بنى رودولف ديزل أول نموذج أولي معروف لمحرك الديزل عالي الضغط في عام 1897. ومنذ ذلك الوقت، تطور محرك الديزل ليصبح واحدًا من أكثر أشكال توليد الطاقة قدرة وموثوقية في العالم. في محركات الديزل، يؤدي الاحتراق الداخلي إلى تمدد الغازات ذات الحرارة المرتفعة والضغط العالي، والتي بدورها تحرك المكابس، وتحول الطاقة الكيميائية إلى طاقة ميكانيكية.
في عام 1919، أسس كليسي لايل كامينز شركة Cummins Engine لتحسين تكنولوجيا الديزل وإنتاج أفضل المحركات في العالم. أطلقت رؤيته شركة أصبحت اليوم رائدة عالميًا، في إنتاج محركات الديزل لتطبيقات تتراوح من الشاحنات الثقيلة والشاحنات الصغيرة الاستهلاكية إلى التعدين الصناعي والتنقيب عن النفط. في مقالنا سنستعرض معكم عيوب محركات الديزل في عصرنا الحالي والتي تصارع من أجل البقاء خاصة أمام التحول نحو السيارات الكهربائية والهجينة
سلبيات الديزل:
1 – التلوث
يعد التلوث أحد أكبر عيوب محركات الديزل. فهي تنتج خليطًا من الملوثات، بما في ذلك أكاسيد النيتروجين وأول أكسيد الكربون والهيدروكربونات وجزيئات السخام، وهي مواد قذرة وخطرة على الصحة. من الناحية النظرية، يعتبر الديزل أكثر كفاءة، لذا فهو يستخدم كميات أقل من الوقود، وينتج كميات أقل من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون ، ويساهم بشكل أقل في ظاهرة الانحباس الحراري العالمي. ومن الناحية العملية، هناك بعض الحجج حول ما إذا كان هذا صحيحا. أظهرت بعض التجارب المعملية أن متوسط انبعاثات الديزل أقل قليلاً من تلك الصادرة عن محركات البنزين.
2 – قوة حصانية سيئة، وسرعة أبطأ
3 – الوقود باهظ الثمن، ومحطات الوقود محدودة بالديزل
4 – قيادة أكثر ضوضاءً وأكثر وعورة من المحركات التي تعمل بالبنزين
5 – إنتاج انبعاثات تنبعث منها مواد مسرطنة وأكاسيد النيتروز والسخام في الغلاف الجوي
6 – إصلاحات وصيانة أكثر تكلفة
كيفية جعل محرك الديزل يعمل بشكل أكثر كفاءة
تصل كفاءة محركات الديزل إلى ضعف كفاءة محركات البنزين (حوالي 40-45 بالمائة في أحسن الأحوال). بعبارات بسيطة، هذا يعني أنه يمكنك الذهاب إلى أبعد من ذلك بكثير باستخدام نفس الكمية من الوقود. هناك عدة أسباب لذلك. أولاً، يتم ضغطها بشكل أكبر وتعمل في درجات حرارة أعلى. تخبرنا إحدى النظريات الأساسية لكيفية عمل المحركات الحرارية، والمعروفة بقاعدة كارنو، أن كفاءة عمل محرك الديزل تعتمد على درجات الحرارة العالية والمنخفضة التي يعمل بينها. يعد محرك الديزل الذي يدور خلال اختلاف أكبر في درجات الحرارة (درجة حرارة أعلى أو أدنى درجة حرارة أكثر برودة) أكثر كفاءة.
ثانيًا، عدم وجود نظام إشعال بشمعة الإشعال يجعل التصميم أبسط يمكنه ضغط الهواء بسهولة أكبر مما يجعل الوقود يحترق بشكل أكثر سخونة وأكثر اكتمالًا، مما يؤدي إلى إطلاق المزيد من الطاقة. هناك توفير آخر للكفاءة أيضًا. في محرك البنزين الذي لا يعمل بكامل طاقته، تحتاج إلى توفير المزيد من الوقود (أو كمية أقل من الهواء) للأسطوانة للحفاظ على عملها؛ لا تواجه محركات الديزل هذه المشكلة، لذا فهي تحتاج إلى وقود أقل عندما تعمل بطاقة أقل.
