يعمل محرك الديزل عن طريق سحب الهواء وضغطه إلى نسبة عالية جدًا (عادة بين 14:1 و23:1 )، ومن ثم حقن الوقود مباشرة في ذلك الهواء الساخن المضغوط بحيث يشتعل من تلقاء نفسه بدون شمعة إشعال. هذه العملية، المعروفة باسم الاشتعال بالضغط، هي السمة المميزة التي تفصل محرك الديزل عن محرك البنزين، وهذا هو السبب في تفضيل محطات توليد الطاقة بالديزل في الشاحنات والمولدات والسفن البحرية ومعدات البناء الثقيلة حيث يكون عزم الدوران وكفاءة استهلاك الوقود أكثر أهمية من الأداء العالي السرعة.
السكتات الدماغية الأربع وراء كل محرك ديزل
يتبع كل محرك ديزل، بغض النظر عن حجمه، نفس التسلسل رباعي الأشواط الذي يحول الطاقة الكيميائية في الوقود إلى دوران ميكانيكي في العمود المرفقي.
السكتة الدماغية
يتحرك المكبس إلى الأسفل داخل الأسطوانة بينما يفتح صمام السحب، ويسحب الهواء النقي فقط، مع عدم خلط الوقود في هذه المرحلة. وهذا يختلف عن محرك البنزين، حيث يتم عادة مزج الوقود والهواء قبل دخول الغرفة.
السكتة الدماغية الضغط
يُغلق صمام السحب ويتحرك المكبس للأعلى، مما يؤدي إلى ضغط الهواء إلى حجم أصغر بكثير. نظرًا لأن نسب ضغط الديزل عالية جدًا، فإن درجة حرارة الهواء داخل الأسطوانة يمكن أن ترتفع إلى أعلى 700 درجة مئوية وهي ساخنة بدرجة كافية لإشعال وقود الديزل دون شرارة خارجية.
ضربة القوة
بالقرب من قمة شوط الانضغاط، يقوم حاقن الوقود برش رذاذ خفيف من الديزل مباشرة في الهواء شديد السخونة. يشتعل الوقود على الفور تقريبًا، ويؤدي التمدد الناتج إلى إجبار المكبس على الرجوع إلى الأسفل، مما يولد قوة الدوران التي تصل في النهاية إلى العجلات أو عمود الإدارة.
السكتة الدماغية العادم
يرتفع المكبس مرة أخرى، وينفتح صمام العادم، ويتم دفع غازات الاحتراق المستهلكة خارج الأسطوانة عبر مشعب العادم، وبعد ذلك تبدأ الدورة من جديد بضربة سحب جديدة.
لماذا يحدد توقيت حقن الوقود الأداء؟
يمكن القول أن نظام حقن الوقود هو الأكثر أهمية جزء السيارات في محرك الديزل، لأن توقيت وضغط الحقن يتحكمان بشكل مباشر في خرج الطاقة والضوضاء والانبعاثات.
تستخدم محركات الديزل الحديثة نظام حقن بقضيب مشترك، حيث يتم الاحتفاظ بالوقود عند ضغط مرتفع للغاية، غالبًا بين 1500 و 2500 بار داخل حاجز مشترك قبل توزيعه على الحاقنات الفردية التي يتم التحكم فيها إلكترونيًا. يتيح هذا الإعداد لوحدة التحكم في المحرك إطلاق عدة نبضات حقن صغيرة في كل دورة بدلاً من دفعة واحدة كبيرة، مما يسهل عملية الاحتراق ويقلل من طرقة الديزل المميزة.
| نظام الحقن | الضغط النموذجي | الاستخدام الشائع |
|---|---|---|
| السكك الحديدية المشتركة | 1500 إلى 2500 بار | شاحنات الركاب وسيارات الدفع الرباعي |
| حاقن الوحدة | ما يصل إلى 2000 بار | شاحنات الطرق السريعة الثقيلة |
| مضخة التوزيع | 300 إلى 1000 بار | محركات الديزل القديمة والمعدات الزراعية |
الشاحن التوربيني والجانب الهوائي من الاحتراق
يحترق محرك الديزل بكفاءة الهواء الذي يتلقاه، ولهذا السبب يعتمد كل وقود الديزل الحديث تقريبًا على شاحن توربيني لدفع المزيد من الهواء إلى الأسطوانات. يدور الشاحن التوربيني باستخدام طاقة غاز العادم التي قد يتم إهدارها لولا ذلك، وتقوم عجلة الضاغط الدوارة بتعبئة المزيد من الأكسجين في كل شوط سحب.
- يسمح المزيد من الهواء بحرق المزيد من الوقود في كل دورة، مما يؤدي إلى زيادة الطاقة دون توسيع كتلة المحرك.
