الفرق بين محركات الديزل ومحركات البنزين

لماذا لا نصنع زيت محرك واحداً يصلح لمحركات الديزل والبنزين معاً؟ لأنّ المحركين مختلفان أحدهما عن الآخر. فزيت المحرك 5W30 المخصّص لمحركات الديزل لا يحتوي على المكوّنات نفسها الموجودة في 5W30 المخصّص للبنزين، حتى لو اشتركا في الزيت الأساس.

ما الفروق الجوهرية بين محركات الديزل ومحركات البنزين؟

يعمل محركا الديزل والبنزين وفق مبادئ الاحتراق الداخلي، غير أنّ مكوّناتهما وحقن الوقود والتشحيم والتبريد وأنظمة العادم تختلف اختلافاً كبيراً. وهذه الفروق تؤثّر في الأداء وكفاءة استهلاك الوقود ومتطلّبات الصيانة.

مكوّنات محركات الاحتراق الداخلي

يتألّف النوعان معاً من مكابس وأسطوانات وأعمدة مرفق وصمامات، لكنّ تصميمها يتباين تبعاً لضغط الاحتراق ونوع الوقود.

• محركات الديزل – مبنية بـمكوّنات أقوى وأثقل لتتحمّل نسب انضغاط أعلى (تتراوح عادةً بين 14:1 و25:1). وهي تتضمّن كذلك شمعات توهّج للبدء البارد.
• محركات البنزين – تحمل مكوّنات أخفّ مصمّمة لنسب انضغاط أدنى (بين 8:1 و12:1)، وتعتمد على شمعات الإشعال في الاشتعال.

منظومة الحقن

يمثّل حقن الوقود أحد الفروق الجوهرية بين محركات الديزل والبنزين، وهو يؤثّر في الكفاءة وخصائص الاحتراق.

• محركات الديزل – تستخدم الحقن المباشر للوقود بضغط عالٍ، بما يضمن تذرية أفضل للوقود وكفاءة أعلى.
• محركات البنزين – تستخدم عادةً الحقن عند المنفذ (PFI) أو الحقن المباشر (GDI)، وتتطلّب ضبطاً دقيقاً لمزيج الهواء والوقود لأداء سلس.

منظومة التشحيم

التشحيم أساسي لإطالة عمر المحرك، لكنّ محركات الديزل والبنزين تتطلّب تركيبات زيت مختلفة.

• محركات الديزل: تتطلّب زيوتاً أسمك وعالية المنظّفات للتعامل مع السخام ونواتج الاحتراق. وعلى التشحيم أن يدعم أحمالاً أعلى وضغوطاً قصوى.
• محركات البنزين: تستخدم زيوتاً أخفّ وأقلّ منظّفات تحسّن كفاءة استهلاك الوقود وتطيل عمر المحوّل الحفّاز.

منظومة التبريد

تختلف متطلّبات التبريد بسبب درجات حرارة الاحتراق وأحمال المحرك.

• محركات الديزل: تولّد حرارة أكبر بسبب الانضغاط العالي، فتتطلّب رادياتيرات أكبر ومنظومات تبريد للمهام الشاقة.
• محركات البنزين: تعمل في درجات حرارة احتراق أدنى، فتحتاج إلى منظومات تبريد أصغر.

منظومة العادم

تتباين تقنيات التحكّم في الانبعاثات بين نوعَي المحركات.

• محركات الديزل: مزوّدة بمرشّحات جسيمات الديزل (DPF) والاختزال الحفّاز الانتقائي (SCR) لخفض السخام وأكاسيد النيتروجين.
• محركات البنزين: تستخدم المحوّلات الحفّازة الثلاثية (TWC) لمعالجة أول أكسيد الكربون والهيدروكربونات وأكاسيد النيتروجين.

كيف يشعل محركا الديزل والبنزين الوقود؟

يستخدم محركا الديزل والبنزين طريقتَي اشتعال مختلفتين بسبب اختلاف عمليتَي الاحتراق وخصائص الوقود لديهما.

