اگر از طرفداران دنیای خودرو باشید و به قول گفتی خودروباز، حتما می دانید که دو نوع از معروفترین پیشرانه های خودرویی دیزلی و بنزینی اند. پیشرانه های دیزلی دومین نوع از پیشرانه های معمول و پر استفاده در صنعت خودروسازی به حساب می آیند، اما چه تفاوتی با پیشرانه های بنزینی دارند و مهمتر اینکه، اصلا چگونه کار می کنند؟ در ادامه با سپندخودرو همراه باشید.
تاریخچه پیشرانه های دیزلی
از زمانی که دستگاهی به نام اتومبیل اختراع شد، اولین نوع از پیشرانه هایی که برای آن در نظر گرفته میشد، پیشرانه های درون سوز بنزینی بود. پیشرانه درون سوز بنزینی در سال 1876 توسط فردی به نام نیکولاس آگوست اتو اختراع شد. این پیشرانه از نوع چهار زمانه بود و در نمونه اولیه خود بازدهی مناسبی نداشت، ایرادی که بطور مشابه در موتورهای بخار نیز شاهد آن بودیم.
در سال 1892 فردی به نام رودولف دیزل با بررسی موتورهای بخار و نمونه های تولید شده از پیشرانه های بنزینی، موفق به تولید نسل جدید از پیشرانه های شد که بعدا به نام پیشرانه دیزلی شناخته شد.
این پیشرانه که در دوره خود تغییر بزرگی بود بجای استفاده از بنزنین به عنوان تامین کننده نیروی محرکه از گازوئیل برای سوخت بهره می برد. پیشرانه تولید شده توسط این مهندس آلمانی در همان نمونه های اولیه نیز موفق به تولید نیروی محرکه بیشتری میشد که منجر به انقلابی در صنعت خودروسازی شد.
اما از همان ابتدا نیز دارای معایبی از جمله آلودگی صوتی و زیست محیطی زیادی بود که منشا آن استفاده از گازوئیل بجای بنزین است. وجود چنین مشکلاتی استفاده از موتورهای دیزلی را با محدودیت های بسیاری روبرو می کرد و باعث شد تا استفاده از پیشرانه های دیزلی بیشتر برای خودروهای سنگین و کشتی ها گزینه مناسبی باشد.
در طی سال ها پیشرفت و تولید نمونه های مختلف از پیشرانه های دیزلی امروزه شاهد استفاده از این پیشرانه حتی در لوکس ترین خودروهای دنیا هستیم. اما پیشرانه های دیزلی چگونه کار می کنند؟
نحوه عملکرد پیشرانه های دیزلی
اگر با عملکرد پیشرانه های دیزلی آشنایی داشته باشید باید گفت که عملکرد پیشرانه های دیزلی نیز فرایند مشابهی دارد. هر دو از نوع پیشرانه های درون سوز هستند و انرژی شیمیایی را تبدیل به انرژی حرکتی می کنند. انرژی به وجود آمده ناشی از سوخت گازوئیل پیستون ها را به حرکت در می آورد که منجر به حرکت سیلندرها و میل لنگ شده و در نهایت انرژی حرکتی خودرو تامین می شود.
انرژی ناشی از احتراق سوخت، انفجارهایی در سیلندر به وحود می آورد که باعث حرکت سیلندرها می شود. اما تفاوت پیشرانه های دیزلی و بنزینی در نحوه عملکرد و سیستم هوارساتی آنهاست.
سوخت و هوا در محفظه سیلندر مخلوط و به وسیله پیستون متراکم می شوند و درنهایت در بالاترین نقطه از مسیر حرکت پیستون، به واسطه جرقه شمع احتراق ایجاد می شود.
در پیشرانه های بنزینی هوا و سوخت توسط پیستون به متراکم شده و به بالاتری نسخه مکیده میشوند. درنهایت نیز با جرقه زدن شمع های مخلوط سوخت و هوا آتش گرفته و نیروی حرکتی تولید میوشد.
تفاوت پیشرانه های دیزلی و پیشرانه های بنزینی
در حالیکه پیشرانه های دیزیلی ابتدا هوا را مکیده و فشرده می کنند و سپس در محغطه سوخت آنرا شعله ور می کند. نسبت تراکم پیشرانه های دیزلی معمولا 9 به 1 است و این نسبت در پیشرانه های بنزینی 20 به 1 است. منظور از نسبت تراکم نیز حجم محفظه احتراق با بیشترین گنجایش به کمترین گنجایش است.
اعداد بیان شده در نسبت تراکم نشان می دهد که در پیشرانه دیزلی هوا تا چه اندازه متراکم می شود و فشار آن افزایش پیدا می کند. پس یکی دیگر از تفاوت های پیشرانه های دیزلی و بنزینی در میزان تراکم و مکش هواست.
