موتوردیزل

موتور دیزل

ریشه لغوی
کلمه دیزل نام یک مخترع آلمانی به نام دکتر رودلف دیزل است که در سال 1892 نوع خاصی از موتورهای احتراق داخلی را به ثبت رساند، به احترام این مخترع اینگونه موتورها را موتورهای دیزل می*نامند.
دید کلی
موتورهای دیزل ، به انوع گسترده*ای از موتورها گفته می*شود که بدون نیاز به یک جرقه الکتریکی می*توانند ماده سوختنی را شعله*ور سازند. در این موتورها برای شعله*ور ساختن سوخت از حرارت*های بالا استفاده می*شود. به این شکل که ابتدا دمای اتاقک احتراق را بسیار بالا می*برند و پس از اینکه دما به اندازه کافی بالا رفت ماده سوختنی را با هوا مخلوط می*کنند.

همانگونه که می*دانید برای سوزاندن یک ماده سوختی به دو عامل حرارت و اکسیژن نیاز است. اکسیژن از طریق مجاری ورودی موتور وارد محفظه سیلندر می*شود و سپس بوسیله پیستون فشرده می*گردد. این فشردگی آنچنان زیاد است که باعث ایجاد حرارت بسیار بالا می*گردد. سپس عامل سوم یعنی ماده سوختنی به گرما و اکسیژن افزوده می*شود که در نتیجه آن سوخت شعله*ور می*شود.


تاریخچه
در سال 1890 میلادی آکروید استوارت حق امتیاز ساخت موتوری را دریافت کرد که در آن هوای خالص در سیلندر موتور متراکم می*گردید و سپس (به منظور جلوگیری از اشتعال پیش*رس) سوخت به داخل هوای متراکم شده تزریق می*شد، این موتورهای با فشار پایین بودند. و برای مشتعل ساختن سوخت تزریق شده از یک لامپ الکتریکی و یا روشهای دیگر در خارج از سیلندر استفاده می*شد.

در سال 1892 دکتر رودلف دیزل آلمانی حق امتیاز موتور طراحی شده*ای را به ثبت رساند که در آن اشتعال ماده سوختنی ، بلافاصله بعد از تزریق سوخت به داخل سیلندر انجام می*گرفت. این اشتعال عامل حرارت زیادی بود که در اثر تراکم زیاد هوا بوجود می*آمد. وی ابتدا دوست داشت که موتور وی پودر زغال سنگ را بسوزاند ولی به سرعت به نفت روی آورد و نتایج قابل توجهی گرفت.

طی سالهای متمادی پس از اختراع موتور دیزل ، از این نوع موتور عمدتا و منحصرا در کارهای درجا و سنگین از قبیل تولید برق ، تلمبه کردن آب ، راندن قایق*های مسافری و باری و همچنین برای تولید قدرت جهت رفع بعضی از نیازهای کارخانجات استفاده می*شد. این موتورها سنگین ، کم سرعت ، دارای یک یا چند سیلندر و از نوع دوزمانه یا چهارزمانه بودند.

پیشرفت بیشتر موتورهای دیزل ، تا توسعه سیستم*های پیشرفته تزریق سوخت در دهه 1930 طول کشید. در این سالها رابرت بوش تولید انبوه پمپ*های سوخت*پاش خود را آغاز کرد. توسعه پمپ**های سوخت*پاش (پمپ*های انرژکتور) با توسعه موتورهای کوچکی که برای استفاده در خودروها مناسب بودند متعادل شد.

موتورهای دیزل سبکتری که سرعتشان نیز بالا بود در سال 1925 به بازار عرضه شدند. با آنکه پیشرفت در ساخت این موتورها کند بود. اما در سال 1930 موتورهای دیزل قابل اطمینان که به خوبی طراحی شده*بودند و چند سیلندر و سریع نیز بودند به بازار عرضه شد. این پیشرفت تا پایان جنگ جهانی دوم برای مدتی کند بود. لیکن از آن تاریخ تا کنون طراحی و تولید این موتورها به طریقی پیشرفت نموده است که امروزه استفاده گسترده و فراگیر از موتورهای دیزل را شاهد هستیم.
تقسیمات
موتورهای دیزل نیز مانند سایر موتورهای احتراق داخلی بر مبناهای مختلفی قابل طبقه*بندی هستند. مثلا می*توان موتورهای دیزل را بر حسب مقدار دفعات احتراق در هر دور گردش میل لنگ به موتورهای دیزل دوزمانه و یا موتورهای دیزل چهارزمانه تقسیم*بندی نموده و یا بر حسب قدرت تولیدی که به شکل اسب بخار بیان می*گردد. یا بر حسب تعداد سیلندر و یا شکل قرارگیری سیلندرها که بر این اساس به دو نوع موتورهای خطی و موتورهای v یا خورجینی تقسیم بندی می*کردند و
ساختمان
ساختار موتورهای دیزل نه تنها در سیستم تغذیه و تنظیم سوخت با موتورهای اشتعال جرقه*ای تفاوت می*کند. بنابراین ساختارهای بسیار مشابهی میان این موتورها وجود دارد و تنها تفاوت ساختمانی آنها قطعات زیر است که در موتورهای دیزل وجود دارد و در سایر موتورهای احتراق داخلی وجود ندارد.