محركات الديزل – تعتمد على الاشتعال بالانضغاط (CI). إذ يُضغط الهواء داخل الأسطوانة ضغطاً شديداً فترتفع درجة حرارته، ثم يُحقن الوقود مباشرةً في الهواء الساخن المضغوط فيشتعل تلقائياً دون شرارة.

محركات البنزين – تستخدم الإشعال بالشرارة (SI). إذ يُضغط مزيج من الهواء والوقود، ثم تشعله شمعة الإشعال في اللحظة المناسبة، فينشأ احتراق مضبوط.

ما الفرق في نسب الانضغاط؟

تشير نسبة الانضغاط إلى مقدار ضغط مزيج الهواء والوقود قبل الاشتعال. ونسب الانضغاط في محركات الديزل أعلى بكثير منها في محركات البنزين.

محركات الديزل – تتمتّع عادةً بـنسبة انضغاط تتراوح بين 14:1 و25:1. والانضغاط الأعلى يرفع الكفاءة الحرارية، فتصبح محركات الديزل أكفأ في استهلاك الوقود.

محركات البنزين – تعمل بـنسبة انضغاط تتراوح بين 8:1 و12:1. والانضغاط الأدنى يمنع الانفجار المبكّر (طرق المحرك) ويدعم احتراقاً أكثر سلاسة بشمعة الإشعال.

كيف تُقارن كفاءة استهلاك الوقود بين محركات الديزل والبنزين؟

تختلف كفاءة استهلاك الوقود اختلافاً كبيراً بين محركات الديزل والبنزين بسبب عمليات الاحتراق وكثافة الطاقة والكفاءة الحرارية. فمحركات الديزل تستهلك وقوداً أقلّ عموماً مع قطعها مسافات أطول، وهذا يجعلها الخيار المفضّل لتطبيقات المهام الشاقة والأسفار الطويلة.

لماذا محركات الديزل أكفأ في استهلاك الوقود؟

• نسب انضغاط أعلى
• تتراوح نسب الانضغاط في محركات الديزل بين 14:1 و25:1، مقارنةً بـ8:1 إلى 12:1 في محركات البنزين.
• والانضغاط الأعلى يرفع الكفاءة الحرارية، فتستخلص محركات الديزل طاقة أكبر من كل قطرة وقود.
• كثافة الطاقة في وقود الديزل
• يحتوي وقود الديزل على طاقة أكبر في اللتر الواحد مقارنةً بالبنزين.
• وينتج عن ذلك كفاءة أفضل في استهلاك الوقود، وبخاصة في المركبات التي تقطع مسافات طويلة.
• مزائج هواء ووقود أفقر
• تعمل محركات الديزل بـمزيج هواء ووقود أفقر، أي أنها تستخدم وقوداً أقلّ لكل وحدة هواء مقارنةً بمحركات البنزين.
• وهذا يحسّن كفاءة استهلاك الوقود ويقلّل الاستهلاك تحت الأحمال المنخفضة.
• سرعة دوران أدنى
• تعمل محركات الديزل عند سرعات دوران أدنى، فينخفض استهلاك الوقود.
• أما محركات البنزين فتعمل عند سرعات دوران أعلى، فتستهلك وقوداً أكثر للحفاظ على القدرة الناتجة.

مقارنة استهلاك الوقود

• محركات الديزل: تمنح عادةً كفاءة وقود أفضل بنسبة 20 إلى 30% مقارنةً بمحركات البنزين المماثلة في الحجم والقدرة.
• محركات البنزين: تحرق الوقود أسرع بسبب نسب انضغاطها الأدنى وتشغيلها عند سرعات دوران أعلى.

