المعرفة

محرك ديزل

محرك الديزل بالإنجليزية Diesel engine ، هو محرك إحتراق داخلي يعمل بإستخدام دورة ديزل. إخترعه في ألمانيا سنة1892 المهندس رودولف ديزل، على أساس تصميم محرك القلب الساخن، وحصل على براءة الإختراع 23 فبراير 1893.

محرك ديزل لسفينة
محرك ديزل في متحف

محركات الديزل تستعمل الإشعال المضغوط compression ignition, وهي عملية يـُحقن فيها الوقود بعد أن يُضغط الهواء في غرفة الاحتراق مما يؤدي بالوقود إلى تشتعل ذاتياً. وعلى النقيض, نجد محرك الگازولين يستعمل دورة اوتو, التي فيها يـُخلط الوقود والهواء قبل أن يُبدأ الإشعال بواسطة spark plug. معظم محركات الديزل لها مكابس كبيرة, ولذلك تسحب هواءً ووقوداً أكثر مما يؤدي إلى احتراقاً أكبر وأقوى. وهذا أمر فعال في العربات الكبيرة مثل الشاحنات والقاطرات وعربات الدفع الرباعي.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

كيفية عمل الكباس الواحد

يمكن تفسير كيفية عمل محرك الديزل إستناداً إلى الترموديناميكا التي تصف عملية الديزل (Diesel Process) على النحو التالي:

  1. يتم ضغط الغاز تحت ظروف إيزونتروبية أي أن الغاز يضغط دون تبادل للحرارة مع المحيط الخارجي للآلة الضاغطة(النظام).
  2. إضافة حرارة للمنظومة مع الإحتفاظ بنفس الضغط (isobaric).
  3. تمدد الغاز إيزونتروبيا.
  4. إخراج الحرارة من الآلة الضاغطة مع المحافظة على نفس الحجم.


البنية الميكانيكية لمحرك الديزل

يتكون المحرك من مجموعه من المكابس تتناوب في حركة إزاحة ذهابا وإيابا من أجل إدارة عمود ( الكرنك ) وبذلك تتولُّد حركة دورانية من حركه ترددية منتظمة.

 
  1. يهبط الكباس في الاسطوانه المحكمة الغلق علية ليسحب الهواء ويملاء به الفراغ داخل الأسطوانة#وعند مكان معين من صعوده يتم حقن الديزل اللازم للإشتعال.
  2. تحت الضغط العالي والحرارة الكافية مع وجود وقود يحدث احتراق قوي كاف لدفع الكباس إلى أسفل الأسطوانة.
  3. يتصل الكباس بوصلات وأجزاء ميكانيكية، تساعد ميكانيكيتها على دوران عمود الكرنك المطلوب دورانه في تحريك القطع الأخرى.
  4. دورة المحرك ذو الاربعة اشواط:-

تتكون دورة المحرك من أربع مراحل هي: 1/ السحب. 2/ الانضغاط. 3/ الإشتعال أو الإحتراق. 4/ العادم.

  1. دورة المحرك ذو الشوطين:-

1/سحب الهواء وطرد العادم في شوط النزول. 2/الضغط والاشتعال في شوط الصعود. ملاحظة:- هذه المحركات لاتحتوي على صمامات لدخول الهواء وخروج العادم وانما تحتوي على فتحات جانبية في اسفل الاسطوانة. وتصنف محركات الديزل من حيث السرعة ب :- 1-محركات بطيئة السرعة. 2-محركات متوسطة السرعة. 3-محركات عالية السرعة.