• _پمپ انژکتور :__ وظیفه تنظیم میزان سوخت و تامین فشار لازم جهت پاشش سوخت را به عهده دارد.
انژکتورها : باعث پودر شدن سوخت و گازبندی اتاقک احتراق می*شوند.
• *****های سوخت : باعث جداسازی مواد اضافی و خارجی از سوخت می*شوند.
لوله*های انتقال سوخت : می*بایست غیرقابل اشباع بوده و در برابر فشار پایداری نمایند.
توربوشارژر : باعث افزایش هوای ورودی به سیلندر می*شوند.
طرزکار
همانگونه که اشاره شد موتورهای دیزل بر اساس نحوه کارکردن به دو دسته موتورهای 4 زمانه و 2 زمانه تقسیم می*شوند. لیکن در هر دوی این موتورها چهار عمل اصلی انجام می*گردد که عبارتند از مکش یا تنفس – تراکم – انفجار و تخلیه اما بر حسب نوع موتورها ممکن است این مراحل مجزا و یا بصورت توام انجام گیرند.
سیکل موتورهای دیزل چهارزمانه
زمان تنفس :
پیستون از بالاترین مکان خود (نقطه مرگ بالا) به طرف پایین*ترین مکان خود در سیلندر (نقطه مرگ پایین) حرکت می*کند در این زمان سوپاپ تخلیه بسته است و سوپاپ هوا باز است. با پایین آمدن پیستون یک خلا نسبی در سیلندر ایجاد می*شود و هوای خالص از طریق مجرای سوپاپ هوا وارد سیلندر می*گردد. در انتهای این زمان سوپاپ هوا بسته شده و هوای خالص در سیلندر حبس می*گردد.
زمان تراکم :
پیستون از نقطه مرگ پایین به طرف بالا (تا نقطه مرگ بالا) حرکت می*کند و در حالیکه هر سوپاپ بسته*اند (سوپاپ هوا و سوپاپ تخلیه) هوای داخل سیلندر متراکم می*گردد و نسبت تراکم به 15 تا 20 برابر می*رسد. فشار داخل سیلندر تا حدود 40 اتمسفر بالا می*رود و بر اثر این تراکم زیاد حرارت هوا داخل سیلندر به شدت افزایش یافته و به حدود 600 درجه سانتیگراد می*رسد.
زمان قدرت :
در انتهای زمان تراکم در حالیکه هر دو سوپاپ همچنان بسته*اند و پیستون به نقطه مرگ بالا می*رسد مقداری سوخت روغنی (گازوئیل) به درون هوا فشرده و داغ موجود در محفظه احتراق پاشیده می*شود و ذرات سوخت در اثر این درجه حرارت زیاد محترق می*گردند. پس از خاتمه تزریق سوخت عمل سوختن تا حدود 3/2 از زمان قدرت ادامه پیدا می*کند.

فشار زیاد گازهای منبسط شده (به علت احتراق) پیستون را به طرف پایین و تا نقطه مرگ پایین می*راند. حرکت پیستون از طریق شاتون به میل*لنگ منتقل می*شود و موجب گردش میل*لنگ می*گردد. در این مرحله حرارت گازهای مشتعل شده به 2000 درجه سانتیگراد می*رسد و فشار داخل سیلندر تا حدود 80 اتمسفر افزایش می*یابد.
زمان تخلیه :
با رسیدن پیستون به نقطه مرگ پایین در مرحله قدرت ، سوپاپ تخلیه باز می*شود و به گازهای سوخته تحت فشار اولیه اجازه می*دهد سیلندر را ترک کند. پس پیستون از نقطه مرگ پایین به طرف بالا حرکت می*کند و تمام گازهای سوخته را بیرون از سیلندر می*راند. در پایان پیستون یکبار دیگر به طرف پایین حرکت می*کند و با شروع زمان تنفس سیکل جدیدی آغاز می*گردد.
سیکل موتور دوزمانه دیزل
در این نوع موتورهای دوزمانه سوپاپ تنفس هوای تازه ، نظیر آنچه در موتورهای چهارزمانه ذکر شد وجود ندارد. و به جای آن در فاصله معینی از سه سیلندر ، مجراهایی در بدنه سیلندر تعبیه شده است. که پیستون در قسمتی از مسیر خود جلوی آنها را می*بندد، اصول کار این موتورها در دوزمان است، که در واقع در هر دور چرخش میل*لنگ اتفاق می*افتد.

زمان اول :
پیستون از نقطه مرگ پایین به طرف بالا و تا نقطه مرگ بالا حرکت می*کند. در این زمان پیستون پس از عبور از جلو مجاری تنفس هوای تازه را تاحد معینی متراکم می*سازد. در طول این زمان سوپاپ تخلیه که در قسمت فوقانی سیلندر و در داخل سه سیلندر قرار دارد کماکان بسته مانده است.
زمان دوم :
در انتهای زمان اول مقداری سوخت روغنی (گازوئیل) به صورت پودرشده به درون هوای متراکم شده و داغ موجود در محفظه احتراق پاشیده می*شود و ذرات سوخت محترق می*گردد. فشار زیاد گازهای محترق شده پیستون را به طرف پایین می*راند. پیستون در مسیر حرکت روبه پایین خود جلو مجاری تنفس هوای تازه را باز می*کند. در این موقع هوای تازه به شدت وارد سیلندر می*گردد. در همین حال سوپاپ تخلیه نیز باز می*گردد و گازهای حاصل از احتراق بوسیله هوای تازه از سیلندر خارج می*گردند. پس از رسیدن پیستون به نقطه مرگ پایین سیکل جدیدی آغاز می*شود.

