انتخاب میان موتور دو زمانه و چهار زمانه فقط یک بحث تئوری درباره تعداد حرکتهای پیستون نیست. این انتخاب میتواند بر توان خروجی، گشتاور، مصرف سوخت، ابعاد موتور، شیوه نگهداری و حتی نوع تجهیزی که موتور در آن استفاده میشود اثر بگذارد. به همین دلیل، مهندسان هنگام انتخاب موتور برای کشتی، دیزل ژنراتور، ماشینآلات صنعتی یا وسایل نقلیه، تنها به قدرت اسمی موتور توجه نمیکنند.
تفاوت اصلی موتور دیزل دو زمانه و چهار زمانه در تعداد حرکتهای لازم برای تکمیل چرخه کاری است. موتور دو زمانه چرخه خود را در دو حرکت پیستون و یک دور میللنگ کامل میکند؛ در حالی که موتور چهار زمانه برای اجرای مراحل مکش، تراکم، تولید توان و تخلیه به چهار حرکت پیستون و دو دور میللنگ نیاز دارد. این تفاوت ساده، ساختار هوارسانی، دفعات تولید توان و کاربرد هر موتور را تغییر میدهد.
در ادامه، نحوه عملکرد این دو موتور را بررسی کرده و آنها را از نظر قدرت، مصرف سوخت، آلایندگی، روغنکاری، هزینه نگهداری و کاربردهای صنعتی مقایسه میکنیم.
موتور دیزل چگونه کار میکند؟
موتور دیزل یک موتور احتراق داخلی با سیستم احتراق تراکمی است. در این موتور، ابتدا هوا وارد سیلندر شده و توسط حرکت پیستون فشرده میشود. فشردهشدن هوا باعث افزایش قابلتوجه دما و فشار آن میشود. در نزدیکی پایان مرحله تراکم، انژکتور سوخت دیزل را با فشار بالا به داخل محفظه احتراق میپاشد. سوخت پس از تماس و ترکیب با هوای داغ، بدون نیاز به جرقه خارجی مشتعل میشود.
فشار حاصل از احتراق، پیستون را به سمت پایین حرکت میدهد. شاتون این حرکت خطی را به میللنگ منتقل میکند و میللنگ آن را به حرکت چرخشی تبدیل میسازد. این حرکت چرخشی میتواند برای چرخاندن ژنراتور، پروانه کشتی، چرخ خودرو یا تجهیزات مکانیکی استفاده شود.
آیا موتور دیزل شمع دارد؟
یکی از خطاهای موجود در برخی مطالب فارسی، اشاره به «جرقهزدن شمع» در موتور دیزل دو زمانه و چهار زمانه است. این توضیح متعلق به موتورهای اشتعال جرقهای مانند موتور بنزینی است، نه موتور دیزل متعارف. موتور دیزل برای شروع احتراق از حرارت ناشی از تراکم هوا استفاده میکند و شمع جرقهزن ندارد.
برخی موتورهای دیزل به شمع گرمکن مجهز هستند. وظیفه شمع گرمکن، گرمکردن محفظه احتراق هنگام راهاندازی موتور در هوای سرد است و نباید آن را با شمع جرقهزن اشتباه گرفت.
منظور از زمان در موتور چیست؟
در اصطلاح موتورهای احتراق داخلی، هر حرکت کامل پیستون از نقطه مرگ بالا به نقطه مرگ پایین یا برعکس، یک «زمان» یا Stroke نامیده میشود.
نقطه مرگ بالا، بالاترین محل قرارگیری پیستون در سیلندر است و نقطه مرگ پایین، پایینترین موقعیت پیستون محسوب میشود. در موتور دو زمانه، چرخه کامل در یک حرکت بالا و یک حرکت پایین پیستون انجام میشود. در موتور چهار زمانه، پیستون باید دو بار بالا و دو بار پایین برود تا چرخه کامل شود.
موتور دیزل دو زمانه چیست؟
موتور دیزل ژنراتور دو زمانه موتوری است که چرخه کاری خود را طی دو حرکت پیستون و یک دور کامل میللنگ انجام میدهد. در این موتور، مرحله تولید توان در هر دور میللنگ رخ میدهد. همین ویژگی باعث میشود موتور دو زمانه از نظر تئوری ظرفیت تولید توان بیشتری نسبت به حجم و وزن خود داشته باشد.
بااینحال، نمیتوان گفت هر موتور دو زمانه دقیقاً دو برابر یک موتور چهار زمانه هماندازه قدرت تولید میکند. عواملی مانند کیفیت تخلیه گازها، مقدار هوای محبوس در سیلندر، فشار ورودی، طراحی پورتها، دور موتور و محدودیت حرارتی بر توان واقعی اثر میگذارند.
