موتور دیزل، نوعی موتور احتراق داخلی است که در آن احتراق سوخت در اثر افزایش دمای هوا در سیلندر به دلیل فشرده سازی مکانیکی ایجاد می شود. بنابراین، موتور دیزل به اصطلاح یک موتور احتراق تراکمی (موتور CI) است. این در تضاد با موتورهایی است که از احتراق شمع مخلوط هوا و سوخت استفاده می کنند، مانند موتور بنزینی ( موتور بنزینی ) یا موتور گازی (با استفاده از سوخت گازی مانند گاز طبیعی یا گاز مایع ).
موتورهای دیزلی تنها با فشرده سازی هوا یا هوا به اضافه گازهای احتراق باقیمانده از اگزوز کار می کنند (به عنوان گردش مجدد گاز اگزوز (EGR) شناخته می شود). هوا در طول ضربه ورودی به محفظه القا می شود و در طول ضربه فشرده سازی فشرده می شود. این امر دمای هوای داخل سیلندر را به حدی افزایش می دهد که سوخت دیزل اتمیزه شده تزریق شده به محفظه احتراق مشتعل می شود. با تزریق سوخت به هوا درست قبل از احتراق، پراکندگی سوخت ناهموار است. این مخلوط هوا-سوخت ناهمگن نامیده می شود. گشتاور تولیدی یک موتور دیزل با دستکاری نسبت هوا به سوخت (λ) کنترل می شود . موتور دیزل به جای مهار کردن هوای ورودی، به تغییر مقدار سوخت تزریق شده متکی است و نسبت هوا به سوخت معمولاً بالا است.
موتور دیزل دارای بالاترین راندمان حرارتی ( بازده موتور ) در بین هر موتور احتراق داخلی یا خارجی عملی است که به دلیل نسبت انبساط بسیار بالا و سوزاندن بدون چربی ذاتی است که باعث اتلاف گرما توسط هوای اضافی می شود. در مقایسه با موتورهای بنزینی بدون تزریق مستقیم، از کاهش بازده کمی نیز جلوگیری می شود زیرا سوخت نسوخته در هنگام همپوشانی سوپاپ وجود ندارد و بنابراین هیچ سوختی مستقیماً از ورودی/پاشش به اگزوز نمی رود. موتورهای دیزلی با سرعت پایین (همانطور که در کشتی‌ها و سایر کاربردهایی که وزن کلی موتور نسبتاً بی‌اهمیت است استفاده می‌شود) می‌توانند تا 55 درصد راندمان مؤثری داشته باشند. توربین گازی سیکل ترکیبی (سیکل بریتون و رانکین) یک موتور احتراقی است که از موتورهای دیزلی کارآمدتر است، اما به دلیل جرم و ابعادش برای وسایل نقلیه ، کشتی‌های آبی یا هواپیما نامناسب است.
موتورهای دیزلی ممکن است به صورت دو زمانه یا چهار زمانه طراحی شوند. آنها در ابتدا به عنوان یک جایگزین کارآمدتر برای موتورهای بخار ثابت استفاده می شدند . از دهه 1910، آنها در زیردریایی ها و کشتی ها مورد استفاده قرار گرفتند. استفاده در لوکوموتیوها، اتوبوس ها، کامیون ها، تجهیزات سنگین ، تجهیزات کشاورزی و نیروگاه های تولید برق بعداً دنبال شد. در دهه 1930، آنها به آرامی در چند خودرو استفاده شدند. از دهه 1970، استفاده از موتورهای دیزلی در وسایل نقلیه بزرگتر روی جاده و خارج از جاده در ایالات متحده افزایش یافته است. طبق گفته کنراد ریف (2012)، میانگین اتحادیه اروپا برای خودروهای دیزلی نیمی از خودروهای تازه ثبت نام شده را تشکیل می دهد.
بزرگترین موتورهای دیزلی جهان که در خدمت هستند موتورهای دیزل دریایی 14 سیلندر و دو زمانه هستند. اوج قدرت هر کدام تقریبا 100 مگاوات است
ایده و حق اختراع رودولف دیزل
در سال 1893 رودولف دیزل اختراع خود در مورد موتور حرارتی منطقی را به ثبت رساند.
دومین نمونه اولیه دیزل این اصلاح اولین موتور آزمایشی است. در 17 فوریه 1894، این موتور برای اولین بار با قدرت خود کار کرد.
راندمان موثر 16.6%
مصرف سوخت 519 g·kW -1 ·h -1
اولین موتور دیزلی کاملاً کاربردی، طراحی شده توسط ایمانوئل لاستر، از ابتدا ساخته شد و تا اکتبر 1896 به پایان رسید . .
در سال 1878، رودولف دیزل ، که دانشجوی “Polytechnikum” در مونیخ بود، در سخنرانی های کارل فون لینده شرکت کرد. لیند توضیح داد که موتورهای بخار قادرند تنها 6 تا 10 درصد انرژی گرمایی را به کار تبدیل کنند، اما چرخه کارنو اجازه می دهد تا با تغییر همدما در شرایط، مقدار بیشتری از انرژی گرمایی را به کار تبدیل کند. به گفته دیزل، این ایده ایجاد یک موتور بسیار کارآمد را برانگیخت که بتواند روی چرخه کارنو کار کند. دیزل همچنین در معرض یک پیستون آتش سوزی قرار گرفت، یک استارت کننده آتش سنتی با استفاده از آدیاباتیک سریعاصول فشرده سازی که Linde از آسیای جنوب شرقی به دست آورده بود . پس از چندین سال کار روی ایده‌های خود، دیزل آنها را در سال 1893 در مقاله نظریه و ساخت موتور حرارتی منطقی منتشر کرد.
دیزل به‌خاطر مقاله‌اش به شدت مورد انتقاد قرار گرفت، اما تنها تعداد کمی اشتباهی را که او مرتکب شده بود، یافتند. موتور حرارتی منطقی او قرار بود از یک چرخه دمای ثابت (با تراکم همدما) استفاده کند که به سطح تراکم بسیار بالاتری نسبت به اشتعال تراکمی نیاز دارد. ایده دیزل این بود که هوا را چنان محکم فشرده کند که دمای هوا از دمای احتراق بیشتر شود. با این حال، چنین موتوری هرگز نمی تواند کار قابل استفاده ای را انجام دهد. در اختراع 1892 ایالات متحده (اعطا شده در 1895) شماره 542846، دیزل فشرده سازی مورد نیاز برای چرخه خود را شرح می دهد:
هوای خالص اتمسفر طبق منحنی 12 به حدی فشرده می شود که قبل از احتراق یا احتراق، بالاترین فشار نمودار و بالاترین دما به دست می آید، یعنی دمایی که در آن دمای بعدی حاصل می شود. احتراق باید اتفاق بیفتد نه نقطه اشتعال یا اشتعال.برای روشن تر شدن این موضوع، فرض کنید که احتراق بعدی باید در دمای 700 درجه انجام شود.در آن صورت فشار اولیه باید شصت و چهار اتمسفر باشد. یا برای 800 درجه سانتیگراد فشار باید نود اتمسفر باشد و غیره. سپس به تدریج از سوخت ریز تقسیم شده بیرونی به هوای فشرده وارد می شود که در بدو ورود مشتعل می شود، زیرا هوا در دمای بسیار بالاتر از اشتعال قرار دارد. نقطه سوختویژگی‌های بارز چرخه طبق اختراع کنونی من افزایش فشار و دما تا حداکثر، نه از طریق احتراق، بلکه قبل از احتراق با فشرده‌سازی مکانیکی هوا، و پس از انجام بعدی کار بدون افزایش فشار است. و درجه حرارت با احتراق تدریجی در طول یک بخش تعیین شده از سکته مغزی که توسط روغن برش تعیین می شود.
در ژوئن 1893، دیزل متوجه شد که چرخه اصلی او کار نمی کند و چرخه فشار ثابت را اتخاذ کرد. دیزل این چرخه را در درخواست ثبت اختراع خود در سال 1895 شرح می دهد. توجه داشته باشید که دیگر خبری از دمای تراکم بیش از دمای احتراق نیست. اکنون به سادگی بیان می شود که فشرده سازی باید برای شروع احتراق کافی باشد.
«1. در یک موتور احتراق داخلی، ترکیب سیلندر و پیستون ساخته شده و چیده شده تا هوا را تا درجه ای فشرده کند که دمایی بالاتر از نقطه اشتعال سوخت ایجاد کند، منبعی برای هوای فشرده یا گاز؛ منبع سوخت. ؛ یک سوپاپ توزیع کننده برای سوخت، یک گذر از منبع هوا به سیلندر در ارتباط با سوپاپ توزیع کننده سوخت، یک ورودی به سیلندر در ارتباط با منبع هوا و با سوپاپ سوخت، و یک کات روغن ، اساساً همانطور که توضیح داده شد.” به ثبت اختراع ایالات متحده شماره 608845 ثبت شده در 1895 / اعطا شده در 1898 مراجعه کنید
در سال 1892، دیزل اختراعاتی را در آلمان ، سوئیس ، انگلستان و ایالات متحده برای “روش و دستگاه تبدیل گرما به کار” دریافت کرد. در سالهای 1894 و 1895، او اختراعات و ضمیمه هایی را در کشورهای مختلف برای موتور خود ثبت کرد. اولین اختراعات در اسپانیا (شماره 16654)، فرانسه (شماره 243،531) و بلژیک (شماره 113،139) در دسامبر 1894، و در آلمان (شماره 86،633) در سال 1895 و ایالات متحده (شماره. 608845) در سال 1898.
دیزل در یک دوره زمانی چندین ساله مورد حمله و انتقاد قرار گرفت. منتقدان ادعا کردند که دیزل هرگز موتور جدیدی اختراع نکرد و اختراع موتور دیزل تقلب است. اتو کوهلر و امیل کاپیتان دو نفر از برجسته ترین منتقدان دوران دیزل بودند. کوهلر مقاله ای را در سال 1887 منتشر کرده بود که در آن موتوری مشابه موتوری را که دیزل در مقاله خود در سال 1893 توصیف می کند توصیف می کند. کوهلر متوجه شد که چنین موتوری نمی تواند کاری انجام دهد. امیل کاپیتان در اوایل دهه 1890 یک موتور نفتی با جرقه زنی لوله درخشان ساخته بود.او بر خلاف قضاوت بهتر خود ادعا کرد که موتور جرقه زنی لوله درخشان او به همان شیوه موتور دیزل کار می کند. ادعاهای او بی‌اساس بود و شکایت حق اختراع علیه دیزل را از دست داد. موتورهای دیگر، مانند موتور Akroyd و موتور Brayton نیز از چرخه کاری متفاوت با چرخه موتور دیزل استفاده می کنند. فردریش ساس می گوید که موتور دیزل “کار خود” دیزل است و هر “افسانه دیزل” ” جعل تاریخ ” است.
اولین موتور دیزل
دیزل به دنبال شرکت ها و کارخانه هایی بود که موتور او را بسازند. او با کمک موریتز شروتر و ماکس گوترموث موفق شد کروپ را در اسن و ماشینن فابریک آگسبورگ را متقاعد کند.قراردادها در آوریل 1893 امضا شد، و در اوایل تابستان 1893، اولین نمونه اولیه موتور دیزل در آگسبورگ ساخته شد. در 10 اوت 1893، اولین احتراق رخ داد، سوخت مورد استفاده بنزین بود. در زمستان 1893/1894، دیزل موتور موجود را دوباره طراحی کرد و تا 18 ژانویه 1894، مکانیک او آن را به نمونه اولیه دوم تبدیل کرد. در ژانویه همان سال، یکسیستم تزریق هوا انفجار به سر سیلندر موتور اضافه شد و مورد آزمایش قرار گرفت. فردریش ساس استدلال می‌کند که می‌توان فرض کرد که دیزل مفهوم تزریق انفجار هوا را از جورج بی برایتون کپی کرده است ، هرچند که دیزل به طور قابل‌توجهی سیستم را بهبود بخشیده است. در 17 فوریه 1894، موتور بازطراحی شده 88 دور – یک دقیقه کار کرد.با این خبر، سهام Maschinenfabrik Augsburg تا 30٪ افزایش یافت که نشان دهنده تقاضاهای پیش بینی شده فوق العاده برای یک موتور کارآمدتر است. در 26 ژوئن 1895، موتور به راندمان موثر 16.6٪ دست یافت و مصرف سوخت 519 g·kW -1 ·h -1 داشت. با این حال، با وجود اثبات مفهوم، موتور مشکلاتی ایجاد کرد، و دیزل نتوانست هیچ پیشرفت قابل توجهی را به دست آورد. بنابراین، کروپ به فکر فسخ قراردادی بود که با دیزل بسته بود. دیزل مجبور شد طراحی موتور خود را بهبود بخشد و برای ساخت نمونه اولیه موتور سوم عجله کرد. بین 8 نوامبر و 20 دسامبر 1895، دومین نمونه اولیه با موفقیت بیش از 111 ساعت را روی میز آزمایش پشت سر گذاشت. در گزارش ژانویه 1896، این یک موفقیت در نظر گرفته شد.
در فوریه 1896، دیزل به فکر سوپرشارژ کردن سومین نمونه اولیه بود. ایمانوئل لاستر ، که به او دستور داده شد تا نمونه سوم ” موتور 250/400 ” را بکشد، نقشه ها را تا 30 آوریل 1896 به پایان رسانده بود. در تابستان همان سال موتور ساخته شد، در 6 اکتبر 1896 تکمیل شد. آزمایش‌ها تا اوایل سال 1897 انجام شد.اولین آزمایش‌های عمومی در 1 فوریه 1897 آغاز شد.آزمایش موریتز شروتر در 17 فوریه 1897 آزمایش اصلی موتور دیزل بود. موتور 13.1 کیلووات با مصرف سوخت ویژه 324 g·kW -1 ·h -1 که منجر به راندمان مؤثر 26.2٪ شد. تا سال 1898، دیزل میلیونر شده بود.
جدول زمانی
دهه 1890
1893: مقاله رودولف دیزل با عنوان نظریه و ساخت موتور حرارتی منطقی ارائه شد.
1893: 21 فوریه، دیزل و Maschinenfabrik Augsburg قراردادی را امضا کردند که به دیزل اجازه ساخت نمونه اولیه موتور را داد.
1893: 23 فوریه، دیزل حق اختراع (RP 67207) را با عنوان روش ها و تکنیک های کاری برای موتورهای احتراق داخلی به دست آورد.
1893: 10 آوریل، دیزل و کروپ قراردادی را امضا کردند که به دیزل اجازه ساخت نمونه اولیه موتور را داد.
1893: 24 آوریل، هر دو Krupp و Maschinenfabrik Augsburg تصمیم گرفتند با یکدیگر همکاری کنند و فقط یک نمونه اولیه را در آگسبورگ بسازند.
1893: جولای، اولین نمونه اولیه تکمیل شد.
1893: 10 اوت، دیزل برای اولین بار سوخت (بنزین) را تزریق کرد که منجر به احتراق شد و نشانگر را از بین برد .