موتورهای دیزل و نحوه عملکرد آنها

بسیار از ما با دیدن کامیون های قدرتمند ده ها تنی و بارهای سنگین آنها به این فکر فرو می رویم که عامل به وجود آمدن این قدرت و گشتاور عظیم چه موتوری است ، در کشور ما بر خلاف موتورهای بنزینی که پیشرفت های نسبتا خوبی داشته اند موتورهای دیزلی هیچ پیشرفتی نداشته و خودروهای سنگین فعلی مثل BENZ 911   ، MACK  ، DAF  یا انواع جدیدتر کامیون های قدرتمند FH12  ، HOWO ، ACROS  و …. همگی از تکنولژی صد در صد واردتی استفاده می کنند .

موتورهای دیزلی در ظاهر شبیه به موتورهای بنزینی بوده و تفاوت آنها فقط در مقاوم تر بودن اجزا و متعلقات و اندازه بزرگتر قطعات آنها می باشد ، مثلا پیستون های قدرتمند – میل لنگ های سخت کاری شده و آهنگری پرسی شده – شاتون های فورجینگی قوی و …. می باشد .

اما تفاوت اصلی این موتورها با موتورهای بنزینی در نحوه سوخت رسانی و نحوه اشتعال سوخت است ، در موتورهای بنزینی سوخت در کاربراتور با هوا مخلوط شده و یا توسط انژکتور به هوا اضافه می شد ولی در موتورهای دیزلی هوای خالص وارد سیلندر شده و به حدی متراکم می گردد که با پاشش سوخت درون محفظه آتشین سیلندر احتراق خود به خود آغاز می شود .

همچنین در موتورهای بنزینی نیاز به تشکیلات جرقه زنی از قبیل کوئل – دلکو – وایر های فشار قوی – شمع – مگنت – یا سیستم های جدیدتر سنسور های الکترونیکی جهت تعیین زمان جرقه می باشد ولی در دیزل احتراق خود به خود بوده و نیاز به موارد فوق نمی باشد ، ( در موتورهای جدید دیزل برای بهبود کیفیت احتراق در کنار انژکتور درون سیلندر یک شمع هم جهت ایجاد به موقع جرقه تعبیه شده است ) .

ایجاد فشار در موتور دیزل

همانطور که گفته شد در موتور دیزل سوخت با فشار زیاد درون محفظه سیلندر پاشیده می شود ، ما به ابتدای مسیر سوخت در باک میرویم تا سرنوشت آن را از باک تا انژکتور ( درون سیلندر ) بررسی کنیم .

پمپ اولیه

سوخت از باک توسط پمپ اولیه ( سه گوش ) مکیده می شود ، درون پمپ سه گوش یک پیستون کوچک متصل به دسته پیستون ، فنر ، غلطک که انرژی خود را از بادامک خارج ازمرکز می گیرد ، سوپاپ ورودی و خروجی می باشد .

                        

وقتی بادامک از زیر غلطک خارج می شود پیستون تحت اثر نیروی فنر به سمت پایین رانده می شود و به علت حرکت سریع آن و ازدیاد حجم در فضای بالای آن سوخت وارد آن فضا می شود ، در کورس دوم با بالا آمدن پیستون فشار افزلیش یافته و سوپاپ خروجی باز می شود و سوخت به فیلتر ها می رود .

نحوه عملکرد پمپ اولیه موتور دیزل :

فیلترها

سوخت بر اساس نوع مصرف به طرق مختلفی تصفیه می شود که انواع : موازی – سری موجود است . فیلتر ها معمولا دارای جنس های کاغذی – نمدی – کتانی هستند  که در این میان نوع کاغذی بالا ترین قدرت تصفیه را داشته و در موتورهای کاترپیلار – پرکینز – و ….. که نیاز به دقت تصفیه بالا دارند مورد استعمال دارند .

* قسمت های یاد شده جز مدار فشار ضعیف موتور دیزل می باشند .

پمپ انژکتور

این پمپ به تعداد سیلندر های موتور دارای محفظه هایی به نام بارل می باشد که قطعه ای فولادی به نام پلانجر درون آن حرکت می کند ، با حرکت پلانجر به سمت پایین ، حجم بلای آن زیاد شده و سوخت آن فضا را پر می کند ، و با حرکت پلانجر به سمت بالا تولید فشار آغاز گشته و زمانی که فشار به حد لازم رسید سوپاپ فشار از محل خود بلند شده و اجازه ارسال سوخت را به انژکتور می دهد .

انواع بارل و پلانجر :

پمپ انژکتور بوش (  RQ  )

              

با رسیدن شیار مارپیچ پلانجر به سوراخ ورودی بارل فشار به یک باره افت کرده و سوخت قطع می شود .

لوله های فشار قوی

رابط های بین پمپ انژکتور و انژکتور هستند که از جنس فولاد بدون درز ( مانسمان ) بوده و در این موتورها دارای شرایط خاصی می باشند . از جمله آنکه نباید در پیچها زاویه ای مناسب باشند و همچنین از لحاظ تجهیزات آب بندی و ثابت کننده لوله شرایط مطلوبی داشته باشند که این مهم فقط با اعمال بست های قوی امکان پذیر است .

انژکتور

ایستگاه پایانی بوده و سوخت پس از ورود به آن وارد مجاری آن شده و با فشار خود مخروطی را محل خود بلند کرده و به شکل کاملا گرد در محفظ پاشیده می شوند . انواع آن : سوراخ دار ، لبه دار می باشد .

