ترجیح موتور دیزل بر موتور بنزینی در خودروهای سواری

متعاقب بحران‌های انرژی و زیست‌محیطی به وجود آمده در ارتباط با آلودگی خودروها، بیشتر کشورهای دنیا بویژه در اروپا و امریکا، با هدف وضع قوانین سختگیرانه مصرف سوخت و کاهش آلودگی هوا خودروسازان را در زمینه طراحی موتور‌های مناسب مجبور به تکاپو کرده‌اند. این تلاش‌ها در مسیرهای زیر پررنگ بوده است

الف- بهینه‌سازی موتورهای فعلی از لحاظ سوخت و بهسوزی

ب- استفاده از سوخت‌های جایگزین (هیدروژن، گاز طبیعی، الکل
پ- ارتقای موتورهایی که مورد استقبال کمی قرار گرفته‌اند ، موتورهای دیزل

ت- طراحی و ساخت موتورهای هیبریدی و ارتقای آنها

یکی از عمده مواردی که خودروسازان، فعالیت‌های زیادی در ارتباط با آن انجام داده‌اند، تولید خودروهای دیزل است موتورهای دیزلی و بنزینی عمده‌ترین انواع موتورهای درونسوز بوده و در سطحی وسیع مورد استفاده قرار می‌گیرند. امروزه موتورهای دیزل که از آنها به عنوان خودروهای سبز یاد می‌شود، پیشرفت فراوانی کرده‌اند. به طوری‌که این نوع خودروها افزون بر 50 درصد از خودروهای اروپا را دربرمی‌گیرند. این مقاله، شرح مختصری است از این نوع موتورها در مقایسه با موتورهای بنزینی

موتورهای چهار زمانه درونسوز اعم از موتور بنزینی و دیزلی، چهار مرحله را در هر چرخه پشت سر می‌گذارندکه عبارتند از

مکش[1]: به داخل کشیدن هوا یا مخلوطی قابل احتراق در سیلندر

تراکم[2]: متراکم ساختن مخلوط وارده به سیلندر توسط پیستون

احتراق یا انفجار[3]: شعله‌ور ساختن مخلوط متراکم‌شده، انبساط گازهای سوخته شده و تولید قدرت

تخلیه[4]: خروج پسماند احتراق

تفاوت موتور بنزینی و دیزل از لحاظ مراحل چهارگانه بالا، در مرحله احتراق است. در موتور بنزینی، سیستم تغذیه و تنظیم سوخت، مخلوط هوا و ماده سوختنی را فراهم می‌کند و به داخل محفظه سیلندر می‌فرستد. این کار بر اثر ایجاد خلأ در سیلندر به واسطه پایین رفتن پیستون انجام می‌شود. پس از ورود مخلوط، پیستون آن را فشرده می‌کند. این مخلوط در لحظه‌ای مناسب به وسیله جرقه‌ای الکتریکی مشتعل می‌شود. این امر، باعث آزاد شدن انرژی و راندن پیستون به سمت پایین می‌شود. به همین دلیل، موتور بنزینی، موتور احتراق جرقه‌ای  نیز نامیده می‌شود.

در موتور دیزل، هوای خالص در سیلندر موتور متراکم‌ می‌شود. سپس به منظور جلوگیری از اشتعال پیش‌رس، سوخت به داخل هوای متراکم تزریق می‌شود. زمانی که سوخت تزریق می‌شود، به دلیل فشار و دمای بالا، خودبه‌خود محترق می‌شود. تا زمانی که پاشش سوخت ادامه می‌یابد عمل احتراق نیز ادامه دارد. به همین دلیل، موتور دیزل، موتور احتراق تحت فشار نیز نامیده می‌شود

احتراق و پاشش سوخت در موتور ديزل، داراي سه مرحله ذيل است

 مرحله تاخير احتراق: در اين زمان، سوخت به صورت بخار درآمده و با هوا مخلوط مي‌شود. ميل‌لنگ در شروع پاشش، حدود 22 تا 30 درجه قبل از نقطه مرگ بالاست. البته در موارد جديدتر، اين مقدار به حدود 15 درجه كاهش يافته است