1893: 30 نوامبر، دیزل برای ثبت اختراع (RP 82168) برای فرآیند احتراق اصلاح شده درخواست داد. او آن را در 12 ژوئیه 1895 به دست آورد.
1894: 18 ژانویه، پس از اینکه اولین نمونه اولیه برای تبدیل شدن به نمونه اولیه اصلاح شد، آزمایش با نمونه اولیه دوم آغاز شد.
1894: 17 فوریه، دومین نمونه اولیه برای اولین بار اجرا شد.
1895: 30 مارس، دیزل برای ثبت اختراع (RP 86633) برای شروع فرآیند با هوای فشرده درخواست داد.
1895: 26 ژوئن، دومین نمونه اولیه آزمایش ترمز را برای اولین بار پشت سر گذاشت.
1895: دیزل برای دومین اختراع ثبت اختراع ایالات متحده به شماره 608845 درخواست داد
1895: 8 نوامبر – 20 دسامبر، یک سری آزمایش با نمونه اولیه دوم انجام شد. در مجموع 111 ساعت کار ثبت شده است.
1896: 30 آوریل، ایمانوئل لاستر نقاشی های سومین و آخرین نمونه اولیه را تکمیل کرد.
1896: 6 اکتبر، سومین و آخرین نمونه اولیه موتور تکمیل شد.
1897: 1 فوریه، نمونه اولیه موتور دیزل کار می کند و در نهایت برای آزمایش و تولید بازده آماده می شود.
1897: 9 اکتبر، آدولفوس بوش مجوز موتور دیزل را برای ایالات متحده و کانادا صادر کرد.
1897: 29 اکتبر، رودولف دیزل حق اختراع (DRP 95680) را در مورد سوپرشارژ کردن موتور دیزل به دست آورد.
1898: 1 فوریه، Diesel Motoren-Fabrik Actien-Gesellschaft ثبت شد.
1898: مارس، اولین موتور دیزل تجاری، با قدرت 2×30 اسب بخار (2×22 کیلووات)، در کارخانه Kempten در Vereinigte Zündholzfabriken AG [60] [61] نصب شد.
1898: 17 سپتامبر، انجمن عمومی موتورهای دیزل A.-G. تاسیس شده است.
1899: اولین موتور دیزلی دو زمانه که توسط هوگو گولدنر اختراع شد ، ساخته شد.
دهه 1900
یک موتور دیزلی پیستونی صندوق عقب MAN DM که در سال 1906 ساخته شد. سری MAN DM یکی از اولین موتورهای دیزلی موفق تجاری محسوب می شود.
1901: ایمانوئل لاستر اولین موتور دیزلی پیستونی صندوق عقب (DM 70) را طراحی کرد.
1901: تا سال 1901، MAN 77 سیلندر موتور دیزل را برای استفاده تجاری تولید کرد.
1903: دو کشتی دیزلی برای اولین بار برای عملیات رودخانه و کانال راه اندازی شد: نفتکش Vandal Naphtha و Sarmat
1904: فرانسوی ها اولین زیردریایی دیزلی به نام Aigrette را به آب انداختند .
1905: 14 ژانویه: دیزل برای ثبت اختراع در مورد تزریق واحد (L20510I/46a) درخواست داد.
1905: اولین توربوشارژر و اینترکولر موتور دیزل توسط بوچی ساخته شد.
1906: شرکت سهام کارخانه موتور دیزل منحل شد
1908: پتنت های دیزل منقضی می شوند.
1908: اولین کامیون (کامیون) با موتور دیزل ظاهر شد.
1909: 14 مارس، Prosper L’Orange برای ثبت اختراع در مورد تزریق محفظه پیش احتراق درخواست داد. او بعداً اولین موتور دیزل را با این سیستم ساخت.
دهه 1910
1910: MAN شروع به ساخت موتورهای دیزلی دو زمانه کرد.
1910: 26 نوامبر، جیمز مک کچینی برای ثبت اختراع در مورد تزریق واحد درخواست داد. برخلاف دیزل، او موفق شد انژکتورهای واحد کار را با موفقیت بسازد.
1911: 27 نوامبر، انجمن عمومی موتورهای دیزل A.-G. منحل می شود.
1911: کارخانه کشتی سازی Germania در کیل موتورهای دیزلی 850 اسب بخاری (625 کیلووات) را برای زیردریایی های آلمانی ساخت. این موتورها در سال 1914 نصب شده اند.
1912: MAN اولین موتور دیزلی پیستونی دو زمانه را ساخت.
1912: اولین لوکوموتیو با موتور دیزل در راه آهن Winterthur-Romanshorn سوئیس استفاده شد .
1912: سلندیا اولین کشتی اقیانوس پیما با موتورهای دیزلی بود.
1913: دیزل های NELSECO بر روی کشتی های تجاری و زیردریایی های نیروی دریایی ایالات متحده نصب شد .
1913: 29 سپتامبر، رودولف دیزل هنگام عبور از کانال انگلیسی در SS Dresden به طرز مرموزی درگذشت .
1914: MAN موتورهای دو زمانه 900 اسب بخاری (662 کیلووات) را برای زیردریایی های هلندی ساخت.
1919: Prosper L’Orange حق ثبت اختراع را بر روی یک درج محفظه پیش احتراق با یک نازل تزریق سوزن به دست آورد .
اولین موتور دیزل از کامینز دهه 1920
فیربنکس مورس مدل 32
1923: در نمایشگاه Königsberg DLG، اولین تراکتور کشاورزی با موتور دیزلی، نمونه اولیه Benz-Sendling S6 ارائه شد.
1923: 15 دسامبر، اولین کامیون با موتور دیزل تزریق مستقیم توسط MAN آزمایش شد. در همان سال، بنز یک کامیون با موتور دیزل تزریقی محفظه پیش احتراق می‌سازد.
1923: اولین موتور دیزل دو زمانه با مهار جریان مخالف ظاهر شد.
1924: Fairbanks-Morse Y-VA دو زمانه را معرفی کرد (که بعداً به مدل 32 تغییر نام داد).
1925: Sendling شروع به تولید انبوه یک تراکتور کشاورزی با موتور دیزل کرد.
1927: بوش اولین پمپ تزریق خطی را برای موتورهای دیزلی وسایل نقلیه موتوری معرفی کرد.
1929: اولین خودروی سواری با موتور دیزلی ظاهر شد. موتور آن یک موتور اتو است که برای استفاده از اصل دیزل و پمپ تزریق بوش اصلاح شده است. چندین نمونه اولیه دیگر از خودروهای دیزلی در ادامه می آیند.
دهه 1930
1933: Junkers Motorenwerke در آلمان تولید موفق ترین موتور دیزلی هوانوردی تمام دوران به نام Jumo 205 را آغاز کرد. با شروع جنگ جهانی دوم ، بیش از 900 نمونه تولید شد. قدرت برخاست نامی آن 645 کیلو وات است.
1933: جنرال موتورز از موتور دیزلی دو زمانه Winton 201A با ریشه جدید خود برای نیرو بخشیدن به نمایشگاه مونتاژ خودرو خود در نمایشگاه جهانی شیکاگو ( یک قرن پیشرفت ) استفاده کرد. [96] این موتور در چندین نسخه از 600 تا 900 اسب بخار (447-671 کیلووات) ارائه می شود.
1934: شرکت باد اولین قطار مسافربری دیزلی-الکتریکی را در ایالات متحده به نام پایونیر زفیر 9900 با استفاده از موتور Winton ساخت.
1935: سیتروئن روزالی به یک موتور دیزل تزریقی محفظه چرخشی اولیه برای اهداف آزمایش مجهز شد. دایملر-بنز شروع به تولید مرسدس بنز OM 138 کرد، اولین موتور دیزلی تولید انبوه برای خودروهای سواری، و یکی از معدود موتورهای دیزلی خودروهای سواری قابل فروش در زمان خود. قدرت آن 45 اسب بخار (33 کیلووات) است.
1936: 4 مارس، کشتی هوایی LZ 129 Hindenburg ، بزرگترین هواپیمای ساخته شده تا کنون، برای اولین بار به پرواز درآمد. او دارای چهار موتور دیزلی V16 دایملر-بنز LOF 6 است که هر کدام 1200 اسب بخار (883 کیلووات) قدرت دارند.
1936: ساخت اولین خودروی سواری تولید انبوه با موتور دیزلی ( مرسدس بنز 260 D ) آغاز شد.
1937: کنستانتین فئودوروویچ چلپان موتور دیزلی V-2 را توسعه داد که بعدها در تانک های T-34 شوروی استفاده شد و به طور گسترده به عنوان بهترین شاسی تانک در جنگ جهانی دوم شناخته شد.
1938: جنرال موتورز بخش GM Diesel را تشکیل داد که بعداً به دیترویت دیزل تبدیل شد و موتور دو زمانه با سرعت متوسط اسب بخار خطی سری 71 را معرفی کرد که برای وسایل نقلیه جاده ای و استفاده دریایی مناسب است.
دهه 1940
1946: Clessie Cummins حق اختراع را در مورد دستگاه تغذیه و تزریق سوخت برای موتورهای روغن سوز به دست آورد که دارای اجزای جداگانه برای ایجاد فشار تزریق و زمان تزریق است.
1946: Klöckner-Humboldt-Deutz (KHD) یک موتور دیزلی تولید انبوه با هوا خنک را به بازار معرفی کرد.
دهه 1950
پیستون یک موتور دیزلی از نوع محفظه احتراق مرکزی MAN M-System ( 4 VD 14,5/12-1 SRW )
دهه 1950: KHD به رهبر بازار جهانی موتورهای دیزلی هوا خنک تبدیل شد.
1951: J. Siegfried Meurer حق ثبت اختراع M-System را به دست آورد ، طرحی که دارای یک محفظه احتراق کره مرکزی در پیستون است (DBP 865683).
1953: اولین تولید انبوه موتور دیزل ماشین سواری با محفظه چرخشی (بورگوارد/فیات).
1954: دایملر-بنز مرسدس بنز OM 312 A را معرفی کرد ، یک موتور دیزل صنعتی 4.6 لیتری مستقیم تولیدی سری 6 با توربوشارژر، با قدرت 115 اسب بخار (85 کیلووات). ثابت می کند که غیر قابل اعتماد است.
1954: ولوو یک سری دسته کوچک 200 واحدی از نسخه توربوشارژ موتور TD 96 را تولید کرد. این موتور 9.6 لیتری 136 کیلووات قدرت دارد.
1955: توربوشارژ برای موتورهای دیزل دریایی دو زمانه MAN استاندارد شد.
1959: پژو 403 اولین سدان/سالن سواری تولید انبوه شد که در خارج از آلمان غربی تولید شد و با گزینه موتور دیزلی عرضه شد.
دهه 1960
مرسدس بنز OM 352 ، یکی از اولین موتورهای دیزلی مرسدس بنز با تزریق مستقیم. در سال 1963 معرفی شد، اما تولید انبوه آن تنها در تابستان 1964 آغاز شد .
1964: تابستان، دایملر-بنز از تزریق محفظه پیش احتراق به تزریق مستقیم مارپیچ کنترل می شود.
1962-1965: یک سیستم ترمز تراکمی دیزل ، که در نهایت توسط شرکت تولیدی جاکوبز ساخته شد و با نام مستعار “جیک بریک” شناخته شد، توسط کلسی کامینز اختراع و ثبت شد.
دهه 1970
1972: KHD سیستم AD-System ، Allstoff-Direkteinspritzung ، (با تزریق مستقیم هر سوخت)، را برای موتورهای دیزل خود معرفی کرد. دیزل‌های AD می‌توانند تقریباً با هر نوع سوخت مایع کار کنند، اما به آنها یک شمع جرقه کمکی تعبیه شده است که اگر کیفیت احتراق سوخت خیلی پایین باشد، روشن می‌شود.
1976: توسعه تزریق کامون ریل در ETH زوریخ آغاز شد.
1976: فولکس واگن گلف اولین سدان/سالون مسافربری جمع و جور شد که با گزینه موتور دیزلی عرضه شد.
1978: دایملر-بنز اولین موتور دیزلی ماشین سواری را با توربوشارژر ( مرسدس بنز OM 617 ) تولید کرد.
1979: اولین نمونه اولیه موتور متقاطع دو زمانه کم سرعت با تزریق ریل مشترک(کاموریلی).
دهه 1980
BMW E28 524td ، اولین خودروی سواری تولید انبوه با پمپ تزریق الکترونیکی کنترل شده
1981/82: جابجایی Uniflow برای موتورهای دیزل دریایی دو زمانه استاندارد شد.
1985: دسامبر، آزمایش جاده ای سیستم تزریق ریل مشترک برای کامیون ها با استفاده از موتور 6VD 12,5/12 GRF-E اصلاح شده در IFA W50 انجام شد.
1986: BMW E28 524td اولین خودروی سواری جهان است که مجهز به پمپ تزریق الکترونیکی کنترل شده (طراحی شده توسط بوش ) است.
1987: دایملر-بنز پمپ تزریق الکترونیکی کنترل شده برای موتورهای دیزل کامیون را معرفی کرد.
1988: فیات کروما اولین خودروی سواری تولید انبوه در جهان شد که دارای موتور دیزل تزریق مستقیم بود.
1989: آئودی 100 اولین خودروی سواری در جهان با موتور دیزل توربوشارژ، تزریق مستقیم و کنترل الکترونیکی است.
دهه 1990
1992: 1 ژوئیه، استاندارد آلایندگی یورو 1 اجرایی شد.
1993: اولین موتور دیزل ماشین سواری با چهار سوپاپ در هر سیلندر، مرسدس بنز OM
1994: سیستم انژکتور واحد بوش برای موتورهای دیزلی کامیون.
1996: اولین موتور دیزل با تزریق مستقیم و چهار سوپاپ در هر سیلندر، که در Opel Vectra استفاده شد .
1996: اولین پمپ تزریق پیستون شعاعی توسط بوش.
1997: اولین تولید انبوه موتور دیزل مشترک ریل برای یک خودروی سواری، فیات 1
1998: BMW در مسابقه 24 ساعته نوربرگ رینگ با یک BMW E36 اصلاح شده برنده شد . این خودرو که 320d نام دارد، از یک موتور 2 لیتری، چهار دیزل مستقیم با تزریق مستقیم و یک پمپ تزریق توزیع کننده کنترل شده با مارپیچ (Bosch VP 44) با توان تولید 180 کیلووات نیرو می گیرد. مصرف سوخت 23 لیتر در 100 کیلومتر است که تنها نیمی از مصرف سوخت یک خودروی مشابه با موتور اتو است.
1998: فولکس واگن موتور VW EA188 Pumpe-Düse (1.9 TDI) را با انژکتورهای واحد کنترل الکترونیکی توسعه یافته بوش معرفی کرد .
1999: دایملر-کرایسلر اولین موتور دیزل سه سیلندر مشترک ریل مورد استفاده در خودروهای سواری ( شهر هوشمند کوپه ) را ارائه کرد
دهه 2000
آئودی R10 TDI، برنده 24 ساعت لمانز 2006.