زماني از موتورهاي ديزل تنها در كاميونها و اتوبوسها و وسايل نقليه سنگين نظير قطارها كشتي ها و جرثقيل ها استفاده مي شد اما با پيشرفتهاي عظيمي كه در زمينه فنآوري موتورهاي ديزل صورت گرفته است و با اضافه شدن علم مكاترونيك كه با كمك و ياري مهندسي برق و كنترل الكترونيك موتورها ، در حال حاضر شاهد روي كار آمدن نسل جديدي از خودروهاي سواري ديزلي در اروپا و تا اندازه اي در آمريكا هستيم كه به دلايل مزيت هاي عمده اي كه اين موتورهاي از نظر بازدهي بيشتر و آلايندگي كمتر دارند كاربرد آنها روز بروز گسترده مي شود .

يك سوم از خوردوهاي سوار ي جديدي كه در اروپا فروخته مي شود با استفاده از موتور ديزل ساخته شده اند كه اين رقم بطور فزاينده اي در حال افزايش است . رانندگان تاكسي و ساير خريداران اتومبيل در اروپا به دليل مزيتهايي كه استفاده از خودروهاي ديزلي دارد از جمله كارآيي بيشتر سوخت ، توان بالاتر و دوام بيشتر به سوي استفاده از اين نوع خودروها روي آورده اند . در اين ميان اما تعداد اندكي از آمريكايي ها هستند كه از اين پيشرفتها تازه و مزاياي آن آگاه باشند . فنآوري كه نه تنها باعث كاهش انتشار گازهاي آلاينده مي شود بلكه سودمندي هاي فراوان ديگري هم دارد .

در اروپا هم اكنون استفاده از سواري هاي ديزلي در بخش حمل و نقل شهري و تاكسي ها عموميت يافته است و به به طرف خودروهاي لوكسي مانند :
BMW و AUDI و MERCEDES BENZ و SAAB و VOLVO نيز كشيده شد ه است و خودروهاي ديزلي با عملكرد بالاو دوام زياد دراين شركت ها در حال ساخته شدن مي باشند .
مزيت افزايش عملكرد خودرو:
موتورهاي ديزل از يك مزيت ذاتي نسبت به خودروهاي بنزيني برخوردار هستند كه عبارت است از عملكرد بالادر راندمان سوخت ، دوام بيشتر ، و آلايندگي كمتر .
مزيتهايي كه موتورهاي ديزل داشته است باعث شده است تا سالها به عنوان موتوري مناسب براي نصب در وسائل نقليه سنگين و كاميونها مورد استفاده قرار بگيرد و در سراسر دنيا و از جمله در امريكا كاربرد گسترده اي داشته باشد . هم اكنون با پيشرفتهايي كه در زمينه موتور ديزل صورت گرفته است همان مزيت ها را براي استفاده در خودروها سبك و سواري كه در اروپا توليد مي شوند نيز بكار گرفته اند .
كارآيي بهتر از نظر مصرف سوخت :
ديزل هاي مورد استفاده در خودروها ي سبك نسبت به خودروهاي بنزيني مشابه و با توجه به نوع رانندگي و نوع خودرو بين 20تا 25% سوخت كمتري مصرف مي كنند . تاكسي هاي ديزلي لندن كه مدل آنها مربوط با سالهاي 2002/2003 بوده است در شهربه ازاي هر 25تا 27 مايل يك گالن گازوئيل مصرف كرده اند كه اين رقم براي سفر هاي بيرون از شهر 32تا 34 مايل به ازاي هر يك گالن گازوئيل بوده است .
توان بيشتر :
موتورهاي ديزلي در مقايسه با موتورهاي بنزيني ، نيروي رانشي ( گشتا ور ) بيشتري را در دور پائين تري از موتور ايجاد مي كنند . اين مزيت گشتارو بالاتر باعث مي شود كه فرآيند احتراق كه بنام احتراق تراكمي ناميده مي شود در اين موتورها بهتر صورت بگيرد .
دوام بيشتر :
موتورهاي ديزل نسبت به موتورهاي جرقه اي و بنزيني از دوام بيشتري برخوردار هستند . موتورهاي ديزل مورد استفاده در خودروها سبك هر گاه بخوبي تحت تعمير و نگهداري قرار بگيرند معمولا بيش از 500 هزار مايل مي توانند كار كنند . فواصل تعمير و نگهداري آنها نيز طولاني تر است . مثلا سازندگان موتور ديزلي مدل : فورد 4/2 ليتري توربو توصيه مي كنند كه هر 9000 مايل يك باربازديد و سرويس معمول موتور انجام گيرد در صورتيكه اين رقم براي خودروهاي بنزيني هر 3000 مايل يكبار بايد انجام گيرد .
حتي در اين عصر جهاني سازي كه ما در آن رندگي ميكنيم بازارهاي خودروهاي سبك ديزلي در اروپا و ايالات متحده از يكديگر جدا مانده است . در حاليكه رانندگان تاكسي در اروپا به اهميت استفاده از خودروهاي سبك ديزلي پي برده اند و با تكنولوژي جديد ديزل وضعيت عملكرد خودروهاي خود را بهبود بخشيده اند و از ان بعنوان يك جايگزني قدرتمند براي خودروهاي بنزيتني قديمي استفاده مي كنند در آمريكا اين گستردگي هنوز بوجود نيامده است و همچنان شاهد بالا بودن مصرف سوخت و واردات مواد نفتي و افزايش آلاينده هاي محيط زيستي هستيم .
كاهش انتشار آلاينده ها :
فنآوري جديد موتورهاي ديزل باعث شده است كه به ميزان بسيار وسيعي از انتشار آلاينده هاي : اكسيد نيتروژن NOx و PM كاسته شود . درحال حاضر با راه پيدا كردن بازارهاي آمريكاي شمالي به اروپا رانندگان تاكسي در لندن از موتورهاي فورد ديزلي 4/2 ليتري كه بصورت تزريق مستقيم سوخت و با استفاده از توربوشارژر، اينتركولر كار مي كند. استفاده مي كنند تعداد زيادي از تاكسي ها و ماشينهاي حمل زباله از مزاياي زيست محيطي و صرفه اقتصادي كه اينگونه ديزل هاي دارند بهره مي گيرند .

