افزایش بهره‌وری سوخت با موتورهای دیزلی

طرز کار موتور دیزلی موتورهای دیزل بر اساس نحوه کارکردن به دو دسته موتورهای چهارزمانه و دوزمانه تقسیم می‌شوند. لیکن در هر دوی این موتورها چهار عمل اصلی انجام می‌گردد که عبارتند از مکش یا تنفس - تراکم یا فشار - کار یا انفجار و تخلیه یا دود. 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 پایین‌ترین مکان خود در سیلندر (نقطه مرگ پایین) حرکت می‌کند در این زمان سوپاپ تخلیه بسته است و سوپاپ هوا باز است. با پایین آمدن پیستون یک خلا نسبی در سیلندر ایجاد می‌شود و هوای خالص از طریق مجرای سوپاپ هوا وارد سیلندر می‌گردد. در انتهای این زمان سوپاپ هوا بسته شده و هوای خالص در سیلندر حبس می‌گردد.

زمان تراکم

پیستون از نقطه مرگ پایین به طرف بالا (تا نقطه مرگ بالا) حرکت می‌کند و در حالیکه هر دو سوپاپ بسته‌اند (سوپاپ هوا و سوپاپ تخلیه) هوای داخل سیلندر متراکم می‌گردد و نسبت تراکم به 15 تا 20 برابر می‌رسد. فشار داخل سیلندر تا حدود 40 اتمسفر بالا می‌رود و بر اثر این تراکم زیاد حرارت هوا داخل سیلندر به شدت افزایش یافته و به حدود 600 درجه سانتیگراد می‌رسد.

زمان قدرت

در انتهای زمان تراکم در حالیکه هر دو سوپاپ همچنان بسته‌اند و پیستون به نقطه مرگ بالا می‌رسد مقداری سوخت روغنی (گازوئیل) به درون هوا فشرده و داغ موجود در محفظه احتراق پاشیده می‌شود و ذرات سوخت در اثر این درجه حرارت زیاد محترق می‌گردند. پس از خاتمه تزریق سوخت عمل سوختن تا حدود 3/2 از زمان قدرت ادامه پیدا می‌کند.

فشار زیاد گازهای منبسط شده (به علت احتراق) پیستون را به طرف پایین و تا نقطه مرگ پایین می‌راند. حرکت پیستون از طریق شاتون به میل‌لنگ منتقل می‌شود و موجب گردش میل‌لنگ می‌گردد. در این مرحله حرارت گازهای مشتعل شده به 2000 درجه سانتیگراد می‌رسد و فشار داخل سیلندر تا حدود 80 اتمسفر افزایش می‌یابد.

زمان تخلیه

با رسیدن پیستون به نقطه مرگ پایین در مرحله قدرت، سوپاپ تخلیه باز می‌شود و به گازهای سوخته تحت فشار اولیه اجازه می‌دهد سیلندر را ترک کند. پس پیستون از نقطه مرگ پایین به طرف بالا حرکت می‌کند و تمام گازهای سوخته را بیرون از سیلندر می‌راند. در پایان پیستون یکبار دیگر به طرف پایین حرکت می‌کند و با شروع زمان تنفس سیکل جدیدی آغاز می‌گردد. 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 می‌بندد، اصول کار این موتورها در دوزمان است، که در واقع در هر دور چرخش میل‌لنگ اتفاق می‌افتد.

زمان اول: پیستون از نقطه مرگ پایین به طرف بالا و تا نقطه مرگ بالا حرکت می‌کند. در این زمان پیستون پس از عبور از جلو مجاری تنفس هوای تازه را تاحد معینی متراکم می‌سازد. 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 پودر شده به درون هوای متراکم شده و داغ موجود در محفظه احتراق پاشیده می‌شود و ذرات سوخت محترق می‌گردد. فشار زیاد گازهای محترق شده پیستون را به طرف پایین می‌راند. پیستون در مسیر حرکت روبه پایین خود جلو مجاری تنفس هوای تازه را باز می‌کند. در این موقع هوای تازه به شدت وارد سیلندر می‌گردد. در همین حال سوپاپ تخلیه نیز باز می‌گردد و گازهای حاصل از احتراق بوسیله هوای تازه از سیلندر خارج می‌گردند. پس از رسیدن پیستون به نقطه مرگ پایین سیکل جدیدی آغاز می‌شود. نقطهء مرگ بالا همان T.D.C است. نقطه مرگ پائین همان B.D.C است.

در این تصویر جان بدنرچیک، مهندس ارشد پروژه را می بینید که روی یک دستگاه شورلت مالیبوی 2013 تست دود را انجام می‌دهد. این خودرو یکی از خودروهای منتخب جنرال موتورز برای کاهش ایرادهای آیرودینامیک است.

بدنرچیک زمانی که شنید این شرکت قصد دارد ضریب رانش مالیبوی جدید را به 0.29 کاهش دهد، آنرا بسیار چالش‌برانگیز دانست، چون این خودرو می‌بایست جانشین نمونه‌ای می‌شد که ضریب رانش آن 0.35 بود. بد نیست بدانید ضریب رانش تویوتا پریوس هیبریدی 0.25 است در حالی که وانت ساخت فورد در سال 2012 ضریب رانشی حدود 0.40 دارد. این ضریب هر چقدر کمتر باشد نیروی کمتری برای به حرکت درآوردن جسم نیاز خواهد بود.

او می‌گوید: «تا چند سال پیش مهندسان فکر می‌کردند برای رسیدن به این ضریب رانش باید ظاهر خودرو تغییر پیدا کند؛ اما امروزه می‌دانیم می‌توان با ایجاد تغییرات اندک و استفاده از پنل‌هایی در زیر بدنه خودرو یا دریچه‌های هوایی که در شرایط گوناگون مطابق با دور موتور یا سرعت وسیله نقلیه نیمه یا کاملا بسته می‌شوند به این عدد رسید. هدف اصلی کاهش حداکثری هوایی است که از زیر کاپوت عبور می‌کند و باید به اندازه‌ای باشد که موتور برای خنک شدن یا سیستم‌های تهویه برای عملکرد صحیح به آن نیاز دارند. »

بین 3تا 11درصد از حجم انرژی مصرفی در خودروها را اشکالات آیرودینامیکی به خود اختصاص می‌دهند. بدنرچیک که موفق شده با انجام تغییراتی مصرف نمونه جدید مالیبو را به 8.34 لیتر در هر 100 کیلومتر کاهش دهد، می‌گوید به تنهایی کار بزرگی را انجام داده و در هزینه‌های جاری و بنزین مصرفی خریداران کاهش قابل‌توجهی را ایجاد کرده است.

کارشناسان تخمین می‌زنند این تغییرات در نهایت باعث شوند قیمت خودروهای آینده حدود 2000دلار از نمونه‌های کنونی گران‌تر باشند. این در حالی است که در هزینه سوخت مصرفی این خودروها در طول عمر مفید آنها بین 5200 تا 6600 دلار صرفه‌جویی خواهد شد.

منابع: خبر آنلاین، ویکی پدیا