- غالبًا ما يوجد مبرد داخلي بين التوربو ومشعب السحب لتبريد الهواء المضغوط، نظرًا لأن الهواء البارد الأكثر كثافة يحتوي على جزيئات أكسجين أكثر من الهواء الساخن بنفس الحجم.
- تقوم الشواحن التوربينية ذات الهندسة المتغيرة بضبط زوايا الريشة لتوفير دفعة عبر نطاق أوسع من سرعات المحرك، مما يساعد محرك الديزل على السحب بقوة من عدد الدورات المنخفض في الدقيقة.
وهذا هو أحد الأسباب التي تجعل محركات الديزل تنتج عزم دوران عاليًا عند سرعات المحرك المنخفضة، وغالبًا ما تصل إلى ذروتها أقل بكثير 2,000 دورة في الدقيقة مما يجعلها مناسبة تمامًا لأعمال القطر والنقل.
قطع غيار السيارات التي تجعل الاشتعال بالضغط ممكنًا
تعمل العديد من أجزاء السيارة معًا للحفاظ على عملية الاشتعال بالضغط داخل محرك الديزل، ويلعب كل منها دورًا ميكانيكيًا متميزًا.
- تعمل شمعات التوهج على تدفئة غرفة الاحتراق أثناء التشغيل البارد، نظرًا لأن الهواء البارد وحده قد لا يصل إلى درجة حرارة الإشعال عندما يكون المحرك باردًا.
- تعمل حاقنات الوقود على تفتيت الديزل إلى نمط رش ناعم بحيث يمتزج بالتساوي مع الهواء المضغوط.
- يقوم العمود المرفقي وقضبان التوصيل بترجمة حركة المكبس لأعلى ولأسفل إلى خرج دوراني.
- يقوم صمام إعادة تدوير غاز العادم بإعادة توجيه جزء من غاز العادم مرة أخرى إلى المدخل لخفض درجات حرارة الاحتراق وتقليل تكوين أكسيد النيتروجين.
- يقوم مرشح جسيمات الديزل باحتجاز جزيئات السخام من تيار العادم قبل خروج الغازات من أنبوب العادم.
لماذا تعمل محركات الديزل بكفاءة أكبر من محركات البنزين
ميزة الكفاءة الحرارية لمحرك الديزل تأتي مباشرة من نسبة الضغط العالية. وفقا للبيانات الهندسية التي نشرتها وزارة الطاقة الأمريكية، يمكن لمحركات الديزل التحويل بشكل تقريبي 30 إلى 35 بالمئة من طاقة الوقود إلى أعمال قابلة للاستخدام، مقارنة بحوالي 20 إلى 25 بالمائة لمحركات البنزين النموذجية، لأن الضغط العالي يسمح بتمدد أكثر اكتمالا لغازات الاحتراق ضد المكبس.
يحمل وقود الديزل أيضًا طاقة أكبر لكل جالون من البنزين، مما يضاعف من ميزة المسافة المقطوعة. يفسر هذا المزيج من كفاءة الضغط الأعلى وطاقة الوقود الأكثر كثافة سبب اعتماد شاحنات المسافات الطويلة والمحركات البحرية والمولدات الثابتة بشكل شبه عالمي على طاقة الديزل بدلاً من البنزين.
يجب على أصحاب نقاط التآكل الشائعة الانتباه
يعتمد الحفاظ على تشغيل محرك الديزل بسلاسة على مراقبة عدد قليل من أجزاء السيارة التي تتعرض لأكبر قدر من الضغط بمرور الوقت.
مرشحات الوقود
تعمل حاقنات وقود الديزل بتفاوتات شديدة للغاية، لذلك حتى الكميات الصغيرة من الحطام أو الماء في الوقود يمكن أن تسبب تآكل الحاقن. يجب تغيير مرشحات الوقود على الفترات الزمنية المذكورة في دليل المالك لحماية نظام الحقن.
أختام الشاحن التوربيني
لأن الشاحن التوربيني يدور بسرعات يمكن أن تتجاوزها 100,000 دورة في الدقيقة محاملها الداخلية وأختامها حساسة لجودة الزيت. إن استخدام درجة الزيت المحددة من قبل الشركة المصنعة يساعد التوربو على الاستمرار طالما بقي محرك الديزل.
حالة توهج المكونات
يمكن لسدادة التوهج البالية أن تجعل بدء التشغيل البارد أكثر صعوبة بشكل ملحوظ، خاصة في درجات الحرارة المنخفضة، نظرًا لأن غرفة الاحتراق لن تصل إلى درجة حرارة الإشعال بسرعة دون مساعدة.