2000: پژو فیلتر ذرات دیزلی را برای خودروهای سواری معرفی کرد.
2002: فناوری انژکتور پیزوالکتریک توسط زیمنس.
2003: فناوری انژکتور پیزوالکتریک توسط بوش، و دلفی.
2004: BMW توربوشارژ دو مرحله ای را با موتور BMW M57 معرفی کرد.
2006: قدرتمندترین موتور دیزلی جهان، Wärtsilä RT-flex96C ، تولید شد. توان آن 80080 کیلووات است.
2006: آئودی R10 TDI ، مجهز به موتور 5.5 لیتری V12-TDI، با توان 476 کیلووات، برنده مسابقات 24 ساعته لمانز 2006 شد.
2006: دایملر-کرایسلر اولین موتور خودروی سواری سری تولیدی را با تصفیه گازهای اگزوز کاهش کاتالیزوری انتخابی ، مرسدس بنز OM 642 راه اندازی کرد . این به طور کامل با استاندارد آلایندگی Tier2Bin8 مطابقت دارد.
2008: فولکس واگن کاتالیزور LNT را برای موتورهای دیزلی خودروهای سواری با موتور VW 2.0 TDI معرفی کرد.
2008: فولکس واگن تولید سری بزرگترین موتور دیزلی خودروهای سواری، آئودی 6 لیتری V12 TDI را آغاز کرد.
2008: سوبارو اولین موتور دیزلی مخالف افقی را معرفی کرد که بر روی یک خودروی سواری نصب می شد. این یک موتور 2 لیتری مشترک ریل با توان 110 کیلووات است.
دهه 2010
2010: میتسوبیشی 4N13 1.8 L DOHC I4 خود را توسعه داد و تولید انبوه خود را آغاز کرد ، اولین موتور دیزلی خودروهای سواری جهان که دارای سیستم زمانبندی متغیر سوپاپ است.
2012: BMW توربوشارژ دو مرحله ای را با سه توربوشارژر برای موتور BMW N57 معرفی کرد.
2015: سیستم های راه آهن مشترک با فشار 2500 بار راه اندازی شد.
2015: در رسوایی آلایندگی فولکس واگن ، سازمان حفاظت محیط زیست ایالات متحده اخطاری مبنی بر نقض قانون هوای پاک را به گروه فولکس واگن صادر کرد، پس از اینکه مشخص شد فولکس واگن عمداً موتورهای دیزل تزریق مستقیم توربوشارژ (TDI) را برای فعال کردن برخی از کنترل‌های آلاینده‌ها فقط در زمان انتشار آلاینده‌های آزمایشگاهی برنامه‌ریزی کرده است.
خصوصیات موتورهای دیزل
ویژگی های موتور دیزل عبارتند از
استفاده از جرقه زنی تراکمی ، به جای یک دستگاه جرقه زنی مانند شمع .
تشکیل مخلوط داخلی در موتورهای دیزلی، مخلوط هوا و سوخت تنها در داخل محفظه احتراق تشکیل می شود.
کنترل کیفیت گشتاور مقدار گشتاوری که یک موتور دیزل تولید می‌کند با فشار دادن هوای ورودی کنترل نمی‌شود (برخلاف موتورهای بنزینی با جرقه جرقه‌زنی سنتی، که در آن جریان هوا به منظور تنظیم گشتاور خروجی کاهش می‌یابد)، در عوض، حجم هوای ورودی به موتور کاهش می‌یابد. در هر زمان به حداکثر می رسد و گشتاور خروجی تنها با کنترل مقدار سوخت تزریق شده تنظیم می شود.
نسبت هوا به سوخت بالا . موتورهای دیزلی با نسبت هوا به سوخت جهانی به طور قابل توجهی کمتر از نسبت استوکیومتری کار می کنند.
شعله انتشار : در هنگام احتراق، اکسیژن ابتدا باید در شعله پخش شود، نه اینکه قبل از احتراق، اکسیژن و سوخت مخلوط شده باشند، که منجر به یک شعله از پیش مخلوط می شود .
مخلوط ناهمگن هوا و سوخت: در موتورهای دیزلی، هیچ گونه پراکندگی یکنواختی از سوخت و هوا در داخل سیلندر وجود ندارد. به این دلیل که فرآیند احتراق در پایان مرحله تزریق، قبل از تشکیل مخلوط همگن هوا و سوخت آغاز می شود.
ترجیح این است که سوخت دارای عملکرد جرقه زنی بالا ( عدد ستان ) باشد، به جای مقاومت در برابر ضربه بالا ( رده اکتان ) که برای موتورهای بنزینی ترجیح داده می شود.
چرخه موتور دیزل
نمودار pV برای چرخه دیزل ایده آل. این چرخه از اعداد 1 تا 4 در جهت عقربه های ساعت پیروی می کند. محور افقی حجم سیلندر است. در چرخه دیزل احتراق با فشار تقریبا ثابت اتفاق می افتد. در این نمودار، کاری که برای هر چرخه ایجاد می شود، مربوط به ناحیه داخل حلقه است.
موتور احتراق داخلی دیزل با استفاده از هوای داغ بسیار فشرده برای احتراق سوخت به جای استفاده از شمع ( اشتعال تراکمی به جای اشتعال جرقه ) با چرخه اتو با بنزین متفاوت است .
در موتور دیزل، در ابتدا فقط هوا وارد محفظه احتراق می شود. سپس هوا با نسبت تراکم معمولاً بین 15:1 و 23:1 فشرده می شود. این فشردگی زیاد باعث افزایش دمای هوا می شود. تقریباً در بالای حرکت تراکم، سوخت مستقیماً به هوای فشرده در محفظه احتراق تزریق می شود. این ممکن است به یک فضای خالی (معمولا حلقوی ) در بالای پیستون یا یک پیش محفظه باشد.بسته به طراحی موتور انژکتور سوخت تضمین می کند که سوخت به قطرات کوچک تجزیه می شود و سوخت به طور مساوی توزیع می شود. گرمای هوای فشرده سوخت را از سطح قطرات بخار می کند. سپس بخار توسط گرمای هوای فشرده در محفظه احتراق مشتعل می شود، قطرات به بخار شدن از سطح خود ادامه می دهند و می سوزند و کوچکتر می شوند تا زمانی که تمام سوخت موجود در قطرات بسوزد. احتراق با فشار قابل ملاحظه ای ثابت در طول بخش اولیه سکته قدرت رخ می دهد. شروع تبخیر باعث تأخیر قبل از احتراق و صدای کوبش مشخصه دیزل می شود که بخار به دمای احتراق می رسد و باعث افزایش ناگهانی فشار بالای پیستون می شود (در نمودار نشانگر PV نشان داده نشده است). هنگامی که احتراق کامل شد، گازهای احتراق با پایین آمدن بیشتر پیستون منبسط می شوند. فشار زیاد در سیلندر، پیستون را به سمت پایین می راند و نیروی میل لنگ را تامین می کند.
علاوه بر سطح بالای تراکم که اجازه می دهد احتراق بدون سیستم جرقه زنی جداگانه انجام شود، نسبت تراکم بالا راندمان موتور را تا حد زیادی افزایش می دهد. افزایش نسبت تراکم در یک موتور جرقه زنی که در آن سوخت و هوا قبل از ورود به سیلندر مخلوط می شوند، به دلیل نیاز به جلوگیری از پیش اشتعال ، که باعث آسیب موتور می شود، محدود می شود. از آنجایی که فقط هوا در موتور دیزل فشرده می شود و سوخت تا اندکی قبل از نقطه مرگ بالا ( TDC ) به سیلندر وارد نمی شود، انفجار زودرس مشکلی ندارد و نسبت تراکم بسیار بالاتر است.
نمودار p-V یک نمایش ساده و ایده آل از رویدادهای درگیر در چرخه موتور دیزل است که برای نشان دادن شباهت با چرخه کارنو تنظیم شده است . با شروع از 1، پیستون در نقطه مرگ پایین قرار دارد و هر دو دریچه در شروع ضربه فشرده سازی بسته می شوند. سیلندر حاوی هوا در فشار اتمسفر است. بین 1 و 2 هوا به صورت آدیاباتیک – یعنی بدون انتقال حرارت به محیط یا از محیط – توسط پیستون در حال افزایش فشرده می شود. (این فقط تقریباً درست است زیرا مقداری تبادل حرارت با دیواره سیلندر وجود خواهد داشت.) در طول این فشرده سازی، حجم کاهش می یابد، فشار و دما هر دو افزایش می یابد. در یا کمی قبل از 2 (TDC) سوخت تزریق می شود و در هوای گرم فشرده می سوزد. انرژی شیمیایی آزاد می شود و این باعث تزریق انرژی حرارتی (گرما) به گاز فشرده می شود. احتراق و گرمایش بین 2 تا 3 رخ می دهد. در این بازه فشار از زمانی که پیستون پایین می آید ثابت می ماند و حجم افزایش می یابد. درجه حرارت در نتیجه انرژی احتراق افزایش می یابد. در 3 تزریق سوخت و احتراق کامل شده است، و سیلندر حاوی گاز در دمای بالاتر از دمای 2 است. بین 3 و 4 این گاز داغ منبسط می شود، دوباره تقریباً به صورت آدیاباتیک. کار روی سیستمی که موتور به آن متصل است انجام می شود. در طول این فاز انبساط حجم گاز افزایش می یابد و دما و فشار آن هر دو کاهش می یابد. در 4 دریچه اگزوز باز می شود و فشار به طور ناگهانی به اتمسفر (تقریبا) کاهش می یابد. این گسترش بدون مقاومت است و هیچ کار مفیدی توسط آن انجام نمی شود. در حالت ایده آل، انبساط آدیاباتیک باید ادامه یابد، خط 3-4 را به سمت راست گسترش دهد تا زمانی که فشار به هوای اطراف کاهش یابد، اما از دست دادن راندمان ناشی از این انبساط بدون مقاومت با مشکلات عملی موجود در بازیابی آن توجیه می شود (موتور باید خیلی بزرگتر باشد). پس از باز شدن دریچه اگزوز، کورس اگزوز دنبال می شود، اما این (و حرکت القایی زیر) در نمودار نشان داده نشده است. اگر نشان داده شود، آنها با یک حلقه کم فشار در پایین نمودار نشان داده می شوند. در 1 فرض می شود که اگزوز و سکته های القایی کامل شده اند و سیلندر دوباره با هوا پر می شود. سیستم پیستون سیلندر انرژی بین 1 تا 2 را جذب می کند – این کاری است که برای فشرده کردن هوای سیلندر لازم است و توسط انرژی جنبشی مکانیکی ذخیره شده در چرخ فلای موتور تامین می شود. خروجی کار توسط ترکیب پیستون-سیلندر بین 2 و 4 انجام می شود. تفاوت بین این دو افزایش کار، خروجی کار مشخص شده در هر سیکل است و با ناحیه محصور شده توسط حلقه p-V نشان داده می شود. انبساط آدیاباتیک در محدوده فشار بالاتری نسبت به فشار است زیرا گاز موجود در سیلندر در حین انبساط گرمتر از فشار است. به همین دلیل است که حلقه دارای یک منطقه محدود است و خروجی خالص کار در طول یک چرخه مثبت است. و توسط انرژی جنبشی مکانیکی ذخیره شده در فلایویل موتور تامین می شود. خروجی کار توسط ترکیب پیستون-سیلندر بین 2 و 4 انجام می شود. تفاوت بین این دو افزایش کار، خروجی کار مشخص شده در هر سیکل است و با ناحیه محصور شده توسط حلقه p-V نشان داده می شود. انبساط آدیاباتیک در محدوده فشار بالاتری نسبت به فشار است زیرا گاز موجود در سیلندر در حین انبساط گرمتر از فشار است. به همین دلیل است که حلقه دارای یک منطقه محدود است و خروجی خالص کار در طول یک چرخه مثبت است. و توسط انرژی جنبشی مکانیکی ذخیره شده در فلایویل موتور تامین می شود. خروجی کار توسط ترکیب پیستون-سیلندر بین 2 و 4 انجام می شود. تفاوت بین این دو افزایش کار، خروجی کار مشخص شده در هر سیکل است و با ناحیه محصور شده توسط حلقه p-V نشان داده می شود. انبساط آدیاباتیک در محدوده فشار بالاتری نسبت به فشار است زیرا گاز موجود در سیلندر در حین انبساط گرمتر از فشار است. به همین دلیل است که حلقه دارای یک منطقه محدود است و خروجی خالص کار در طول یک چرخه مثبت است. انبساط آدیاباتیک در محدوده فشار بالاتری نسبت به فشار است زیرا گاز موجود در سیلندر در حین انبساط گرمتر از فشار است. به همین دلیل است که حلقه دارای یک منطقه محدود است و خروجی خالص کار در طول یک چرخه مثبت است. انبساط آدیاباتیک در محدوده فشار بالاتری نسبت به فشار است زیرا گاز موجود در سیلندر در حین انبساط گرمتر از فشار است. به همین دلیل است که حلقه دارای یک منطقه محدود است و خروجی خالص کار در طول یک چرخه مثبت است.[136]
کارایی
به دلیل نسبت تراکم بالا، موتور دیزل دارای راندمان بالایی است و عدم وجود سوپاپ دریچه گاز به این معنی است که تلفات تبادل شارژ نسبتاً کم است و در نتیجه مصرف سوخت ویژه پایین، به ویژه در موقعیت های بار متوسط و کم مصرف می شود. این باعث می شود موتور دیزل بسیار مقرون به صرفه باشد. حتی اگر موتورهای دیزلی دارای راندمان نظری 75٪ هستند، در عمل بسیار کمتر است. رودولف دیزل در مقاله خود در سال 1893 به نام تئوری و ساخت موتور حرارتی منطقی توضیح می دهد که راندمان موثر موتور دیزل بین 43.2٪ و 50.4٪ یا شاید حتی بیشتر است. موتورهای دیزلی خودروهای سواری مدرن ممکن است بازده موثری تا 43% داشته باشند در حالی که موتورهای کامیون‌ها و اتوبوس‌های دیزلی بزرگ می‌توانند به حداکثر بازدهی در حدود 45 درصد دست یابند. با این حال، متوسط راندمان در یک چرخه رانندگی کمتر از راندمان اوج است. به عنوان مثال، ممکن است برای موتوری با حداکثر راندمان 44٪ 37٪ باشد. بالاترین راندمان موتور دیزل تا 55٪ توسط موتورهای دیزلی کشتی های بزرگ دو زمانه به دست می آید.
مزایای عمده
موتورهای دیزلی دارای چندین مزیت نسبت به موتورهایی هستند که بر اساس اصول دیگر کار می کنند:
موتور دیزل دارای بالاترین راندمان موثر در بین تمام موتورهای احتراقی است.
موتورهای دیزلی سوخت را مستقیماً به محفظه احتراق تزریق می کنند، به جز فیلترهای هوا و لوله کشی ورودی، هیچ محدودیتی برای هوای ورودی ندارند و برای اضافه کردن بار انگلی و تلفات پمپاژ ناشی از کشیده شدن پیستون ها به سمت پایین در برابر خلاء سیستم ورودی، فاقد خلاء منیفولد ورودی هستند. پر کردن سیلندر با هوای اتمسفر کمک می شود و راندمان حجمی به همین دلیل افزایش می یابد.
