از گذشته تا کنون موتورهای دیزل محبوبیت زیادی در میان صنایع مختلف داشته و در بخش‌های مختلفی مانند کشاورزی، تولید برق، حمل‌ونقل و… استفاده شده است. استفاده از قطعات ساده، طول عمر بالا، تعمیر و نگهداری راحت، مصرف سوخت کمتر و همچنین بازدهی بالاتر نسبت به موتورهای بنزینی باعث شده تا موتور دیزل محبوبیت بالایی داشته باشد. اما موتور دیزل چگونه کار میکند؟ در این مقاله قصد داریم به بررسی نحوه عملکرد موتور دیزل بپردازیم و هر چیزی که لازم است در مورد آن بدانید را بررسی کنیم.
نحوه عملکرد موتور دیزل؛ موتور دیزل چگونه کار میکند؟
یکی از مدل های موتورهای احتراق داخلی موتور دیزل است! این نوع موتور با فشرده‌سازی هوا، سوخت را در محفظه احتراق آن مشتعل میکند و در نهایت منجر به عملکرد آن می‌شود. اما این تنها مفهوم ساده‌ای از نحوه عملکرد موتورهای دیزل است و فرآیند کامل آن در ۴ مرحله انجام می‌شود. اما در هر کدام از این مراحل موتور دیزل چگونه کار میکند؟ در این بخش تمام جزئیات لازم را در مورد آن بررسی می‌کنیم تا اطلاعات کافی کسب کنید.
۱. مرحله مکش
اولین مرحله از عملکرد موتور دیزل، مرحله مکش است. در این مرحله پیستون از بالاترین نقطه خود (TDC) به سمت پایین حرکت میکند که در سیلندر، فضای خلأ به‌وجود می‌آورد. سپس هوا به همراه مقدار کمی از سوخت وارد دریچه منیفولد ورودی شده و به سیلندر راه پیدا میکند. سپس دریچه ورود باز می‌شود تا هوا و سوخت به‌اندازه کافی وارد آن شود. فشار هوا در هوای داخل سیلندر منجر به اشتعال آن می‌شود و برای اشتعال آن هم نیازی به جرقه شمع نخواهد بود؛ بنابراین در موتورهای دیزل خبری از شمع نیست! در نهایت هم دریچه ورودی در پایان مرحله مکش بسته می‌شود.
پیشنهاد می کنیم مقاله تفاوت موتور دیزل و بنزینی را مطالعه کنید.
۲. مرحله تراکم
دومین مرحله از عملکرد موتور دیزل، مرحله تراکم است. در این مرحله هوا به‌اندازه کافی داغ شده تا سوخت دیزل بدون نیاز به جرقه مشتعل شود. این مرحله زمانی شروع می‌شود که پیستون از پایین به بالا حرکت کند و هوای داخل محفظه فشرده شود. در مرحله تراکم، هوا بسیار داغ و فشرده می‌شود و زمانی که پیستون به بالاترین حد ممکن می‌رسد، این مرحله تمام می‌شود.
شاید برایتان جالب باشید که بدانید در این مرحله فشار حدود ۴۰۰ بار و هوا حدود ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد است. دما و فشار بالاف سوخت دیزل را مشتعل کرده و با مخلوط شدن سوخت و هوا، در داخل سیلندر منفجر می‌شود. در نهایت این انفجار منجر به حرکت پیستون رو به پایین شده و در نهایت، میل‌لنگ می‌چرخد. این مرحله در عملکرد موتور دیزل اهمیت بسیار زیادی دارد و منجر به رسیدن هوا به دما و فشار کافی برای اشتعال سوخت دیزل می‌شود.
۳. مرحله احتراق
سومین مرحله از عملکرد موتور دیزل، مرحله احتراق است. در این مرحله پیستون در بالاترین بخش (TDC) قرار دارد. سوخت دیزل با هوای فشرده ترکیب می‌شود و به دلیل سرعت سوخت بالای آن، منجر به تولید فشار و دمای بالا خواهد شد. میزان سوخت از طرف انژکتور سوخت مشخص شده و وارد محفظه احتراق می‌شود. در نهایت این فرآیند منجر به ایجاد دما بالا شده و سوخت تبخیر می‌شود که سوختن رخ می‌دهد. با فشار و دمای بالای تولید شده، پیستون به سمت پایین حرکت میکند که باعث تولید انرژی مکانیکی و چرخش محور موتور می‌شود.