ميزات ومساوئ محرك ديزل

  1. ذو كفاءة عالية مقارنة بمحرك البنزين. لنفس حجم المحرك يكون محرك الديزل ذو قدرة و عزم دوران أعلى من محرك البنزين..
  2. يعتبر وقود الديزل ذو تكلفة منخفضة مقارنة بباقي أنواع الوقود كما أن الطاقة الكامنة فيه أعلى من الطاقة الكامنة في وقود البنزين.
  3. إن نسبة الضغط العالية في محركات الديزل والتي تصل إلى 1:25 يجبر المصمم على زيادة حجم ووزن المحرك مما يؤدي إلى غلاء محركات الديزل نسبيا.
  4. تستخدم محركات الديزل بكثرة في المعدات التي تحتاج قدرة وعزماً عاليين، على سبيل المثال مولدات الكهرباء الضخمة والآليات الكبيرة، لأن الكتلة الكبيرة لمحركات الديزل تجعل تعجيل التسارعي للمحرك قليلا مقارنة بمحرك البنزين مما يقلل من رغبة في استخدامها في السيارات الصغيرة.
  5. يمكن الحصول على سرعات بطيئة مباشرة من المحرك دون اللجوء إلى علبة تخفيض السرعات .كما هو الحال في

محركات السفن الضخمة.

محرك الديزل الحديث في السيارات

تعتمد محركات الديزل على مبدئ الإشتعال الذاتي لخليط الوقود بالهواء إلا أن هذا الخليط تطبيقيا لا يشتعل حين يكون المحرك باردا مما يجعل محرك الديزل يحتاج رغم كونه محرك إشتعال ذاتي إلى شموع إشعال. كما أن المحرك يحتاج ليبدئ عمله إلى أن يطلقه محرك كهربائي. أي أنه في البداية يقوم محرك كهربائي بتحريكه و بضخ الهواء فيه. تستعمل العديد من المحركات تقنية صمام الضخ الموحد common rail الذي يمكن من الوصول إلى درجات عالية من الضغط بالوقود و التحكم في في ضخه في غرف إحتراق المحرك و هو نظام موجود تقريبا في معظم المحركات ذلت الضخ المباشر أي المحركات التي يتم مباشرة إحراق الوقود فيها بعد خروجه من المضخة على عكس أنظمة الضخ الغير المباشرة حيث تكون طريقة بناء غرفة الإحتراق و الضخ بكيفية تجعل الخليط يختلط جيدا قبل الإحتراق حيث أن هذه التقنية لا لزوم لها في تقنية الضخ المباشر. محركات الديزل الحديثة كلها متحكم فيها عن طريق حاسوب إلكتروني مضمن في السيارة يقوم بالتحكم في كمية الوقود المضخة في غرف الإحتراق بالإضافة إلى التحكم في العديد من المعاملات الأخرى إنطلاقا إما من نماذج عن تلك العمليات أو عن مستشعرات مثل مستشعر لمدا أو مستشعر التدفق الهوائي. يمكن التحكم في محركات الديزل من الوصول إلى خاصيات أفضل و الحصول على قوة أكبر باستهلاك أقل للديزل بالإضافة إلى التحكم في نسبة الإنبعاثات.

خط زمني

 
محرك ديزل أنتجته شركة مان أگ عام 1906
 
براءة الاختراع التي حصل عليها رودولف ديزل على تصميم المحرك
  • 1862: نيكولاس إيمل يطور محرك غاز الفحم، الذي يماثل محرك الگازولين المعاصر.
  • 1892: Hornsby engine No. 101 is built and installed in a waterworks. It was in the MAN truck museum in Stockport, and is now in the Anson Engine Museum in Poynton. T.H. Barton at Hornsbys builds an experimental version where the vaporiser was replaced with a cylinder head and the pressure increased. Automatic ignition was achieved through compression alone (the first time this had happened), and the engine ran for six hours. Diesel would achieve much the same thing five years later, claiming the achievement for himself.


