در گذشته، انسان برای تأمین نیرو در عملیات و کارهای مختلف از نیروی حیوانات استفاده می‌نمود، امّا با گذشت سال‌ها و پیشرفت‌های بشر، موتور گرمایی اختراع و به عنوان منبع تولید توان در کارهای گوناگون به کار گرفته شد. تاریخچه‌ی موتورهای احتراق داخلی به سال 1876 میلادی، زمانی که نیکولاس اتو (1891- 1832) برای اولین بار موتور اشتعال جرقه‌ای و نیز سال 1892 زمانی که رادلف دیزل
(1913-1858) موتور اشتعال تراکمی را اختراع کردند، بر‌می‌گردد. از آن زمان تاکنون، همراه با افزایش دانش ما از فرآیندهای موتور، فراهم شدن فن‌آوری‌های جدید، افزایش تقاضا برای انواع موتورهای جدید و تغییر در محدودیت‌های زیست‌محیطی، تکنولوژی مربوط به موتورها همواره در حال پیشرفت بوده است. هم‌اکنون، موتورهای احتراق داخلی و صنایعی که آن‌ها را توسعه داده و از تولید و به‌کارگیری آن‌ها حمایت می‌کنند، نقش بارزی در زمینه‌های توان، پیش‌رانش و انرژی ایفا می‌نمایند. در سال‌های گذشته با توجه به اهمیت فزاینده‌ی مسائلی نظیر آلودگی هوا، قیمت سوخت و رقابت بازار، شاهد رشد انفجاری در تحقیق و توسعه‌ی انواع این موتورها بوده‌ایم [3]. در این میان، موتورهای دیزل در سال‌های اخیر، به دلایل متعددی از جمله، بالا بودن راندمان حرارتی و ارزان بودن سوخت مصرفی‌شان، بیشتر مورد توجه قرار گرفته‌اند. مطالعات در این پایان‌نامه نیز عمدتاً بر این نوع از موتورهای احتراق داخلی استوار است.
2-2-1- چرا موتورهای احتراق اشتعال تراکمی را موتورهای دیزلی می‌نامند؟
رادلف دیزل در سال 1858 میلادی در فرانسه به دنیا آمد. او در سال 1875 موفق به اخذ بورس تحصیلی از دانشگاه سلطنتی پلی تکنیک مونیخ گردید. دیزل، پس از ورود به این دانشگاه با پروفسور کارل فن لینده آشنا شد که در یک شرکت تحقیقاتی در زمینه‌ی طراحی و ساخت یخچال‌های مدرن فعالیت می‌کرد. او به کمک پروفسور لینده، در سال 1890 به فکر طراحی موتورهای بخار با سوخت آمونیاک افتاد، امّا در حین آزمایش، موتور او منفجر شده و دیزل به شدت آسیب دید. همین حادثه باعث شد که بینایی او با مشکل مواجه گردد. وی پس از آن، فعالیت پژوهشیِ خود را صرف نوع دیگری از موتورها کرد که از بازده بالاتری نسبت به موتورهای بنزینی برخوردار بودند. اشتعال در موتور جدید، که سوخت آن پودر زغال سنگ بود، در اثر درجه‌ی حرارت بالای هوای متراکم شده انجام می‌گرفت (اشتعال تراکمی) و از این حیث تفاوت‌های اساسی با موتورهای بنزینی، که در آن دوران مورد استفاده بودند، داشت. موتور مذکور در سال 1892 با موفقیت آزمایش شد و همین موفقیت باعث گردید تا نام دیزل، به عنوان یک مخترع بزرگ در تاریخ سیر تکاملی موتورهای احتراق داخلی ثبت شود. رادلف دیزل برای آخرین بار در سال 1913 در یک کشتی بخار، حین عبور از یک کانال در انگلستان دیده شد [3].
پس از گذشت سال‌ها و تحقیقات دانشمندان و همچنین اختراع پمپ انژکتور توسط رابرت بوش در سال 1923 انواع تکامل یافته‌ی موتورهای اشتعال تراکمی ساخته شدند و مشکلاتی که این نوع موتورها به دلیل عدم استفاده از پمپ انژکتور و سوخت مناسب داشتند، برطرف گردیدند. امروزه موتورهای اشتعال تراکمی با سوخت گازوئیل کار می‌کنند و به احترام مخترع آن، یعنی رادلف دیزل، موتورهای دیزل نامیده می‌شوند.