هناك عامل مهم آخر وهو أن وقود الديزل يحمل طاقة أكبر قليلاً لكل جالون من البنزين لأن الجزيئات المكونة له تحتوي على طاقة أكبر لربط ذراتها معًا (وبعبارة أخرى، يتمتع الديزل بكثافة طاقة أعلى من البنزين). يعد الديزل أيضًا مادة تشحيم أفضل من البنزين، لذلك يعمل محرك الديزل بشكل طبيعي مع احتكاك أقل.
محركات الديزل مقابل محركات البنزين
من الناحية النظرية، محركات الديزل ومحركات البنزين متشابهة تماما. وكلاهما محرك احتراق داخلي مصمم لتحويل الطاقة الكيميائية المتوفرة في الوقود إلى طاقة ميكانيكية. تعمل هذه الطاقة الميكانيكية على تحريك المكابس لأعلى ولأسفل داخل الأسطوانات. ترتبط المكابس بالعمود المرفقي، وحركة المكابس لأعلى ولأسفل، المعروفة بالحركة الخطية، تخلق الحركة الدورانية اللازمة لتحويل عجلات السيارة إلى الأمام.
تقوم كل من محركات الديزل ومحركات البنزين بتحويل الوقود إلى طاقة من خلال سلسلة من الانفجارات الصغيرة أو الاحتراق. الفرق الرئيسي بين الديزل والبنزين هو الطريقة التي تحدث بها هذه الانفجارات. في محرك البنزين، يتم خلط الوقود بالهواء، وضغطه بواسطة المكابس، وإشعاله بواسطة شرارات من شمعات الإشعال. أما في محرك الديزل، فيتم ضغط الهواء أولاً، ومن ثم يتم حقن الوقود. ولأن الهواء يسخن عند ضغطه، يشتعل الوقود.
مميزات محرك الديزل
يعد الديزل أكثر محركات حرق الوقود تنوعًا في الاستخدام الشائع اليوم، ويوجد في كل شيء بدءًا من القطارات والرافعات وحتى الجرافات والغواصات. بالمقارنة مع محركات البنزين، فهي أبسط وأكثر كفاءة وأكثر اقتصادا. كما أنها أكثر أمانًا لأن وقود الديزل أقل تطايرًا وبخاره أقل انفجارًا من البنزين. على عكس محركات البنزين، فهي جيدة بشكل خاص لنقل الأحمال الكبيرة بسرعات منخفضة، لذلك فهي مثالية للاستخدام في سفن نقل البضائع والشاحنات والحافلات والقاطرات.
تحمل أكبر لمختلف الضغوطات
الضغط العالي يعني أن أجزاء محرك الديزل يجب أن تتحمل ضغوطًا وتوترات أكبر بكثير من تلك الموجودة في محرك البنزين. ولهذا السبب يجب أن تكون محركات الديزل أقوى وأثقل، ولهذا السبب تم استخدامها لفترة طويلة فقط لتشغيل المركبات والآلات الكبيرة. في حين أن هذا قد يبدو عيبًا، إلا أنه يعني أن محركات الديزل عادةً ما تكون أكثر قوة وتستمر لفترة أطول بكثير من محركات البنزين.
عمل محرك الديزل
محرك الديزل عبارة عن جهاز أسطوانة مكبس يعمل بالاحتراق المتقطع. إنه يعمل إما على دورة ثنائية الأشواط أو رباعية الأشواط. ومع ذلك، على عكس محرك البنزين الذي يعمل بالشرارة، يقوم محرك الديزل بدفع الهواء فقط إلى غرفة الاحتراق عند شوط السحب. يتم تصنيع محركات الديزل عادة بنسب ضغط تتراوح بين 14:1 إلى 22:1. يمكن العثور على دورات محركات الديزل ثنائية الشوط ورباعية الأشواط بين المحركات ذات التجاويف (قطر الأسطوانة) أقل من 600 ملم. المحركات ذات التجاويف الأكبر من 600 مم هي تقريبًا أنظمة دورة ثنائية الأشواط بشكل حصري.