  • 1892: John Froelich builds his first oil engine powered farm tractor.
  • 1893: August 10th — Diesel builds a working version of his ideas.
  • 1894: Witte, Reid, and Fairbanks start building oil engines with a variety of ignition systems.
  • 1896: Hornsby builds diesel tractors and railway engines.
  • 1897: Winton produces and drives the first US built gas automobile; he later builds diesel plants. On February 17th, Diesel builds his first working prototype, which narrowly avoids a catastrophic explosion in Augsburg. The engine was not really ready for market until 1908, thanks to other people's improvements.
  • 1897: Mirrlees, Watson & Yaryan build the first British diesel engine under license from Rudolf Diesel. This is now displayed in the Anson Engine Museum at Poynton, Cheshire, UK.
  • 1898: بوش تركّب محرك من رودولف ديزل في مصنع جعة في سانت لويس. وكان أول موتور ديزل في الولايات المتحدة. رودولف ديزل يحسـّن محرك البدء المضغوط compression start engine, ويسجل الإختراع ويبدأ في بيع رخص انتاجه. هذا المحرك, مصور أعلاه, في متحف ألماني. Burmeister & Wain (B & W) of Copenhagen, Denmark buy rights to build diesel engines.
  • 1899: ديزل يرخص إنتاج محركه للمصنـّعين كروپ وسولتزر, اللذين سيصبحون من كبار الصناعيين.
  • 1902: F. Rundlof invents the two-stroke crankcase, scavenged hot bulb engine.
  • 1902: شركة اسمها فورست سيتي تبدأ تضنيع مولدات ديزل.
  • 1904: الفرنسيون يبنون أول غواصة تعمل بالديزل, وأسموها Z.
  • 1912: بناء أول سفينة تدار بالديزل MS Selandia. SS Fram, السفينة الرئيسية للمستكشف القطبي رولد أموندسن, يتم تحويلها إلى AB Atlas diesel.
  • 1914: الغواصات الألمانية يو بوت تدفعها محركات ديزل من مان. أداؤها في الحرب يثبت امكانية الاعتماد على تلك المحركات بدرجة عالية.
  • 1920s: Fishing fleets convert to oil engines. Atlas-Imperial of Oakland, Union, and Lister diesels appear.
  • 1922: Mack Boring & Parts Company is established.
  • 1924: ظهور أول شاحنات ديزل.
  • 1930: Edward McGovern Sr., founder of Mack Boring & Parts Company, opens the first diesel-only engine institute in North America.
  • 1934: جنرال موتورز تبدأ وحدة أبحاث الديزل، التي تنتج محركات قاطرات ديزل — Pioneer Zephyr— ثم تؤسس General Motors Electro-Motive Division, الذي يذيع صيته ببنائه محركات للطائرات والدبابات في الحرب العالمية الثانية. ج م طبقت بعد ذلك هذه الخبرة في لتتحكم في السوق بمحركاتها الشهيرة Green Leakers للحافلات وقاطرات السكة الحديد.
  • 1934-35: Junkers Motorenwerke in Germany starts production of the Jumo aviation diesel engine "family", the most famous of these being the Jumo 205, of which over 900 examples are produced into the outbreak of World War II.
  • 1936: Mercedes-Benz built the 260D diesel car.[1] AT&SF inaugurated the diesel train Super Chief. The airship Hindenburg was powered by diesel engines. First series of passenger cars manufactured with diesel engine (Mercedes-Benz 260 D, Hanomag and Saurer). Daimler Benz airship diesel engine 602LOF6 for the LZ129 Hindenburg airship.
  • 1937: The الاتحاد السوڤيتي chose a diesel engine for its T-34 tank, widely regarded as the best tank chassis of World War II.
  • 1937: BMW 114 experimental airplane diesel engine development.
  • 1938: First turbo diesel engine of Saurer.
  • 1943-'46: The Common-rail (CRD) system was invented (and patented by) Clessie Cummins[2]
  • 1944: Development of air cooling for diesel engines by Klöckner Humboldt Deutz AG (KHD) for the production stage, and later also for Magirus Deutz.
  • 1953: Turbo diesel truck for Mercedes in small series.
  • 1954: Turbo-diesel truck in mass production by Volvo. First diesel engine with an overhead cam shaft of Daimler Benz.[3]
