د/قاسم مصطفى
محركات البنزين ومحركات الديزل
Gasoline (Petrol) and Diesel Engines
Gasoline (Petrol) and Diesel Engines
| محرك البنزين Gasoline (Petrol) Engine | محرك الديزل Diesel Engine | |
 |  | |
| الدورة الحرارية: | دورة أوتو (دورة ثبوت الحجم) | دورة ديزل (دورة ثبوت الضغط) |
| الوقود: | البنزين C9H20 | الديزل C14H30 |
| تقيم جودة الوقود: نقطة الوميض للوقود: كثافة الوقود: كثافة الطاقة للوقود: | رقم الأوكتان- مقاومة الوقود للصفع. في حدود ≈ 80- 95 – 30 درجة مئوية 720 جم/ لتر 34.8 ميجا جول/ لتر | رقم السيتان- سرعة الإشعال (كفاءة بدأ الإدارة) في حدود ≈ 40- 55 + 60 درجة مئوية 850 جم/ لتر 38.6 ميجا جول/لتر |
| نسبة الهواء للوقود: | 12:1-18:1 | الحمل الكامل 20:1 الحمل الخالي 100:1 |
| نسبة الانضغاط: | 8:1 – 12:1 | 14:1 – 25:1 |
| الكفاءة الحرارية: | 12% : 25% | 25% : 36% |
| درجة حرارة العادم: | 700 : 1000 درجة مئوية | 500 : 600 درجة مئوية |
| القدرة النوعية | 0.8- 1.6 كيلووات/ كجم | 0.6- 0.72 كيلووات/ كجم |
| السرعة القصوى: | 3500 : 7000 لفة/ دقيقة | 2000 : 3500 لفة/ دقيقة |
| أقصى ضغط: | 30: 40 بار | 60: 80 بار |
| الضغط المتوسط البياني | 7: 10 جوي | 5: 6 جوي |
| الاستهلاك النوعي للوقود | 300 جرام/ (كيلووات ساعة) | 230-260 جرام/(كيلووات ساعة) |
| السحب داخل الاسطوانة: | خليط وقود وهواء | هواء فقط |
| التحكم في القدرة: | كمي (زيادة كمية الخليط) الضغط على البدال يزيد كمية الخليط | كيفي (زيادة نسبة الوقود إلى الهواء) الضغط على البدال يزيد نسبة الوقود إلى الهواء |
| نوع الإشعال: | بالشرارة spark ignition SI | بالضغطcompression ignition CI |
| الفرق: | – توجد شمعات إشعال لإشعال الخليط – نظام إشعال – يوجد خانق للتحكم في كمية الشحنة – نظام وقود مغذي, أو حقن وقود بنزين, ضغط منخفض – نظام خانق بدأ الحركة للتقويم على البارد – ضغط للشحنة هواء+ بنزين (أثناء شوط الضغط) | – مضخة حقن الوقود – بخاخات, حقن مباشر داخل الاسطوانة, حقن ضغط عالي – ضغط هواء فقط (أثناء شوط الضغط) يستخدم عند تقويم (بدأ إدارة المحرك): – شمعة تسخين glow plug, – وفي الأجواء الباردة يستخدم: – سخان بمجمع السحب, resistive grid heaters – سخان لجسم المحرك, Engine block heaters يستخدم لمنع تبلور الوقود: |
| محرك البنزين | محرك الديزل | |
| المميزات | – أرخص سعرا – أقل ضوضاء – أكثر انتشار – توفر مضخات إمداد البنزين في جميع محطات التموين. – مصمم ليعطي قدرة أعلى من محرك الديزل – تسارع أعلى – سهولة الصيانة – تكلفة صيانة أقل – سرعة السيارة أعلى (عدد لفات محرك البنزين أعلى) – قدرة أعلى لنفس سعة المحرك بالنسبة للديزل (سرعة دوران أعلى للبنزين, واحتكاك أعلى للديزل) – سهولة بدأ الإدارة, والقدرة على التكييف بالعمل في الأجواء الباردة – البنزين أقل تأثر بتلوث الوقود عن الديزل – له نسبة السطح/ للحجم أقل من محرك الديزل (النسبة تزيد مع زيادة نسبة الإنضغاط). وهي تدل على الفقد الحراري – له نسبة قدرة/وزن أعلى من محرك الديزل | – أكثر اقتصاد للوقود, يستخدم وقود أقل من محرك البنزين للحصول على نفس القدرة – وقود الديزل به طاقة حرارية 12% أكثر من وقود البنزين (حيث أن كثافة الديزل أعلى من كثافة البنزين, والطاقة بالنسبة للوقودين لنفس الوزن متقاربة, لذا فإن الطاقة الموجودة لنفس الحجم من الوقودين بالديزل أعلى) – نظام العادم يعيش أكثر, لأن عادم الديزل لا يسبب تآكل مثل عادم البنزين – عمر تشغيلي أعلى, ثلاث أضعاف العمر لمحرك البنزين بسبب تصميم وقوة الأجزاء وإن وقود الديزل له خاصية التزييت أفضل من وقود البنزين – دورة الديزل أكثر كفاءة من دورة البنزين, وعليه محرك الديزل 30% إلى 40% 40% أكثر اقتصاد في الوقود من محرك البنزين المشابه عند الحمل الكامل, وعند ثلث حمل يكون أكثر اقتصاد بمقدار 50% – أكثر أمان من ناحية أخطار الحريق (وقود ذو نقطة وميض عالية, درجة حرارة أنبوب العادم أقل, عدم وجود كبلات الضغط العالي للإشعال) – زيادة التلوث بمعدل أبطئ مع زيادة عمر المركبة, وبعض الملوثات مثل أكاسيد النيتروجين NOx تقل مع زيادة عمر المركبة. – مصمم ليعطي عزم أعلى من محرك البنزين – محرك الديزل يستخدم ثلث الوقود الذي يستخدمه محرك البنزين المشابه عند سرعة اللاحمل idle – تقطع السيارة بمحرك الديزل عدد كيلومترات أكثر لنفس السيارة بمحرك بنزين نفس كمية الوقود – سعر وقود الديزل أرخص, تكلفة أقل في عملية التكرير – الكثير من أنظمة التحكم في ملوثات العادم لا يحتاجها محرك الديزل – لا يوجد مشاكل مع تعرض المحرك للمياه أو الرطوبة (مشاكل نظام الإشعال) – أقل مشاكل وأقل متطلبات صيانة – لا يوجد احتمال مشكلة الحريق الخلفي backfire – أكثر مساواة لقدرة الاسطوانات (للمعايرة الدقيق لمضخة الحقن) – لا يؤثر على استقبال وإرسال الموجات اللاسليكية (عدم وجود شمعات إشعال, وملفات وأسلاك كهربائية) – لا يحدث انحباس بخاري vapor lock في أنابيب الوقود – وقود الديزل به خاصية التزييت أحسن من البنزين – يقبل الشحن الجبري لضغوط عالية (ليس هناك مشاكل بالحريق (الصفع) – نسبة أول أكسيد الكربون بالعادم تكاد تكون معدومة (يمكن استخدامه في الأمكان المغلقة والمناجم) – خصائص أحسن للعزم (نقطة أقصى عزم عند سرعات منخفضة, تحكم أحسن في الحركة عند السرعات البطيئة (الشاحنات) |
| العيوب | – أكثر استهلاكا للوقود – زيادة التلوث من العادم بمعدل عالي مع زيادة عمر المركبة – الملوثات من العادم لكل كيلومتر يكون أكثر من محرك الديزل المتساوي معه في المقاس, مع وجود نظم التحكم في التلوث لكل المحركين – أكثر تلوث للغازات المسببة لارتفاع درجة حرارة الجو* (زيادة 35%عن محرك الديزل), والهيدروكربون (زيادة 170% عن محرك الديزل), وأول أكسيد الكربون (زيادة 415% عن محرك الديزل)– وتزداد تلك النسب بمقدار 50% مع المقارنة بمحرك يعمل بالديزل الحيويBiodiesel – عرضة أكثر لحوادث الحريق, تسرب البنزين يؤدي إلى حدوث حريق – يحتاج إلى احتياطيات عالية لتخزين البنزين والتعامل معه – وجود فقد كبير للقدرة عند السرعات المنخفضة نتيجة فقد الضخ pumping losses حيث أن التحكم عن طريق الخانق – يتأثر بالأجواء الرطبة – خطورة العمل في الأماكن المغلقة (أبخرة قابلة للاشتعال, غاز أول أكسيد الكربون بالعادم – الشوشرة على مواجات الإتصال والإرسال والاستقبال – قد يسبب التعامل مع نظام الإشعال التعرض لجهد كهربائي عالي – يحتاج إلى أنظمة متعددة للتحكم في غازات العادم – لا يحتاج إلى صندوق