مرحله اول؛ تراکم هوا
هنگامی که پیستون از نقطه مرگ پایین به سمت بالا حرکت میکند، پورتهای ورود هوا بسته میشوند. هوای موجود در سیلندر فشرده شده و دما و فشار آن افزایش مییابد.
در نزدیکی نقطه مرگ بالا، انژکتور سوخت را داخل هوای داغ تزریق میکند. سوخت بهدلیل دمای بالای هوای متراکمشده مشتعل میشود و فشار زیادی در محفظه احتراق ایجاد میکند.
مرحله دوم؛ تولید توان و تخلیه دود
فشار ناشی از احتراق، پیستون را به سمت پایین حرکت میدهد. این بخش، مرحله تولید توان موتور است. با پایینرفتن پیستون، ابتدا مسیر یا سوپاپ خروج دود باز میشود و بخشی از گازهای سوخته از سیلندر خارج میشوند.
سپس پیستون پورتهای هوای ورودی را که روی دیواره سیلندر قرار دارند آشکار میکند. هوای تازه با فشاری بیشتر از فشار مسیر خروج وارد سیلندر شده، گازهای سوخته را به بیرون هدایت میکند و فضای داخل سیلندر را برای چرخه بعدی آماده میسازد.
مطالعه بیشتر:سیستم خنک کننده دیزل ژنراتور
هوای جاروب در موتور دو زمانه چیست؟
در موتور چهار زمانه، پیستون یک مرحله مستقل برای مکش هوا و یک مرحله مستقل برای تخلیه دود دارد. اما در موتور دو زمانه، خروج گازهای سوخته و ورود هوای تازه باید در مدت کوتاهی نزدیک نقطه مرگ پایین انجام شود.
به فرایند خارجکردن گازهای سوخته و جایگزینکردن آنها با هوای تازه، «جاروب» یا Scavenging گفته میشود. برای انجام این فرایند، فشار هوای ورودی باید از فشار گاز خروجی بیشتر باشد. به همین دلیل موتورهای دیزل دو زمانه معمولاً به توربوشارژر، سوپرشارژر یا دمنده کمکی وابستهاند.
اگر جاروب سیلندر بهدرستی انجام نشود، بخشی از دود در سیلندر باقی میماند و فضای کمتری برای هوای تازه وجود خواهد داشت. این موضوع میتواند کیفیت احتراق، توان خروجی و دمای موتور را تحت تأثیر قرار دهد.
روشهای متداول جاروب عبارتاند از:
- جاروب متقاطع یا Cross Scavenging
- جاروب حلقهای یا Loop Scavenging
- جاروب یکطرفه یا Uniflow Scavenging
در بسیاری از موتورهای بزرگ دریایی از جاروب یکطرفه استفاده میشود. هوا از پورتهای پایین سیلندر وارد شده و گازهای سوخته را به سمت سوپاپ خروجی بالای سیلندر هدایت میکند.
موتور دیزل چهار زمانه چیست؟
موتور دیزل چهار زمانه چرخه کاری خود را طی چهار حرکت پیستون و دو دور کامل میللنگ انجام میدهد. چهار مرحله اصلی این موتور شامل مکش، تراکم، تولید توان و تخلیه است.
زمان اول؛ مکش
سوپاپ ورودی باز میشود و پیستون از نقطه مرگ بالا به سمت پایین حرکت میکند. با کاهش فشار داخل سیلندر، هوای تازه از مسیر ورودی وارد میشود.
در یک موتور دیزل متعارف، در مرحله مکش فقط هوا وارد سیلندر میشود. سوخت بعداً و در نزدیکی پایان مرحله تراکم تزریق خواهد شد.
زمان دوم؛ تراکم
سوپاپ ورودی بسته شده و پیستون به سمت بالا حرکت میکند. با کاهش حجم داخل سیلندر، هوا فشرده و داغ میشود.
پیش از رسیدن پیستون به نقطه مرگ بالا، انژکتور سوخت را به داخل هوای داغ میپاشد. کیفیت پاشش سوخت، فشار تزریق، شکل محفظه احتراق و حرکت هوا در سیلندر بر کیفیت احتراق اثر میگذارند.
زمان سوم؛ تولید توان
سوخت تزریقشده در اثر دمای هوای متراکمشده مشتعل میشود. افزایش فشار، پیستون را به سمت پایین میراند و نیرو از طریق شاتون به میللنگ منتقل میشود.