  • 1960: The diesel drive displaced steam turbines and coal fired steam engines.
  • 1962-'65: A diesel compression braking system, eventually to be manufactured by Jacobs (of drill chuck fame) and nicknamed the "Jake Brake", was invented and patented by Clessie Cummins.[4]
  • 1968: Peugeot introduced the first 204 small cars with a transversally mounted diesel engine and front-wheel drive.
  • 1973: DAF produced an air-cooled diesel engine.
  • 1976 February: Tested a diesel engine for the Volkswagen Golf passenger car. The Cummins Common Rail injection system was further developed by the ETH Zurich from 1976 to 1992.
  • 1980: Mercedes produced the first passenger car turbo-diesels (Mercedes 300 SD).[1]
  • 1985: ATI Intercooler diesel engine from DAF. European Truck Common Rail system with the IFA truck type W50 introduced.
  • 1986: Electronic Diesel Control (EDC) of Bosch with the BMW 524tD.
  • 1986: The Fiat Croma was the first passenger car in the world to have a direct injection turbodiesel engine in (1986).[5]
  • 1987: Most powerful production truck with a 460 hp (340 kW) MAN diesel engine.
  • 1991: European emission standards euro 1 met with the truck diesel engine of Scania.
  • 1993: Pump nozzle injection introduced in Volvo truck engines.
  • 1994: Unit injector system by Bosch for diesel engines.
  • 1995: First successful use of common rail in a production vehicle, by Denso in Japan, Hino "Rising Ranger" truck.
  • 1997: First common rail in passenger car, Alfa Romeo 156.[6]
  • 1998: BMW made history by winning the 24 Hour Nürburgring race with the 320d, powered by a two-litre, four-cylinder diesel engine. The combination of high-performance with better fuel efficiency allowed the team to make fewer pit stops during the long endurance race.
  • 1999: euro 3 of Scania and the first Common Rail truck diesel engine of Renault.
  • 2002: A street-driven Dodge Dakota pickup with a 735 horsepower (548 kW) diesel engine built at Gale banks engineering hauls its own service trailer to the Bonneville Salt Flats and set an FIA land speed record as the world's fastest pickup truck with a one-way run of 222 mph (357 km/h) and a two-way average of 217 mph (349 km/h).
  • 2004: In Western Europe, the proportion of passenger cars with diesel engine exceeded 50 percent. Selective catalytic reduction (SCR) system in Mercedes, Euro 4 with EGR system and particle filters of MAN. Piezoelectric injector technology by Bosch.
  • 2006: Audi R10 TDI won 12 hours running in Sebring and defeated all other engine concepts. Euro 5 for all Iveco trucks.
  • 2006: JCB Dieselmax broke the FIA Diesel Land speed record from 1973, eventually setting the new record at over 350 mph.
  • 2008: Subaru introduced the first horizontally opposed diesel engine to be fitted to a passenger car. This is a Euro 5 compliant engine with an EGR system.
  • 2009: Volkswagen won the 2009 Dakar Rally held in Argentina and Chile. The first diesel to do so. Race Touareg 2 finished 1st and 2nd.
  • 2009: Volvo claimed the world's strongest truck with their FH16 700. An inline 6-cylinder, 16-litre 700 hp (522 kW) diesel engine producing 3150 Nm (2323.32 lb•ft) of torque and fully complying with Euro 5 emission standards.[7]
  • 2010: Mitsubishi developed and started mass production of its 4N13 1.8 L DOHC I4, the world's first passenger car diesel engine that features a variable valve timing system.[8][9]
  • 2010: Scania AB's V8 had the highest torque and power ratings of any truck engine: 3500 Nm and 730 hp.[10]