 

 


اتاقهای احتراق موتور دیزل

مراحل احتراق سوخت در موتورهای دیزل به نحوی طراحی می شود که افزایش فشار به طور ناگهانی جلوگیری شود در ضمن عملیات شیمیایی احتراق باید کامل و به سرعت پیشرفت کند به این منظور طرح های مختلفی برای اتاق احتراق موتور دیزل در نظر گرفته شده است
1-موتور دیزل با اتاق احتراق باز یا تزریق مستقیم
2-موتور دیزل با اتاق احتراق تقسیم شده یا تزریق غیر مستقیم

موتور دیزل با اتاق احتراق باز

در این نوع محفظه احتراق در یک جا بوده , انقدر کوچک است که در موقع تراکم فشار نسبی زیادی همراه با درجه حرارت بالا تولید کرده , سوخت تزریق شده را به سرعت محترق می کند در این اتاق ها هوا با چرخش زیاد که از طریق مجراهای مارپیچی و یا سوپاپ های لبه دار می گذرد وارد شده حرکت گرد بادی را به وجود می اورد موتور دیزل با اتاق احتراق باز یا تزریق مستقیم که در موتورهای سنگین و صنعتی مصرف گسترده ای دارد و کیفیت احتراق در این روش به موارد زیر بستگی دارد
1- حرکت چرخشی هوا در زمان تراکم
2- نحوی پاشیدن سوخت از نظر شکل , ذرات و فشار
3- اختلاط سوخت , هوا و سرعت تبخیر سوخت
در موتور دیزل سوخت با تزریق مستقیم روی پیستون پاشیده می شود لذا حساسیت احتراق نسبت به نحوی پودر شدن بسیار شدید است بنابراین لازم است از سوخت پاش هایی استفاده شود که سوخت را به صورت کاملا پودری شکل تزریق می کنند به علاوه چون حرکت چرخشی هوا برای سرعت اختلاط ان با سوخت الزامی است برای انجام این کار طرح های مختلفی به کار می برند

روش مان

روش مان طرح جدیدتری در نوع اتاق احتراق باز محسوب می شود که از سال 1924 در کشور المان برای موتورهای کوچک که سرعت نسبتا زیادی دارند ساخته شده است این طرح با انواع دیگر تفاوت های بسیاری دارد یعنی سوخت به طور مماسی در سطح کروی پیستون پاشیده شده , بلافاصله پخش می شود در این طرح تاخیر احتراق عادی است و مصرف سوخت کم و بازده حرارتی نسبتا زیاد است سوخت به طور مماسی به سطح کروی پیستون پاشیده شده با هوای چرخشی به وسیله ی سوپاپ لبه دار به موتور هدایت شده مخلوط می گردد

موتور دیزل با اتاق احتراق تقسیم شده

موتوری است که محفظه ی احتراق ان به چند قسمت تقسیم شده است و بین هر قسمت گلوگاه محدود کننده به وجود امده است به طوری که در مرحله ی احتراق بین قسمت ها اختلاف فشار به وجود می اید در این طرح ها احتراق از محفظه ی فرعی یا قبلی شروع شده به علت کوچکی محفظه اولیه با سرعت زیاد از گلوگاه به محفظه ی اصلی در روی پیستون دمیده می شود موتور دیزل با محفظه ی احتراق تقسیم شده در موتورهای کوچک با دور زیاد کاربرد دارد

خصوصیات این اتاقها به این صورت می باشد

1- افزایش سرعت چرخشی هوا در زمان تراکم به دلیل داشتن گلوگاه بین محفظه های احتراق
2- مرحله ی اول و دوم احتراق به سرعت انجام گرفته , فشار احتراق به شدت بالا می رود
3- اختلاط سوخت و هوا در دو مرحله انجام می گیرد
الف-احتراق مقدماتی و ناقص , سوخت چند درجه قبل از نقطه ی مرگ بالا به محفظه قبلی تزریق گردیده عمل احتراق شروع می شود به این دلیل که حجم محفظه ی قبلی کوچک است فشار به سرعت و تا حدودpsi 1000 یا 70 اتمسفر بالا می رود
ب- در اثر بالا رفتن فشار محفظه ی اولیه سوخت ناقص همراه گازها با سرعت زیاد از گلوگاه وارد محفظه ی اصلی می شود به علت سرعت زیاد هوای چرخشی عملیات شیمیایی احتراق به سرعت تحقق پذیرفته احتراق اصلی تکمیل می شود
4-به دیل گرم بودن قسمتی از محفظه اولیه شروع احتراق به سرعت انجام پذیرفته تاخیر احتراق کاهش می یابد قطعات بکار برده شده معمولا از فولاد سخت و مقاوم در برابر حرارت و ضد زنگ در مقابل عناصر شیمیایی ساخته شده اند و به نحوی در سرسیلندر جا سازی می شوند که انتقال حرارت کم تری با انها انجام گیرد در نتیجه قسمت داخلی محفظه ی اولیه گرم مانده سرعت شروع احتراق افزایش می یابد در شروع کار به علت سرد بودن دیواره محفظه ی اولیه موتور روشن نمی شود که با طرح شمع گرم کن می توان این مشکل را برطرف نمود شمع گرم کن در موقع استارتر زدن برای مدت کوتاهی روشن شده موضع سرخی را در مقابل مسیر پاشیده شدن
به وجود می اورد و باعث روشن شدن سریع موتور می گردد

