نحوه احتراق موتور دیزل

موتورهای دیزل با تکیه بر احتراق داخلی، انرژی نهفته در سوخت را به نیروی مکانیکی تبدیل می کنند. این نیرو در ادامه برای راه اندازی خودروها، ژنراتورها، ماشین آلات صنعتی و تجهیزات مختلف به کار می رود. آنچه احتراق موتور دیزل را از نمونه های بنزینی جدا می کند، شیوه ورود سوخت به سیلندر و نحوه آغاز سوختن آن است.

در این نوع موتور، خبری از شمع برای ایجاد جرقه نیست و شرایط داخل سیلندر زمینه لازم برای شروع سوختن گازوئیل را فراهم می سازد. در ادامه، مراحل این فرایند را در یک چرخه چهارزمانه بررسی می کنیم.

فرآیند احتراق موتور دیزل

نحوه احتراق موتور دیزل بر پایه فشرده سازی شدید هوا و سپس تزریق سوخت شکل می گیرد. هوای داخل سیلندر ابتدا تا دمای بالایی فشرده و پس از آن، گازوئیل با فشار مناسب وارد محفظه احتراق می شود. تماس سوخت با هوای بسیار داغ، شرایط لازم برای شروع اشتعال را فراهم می آورد. عملکرد موتور در چرخه چهارزمانه به ترتیب زیر انجام می گیرد:

· مکش Intake Stroke

در شروع چرخه، سوپاپ ورودی باز می گردد و پیستون از قسمت بالایی سیلندر به سمت پایین می رود. هم زمان هوای تازه از مسیر ورودی وارد محفظه می شود. در این مرحله خبری از تزریق سوخت نیست و تنها هوا به داخل سیلندر راه پیدا می نماید. سوپاپ خروجی نیز بسته باقی می ماند تا حجم مناسبی از هوا برای مرحله بعد در سیلندر جمع خواهد شد.

· تراکم Compression Stroke

وقتی پیستون به پایین ترین موقعیت خود رسید، سوپاپ ورودی بسته شده و حرکت پیستون در جهت مخالف ادامه پیدا می کند. با کوچک شدن فضای داخل سیلندر، هوا به شدت متراکم شده و دمای آن بالا می رود. موتورهای دیزل نسبت تراکم بالایی دارند و این مقدار در محدوده ۱۴:۱ تا ۲۵:۱ قرار می گیرد. همین فشرده سازی شدید، دمای هوای داخل محفظه را به سطح لازم برای مرحله بعد می رساند.

· احتراق Power Stroke

در نزدیکی نقطه مرگ بالا، انژکتور مقدار مشخصی از سوخت دیزل را با فشار بالا داخل سیلندر پخش می نماید. هوای داغ حاصل از مرحله تراکم، شرایط اشتعال سوخت را فراهم می سازد و احتراق موتور دیزل بدون استفاده از جرقه آغاز می گردد. آزاد شدن انرژی سوخت در مدت کوتاه، فشار داخل سیلندر را افزایش داده و پیستون را به سمت پایین می راند.

نیروی ایجادشده از طریق شاتون به میل لنگ منتقل می شود و چرخش میل لنگ را به همراه دارد. این ویژگی، یکی از تفاوت های اصلی موتور دیزل با موتورهای بنزینی به شمار می رود.· تخلیه Exhaust Stroke

پس از پایان مرحله تولید نیرو، پیستون دوباره به سمت بالا حرکت کرده و سوپاپ خروجی باز می گردد. گازهای باقی مانده از فرایند سوختن از محفظه خارج شده و از مسیر اگزوز به بیرون هدایت می شوند. با پایان این مرحله، شرایط برای شروع دوباره چرخه فراهم می گردد.