اگرچه راندمان سوخت (جرم سوزانده شده به ازای انرژی تولید شده) موتور دیزل در بارهای کمتر کاهش می یابد، اما به سرعت یک موتور بنزینی یا توربین معمولی کاهش نمی یابد.
اتوبوس ها با سوخت بیودیزل
موتورهای دیزلی می توانند انواع زیادی از سوخت ها را احتراق کنند، از جمله چندین روغن سوخت که نسبت به سوخت هایی مانند بنزین برتری دارند. این مزایا عبارتند از:
هزینه سوخت پایین، زیرا روغن های سوخت نسبتا ارزان هستند
خواص روانکاری خوب
چگالی انرژی بالا
خطر آتش گرفتن کم است، زیرا بخار قابل اشتعال تشکیل نمی دهند
بیودیزل سوختی است که به راحتی سنتز می شود و غیر نفتی است (از طریق ترانس استریفیکاسیون ) که می تواند مستقیماً در بسیاری از موتورهای دیزل کار کند، در حالی که موتورهای بنزینی یا به سازگاری برای کارکردن سوخت های مصنوعی نیاز دارند یا از آنها به عنوان افزودنی به بنزین استفاده می کنند (مثلاً اتانول اضافه شده به بنزین). گازوئل ).
موتورهای دیزلی رفتار انتشار اگزوز بسیار خوبی دارند. اگزوز حاوی حداقل مقدار مونوکسید کربن و هیدروکربن است. موتورهای دیزل تزریق مستقیم تقریباً به اندازه موتورهای چرخه اتو اکسید نیتروژن ساطع می کنند. با این حال، موتورهای تزریقی محفظه چرخشی و محفظه پیش احتراق، در هنگام کار با بار کامل، تقریباً 50٪ اکسید نیتروژن کمتری نسبت به موتورهای چرخه اتو منتشر می کنند. در مقایسه با موتورهای چرخه اتو، موتورهای دیزلی یک دهم آلاینده ها و همچنین دی اکسید کربن کمتری منتشر می کنند (مقایسه انتشار گازهای گلخانه ای خام بدون تصفیه گازهای خروجی).
آنها فاقد سیستم جرقه زنی الکتریکی با ولتاژ بالا هستند و در نتیجه قابلیت اطمینان بالا و سازگاری آسان با محیط های مرطوب را دارند. فقدان سیم پیچ، سیم شمع و غیره، منبع انتشار فرکانس رادیویی را که می تواند با تجهیزات ناوبری و ارتباطی تداخل ایجاد کند، که به ویژه در کاربردهای دریایی و هواپیما و برای جلوگیری از تداخل با تلسکوپ های رادیویی مهم است، حذف می کند. (به همین دلیل، فقط وسایل نقلیه دیزلی در بخش‌هایی از منطقه آرام رادیو ملی آمریکا مجاز هستند .)
موتورهای دیزلی می‌توانند فشار سوپر یا توربوشارژ را بدون هیچ محدودیت طبیعی بپذیرند،که فقط توسط طراحی و محدودیت‌های عملیاتی اجزای موتور، مانند فشار، سرعت و بار محدود می‌شود. این برخلاف موتورهای بنزینی است که اگر تنظیم موتور و/یا تنظیمات اکتان سوخت برای جبران انجام نشود، ناگزیر در فشار بالاتر دچار انفجار می شوند.
تزریق سوخت
موتورهای دیزلی متکی به اختلاط هوا/سوختی هستند که در سیلندر انجام می شود، به این معنی که آنها به یک سیستم تزریق سوخت نیاز دارند. سوخت مستقیماً به داخل محفظه احتراق تزریق می شود که می تواند یک محفظه احتراق قطعه بندی شده به نام تزریق غیرمستقیم (IDI) یا یک محفظه احتراق بدون قطعه به نام تزریق مستقیم (DI) باشد. تعریف موتور دیزل در این است که باید سوخت مستقیماً به محفظه احتراق یا قبل از احتراق وارد شود، نه در ابتدا به یک منیفولد خارجی. برای ایجاد فشار سوخت، موتورهای دیزل معمولاً دارای پمپ تزریق هستند. انواع مختلفی از پمپ های تزریق و روش هایی برای ایجاد یک مخلوط خوب هوا و سوخت وجود دارد. در طول سالیان متمادی از روش های مختلف تزریق استفاده شده است. این موارد را می توان به شرح زیر توصیف کرد:
انفجار هوا، که در آن سوخت توسط یک انفجار هوا به داخل سیلندر دمیده می شود.
سوخت جامد / تزریق هیدرولیک، که در آن سوخت از طریق یک سوپاپ / انژکتور باردار فنر برای تولید یک غبار قابل احتراق رانده می شود.
انژکتور واحد مکانیکی، که در آن انژکتور مستقیماً توسط یک بادامک کار می کند و مقدار سوخت توسط یک قفسه یا اهرم کنترل می شود.
انژکتور واحد الکترونیکی مکانیکی، که در آن انژکتور توسط یک بادامک کار می کند و مقدار سوخت به صورت الکترونیکی کنترل می شود.
پاشش مکانیکی ریل مشترک ، که در آن سوخت در یک ریل مشترک در فشار بالا قرار دارد و با وسایل مکانیکی کنترل می شود.
تزریق الکترونیکی مشترک ریل، که در آن سوخت در یک ریل مشترک در فشار بالا قرار دارد و به صورت الکترونیکی کنترل می شود.
کنترل گشتاور
جزء ضروری همه موتورهای دیزلی یک گاورنر مکانیکی یا الکترونیکی است که با کنترل میزان سوخت رسانی، گشتاور موتور و در نتیجه دور آرام و حداکثر سرعت را تنظیم می کند. این به معنای تغییر است{\ displaystyle \ lambda _ {v}}\lambda_v. برخلاف موتورهای چرخه اتو، هوای ورودی دریچه گاز نمی گیرد. سیستم های پاشش سوخت با کنترل مکانیکی توسط قطار دنده جانبی موتور یا تسمه سرپانتین به حرکت در می آیند . این سیستم ها از ترکیبی از فنرها و وزنه ها برای کنترل تحویل سوخت نسبت به بار و سرعت استفاده می کنند. موتورهای دیزلی مدرن با کنترل الکترونیکی، تحویل سوخت را با استفاده از یک ماژول کنترل الکترونیکی (ECM) یا واحد کنترل الکترونیکی ( ECU ) کنترل می‌کنند. ECM/ECU سیگنال دور موتور و همچنین سایر پارامترهای عملیاتی مانند فشار منیفولد ورودی و دمای سوخت را از یک سنسور دریافت می کند و مقدار سوخت و زمان شروع تزریق را از طریق محرک ها کنترل می کند.برای به حداکثر رساندن توان و کارایی و به حداقل رساندن انتشار گازهای گلخانه ای. کنترل زمان شروع تزریق سوخت به سیلندر کلیدی برای به حداقل رساندن آلاینده ها و به حداکثر رساندن مصرف سوخت (بازده) موتور است. زمان بندی بر حسب درجات زاویه میل لنگ پیستون قبل از نقطه مرگ بالا اندازه گیری می شود. به عنوان مثال، اگر ECM/ECU پاشش سوخت را زمانی آغاز کند که پیستون 10 درجه قبل از TDC باشد، شروع تزریق یا زمان بندی گفته می شود که 10 درجه قبل از TDC است. زمان بندی بهینه به طراحی موتور و همچنین سرعت و بار آن بستگی دارد.
سیستم سوخت رسانی در انواع موتور دیزل
موتورهای دیزل از نظر سیستم تزریق سوخت به دسته های زیر تقسیم می شوند:
تزریق انفجار هوا
موتور اصلی دیزل سوخت را با کمک هوای فشرده تزریق می‌کرد که سوخت را اتمیزه می‌کرد و از طریق یک نازل به موتور وارد می‌کرد (یک اصل مشابه با اسپری آئروسل). دهانه نازل توسط یک سوپاپ پین که توسط میل بادامک بلند شده بود بسته شد تا تزریق سوخت قبل از نقطه مرگ بالا ( TDC ) آغاز شود. به این عمل تزریق انفجار هوا می گویند . راندن کمپرسور مقداری نیرو مصرف می‌کرد، اما راندمان بهتر از راندمان هر موتور احتراقی دیگری در آن زمان بود. همچنین، تزریق انفجار هوا، موتورها را بسیار سنگین می‌کرد و امکان تغییر سریع بار را نمی‌داد و آن را برای وسایل نقلیه جاده‌ای نامناسب می‌کرد.
تزریق غیر مستقیم
یک موتور سیستم تزریق غیرمستقیم دیزل (IDI) سوخت را به یک محفظه کوچک به نام محفظه چرخشی، محفظه پیش احتراق، محفظه پیش یا محفظه پیش احتراق می‌رساند که توسط یک راه هوایی باریک به سیلندر متصل می‌شود. به طور کلی هدف از پیش محفظه ایجاد تلاطم بیشتر برای اختلاط بهتر هوا / سوخت است. این سیستم همچنین اجازه می دهد تا یک موتور نرم تر و آرام تر در حال کار باشد و از آنجایی که اختلاط سوخت توسط تلاطم کمک می کند، انژکتورفشارها می تواند کمتر باشد. اکثر سیستم های IDI از یک انژکتور تک روزنه ای استفاده می کنند. مضرات پیش محفظه کاهش راندمان به دلیل افزایش تلفات حرارتی به سیستم خنک کننده موتور، محدود کردن سوختن احتراق و در نتیجه کاهش راندمان به میزان 5-10٪ است. موتورهای IDI نیز راه اندازی دشوارتر هستند و معمولاً نیاز به استفاده از شمع های برق دارند. ساخت موتورهای IDI ممکن است ارزان‌تر باشد، اما عموماً به نسبت تراکم بالاتری نسبت به موتورهای DI نیاز دارند. IDI همچنین تولید موتورهای نرم و بی صداتر را با یک سیستم تزریق مکانیکی ساده آسان تر می کند زیرا زمان بندی دقیق تزریق آنقدر مهم نیست. اکثر موتورهای مدرن خودرو از نوع DI هستند که مزایای راندمان بیشتر و راه اندازی آسان تر را دارند. با این حال، موتورهای IDI را می‌توان در بسیاری از برنامه‌های ATV و دیزلی کوچک یافت. موتورهای دیزلی با تزریق غیرمستقیم از انژکتورهای سوختی نوع pintle استفاده می کنند. [154]
تزریق مستقیم با کنترل هلیکس
انواع کاسه پیستونی
موتورهای دیزلی تزریق مستقیم سوخت را مستقیماً به سیلندر تزریق می کنند . معمولاً یک فنجان احتراق در بالای پیستون وجود دارد که در آن سوخت پاشیده می شود. می توان از روش های مختلف تزریق استفاده کرد. معمولاً یک موتور با تزریق مستقیم مکانیکی کنترل شده با مارپیچ دارای پمپ تزریق خطی یا توزیع کننده است. برای هر سیلندر موتور، پیستون مربوطه در پمپ بنزین مقدار صحیح سوخت را اندازه گیری می کند و زمان هر تزریق را تعیین می کند. این موتورها از انژکتورهایی استفاده می کنند که دریچه های فنری بسیار دقیقی هستند که با فشار سوخت خاصی باز و بسته می شوند. خطوط سوخت پرفشار جداگانه پمپ بنزین را به هر سیلندر متصل می کند. حجم سوخت برای هر احتراق منفرد توسط یک شیار مایل کنترل می شوددر پیستون که فقط چند درجه می چرخد و فشار را آزاد می کند و توسط یک گاورنر مکانیکی کنترل می شود که شامل وزنه هایی است که در دور موتور می چرخند که توسط فنرها و یک اهرم محدود می شود. انژکتورها با فشار سوخت باز نگه داشته می شوند. در موتورهای پر سرعت، پمپ های پیستونی در یک واحد قرار دارند.طول خطوط سوخت از پمپ تا هر انژکتور معمولاً برای هر سیلندر یکسان است تا تاخیر فشار یکسانی به دست آید. موتورهای دیزلی با تزریق مستقیم معمولاً از انژکتورهای سوختی نوع روزنه ای استفاده می کنند.
کنترل الکترونیکی پاشش سوخت موتور تزریق مستقیم را با امکان کنترل بسیار بیشتر بر احتراق متحول کرد.
تزریق مستقیم واحد
پاشش مستقیم واحد که با نام پمپ-دوز ( پمپ-نازل ) نیز شناخته می‌شود، یک سیستم تزریق سوخت با فشار بالا است که سوخت را مستقیماً به سیلندر موتور تزریق می‌کند. در این سیستم انژکتور و پمپ در یک واحد قرار می گیرند که روی هر سیلندر که توسط میل بادامک کنترل می شود قرار می گیرند. هر سیلندر واحد مخصوص به خود را دارد که خطوط سوخت پرفشار را حذف می کند و به تزریق ثابت تری دست می یابد. تحت بار کامل، فشار تزریق می تواند تا 220 مگاپاسکال برسد. سیستم‌های تزریق واحد برای تسلط بر بازار موتورهای دیزل تجاری مورد استفاده قرار می‌گرفتند، اما به دلیل نیازهای بالاتر انعطاف‌پذیری سیستم تزریق، توسط سیستم ریلی مشترک پیشرفته‌تر منسوخ شده‌اند.
تزریق مستقیم توسط کاموریل
سیستم‌های پاشش مستقیم راه آهن مشترک (CR) عملکردهای اندازه‌گیری، افزایش فشار و تحویل سوخت را در یک واحد ندارند، مانند پمپ‌های نوع توزیع‌کننده بوش. یک پمپ فشار بالا CR را تامین می کند. ملزومات هر انژکتور سیلندر از این مخزن متداول فشار بالا سوخت تامین می شود. کنترل الکترونیکی دیزل (EDC) هم فشار ریل و هم تزریق را بسته به شرایط کار موتور کنترل می کند. انژکتورهای سیستم‌های قدیمی‌تر CR دارای پیستون‌های الکترومغناطیسی برای بلند کردن سوزن تزریق هستند، در حالی که انژکتورهای CR جدید از پیستون‌هایی استفاده می‌کنند که توسط محرک‌های پیزوالکتریک هدایت می‌شوند که جرم متحرک کمتری دارند و بنابراین امکان تزریق حتی بیشتر در مدت زمان بسیار کوتاه را فراهم می‌کنند. [158]فشار تزریق سیستم های مدرن CR از 140 مگاپاسکال تا 270 مگاپاسکال است.