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

محرك و طريقة الديزل برؤية التحريك الحراري

يعتبر محرك الديزل من محركات الاحتراق الداخلي حيث يقوم بتحويل الطاقة الكيميائية الكامنة في وقود (زيت الغاز)الى طاقة حركية. والهدف من وراء هذا الإختراع هو إيجاد محرك ذو كفاءة أعلى من كفاءة محرك البنزين. وتأتي الزيادة في الكفاءة من إرتفاع نسبة االضغط (compresses ratio) في محركات الديزل حيث تتراوح ما بين 1:14 إلى 1:25 أما البنزين فيتراوح ما بين 1:8 إلى 1:12 و كما هو معروف أن كفاءة المحرك تتناسب طرديا مع نسبة االضغط.

 
مولد ديزل على ناقلة بترول

يمكن تفسير كيفية عمل محرك الديزل إستناداً إلى الترموديناميكا التي تصف عملية الديزل (Diesel Process) على النحو التالي:

  1. يتم ضغط الغاز تحت ظروف إيزونتروبية أي أن الغاز يضغط دون تبادل للحرارة مع المحيط الخارجي للآلة الضاغطة(النظام).
  2. إضافة حرارة للمنظومة مع الإحتفاظ بنفس الضغط (isobaric).
  3. تمدد الغاز إيزونتروبيا.
  4. إخراج الحرارة من الآلة الضاغطة مع المحافظة على نفس الحجم.
 
محرك الديزل الذي بني بواسطة MAN AG سنة 1906

البنية الميكانيكية لمحرك الديزل

يتكون المحرك من مجموعه من المكابس تتناوب في حركة إزاحة ذهابا وإيابا من أجل إدارة عمود ( الكرنك ) وبذلك تتولُّد حركة دورانية من حركه ترددية منتظمة.

  • شرح كيفية عمل الكباس الواحد
  1. يهبط الكباس في الاسطوانه المحكمة الغلق علية ليسحب الهواء ويملاء به الفراغ داخل الأسطوانة.
  2. حين صعود الكباس يقوم بضغط الهواء كلما اقترب من أعلى الأسطوانة.
  3. وعند مكان معين من صعوده يتم حقن الديزل اللازم للإشتعال.
  4. تحت الضغط العالي والحرارة الكافية مع وجود وقود يحدث احتراق قوي كاف لدفع الكباس إلى أسفل الأسطوانة.
  5. يتصل الكباس بوصلات وأجزاء ميكانيكية، تساعد ميكانيكيتها على دوران عمود الكرنك المطلوب دورانه في تحريك القطع الأخرى.
 
براءة الإختراع التي حصل عليها رودولف ديزل 1893 لمحرك الديزل
 
منظر جانبي للناحية اليسرى في محرك ديزل

دورة المحرك

تتكون دورة المحرك من أربع مراحل هي: 1/ السحب. 2/ الانضغاط. 3/ الإشتعال أو الإحتراق. 4/ العادم.

 
منظر جانبي للناحية اليمنى في محرك ديزل

السرعة

تصنف محركات الديزل إلى ثلاث سرعات:

  • محرك ديزل عالي السرعة.
  • محرك ديزل متوسط السرعة.
  • محرك ديزل منخفض السرعة.

مميزات ومساوئ محرك ديزل

  1. ذو كفاءة عالية مقارنة بمحرك البنزين. لنفس حجم المحرك يكون محرك الديزل ذو قدرة و عزم دوران أعلى من محرك البنزين..
  2. يعتبر وقود الديزل ذو تكلفة منخفضة مقارنة بباقي أنواع الوقود كما أن الطاقة الكامنة فيه أعلى من الطاقة الكامنة في وقود البنزين.
  3. إن نسبة الضغط العالية في محركات الديزل والتي تصل إلى 1:25 يجبر المصمم على زيادة حجم ووزن المحرك مما يؤدي إلى غلاء محركات الديزل نسبيا.
  4. تستخدم محركات الديزل بكثرة في المعدات التي تحتاج قدرة وعزماً عاليين، على سبيل المثال مولدات الكهرباء الضخمة والآليات الكبيرة، لأن الكتلة الكبيرة لمحركات الديزل تجعل تعجيل التسارعي للمحرك قليلا مقارنة بمحرك البنزين مما يقلل من رغبة في استخدامها في السيارات الصغيرة.

