تکامل از نـوع دیزل

به گزارش پدال نیوز، پیشرانه‌های دیزل دارای امتیازات و محاسنی هستند که استفاده از آنها را امروزه بسیار گسترده‌تر از بخش خودرو‌های سنگین کرده و این در حالی است که مهم‌ترین مزیت سوخت گازوئیل در مقابل بنزین، استفاده و مصرف کمتر در کنار آلایندگی پایین‌تر است که در نهایت موجب کاهش هزینه‌ها و آلاینده‌ها می‌شود. این در حالی است که در کشورمان به خاطر نبود گازوئیل با کیفیت، هنوز خودرو‌های سواری دیزلی که سهم بالایی در تردد‌های کشورمان را دارند، اصلا جای خود را پیدا نکرده‌اند و واردات و تولید آنها نیز از نظر حجم و تعداد قابل چشم‌پوشی هستند. اما موتور‌های دیزل چگونه به وجود آمدند و تفاوت بین نمونه‌های نیم‌دیزل و دیزل در چیست؟
 
از رودولف دیزل تا موتور دیزل ‌
 
رودولف دیزل مهندس بزرگ آلمانی بود که سیکل کاری موتور‌های طراحی‌شده خود را متفاوت از سیکل اتو طراحی کرد تا در آن بتواند از خواص گازوئیل برای سوخت و ساز نهایت بهره را ببرد. مهم‌ترین ویژگی موتور‌هایی که بر اساس سیکل دیزل طراحی و ساخته می‌شدند، در این بود که در آنها از شمع و سیستم جرقه‌زنی خبری نبود و احتراق بر اساس تراکم بسیار زیاد هوا و پاشش سوخت روی آن برای ایجاد جرقه و انفجار صورت می‌گرفت. سیکل اتو و موتور‌های ساخته‌شده بر اساس آن در سال 1982 به طور رسمی به نتیجه رسید و به همین علت نیز پیشرانه‌هایی که بر اساس این روش ساخته شدند، دیزل نام گرفتند.
موتور‌های دیزل از تعداد دور موتور پایین‌تری نسبت به موتور‌های بنزینی برخوردارند که منجر به کاهش میزان شتاب‌گیری آنها در مقابل پیشرانه‌های بنزینی است. اما حسن بزرگ این پیشرانه‌ها، بالا بودن گشتاور تولیدی آنهاست. گشتاور تولیدی موتور رابطه مستقیمی با حجم پیشرانه و اندازه شاتون‌های آن دارد. از آنجا که اساس کاری سیکل دیزل بر اساس تراکم بالاست و چون گازوئیل به خاطر شرایط فیزیکی خاص خودش، قابلیت خود‌اشتعالی کمتر و فراریت پایین‌تری نسبت به بنزین دارد، نیاز است تا بیشتر متراکم شود که شرایط احتراق را به دست آورد. همین خاصیت منجر به بلند‌شدن طول شاتون‌های این پیشرانه‌ها می‌شود تا عمل تراکم در حالی که در موتور‌های بنزینی غیر‌مسابقه‌ای تا عدد 12 به یک می‌رسد، در پیشرانه‌های دیزل از رقم‌های بالای 20 به یک گذر کرده ‌و تا 25 به یک نیز می‌رسد. این تراکم بالا که ناشی از افزایش طول شاتون‌هاست، منجر به بالا‌رفتن گشتاور تولیدی موتور می‌شود تا جایی که استفاده از موتور‌های دیزل را برای خودرو‌های کار و تجاری بسیار مناسب می‌گرداند. اما نکته مهم دیگر در خصوص تولید گشتاور‌های بالا در این پیشرانه‌ها، به نوع پاشش سوخت درون هوای فشرده شده سیلندر‌ها بر‌می‌گردد؛ جایی که زمان پاشش نیز به کوتاهی انواع بنزینی نیست.
افکار رودولف دیزل ابتدا بر استفاده از پودر ذغال‌سنگ به عنوان ماده سوختنی پیشرانه بود که خیلی زود وی به سمت مشتقات نفتی و گازوئیل رفت. نیاز به داشتن قدرت بالا در کنار تراکم بالای موتور‌های دیزل، منجر به افزایش حجم و اندازه آنها نسبت به موتور‌های دیزلی شد و نیاز به داشتن بلوک و ساختمان قوی‌تر را در آنها لازم می‌کرد. در ابتدا موتور‌ها به صورت دو‌زمانه ساخته شدند که بعد‌ها و با چهار‌زمانه شدن پیشرانه‌های بنزینی، موتور‌های دیزلی نیز به سمت چهارزمانه شدن رفتند.
 