این مرحله تنها بخشی از چرخه چهار زمانه است که در آن موتور توان مثبت تولید میکند.
زمان چهارم؛ تخلیه
سوپاپ خروجی باز میشود و پیستون به سمت بالا حرکت میکند. گازهای حاصل از احتراق از طریق مسیر اگزوز از سیلندر خارج میشوند.
زمان باز و بستهشدن سوپاپهای ورودی و خروجی توسط میلسوپاپ و سیستم تایمینگ کنترل میشود. طراحی پورت ورودی و زمانبندی سوپاپها بر مقدار هوای ورودی، حرکت هوا و عملکرد موتور اثر دارد.
تفاوت موتور دیزل دو زمانه و چهار زمانه
| معیار | موتور دیزل دو زمانه | موتور دیزل چهار زمانه |
|---|---|---|
| تکمیل چرخه | دو حرکت پیستون | چهار حرکت پیستون |
| دور میللنگ در هر چرخه | یک دور | دو دور |
| تولید توان | یکبار در هر دور | یکبار در هر دو دور |
| ورود هوا | معمولاً از پورت سیلندر | معمولاً از سوپاپ ورودی |
| خروج دود | پورت یا سوپاپ خروجی | سوپاپ خروجی |
| تبادل گاز | ورود هوا و خروج دود تقریباً همزمان | مکش و تخلیه مستقل |
| نیاز به هوای فشرده | ضروری برای جاروب | در نوع تنفس طبیعی ضروری نیست |
| کاربرد رایج | کشتیهای بزرگ و صنایع سنگین | خودرو، ژنراتور و ماشینآلات |
| محدوده دور رایج | بسیار پایین در موتورهای دریایی بزرگ | متوسط و بالا در کاربردهای متداول |
| سیستم سوپاپ | وابسته به طراحی و معمولاً متفاوت | دارای سوپاپ و میلسوپاپ کامل |
این جدول یک مقایسه عمومی است. موتورهای دو زمانه و چهار زمانه در اندازهها و طراحیهای بسیار متفاوت تولید میشوند؛ بنابراین نتیجه مقایسه یک موتور دریایی چنددههزار کیلوواتی با یک موتور ژنراتور کوچک را نمیتوان فقط به نوع چرخه نسبت داد.
مقایسه قدرت و گشتاور
در موتور دو زمانه، هر سیلندر در هر دور میللنگ یک مرحله تولید توان دارد. در موتور چهار زمانه، هر سیلندر در هر دو دور میللنگ توان تولید میکند. به همین دلیل، موتور دو زمانه از نظر تئوری تعداد احتراق بیشتری در یک بازه زمانی دارد.
اما توان واقعی دو برابر نمیشود. بخشی از کورس موتور دو زمانه به بازشدن پورتها و تبادل گاز اختصاص دارد. همچنین ممکن است بخشی از هوای تازه پیش از بستهشدن مسیر خروج از سیلندر خارج شود. بازده حجمی، فشار هوای ورودی، دور موتور، حجم سیلندر و فشار متوسط مؤثر نیز باید در مقایسه لحاظ شوند.
موتورهای دو زمانه بزرگ دریایی معمولاً در دور بسیار پایین، گشتاور بالایی تولید میکنند. این ویژگی آنها را برای چرخاندن پروانههای بزرگ کشتی مناسب میکند. موتورهای چهار زمانه نیز میتوانند گشتاور زیادی تولید کنند، اما بیشتر برای دورهای متوسط یا بالاتر و بارهای متغیر طراحی میشوند.
مصرف سوخت کدام موتور کمتر است؟
نمیتوان گفت موتور چهار زمانه همیشه کممصرفتر و موتور دو زمانه همیشه پرمصرفتر است. این تصور معمولاً از مقایسه موتورهای کوچک بنزینی دو زمانه با موتورهای بنزینی چهار زمانه شکل گرفته و نباید مستقیماً به موتورهای دیزل صنعتی تعمیم داده شود.
راندمان موتور حاصل ترکیب راندمان احتراق، چرخه ترمودینامیکی، تبادل گاز و راندمان مکانیکی است. اندازه موتور، دور کاری، نسبت کورس به قطر، فشار هوای ورودی، فناوری تزریق و بار موتور نیز بر مصرف سوخت اثر دارند.
موتورهای دو زمانه دریایی کمدور با کورس بلند میتوانند راندمان بسیار بالایی داشته باشند. دور پایین علاوه بر کاهش برخی تلفات مکانیکی، امکان اتصال مناسب موتور به پروانه بزرگ کشتی را فراهم میکند.