ما أثر ذلك في كلفة الوقود على المدى الطويل؟

تتوقّف كلفة الوقود على المدى الطويل على كفاءة استهلاك الوقود وأسعاره ونفقات الصيانة. ولمحركات الديزل عادةً استهلاك وقود أدنى، وهذا يفضي إلى توفير في الكلفة مع الوقت، وإن كانت عوامل مثل أسعار الوقود والكلفة المبدئية والصيانة تؤثّر في النفقات الإجمالية.

لماذا تخفض محركات الديزل كلفة الوقود على المدى الطويل؟

• كفاءة وقود أفضل
• تستهلك محركات الديزل وقوداً أقلّ بنسبة 20 إلى 30% من محركات البنزين للمسافة نفسها.
• وانخفاض الاستهلاك يعني توقّفات تزوّد أقلّ وإنفاقاً أدنى مع الوقت.
• كثافة طاقة أعلى في وقود الديزل
• يحتوي الديزل على طاقة أكبر في اللتر الواحد، فيقطع مسافة أطول مقارنةً بالبنزين.
• وهذا مفيد بوجه خاص في القيادة لمسافات طويلة والمركبات التجارية.
• التشغيل عند سرعات دوران أدنى
• تعمل محركات الديزل عند سرعات دوران أدنى، فيقلّ حرق الوقود.
• وانخفاض الإجهاد على المحرك يعين على الحفاظ على كفاءة استهلاك الوقود طوال عمر المركبة.

كيف تختلف الانبعاثات والأثر البيئي بين محركات الديزل والبنزين؟

يختلف محركا الديزل والبنزين اختلافاً كبيراً في انبعاثاتهما وأثرهما البيئي عموماً. فمحركات الديزل أكفأ في استهلاك الوقود وتنتج ثاني أكسيد كربون أقلّ لكل كيلومتر، لكنها تولّد مستويات أعلى من أكاسيد النيتروجين (NOx) والجسيمات الدقيقة (PM). أما محركات البنزين فتطلق ثاني أكسيد كربون أكثر لكن ملوّثات ضارّة أقلّ، وهذا يجعلها أنظف في ظروف بعينها.

الفروق في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون

ترتبط انبعاثات ثاني أكسيد الكربون (CO₂) ارتباطاً مباشراً بـاستهلاك الوقود. ومحركات الديزل أكفأ من محركات البنزين، أي أنها تحرق وقوداً أقلّ لقطع المسافة نفسها، فتنتج انبعاثات CO₂ أدنى لكل كيلومتر. غير أنّ وقود الديزل نفسه يحتوي على كربون أكثر في اللتر الواحد، وهذا يقلّص قليلاً أفضليته في الكفاءة.

• محركات الديزل: تطلق CO₂ أقلّ بنسبة 10 إلى 20% من محركات البنزين بفضل كفاءتها الأعلى في استهلاك الوقود.
• محركات البنزين: تطلق CO₂ أكثر لكل كيلومتر لأنها تستهلك وقوداً أكثر.

ورغم أنّ محركات الديزل تسهم إسهاماً أقلّ في الاحتباس الحراري من حيث انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، فإنها تولّد تلوّثاً محلياً للهواء أكبر بسبب أكاسيد النيتروجين والجسيمات الدقيقة.

انبعاثات الجسيمات الدقيقة وأكاسيد النيتروجين

تولّد محركات الديزل مستويات أعلى من أكاسيد النيتروجين (NOx) والجسيمات الدقيقة (PM) مقارنةً بمحركات البنزين. وانبعاثات أكاسيد النيتروجين تسهم في الضباب الدخاني والأمطار الحمضية ومشكلات الجهاز التنفسي، بينما تتألّف الجسيمات الدقيقة من جسيمات سخام ناعمة تشكّل مخاطر صحية جسيمة عند استنشاقها.

