دیزل یعنی چه

آقای رودلف کریستین کارل دیزل در سال ۱۸۵۸ در پاریس به دنیا آ مد رودلف فرزند خانواده ای کم درآمد و پر جمعیت بود ولی سعی و تلاش و جدیت در کار او را به مرتبه ای رساند که یکی از معروفترین محصولات ساخت بشر را به اسم او نام گذاری کردند

آقای رودلف کریستین کارل دیزل در سال ۱۸۵۸ در پاریس به دنیا آ مد. رودلف فرزند خانواده ای کم درآمد و پر جمعیت بود ولی سعی و تلاش و جدیت در کار او را به مرتبه ای رساند که یکی از معروفترین محصولات ساخت بشر را به اسم او نام گذاری کردند. دیزل خواهان راندمان احتراقی بالاتر و مصرف سوخت پایین تر در موتورهای درون سوز بود. راه حل پیشنهادی دیزل بکار گیری یک موتور درون سوز با ضریب تراکم بالاتر و سوخت مصرفی سنگین تر بود. بر طبق قانون « بویل ـ ماریوت »، بین کاهش حجم و افزایش فشار گازها همواره نسبت ثابتی وجود دارد یعنی هر چه گازها فشرده تر کنیم، بر فشار آنها افزوده ایم. وقتی فشار و جنبش مولکولی یک گاز افزایش پیدا کند بر حرارت آن نیز افزوده خواهد شد و این دقیقاً پایه و اساس سیکل دیزل است. تفاوت عمده موتورهای بنزینی و دیزل در نحوه احتراق سوخت آنهاست بدین شکل که در موتورهای بنزینی مخلوط سوخت و هوا پس از فشرده شدن توسط جرقه شمع محترق می شود ولی در موتورهای دیزل هوا به تنهایی متراکم وگرم می شود و سپس بر اثر پاشش یا تزریق گازوئیل، عمل احتراق صورت می گیرد.

● چهار سیکل اساسی در موتورهای دیزل چهار زمانه عبارتند از :

▪ مشکش :

در این سیکل پیستون در نقطه مرگ بالا قرار گرفته و سوپاپ هوا باز است. بر اثر پایین رفتن پیستون در سیلندر اختلاف فشار ایجاد شده و هوا به درون سیلندر مکیده می شود.

▪ تراکم :

در این مرحله هر دو سوپاپ دود و هوا بسته شده اند و هوا درون سیلندر گیر افتاده. براثر بالا آمدن پیستون هوای درون سیلندر فشرده و گرم می شود.

▪ انفجار یا احتراق :

در این سیکل پیستون به نقطه مرگ بالا برگشته و هوای درون سیلندر کاملاً فشرده و گرم شده است. حالا گازوئیل به درون محفظه احتراق تزریق می شود و بر اثر برخورد با توده هوای گرم و فشرده محترق می شود. عمل احتراق با افزایش ناگهانی فشار همراه است بنابراین پیستون با فشار زیاد به پایین هل داده می شود. در این سیکل است که «کار مفید » انجام می شود.

▪ تخلیه :

کمی قبل از رسیدن به پیستون به نقطه مرگ پایین سوپاپ دود باز شده و دود حاصل از احتراق از سیلندر خارج می شود.

راهکارهایی برای بهبود عملکرد موتورهای دیزل به جرات می توان کفت که تا کنون هیچ نوع موتور درون سوزی به اندازه موتورهای دیزل مورد بازنگری و بهینه سازی قرار نگرفته.

● در این بین « شمع گرمکن » ، «توربو چارجر» ، «انژکتور برقی» ، «اینتر کولر» و ده ها مورد دیگر نقش عمده ای در افزایش توان و کاهش مصرف سوخت موتورهای دیزل داشته اند. بیایید این موارد را به صورت جداگانه بررسی کنیم :

▪ شمع گرمکن :

برای حصول احتراق یا همان اکسیداسیون سریع به سه عامل نیاز داریم : هوا ( اکسیژن )، گرما و ماده سوختنی. گفتیم که عمل احتراق در موتورهای دیزل به واسطه پاشش گازوئیل بر روی توده هوای گرم و فشرده شده صورت می گیرد. امروزه برای تصریع و بهبود عمل احتراق در موتورهای دیزل از شمع گرمکن استفاده می شود. شمع گرمکن عبارت است از یک المنت برقی کوچک که همانند شمع های معمولی موتورهای بنزینی به سر سیلندر پیچ می شود. سر این شمع دارای یک المنت الکتریکی است و در محفظه احتراق جای میگیرد با روشن کردن سوئیچ، المنت مذکور سریعاً گرم می شود. حال اگر موتور را روشن کنید، گازوئیل به درون محفظه احتراق پاشیده می شود ولی قبل از برخورد با توده هوا جبراً با المنت داغ برخورد کرده و دمای آن بالا می رود. حال به جای هوای گرم و گازوئیل سرد، هوای گرم و گازوئیل داغ داریم! به عبارتی شمع گرمکن باعث افزایش دمای گازوئیل ( در هنگام پاشیده شدن به درون محفظه احتراق )، تسریع عمل احتراق و کاهش هیدرو کربن های نسوخته می شود.

