موتور دیزل و نحوه عملكرد آنها

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 خودروها 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.

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.

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.

و نحوه عملکرد موتورهاي ديزل

بسيار از ما با ديدن کاميون هاي قدرتمند ده ها تني و بارهاي سنگين آنها به اين فکر فرو مي رويم که عامل به وجود آمدن اين قدرت و گشتاور عظيم چه موتوري است ، در کشور ما بر خلاف موتورهاي بنزيني که پيشرفت هاي نسبتا خوبي داشته اند موتورهاي ديزلي هيچ پيشرفتي نداشته و خودروهاي سنگين فعلي مثل BENZ 911 ، MACK ، DAF يا انواع جديدتر کاميون هاي قدرتمند FH12 ، HOWO ، ACROS و .... همگي از تکنولژي صد در صد واردتي استفاده مي کنند .
موتورهاي ديزلي در ظاهر شبيه به موتورهاي بنزيني بوده و تفاوت آنها فقط در مقاوم تر بودن اجزا و متعلقات و اندازه بزرگتر قطعات آنها مي باشد ، مثلا پيستون هاي قدرتمند – ميل لنگ هاي سخت کاري شده و آهنگري پرسي شده – شاتون هاي فورجينگي قوي و .... مي باشد .
اما تفاوت اصلي اين موتورها با موتورهاي بنزيني در نحوه سوخت رساني و نحوه اشتعال سوخت است ، در موتورهاي بنزيني سوخت در کاربراتور با هوا مخلوط شده و يا توسط انژکتور به هوا اضافه مي شد ولي در موتورهاي ديزلي هواي خالص وارد سيلندر شده و به حدي متراکم مي گردد که با پاشش سوخت درون محفظه آتشين سيلندر احتراق خود به خود آغاز مي شود
همچنين در موتورهاي بنزيني نياز به تشکيلات جرقه زني از قبيل کوئل – دلکو – واير هاي فشار قوي – شمع – مگنت – يا سيستم هاي جديدتر سنسور هاي الکترونيکي جهت تعيين زمان جرقه مي باشد ولي در ديزل احتراق خود به خود بوده و نياز به موارد فوق نمي باشد ، ( در موتورهاي جديد ديزل براي بهبود کيفيت احتراق در کنار انژکتور درون سيلندر يک شمع هم جهت ايجاد به موقع جرقه تعبيه شده است ) .

ايجاد فشار در موتور ديزل

همانطور که گفته شد در موتور ديزل سوخت با فشار زياد درون محفظه سيلندر پاشيده مي شود ، ما به ابتداي مسير سوخت در باک ميرويم تا سرنوشت آن را از باک تا انژکتور ( درون سيلندر ) بررسي کنيم .

پمپ اوليه

سوخت از باک توسط پمپ اوليه ( سه گوش ) مکيده مي شود ، درون پمپ سه گوش يک پيستون کوچک متصل به دسته پيستون ، فنر ، غلطک که انرژي خود را از بادامک خارج ازمرکز مي گيرد ، سوپاپ ورودي و خروجي مي باشد .

وقتي بادامک از زير غلطک خارج مي شود پيستون تحت اثر نيروي فنر به سمت پايين رانده مي شود و به علت حرکت سريع آن و ازدياد حجم در فضاي بالاي آن سوخت وارد آن فضا مي شود ، در کورس دوم با بالا آمدن پيستون فشار افزليش يافته و سوپاپ خروجي باز مي شود و سوخت به فيلتر ها مي رود .

نحوه عملکرد پمپ اوليه موتور ديزل :

فيلترها

سوخت بر اساس نوع مصرف به طرق مختلفي تصفيه مي شود که انواع : موازي – سري موجود است . فيلتر ها معمولا داراي جنس هاي کاغذي – نمدي – کتاني هستند که در اين ميان نوع کاغذي بالا ترين قدرت تصفيه را داشته و در موتورهاي کاترپيلار – پرکينز – و ..... که نياز به دقت تصفيه بالا دارند مورد استعمال دارند .
* قسمت هاي ياد شده جز مدار فشار ضعيف موتور ديزل مي باشند .

منابع:

1-http://automechaniccrop.parsiblog.com
2-http://daneshnameh.roshd.ir
3-http://www.parsikhodro.com

/س