ویژگی‌های موتور‌های دیزلی
موتور‌های دیزل امروزی نیز مثل نمونه‌های بنزینی در یک سیکل کاری 4مرحله‌ای فعالیت می‌کنند. با این تفاوت که در موتور‌های بنزینی، سوخت و هوا با هم ترکیب شده و وارد سیلندر می‌شوند‌ و این در حالی است که در پیشرانه‌های دیزلی، سوخت در مرحله قدرت که برابر با همان مرحله انفجار موتور‌های بنزینی است، روی هوای داغ موجود در سیلندر پاشیده می‌شود. این نحوه تزریق سوخت، امروزه در موتور‌های بنزینی با نام تکنولوژی تزریق مستقیم سوخت یا GDI شناخته می‌شود. اما طراحی خاص پیشرانه‌های دیزل منجر به بروز محاسن و معایبی برای این پیشرانه‌ها می‌شود. از بزرگ‌ترین محاسن آن می‌توان به نبود سیستم جرقه‌زنی و حذف مشکلات آن اشاره کرد. به همین خاطر پیشرانه‌های دیزلی، در برابر آب بسیار مقاوم‌ترند، چون بر اساس خاصیت تراکم کار می‌کنند، حساسیت این پیشرانه‌ها در برابر سوخت کمتر است و از همه مهم‌تر به خاطر سوخت گازوئیل مورد استفاده در آنها، خطر آتش‌سوزی و اشتعال پایین‌تری در این خودرو‌ها وجود دارد. گازوئیل آلودگی کمتری نسبت به بنزین ایجاد می‌کند و با وجود نزدیک‌بودن قیمت این دو سوخت، چون موتور‌های دیزل مصرف کمتری دارند، هزینه‌های کمتری برای مصرف‌کننده ایجاد می‌شود. در این پیشرانه‌ها چون از تراکم بالا برای اشتعال سوخت استفاده می‌شود و این تراکم در بند سیستم جرقه‌زنی و سلامت آن نیست، همیشه راندمان در یک سطح قرار دارد و این در حالی است که راندمان حرارتی این پیشرانه‌ها، از نمونه‌های بنزینی نیز بالا‌تر است. گشتاور در این پیشرانه‌ها، بالا بوده و چون دور موتور کمتر از نمونه‌های بنزینی است، منجر می‌شود تا همیشه یک گشتاور زیاد در دور پایین در اختیار راننده باشد که همین عامل استهلاک آنها را پایین می‌آورد. اما این پیشرانه در کنار تمام این محاسن، معایبی نیز دارد. از جمله اینکه اندازه و وزن آن نسبت به نمونه‌های بنزینی بیشتر است. این عیب در گذشته موجب می‌شد تا نتوان از این موتور‌ها در همه نوع خودرو سواری بهره گرفت که امروزه با پیشرفت تکنولوژی در کنار استفاده گسترده از سیستم‌های پرخوران، می‌توان از این موتور‌ها نیز نیرو‌هایی نزدیک به پیشرانه‌های بنزینی گرفت. این در حالی است که با وجود گشتاور بالای تولیدی در آنها، لذت سواری با این خودرو‌ها بالا می‌رود. همچنین نیاز به آب‌بندی در آنها بیشتر است، چراکه فشار هوای متراکم شده در آنها تا مرز 80 اتمسفر نیز می‌رسد و همین اتفاق نیاز به بلوک‌های قوی‌تر را در آنها لازم و ضروری می‌کند. اما پیشرانه‌های دیزل به خاطر ترکیبات و نوع سوختن گازوئیل، در کنار آلایندگی کمتر در تولید گاز CO اما ذرات معلق بیشتری تولید می‌کنند که نیاز به استفاده از فیلتر‌های جذب‌کننده این ذرات را در این موتور‌ها بیشتر کرده است.
 