انواع محفظه احتراق تقسیم شده یا غیر مستقیم

الف-موتور با محفظه احتراق قبلی

در زمان تراکم قسمتی از هوا از گلوگاه وارد محفظه اولیه می شود کمی قبل از پایان زمان تراکم سوخت در محفظه ی اولیه تزریق می گردد اما به علت کمی هوا تمام سوخت نمی تواند با اکسیژن مورد نیاز مخلوط شده احتراق کامل به وجود اورد بنابراین قسمتی از سوخت های اولیه که به دیواره داغ برخورد کرده اکسیژن کسب نموده , می سوزد و به علت کوچکی محفظه ی اولیه فشار ان بالا می رود در نتیجه محتویات محفظه از گلوگاه کوچک با سرعت زیاد وارد محفظه ی اصلی گردیده باعث اختلاط سریع و احتراق کامل کلیه ی ذرات سوخت می شود
معایب
1- به علت بزرگی ساختمان محفظه ها مقدار انرژی تبادل شده زیاد است و در نتیجه بازده حرارتی کاهش یافته و مصرف سوخت بالا می رود

2- در زمان کار به علت فشار هوا به محفظه ی اولیه از قدرت موثر کاسته می شود
3- نسبت تراکم موتور باید خیلی بیشتر از تزریق مستقیم باشد تا فشار لازم در انتهای زمان تراکم به وجود اید
4- در ابتدای کار به علت گرم نبودن محفظه اولیه حرارت اشتعال کافی نیست و به گرمکن نیاز است

ب-موتور با محفظه احتراق گرد بادی

محفظه ی احتراق گرد بادی برای برطرف نمودن معایب روش تزریق مستقیم و موتور با محفظه قبلی طراحی و ساخته شده است محفظه ی گردبادی ممکن است در سرسیلندر و یا در بلوکه ی سیلندر باشد این محفظه در زمان تراکم هوا در جهت مماس با محفظه کروی چرخیده با بالا امدن پیستون به سرعت چرخش ان افزایش می یابد کمی قبل از رسیدن پیستون به نقطه ی مرگ بالا سوخت در هوای متلاطم تزریق شده و به سرعت عملیات اختلاط و تبخیر تکمیل شده , اشتغال سوخت اغاز می شود تفاوت این قسمت با محفظه ی احتراق قبلی عبارت است از:
1- سرعت اشتعال بیشتر
2- شروع تزریق دیرتر است یعنی اوانس کمتری لازم دارد

ج-موتور با محفظه ذخیره هوا

در این طرح هنگام تراکم مانند دو روش قبلی در محفظه کوچک ذخیره هوا نفوذ کرده کمی قبل از نقطه ی مرگ بالا , انژکتور سوخت را به دیواره داغ ان می پاشد بقیه عملیات مانند اتاق احتراق قبلی تکمیل می شود
د-موتور با محفظه مرکب مانند پرکینز محفظه ی احتراق این موتور ترکیبی از دو روش گردبادی و مستقیم است قسمت سرسیلندرقابل جدا شدن می باشد و مشخصه ی مخصوص ان پاشیده شدن سوخت در دو جهت است یکی در محفظه گردبادی و دیگری روی پیستون بنابراین مزایای روش تزریق گردبادی یعنی کار ارام و اختلاط کامل و دیگری تزریق مستقیم یعنی زود روشن شدن موتور را دارا است سرعت این موتور را می توان به 3000RPM و یا بیشتر رساند و بیش ترین گشتاور موتور را در
2500 دور بر دقیقه به دست اورد از مزایای این موتور ان است که به علت سرعت زیاد می توان در موتورهای سواری از ان استفاده نمود خاصیت دیگر موتور ان است که گشتاور ان بین 800 تا 2500 دور بر دقیقه نسبتا ثابت می ماند و حداکثر فشار موتور کم تر از 35 اتمسفر است

 

__________________

كاربرد گازطبيعي در موتورهاي ديزل داراي ابعاد مكانيكي است، با اين حال، كاركردن بر روي آلاينده هاي سيستم گازطبيعي در حيطه تخصص مهندسي شيمي قرار مي گيرد.مقاله زير خلاصه ي رساله دكتراي ناصر سلامي است كه در يك پروژه بين المللي با مشاركت دانشگاه صنعتي شريف، دانشگاه كالگري كانادا، دانشگاه آلبرتاي كانادا و چند شركت صنعتي ديگر كانادايي نگاشته شده است. در اين مقاله به فعاليت هاي علمي در زمينه مبدل هاي كاتاليستي سيستم گازطبيعي و همچنين مواد افزودني سوخت توسط مؤلف انجام گرديده، اشاره شده است