مدت زمان احتراق در این مرحله به مسائل مختلفی مانند نسبت تراکم، دمای هوا و کیفیت سوخت بستگی دارد. در موتورهای دیزل جدید، سیستم کنترل الکترونیکی هم وجود دارد که میزان سوخت تزریق شده را تنظیم خواهد کرد و منجر به افزایش کارایی، کاهش آلایندگی، کاهش مصرف سوخت و طول عمر بالای موتور می‌شود.
۴. مرحله تخلیه
چهارمین مرحله از عملکرد موتور دیزل، مرحله تخلیه است. در این مرحله پیستون در بالاترین قسمت (نقطه مرگ بالایی یا (TDC قرار دارد که به سمت پایین‌ترین قسمت (نقطه مرگ پایینی یا (BDC حرکت میکند. در مرحله تخلیه سوپاپ خروج باز است و گازهای ناشی از احتراق صورت‌گرفته در سیلندر، خارج می‌شود. میزان گازهای تولید شده بسیار زیاد است و فشار آن، پیستون را به سمت پایین حرکت می‌دهد. در نهایت، با حرکت پیستون به سمت پایین، حجم سیلندر زیاد شده و گازها خارج می‌شود تا فشار آن تا حد زیادی کاهش پیدا کند.
این مسئله منجر به خروج گازهای ناشی از احتراق شده و تا زمانی که فشار داخل سیلندر با فشار محیط برابر شود، ادامه پیدا میکند. در نهایت سوپاپ خروج بسته شده و مرحله تخلیه به پایان می‌رسد. مرحله تخلیه نقش بسیار مهمی در عملکرد موتورهای دیزلی دارد و پس از انجام کامل آن، موتور آماده برای مرحله مکش و شروع مجدد فرآیندهای بالا می‌شود. مدت زمان مرحله تخلیه کمتر از ۰.۲ ثانیه است که در برخی موتورها در کمتر از ۰.۱ ثانیه هم انجام می‌شود.
اجزای موتور دیزل کدام هستند؟
اکنون که می‌دانید موتور دیزل چگونه کار میکند، لازم است با اجزای موتور دیزل هم آشنا شوید و ببینید هر کدام از آن‌ها چه وظیفه‌ای را برعهده دارد. ۸ مورد از اجزای موتور دیزل که نقش مهمی در عملکرد موتور دیزل دارد، عبارتند از:
- سیلندر: سیلندر محفظه‌ای از جنس آهن یا آلومینیوم است که احتراق سوخت و هوا در آن صورت می‌گیرد. هر چقدر طول و قطر آن بیشتر باشد، قدرت و کارایی موتور هم بیشتر خواهد بود.
- پیستون: پیستون قطعه‌ای است که در داخل سیلندر بالا و پایین می‌رود و انرژی حاصل از احتراق را به میل‌لنگ انتقال می‌دهد. معمولاً ساخت پیستون از جنس آلومینیوم است تا بهترین عملکرد را داشته باشد.
- سرسیلندر: سرسیلندر در بالای سیلندر قرار می‌گیرد که دریچه‌های هوا و سوخت روی آن قرار دارد. سرسیلندر هم معمولاً از جنس آلومینیوم است تا طول عمر بیشتری داشته باشد.
- میل‌سوپاپ: میل‌سوپاپ قطعه‌ای مهم برای باز و بست کردن دریچه‌های هوا و بنزین است. برای ساخت این قطعه از فولاد استفاده می‌شود.
- سیستم سوخت‌رسانی: سیستمی است که تأمین سوخت موردنیاز برای موتور را انجام می‌دهد. این سیستم معمولاً از یک پمپ سوخت، انژکتور و فیلتر سوخت ساخته شده است و مقدار لازم سوخت را در اختیار موتور قرار می‌دهد.
- سیستم خنک‌کننده موتور: سیستمی است که وظیفه آن، خنک کردن موتور است. معمولاً از یک رادیاتور، پمپ آب و ترموستات تشکیل شده است که در زمان لازم آب را به موتور می‌رساند تا خنک شود.
- سیستم روغن‌کاری موتور: این سیستم وظیفه روان کردن قطعات موتور را برعهده دارد تا کمترین اصطکاک میان قطعات وجود داشته باشد. از مهم‌ترین قسمت‌های آن می‌توان به پمپ روغن، فیلتر روغن و کارتل روغن اشاره کرد.
