موتور دیزل

رای دهی: 0 / 5

غیر فعال سازی ستارهغیر فعال سازی ستارهغیر فعال سازی ستارهغیر فعال سازی ستارهغیر فعال سازی ستاره
 

Diesel-Engine.jpgموتور دیزل (diesel engine) که به آن موتور تراکمی-احتراقی (compression-ignition engine) نیز می‌گویند، یک موتور درون‌سوز (internal combustion engine) است که از حرارت تراکم برای شروع احتراق سوخت تزریق شده به محفظه احتراق استفاده می‌کند. این روش در تضاد با موتورهای جرقه اشتعالی (spark-ignition engines) مانند موتور بنزینی (petrol engine) یا موتور گازی (gas engine) است که از شمع جرقه‌زن برای اشتعال مخلوط هوا و سوخت استفاده می‌کنند.

موتور دیزل به دلیل نسبت تراکم بسیار بالا، دارای بالاترین راندمان حرارتی در تمام انواع موتورهای درون‌سوز یا موتورهای برون‌سوز است. موتور کم سرعت دیزل، همانند موتور کشتی که در آن وزن کلی موتور نسبتا بی‌اهمیت است، می‌تواند دارای راندمان حرارتی است بیش از 50 درصد باشد.

 

Diesel-Generator-on-an-Oil-Tanker.jpg

 

موتورهای دیزل در نسخه‌های دو زمانه و چهار زمانه تولید می‌شوند. موتورهای دیزل در ابتدا به عنوان یک جای‌گزین کارآمدتر برای موتورهای بخار ساکن استفاده می‌شدند و از دهه 1910 در زیردریایی‌ها و کشتی‌ها به کار رفتند. بعد از آن استفاده در لوکوموتیوها، کامیون‌ها، تجهیزات سنگین و نیروگاه‌های برق رخ داد. موتورهای دیزل در دهه 1930 به آرامی در برخی از خودروها استفاده شدند. از دهه 1970 استفاده از موتورهای دیزل وسایل نقلیه بزرگ‌تر جاده‌ای و خارج جاده‌ای در آمریکا افزایش یافت. میانگین فروش خودروهای دیزلی در اروپا به 50 درصد از کل فروش می‌رسد که شامل 70 درصد در فرانسه و 38 درصد در انگلستان است.

بزرگ‌ترین موتور دیزل جهان در حال حاضر دیزل دریایی Wärtsilä-Sulzer RTA96-C با توان خروجی حدود 84,420 کیلووات (113,210 اسب بخار) در 102 دور در دقیقه است.

 

Wartsila-Sulzer-RTA96-C-Engine.jpg

موتور دیزل Wärtsilä-Sulzer RTA96-C


موتورهای دیزل چگونه کار می‌کنند

موتور درون‌سوز دیزلی از این نظر از سیکل بنزینی اتو تفاوت دارد که به جای استفاده از شمع جرقه‌زن، برای مشتعل کردن سوخت از هوای داغ متراکم استفاده می‌کند (احتراق تراکمی به جای اشتعال جرقه‌ای).

در موتور دیزل اصلی، در ابتدا تنها هوا به محفظه احتراق وارد می‌شود. فشار با یک نسبت تراکم که معمولا بین 15:1 تا 22:1 است به 40 بار می‌رسد و در مقایسه با آن موتورهای بنزینی (petrol engine) بین 8 تا 14 بار فشار می‌گیرند. این تراکم بالا هوا را تا 550 درجه سانتی‌گراد گرم می‌کند. در بالای کورس تراکم، سوخت در محفظه احتراق مستقیما به درون هوای فشرده تزریق می‌شود. انژکتور سوخت تضمین می‌کند که سوخت به قطرات کوچک خرد و این سوخت به طور یکنواخت توزیع شود. گرمای موجود در هوای فشرده، سوخت را از سطح قطرات تبخیر می‌کند. پس از آن بخار توسط حرارت هوای فشرده درون محفظه احتراق مشتعل می‌شود و قطرات به تبخیر از سطح و اشتعال ادامه می‌دهند و کوچک‌تر می‌شوند تا زمانی که همه سوخت قطرات سوزانده شود. در طول احتراق، شروع تبخیر باعث یک دوره تاخیر می‌شود و صدای ضربه معروف دیزل در دوره رسیدن بخار به دمای اشتعال و به دلیل افزایش ناگهانی فشار روی پیستون به وجود می‌آید. پس از آن انبساط سریع گازهای حاصل از احتراق پیستون را به سمت پایین هل می‌دهد و توان را به میل لنگ می‌رساند.

 

Diesel-Engine-Cycle.jpg

 

علاوه بر میزان بالای تراکم که امکان می‌دهد احتراق بدون سیستم جرقه جداگانه انجام شود، نسبت تراکم بالا تا حد زیادی راندمان موتور را افزایش می‌دهد. افزایش نسبت تراکم در موتور جرقه اشتعالی که در آن سوخت و هوا قبل از ورود به سیلندر مخلوط می‌شوند، به وسیله نیاز به جلوگیری از آسیب احتراق زودرس (pre-ignition) محدود می‌شود. از آن‌جا که در یک موتور دیزل تنها هوا فشرده می‌شود و سوخت تا اندکی پیش از نقطه مرگ بالا (top dead center) یا TDC وارد سیلندر نمی‌شود، انفجار پیش‌رس مشکلی ایجاد نمی‌کند و نسبت‌های تراکم بسیار بالاتر است.