در تيم تحقيقاتي اين پروژه، گروهي مسئوليت موتور و سيستم گازسوز و گروهي ديگر مسئوليت مطالعه و فعاليت روي مبدل كاتاليستي را برعهده داشتند. مبدل كاتاليستي براي بيش از سه دهه در دنيا روي خودروهاي بنزيني مورد استفاده قرار گرفته است. به خصوص تجربه هاي زيادي در اين مقوله براي خودروهاي بنزيني وجود دارد. گرچه مرزهاي دانش دائما در حال توسعه است و تجربه هاي جديدي در زمينه هاي گوناگون مرتبط با مبدل هاي كاتاليستي طرح مي شود و به كار مي روند، ولي مبدل كاتاليستي سيستم گازطبيعي داراي ساختار ويژه اي مي باشد. در خروجي موتورهاي گازسوز، اعم از سيستم سوخت دو گانه اي (Dual Fuel) و سيستم اختصاصي (Dedicated)، متان به عنوان عمده ترين هيدروكربن نسوخته خروجي وجود دارد. در خانواده هيدروكربن ها، مقاوم ترين هيدروكربن در مقابل اكسيداسيون متان است اگر چه در حال حاضر، در برخي از استانداردهاي زيست محيطي، متان به عنوان عامل آلاينده محسوب نمي شود،اين ديدگاه همه گير نيست و مطالعاتي روي تبديل بهينه متان در خروجي موتورها انجام مي گيرد. ما اولين گروهي بوديم كه در اين زمينه در مقوله سوخت دوگانه كار كرديم و بخشي از فناوري هايي را كه پيش از اين در صنايع شيميايي مورد استفاده قرار گرفته بود، براي اولين بار در اين زمينه مورد ارزيابي قرار داديم. از جمله بهره گيري از ايجاد شرايط گذراي برنامه ريزي شده براي افزايش عملكرد رآكتورها در برخي از موارد به اثبات رسيده است.

مشكل اساسي در سيستم سوخت دوگانه اين است كه دماي خروجي موتور براي تبديل متان در اغلب مبدل هاي كاتاليستي كافي نيست. شايد از منظر تئوري و با آزمايش روي متان خالص در آزمايشگاه اين تبديل دشوار نباشد، ولي ماهيت خروجي موتور سوخت دوگانه با حضور ساير تركيبات پيچيده ناشي از احتراق از جمله انواع راديكال هاي آزاد و مولكول هاي گوناگون، مانع تبديل مناسب متان مي شود. از طرفي معمولا عمر مبدل هاي كاتاليستي كه در اين زمينه مورد استفاده قرار مي گيرند، چندان طولاني نيست. طي آزمايش هاي متعدد روي اين سيستم تلاش كرديم تا به كمك ايجاد شرايط ناپايدار، دماي خروجي موتور سوخت دوگانه را به صورت كنترل شده و بدون تغيير در موتور، در ساختار مبدل كاتاليستي افزايش دهيم. اين تجربه جديد بعدها به صورت پتنت در آمد.باتوجه با دانسيته پايين گازطبيعي، حتي در فشارهاي بالا، نياز به حجم ذخيره سازي بيشتري وجود دارد. به عنوان مثال، ارزش حرارتي حجمي گازوئيل پنج برابر بيش از گازطبيعي در فشار 200 بار است. به همين دليل، حجم مورد نياز براي موتور گازسوز براي مسافت معادل پيمايش حدود پنج برابر خواهد بود.در حال حاضر شركت هاي متعددي در اين زمينه در ايران و جهان مشغول فعاليت هستند.

• طرح ساختاري مبدل هاي كاتاليستي

مبدل كاتاليستي سيستم گازطبيعي از نظر اصولي تفاوتي با ساير مبدل هاي موجود در بازار ندارد.به عبارت ديگر، معمولا از قالب هاي متفاوت و متداول سراميكي و فلزي بدين منظور استفاده مي شود. نوع اجزاي فعال كه در ساختار سيستم كاتاليستي اين مبدل تعبيه شده ويژه اجزايي است كه در خروجي موتورهاي گازسوز يافت مي شود. برمبناي نوع موتور مورد نظر، ويژگي هايي به طور اجتناب ناپذير تحميل خواهد شد.از جمله حدود دماي اگزوز، ميزان دبي خروجي از اگزوز (كه معمولا روي زمان اقامت اجزا در مبدل كاتاليستي اثر خواهد گذاشت)، نوع اجزاي موجود در اين سيستم و غلظت اين اجزا از جمله پارامترهايي هستند كه تابع نوع و مشخصات موتور است.در مقوله موتورهاي گازسوز، بسياري از كليات اساسي مشترك هستند.ولي اگر قرار باشد مبدل كاتاليستي براي يك موتور خاص طراحي شود، لازم است پس از شناسايي دقيق موتور، مبدل كاتاليستي مناسب براي آن طراحي شود. از جمله حجم مبدل كاتاليستي به صورت بسيار قابل توجهي به موتور و ميزان خروجي موتور بستگي دارد.مثلا موتوري با حجم دو تا سه ليتر با موتوري كه چند برا بر آن حجم دارد از نظر ميزان و غلظت گازهاي خروجي و مشخصات مبدل كاتاليستي با هم تفاوت دارند.مهم ترين بخش در هر مبدل كاتاليستي، اجزاي فعال كاتاليستي آن است كه بايد بتواند در زمان اقامت محدود اجزاي آلاينده در مبدل ، تبديلات مطلوب را انجام دهد.از سوي ديگر ثبات عملكرد مبدل كاتاليستي در فواصلي مثل 80 هزار كيلومتر يا بيشتر (براي يك وسيله سواري شخصي) يا 150 هزار كيلومتر(براي يك كاميون حمل و نقل بين شهري)، از جمله ضروريات غيرقابل انكار محسوب مي شوند كه در استانداردهاي جهاني كم و بيش مورد توافق است.