▪ توربو چارجرها :

گازوئیل به مراتب سنگین تر از بنزین است ( در حدود ۵/۱ برابر ) بنابراین برای محترق شدن به مقداربیشتری هوا نیاز دارد. ار طرفی این تراکم هوا در درون سیلندر است که باعث افزایش فشار و دمای آن می شود. در موتورهایی که فاقد توربو چارجر هستند ( چه بنزینی چه دیزل )، هوای وارد شده به درون سیلندر در زمان مکش فشاری معادل ۹/۰ تا ۱ اتمسفر دارد که این فشار در سیکل تراکم تا ۱۶ اتمسفر ( بسته به ضرایب تراکم و نوع موتور ) بالا می رود. این میزان تراکم فشار و دمای مورد نیاز موتورهای دیزل را نامین نمی کند پس باید با کمک یک پمپ هوا جرم هوای ورودی را افزایش داد. در موتورهای دیزل این کار معمولاً با کمک دستگاهی به نام توربوچارجر صورت می گیرد.

تور چارجر عبارت است از یک توربین که از فشار گاز اگزوز نیرو می گیرد. تورجو چارجر دارای ۲ پره اصلی است. یکی از این پره ها بر اثر برخورد با گازهای خروجی اگزوز دوران کرده و محور اصلی توربو چارجر را می چرخاند. سر دیگر این محور به پره کمپرسور متصل است. با چرخیدن پره کمپرسور هوای ورودی فشرده شده و جرم آن افزایش می یابد. تور چارجرها قادرند تا ۱۰ اتمسفر فشار ایجاد کنند ولی فشاری که معمولاً توسط توربو چارجرهای اتومبیلهای سواری دیزل ایجاد می شود بیشتر از ۵/۱ یا ۲ اتمسفر نیست. حال ببینیم با به کار گیری توربوچارجر چه اتفاقی می افتد؟

گفتیم که فشار هوای ورودی توسط توربوچارجر از ۵/۱ تا ۲ اتمسفر افزایش می یابد. حال اگر هوای وارد شده به درون سیلندر به جای ۱ اتمسفر ۵/۱ اتمسفر فشار داشته باشد، پس از متراکم شدن( در نسبت ۱۶ به ۱ ) به جای ۱۶ اتمسفر، ۲۴ اتمسفر فشار خواهد داشت و این یعنی جرم و حرارت بیشتر و در نتیجه احتراق بهتر و آلودگی کمتر.

توربوچارجرها نیز از جمله مواردی هستند که مورد بهینه سازی های بسیاری قرار گرفته اند. بعضی از توربوچاجرها تا ۱۲۰ هزار دور در دقیقه دوران می کنند و دارای پره هایی با قابلیت تنظیم شوندگی هستند.

▪ انژکتور :

قبل از همه چیز باید به این نکته اشاره کنیم که ما موتور دیزلی کاربراتوری نداریم چرا که گازوئیل حتماً باید به درون محفظه احتراق ( و نه حتی منیفولد ) پاشیده شود. عمل تزریق سوخت چه در موتورهای بنزینی و چه در موتورهای گازوئیلی باعث پخش شدن و ترکیب بهتر ذرات سوخت و هوای درون سیلندر می شود. برای درک بهتر این مطلب آزمایش زیر را انجام دهید :

کمی الکل را در÷ یک لیوان کوچک ریخته و آتش بزنید. در این وضعیت الکل به آرامی خواهد سوخت ولی اگر همان مقدار الکل را درون یک افشانه ریخته و به سمت یک شعله شمع بیافشانید، شاهد احتراقی بهتر، کامل تر و سریع تر خواهید بود. موتورهای دیزل اولیه دارای انژکتورهای مکانیکی بودند ولی امروز از انژکتورهای برقی یا سلنوئیدی استفاده می شود. سوزن انژکتورهای جدید دارای چندین سوزاخ بسیار ریز هستند تا عمل پاشش گازوئیل و یونیزه شدن ( بصورت ذره درآمدن سوخت ) در آنها بهتر صورت گیرد.

▪ اینتر کولر :

همان طور که ذکر شد تراکم بیشتر باعث بهبود عملکرد موتورهای دیزل می شود ولی از طرفی تراکم هوا باعث گرم شدن آن می شود . گرما هم به نوبه خود باعث انبساط و کاهش جرم هوا می شود. حال چاره کار چیست؟ استفاده از اینترکولر !

اینتر کولر عبارت است از یک خنک کننده که از دمای هوای فشرده شده ورودی می کاهد. کاهش دمای هوا باعث متراکم شدن بیشتر و افزایش جرم آن می شود ولی صبر کنید، گفتیم که در موتورهای دیزل بخشی از دمای مورد نیاز برای احتراق از گرمای حاصله از تراکم هوا بدست می آید، حال اگر هوای فشرده شده خنک و فاقد گرمای کافی باشد چه ؟ نگران نباشید، بکار گیری شمع گرمکن قوی تر باعث افزایش دمای گازوئیل تا ۳۰۰ یا حتی ۵۰۰ درجه سانتیگراد می شود. اگر گازوئیل را با این دما به روی یک توده هوای خنک و فشرده بپاشیم، صد در صد محترق خواهد شد. اینترکولرها دارای یک پمپ گرداننده مایع خنک کننده، لوله های انتقال مایع خنک کننده ( که معمولاً به دور کانال ورودی هوا پیچیده شده اند ) و رادیاتور هستند. با گردش مایه خنک کننده به دور کانال هوا، گرمای هوای فشرده شده ورودی گرفته شده و پس از انتقال به رادیاتور دفع می شود. مایع دورن اینترکولر تقریباً شبیه به ضد جوش های معمولی است ولی توان تبادل گرمای آن بیشتر است. برای افزایش راندمان موتورهای دیزل ده ها راهکار دیگر پیشنهاد شده و می شود مثلاً طراحی محفظه احتراق به شکلی که باعث چرخش بهتر هوا ذر سیکل تراکم می شود و یا استفاده از اطاق احتراق اولیه که در نمای برش خورده موتور دیزل نشان داده شده است.

نویسنده : آرتور مكردومیان

---