كيف يتم الاحتراق في محرك الديزل؟
مقدمة:
محرك الديزل نوع من محركات الاحتراق الداخلي تعمل بالديزل، وهو وقود يشتعل ذاتيًا عند ضغطه. ويستخدم هذا النوع من المحركات بشكل رئيسي في السيارات والشاحنات والحافلات وغيرها من المركبات الثقيلة. ويتميز محرك الديزل بكفاءته العالية في استهلاك الوقود وقوته الكبيرة، لكنه قد يكون أكثر صخبًا واهتزازًا من محركات البنزين.
1. مبدأ عمل محرك الديزل:
يعمل محرك الديزل على مبدأ حقن الوقود مباشرة في الأسطوانة أثناء مرحلة الانضغاط. ويتم هذا عن طريق مضخة حقن الديزل، والتي تضغط الوقود إلى ضغط عالٍ جدًا وتحقنه في الأسطوانة عبر فوهة الحقن. ويتسبب الضغط العالي في اشتعال الوقود ذاتيًا دون الحاجة إلى شمعة الإشعال، كما هو الحال في محركات البنزين.
2. دورة عمل محرك الديزل:
يتكون دورة عمل محرك الديزل من أربع مراحل رئيسية:
مرحلة السحب: في هذه المرحلة، يدخل الهواء إلى الأسطوانة من خلال صمام السحب.
مرحلة الانضغاط: بعد ذلك، يغلق صمام السحب ويبدأ المكبس في الانضغاط الهواء في الأسطوانة. ويرتفع الضغط ودرجة الحرارة في الأسطوانة بشدة.
مرحلة الحقن والاحتراق: عندما يصل المكبس إلى أعلى نقطة في الأسطوانة، يتم حقن الوقود مباشرة في الأسطوانة من خلال فوهة الحقن. ويتسبب الضغط العالي في اشتعال الوقود ذاتيًا وينتج عنه انفجار صغير يدفع المكبس إلى الأسفل.
مرحلة العادم: في هذه المرحلة، ينفتح صمام العادم ويخرج غازات العادم من الأسطوانة.
3. مكونات محرك الديزل:
يتكون محرك الديزل من العديد من المكونات الرئيسية، بما في ذلك:
الاسطوانات: وهي حجرات أسطوانية الشكل داخل المحرك حيث تتم عملية الاحتراق.
المكابس: وهي قطع معدنية تتحرك داخل الأسطوانات وتدفع العمود المرفقي.
صمامات السحب والعادم: وهي صمامات تسمح بدخول الهواء وخروج غازات العادم من الأسطوانات.
شمعات الإشعال: تستخدم في محركات البنزين لإشعال الوقود، ولكنها لا تستخدم في محركات الديزل لأن الوقود يشتعل ذاتيًا.
مضخة حقن الديزل: وهي مضخة تضغط الوقود إلى ضغط عالٍ جدًا وتحقنه في الأسطوانات.
توربوشارجر: وهو جهاز يستخدم لزيادة ضغط الهواء الداخل إلى الأسطوانات، مما يساعد على زيادة قوة المحرك وكفاءته.
4. مزايا محرك الديزل:
الكفاءة العالية في استهلاك الوقود: يتميز محرك الديزل بكفاءته العالية في استهلاك الوقود مقارنة بمحركات البنزين. ويرجع ذلك إلى أن عملية الاحتراق في محرك الديزل تحدث عند ضغط مرتفع جدًا، مما ينتج عنه احتراق أكثر اكتمالًا للوقود.
القوة الكبيرة: يتميز محرك الديزل بقوته الكبيرة مقارنة بمحركات البنزين. ويرجع ذلك إلى أن عملية الاحتراق في محرك الديزل تحدث عند ضغط مرتفع جدًا، مما ينتج عنه ضغط أعلى على المكابس وبالتالي قوة أكبر.