محرك الديزل الحديث في السيارات

تعتمد محركات الديزل على مبدئ الإشتعال الذاتي لخليط الوقود بالهواء إلا أن هذا الخليط تطبيقيا لا يشتعل حين يكون المحرك باردا مما يجعل محرك الديزل يحتاج رغم كونه محرك إشتعال ذاتي إلى شموع إشعال. كما أن المحرك يحتاج ليبدئ عمله إلى أن يطلقه محرك كهربائي. أي أنه في البداية يقوم محرك كهربائي بتحريكه و بضخ الهواء فيه. تستعمل العديد من المحركات تقنية صمام الضخ الموحد common rail الذي يمكن من الوصول إلى درجات عالية من الضغط بالوقود و التحكم في في ضخه في غرف إحتراق المحرك و هو نظام موجود تقريبا في معظم المحركات ذلت الضخ المباشر أي المحركات التي يتم مباشرة إحراق الوقود فيها بعد خروجه من المضخة على عكس أنظمة الضخ الغير المباشرة حيث تكون طريقة بناء غرفة الإحتراق و الضخ بكيفية تجعل الخليط يختلط جيدا قبل الإحتراق حيث أن هذه التقنية لا لزوم لها في تقنية الضخ المباشر. محركات الديزل الحديثة كلها متحكم فيها عن طريق حاسوب إلكتروني مضمن في السيارة يقوم بالتحكم في كمية الوقود المضخة في غرف الإحتراق بالإضافة إلى التحكم في العديد من المعاملات الأخرى إنطلاقا إما من نماذج عن تلك العمليات أو عن مستشعرات مثل مستشعر لمدا أو مستشعر التدفق الهوائي. يمكن التحكم في محركات الديزل من الوصول إلى خاصيات أفضل و الحصول على قوة أكبر باستهلاك أقل للديزل بالإضافة إلى التحكم في نسبة الإنبعاثات.


كتب

 
كتاب "محركات الديزل" للدكتور محمود ربيع الملط.


انظر أيضا

وصلات خارجية

 
مشاع المعرفة فيه ميديا متعلقة بموضوع [[commons: Category:Diesel engines

| Diesel engines

]].


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

المصادر

  1. ^ أ ب Mercedes Benz Diesel History, The 260D Diesel Car.
  2. ^ US Patent #2,408,298, filed April 1943, awarded Sept 24, 1946
  3. ^ | 1954–1959 || W120 (180 D) || 180 D || OM636 VII || Dieselvariante des 180, ab 1958 Ausstellfenster. Leistung: 43 PS.
  4. ^ US Patent #3,220,392, filed June 4, 1962, granted Nov 30, 1965.
  5. ^ "News and events". fiat.com. Retrieved 2007-06-20.
  6. ^ "New Powertrain Technologies Conference". autonews.com. Retrieved 2011-12-11.
  7. ^ "Volvo FH16 700 - New Car and Used Car Pictures on". Lincah.com. January 9, 2009. Archived from the original on 2010-11-18. Retrieved May 11, 2009. {{cite web}}: Unknown parameter |deadurl= ignored (|url-status= suggested) (help)
  8. ^ "Geneva 2010: Mitsubishi ASX (Outlander Sport) Debuts in Geneva", autoguide.com
  9. ^ Mitsubishi Motors UK Geneva motor show 2010 presskit
  10. ^ "New Scania V8 truck range". Archived from the original on 2010-11-18. {{cite web}}: Unknown parameter |deadurl= ignored (|url-status= suggested) (help)
تمّ الاسترجاع من "https://www.marefa.org/w/index.php?title=محرك_ديزل&oldid=1705233"