 مرحله شروع احتراق: به علت وجود نقاط گرم محترق‌كننده، بخار سوخت مخلوط‌شده با هوا به سرعت مي‌سوزد. احتراق، اندكي قبل از نقطه مرگ بالا شروع مي‌شود (حدود 5 درجه زاويه ميل‌لنگ نسبت به نقطه مرگ بالا) و وقتي پيستون به نقطه مرگ بالا مي‌رسد، احتراق اوليه كامل شده و فشار سيلندر به حداكثر مقدار خود مي‌رسد

مرحله ادامه احتراق: سوخت‌هايي كه ديرتر تزريق مي‌شود، با ذرات سوختي كه هنوز كاملا نسوخته و نيز اكسيژن هوا مخلوط شده و عمل احتراق را تا مدتي طولاني ادامه مي‌دهند

سيستم سوخت‌رساني بايدداراي شرايط زير باشد

الف- سوخت، به مقدار كاملا دقيق نسبت به بار موتور، ارسال شود

ب- شروع تزريق، كاملا صحيح تنظيم شود

پ- مدت تزريق، كاملا حساب شده باشد

ت- سوخت به شكل كاملا ذره‌اي يا به صورت گرد تزريق شود

ث- ذرات سوخت در تمام فضاي اتاق احتراق پخش شوند

ج- كيفيت سوخت و احتراق به گونه‌اي تنظيم گردد كه بازده حرارتي، حداكثر شود. يعني دود خروجي از اگزوز داراي حداقل هيدروكربور نسوخته باشد
چ- مقدار تزريق سوخت با توجه به مدت پاشش و نحوه احتراق، به‌گونه‌اي هماهنگي داشته باشد كه زمان احتراق نسبتا طولاني بوده و با ازدياد حجم موتور به هنگام پايين رفتن پيستون، فشار ثابت بماند

 تفاوت موتور های دیزلی و موتور های بنزینی

یک موتور بنزینی مخلوط هوا و گاز را مکش می کند و آنرا متراکم می کند و بعد مخلوط را با جرقه مشتعل می کند یک موتور دیزلی فقط هوا را می گیرد و آنرا متراکم می کند و بعداً سوخت را به داخل هوای متراکم تزریق می کند . گرمای حاصل از متراکم شدن هوا موجب مشتعل شدن خود به خودی سوخت می شود

نسبت تراکم موتور های بنزینی۸:۱ تا ۱۲:۱ است، در حالیکه نسبت تراکم موتور های دیزلی ۱۴:۱ به بالا مثلاً ۲۵:۱ است . نسبت تراکم بالای موتور های دیزلی منجر به بهتر شدن بازده می شود
موتور های بنزینی معمولاً از کاربراتور استفاده می کنند که هوا و سوخت را قبل از ورود به داخل سیلندر مخلوط می کند یا دریچه تزریق سوخت دارند که فقط سوخت را پیش از مرحله مکش می پاشد(بیرون سیلندر). موتور های دیزل از تزریق سوخت مستقیم استفاده می کنند یعنی سوخت را مستقیماً به داخل سیلندر می پاشند

توجه کنید که موتور های دیزل شمع ندارند . آنها هوا را می مکند ( مکش می کنند ) و آنرا متراکم می کنند و سپس سوخت را مستقیماً به داخل محفظه احتراق تزریق می کنند ( تزریق یا پاشش مستقیم) و در نتیجه گرمایی حاصل از متراکم شدن هوا موجب مشتعل شدن سوخت در یک موتور دیزل می شود

اصول ترمودینامیکی

چرخه‌های قدرت استاندارد هوا، شامل چرخه برایتون (توربین گاز)، چرخه اتو (موتور بنزینی)، چرخه دیزل (موتور دیزل) و چرخه استرلینگ (مشابه اتو) است. از چرخه‌های دیزل و اتو در خودروهای دیزل و بنزینی استفاده می‌شود

 امروزه مفهوم استفاده از موتورهای دیزل آن‌طور که باید جا نیفتاده است. نه‌تنها مزایای موتور دیزل زیاد است بلکه دقت ساخت این نوع موتورها نیز بسیار بالاست. از سوی دیگر، نگهداری از موتورهای دیزل مشکل بوده و در صورت صدمه دیدن اجزای موتور، هزینه‌های تعمیر آن زیاد می‌باشد. این موارد، قیمت اولیه موتور را بالا می‌برد. به‌رغم اذعان استفاده‌کنندگان موتور دیزل که از کارکرد موتور، مصرف کم و هزینه‌های اندک آن بسیار راضی هستند، این موضوع به طور چشمگیری بر دیدگاه مشتریان برای ترجیح در خرید خودروی دیزلی یا بنزینی، تاثیر می‌گذارد