العمر الطويل: يتميز محرك الديزل بعمره الطويل مقارنة بمحركات البنزين. ويرجع ذلك إلى أن محرك الديزل يعمل عند ضغط مرتفع جدًا، مما يقلل من التآكل والاهتراء على مكونات المحرك.
5. عيوب محرك الديزل:
الصخب والاهتزاز: قد يكون محرك الديزل أكثر صخبًا واهتزازًا من محركات البنزين. ويرجع ذلك إلى أن عملية الاحتراق في محرك الديزل تحدث عند ضغط مرتفع جدًا، مما ينتج عنه انفجار صغير في الأسطوانة.
الانبعاثات الضارة: قد ينتج محرك الديزل انبعاثات ضارة أكثر من محركات البنزين، مثل أكسيد النيتروجين والجسيمات الدقيقة. ويرجع ذلك إلى أن عملية الاحتراق في محرك الديزل تحدث عند درجات حرارة عالية جدًا، مما ينتج عنه تكوين المزيد من هذه الانبعاثات.
السعر المرتفع: قد يكون سعر محرك الديزل أعلى من سعر محركات البنزين. ويرجع ذلك إلى أن محرك الديزل يحتوي على مكونات أكثر تعقيدًا من محركات البنزين.
6. تطبيقات محرك الديزل:
السيارات والشاحنات والحافلات: يستخدم محرك الديزل بشكل رئيسي في السيارات والشاحنات والحافلات وغيرها من المركبات الثقيلة. ويرجع ذلك إلى أن محرك الديزل يتميز بكفاءته العالية في استهلاك الوقود وقوته الكبيرة، مما يجعله مناسبًا لهذه التطبيقات.
المعدات الثقيلة: يستخدم محرك الديزل أيضًا في المعدات الثقيلة مثل الجرافات والحفارات والشاحنات الكبيرة. ويرجع ذلك إلى أن محرك الديزل يتميز بقوته الكبيرة وعمره الطويل، مما يجعله مناسبًا لهذه التطبيقات.
السفن والقطارات: يستخدم محرك الديزل أيضًا في السفن والقطارات. ويرجع ذلك إلى أن محرك الديزل يتميز بكفاءته العالية في استهلاك الوقود وقوته الكبيرة، مما يجعله مناسبًا لهذه التطبيقات.
7. مستقبل محرك الديزل:
يتجه العالم حاليًا نحو تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري، مثل الديزل والبنزين، وذلك بسبب الأضرار البيئية التي تسببها هذه الوقود. لذلك، يتم تطوير تقنيات جديدة لمحركات الديزل من أجل تقليل الانبعاثات الضارة وتحسين الكفاءة في استهلاك الوقود. ومن بين هذه التقنيات:
محركات الديزل الهجينة: وهي محركات ديزل تعمل بالوقود والديزل معًا. وهذا يساعد على تقليل استهلاك الوقود والانبعاثات الضارة.
محركات الديزل الكهربائية: وهي محركات ديزل تعمل بالكهرباء. وهذا يساعد على تقليل استهلاك الوقود والانبعاثات الضارة إلى حد كبير.
محركات الديزل باستخدام وقود الديزل الحيوي: وهو وقود ديزل مستخلص من مصادر متجددة مثل زيت الطهي المستعمل والزيوت النباتية. وهذا يساعد على تقليل الاعتماد على الوقود الأحفوري والحد من الانبعاثات الضارة.
الخاتمة:
محرك الديزل هو نوع مهم من محركات الاحتراق الداخلي. ويستخدم هذا النوع من المحركات بشكل رئيسي في السيارات والشاحنات والحافلات وغيرها من المركبات الثقيلة. ويتميز محرك الديزل بكفاءته العالية في استهلاك الوقود وقوته الكبيرة، لكنه قد يكون أكثر صخبًا واهتزازًا من محركات البنزين. ومع ذلك، يتم تطوير تقنيات جديدة لمحركات الديزل من أجل تقليل الانبعاثات الضارة وتحسين الكفاءة في استهلاك الوقود، مما يجعلها أكثر ملاءمة للاستخدام في المستقبل.