رودلف دیزل در سال 1892 (یعنی 16 سال پس از اختراع موتور های بنزینی) ایده توسعه
موتور دیزل را بنا نهاد. هدف او از این ایده، ساخت موتوری با راندمان بالاتر نسبت به موتورهای بنزینی آن زمان بود که راندمان مناسبی نداشتند. امروزه موتورهای دیزلی در تمام رده خودروها اعم از سواری و سنگین بکار می روند.
اختلاف های عمده بین موتورهای بنزینی و گازوئیلی عبارتند از:
موتورهای بنزینی مخلوط سوخت و هوا را مکش کرده و پس از متراکم نمودن، با جرقه شمع آن را محترق می سازند. موتورهای دیزلی تنها هوا را مکش نموده، آن را متراکم می کند سپس سوخت را با فشار بالا در این هوای فشرده تزریق می نماید. حرارت ناشی از هوای فشرده به محض ورود سوخت آن را محترق می سازد.
نسبت تراکم موتورهای بنزینی بین 8 تا 12 می باشد در حالیکه نسبت تراکم در موتورهای دیزل بین 14 تا 25 می باشد و هر چه نسبت تراکم بالاتر باشد موتور دیزل راندمان بهتری خواهد داشت.
موتورهای بنزینی یا از سیستم کاربراتوری استفاده می کنند که در آن هوا و سوخت قبل از ورود به سیلندر با هم مخلوط می شود یا از سیستم پاشش در پورت ورودی بهره می گیرند که در آن سوخت در ابتدای زمان مکش و در پورت ورودی (خارج از سیلندر) و با فشار پایین پاشیده می شود. این در حالیست که موتورهای دیزل از پاشش سوخت با فشار بالا و درون محفظه احتراق استفاده می کنند. توجه کنید که موتورهای دیزل شمع ندارند و تنها بواسطه حرارت ناشی از هوای متراکم شده سوخت را محترق می کنند. البته شایان ذکر است که در راستای بهبودعملکرد موتورهای بنزینی نیز تحقیقات بسیاری صورت پذیرفته است تا پاشش سوخت بصورت مستقیم انجام پذیرد که موتور GDI حاصل این تلاش می باشد.
انژکتور در موتورهای دیزل یکی از قطعات پیچیده می باشد که همواره موضوع بحث بسیاری از کارهای تجربی واقع شده است. در هر موتوری ممکن است در جای متفاوتی نصب شده باشد. انژکتور بایستی در برابر فشار و دمای بالای درون سیلندر مقاومت داشته و سوخت را بصورت مناسب به هوای فشرده وارد نماید. ایجاد چرخش مناسب در ذرات سوخت و توزیع مناسب آن در سیلندر از دیگر مسائل موتور دیزل می باشد. بنابراین در بعضی از موتورهای دیزل سوپاپهای مکش خاص، محفظه پیش احتراق و دیگر تجهیزات برای چرخش مناسب هوا درون محفظه احتراق و بهبود فرآیند احتراق بکار گرفته شده است.
از دیگر موارد قابل توجه در موتورهای دیزل نسبت تراکم بالای آن می باشد که می تواند قدرت بیشتری را تولید نماید. در حالیکه در موتورهای بنزینی بدلیل مخلوط بودن سوخت و هوا در حین تراکم محدودیت در نسبت تراکم وجود دارد. چرا که پدیده Knocking یا ضربه زدن (احتراق آنی تمام محتویات محفظه احتراق) رخ می دهد.
در بعضی از موتورهای دیزل یک رشته ملتهب درون سیلندر وجود دارد. هنگامی که موتور سرد است و فرآیند تراکم نمی تواند به اندازه کافی دمای هوا را جهت احتراق بالا ببرد، این رشته ملتهب که بصورت الکتریکی گرم می شود به فرآیند احتراق کمک می کند تا رژیم استارت سرد و گرم شدن موتور سپری شود.
امروزه در موتورهای پیشرفته دیزل تمام وظایف به کمک یک سِستم مدیریت موتور (ECM) کنترل می شود. این سِستم ریز اطلاعات موتور از قبیل دور، دمای آب، دبی جرمی هوای ورودی،فشار ریل سوخت،فشار Boost، موقعیت نقطه مرگ بالا و ... را دریافت کرده و توسط انژکتورها،شیر EGR، عملگر فشار Boost و ...... موتور را کنترل می نماید. همچنین در موتورهای بزرگ تر از رشته ملتهب نیز استفاده نمی شود. ECM با دریافت دمای هوای محیط و شرایط موتور آنرا در شرایط آب و هوای سرد ریتارد کرده و انژکتورها سوخت را در زمانی دیرتر پاشش می کنند.