برای مقایسه مصرف باید به شاخص مصرف ویژه سوخت توجه کرد؛ یعنی میزان سوخت مصرفشده برای تولید یک واحد انرژی. مقایسه مصرف ساعتی دو موتور با توانهای متفاوت نتیجه دقیقی ارائه نمیدهد.
آلایندگی موتور دو زمانه بیشتر است یا چهار زمانه؟
نوع چرخه تنها عامل تعیینکننده آلایندگی نیست. سیستم تزریق، کیفیت سوخت، دمای احتراق، مقدار هوای اضافی، بار موتور و تجهیزات تصفیه گازهای خروجی نقش مهمی دارند.
در موتور دو زمانه، تبادل گاز در مدت کوتاهتری انجام میشود. اگر فرایند جاروب بهینه نباشد، ممکن است مقداری از گاز سوخته داخل سیلندر باقی بماند یا بخشی از هوای تازه مستقیماً وارد مسیر خروج شود.
موتور چهار زمانه به دلیل مراحل جداگانه مکش و تخلیه، کنترل مستقلی بر جریان ورودی و خروجی دارد. بااینحال، موتورهای مدرن هر دو گروه میتوانند از تزریق الکترونیکی، توربوشارژر، بازچرخانی گاز اگزوز و سامانههای کاهش آلایندگی استفاده کنند.
تفاوت روغنکاری و استهلاک
در بعضی موتورهای کوچک بنزینی دو زمانه، روغن با بنزین مخلوط میشود و همراه سوخت میسوزد. این ویژگی را نباید به موتورهای دیزل دو زمانه بزرگ تعمیم داد.
موتورهای دیزل دو زمانه دریایی دارای سیستمهای روغنکاری مستقل و تخصصی هستند. در برخی طراحیهای کراسهد، روغنکاری سیلندر از روغنکاری یاتاقانها و بخش پایینی موتور جداست. مقدار روغن سیلندر باید با بار موتور، نوع سوخت و شرایط قطعات هماهنگ شود.
موتور چهار زمانه معمولاً دارای کارتل، پمپ روغن، فیلتر و کانالهای روغنکاری است. روغن علاوه بر یاتاقانها و دیواره سیلندر، قطعات میلسوپاپ و سرسیلندر را نیز روانکاری میکند.
اینکه کدام موتور استهلاک بیشتری دارد، به دور، بار، کیفیت روغن، دمای کار، طراحی و برنامه سرویس بستگی دارد. ادعای اینکه تمام موتورهای دو زمانه عمر کمتر یا تمام موتورهای چهار زمانه عمر بیشتری دارند، دقیق نیست.
چرا کشتیهای بزرگ موتور دیزل دو زمانه دارند؟
کشتیهای تجاری بزرگ به توانی بسیار زیاد و گشتاور بالا در دور پایین نیاز دارند. پروانه بزرگ کشتی نیز در سرعت چرخش پایینتر میتواند بازده مناسبی داشته باشد.
موتورهای دو زمانه کمدور و کورسبلند برای چنین شرایطی مناسباند. این موتورها میتوانند با سرعت پایین کار کرده و در برخی آرایشها بدون نیاز به گیربکس کاهنده بزرگ به محور پروانه متصل شوند. کورس بلند و جاروب یکطرفه نیز به بهبود راندمان ترمودینامیکی کمک میکند.
البته تمام کشتیها موتور دو زمانه ندارند. شناورهای کوچکتر، کشتیهای مسافری، کشتیهای سریع و سامانههای دیزلالکتریک ممکن است از موتورهای چهار زمانه متوسط یا پرسرعت استفاده کنند.
چرا دیزل ژنراتورها معمولاً چهار زمانه هستند؟
بیشتر دیزل ژنراتورهای متداول به موتور چهار زمانه مجهز هستند. این موتورها در توانها و ابعاد متنوع تولید میشوند، برای کار در دور ثابت مناسباند و خدمات تعمیر و قطعات آنها در بازار گستردهتر است.
موتور چهار زمانه میتواند تغییرات بار ژنراتور را مدیریت کند و در کاربردهای اضطراری، دائمکار یا پشتیبان به کار رود. بسیاری از موتورهای تجاری دیزل ژنراتور نیز بهصورت چهار زمانه و توربوشارژ طراحی میشوند.
موتور دیزل دو زمانه و چهار زمانه؛ کدام بهتر است؟
پاسخ به نوع کاربرد بستگی دارد. موتور دو زمانه زمانی انتخاب مناسبی است که توان و گشتاور بسیار بالا در دور پایین، کارکرد مداوم و راندمان در مقیاس بزرگ اهمیت داشته باشد. این شرایط بیشتر در کشتیهای تجاری بزرگ و برخی تجهیزات سنگین دیده میشود.
موتور چهار زمانه برای خودرو، کامیون، ماشینآلات کشاورزی، تجهیزات راهسازی و دیزل ژنراتورهای متداول انتخاب رایجتری است. این موتورها برای دور و بار متغیر مناسباند و دسترسی به قطعات و تعمیرکار آنها معمولاً آسانتر است.
هنگام انتخاب موتور، معیارهای زیر باید بررسی شوند:
- توان و گشتاور موردنیاز
- دور کاری موتور
- ساعات کار سالانه
- ثابت یا متغیر بودن بار
- مصرف ویژه سوخت
- محدودیت وزن و فضا
- هزینه تعمیر و توقف
- دسترسی به قطعات
- شرایط محیطی
- الزامات آلایندگی
جمعبندی
تفاوت موتور دیزل دو زمانه و چهار زمانه فقط در تعداد حرکتهای پیستون خلاصه نمیشود. موتور دو زمانه چرخه خود را در یک دور میللنگ کامل کرده و در هر دور یک مرحله تولید توان دارد؛ اما برای خروج دود و ورود هوای تازه به سیستم جاروب و هوای پرفشار وابسته است.
موتور چهار زمانه چرخه را طی دو دور میللنگ انجام میدهد و مراحل مکش و تخلیه مستقلی دارد. این ساختار، استفاده از آن را در خودروها، دیزل ژنراتورها و بسیاری از ماشینآلات صنعتی رایج کرده است.
موتور دو زمانه لزوماً پرمصرفتر، آلایندهتر یا کمعمرتر نیست و موتور چهار زمانه نیز در همه کاربردها برتری ندارد. برای انتخاب صحیح باید مشخصات مدل واقعی، مصرف ویژه سوخت، دور کاری، شرایط بار و هزینه نگهداری بررسی شود.این مقاله را با فعالان حوزه موتورهای دیزل، دریایی و دیزل ژنراتور به اشتراک بگذارید و تجربه یا پرسش خود را درباره تفاوت این دو موتور در بخش نظرات مطرح کنید.
سوالات متداول درباره ی موتور دیزل دو زمانه و چهار زمانه
موتور دیزل دو زمانه چیست؟
موتوری است که چرخه کاری خود را طی دو حرکت پیستون و یک دور میللنگ کامل میکند و در هر دور میللنگ یک مرحله تولید توان دارد.
موتور دیزل چهار زمانه چیست؟
موتوری است که مراحل مکش، تراکم، تولید توان و تخلیه را طی چهار حرکت پیستون و دو دور میللنگ انجام میدهد.
آیا موتور دیزل شمع جرقهزن دارد؟
خیر. موتور دیزل متعارف با گرمای ناشی از تراکم هوا کار میکند. شمع گرمکن در برخی موتورها فقط برای کمک به راهاندازی سرد استفاده میشود.
موتور دو زمانه قویتر است یا چهار زمانه؟
موتور دو زمانه به دلیل تولید توان در هر دور میللنگ، ظرفیت توان ویژه بیشتری دارد؛ اما قدرت واقعی به حجم، دور، هوارسانی و طراحی موتور بستگی دارد.
کدام موتور مصرف سوخت کمتری دارد؟
پاسخ به طراحی و کاربرد وابسته است. برخی موتورهای دو زمانه دریایی راندمان بسیار بالایی دارند، در حالی که موتورهای چهار زمانه نیز در خودرو و ژنراتور بسیار بهینه هستند.
چرا موتور کشتی دو زمانه است؟
موتور دو زمانه کمدور میتواند توان و گشتاور زیاد را در سرعت مناسب پروانه تولید کند و برای کارکرد طولانی کشتیهای بزرگ مناسب است.
آیا تمام کشتیها موتور دو زمانه دارند؟
خیر. بسیاری از شناورهای کوچک، کشتیهای مسافری و سامانههای دیزلالکتریک از موتور چهار زمانه استفاده میکنند.
موتور مناسب دیزل ژنراتور دو زمانه است یا چهار زمانه؟
بیشتر دیزل ژنراتورهای متداول از موتور چهار زمانه استفاده میکنند؛ زیرا تنوع محصول، دسترسی به قطعات و قابلیت مدیریت بار مناسبی دارند.
