مقدمه
آقای رودلف کریستین کارل دیزل در سال 1858 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 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 :
مکش :
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 موتور های 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 موتور های 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 5/1 برابر ) بنابراین برای محترق شدن به مقدار بیشتری 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 9/0 تا 1 اتمسفر دارد که این فشار در سیکل تراکم تا 16 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.