تعريف و تطبيقات محرك الديزل

1.1تطبيقات محرك الديزل

يتواجد محرك الديزل في الكثير من التطبيقات المهمة و الاساسية في حياتنا ، وهذا يلاحظ لان محرك الديزل هو المحرك الافضل و شبه الوحيد في اعطاء القوة الكافية لعمل هذه التطبيقات ، يمكن حتي اكثر من المحركات الاشعال الغير ذاتيه الموجودة في السيارات الرفاهية العادية ، و محركات الكهرباء ، حيث يتواجد محرك الديزل فى جميع سيارات النقل التي منها نقل البضائع و نقل الركاب ، يمكن لمحركات

الديزل القيام بأعمال البناء الصعبة ، مثل رفع الكمرات الفولاذية ، وحفر الأساسات والخنادق ، وحفر الآبار ، ورصف الطرق ، وتحريك التربة بأمان وكفاءة.

يستخدم وقود الديزل أيضا في مولدات محركات الديزل لتوليد الكهرباء ، تحتوي العديد من المنشآت الصناعية والمباني الكبيرة والمرافق المؤسسية والمستشفيات والمرافق الكهربائية على مولدات تعمل بالديزل وإمدادات الطاقة في حالات الطوارئ ، و يستخدم في انظمه اطفاء الحريق حيث ان عندما يحدث حريق ما في شركه او مصنع يتم بسببه اغلاق الكهرباء لهذا محرك الكهرباء لا يعمل علي هذه الانظمه و يستخدمون محرك الديزل لتشغيل النظام لذلك.

تساعد محركات الديزل في الشاحنات والقطارات والقوارب وسفن الشحن ، و في نقل جميع المنتجات التي يستهلكها الأشخاص تقريبًا ، يعمل وقود الديزل على تشغيل معظم معدات المزرعة ، والبناء يستخدم ايضا وقود الديزل في الخزانات والشاحنات لأن وقود الديزل أقل قابلية للاشتعال وأقل انفجا ًرا من أنواع الوقود الأخرى ، محركات الديزل أقل عرضة للتوقف من المحركات التي تعمل بالبنزين .[1]

1.2 نبذه تاريخيه عن محرك الديزل

ردلف ديزل [1858-1913] فرنسي الاصل كان يعمل علي تطوير المجركات البخاريه الي محرك اخر يعمل بالوقود ، و استطاع ديزل عمل اول محرك له عام 1896في فبراير هذا العام حيث الطاقة المقدرة 13.1كيلو واط و كانت كفائه المحرك %26.2اعلي باكثر من %16من افضل محرك بخاري في هذا الوقت وكان المحرك ب سلندر واحد و حجمه ضخم جدا بالنسبه للطاقه التي يقدمها كما في الشكل المقابل. [2]

1.3 فكره عمل محرك الديزل

تعتبر محركات الديزل ، مثل محركات البنزين أي انها محركات احتراق داخلي، وهذا يعني أن الوقود يتم حرقه داخل المحرك فيما يعرف بغرفه الاحتراق حيث يتم إنتاج الطاقة، و هذا ما جعل محركات الديزل أكثر كفاءة من المحركات التي تعمل بالبخار في ذلك الوقت ، والتيكانت محركات احتراق خارجية تحرق الوقود خارج أسطوانات المحرك.

تستخدم محركات الديزل دورات احتراق رباعية الأشواط للعمل، وتشمل:

• شوط السحب: يدخل الهواء إلى الأسطوانات من خلال صمام السحب ، وتتحرك المكابس لأسفل.
• شوط الضغط: تتحرك المكابس لأعلى وتضغط الهواء.
• شوط القدره: يتم حقن الوقود وإشعاله في وقت محدد ، مما يدفع المكابس للأسفل مرة أخري و هو الشوط الذي استفاد منه بالطاقه.
• شوط العادم: عندما تتحرك المكابس للخلف نحو الأعلى ، يتم دفع العادم الناتج أثناء عملية الاحتراق للخارج.