از نیم دیزل تا دیزل‌
 
گاهی اوقات از عبارت نیم‌دیزل یا دیزل در تعریف یک موتور گازوئیلی استفاده می‌شود. این دو خاصیت به نوع طراحی آنها بازمی‌گردد. اما در حالت عامیانه، این تفاوت به نوع گرم شدن و روشن شدن موتور اطلاق می‌شود و این در حالی است که موتور‌های نیم دیزل از تفاوت‌هایی با موتور‌های دیزلی برخوردارند.  امروزه به موتور‌های دیزلی که برای روشن شدن نیاز به استفاده از گرم‌کن سوخت دارند، موتور نیم دیزل گفته می‌شود و این در حالی است که در موتور‌های دیزل، این کار لازم نیست. اما این مرز طبقه‌بندی امروزه در حال از بین رفتن است و چون نزدیک به 3 دهه است که در موتور‌های دیزل از سیستم تزریق مستقیم سوخت استفاده می‌شود، عامل گرم‌شدن سوخت قبل از ورود به سیلندر نمی‌تواند عاملی مجزا‌کننده بین این دو موتور‌ها باشد. این در حالی است که موتور‌های نیم دیزل به موتور‌های ابتدایی ساخته شده بر اساس سوخت گازوئیل گفته می‌شود که با وجود یکسان بودن و شباهت کاری سیکل احتراق در آنها با موتور‌های دیزل، اما چون احتراق اولیه در یک اتاقک جدا از سیلندر صورت می‌گرفت، به این نام مشهور شدند. این همان سیستمی است که امروزه در موتور‌های نوین دیزلی، در آنها از گرم‌کن‌های المنتی برای سوختن بهتر گازوئیل استفاده می‌شود. این کار در موتور‌های نیم دیزل در یک اتاقک جدا از سیلندر صورت می‌گیرد. این تفاوت‌ها منجر به کاهش راندمان موتور‌های نیم دیزل می‌شود که در حدود 12 درصد است و این در حالی است که در موتور‌های دیزل این راندمان به بالای 35 درصد می‌رسد. در موتور‌هایی نیم دیزل، چند دقیقه قبل از روشن شدن موتور باید از گرم‌کن استفاده کرد که این زمان به نوع و چگونگی طراحی آنها بازمی‌گردد. موتور‌های نیم دیزل پمپ‌های تزریق‌کننده ضعیف‌تری دارند و این در حالی است که چون در موتور‌های دیزل تزریق به داخل سیلندر و هوای فشرده صورت می‌گیرد، پمپ‌های انژکتور قدرت‌های بالا‌تری دارند. پس هر چند که امروزه از واژه نیم‌دیزل برای موتور‌هایی که قبل از روشن‌شدن نیاز به استفاده از گرم‌کن دارند استفاده می‌شود، اما در واقع این تعریف به موتور‌های ابتدایی ساخته شده بر اساس سوخت گازوئیل باز‌می‌گردد و امروزه بسیاری از خودرو‌های دیزل، دارای پیش‌گرم‌کن سوخت شده‌اند. وجود این پیش‌گرم‌کن باعث سوخت و ساز بهتر موتور و در نتیجه کاهش آلاینده‌ها و استهلاک آن و بالا رفتن راندمان حرارتی خصوصا در زمان سرد بودن می‌شود. در واقع طرز تفکر اشتباهی که امروزه هنوز هم در بین دارندگان خودرو‌های دیزل مبنی بر خاموش نکردن آنها در زمان‌های توقف وجود دارد، ناشی از همان سیستم نیم دیزل است؛ چراکه در موتور‌های نیم‌دیزل در زمان گرم‌بودن و برای روشن‌شدن مجدد، نیازی به استفاده از گرم‌کن نیست. موتور‌های نیم‌دیزل در دهه سوم قرن بیستم کم‌کم جای خود را به انواع دیزل دادند و امروزه نیز موتور‌های دیزل در برخی ‌مناطق دنیا در حال پیشی گرفتن از موتور‌های بنزینی هستند.
 
نویسنده: مهندس علیرضا داودی