در پیشرانه های بنزینی در هر بار مکش با توجه به وضعیت دریچه گاز حجم هوای ورودی متفاوت است، اما در پیشرانه های دیزلی همواره حجم هوای ورودی ثابت است.
اجزای پیشرانه های دیزلی
در پیشرانه های دیزلی و بنزینی اجزای مشترک بسیار زیادی وجود دارد و عملکرد بسیار مشابهی هم دارند. اما با توجه به اینکه پیشرانه های دیزلی فشار بیشتر و عملکرد متفاوتی دارند، در طراحی اجزا دارای کمی تفاوت هستند.
برای مثال دیواره و بدنه سیلندر در پیشرانه های دیزلی ضخیم تر و مقاوم تر از بدنه پیشرانه های بنزینی است. البته تقویت بدنه منجر به افزایش وزن پیشرانه می شود اما از طرفی در کاهش آلودگی صوتی حین عملکرد خودرو نیز موثر است.
دیگر اجزای موجود در پیشرانه های دیزلی همانند میل لنگ، یاتاقان و سایر اجزای پیشرانه های دیزلی نیز در مقایسه با پیشرانه های بنزینی با مقاومت بالاتر و قطر یا ضخامت بالاتری تولید می شوند تا توانایی تحمل فشار وارده در حین عملکرد موتور را داشته باشند. در یک دید کلی می توان گفت که پیشرانه های دیزلی در مقایسه با نوع بنزینی توان تحمل شرایط کاری سخت تری را دارند.
فناوری سیستم تزریق سوخت در هر دونوع پیشرانه یا مستقیم است و یا غیر مستقیم، که هم در پیشرانه دیزلی و هم در پیشرانه بنزینی سیستم تزریق سوخت مستقیم دارای عملکرد بهتری است.
فرایند روشن/خاموش شدن پیشرانه های دیزلی و کنترل سرعت
پیش تر هم گفته شد که میزان هوای ورودی در پیشرانه های دیزلی در محفظه احتراق همواره ثابت است. به همین دلیل برای کنترل کاهش و یا افزایش سرعت خودرو باید فشار وارده به پدال گاز را کم یا زیاد کرد.
در پیشرانه های بنزینی برای خاموش کردن خودرو با چرخاندن سوئیچ خودرو، جریان الکتریکی به شمع ها برای جرقه زنی قطع می شود و درنتیجه، خودرو خاموش می شود. در پیشرانه های دیزلی دیگر خبری از شمع نیست و برای خاموش‌کردن خودرو باید به نحوی جریان سوخت به محفظه احتراق متوقف شود. ازاین‌رو، سوئیچ خودرو به شیری سلنوییدی متصل است که با چرخاندن آن جریان سوخت متوقف می شود.
برای روشن کردن خودرو نیز در پیشرانه های دیزلی، موتور الکتریکی خوا را درون محفظه سیلندر را متراکم می کند تا با ورود سوخت عملیات احتراق انجام شود. اما مشکل اصلی با خودروهای دیزلی در فصل های سرد سال نمایان می شود، زیرا دمای هوا به قدری کم است که تراکم هوا نمی تواند به تنهایی منجر به آغاز عملیات احتراق شود.
رفع این مشکل به کمک المنت های گرم کننده ممکن شده است و در فصل های سرد سال ابتدا هوا گرم می شود و سپس عملیات روشن شدن خودرو آغاز می شود. با اینکه اضافه کردن چنین ویژگی به پیشرانه های دیزلی چندین سال طول کشید، اما درحال حاضر همین ویژگی نیز درحال منسوخ شدن است. نسل جدید پیشرانه های دیزلی دارای واحدهای کنترل هوشمندی است که داده های ورودی را بررسی می کند و با توجه به داده ها بخش های مختلف کنترل می شود. با استفاده از این تکنولوژی پس از تشخیص وجود هوای سرد مان تزریق سوخت به داخل سیلندر با تاخیر همراه خواهد بود تا دمای هوا به حد نرمالی برسد.
تفاوت گازوئیل و بنزین
گازوئیل در مقایسه با بنزین تفاوت های بسیاری دارد، چه در خواص شیمیایی و چه در خواص فیزیکی. گازوئیل سوخت روغنی تر و چرب تری است و در مقایسه با بنزین فراریت کمتری هم دارد. گازوئیل همچنین در مقایسه با بنزین کربن بیشتری داشته و انرژی بیشتری هم تولید می کند، به همین دلیل است که در حجم باک یکسان، خودروهای دیزلی توانایی برد حرکتی بیشتری دارند.
مهمترین مشکل گازوئیل در مقایسه با بنزین آلودگی زیست محیطی بیشتری است که تولید می کند، هرچند که به کمک تکنولوژی و استفاده از کاتالیزورهای پیشرفته حجم آلودگی تا 90 درصد نیز کاهش پیدا کرده است.