ويتم اعاده هذه الاشواط بالترتيب بعد شوط العادم الي الشوط السحب مره اخري لبدأ العملية من جديد وكان هذا شرح مبسط فكرة عمل محرك الديزل حيث هناك شرح اوضح و مفصل عندما نتعمق في محرك الديزل اكثر وكما هو موضح بالشكل طريقه عمل محرك الديزل بطريقه مبسطه باشواطه الاربعه .

حرارة الهواء المضغوط هي التي تشعل الوقود في محرك الديزل. تصل كفاءة محركات الديزل الحديثة إلى ضعف كفاءة محركات البنزين، مما يعني أنه يمكنك السفر لمسافة أطول باستخدام نفس كمية الوقود.

1.4 كفائه محرك الديزل 

الاحتراق داخل غرفه الحريق في محرك الديزل تعتمد علي ثلاث عناصر اساسيه وهي ( الحراره ، الهواء، الوقود ) ، و لنبدا بالحراره ، من المعروف ان الحرارة تتناسب طرديا مع الضغط أي كلما زاد الضغط زادت معه درجه الحرارة ، و العامل الذي يؤثر علي نسبه الضغط داخل غرفه الحريق هو نسبه الضغط  Compression ratio  نسبه الضغط هي نسبة الحجم الكلي لغرفة الاحتراق إلى الحجم المتبقي بعد الانضغاط الكامل ، أي حجم الخلوص كما في المعادله الموضحه .

CR= Total Volume/ Clearance volume

بكلمات بسيطة ، هي النسبة بين الحجم الإجمالي لغرفة الاحتراق التي تُترك عندما يكون المكبس في مركز الميت السفلي والحجم المتبقي داخل غرفة الاحتراق عندما يتحرك المكبس إلى أعلى مركز ميت كما في المعادله الموضحه اسفل 

CR= (V1+V2)/V2

حيث

•  (V1+V2) الحجم الكلي لغرفه الحريق او مرك الميت السفلي
• BDC = V2  حجم الخلوص او الحجم المتبقي بعد الانضغاط او اعلي مركز ميت

ولتبسيط الشرح اكثر كما موضح بالشكل المقابل الذي يوضح الفرق بين الحجم الكلي و حجم الخلوص

على سبيل المثال – لنفكر في محرك به إجمالي حجم  1000سم مكعب منها  900سم مكعب هو حجم المسح ، أي الحجم المغطى بالمكبس عندما يتحرك من  BDC إلى، TDCوله حجم خلوص  100سم مكعب ، أي الحجم المتبقي داخل الأسطوانة عند وصول المكبس إلى  TDC الخاص بها. لذا فإن نسبة الضغط لهذا المحرك ستكون  100 :1000أو .1 :10 و يتم زياده نسبه الضغط او تقليلها حسب نوع المواد المصنع منها محرك الديزل و التطبيق الذي سيعمل عليه. اما العنصرين الاخران الهواء و الوقود يتم التعامل معهما بوسطه نسبه الهواء الي الوقود في الغرفه او ما يسمي Air to Fuel ratio

A/F=mair/mfuel

اي ببساطه حجم الهواء الي حجم الوقود و يكون من  1جرام وقود لكل  18جرام هواء وتصل النسبه الي من  1جرام وقود الي  70جرام من الهواء و هذا ما تصل اليه نسبه الهواء الي الوقود في المحركات الديزل ، هذه النسبه تتحكم في مقدار القوه المطلوبه من المحرك و تعمل بشكل كبير علي توفير الوقود في تطبيقات كثيره.

مراجع

[1] US energy information administration, web site: https://www.eia.gov/energyexplained/dieselfuel/use-of-diesel.php

[2] Diesel, R. (1913). Die Entstehung des Dieselmotors. In Jahrbuch der Schiffbautechnischen Gesellschaft (pp. 267-367). Springer, Berlin, Heidelberg