انواع
چندین روش مختلف برای دسته بندی موتورهای دیزلی بر اساس ویژگی های طراحی مختلف وجود دارد:
با قدرت خروجی
کوچک <188 کیلووات (252 اسب بخار) متوسط 188-750 کیلو وات بزرگ > 750 کیلو وات
توسط سوراخ سیلندر
موتورهای خودروهای سواری: 75…100 میلی متر
موتورهای کامیون و وسایل نقلیه تجاری: 90…170 میلی متر
موتورهای پرسرعت با کارایی بالا: 165…280 میلی متر
موتورهای سرعت متوسط: 240…620 میلی متر
موتورهای دو زمانه کم سرعت: 260…900 میلی متر
بر اساس تعداد ضربات
چرخه چهار زمانه
سیکل دو زمانه
توسط پیستون و شاتون
پیستون ضربدری
پیستون دو کاره
پیستون مخالف
پیستون صندوق عقب
با آرایش سیلندر
پیکربندی سیلندرهای معمولی مانند پیکربندی مستقیم (در خط)، V و باکسر (تخت) را می توان برای موتورهای دیزل استفاده کرد. طراحی شش سیلندر خطی در موتورهای سبک تا متوسط پرکارترین است، اگرچه موتورهای چهار سیلندر خطی نیز رایج هستند. موتورهای با ظرفیت کوچک (معمولاً موتورهایی با ظرفیت کمتر از پنج لیتر در نظر گرفته می شوند) معمولاً انواع چهار یا شش سیلندر هستند که چهار سیلندر رایج ترین نوع موجود در مصارف خودرو است. پیکربندی V در گذشته برای خودروهای تجاری رایج بود، اما به نفع پیکربندی درون خطی کنار گذاشته شده است.
بر اساس دور موتور
گونتر مائو موتورهای دیزلی را بر اساس سرعت دورانی آنها به سه گروه دسته بندی می کند:
موتورهای پر سرعت (> 1000 دور در دقیقه)
موتورهای سرعت متوسط (300-1000 دور در دقیقه) و
موتورهای کم سرعت (کمتر از 300 دور در دقیقه)
موتورهای پرسرعت
موتورهای پرسرعت برای نیرو دادن به کامیون ها (کامیون ها)، اتوبوس ها ، تراکتورها ، اتومبیل ها ، قایق ها ، کمپرسورها ، پمپ ها و ژنراتورهای الکتریکی کوچک استفاده می شوند . از سال 2018، اکثر موتورهای پرسرعت تزریق مستقیم دارند . بسیاری از موتورهای مدرن، به ویژه در کاربردهای بزرگراهی، دارای تزریق مستقیم ریلی مشترک هستند .در کشتی‌های بزرگتر، موتورهای دیزلی پرسرعت اغلب برای تامین انرژی ژنراتورهای الکتریکی استفاده می‌شوند.بالاترین توان خروجی موتورهای دیزلی با سرعت بالا تقریباً 5 مگاوات است.
موتورهای سرعت متوسط
موتور 12 سیلندر توربو دیزل ثابت که به یک مجموعه ژنراتور برای نیروی کمکی کوپل شده است
موتورهای سرعت متوسط در ژنراتورهای بزرگ الکتریکی، لوکوموتیوهای دیزل راه آهن ، نیروی محرکه کشتی و کاربردهای مکانیکی مانند کمپرسورها یا پمپ‌های بزرگ استفاده می‌شوند. موتورهای دیزل سرعت متوسط با سوخت دیزل یا روغن سوخت سنگین با تزریق مستقیم به روشی مشابه موتورهای کم سرعت عمل می کنند. معمولاً آنها موتورهای چهار زمانه با پیستون صندوق عقب هستند. یک استثنای قابل توجه موتورهای EMD 567 ، 645 و 710 است که همگی دو زمانه هستند.
توان خروجی موتورهای دیزلی با سرعت متوسط می تواند به 21870 کیلووات برسد،با راندمان موثر در حدود 47…48% (1982). [170] بیشتر موتورهای سرعت متوسط بزرگتر با هوای فشرده مستقیم روی پیستون ها، با استفاده از توزیع کننده هوا، بر خلاف موتور راه انداز پنوماتیکی که بر روی فلایویل کار می کند، که تمایل دارد برای موتورهای کوچکتر استفاده شود، راه اندازی می شوند.
موتورهای با سرعت متوسط که برای کاربردهای دریایی در نظر گرفته شده اند معمولاً برای تامین انرژی کشتی های ( ro-ro ) کشتی ها، کشتی های مسافربری یا کشتی های باری کوچک استفاده می شوند. استفاده از موتورهای سرعت متوسط باعث کاهش هزینه کشتی های کوچکتر و افزایش ظرفیت حمل و نقل آنها می شود. علاوه بر آن، یک کشتی می تواند به جای یک موتور بزرگ از دو موتور کوچکتر استفاده کند که ایمنی کشتی را افزایش می دهد.
موتورهای کم سرعت
موتور MAN B&W 5S50MC 5 سیلندر، 2 زمانه، موتور دیزل دریایی کم سرعت. این موتور خاص در یک کشتی حامل مواد شیمیایی 29000 تنی یافت می شود.
موتورهای دیزلی کم سرعت معمولاً اندازه بسیار بزرگی دارند و بیشتر برای تأمین انرژی کشتی ها استفاده می شوند . دو نوع مختلف از موتورهای کم سرعت وجود دارد که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند: موتورهای دو زمانه با سر متقاطع و موتورهای چهار زمانه با پیستون تنه معمولی. موتورهای دو زمانه فرکانس چرخشی محدودی دارند و تبادل شارژ آنها دشوارتر است، به این معنی که معمولاً بزرگتر از موتورهای چهار زمانه هستند و برای تغذیه مستقیم پروانه کشتی استفاده می شوند. موتورهای چهار زمانه در کشتی ها معمولاً برای تغذیه ژنراتور الکتریکی استفاده می شوند. یک موتور الکتریکی پروانه را تغذیه می کند. هر دو نوع معمولاً بسیار زیر مربع هستند. موتورهای دیزلی با سرعت پایین (همانطور که در کشتی‌ها و سایر کاربردهایی که وزن کلی موتور نسبتاً بی‌اهمیت است استفاده می‌شود) اغلب تا 55 درصد راندمان مؤثری دارند. مانند موتورهای سرعت متوسط، موتورهای کم سرعت با هوای فشرده راه اندازی می شوند و از روغن سنگین به عنوان سوخت اولیه استفاده می کنند.
موتورهای دو زمانه
زمان بندی دیترویت دیزل
موتورهای دیزلی دو زمانهبرای یک چرخه کامل موتور به جای چهار زمانه فقط از دو ضربه استفاده کنید. پر کردن سیلندر با هوا و فشرده سازی آن در یک حرکت انجام می شود و ضربات قدرت و اگزوز با هم ترکیب می شوند. تراکم در یک موتور دیزل دو زمانه شبیه تراکمی است که در یک موتور دیزلی چهار زمانه انجام می شود: با عبور پیستون از مرکز پایین و شروع به بالا، فشرده سازی شروع می شود و به پاشش سوخت و احتراق می رسد. موتورهای دیزلی دو زمانه به جای مجموعه کامل سوپاپ ها، دارای پورت های ورودی ساده و درگاه های اگزوز (یا سوپاپ های اگزوز) هستند. هنگامی که پیستون به نقطه مرده پایین نزدیک می شود، هر دو دریچه ورودی و اگزوز “باز” هستند، به این معنی که فشار اتمسفر در داخل سیلندر وجود دارد. از این رو، نوعی پمپ برای دمیدن هوا به داخل سیلندر و گازهای حاصل از احتراق به اگزوز مورد نیاز است. این فرآیند نامیده می شودلاشخور . فشار مورد نیاز تقریباً 30-10 کیلو پاسکال است.
پاکسازی
به طور کلی، سه نوع پاکسازی ممکن است:
پاکسازی Uniflow
مهار جریان متقاطع
مهار جریان معکوس
مهار جریان متقاطع ناقص است و سکته مغزی را محدود می کند، با این حال برخی از تولیدکنندگان از آن استفاده کردند. مهار جریان معکوس یک روش بسیار ساده برای مهار است، و تا اوایل دهه 1980 در میان تولیدکنندگان محبوب بود. جداسازی Uniflow پیچیده‌تر است اما بالاترین راندمان سوخت را ممکن می‌سازد. از اوایل دهه 1980، تولیدکنندگانی مانند MAN و Sulzer به این سیستم روی آوردند. این استاندارد برای موتورهای دیزلی دو زمانه دریایی مدرن است.
موتورهای دیزل دوگانه سوز
به اصطلاح موتورهای دیزل دوگانه سوز یا موتورهای دیزل گازی دو نوع سوخت مختلف را به طور همزمان می سوزانند ، به عنوان مثال، سوخت گازی و سوخت موتور دیزل. سوخت موتور دیزل در اثر احتراق تراکمی خود به خود مشتعل می شود و سپس سوخت گازی مشتعل می شود. چنین موتورهایی به هیچ نوع احتراق جرقه ای نیاز ندارند و مشابه موتورهای دیزل معمولی عمل می کنند.
مشخصات موتور دیزل
گشتاور و قدرت
گشتاور نیرویی است که به یک اهرم در زاویه قائم ضرب در طول اهرم وارد می شود. این بدان معناست که گشتاوری که یک موتور تولید می‌کند به جابه‌جایی موتور و نیرویی که فشار گاز داخل سیلندر به پیستون وارد می‌کند بستگی دارد که معمولاً به آن فشار مؤثر پیستون می‌گویند :
{\displaystyle M=p_{e}\cdot V_{h}\cdot \pi ^{-1}\cdot i^{-1}}{\displaystyle M=p_{e}\cdot V_{h}\cdot \pi ^{-1}\cdot i^{-1}}
{\displaystyle M}م.. گشتاور [N·m];{\ displaystyle p_ {e}}پلی اتیلن}.. فشار موثر پیستون [kN·m- 2 ];{\displaystyle V_{h}}V_h.. جابجایی [dm 3 ];{\ displaystyle i}
مثال
موتور A: فشار موثر پیستون = 570 kN·m −2 ، جابجایی = 2.2 dm 3 ، ضربات = 4، گشتاور = 100 N·m
{\displaystyle 570\cdot 2.2\cdot \pi ^{-1}\cdot 4^{-1}\approx 100}{\displaystyle 570\cdot 2.2\cdot \pi ^{-1}\cdot 4^{-1}\approx 100}
قدرت ضریب کار و زمان است:
{\displaystyle P=2\pi nM}{\displaystyle P=2\pi nM}
{\displaystyle P}پ.. قدرت [W];{\displaystyle M}م.. گشتاور [N·m];{\displaystyle n}n.. چرخش میل لنگ در ثانیه [s -1 ]
یعنی:
{\displaystyle P=2\pi \cdot n_{1}\cdot M\cdot 60^{-1}}{\displaystyle P=2\pi \cdot n_{1}\cdot M\cdot 60^{-1}}
{\displaystyle P}پ.. قدرت [W];{\displaystyle M}م.. گشتاور [N·m];{\displaystyle n_{1}}n_{1}.. میل لنگ در دقیقه [دقیقه -1 ]
مثال
موتور A: قدرت ≈ 44000 وات، گشتاور = 100 نیوتن متر، سرعت میل لنگ = 4200 دقیقه -1
{\displaystyle 44000\approx 2\cdot \pi \cdot 4200\cdot 100\cdot 60^{-1}}{\displaystyle 44000\approx 2\cdot \pi \cdot 4200\cdot 100\cdot 60^{-1}}
موتور B: قدرت≈ 44000 وات، گشتاور = 260 نیوتن متر، سرعت میل لنگ = 1600 دقیقه -1
{\displaystyle 44000\approx 2\cdot \pi \cdot 1600\cdot 260\cdot 60^{-1}}{\displaystyle 44000\approx 2\cdot \pi \cdot 1600\cdot 260\cdot 60^{-1}}
این بدان معنی است که افزایش گشتاور یا سرعت میل لنگ منجر به افزایش قدرت می شود. از آنجایی که حداکثر فرکانس چرخشی میل لنگ موتور دیزل معمولاً بین 3500 تا 5000 دقیقه در 1 به دلیل محدودیت های اصلی دیزل است، گشتاور موتور دیزل باید برای دستیابی به قدرت بالا یا به عبارت دیگر مانند موتور دیزلی زیاد باشد. نمی تواند از سرعت چرخشی بالا برای دستیابی به مقدار مشخصی قدرت استفاده کند، باید گشتاور بیشتری تولید کند.
توده
موتور دیزلی متوسط نسبت قدرت به جرم ضعیف تری نسبت به موتور اتو دارد. این به این دلیل است که دیزل باید در دور موتور کمتر کار کند. با توجه به فشار عملیاتی بالاتر در داخل محفظه احتراق، که نیروهای وارد بر قطعات را در اثر نیروهای اینرسی افزایش می‌دهد، موتور دیزل به قطعات سنگین‌تر و قوی‌تری نیاز دارد که قادر به مقاومت در برابر این نیروها باشند، که منجر به جرم کلی موتور می‌شود.
انتشارات
مقاله اصلی: اگزوز دیزل
همانطور که موتورهای دیزل مخلوطی از سوخت و هوا را می سوزانند، بنابراین اگزوز حاوی موادی است که از همان عناصر شیمیایی مانند سوخت و هوا تشکیل شده است. عناصر اصلی هوا نیتروژن (N 2 ) و اکسیژن ( O 2 ) و سوخت از هیدروژن ( H 2 ) و کربن ( C ) تشکیل شده است. سوزاندن سوخت منجر به مرحله نهایی اکسیداسیون می شود . یک موتور دیزل ایده آل ، (نمونه ای کاملا فرضی از یک موتور، که در آن تنها واکنش شیمیایی سوخت و اکسیژن است)، که بر روی یک مخلوط هوا و سوخت ایده آل کار می کند، اگزوزی تولید می کند که از دی اکسید کربن (CO 2 ) تشکیل شده است.آب (H 2 O )، نیتروژن ( N 2 ) و اکسیژن باقیمانده (O 2 ). فرآیند احتراق در یک موتور واقعی با فرآیند احتراق موتور ایده آل متفاوت است و به دلیل احتراق ناقص، اگزوز حاوی مواد اضافی است، که مهمترین آنها مونوکسید کربن (CO)، ذرات معلق دیزل (PM) و اکسیدهای نیتروژن است .
هنگامی که موتورهای دیزل سوخت خود را با سطوح بالای اکسیژن می سوزانند، این امر منجر به دمای احتراق بالا و راندمان بالاتر می شود و ذرات معلق تمایل به سوزاندن دارند، اما میزان آلودگی NOx افزایش می یابد. آلودگی NOx را می توان با چرخش مجدد بخشی از گاز خروجی موتور به سیلندرهای موتور کاهش داد، که باعث کاهش مقدار اکسیژن، کاهش دمای احتراق و در نتیجه کاهش NOx می شود. برای کاهش بیشتر انتشار NOx، تله‌های NOx بدون چربی ( LNTs ) و کاتالیزورهای SCR می‌توانند استفاده شوند. ناب NO تله های x اکسیدهای نیتروژن را جذب کرده و آنها را به دام می اندازند. هنگامی که LNT پر شد، باید با استفاده از هیدروکربن ها “بازسازی” شود. این امر با استفاده از مخلوط سوخت به هوا بسیار غنی و در نتیجه احتراق ناقص به دست می آید. یک کاتالیزور SCR، اکسیدهای نیتروژن را با استفاده ازاوره، که به جریان اگزوز تزریق می‌شود، تبدیل می‌کند وNOx را به‌طور کاتالیستی به نیتروژن (N2)و آب (H2O) تبدیل می‌کند. در مقایسه با موتور اتو، موتور دیزل تقریباً همان مقدار NOx تولید می کند ، امابرخی از موتورهای دیزلی قدیمی ممکن است اگزوزی داشته باشند که حاوی 50٪ کمتر NOx باشد. با این حال، موتورهای اتو، بر خلاف موتورهای دیزلی، می توانند از یک کاتالیزور سه طرفه استفاده کنند که بیشتر NOx را حذف می کند.
