محفظه های احتراق موتور دیزل

امروزه یکی از پرکاربردترین موتورها، موتورهای دیزلی نام دارند که به دلیل قدرت و دوام بالا، کاربردهای متنوع و گشتاوری که ارائه می کنند، در صنایع مختلف مثل تولید برق، صنایع کشاورزی و صنعتی کاربرد کارند. ریشه اصلی کارکرد موتورهای دیزلی به محفظه احتراق و طرح های آن بستگی دارد. در ادامه به معرفی محفظه احتراق و کارکرد و طرح های آن می پردازیم.

محفظه احتراق چیست؟

محفظه احتراق موتوردیزل، محلی درون موتور است که در آن بر اثر ترکیب هوا و سوخت احتراق انجام می شود. گرمای حاصل از فرایند درون محفظه احتراق موتور دیزل منجر به کارکردن موتور و تولید انرژی مکانیکی می شود. این انرژی مکانیکی تولید شده توسط موتور دیزل، چشمه شروع فرایندهای تولید برق در دیزل ژنراتور، حرکت ماشین آلات صنعتی دیزلی و سایر کاربرد ها می شود.

مراحل احتراق سوخت در موتور دیزل به نحوی طراحی می شود که افزایش فشار به طور ناگهانی جلوگیری شود در ضمن عملیات شیمیایی احتراق باید کامل و به سرعت پیشرفت کند. به این منظور طرح های مختلفی برای اتاق احتراق موتور دیزل در نظر گرفته شده است.

انواع محفظه احتراق

1. موتور دیزل با اتاق احتراق باز یا تزریق مستقیم.
2. موتور دیزل با اتاق احتراق تقسیم شده یا تزریق غیر مستقیم موتور دیزل با اتاق احتراق باز.

در این نوع، محفظه احتراق در یک جا بوده، آنقدر کوچک است که در موقع تراکم فشار نسبی زیادی همراه با درجه حرارت بالا تولید می‌کند. سوخت تزریق شده را به سرعت محترق می کند. در این اتاق ها هوا با چرخش زیاد که از طریق مجراهای مارپیچی و یا سوپاپ های لبه دار می گذرد، وارد شده، حرکت گرد بادی را به وجود می آورد.

موتور دیزل با اتاق احتراق باز یا تزریق مستقیم که در موتورهای سنگین و صنعتی مصرف گسترده ای دارد و کیفیت احتراق در این روش به موارد زیر بستگی دارد:

1. حرکت چرخشی هوا در زمان تراکم.
2. نحوی پاشیدن سوخت از نظر شکل, ذرات و فشار.
3. ترکیب سوخت، هوا و سرعت تبخیر سوخت.

در موتور دیزل سوخت با تزریق مستقیم روی پیستون پاشیده می شود لذا حساسیت احتراق نسبت به نحوی پودر شدن بسیار شدید است. لازم است از سوخت پاش هایی استفاده شود که سوخت را به صورت کاملا پودری شکل تزریق می کنند. به علاوه چون حرکت چرخشی هوا برای سرعت ترکیب آن با سوخت الزامی است. برای انجام این کار طرح های مختلفی به کار می برند.

روش مان

روش مان (M-A-N) طرح جدیدی در نوع اتاق احتراق باز محسوب می شود که از سال ۱۹۲۴ در کشور آلمان برای موتورهای کوچک که سرعت نسبتا زیادی دارند ساخته شده است. این طرح با انواع دیگر تفاوت های بسیاری دارد. یعنی سوخت به طور مماس در سطح کروی پیستون پاشیده می شود و سپس بلافاصله پخش می شود. در این طرح تاخیر احتراق عادی است و مصرف سوخت کم و بازده حرارتی نسبتا زیاد است. سوخت به طور مماسی به سطح کروی پیستون پاشیده شده با هوای چرخشی به وسیله ی سوپاپ لبه دار به موتور هدایت شده مخلوط می گردد.

موتور دیزل با اتاق احتراق تقسیم شده، موتوری است که محفظه‌ی احتراق آن به چند قسمت تقسیم می شود و بین هر قسمت گلوگاه محدود کننده به وجود می آید. به طوری که در مرحله ی احتراق بین قسمت ها اختلاف فشار به وجود آمده و در این طرح ها احتراق از محفظه ی فرعی یا قبلی شروع می شود. به علت کوچکی محفظه اولیه، با سرعت زیاد از گلوگاه به محفظه ی اصلی در روی پیستون دمیده می شود. موتور دیزل با محفظه ی احتراق تقسیم شده در موتورهای کوچک با دور زیاد کاربرد دارد.

خصوصیات این اتاق ها به این صورت است:

1. افزایش سرعت چرخشی هوا در زمان تراکم به دلیل داشتن گلوگاه بین محفظه های احتراق.
2. مرحله ی اول و دوم احتراق به سرعت انجام گرفته، فشار احتراق به شدت بالا می رود.
3. اختلاط سوخت و هوا در دو مرحله انجام می گیرد.

احتراق مقدماتی و ناقص، سوخت چند درجه قبل از نقطه ی مرگ بالا به محفظه قبلی تزریق گردیده عمل احتراق شروع می شود. به این دلیل که حجم محفظه ی قبلی کوچک است، فشار به سرعت و تا حدود psi 1000 یا ۷۰ اتمسفر بالا می رود.

در اثر بالا رفتن فشار محفظه ی اولیه سوخت ناقص همراه گازها با سرعت زیاد از گلوگاه وارد محفظه ی اصلی می شود. به علت سرعت زیاد هوای چرخشی عملیات شیمیایی احتراق به سرعت تحقق پذیرفته احتراق اصلی تکمیل می شود.

به دلیل گرم بودن قسمتی از محفظه اولیه شروع احتراق به سرعت انجام پذیرفته تاخیر احتراق کاهش می یابد. قطعات بکار برده شده که معمولا از فولاد سخت و مقاوم در برابر حرارت و ضد زنگ در مقابل عناصر شیمیایی ساخته شده اند، به نحوی در سرسیلندر جا سازی می شوند که انتقال حرارت کم تری با آن ها انجام گیرد. در نتیجه قسمت داخلی محفظه ی اولیه گرم مانده سرعت شروع احتراق افزایش می یابد.

در شروع کار به علت سرد بودن دیواره محفظه‌ی اولیه موتور روشن نمی شود که با طرح شمع گرم کن می توان این مشکل را برطرف نمود. شمع گرم کن در موقع استارت زدن برای مدت کوتاهی روشن می شود و موضع سرخی را در مقابل مسیر پاشیده شدن به وجود می آورد و باعث روشن شدن سریع موتور می گردد.