در كشور ما سيستم گاز طبيعي اختصاصي مورد توجه بيشتري قرار گرفته است. به اين مفهوم كه گازطبيعي به عنوان تنها سوخت در چرخه اتو (Otto Cycle) و طي احتراق به كمك شمع توليد توان خروجي موتور را ميسر مي سازد.بدين ترتيب موتور را مي توان از ابتدا بر مبناي استفاده از گازطبيعي طراحي كرد يا نظير آنچه در ناوگان اتوبوسراني شركت واحد ملاحظه مي شود، با نصب شمع و اعمال تغييرات لازم از جمله تبديل مكانيزم احتراق از چرخه ديزل به سيكل اتو موتور آماده مصرف گاز طبيعي مي شود. در اين نوع طراحي ، موتور به مصرف گازطبيعي وابسته خواهد شد. در طرح هاي جديد در كشور، براي خودروهاي سواري هم از همين سيستم اختصاصي، البته با حفظ قابليت مصرف بنزين استفاده مي شود.از جمله دلائلي كه براي توسعه نيافتن سيستم سوخت دوگانه در ايران ذكر مي شود، كيفيت نامناسب گازوئيل، به ويژه از جهت ميزان گوگرد است.مزيت ويژه موتور سوخت دوگانه امكان عملكرد با سوخت گازوئيل تنها در مناطق دور از ايستگاه هاي گاز، عمليات بر مبناي چرخه كارآمد ديزل وعملكرد مناسب در بارگذاري كامل و هزينه به مراتب پايين تر موتورهاي مستعمل ديزل است. متأسفانه، توجه سزاواري به اين روش در كشور ما نشده است.

• مواد افزودني سوخت

از جمله ديگر فعاليت ها، مشاركت در يكي از پروژه هايي است كه در سازمان بهينه سازي مصرف سوخت كشور تعريف شده و در حال اجرا است. در اين پروژه ، تلاش به منظور كاهش ميزان مصرف سوخت بر مبناي حداقل تغييرات، يعني استفاده از مواد افزودني در ساختار سوخت مي باشد. درصورت موفقيت، به عنوان روش حل كوتاه مدت يا ميان مدت مي توان با صرف هزينه ناچيز ميزان مصرف سوخت ناوگان كل كشور را در حد سه تا پنج درصد كاهش داد. با درنظر گرفتن ميزان چشمگير مصرف روزانه سوخت در كشور كه بالغ بر چند ده ميليون ليتر است، اين ميزان صرفه جويي به عدد قابل ملاحظه اي تبديل خواهد شد. از طرفي، تغييرات اساسي در ناوگان خودروهاي كشور مستلزم صرف هزينه سنگين و وقت فراوان است. شايد در شرايط كنوني، به كارگيري اين افزودني ها يكي از انتخاب هاي قابل تأمل باشد . لازم به ذكر است كه به طور معمول دو تلقي از لفظ مواد افزودني وجود دارد.يكي افزودني (Additive) كه در مقادير بسيار ناچيز در حدود p.p.m مورد استفاده قرار مي گيرد و ديگر عامل اختلاط (Blending Agent) كه در حد چند درصد به سوخت افزوده مي شود. در اين پروژه گروه اول از مواد افزودني موردنظر است، حال آنكه از گروه دوم مي توان به MTBE اشاره كرد كه به عنوان جايگزين تترا اتيل سرب براي بهبود عدد اكتان مورد استفاده قرار مي گيرد. ماهيت عملكرد اين مواد افزودني بهبود عملكرد احتراق به صورت مستقيم يعني با دخالت در واكنش هاي احتراقي يا با ايجاد تغييرات در عواملي است كه قادرند از طريق تغيير در خواص فيزيكي منجر به افزايش راندمان احتراق شوند. در اين مرحله، شناسايي كارآيي مواد افزودني گوناگوني موردنظر است كه در سطوح ملي و جهاني و از طريق فراخوان شناسايي شده اند. چون پيش از اين انگيزه اي در سطح ملي براي سرمايه گذاري در اين زمينه وجود نداشته است، توقع گرفتن پاسخ از داخل كشور كمتر است و عمده پيشنهادها از طريق شركت هاي توانمند بين المللي دريافت شده اند.بي ترديد درصورت رسيدن به نتايج مثبت، امكان برنامه ريزي براي توليد داخلي در آينده وجود دارد.برنامه بر اساس اجراي آزمايش هاي كنترلي تدوين شده است كه بتوان ضمن كاهش مصرف ، از عملكرد صحيح موتور با سوخت حاوي ماده افزودني از جهات مختلف، از جمله توان خروجي، جنبه هاي زيست محيطي،عدم تأثير سوء در دراز مدت و موارد مشابه اطمينان حاصل نمود.

• سخن آخر

سخن آخر، لزوم مشاركت بخش هاي گوناگون صنعت با دانشگاه براي رسيدن به موفقيت است. صنعت و دانشگاه نمي توانند به صورت منفرد داعيه موفقيت داشته باشند. وظيفه دانشگاه نه تنها مشاركت در توسعه علمي و صنعتي است، بلكه تربيت نيروهاي كارآمدي است كه بتوانند در عرصه صنعت كوشا باشند. اين مهم تنها با حضور فعال دانشجويان مستعد در پروژه هاي واقعي صنعتي مقدور است، تجربه اي كه دنياي صنعتي به خوبي طعم شيرين ثمرات آن را چشيده است. نكته ديگر آنكه سپردن بودجه هاي صنعتي به دست سازمان ها و شركت هايي كه فاقد انگيزه لازم براي صرف مناسب آن هستند به تضييع اين بودجه ها خواهد انجاميد و بالاخره بايد توجه داشت كه صرف همكاري دانشگاه با صنعت، بدون حضور مستمر متخصصان صنعت در بطن پروژه هاي پژوهشي ثمري نخواهد داشت. مشاركت كارشناسان زبده صنعت،منجر به هدايت پروژه ها در مرحله اجرا به سوي نيازهاي اساسي صنعت خواهد گرديد