به جلو انداختن شروع تزریق (تزریق قبل از رسیدن پیستون به TDC) باعث افزایش فشار و دمای سیلندر و راندمان بالاتر می‌شود اما از طرف دیگر باعث بالا رفتن سر و صدای موتور افزایش تولید اکسیدهای نیتروژن (NOx) به دلیل دمای احتراق بالاتر می‌گردد. به تاخیر انداختن شروع تزریق باعث احتراق ناقص، کاهش راندمان سوخت و افزایش دود در اگزوز می‌شود که حاوی مقدار قابل توجهی از ذرات ریز و هیدروکربن‌های نسوخته است.

 

Diesel-Cycle-PV-Diagram.png

نمودار P-V سیکل یک موتور دیزل


مزایای موتور دیزل

موتورهای دیزل نسبت سایر موتورهای درون‌سوز دارای مزایای مختلفی هستند:

  • موتورهای دیزل برای انجام کار مشابه، نسب به یک موتور بنزینی سوخت کم‌تری می‌سوزانند که دلیل آن دمای بالاتر احتراق موتور و نسبت انبساط بیش‌تر است. موتور‌های بنزینی معمولا راندمان 30 درصدی دارند؛ در حالی که موتورهای دیزل می‌توانند بیش از 45 درصد از انرژی سوخت را به انرژی مکانیکی تبدیل کنند.
  • موتورهای دیزل دارای هیچ سیستم جرقه‌زنی الکتریکی ولتاژ بالا نیستند که باعث می‌شود که قابلیت اطمینان و سازگاری آن با محیط مرطوب بالا رود. همچنین عدم وجود کویل، شمع (spark plug) و غیره، یک منبع انتشار فرکانس رادیویی که می‌تواند با تجهیزات ناوبری و ارتباطی، به ویژه در کشتی و هواپیما تداخل ایجاد کند را از بین می‌برد.
  • به طور کلی عمر یک موتور دیزل در حدود دو برابر موتور بنزینی است که دلیل آن استحکام بیش‌تر قطعات استفاده شده است. سوخت دیزل دارای خواص روان‌کاری بهتری نسبت به بنزین است.
  • سوخت دیزل به طور مستقیم از نفت تقطیر می‌شود. تقطیر بنزین اندکی ایجاد می‌کند ولی این میزان بنزین کفایت نمی‌کند و باید به وسیله اصلاح کاتالیستی (catalytic reforming)، که یک فرآیند پر هزینه است میزان بنزین بیش‌تری تولید کرد.
  • در بسیاری از کاربردها سوخت دیزل امن‌تر از بنزین در نظر گرفته می‌شود. اگر چه سوخت دیزل در هوای آزاد با استفاده از یک فتیله خواهد سوخت، دچار انفجار نخواهد شد و مقدار زیادی بخار قابل اشتعال را آزاد نمی‌کند. فشار بخار کم گازوییل به خصوص در کاربردهای دریایی سودمند می‌باشد که در آن تجمع مخلوط منفجره سوخت و هوا یک خطر ویژه است. به همین دلایل، موتورهای دیزل نسبت به قفل بخاری (vapor lock) مصون هستند.
  • برای هر بار جزیی داده شده، راندمان سوخت (جرم سوخته شده به ازای واحد انرژی تولید شده) یک موتور دیزل تقریبا ثابت می‌ماند که این بر خلاف موتورهای بنزینی (petrol engines) و توربین‌ها (turbines) است که در توان‌های خروجی جزیی به نسبت سوخت بیش‌تری می‌سوزانند.
  • حرارت اتلافی کم‌تری را در سیستم خنک‌کاری و اگزوز به هدر می‌دهند.
  • موتورهای دیزل می‌توانند فشارهای سوپرشارژر (supercharger) یا توربوشارژر (turbocharger) را بدون هیچ محدودیت طبیعی به جز استحکام قطعات موتور تحمل کنند. این بر خلاف موتورهای بنزینی است، که در فشارهای بالاتر از انفجار رنج می‌برند.
  • محتوای مونواکسید کربن اگزوز کمینه است و بنابراین موتورهای دیزلی در معادن زیرزمینی به کار برده می‌شوند.
  • بیودیزل (biodiesel) به راحتی سنتز می‌شود و می‌تواند به طور مستقیم در بسیاری از موتورهای دیزل به کار رود؛ در حالی که موتورهای بنزینی هم نیاز به سازگار شدن برای کار با سوخت مصنوعی دارند و یا از آن‌ها به عنوان یک افزودنی به بنزین استفاده می‌کنند.

 

Diesel-Engine-Parts.jpg

اجزای یک موتور دیزل


راه‌اندازی موتور دیزل آب و هوای سرد

در آب و هوای سرد، موتورهای دیزل پر سرعت ممکن است برای استارت دچار مشکل شوند زیرا جرم بدنه موتور (cylinder block) و سر سیلندر به دلیل نسبت بالای سطح به حجم، حرارت تراکم را جذب و از احتراق جلوگیری می‌کنند. موتورهای دارای پیش محفظه از یک هیتر کوچک برقی در داخل پیش محفظه استفاده می‌کنند که به آن شمع التهابی (glow plug) می‌گویند؛ در حالی که در موتورهای با تزریق مستقیم این شمع التهابی در داخل محفظه احتراق قرار دارد. بسیاری از موتورها از هیترهای مقاومتی در منیفولد ورودی استفاده می‌کنند و تا زمانی که موتور به دمای کاری خود برسد، هوای ورودی را برای استارت گرم می‌کنند.

logo-samandehi

آگهی‌های مرتبط با تجهیزات دوار