در این زمینه به جای موضوع فوق، چند موضوع زیر را باید در دیدگاه مشتریان پررنگ‌تر کرد
الف- قیمت اولیه موتور دیزل، بیشتر از موتور بنزینی است

ب- مزایای استفاده از سوخت دیزل در مقایسه با بنزین در راستای منافع اقتصادی کشور، قابل توجه است

پ- قیمت سوخت دیزل بسیار کمتر از بنزین است

ت- با سوخت دیزل مسافت بیشتری را می‌توان با خودرو طی نمود

ث- موتور دیزل، پتانسیل بیشتری برای استفاده از سوخت‌های تجدیدپذیر نظیر  دارد

تمامی موارد فوق نشان می‌دهند که به‌رغم تعبیر اولیه مشتریان از قیمت بالای خودروهای دیزلی، این نوع خودروها اقتصادی‌تر

هستند

 مقايسه قيمت سوخت ديزل و بنزين در اروپا و امريكا

امروزه مفهوم استفاده از موتورهاي ديزل آن‌طور كه بايد جا نيفتاده است. نه‌تنها مزاياي موتور ديزل زياد است بلكه دقت ساخت اين نوع موتورها نيز بسيار بالاست. از سوي ديگر، نگهداري از موتورهاي ديزل مشكل بوده و در صورت صدمه ديدن اجزاي موتور، هزينه‌هاي تعمير آن زياد مي‌باشد. اين موارد، قيمت اوليه موتور را بالا مي‌برد. به‌رغم اذعان استفاده‌كنندگان موتور ديزل كه از كاركرد موتور، مصرف كم و هزينه‌هاي اندك آن بسيار راضي هستند، اين موضوع به طور چشمگيري بر ديدگاه مشتريان براي ترجيح در خريد خودروي ديزلي يا بنزيني، تاثير مي‌گذارد

در اين زمينه به جاي موضوع فوق، چند موضوع زير را بايد در ديدگاه مشتريان پررنگ‌تر كرد

الف- قيمت اوليه موتور ديزل، بيشتر از موتور بنزيني است

ب- مزاياي استفاده از سوخت ديزل در مقايسه با بنزين در راستاي منافع اقتصادي كشور، قابل توجه است

پ- قيمت سوخت ديزل بسيار كمتر از بنزين است
ت- با سوخت ديزل مسافت بيشتري را مي‌توان با خودرو طي نمود

ث- موتور ديزل، پتانسيل بيشتري براي استفاده از سوخت‌هاي تجديدپذير دارد

تمامي موارد فوق نشان مي‌دهند كه به‌رغم تعبير اوليه مشتريان از قيمت بالاي خودروهاي ديزلي، اين نوع خودروها اقتصادي‌تر هستند. مثال زير نيز اين موضوع را به‌خوبي نشان مي‌دهد. براي دو مدل مقايسه شده در شكل 2 مقايسه‌اي قيمتي نيز انجام شده است

خودروي ديزل مرسدس بنز  270 سي دي اي حدود 700 يورو گران‌تر از خودروي بنزيني مرسدس بنز اي 240  مصرف سوخت مدل ديزلي 5/6 ليتر در 100 كيلومتر بوده، اما مصرف سوخت مدل بنزيني 7/10 ليتر در 100 كيلومتر است. قيمت سوخت در اروپا به ازاي هر ليتر براي سوخت ديزل 89/0 يورو و براي بنزين 03/1 يورو است. با فرض اين‌كه اين دو خودرو در سال 15 هزار كيلومتر مسافت طي كنند. مبلغ 700 يورو پس از يك‌سال جبران شده و از سال دوم، خودروي ديزل به صرفه‌تر خواهد بود.