گازوئیل (سوخت موتورهای دیزلی) نسبت به بنزین سنگین تر و روغنی تر می باشد و قابلیت تبخیر آن نسبت به بنزین کمتر است. همچنین نقطه جوش گازوئیل از آب بالاتر می باشد. از آنجا که تعداد کربنهای گازوئیل بیشتر از بنزین می باشد ( بنزین C8H18 و گازوئیل C14H30 ) عمل پالایش آن نیز سریعتر از بنزین و بهمین دلیل از بنزین ارزانتر است.
گازوئیل دارای دانسیته انرژی بالاتری نسبت به بنزین می باشد (حدود 1.2 برابر). این مساله بعلاوه راندمان کاری بهتر موتور دیزل، بیانگر دلیل پیمایش بیشتر موتور دیزل در مقایسه با موتور بنزینی مشابه می باشد.
ظرف دو سال گذشته فروش خودروهای دیزل رده سواری افزایش چشم گیری داشته است. در سال 2001 فروش این خودروها در اروپای غربی با تولید 5.45 میلیون خودرو 12% رشد داشته که حدود 36.1% فروش کل خودروهای رده سواری را در بر می گرفت. در سال 2002 این رقم به 5.92 میلیون خودرو رسیده که قریب به 9% رشد بیشتر را نشان می دهد و این میزان حدود 40.8% فروش کل خودروهای رده سواری بوده است. دو شرکت عمده VW Audi Group , DimlerChrysler برای اولین بار خودروهای سواری دیزلی بیشتری نسبت به بنزینی در اروپای غربی فروخته اند و سومین شرکت، PSA، اکنون 50% از محصولات رده سواری خود را دیزل تولید می کند؛ این آمار بیانگر رشد روزافزون خودروهای سواری دیزل می باشد که دو عامل مهم را به یدک می کشد صرفه اقتصادی در مصرف سوخت ( گازوئیل به جای بنزین) و کارآمد بودن آن (راندمان بالا نسبت به موتورهای بنزینی).
سیستم سوخت رسانی HEUI
تکنولوژی پیشرفته، عملکرد بهتر
سیستم سوخت رسانی HEUI (سیستم پاشش سوخت با عملکرد هیدرولیکی و کنترل الکترونیکی) یکی از مهمترین اختراعات قرن اخیر در زمینه تکنولوژی موتورهای دیزل است. HEUI بسیاری از محدودیتهای مکانیکی و معمول انژکتورهای الکترونیکی را برداشته و استانداردهای تازه ای برای مصرف بهینه و مطمئن سوخت و کنترل آلودگی معرفی می نماید. سیستم فوق العاده پیشرفته HEUI که در حال حاضر استاندارد بکار رفته در گستره وسیعی از موتورها و ماشینهای کاترپیلار است برای فعال ساختن انژکتورهای سوخت بجای انرژی مکانیکی از انرژی هیدرولیک استفاده می کند. سیستم HEUI همزمان با عملکرد ECM (مدول کنترل الکترونیکی) موجب کنترل بسیار دقیق اندازه و زمان بندی سوخت شده که این امر خود موجب عملکرد بی نظیر و اقتصادی موتور می شود.
به خاطر نوع عملکرد، دقت و سایر قابلیتهای اثبات شده، انژکتورها در سیستم HEUI از اهمیت بسیاری برخوردارند.
سیستم سوخت HEUI
پاسخگوی نیاز به آلودگی کمتر، مصرف اقتصادی تر و عملکرد بهتر
تکنولوژی انژکتورهای HEUI باعث شده که طرز تفکر مالکان، تکنسینها و اپراتورهای ماشین آلات درباره نحوه عملکرد موتورهای دیزل تغییر کند. کارآیی سیستم HEUI از یونیت انژکتورهای مکانیکی و الکترونیکی معمول برتر بوده و ارزش بیشتری به سرمایه گذاری شما در ماشین آلات و موتورهای کاترپیلار می دهد.
تنظیم دقیق فشار پاشش سوخت در هر سرعت موتور
در سیستم سوخت قدیمی و معمول، تمام مسیر سوخت زیر فشار بالا قرار دارد. در سیستم HEUI تا زمانی که سوخت به داخل سیلندر تزریق شود، سوخت در فشار پایین قرار می گیرد و فشار سوخت بصورت هیدرولیکی از طریق ارسال سیگنال از ECM (مدول کنترل الکترونیکی) ایجاد می شود.
فشار پاشش سوخت در سیستم سوخت رسانی HEUI ارتباطی به سرعت موتور ندارد.
HEUI فشار پاشش را بصورت الکترونیکی تنظیم می کند. این توانایی بی نظیر بدین معناست که تنظیم فشار تزریق اصلاً به دور میل لنگ وابسته نیست. بیشترین فشار پاشش سوخت را می توان در سرعتهای بالا بدست آورد که در این حالت بیشترین صرفه اقتصادی، کاهش دود و بازده بهتری نیز خواهیم داشت.
نگاهی دقیق به سیستم HEUI
سیستم HEUI دارای 4 قسمت است:
1. انژکتورHEUI : از انرژی هیدرولیک روغن موتور تحت فشار قرار گرفته جهت پاشش استفاده می کند (نه از انرژی مکانیکی حاصل از میل بادامک).
فشار پاشش سوخت توسط فشار ورودی روغن ( 3300PSIتا 800) کنترل شده در حالی که مقدار پاشش سوخت توسط ECM اندازه گیری می شود.
2. (ECM) مدول کنترل الکترونیکی: این کامپیوتر بسیار پیشرفته با دقت زیاد میزان پاشش سوخت و سایر سیستمهای دیگر موتور را مدیریت می کند. سولونوئید انژکتوری HEUI بوسیله علائم الکترونیکی تولید شده در ECM تحریک می شود. ریزپردازنده ECM با استفاده از نرم افزار مربوطه و پردازش اطلاعات وارد شده از سنسورهای چندتایی و همچنین پارامترهای کاربری اپراتور حداکثر عملکرد موتور را در هر شرایطی فراهم می کند.
3. پمپ روغن فشار بالا: پمپ روغن محوری دبی متغیر نصب شده روی سیستم، روغن ذخیره شده را سریعاٌ در زمان استارت سرد ارسال می کند.
4. شیر کنترل فشار فعال کننده انژکتور سوخت: این شیر بصورت الکترونیکی میزان خروچی پمپ روغن و فشار پاشش را تنظیم می کند.
در سیستم HEUI هماهنگی و همکاری 4 قسمت اصلی موجب دقت، اطمینان، نگهداری و تعمیر آسان می شود.
HEUI اعتباری نو در سرمایه گذاری موتور و تجهیزات آن
عملکرد بهتر: موتورهای مجهز به انژکتورهای HEUI از عملکرد بهتری برخوردار بوده و مشکلات کار در ارتفاعات را کاهش داده‌اند.
مصرف سوخت کمتر: قابلیت پاشش سوخت در زوایای مختلف میل لنگ در مقایسه با انژکتورهای مکانیکی، مصرف سوخت را 7/2درصد کاهش می‌دهد. حداقل مصرف سوخت به معنی کاهش آلاینده های گازی و دود سفید به هنگام استارت در هوای سرد است.
عملکرد بهینه: کنترل مقدار سوخت آزاد شده در هنگام تأخیر احتراق و زمان پاشش اصلی که به نام منحنی پاشش شناخته می شود این توانایی را برای سیستمهای HEUI امکان پذیر ساخته که عملکردی غیروابسته به دور موتور دارا باشند. این ویژگی، گرمای آزاد شده موتور را بهبود بخشیده و همچنین در کاهش آلودگی و سر و صدا مؤثر خواهد بود.
کاهش دود و آلاینده های خاص
از آنجایی که عملکرد انژکتورهای HEUI به سرعت موتور مرتبط نیست، می توان در موارد بسیاری در فشار تزریق بالا باقی ماند. (می تواند در دامنه عملیاتی گسترده ای فشار پاشش بالایی را فراهم نماید). تنظیم الکترونیکی این فشارها موجب بهبود پاشش و عملکرد بهینه در دور کند موتور می شود.
کاهش صدای موتور: ویژگی پاشش دوتایی باعث کنترل دقیق تر مصرف سوخت و کاهش صدا می شود. از جمله سایر مزایا می توان به کاهش بارهای ضربه ای در اثر تضعیف ضربه به اجزای اصلی و محرک نام برد.
انژکتورهای بازیافتی HEUI از لحاظ استحکام و کارآیی همانند انژکتورهای نو هستند.
کاترپیلار در فرآیند بازیافت با بهره گیری از تکنیکهای Art-Salvage، کتاب راهنمای استفاده مجدد، سیستمهای پیشرفته ساخت و کنترل دقیق کیفیت، اجزای انژکتورهای کارکرده را به همان کیفیت و بازده اولیه بر می گرداند. یکی از مهمترین قسمتهای این فرآیند، آزمایش است. تکنسینهای باتجربه و ماهر با بکارگیری همان تجهیزات پیشرفته قادر به کنترل کیفیت اجزای جدید خواهند بود. سرمایه گذاری زیاد کاترپیلار برتکنیکهای اندازه گیری حاکی از آن است که تمامی استانداردها دقیقاً رعایت شده اند.
محافظت از سیستم HEUI با کمک فیلترهای بسیار کارآمد کاترپیلار
فیلترهای سوخت بسیار کارآمد کاترپیلار با دارا بودن مشخصه های مهمی مانند گردش مارپیچی، جوشهای آکریلیک و تیوب مرکزی غیر فلزی، عمل محافظت از موتور در برابر ذرات آلاینده سوخت را انجام می دهند.