تروس ذو نقلات متعددة كما هي الحاجة لمحركات الديزل – المحرك معرض لظاهرة الصفع detonation, الإشعال المبكر pre ignition نتيجة متاعب الحريق. | – أثقل وزناً, أجزاء أكبر لتحمل الإجهادات العالية – نسبة منخفضة للقدرة/ الوزن, وتتحسن مع استخدام الشحن الجبري – أكثر ضوضاء, خاصة عند سرعة الحمل الخالي – تعجيل أبطئ من محرك البنزين, ولكن يمكن التغلب على ذلك عن طريق تربو ديزل – تغيير زيت المحرك بمعدل أعلى, بسبب تلوث الزيت عن طريق الديزل أعلى من البنزين – المحرك حساس لتلوث وقود الديزل بالماء أو الأتربة, يحتاج إلي تغيير فلتر الوقود بشكل دوري أكثر من فلتر البنزين – يتعرض المحرك لظاهرة الدق diesel knock نتيجة تأخر فترة الإشعال للوقود المحقون مما يؤدى إلى إشتعال كمية كبيرة من الوقود مرة واحدة تعمل على أرتفاع الضغط وحدوث ظاهرة الدق – في الأجواء الباردة يحتاج إلى إضافات للوقود لمنع تحوله إلى جيلي – صعوبة بدأ التشغيل في الأجواء الباردة, بسبب الزيت الثقيل الذي يحتاجه محرك الديزل, وعدم وصول درجة حرارة غرفة الاحتراق إلى درجة الاشتعال الذاتي للديزل – المحرك أغلى سعراً, حيث أن الأجزاء مصممة لتحمل إجهادات عالية – رائحة بالعادم منفرة, لوجود نسبة من الكبريت بوقود الديزل – يحتوي العادم على أكاسيد الكبريت SOx , التي عند اتحادها مع المياه تكون حامض الكبريتيك المسبب للأمطار الحامضية. – أكثر تلوث بالنسبة للأجسام الصلبة (الهباب soot) (زيادة 70% عن محرك البنزين), أكسيد النيتروجينNOx (زيادة 55% عن محرك البنزين)- وتقل تلك النسب مع استخدام الديزل الحيوي Biodiesel – تكلفة صيانة دورية أعلى, كمية زيت أكبر – يسبب الحاقن مشاكل في الصيانة حيث يشكل الضغط المتبقي بأنابيب الوقود بإصابات بليغة – غازات عادم محرك الديزل تسبب سرطان الرئة – محركات الديزل لها نطاق سرعة ضيق (مدى السرعة بين أقصى عزم وأقصى قدرة) ولذا يحتاج إلى صندوق تروس متعدد النقلات تصل إلي 16 نقلة في الشاحنات – الديزل عرضة لتكون مواد صمغية وبلورات بالوقود – عدم توفر وقود الديزل في جميع محطات تموين الوقود, وعدم انتشار سيارات الديزل, أدت في بعض المناطق لارتفاع سعر وقود الديزل, وعدم تشجع المستهلك لشراء سيارات الديزل |
* rial'>* جدول مقارنة نسبة الغازات: الفرق في غازات العادم لمحرك البنزين, ومحرك الديزل الحيوي مقارنة بمحرك الديزل. محرك الديزل وضع كحد للمقارنة وينسب نسبة الغازات بالزائد والناقص عن انبعاث الديزل:
| Biodiesel ديزل حيوي | Gasoline | Petro-Diesel ديزل- بترول | |
| -78% to -100% | +35% | 0 | ثاني أكسيد الكربون Greenhouse Gases |
| -55% | -70% | 0 | جزئيات صلبة (هباب) Particulates |
| + or – 5% | -55% | 0 | أكاسيد النيتروجين Nitrous Oxides |
| -55% | +170% | 0 | هيدروكربون Volatile Organics |
| -45% | +415% | 0 | أول أكسيد الكربون Carbon Monoxide |
يضاف على الجدول أكاسيد الكبريت SOx التي هي مرتفعة في محركات الديزل عن محركات البنزين
| Emissions | Petrol up to | Diesel up to |
| Carbon Monoxide | 63% less | – |
| Hydrocarbons | 40% less | 70% less |
| Oxides of Nitrogen | 82% less | 99% less |
| Carbon Dioxide | 13% less | – |
| Particulates | 50% less | 98% less |