرقه آزاد می سازند.

در نتیجه در دسته موتورهای کوچک استقبال مصرف کننده کم است.

راه اندازی موتور تک دیزلی

یک موتور دیزل با استفاده از یک منبع قدرت خارجی تا زمانی که شرایطی فراهم شود که موتور بتواند با قدرت خود کار کند، راه اندازی می شود. ساده‌ترین روش شروع، ورود هوا از یک منبع فشار بالا (حدود 1.7 تا تقریبا 2.4 مگا پاسکال) به هر یک از سیلندرها به نوبه خود در زمان احتراق است.

هوای فشرده به اندازه کافی گرم می شود تا سوخت را مشتعل کند. سایر روش‌های راه‌اندازی شامل تجهیزات کمکی و پذیرش انفجار هوای فشرده به یک موتور فعال با هوا است که برای چرخاندن چرخ لنگر موتور بزرگ طراحی شده است.

انواع عمده موتورهای دیزلی

سه مدل اصلی پایین، متوسط و بالا موتورهای دیزلی بر اساس توان وجود دارد. موتورهای توان پایین دارای قدرت خروجی کمتر از 188 کیلووات یا 252 اسب بخار هستند. این متداول ترین نوع موتور دیزلی است که تولید می شود.

موتور دیزلی توان پایین

این موتورها در خودروها، کامیون‌های سبک و برخی کاربردهای کشاورزی و ساختمانی و به عنوان ژنراتورهای برق ثابت کوچک بوده و به‌ عنوان درایوهای مکانیکی استفاده می‌شوند.

آن ها معمولاً موتورهای تزریق مستقیم، خطی، چهار یا شش سیلندر هستند.

موتور دیزلی توان متوسط

موتورهای توان متوسط قدرتی بین 188 تا 750 کیلووات یا 252 تا 1006 اسب بخار دارند. اکثر این موتورها در کامیون‌های سنگین استفاده می شوند. آنها معمولاً موتورهای تزریق مستقیم، خطی، شش سیلندر توربوشارژ و دارای خنک کن انتهایی هستند.

برخی از موتورهای V-8 و V-12 نیز به این گروه تعلق دارند.

موتور دیزلی توان بالا

موتورهای دیزلی توان بالا دارای توانی بیش از 750 کیلووات هستند. این موتورهای منحصربه‌فرد برای کاربردهای دریایی، لوکوموتیو و درایومکانیکی و برای تولید برق مورد استفاده قرار می‌گیرند. 

در بیشتر موارد، سیستم‌ این مدل از نوع تزریق مستقیم بوده و دارای توربوشارژ و ‌خنک کن انتهایی هستند. هنگامی که قابلیت اطمینان و پایداری بسیار مهم است، ممکن است با سرعت 500 دور در دقیقه کار کنند.

موتورهای دو زمانه و چهار زمانه

همانطور که قبلا ذکر شد، موتورهای دیزلی برای کار در چرخه دو زمانه یا چهار زمانه طراحی شده اند. در موتورهای معمولی چهار زمانه، سوپاپ های ورودی و خروجی و نازل تزریق سوخت در سرسیلندر قرار دارند.

اغلب، آرایش سوپاپ هایی دوگانه - دو دریچه ورودی و دو دریچه اگزوز استفاده می شود.

استفاده از چرخه دو زمانه می‌تواند نیاز به یک یا هر دو سوپاپ را در طراحی موتور برطرف کند. گازروبی و هوای ورودی معمولاً از طریق دریچه های بوش سیلندر انجام می‌شود.

گاز اگزوز می تواند از طریق سوپاپ هایی که در سر سیلندر قرار دارند یا از طریق دریچه هایی در بوش سیلندر خارج شود.

سیکل موتور تک دیزلی چهار زمانه

سیکل موتور تک دیزلی دو زمانه