موتورهای دیزلی می توانند دوده سیاه (یا به طور خاص ذرات معلق دیزل ) را از اگزوز خود تولید کنند. دود سیاه از ترکیبات کربنی تشکیل شده است که به دلیل دمای پایین محلی که سوخت به طور کامل اتمیزه نشده است، نسوخته است. این دماهای پایین محلی در دیواره های سیلندر و در سطح قطرات بزرگ سوخت رخ می دهد. در این مناطق که هوا نسبتا سرد است، مخلوط غنی است (برخلاف مخلوط کلی که بدون چربی است). مخلوط غنی هوای کمتری برای سوزاندن دارد و مقداری از سوخت به ذخایر کربن تبدیل می‌شود. موتورهای خودروهای مدرن از فیلتر ذرات دیزلی استفاده می کنند(DPF) در ارتباط با یک کاتالیزور دو طرفه برای جذب ذرات کربن و سپس اکسیداسیون متناوب آنها. این امر با اکسیداسیون مداوم با اکسیدهای نیتروژن در مبدل کاتالیست و بازسازی حرارتی با اکسیژن در فیلتر ذرات به دست می آید.
حد بار کامل یک موتور دیزل در سرویس معمولی با «محدودیت دود سیاه» تعریف می‌شود، که فراتر از آن، سوخت نمی‌تواند به طور کامل سوزانده شود. این به این دلیل است که تشکیل مخلوط فقط در حین احتراق انجام می شود و در نتیجه تغییرات لامبدا ایجاد می شود. بنابراین، حد دود سیاه نشان می دهد که یک موتور دیزلی چگونه از هوای خود استفاده می کند.
نویز
صدای موتور دیزل معمولی موتور دیزل دو سیلندر تزریق مستقیم دهه 1950 ( MWM AKD 112 Z ، در حالت آماده به کار)
صدای متمایز یک موتور دیزلی به طور متغیری به نام تق تق دیزل، نیلینگ دیزل یا کوبش دیزل نامیده می شود. صدای تلق دیزل عمدتاً به دلیل مشتعل شدن سوخت ایجاد می شود. احتراق ناگهانی سوخت دیزل هنگام تزریق به محفظه احتراق باعث ایجاد یک موج فشار می شود که در نتیجه صدای “تق” شنیدنی ایجاد می شود. طراحان موتور می توانند صدای تق تق دیزل را از طریق: تزریق غیر مستقیم کاهش دهند. پایلوت یا قبل از تزریق؛ زمان تزریق. میزان تزریق؛ نسبت تراکم؛ افزایش توربو؛ و گردش مجدد گاز اگزوز (EGR).سیستم‌های تزریق دیزل راه‌آهن مشترک، رویدادهای تزریق چندگانه را به عنوان کمکی به کاهش نویز مجاز می‌سازند. بنابراین موتورهای دیزلی جدید تا حد زیادی کوبش را حذف کرده اند. سوخت‌های دیزلی با رتبه ستان بالاتر احتمال اشتعال و در نتیجه کاهش صدای تلق دیزل را دارند.
شروع هوای سرد
به طور کلی موتورهای دیزلی نیازی به کمک راه اندازی ندارند. با این حال، در هوای سرد، برخی از موتورهای دیزلی ممکن است به سختی راه اندازی شوند و بسته به طراحی محفظه احتراق، ممکن است به پیش گرمایش نیاز داشته باشند. حداقل دمای راه اندازی که اجازه راه اندازی بدون پیش گرمایش را می دهد برای موتورهای محفظه پیش احتراق 40 درجه سانتیگراد، برای موتورهای محفظه چرخشی 20 درجه سانتیگراد و برای موتورهای تزریق مستقیم 0 درجه سانتیگراد است. موتورهای کوچکتر با جابجایی کمتر از 1 لیتر در هر سیلندر معمولاً دارای شمع های روشنایی هستند ، در حالی که موتورهای سنگین تر دارای سیستم شروع شعله هستند .
در گذشته، طیف گسترده‌تری از روش‌های شروع سرد مورد استفاده قرار می‌گرفت. برخی از موتورها، مانند موتورهای دیترویت دیزل مورد استفاده [ چه زمانی؟ ] سیستمی برای وارد کردن مقادیر کمی اتر به منیفولد ورودی برای شروع احتراق. برخی از موتورهای دیزلی به جای شمع های برق، مجهز به سیستم های کمک راه اندازی هستند که زمان بندی سوپاپ ها را تغییر می دهند. ساده ترین روشی که می توان این کار را انجام داد استفاده از یک اهرم فشارزدایی است. فعال کردن اهرم فشار، سوپاپ‌های خروجی را در موقعیت کمی به سمت پایین قفل می‌کند، در نتیجه موتور هیچ فشرده‌سازی ندارد و در نتیجه امکان چرخاندن میل لنگ را با مقاومت بسیار کمتری فراهم می‌کند. هنگامی که میل لنگ به سرعت بالاتری می‌رسد، چرخاندن اهرم رفع فشار به حالت عادی خود، به طور ناگهانی دریچه‌های خروجی را دوباره فعال می‌کند و در نتیجه فشرده‌سازی می‌شود – گشتاور جرمی اینرسی چرخ طیار و سپس موتور روشن می‌شود. موتورهای دیزلی دیگر، مانند موتور محفظه پیش احتراق XII Jv 170/240 ساخته شده توسط Ganz & Co، دارای یک سیستم تغییر زمان بندی سوپاپ هستند که با تنظیم میل بادامک سوپاپ ورودی کار می کند و آن را به موقعیت “دیر” حرکت می دهد. این باعث می شود که دریچه های ورودی با تاخیر باز شوند و هوای ورودی هنگام ورود به محفظه احتراق گرم شود.
سوپرشارژر و توربوشارژ
موتور دیزل دو زمانه با روتز دمنده ، نمونه دیترویت دیزل و برخی موتورهای دیزل الکتروموتور
موتور دیزلی خودروهای سواری دهه 1980 توربوشارژ با توربو شارژر و بدون اینترکولر ( BMW M21 )
همانطور که موتور دیزل متکی بر دستکاری است{\ displaystyle \ lambda _ {v}}\lambda_vبرای کنترل گشتاور و تنظیم سرعت، توده هوای ورودی نباید دقیقاً با توده سوخت تزریقی مطابقت داشته باشد (که می تواند{\ displaystyle \ lambda = 1}\لامبدا =1). بنابراین موتورهای دیزلی برای سوپرشارژ و توربوشارژ مناسب هستند. مزیت اضافی موتور دیزل کمبود سوخت در طول ضربه فشرده سازی است. در موتورهای دیزل، سوخت در نزدیکی نقطه مرگ بالا (TDC) تزریق می شود، زمانی که پیستون نزدیک به بالاترین موقعیت خود است. سپس سوخت در اثر حرارت تراکم مشتعل می شود. احتراق، ناشی از افزایش فشرده سازی مصنوعی توربوشارژر در طول ضربه فشرده سازی، نمی تواند رخ دهد.
بنابراین، بسیاری از دیزل ها دارای توربوشارژ و برخی دیگر هم توربوشارژ و هم سوپرشارژ هستند. یک موتور توربوشارژر می تواند قدرت بیشتری نسبت به یک موتور تنفس طبیعی با همان پیکربندی تولید کند. یک سوپرشارژر به صورت مکانیکی توسط میل لنگ موتور نیرو می گیرد، در حالی که یک توربوشارژر از اگزوز موتور نیرو می گیرد. توربوشارژ می تواند اقتصاد سوخت موتورهای دیزل را با بازیابی گرمای تلف شده از اگزوز، افزایش ضریب هوای اضافی و افزایش نسبت خروجی موتور به تلفات اصطکاک بهبود بخشد. افزودن اینترکولر به یک موتور توربوشارژ، عملکرد موتور را با خنک کردن توده هوا افزایش می دهد و در نتیجه اجازه می دهد توده هوای بیشتری در هر حجم داشته باشد.
یک موتور دو زمانه دارای اگزوز و مکش مجزا نیست و بنابراین قادر به نفس کشیدن نیست. بنابراین، همه موتورهای دیزلی دو زمانه باید دارای یک دمنده یا نوعی کمپرسور باشند تا سیلندرها را با هوا شارژ کرده و به پراکندگی گازهای خروجی کمک کند، فرآیندی که از آن به عنوان پاکسازی یاد می شود. سوپرشارژرهای نوع Roots تا اواسط دهه 1950 برای موتورهای کشتی استفاده می شدند، از سال 1955 به طور گسترده ای با توربوشارژرها جایگزین شدند. معمولاً یک موتور دیزل کشتی دو زمانه دارای یک توربوشارژر تک مرحله ای با یک توربین است که جریان ورودی محوری و خروجی شعاعی دارد.
مشخصات سوخت و سیال
مقاله اصلی: سوخت دیزل
در موتورهای دیزل، یک سیستم انژکتور مکانیکی سوخت را مستقیماً در محفظه احتراق اتمیزه می کند (بر خلاف یک جت Venturi در کاربراتور، یا یک انژکتور سوخت در سیستم انژکتور منیفولد که سوخت را در منیفولد ورودی یا دریچه های ورودی مانند موتور بنزینی اتمیزه می کند. ). از آنجایی که در موتور دیزلی فقط هوا به داخل سیلندر القا می شود، نسبت تراکم می تواند بسیار بالاتر باشد زیرا خطر احتراق پیش از آن وجود ندارد، مشروط بر اینکه فرآیند تزریق به طور دقیق زمان بندی شود. این بدان معنی است که دمای سیلندر در موتورهای دیزلی بسیار بالاتر از موتورهای بنزینی است و اجازه می دهد تا از سوخت های فرار کمتری استفاده شود.
موتور دیزلی M-System MAN 630 یک موتور بنزینی است (برای کار با بنزین ناتو F 46/F 50 طراحی شده است)، اما با سوخت جت (NATO F 40/F 44)، نفت سفید (NATO F 58) نیز کار می کند. و سوخت موتور دیزل (NATO F 54/F 75)
بنابراین، موتورهای دیزلی می توانند بر روی طیف گسترده ای از سوخت های مختلف کار کنند. به طور کلی، سوخت موتورهای دیزل باید ویسکوزیته مناسبی داشته باشد، به طوری که پمپ تزریق بتواند بدون ایجاد آسیب به خود یا خوردگی خط سوخت، سوخت را به نازل های تزریق پمپ کند. در هنگام تزریق، سوخت باید یک اسپری سوخت خوب ایجاد کند و نباید اثر کک سازی بر روی نازل های تزریق داشته باشد. برای اطمینان از راه اندازی مناسب موتور و عملکرد نرم، سوخت باید مشتعل شود و از این رو باعث تاخیر در اشتعال زیاد نشود (این بدان معناست که سوخت باید دارای عدد ستان بالایی باشد). سوخت دیزل نیز باید دارای ارزش حرارتی پایین تری باشد .
پمپ های انژکتوری مکانیکی درون خطی معمولاً سوخت های بی کیفیت یا بی کیفیت را بهتر از پمپ های نوع توزیع کننده تحمل می کنند. همچنین، موتورهای تزریق غیرمستقیم معمولاً در سوخت‌هایی با تأخیر اشتعال بالا (مثلاً بنزین) نسبت به موتورهای تزریق مستقیم عملکرد رضایت‌بخش‌تری دارند.این تا حدی به این دلیل است که موتور تزریق غیرمستقیم اثر چرخشی بسیار بیشتری دارد، تبخیر و احتراق سوخت را بهبود می‌بخشد، و به این دلیل که (در مورد سوخت‌های نوع روغن نباتی) رسوبات لیپیدی می‌توانند بر روی دیواره‌های سیلندر متراکم شوند. موتور تزریق مستقیم اگر دمای احتراق خیلی پایین باشد (مانند روشن کردن موتور از سرد). موتورهای تزریق مستقیم با محفظه احتراق کره مرکزی MANبه متراکم شدن سوخت روی دیواره های محفظه احتراق تکیه کنید. سوخت تنها پس از شروع احتراق شروع به بخار شدن می کند و نسبتاً نرم می سوزد. بنابراین، چنین موتورهایی سوخت هایی با ویژگی های تاخیر احتراق ضعیف را نیز تحمل می کنند و به طور کلی می توانند با بنزین دارای رتبه 86 RON کار کنند.
انواع سوخت
رودولف دیزل در کار خود در سال 1893، نظریه و ساخت موتور حرارتی منطقی ، استفاده از غبار زغال سنگ را به عنوان سوخت موتور دیزل در نظر می گیرد. با این حال، دیزل فقط استفاده از گرد و غبار زغال سنگ (و همچنین سوخت مایع و گاز) را در نظر گرفت. موتور واقعی او برای کار بر روی نفت طراحی شده بود، که به زودی با بنزین معمولی و نفت سفید برای اهداف آزمایش بیشتر جایگزین شد ، زیرا ثابت شد که نفت بیش از حد چسبناک است. علاوه بر نفت سفید و بنزین، موتور دیزل می تواند روی لیگروین نیز کار کند .
قبل از استاندارد شدن سوخت موتور دیزل، از سوخت هایی مانند بنزین ، نفت سفید ، نفت گاز ، روغن نباتی و روغن معدنی و همچنین مخلوطی از این سوخت ها استفاده می شد. سوخت‌های معمولی که به طور خاص برای استفاده در موتورهای دیزلی در نظر گرفته شده بودند، تقطیرهای نفتی و تقطیرهای قطران زغال سنگ مانند موارد زیر بودند. این سوخت ها دارای مقادیر ویژه گرمایش کمتری هستند:
روغن دیزل: 10200 کیلوکالری · کیلوگرم -1 (42.7 مگاژول · کیلوگرم -1 ) تا 10250 کیلو کالری · کیلوگرم -1 (42.9 MJ · کیلوگرم -1 )
روغن گرمایشی: 10000 کیلوکالری · کیلوگرم -1 (41.8 مگاژول · کیلوگرم -1 ) تا 10200 کیلوکالری · کیلوگرم -1 (42.7 MJ · کیلوگرم -1 )
کرئوزوت قطران ذغال سنگ : 9150 کیلوکالری · کیلوگرم -1 (38.3 مگاژول · کیلوگرم – 1 ) تا 9250 کیلوکالری · کیلوگرم -1 (38.7 MJ·kg -1 )
نفت سفید : تا 10400 کیلوکالری · کیلوگرم – 1 (43.5 MJ · کیلوگرم – 1 )
اولین استانداردهای سوخت دیزل DIN 51601 ، VTL 9140-001 و ناتو F 54 بودند که پس از جنگ جهانی دوم ظاهر شدند.استاندارد مدرن سوخت دیزل اروپایی EN 590 در می 1993 ایجاد شد. نسخه مدرن استاندارد ناتو F 54 عمدتاً با آن یکسان است. استاندارد DIN 51628 بیودیزل توسط نسخه 2009 EN 590 منسوخ شد. بیودیزل FAME مطابق با استاندارد EN 14214 است. موتورهای دیزلی کشتی های دریایی معمولاً با سوخت موتور دیزلی کار می کنند که مطابق با استاندارد ISO 8217 ( Bunker C ) است. همچنین، برخی از موتورهای دیزلی می توانند با گازها (مانند LNG ) کار کنند).