این چهار مرحله در تمام سیلندرها به شکل پیوسته تکرار می شوند و در نهایت نیروی مورد نیاز برای حرکت خودرو یا راه اندازی تجهیزات مختلف را تأمین می کنند. راندمان مناسب، استحکام ساختاری و توان خروجی قابل توجه، از دلایلی هستند که موتورهای دیزل را به گزینه ای رایج در حمل ونقل سنگین و کاربردهای صنعتی تبدیل کرده اند. کیفیت احتراق موتور دیزل نیز نقش مستقیمی در میزان توان، مصرف سوخت و عملکرد کلی مجموعه دارد.

انواع احتراق موتور دیزل

فرایند سوختن در موتورهای دیزل با توجه به نحوه ترکیب سوخت و هوا، زمان تزریق و شرایط داخل سیلندر، شکل های مختلفی دارد. شناخت این تفاوت ها برای بررسی عملکرد موتور و میزان آلایندگی آن اهمیت دارد. در واقع، احتراق موتور دیزل تنها به یک الگوی ثابت محدود نشده و نوع طراحی موتور و فناوری به کاررفته، روی نحوه آزاد شدن انرژی سوخت اثر می گذارد.

احتراق پیش مخلوط بخشی از سوخت پیش از آغاز مرحله اصلی سوختن، فرصت پیدا می کند تا با هوای موجود در محفظه ترکیب گردد. وقتی دما و فشار داخل سیلندر به سطح مناسب برسد، این مخلوط شروع به سوختن کرده و انرژی در مدت کوتاهی آزاد می شود.

سرعت بالای آزاد شدن انرژی، ویژگی مهم این نوع احتراق موتور دیزل به شمار می رود. سوختن سریع و مناسب مخلوط، بازدهی مطلوب تری به وجود آورده و در شرایط مناسب، میزان برخی آلاینده ها را کاهش می دهد.

محفظه احتراق در موتور دیزل

محفظه احتراق یکی از بخش های مهم موتورهای دیزلی است که فرآیند سوختن گازوئیل و تولید انرژی در آن انجام می گیرد. این قسمت در محدوده بالای پیستون و داخل سیلندر قرار دارد و طراحی آن بسته به نوع موتور، تعداد سیلندرها و ساختار سیستم سوخت رسانی تفاوت دارد.

شکل و حجم محفظه نیز نقش مهمی در نحوه مخلوط شدن سوخت با هوای فشرده ایفا می نماید. هدف اصلی این بخش، فراهم کردن شرایط مناسب برای ورود، پخش شدن و ترکیب سوخت با هوای متراکم شده است. در فرآیند احتراق موتور دیزل، هوا ابتدا توسط پیستون به شدت فشرده می شود.

با کاهش حجم هوا، فشار و دمای آن افزایش پیدا کرده و محیط لازم برای مشتعل شدن سوخت به وجود می آید. برخلاف موتورهای بنزینی که برای شروع احتراق از شمع استفاده می کنند، در موتور دیزل سوخت در اثر تماس با هوای بسیار داغ و بدون نیاز به جرقه خارجی مشتعل می گردد.

سخن پایانی

موتورهای دیزل به دلیل قدرت مناسب، گشتاور بالا و دوام مطلوب، جایگاه مهمی در خودروهای سنگین، تجهیزات کشاورزی و ماشین آلات صنعتی دارند. البته استفاده از این موتورها با مواردی مانند صدای کاری بیشتر و انتشار برخی آلاینده ها همراه می باشد؛ موضوعی که پیشرفت سیستم های سوخت رسانی و فناوری های کنترل آلایندگی، به کاهش آن کمک کرده است.

با وجود تفاوت در شیوه های سوختن و طراحی موتورهای مختلف، ساختار اصلی یک موتور دیزل چهارزمانه بر چهار مرحله مکش، تراکم، تولید توان و تخلیه استوار می باشد. شناخت درست احتراق موتور دیزل نیز در بررسی عملکرد، مصرف سوخت و بازده کلی این موتورها اهمیت دارد.