آيا درست است كه موتور ديزل مى تواند در زير آب نيز كار كند اما موتور بنزيني نه؟

شما گاهي خودروهاي نظامي را ميبينيد كه در موقعيت هاي سخت (فوق العاده) قرار دارند و اين موقعيت ها مى تواند شامل عبور از آب هاي كم عمق و غوطه ور شدن باشد

ساخت خودرويي كه بتواند به صورت غوطه ور در آيد يك چالش است - همه انواع موتورهاي احتراق داخلي براي كاركرد خودشان نياز به منبع هوا دارند و نيز بايستي قادر باشند گازهاي خروجي را بيرون هدايت كنند. اگر عمق آب زياد نباشد گازهاي خروجي مى توانند خارج شوند زيرا آنها تحت فشار قرار دارند. هواي ورودي مشكل ساز است – اگر موتور غوطه ور در آب شود آنگاه هواي ورودي نمى تواند وارد موتور شود و موتور از كار مى افتد

شما مى توانيد مشكل هواي ورودى به موتور را با افزودن يك لوله هوا كش رفع كنيد.خودروهاي چند منظوره نظامي اغلب شامل يك هواكش است و اجازه مى دهد كه غوطه وري اين خودرو ها تا 5 فوت آب نيز امكان پذير باشد1.6 متر

پس براي شناوري خودرو در آب لازم است كه موتور كاملا ضد آب شود. بنابراين سئوال اين متن مى تواند بدين صورت تغيير يابد

" آيا ضد آب كردن موتور ديزل راحت تر است يا موتور بنزيني؟"

براي ضد آب كردن هر خودروي بياباني (آف رود) , قسمت هاي مختلفي براي اينكار وجود دارد. براي مثال

 هر وسيله الكتريكي مانند اي سي يو, برف پاك كن ها , چراغ ها , باتري و غيره بايستي آب بندى (ضد آب)شوند

 هر هواكشي براي كارتر , ديفرانسيل و ... بايستى آب بندي شود ( يا همسطح لوله هواكش شوند)

 باك سوخت مى بايست آب بندي شود و هواكشي مناسب آن نيز انجام شود

 هر محفظه يا شكافي كه مى تواند پر از آب شود بايستى خالى از آب گردد

با فرض رعايت شدن موارد فوق و ضد آب بودن موتور, آنگاه خودرو مى تواند در آب نيز به حركت خود ادامه دهد.به طور كلى ضد آب كردن موتورهاى ديزلى آسان تر از موتورهاى بنزينى است بخاطر وجود سيستم جرقه زني و شمع در موتور بنزيني كه كار را براي آب بندي سخت مى كند. اين اجزا در ولتاژ بالا كار مى كنند و درز گيري و ضد آب كردن آنها سخت ا ست  اما غير ممكن نيست

يك موتور ديزل سيستم جرقه زني ندارد .اگر موتور ديزل يك پمپ سوخت مكانيكي و نيز انتقال قدرت كاملا مكانيكي داشته باشد ديگر هيچ نگراني بابت سيستم كنترل الكترونيكي اين نوع از موتورها و در نتيجه خودروها وجود ندارد.اين تركيبات مى تواند منجر به يك موتور ديزل شود كه به آساني ضد آب مى شود. به همين دليل است كه خودروهاى نظامى اى كه مى توانند از آب عبور كنند موتورهاى ديزل دارند
نتیجه‌گیری

پیشتازان خودروی دیزل در دنیا، اروپا، امریکای شمالی و ژاپن هستند و استفاده از این خودرو با توجه به مزایای آن با سرعت چشمگیری رو به افزایش است. با این تفاسیر دیری نمی‌پاید که ایران نیز به ناچار به این سمت حرکت می‌کند. لذا به نظر می‌رسد از هم‌اکنون باید مبناهای حرکتی به سمت تکنولوژی‌های خودروی دیزل، فراهم آیند. در کشور ما، گازوئیل به عنوان سوخت دیزل از مرغوبیت بالایی برخوردار نیست. بالا بودن میزان سولفور در گازوئیل، باعث استهلاک زودرس موتور و بوی نامطبوع خروجی آن است. این موارد باعث می‌شوند تا خودروی دیزل پس از مدتی برتری‌های خود را در مقایسه با خودروی بنزینی از دست داده و عملکرد بدی پیدا کند. بنابراین، برای استفاده از خودروهای دیزل در ایران، لازم است زیرساخت‌هایی فراهم شود تا گازوئیل با سولفور بسیار پایین و مطابق با استانداردهای جهانی تولید شود. از طرفی دیگر، چون خودروهای دیزل با سوخت  (سي ان جي )  نیز همخوانی دارند، استفاده از موتورهای دیزل با دیگر مسائل جاری، تقابلی ایجاد نمی‌کند