خواص سوخت دیزل مدرن
خواص سوخت دیزل مدرن
EN 590 (از سال 2009) EN 14214 (از سال 2010)
عملکرد احتراق ≥ 51 CN ≥ 51 CN
چگالی در 15 درجه سانتیگراد 820 … 845 کیلوگرم · متر -3 860 … 900 kg·m −3
محتوای گوگرد ≤10 mg·kg -1 ≤10 mg·kg -1
محتوای آب ≤200 mg·kg -1 ≤500 mg·kg -1
روانکاری 460 میکرومتر 460 میکرومتر
ویسکوزیته در 40 درجه سانتیگراد 2.0…4.5 mm 2 ·s −1 3.5…5.0 mm 2 ·s −1
محتوای FAME ≤7.0% ≥96.5%
نسبت مولی H/C – 1.69
ارزش گرمایشی کمتر – 37.1 MJ·kg −1
ژلینگ
سوخت دیزل DIN 51601 در هوای سرد مستعد اپیلاسیون یا ژل شدن بود. هر دو اصطلاحی برای انجماد روغن دیزل به حالت نیمه کریستالی هستند. کریستال ها در سیستم سوخت (مخصوصاً در فیلترهای سوخت) جمع می شوند و در نهایت موتور سوخت را از بین می برند و باعث از کار افتادن آن می شوند. بخاری های برقی کم خروجی در مخازن سوخت و اطراف خطوط سوخت برای حل این مشکل استفاده شد. همچنین اکثر موتورها برگشت نشت دارندسیستمی که به وسیله آن هر گونه سوخت اضافی از پمپ انژکتور و انژکتورها به مخزن سوخت بازگردانده می شود. پس از گرم شدن موتور، بازگشت سوخت گرم از اپیلاسیون در مخزن جلوگیری می کند. قبل از تزریق مستقیم موتورهای دیزلی، برخی از تولیدکنندگان مانند BMW، ترکیب تا 30 درصد بنزین را با گازوئیل با سوخت خودروهای دیزلی با بنزین توصیه کردند تا از ژل شدن سوخت در هنگام کاهش دما به زیر 15 درجه سانتیگراد جلوگیری شود.
ایمنی
قابلیت اشتعال سوخت
سوخت دیزل نسبت به بنزین کمتر قابل اشتعال است، زیرا نقطه اشتعال آن 55 درجه سانتیگراد است که منجر به کاهش خطر آتش سوزی ناشی از سوخت در وسیله نقلیه مجهز به موتور دیزل می شود.
سوخت دیزل می تواند در شرایط مناسب یک ترکیب هوا/بخار انفجاری ایجاد کند. با این حال، در مقایسه با بنزین، به دلیل فشار بخار پایین تر، کمتر مستعد ابتلا به آن است که نشان دهنده سرعت تبخیر است. برگه اطلاعات ایمنی مواد برای سوخت دیزل با گوگرد بسیار کم، خطر انفجار بخار را برای سوخت دیزل در داخل، خارج از منزل یا در فاضلاب نشان می دهد.
سرطان
اگزوز دیزل به عنوان سرطان زا گروه 1 IARC طبقه بندی شده است . باعث سرطان ریه می شود و با افزایش خطر ابتلا به سرطان مثانه مرتبط است.
برنامه های کاربردی
ویژگی های دیزل مزایای مختلفی برای کاربردهای مختلف دارد.
موتورهای دیزلی مدت‌هاست که در خودروهای بزرگتر محبوب بوده‌اند و از دهه 1980 در خودروهای کوچکتر مانند سوپرمینی در اروپا استفاده می‌شوند. آنها قبلاً در اتومبیل های بزرگتر محبوب بودند، زیرا جریمه های وزن و هزینه کمتر قابل توجه بود. عملکرد صاف و همچنین گشتاور کم پایان بالا برای خودروهای سواری و وسایل نقلیه تجاری کوچک مهم است. معرفی تزریق سوخت با کنترل الکترونیکی به طور قابل توجهی تولید گشتاور صاف را بهبود بخشید و از اوایل دهه 1990، خودروسازان شروع به عرضه وسایل نقلیه لوکس خود با موتورهای دیزلی کردند. موتورهای دیزلی خودروهای سواری معمولاً بین سه تا دوازده سیلندر و حجمی بین 0.8 تا 6.0 لیتر دارند. نیروگاه های مدرن معمولاً توربو شارژ هستند و تزریق مستقیم دارند.
موتورهای دیزلی از انقباض هوای ورودی رنج نمی برند و در نتیجه مصرف سوخت بسیار پایین به خصوص در بار جزئی کم می شود (به عنوان مثال: رانندگی در سرعت های شهر). یک پنجم تمام خودروهای سواری در سراسر جهان دارای موتورهای دیزلی هستند که بسیاری از آنها در اروپا هستند، جایی که تقریباً 47 درصد از کل خودروهای سواری با موتور دیزلی کار می کنند. دایملر-بنز در همکاری با رابرت بوش جیامبیایچ خودروهای سواری دیزلی را از سال 1936 تولید کرد . محبوبیت خودروهای سواری دیزلی در بازارهایی مانند هند، کره جنوبی و ژاپن در حال افزایش است (از سال 2018) .
وسایل نقلیه تجاری و کامیون
طول عمر موتورهای دیزلی مرسدس بنز
در سال 1893، رودولف دیزل پیشنهاد کرد که موتور دیزل احتمالاً می تواند “واگن ها” (کامیون) را تامین کند. اولین کامیون با موتورهای دیزلی در سال 1924 به بازار آورده شد.
موتورهای دیزلی مدرن برای کامیون‌ها باید هم بسیار قابل اعتماد باشند و هم در مصرف سوخت بسیار کارآمد باشند. تزریق مستقیم ریل مشترک، توربوشارژ و چهار سوپاپ در هر سیلندر استاندارد هستند. جابجایی ها از 4.5 تا 15.5 لیتر، با نسبت قدرت به جرم 2.5-3.5 kg·kW -1 برای کارهای سنگین و 2.0-3.0 kg·kW -1 برای موتورهای با کار متوسط است. موتورهای V6 و V8 به دلیل جرم نسبتاً کم موتور که پیکربندی V ارائه می‌دهد، رایج بودند. اخیراً پیکربندی V به نفع موتورهای مستقیم کنار گذاشته شده است. این موتورها معمولاً برای کارهای سنگین و متوسط مستقیم-6 و برای کارهای متوسط-4 هستند. زیر مربع آنهاطراحی باعث کاهش سرعت کلی پیستون می شود که منجر به افزایش طول عمر تا 1200000 کیلومتر (750000 مایل) می شود. در مقایسه با موتورهای دیزلی دهه 1970، طول عمر مورد انتظار موتورهای دیزلی کامیون مدرن بیش از دو برابر شده است.
وسایل نقلیه راه آهن
موتورهای دیزلی برای لوکوموتیوها برای کار مداوم بین سوخت‌گیری‌ها ساخته شده‌اند و ممکن است در برخی شرایط نیاز به استفاده از سوخت بی کیفیت داشته باشند. [219] برخی از لوکوموتیوها از موتورهای دیزلی دو زمانه استفاده می کنند. موتورهای دیزلی جایگزین موتورهای بخار در تمام راه آهن های غیر برقی در جهان شده اند. اولین لوکوموتیوهای دیزلی در سال 1913 و چند واحد دیزلی بلافاصله پس از آن ظاهر شدند. تقریباً تمام لوکوموتیوهای دیزلی مدرن به درستی به عنوان لوکوموتیوهای دیزلی-الکتریکی شناخته می شوند زیرا از انتقال الکتریکی استفاده می کنند: موتور دیزل یک ژنراتور الکتریکی را به حرکت در می آورد که موتورهای کششی الکتریکی را به حرکت در می آورد. در حالی کهلکوموتیوهای الکتریکی در بسیاری از مناطق جایگزین لوکوموتیو دیزلی برای خدمات مسافری شده‌اند. کشش دیزلی به طور گسترده برای قطارهای باری باربری و در مسیرهایی که برق‌رسانی از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست استفاده می‌شود.
در دهه 1940، موتورهای دیزلی وسایل نقلیه جاده ای با توان خروجی 150-200 اسب بخار متریک (110-150 کیلووات؛ 150-200 اسب بخار) برای DMU ها معقول در نظر گرفته شدند. معمولاً از نیروگاه های کامیون معمولی استفاده می شد. ارتفاع این موتورها باید کمتر از 1 متر (3 فوت 3 اینچ) باشد تا امکان نصب در کف فراهم شود. معمولاً موتور با یک گیربکس مکانیکی با پنوماتیک جفت می شد، زیرا اندازه، جرم و هزینه های تولید این طرح کم بود. برخی از DMU ها به جای آن از مبدل های گشتاور هیدرولیک استفاده می کردند. گیربکس دیزلی-الکتریکی برای چنین موتورهای کوچکی مناسب نبود. در دهه 1930، Deutsche Reichsbahnاولین موتور DMU خود را استاندارد کرد. این یک واحد باکسر 12 سیلندر 30.3 لیتری (1850 متر مکعب) بود که 275 اسب بخار متریک (202 کیلووات؛ 271 اسب بخار) تولید می کرد. چندین سازنده آلمانی موتورهایی را بر اساس این استاندارد تولید کردند.
کشتی های آبی
یکی از موتورهای دیزلی هشت سیلندر 3200 IHP Harland و Wolff – Burmeister & Wain که در موتور کشتی Glenapp نصب شده است. این پرقدرت ترین موتور دیزلی بود که تاکنون (1920) در یک کشتی نصب شده است. برای مقایسه اندازه به مردی که پایین سمت راست ایستاده توجه کنید.
0:34
موتور دیزلی قایق را با میل لنگ در دریاچه اینله ( میانمار ) به کار می اندازد.
الزامات موتورهای دیزل دریایی بسته به کاربرد متفاوت است. برای مصارف نظامی و قایق های سایز متوسط، موتورهای دیزلی با سرعت متوسط چهار زمانه مناسب ترین هستند. این موتورها معمولاً تا 24 سیلندر دارند و دارای توان خروجی در منطقه یک رقمی مگاوات هستند. قایق های کوچک ممکن است از موتورهای دیزل کامیون استفاده کنند. کشتی های بزرگ از موتورهای دیزلی دو زمانه بسیار کارآمد و کم سرعت استفاده می کنند. آنها می توانند به راندمان تا 55٪ برسند. برخلاف اکثر موتورهای دیزل معمولی، موتورهای دو زمانه کشتی های آبی از روغن سوختی بسیار چسبناک استفاده می کنند . زیردریایی ها معمولاً دیزلی-الکتریکی هستند.
اولین موتورهای دیزلی برای کشتی ها توسط AB Diesel Motorer Stockholm در سال 1903 ساخته شد. این موتورها واحدهای سه سیلندر 120 اسب بخار (88 کیلووات) و واحدهای چهار سیلندر 180 اسب بخار (132 کیلووات) بودند و برای کشتی های روسی استفاده می شدند. در جنگ جهانی اول، به ویژه توسعه موتورهای دیزل زیردریایی به سرعت پیشرفت کرد. تا پایان جنگ، موتورهای دو زمانه پیستونی دوگانه با حداکثر قدرت 12200 اسب بخار (9 مگاوات) برای استفاده دریایی ساخته شده بود.
هوانوردی
مقاله اصلی: موتور دیزل هواپیما
موتورهای دیزلی قبل از جنگ جهانی دوم در هواپیماها استفاده می شد، به عنوان مثال، در کشتی هوایی صلب LZ 129 Hindenburg ، که با چهار موتور دیزلی دایملر-بنز DB 602 نیرو می گرفت، یا در چندین هواپیمای Junkers که دارای موتورهای جومو 205 بود. نصب شده است. تا اواخر دهه 1970، هیچ گونه کاربرد موتور دیزل در هواپیما وجود نداشت. در سال 1978، کارل اچ. برگی استدلال کرد که “احتمال یک دیزل هوانوردی عمومی در آینده نزدیک بسیار دور است.” در سالهای اخیر (2016)، موتورهای دیزلی به دلیل قابلیت اطمینان، دوام و مصرف سوخت کم، در هواپیماهای بدون سرنشین (UAV) مورد استفاده قرار گرفته‌اند. در اوایل سال 2019، AOPAگزارش داد که یک مدل موتور دیزلی برای هواپیماهای هوانوردی عمومی “در حال نزدیک شدن به خط پایان” است.
موتورهای دیزل غیر جاده ای
موتور دیزلی هوا خنک پورشه 218 1959
موتورهای دیزل غیر جاده ای معمولا برای تجهیزات ساختمانی استفاده می شوند . راندمان سوخت، قابلیت اطمینان و سهولت نگهداری برای چنین موتورهایی بسیار مهم است، در حالی که توان خروجی بالا و عملکرد بی صدا ناچیز است. بنابراین، تزریق سوخت با کنترل مکانیکی و خنک کننده هوا هنوز بسیار رایج است. توان خروجی معمول موتورهای دیزل غیر جاده ای بسیار متفاوت است، به طوری که کوچکترین واحدها از 3 کیلووات شروع می شوند و قوی ترین موتورها موتورهای کامیون های سنگین هستند.
موتورهای دیزلی ثابت
سه دستگاه آلترناتور دیزلی انگلیسی Electric 7SRL در حال نصب در نیروگاه ساعتنی، زنگبار 1955
موتورهای دیزل ثابت معمولاً برای تولید الکتریسیته و همچنین برای تأمین انرژی کمپرسورهای یخچال یا دیگر انواع کمپرسورها یا پمپ ها استفاده می شوند. معمولاً این موتورها یا به طور مداوم با بار جزئی کار می کنند یا به صورت متناوب با بار کامل. موتورهای دیزلی ثابت که ژنراتورهای الکتریکی را تغذیه می کنند که جریان متناوب تولید می کنند، معمولاً با بار متناوب، اما فرکانس چرخشی ثابت کار می کنند. این به دلیل فرکانس ثابت شبکه 50 هرتز (اروپا) یا 60 هرتز (ایالات متحده) است. فرکانس چرخش میل لنگ موتور طوری انتخاب می شود که فرکانس شبکه مضرب آن باشد. به دلایل عملی، این منجر به فرکانس چرخش میل لنگ 25 هرتز (1500 در دقیقه) یا 30 هرتز (1800 در دقیقه) می شود.