مطلب مرتبط :   پایان نامه نگهداری و شیمیایی

2-3- مقایسه‌ی موتورهای احتراق اشتعال تراکمی (CI) و جرقه‌ای(SI)
موتورهای احتراق داخلی مختلف دارای تفاوتها و شباهتهایی با یکدیگر می‌باشند. تفاوت موتورهای احتراق داخلی عمدتاً از تفاوت ماهیت فرآیندهای حاکم ایجاد میشود که در ادامه به برخی از آن‌ها اشاره می‌شود:
سوخت مصرفی: نوع سوخت مصرفی در یک موتور احتراق داخلی از اهمیت بالایی برخوردار است؛ چراکه طراحی یک موتور احتراق داخلی بر اساس نوع سوخت مصرفی صورت میگیرد. در موتورهای اشتعال جرقهای یا بنزینی(SI) سوخت مصرفی باید دارای عدد اکتان بالایی باشد؛ در حالی که در موتورهای احتراق تراکمی یا دیزلی(CI) باید عدد اکتان سوخت مصرفی پایین باشد. البته برای هر دو مورد محدودیتهایی نیز وجود دارد.
نحوه‌ی عملکرد: یکی از تفاوتهای اصلی بین موتورهای احتراق داخلی نحوه‌ی ایجاد مخلوط
هوا-سوخت در داخل سیلندر است. شکل 2-1 این تفاوت را به‌صورت شماتیک نمایش میدهد. در موتورهای دیزل به طور معمول با استفاده از یک انژکتور، سوخت به داخل محفظه‌ی احتراق تزریق و با هوای اضافه‌شده در مرحله‌ی مکش مخلوط میگردد، ولی در موتورهای SI سوخت به‌صورت پیش‌اختلاط وارد محفظه‌ی احتراق میشود.
موتور SI
موتور CI
شکل 2-1: آمادهسازی مخلوط هوا-سوخت در موتورهای مختلف
در موتورهای بنزینی قدیمی، کاربراتور وظیفه‌ی تولید مخلوط هوا-سوخت مناسب را بر عهده دارد؛ ولی در موتورهای بنزینی جدید سوخت به‌صورت مستقیم در منیوفیلد ورودی و پشت سوپاپ ورودی تزریق میشود. این سیستم سوخت‌رسانی موجب اختلاط بهتر مخلوط هوا-سوخت نسبت به مدل کاربراتوری میگردد.
احتراق: موتور CI به روش افزایش تراکم، تولید احتراق مینماید. احتراق CI در یک توده به وقوع می‌پیوندد. در موتور SI روش احتراق کاملاً متفاوت میباشد و از یک شار الکتریکی (جرقه) برای تولید احتراق استفاده میشود. در این روش احتراق از محل جرقه‌زنی شروع شده و به‌تدریج کل محفظه را دربرمیگیرد. شکل 2-2 تفاوت ماهیت احتراق را در موتورهای احتراق داخلی مختلف، به تصویر کشیده است.
احتراق CI
احتراق SI
شکل 2-2: تفاوت انجام احتراق در دو موتور احتراق تراکمی، و اشتعال جرقه‌ای

مطلب مرتبط :   منابع تحقیق درباره ارث زوجه

گازهای خروجی و راندمان: تمام موتورهای احتراق داخلی، گاز گلخانه‌ای تولید میکنند اما میزان این گازها در هر کدام از موتورها متفاوت است. در موتور SI به‌دلیل دمای بالای احتراق میزان NOX تولیدی بالا میباشد. موتورهای CIنیز با توجه به ماهیت احتراق‌شان مقداری NOX و دوده تولید میکنند اما در مقابل موتورهای CI راندمانی به مراتب بهتر از موتورهای SI دارند. جدول 2- 1 به مقایسه‌ی انواع موتورهای احتراق داخلی در این خصوص پرداخته است.
جدول 2- 1: مقایسه‌ی موتورهای احتراق داخلی مختلف از منظر تولید آلاینده‌های منتشره و راندمان.
موتور دیزل (CI)
موتور بنزینی (SI)