چرا گشتاور موتورهای دیزلی معمولاً از موتورهای بنزینی بیشتر است؟

احتمالاً به این موضوع واقف هستید که موتورهای دیزلی گشتاور بیشتری نسبت به موتورهای بنزینی تولید می‌کنند اما آیا علت این موضوع را می‌دانید؟


مزیت موتورهای دیزلی نسبت به نمونه‌های بنزینی آن‌ها کاملاً مشخص شده است. این نیروگاه‌های دیزلی در مقایسه با موتورهای بنزینی دوام بیشتر و مصرف سوخت کمتری دارند و معمولاً به خاطر گشتاور بالای خود کشش بیشتری دارند. با اینکه برخی از کوچک‌ترین موتورهای دیزلی گشتاور زیادی ارائه نمی‌کنند و حتی در برخی موارد موتورهای بنزینی برتر از آن‌ها ظاهر می‌شوند اما خصیصه اصلی موتورهای دیزلی را می‌توان گشتاور بالاتر آن‌ها دانست.

از جمله دلایل گشتاور بیشتر موتورهای دیزلی در مقایسه با انواع بنزینی می‌توان به نسبت تراکم بالاتر، کورس بیشتر میل‌لنگ و استفاده از توربو در نمونه‌های جدیدتر اشاره کرد. همچنین خواص سوخت گازوئیل یا دیزل در مقایسه با بنزین نیز نقش مهمی در گشتاور بالاتر موتورهای دیزلی بازی می‌کند. سرعت احتراق گازوئیل پایین‌تر است که باعث می‌شود فرایند جرقه‌زنی در سیکل پیستون سریع‌تر انجام شود. از طرف دیگر این سوخت تراکم انرژی بالاتری دارد و میزان انرژی آن به حدود ۱۵۵ هزار کیلوژول است که حدود ۲۳ هزار کیلوژول بیشتر از بنزین خواهد بود. در ادامه نگاه نزدیک‌تری به گشتاور تولیدی موتورهای دیزلی خواهیم داشت.

در ویدئویی که کانال توضیح مهندسی در یوتیوب منتشر کرده است، جیسون فنسک به مکانیک گشتاور موتور دیزلی می‌پردازد. او می‌گوید موتورهای دیزلی نسبت تراکم بالاتری نسبت به مدل‌های بنزینی دارند تا به این ترتیب احتراق سوخت بهتر صورت گیرد. نسبت تراکم بالا به معنی قدرت بیشتر برای هر دو نوع موتور بنزینی و دیزلی است؛ اما نسبت تراکم بالاتر چگونه به احتراق کمک می‌کند؟ بر اساس گفته‌های موزه ملی هوا و فضای آمریکا، فشرده کردن هوا، مولکول‌های آن را مجبور به برخوردهای مکرر با یکدیگر می‌کند که نتیجه آن تبادل انرژی و افزایش گرما خواهد بود. هوای گرم داخل محفظه احتراق به اشتعال سوخت دیزل در زمان تزریق کمک می‌کند.

آماده استفاده از ریاضیات هستید؟ جیسون می‌گوید گشتاور که به عنوان نیروی مولد چرخش تعریف می‌شود توسط ضرب کردن نیرو در فاصله به دست می‌آید. البته مزیت کورس بیشتر موتور دیزلی ارتباط نزدیک‌تری به شاتون و میل‌لنگ دارد تا میزان فاصله‌ای که پیستون درون سیلندر طی می‌کند. تصور کنید که می‌خواهید پیچ و مهره محکمی را باز کنید. برای این کار از یک آچار کوتاه استفاده می‌کنید یا آچار بلند؟ هرچه طول آچار بیشتر باشد گشتاور شما بیشتر خواهد بود و مهره راحت‌تر باز خواهد شد.

احتمالاً مهم‌ترین مزیتی که باعث افزایش گشتاور موتور دیزلی می‌شود استفاده از سیستم‌های پرخوران است. با اینکه موتورهای دیزلی معمولاً از توربو استفاده می‌کنند اما موتورهای بنزینی نیز از سیستم‌های پرخوران نهایت استفاده را برده‌اند. البته موتورهای دیزلی معمولاً از قطعات سنگین‌تری ساخته می‌شوند تا فشار بوست و نسبت تراکم بالاتری داشته باشند و به خوبی بتوانند نسبت هوا به سوخت گسترده‌تری در مقایسه با موتورهای بنزینی داشته باشند. این فاکتورها به موتورهای دیزلی اجازه می‌دهند تا به‌طور مؤثرتری از توربوها استفاده کنند. در ادامه با ذکر مثال‌هایی این قضیه را روشن‌تر می‌کنیم.

نیروگاه ۸ سیلندر ۷.۳ لیتری فورد با استفاده از بنزین اکتان ۸۷ و بدون توربو گشتاور ۶۵۷ نیوتون متری تولید می‌کند. این موتور نسبت تراکم پایین‌تر ۱۰.۵ به ۱ دارد و قطر سیلندرهای آن از کورس میل‌لنگ بیشتر است. در بحث یدک کشی، این موتور از نسخه ۶.۷ لیتری پاور استروک فورد عقب می‌ماند چراکه حداکثر ظرفیت یدک کشی موتور یاد شده در فورد F-350 به حدود ۱۶ تن می‌رسد درحالی‌که ظرفیت یدک کشی موتور بنزینی حدود ۶.۸ تن کمتر است. موتور ۶.۷ لیتری کامینز کورس میل‌لنگ ۱۲.۳ سانتی‌متری و قطر سیلندر ۱۰.۶ سانتی‌متری دارد درحالی‌که کورس میل‌لنگ و قطر سیلندر موتور ۶.۴ لیتری همی به ترتیب ۱۰.۳ و ۹.۴ سانتی‌متر است. گشتاور موتور کامینز به ۱۴۵۷ نیوتون متر می‌رسد درحالی‌که گشتاور موتور همی ۶۴۴ نیوتون متر خواهد بود. شرکت رم می‌گوید مدل ۳۵۰۰ مجهز به موتور کامینز حداکثر ظرفیت یدک کشی ۱۶.۸ تنی دارد اما این رقم در مدل ۳۵۰۰ مجهز به موتور ۶.۴ لیتری همی فقط ۸.۲ تن خواهد بود.

برخلاف موتورهای دیگر، موتور ۶.۶ لیتری دورامکس از نظر کورس میل‌لنگ و قطر سیلندر نزدیکی بیشتری به نسخه بنزینی خود دارد و قطر سیلندر آن به ۱۰.۲ سانتی‌متر و کورس میل‌لنگ نیز به ۹.۹ سانتی‌متر می‌رسد. موتور بنزینی وانت پیکاپ هوی دیوتی جنرال موتورز نیز حجم ۶.۶ لیتری دارد و قطر سیلندر و کورس میل‌لنگ آن به ترتیب ۱۰.۳ و ۹.۸ سانتی‌متر است. درحالی‌که موتور دورامکس ۱۳۲۲ نیوتون متر گشتاور تولید کرده و ظرفیت یدک کشی ۱۶.۱ تنی دارد اما گشتاور موتور بنزینی برابر با ۶۲۹ نیوتون متر بوده و ظرفیت یدک کشی آن نیز ۸.۵ تن اعلام شده است.