موتورهای رد حرارت کم
کلاس خاصی از نمونه اولیه موتورهای پیستونی احتراق داخلی طی چندین دهه با هدف بهبود کارایی از طریق کاهش تلفات حرارتی توسعه یافته است. این موتورها را موتورهای آدیاباتیک می نامند. به دلیل تقریب بهتر انبساط آدیاباتیک؛ موتورهای رد حرارت کم یا موتورهای با دمای بالا. آنها عموماً موتورهای پیستونی با قطعات محفظه احتراق هستند که با پوشش های مانع حرارتی سرامیکی پوشانده شده اند. برخی از پیستون ها و سایر قطعات ساخته شده از تیتانیوم استفاده می کنند که رسانایی حرارتی و چگالی پایینی دارد. برخی از طرح ها می توانند استفاده از سیستم خنک کننده و تلفات انگلی مرتبط را به طور کلی حذف کنند. توسعه روان کننده هایی که قادر به مقاومت در برابر دماهای بالاتر هستند، مانع اصلی تجاری سازی بوده است.
تحولات آینده
در ادبیات اواسط دهه 2010، اهداف اصلی توسعه برای موتورهای دیزلی آینده به عنوان بهبود انتشار گازهای گلخانه ای، کاهش مصرف سوخت و افزایش طول عمر توصیف شده است (2014). گفته می شود که موتور دیزل، به ویژه موتور دیزل برای وسایل نقلیه تجاری، تا اواسط دهه 2030 مهمترین نیروگاه خودرو باقی خواهد ماند. ویراستاران فرض می کنند که پیچیدگی موتور دیزل بیشتر خواهد شد (2014). برخی از ویراستاران به دلیل گام های توسعه موتور اتو که به سمت احتراق تراکمی شارژ همگن انجام شده است (2017) انتظار همگرایی آینده اصول عملکرد موتورهای دیزل و اتو را دارند.
موتورهای دیزل پرکینز
موتورهای دیزل پرکینز در سری های مختلف زیر تولید شده اند:
موتور ديزل (به انگليسي: Diesel engine) گونه‌ای از موتورهای درون‌سوز است که در آن از سوخت ديزل براي ايجاد حرکت استفاده مي‌شود. فرق اصلي موتورهای دیزل با موتورهای بنزینی در استفاده از احتراق در اثر تراکم است. در اين گونه پيشرانه‌ها عمل انفجار صورت نمي‌گيرد، بلکه مخلوط سوخت و هوا در اثر تراکم بسيار بالا بدون جرقه زدن متراکم مي‌شوند و دور اصلي اين پيشرانه‌ها بر خلاف موتورهاي بنزين سوز ???? دور/دقيقه محسوب مي‌گردند.
محتويات
- ريشه لغوي
- ديد کلي
- تاريخچه
- طبقه بندی
- طرزکار
- سيکل موتورهاي ديزل چهارزمانه
- سيکل موتورهاي ديزل دوزمانه
مخترع موتور دیزل
شاید برای شما نیز این سوال پیش آمده باشد که مخترع موتور دیزل کیست؟ نام ديزل برگرفته از نام مخترع آلمانی به نام رودلف ديزل است که در سال ???? پس از 14 سال تلاش اختراع شد. رودلف ديزل با کار و تلاش شبانه‌روزي، خود توانست نوع خاصي از موتورهاي درون‌سوز را به ثبت رساند. رودلف ديزل جان خود را برای همین اختراع از دست داد. به احترام اين مخترع اين‌گونه از موتورها را ديزل نامگذاری کردنند.
چگونگی عملکرد
موتورهاي ديزل، به انواع گسترده‌اي از موتورها گفته مي‌شود که بدون نياز به يک جرقه الکتريکي مي‌توانند ماده سوختني را شعله‌ور سازند. در اين موتورها براي شعله‌ور ساختن سوخت از حرارت‌هاي بالا استفاده مي‌شود. به اين شکل که ابتدا دماي اتاقک احتراق را بسيار بالا مي‌برند و پس از اينکه دما به اندازه کافي بالا رفت ماده سوختني را با هوا مخلوط مي‌کنند.
براي سوختن به سه عامل حرارت ، اکسيژن و ماده سوختنی نياز است. اکسيژن از طريق مجاري ورودي موتور وارد محفظه سيلندر مي‌شود و سپس بوسيله پيستون فشرده مي‌گردد. اين فشردگي آنچنان زياد است که باعث ايجاد حرارت بسيار بالا مي‌گردد. سپس عامل سوم يعني ماده سوختني به گرما و اکسيژن افزوده مي‌شود که در نتيجه آن سوخت شعله‌ور مي‌شود.
نکته! ميزان مصرف سوخت ديزل وابسته به عوامل متعددی است که مي توان توان موتور ديزل يا ديزل ژنراتور، ميزان بارگزاري و حتي شرايط محيطی و فني دستگاه را از آن جمله دانست. بنابراين براي پيش بيني ميزان سوخت مورد نياز بايد به جداولي که در اين خصوص تهيه شده است مراجعه نمود.
تاریخچه دیزل
در سال ???? ميلادي آکرويد استوارت حق امتياز ساخت موتوري را دريافت کرد که در آن هواي خالص در سيلندر موتور متراکم مي‌گرديد و سپس (به منظور جلوگيري از اشتعال پيش‌رس) سوخت به داخل هواي متراکم شده تزريق مي‌شد، اين موتورهاي با فشار پايين بودند؛ و برای مشتعل ساختن سوخت تزريق شده از يک لامپ الکتريکي يا روش‌هاي ديگر در خارج از سيلندر استفاده می شد.
در سال ???? دکتر رودلف ديزل آلماني حق امتياز موتور طراحي شده‌اي را به ثبت رساند که در آن اشتعال ماده سوختنی، بلافاصله بعد از تزريق سوخت به داخل سيلندر انجام مي‌گرفت. اين اشتعال عامل حرارت زيادي بود که در اثر تراکم زياد هوا بوجود مي‌آمد. وي ابتدا دوست داشت که موتور وي پودر زغال سنگ را بسوزاند ولي به سرعت به نفت روي آورد و نتايج قابل توجهي گرفت.
طي سالهاي متمادی پس از اختراع موتور ديزل، از اين نوع موتور عمدتاً و منحصراً در کارهاي درجا و سنگين از قبيل توليد برق، تلمبه کردن آب، راندن قايق‌هاي مسافري و باري و همچنين براي توليد قدرت جهت رفع بعضي از نيازهاي کارخانجات استفاده مي‌شد. اين موتورها سنگين، کم سرعت، داراي يک يا چند سيلندر و از نوع دوزمانه يا چهارزمانه بودند.
پيشرفت بيشتر موتورهاي ديزل، تا توسعه سيستم‌هاي پيشرفته تزريق سوخت در دهه ???? طول کشيد. در اين سال‌ها رابرت بوش توليد انبوه پمپ‌هاي سوخت پاش خود را آغاز کرد. توسعه پمپ‌هاي سوخت پاش (پمپ‌هاي انژکتور) با توسعه موتورهاي کوچکي که براي استفاده در خودروها مناسب بودند متعادل شد.
موتورهاي ديزل سبکتري که سرعتشان نيز بالا بود در سال ???? به بازار عرضه شدند. با آنکه پيشرفت در ساخت اين موتورها کند بود. اما در سال ???? موتورهاي ديزل قابل اطمينان که به خوبي طراحي شده‌بودند و چند سيلندر و سريع نيز بودند به بازار عرضه شد. اين پيشرفت تا پايان جنگ جهاني دوم براي مدتي کند بود. ليکن از آن تاريخ تاکنون طراحي و توليد اين موتورها به طريقي پيشرفت نموده است که امروزه استفاده گسترده و فراگير از موتورهاي ديزل را شاهد هستيم.
طبقه بندی و انواع
موتورهاي ديزل نيز مانند ساير موتورهاي احتراق داخلی در معیارهای مختلفی قابل طبقه‌بندي هستند. مثلاً مي‌توان موتورهاي ديزل را بر حسب مقدار دفعات احتراق در هر دور گردش ميل لنگ به موتورهاي ديزل دوزمانه يا موتورهاي ديزل چهارزمانه تقسيم‌بندي نموده يا بر حسب قدرت توليدي که به شکل اسب بخار بيان مي‌گردد. يا بر حسب تعداد سيلندر يا شکل قرارگيري سيلندرها که بر اين اساس به فقط يک نوع Vشکل است.
موتورهاي ديزل تنها در سيستم تغذيه و تنظيم سوخت با موتورهاي اشتعال جرقه‌اي تفاوت مي‌کند؛ بنابراين ساختارهاي بسيار مشابهي ميان اين موتورها وجود دارد و تنها تفاوت ساختماني آنها قطعات زير است که در موتورهاي ديزل وجود دارد و در ساير موتورهاي احتراق داخلي وجود ندارد.
پمپ گازوئیل (پمپ انژکتور): وظيفه تنظيم ميزان سوخت و تأمين فشار لازم جهت پاشش سوخت را به عهده دارد.
انژکتورها : باعث پودر شدن سوخت و گازبندي اتاقک احتراق مي‌شوند.
فيلترهاي سوخت : باعث جداسازي مواد اضافي و خارجي از سوخت مي‌شوند.
لوله‌هاي انتقال سوخت : مي‌بايست غيرقابل اشباع بوده و در برابر فشار پايداري نمايند.
توربوشارژر : باعث افزايش هواي ورودي به سيلندر مي‌شوند
طرزکار
همانگونه که اشاره شد موتورهاي ديزل بر اساس نحوه کار کردن به دو دسته موتورهاي چهارزمانه و دوزمانه تقسيم مي‌شوند. ليکن در هر دوي اين موتورها چهار عمل اصلي انجام مي‌گردد که عبارتند از مکش يا تنفس – تراکم يا فشار – کار يا انفجار و تخليه دود اما بر حسب نوع موتورها ممکن است اين مراحل مجزا يا به صورت توأم انجام گيرند. برای اطلاعات بیشتر مقاله زیر را بخوانید
سيکل موتورهاي ديزل چهارزمانه
زمان تنفس:
پيستون از بالاترين مکان خود (نقطه صفر بالا) به طرف پايين‌ترين مکان خود در سيلندر (نقطه صفر پايين) حرکت مي‌کند در اين زمان سوپاپ تخليه بسته است و سوپاپ هوا باز است. با پايين آمدن پيستون يک خلأ نسبي در سيلندر ايجاد مي‌شود و هواي خالص از طريق مجراي سوپاپ هوا وارد سيلندر مي‌گردد. در انتهاي اين زمان سوپاپ هوا بسته شده و هواي خالص در سيلندر حبس مي‌گردد.
زمان تراکم:
پيستون از نقطه صفر پايين به طرف بالا (تا نقطه صفر بالا) حرکت مي‌کند و در حاليکه هر دو سوپاپ بسته‌اند (سوپاپ هوا و سوپاپ دود) هواي داخل سيلندر متراکم مي‌گردد و به نسبت تراکم X تا X برابر مي‌رسد. فشار داخل سيلندر تا حدود X اتمسفر بالا مي‌رود و بر اثر اين تراکم زياد حرارت هوا داخل سيلندر به شدت افزايش يافته و به حدود X درجه سانتيگراد مي‌رسد.
زمان قدرت:
در انتهاي زمان تراکم در حاليکه هر دو سوپاپ همچنان بسته‌اند و پيستون به نقطه مرگ بالا مي‌رسد مقداري سوخت روغني (گازوئيل) به درون هوا فشرده و داغ موجود در محفظه احتراق پاشيده مي‌شود و ذرات سوخت در اثر اين درجه حرارت زياد محترق مي‌گردند. پس از خاتمه تزريق سوخت عمل سوختن تا حدود ?/? از زمان قدرت ادامه پيدا مي‌کند.
فشار زياد گازهاي منبسط شده (به علت احتراق) پيستون را به طرف پايين و تا نقطه صفر پايين مي‌راند. حرکت پيستون از طريق شاتون به ميل‌لنگ منتقل مي‌شود و موجب گردش ميل‌لنگ مي‌گردد. در اين مرحله حرارت گازهاي مشتعل شده به ???? درجه سانتيگراد مي‌رسد و فشار داخل سيلندر تا حدود ?? اتمسفر افزايش مي‌يابد.
زمان تخليه:
با رسيدن پيستون به نقطه صفر پايين در مرحله قدرت، سوپاپ تخليه باز مي‌شود و به گازهاي سوخته تحت فشار اوليه اجازه مي‌دهد سيلندر را ترک کند. پس پيستون از نقطه صفر پايين به طرف بالا حرکت مي‌کند و تمام گازهاي سوخته را بيرون از سيلندر مي‌راند. در پايان پيستون يکبار ديگر به طرف پايين حرکت مي‌کند و با شروع زمان تنفس سيکل جديدي آغاز مي‌گردد.
سيکل موتورهاي ديزل دوزمانه
در اين نوع موتورهاي دوزمانه سوپاپ تنفس هواي تازه، نظير آنچه در موتورهاي چهارزمانه ذکر شد وجود ندارد؛ و به جاي آن در فاصله معيني از سرسيلندر، مجراهايي در بدنه سيلندر تعبيه شده است؛ که پيستون در قسمتي از مسير خود جلوي آنها را مي‌بندد، اصول کار اين موتورها در دوزمان است، که در واقع در هر دور چرخش ميل‌لنگ اتفاق مي‌افتد.
زمان اول:
پيستون از نقطه صفر پايين به طرف بالا و تا نقطه صفر بالا حرکت مي‌کند. در اين زمان پيستون پس از عبور از جلو مجاري تنفس هواي تازه را تاحد معيني متراکم مي‌سازد. در طول اين زمان سوپاپ تخليه که در قسمت فوقاني سيلندر و در داخل سرسيلندر قرار دارد کماکان بسته مانده‌است.
زمان دوم:
در انتهاي زمان اول مقداري سوخت روغني (گازوئيل) به صورت پودر شده به درون هواي متراکم شده و داغ موجود در محفظه احتراق پاشيده مي‌شود و ذرات سوخت محترق مي‌گردد. فشار زياد گازهاي محترق شده پيستون را به طرف پايين مي‌راند. پيستون در مسير حرکت روبه پايين خود جلو مجاري تنفس هواي تازه را باز مي‌کند. در اين موقع هواي تازه به شدت وارد سيلندر مي‌گردد. در همين حال سوپاپ تخليه نيز بازمي‌گردد و گازهاي حاصل از احتراق بوسيله هواي تازه از سيلندر خارج مي‌گردند. پس از رسيدن پيستون به نقطه صفر پايين سيکل جديدی آغاز مي‌شود. نقطه صفر بالا همان T.D.C است. نقطه صفر پائين همان B.D.C است.
منابع: