عملکرد موتور دیزلی در دیزل ژنراتورها

موتورهای دیزل یکی از اصلی‌ترین قطعاتی هستند که برای تولید برق در دیزل ژنراتورها استفاده می‌شوند. این موتورها به دلیل قابلیت اطمینان بالا، راندمان سوخت فوق‌العاده و طول عمر زیاد، نقش کلیدی در صنایع مختلف ایفا می‌کنند. در این مقاله به بررسی نحوه عملکرد موتورهای دیزل در دیزل ژنراتورها خواهیم پرداخت.

موتور دیزل یک نوع موتور احتراق داخلی است که در آن، سوخت دیزل به صورت خودکار و بدون نیاز به شمع یا جرقه، تنها با فشرده‌سازی هوا، مشتعل می‌شود. این ویژگی یکی از دلایلی است که باعث می شود موتورهای دیزل بسیار محبوب شوند. صنایع مختلفی از جمله حمل و نقل، کشاورزی، ساخت و ساز، و تولید برق از موتورهای دیزل استفاده می‌کنند. در این میان، دیزل ژنراتورها با استفاده از این نوع موتورها برق تولید می‌کنند و در شرایط بحرانی یا مواقع قطع برق نقش حیاتی دارند.

یکی از نکات مثبت این موتورها سادگی طراحی آن‌هاست. برخلاف موتورهای پیچیده‌تر مانند موتورهای بنزینی، موتورهای دیزل از اجزای کمتری تشکیل شده‌اند، که این امر باعث آسان‌تر شدن تعمیر و نگهداری آن‌ها می‌شود. بازدهی بالا و مصرف کمتر سوخت نیز از دیگر مزایای موتورهای دیزل است که آن‌ها را به یک گزینه اقتصادی تبدیل کرده است.

عملکرد موتور دیزل

مرحله اول: مکش در عملکرد موتور دیزل

در مرحله اول مکش، پیستون از نقطه بالایی خود که به آن نقطه مرگ بالایی (TDC) گفته می‌شود، به سمت پایین حرکت می‌کند. این حرکت پیستون باعث ایجاد خلاء در داخل سیلندر می‌شود. به دنبال این خلاء، هوا و مقدار کمی سوخت از طریق منیفولد ورودی به داخل سیلندر کشیده می‌شوند.

یکی از ویژگی‌های کلیدی موتور دیزل این است که در این نوع موتورها برای احتراق سوخت نیازی به جرقه شمع وجود ندارد. به جای آن، فشار هوای فشرده شده در داخل سیلندر به اندازه کافی بالا می‌رود که سوخت دیزل به‌صورت خودکار و بدون نیاز به شمع جرقه مشتعل شود. این ویژگی باعث می‌شود که موتور دیزل عملکردی بسیار ساده و کارآمد داشته باشد.

نکات مهم در مرحله مکش موتور دیزل

• پیستون از موقعیت مرگ بالایی به سمت موقعیت مرگ پایینی حرکت می‌کند.
• ایجاد خلاء در سیلندر باعث ورود هوا و سوخت از منیفولد ورودی می‌شود.
• دریچه ورودی در ابتدای مرحله مکش باز شده و در انتهای این مرحله بسته می‌شود.
• هوا و سوخت تنها در مرحله مکش وارد سیلندر می‌شوند.

این مرحله نخستین گام در چرخه کامل عملکرد موتور دیزل است و به دلیل استفاده از فشار فشرده برای اشتعال سوخت، موتور دیزل نیازی به شمع جرقه ندارد.

مرحله دوم: تراکم در عملکرد موتور دیزل

در مرحله دوم تراکم، پیستون به سمت بالا حرکت کرده و هوای داخل سیلندر را فشرده می‌کند. این فشرده‌سازی باعث افزایش دمای هوا به میزان قابل توجهی می‌شود، به طوری که دمای هوا در محفظه احتراق می‌تواند به حدود ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد و فشار آن تا ۴۰۰ بار برسد. این افزایش دما و فشار، سوخت دیزل را بدون نیاز به جرقه مشتعل می‌کند.

در این مرحله، هوای فشرده شده به اندازه کافی داغ می‌شود که اشتعال سوخت دیزل به صورت خود به خود اتفاق بیفتد. این احتراق باعث ایجاد یک انفجار در داخل سیلندر می‌شود. انفجار حاصل، پیستون را به سمت پایین فشار می‌دهد و این حرکت به چرخش میل لنگ منجر می‌شود، که در نهایت به تبدیل انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی منجر می‌شود.

نکات مهم در مرحله تراکم موتور دیزل

• پیستون به سمت بالا حرکت می‌کند و هوا را در محفظه احتراق فشرده می‌کند.
• دمای هوا تا حدود ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد و فشار آن تا ۴۰۰ بار افزایش می‌یابد.
• فشرده‌سازی هوا باعث می‌شود که سوخت دیزل بدون نیاز به جرقه مشتعل شود.
• انفجار باعث حرکت پیستون به پایین و چرخش میل لنگ می‌شود.

این مرحله یکی از حیاتی‌ترین مراحل در عملکرد موتور دیزل است. فشرده‌سازی هوا و اشتعال خود به خودی سوخت باعث می‌شود که موتور دیزل بدون نیاز به سیستم جرقه‌زنی پیچیده، به شکل کارآمد و پایدار عمل کند.

مرحله سوم: احتراق در موتور دیزل

در مرحله سوم احتراق، سوخت دیزل به محفظه احتراق تزریق می‌شود و با هوای فشرده شده ترکیب می‌شود. این ترکیب به سرعت مشتعل شده و باعث تولید فشار و دمای بسیار بالا می‌شود. در این مرحله، پیستون در نقطه مرگ بالایی (TDC) قرار دارد و هوای فشرده شده در دمایی بالای ۸۰۰ درجه سانتی‌گراد آماده احتراق است.

در این زمان، انژکتور سوخت مقدار دقیقی از سوخت دیزل را به داخل محفظه احتراق تزریق می‌کند. به دلیل دمای بسیار بالای هوا، سوخت دیزل به سرعت تبخیر شده و با هوای فشرده ترکیب می‌شود. این ترکیب سریعاً می‌سوزد و احتراق رخ می‌دهد. احتراق ایجاد شده باعث افزایش شدید فشار در محفظه می‌شود که پیستون را به سمت پایین حرکت می‌دهد.

نکات مهم در مرحله احتراق

• سوخت دیزل در این مرحله به محفظه احتراق تزریق می‌شود و با هوای فشرده ترکیب می‌شود.
• به دلیل دمای بالای هوا، سوخت به سرعت تبخیر شده و احتراق رخ می‌دهد.
• احتراق باعث تولید فشار و دمای بسیار بالا می‌شود که پیستون را به پایین می‌برد و انرژی مکانیکی تولید می‌کند.
• مدت زمان احتراق در موتور دیزل بین ۱۰ تا ۲۰ درجه از دوران موتور است که به عوامل مختلفی مانند نسبت تراکم، دمای هوا و نوع سوخت بستگی دارد.

در موتورهای دیزل مدرن، سیستم‌های کنترل الکترونیکی به کار رفته‌اند که میزان دقیق سوخت تزریق شده را در این مرحله تنظیم می‌کنند. این سیستم‌های هوشمند به بهبود کارایی موتور و کاهش انتشار آلاینده‌ها کمک می‌کنند. همچنین، کنترل دقیق‌تر احتراق به افزایش بازدهی سوخت و طول عمر موتور نیز منجر می‌شود.

مرحله چهارم: تخلیه در موتور دیزل

مرحله چهارم تخلیه آخرین مرحله از چرخه عملکرد موتور دیزل است که طی آن گازهای احتراق‌شده از سیلندر خارج می‌شوند. در این مرحله، پیستون از نقطه مرگ بالایی (TDC) به سمت نقطه مرگ پایینی (BDC) حرکت می‌کند و سوپاپ خروج باز می‌شود تا گازهای سوخته شده از سیلندر خارج شوند.

با شروع این مرحله، فشار گازهای احتراق در سیلندر به حدی است که پیستون را به سمت پایین می‌برد. با حرکت پیستون به سمت پایین، حجم سیلندر افزایش پیدا کرده و فشار گازها کاهش می‌یابد. این کاهش فشار باعث می‌شود که گازهای سوخته‌شده به راحتی از سیلندر خارج شوند.

نکات مهم در مرحله تخلیه

• سوپاپ خروج در این مرحله باز است تا گازهای حاصل از احتراق از سیلندر خارج شوند.
• حرکت پیستون به سمت پایین، حجم سیلندر را افزایش داده و فشار گازهای خروجی را کاهش می‌دهد.
• خروج گازهای احتراق‌شده تا زمانی که فشار داخلی سیلندر با فشار محیط برابر شود، ادامه می‌یابد.
• پس از تخلیه کامل گازها، سوپاپ خروج بسته می‌شود و این مرحله پایان می‌یابد.

این مرحله نقش مهمی در آماده‌سازی سیلندر برای چرخه بعدی دارد. با تخلیه کامل گازهای سوخته، سیلندر برای ورود هوای تازه در مرحله مکش بعدی آماده می‌شود. همچنین، کاهش دما و فشار در سیلندر به دلیل تخلیه گازهای احتراق‌شده برای احتراق بعدی ضروری است.

در موتورهای دیزل، مرحله تخلیه کوتاه‌ترین مرحله است و معمولاً بین ۰٫۱ تا ۰٫۲ ثانیه طول می‌کشد. سرعت تخلیه بالا به کارایی کلی موتور کمک می‌کند و باعث می‌شود موتور در سیکل‌های بعدی به طور بهینه عمل کند.

سوخت و اجزای اصلی موتور دیزل

موتور دیزل از سوخت دیزل استفاده می‌کند که یک سوخت مایع با پایه نفت خام است. این سوخت حاوی کربن، هیدروژن و مقدار کمی گوگرد است و به دلیل چگالی انرژی بالا، موجب کارایی بالای موتورهای دیزل می‌شود. در کنار سوخت، اجزای اصلی یک موتور دیزل شامل سیلندر، پیستون، سوپاپ‌ها، انژکتورهای سوخت و میل‌لنگ هستند. این اجزا با هم کار می‌کنند تا فرایند مکش، تراکم، احتراق و تخلیه را به طور مداوم در موتور انجام دهند. استفاده از این ترکیب اجزا و سوخت منجر به کارایی بالا، گشتاور قوی و طول عمر بیشتر موتور دیزل می‌شود، که این ویژگی‌ها آن را برای کاربردهای صنعتی و سنگین بسیار مناسب کرده است.