وجود تمام قطعات بالا برای عملکرد موتور دیزل ضروری است و با خرابی هر کدام، عملکرد موتور دیزل مختل می‌شود.
آیا موتور دیزل شمع دارد؟
یکی از مهم‌ترین سوالاتی که در مورد عملکرد موتور دیزل می‌شود، این است که آیا موتور دیزل شمع دارد؟ واقعیت این است که شمعی در موتورهای دیزل وجود ندارد و فرآیند احتراق آن از طریق فشرده‌سازی هوا انجام می‌شود. برخورد کردن سوخت دیزل با دمای بالا سیلندر منجر به مشتعل شدن آن می‌شود و انرژی تولید میکند. البته در برخی از انواع موتورهای دیزلی، شمع با مکانیزم دیگری وجود دارد که باعث اشتعال راحت‌تر سوخت می‌شود و موتور سریع‌تر و روان‌تر روشن خواهد شود. به این دسته از شمع‌ها در موتورهای دیزلی، شمع‌های گرم‌کن گفته می‌شود که برای موتورهای مورد استفاده در مناطق سردسیری طراحی شده است.
نحوه احتراق موتور دیزل
وظیفه شمع در موتورهای بنزینی ایجاد جرقه است تا مخلوط هوا و سوخت در سیلندر مشتعل شود. این جرقه هم از طریق عبور جریان الکتریکی ایجاد می‌شود که جرقه‌ای در شکاف بین الکترودها صورت می‌گیرد و منجر به اشتعال سوخت می‌شود. حال در موتورهای دیزلی که شمعی وجود ندارد، نحوه احتراق چگونه است؟
در موتورهای دیزلی از شمع برای احتراق استفاده نمی‌شود؛ بلکه نحوه عملکرد موتور دیزل باعث اشتعال سوخت می‌شود! در این موتورها فرآیند فشرده‌سازی باعث احتراق مخلوط سوخت و بنزین می‌شود، اما چگونه؟ در موتور دیزل هوا فشرده شده و سوخت هم وارد محفظه آن می‌شود که فشرده‌سازی هوا منجر به دمای بالای داخل آن خواهد شد. سپس زمانی که سوخت وارد محفظه احتراق می‌شود، برخورد با دمای بالا منجر به مشتعل شدن آن شده و نیروی لازم برای حرکت دادن پیستون‌ها ایجاد می‌شود. در نهایت انرژی تولید شده به میل‌لنگ‌ها منتقل خواهد شد که این فرآیند در با سرعت بالا تکرار می‌شود؛ بدون آن که احتراق آن از طریق شمع صورت بگیرد.
مقایسه عملکرد موتور دیزل و دیزل ژنراتور
یکی از مهم‌ترین سوالاتی که پس از دانستن عملکرد موتور دیزل برایتان پیش می‌آید، این است که چه تفاوتی با دیزل ژانراتور دارد؟ تفاوت اصلی آن‌ها در نحوه عملکرد است. موتور دیزل دارای سیستم احتراق ۴ زمانه است که در آن، سوخت داخل سیلندر فشرده شده و مشتعل می‌شود. در نهایت این انفجار پیستون را حرکت داده و میل‌لنگ را می‌چرخاند.
درحالی‌که موتور دیزلی به ژنراتور متصل است و انرژی مکانیکی آن برای تولید برق استفاده می‌شود. قدرت تولید شده در دیزل ژنراتور کمتر از موتور دیزل است؛ چرا که قرار نیست به‌صورت مستقیم قطعه‌ای را بچرخاند. همچنین طول عمر و راندمان بالاتری نسبت به دیزل ژنراتور دارد و در بخش‌های صنعتی که نیاز به موتوری با طول عمر بالا، راندمان بالا و استهلاک کمتر است، استفاده می‌شود.
سخن پایانی
اگر برای شما هم این سوال پیش آمده بود که موتور دیزل چگونه کار میکند، در این مقاله پاسخ سوالتان را گرفتید. همچنین هر چیزی که لازم است در مورد موتور دیزل بدانید را بررسی کردیم. اگر سوالی دارید، از طریق بخش نظرات مطرح کنید تا شما را به‌صورت کامل راهنمایی کنیم.