• محركات الديزل: تنتج أكاسيد نيتروجين وجسيمات دقيقة أكثر بكثير بسبب الاحتراق في درجات حرارة مرتفعة وغياب مزيج هواء ووقود مضبوط. وقد كانت مركبات الديزل الأقدم من أكبر المسهمين في تلوّث هواء المدن، لكنّ محركات الديزل الحديثة تتضمّن أنظمة تحكّم متقدّمة بالانبعاثات للحدّ من هذه الملوّثات.
• محركات البنزين: تطلق مستويات أدنى من أكاسيد النيتروجين والجسيمات الدقيقة بفضل انخفاض درجات حرارة الاحتراق وتحسّن امتزاج الهواء بالوقود. غير أنه تبيّن أنّ محركات البنزين ذات الحقن المباشر تطلق جسيمات دقيقة أكثر مقارنةً بأنظمة الحقن عند المنفذ التقليدية.

تقنيات التحكّم في الانبعاثات في المحركات الحديثة

يستخدم محركا الديزل والبنزين معاً منظومات تحكّم متقدّمة بالانبعاثات لخفض الملوّثات الضارّة والالتزام باللوائح البيئية الصارمة.

محركات البنزين:

• مرشّحات جسيمات الديزل (DPF) – تلتقط جسيمات السخام الناعمة وتحرقها لخفض انبعاثات الجسيمات الدقيقة.
• الاختزال الحفّاز الانتقائي (SCR) – يستخدم AdBlue (محلول اليوريا) لتحويل أكاسيد النيتروجين إلى نيتروجين وبخار ماء غير ضارَّين.
• إعادة تدوير غازات العادم (EGR) – تعيد جزءاً من غازات العادم إلى المحرك لخفض درجات حرارة الاحتراق والحدّ من تكوّن أكاسيد النيتروجين.

محركات البنزين:

• المحوّلات الحفّازة الثلاثية (TWC) – تحوّل أكاسيد النيتروجين وأول أكسيد الكربون والهيدروكربونات غير المحترقة إلى غازات أقلّ ضرراً.
• trong data-start="3238" data-end="3276">مرشّحات جسيمات البنزين (GPF) – شبيهة بمرشّحات جسيمات الديزل، لكنها تُستخدم في محركات البنزين ذات الحقن المباشر لخفض الجسيمات الدقيقة.
• أنظمة EGR – تُستخدم كذلك في بعض محركات البنزين لخفض انبعاثات أكاسيد النيتروجين.

كيف تختلف فترات الصيانة؟

تتباين فترات الصيانة بين محركات الديزل والبنزين بسبب اختلاف تلوّث الزيت وحمل المحرك وظروف التشغيل. فمحركات الديزل تتطلّب عادةً تغييرات زيت أقلّ تكراراً، لكنها تفرض صيانة أشدّ صرامةً لمكوّنات كمرشّحات الوقود وأنظمة الانبعاثات.

فترات تغيير الزيت

• محركات الديزل – تتطلّب تغيير الزيت كل 10 آلاف إلى 25 ألف كيلومتر، تبعاً لـنوع المحرك وجودة الزيت. فزيت الديزل يحتوي على منظّفات ومشتّتات أكثر للتعامل مع السخام ونواتج الاحتراق. غير أنّ تطبيقات المهام الشاقة قد تستدعي تغييرات أكثر تكراراً بسبب الأحمال الأعلى والظروف القاسية.
• محركات البنزين – تحتاج إلى تغيير الزيت عادةً كل 5000 إلى 15 ألف كيلومتر، لأنّ البنزين يحترق أنظف من الديزل وينتج ملوّثات أقلّ. وتطيل الزيوت الصناعية الحديثة فترات الخدمة، لكنّ محركات البنزين تظلّ تتطلّب تغييرات زيت أكثر تكراراً من محركات الديزل.

صيانة مرشّحات الوقود والهواء

• محركات الديزل – تتطلّب تغييراً أكثر تكراراً لمرشّحات الوقود، غالباً كل 15 ألفاً إلى 30 ألف كيلومتر، لأنّ وقود الديزل يحتوي على شوائب ومحتوى مائي أكثر. كما تتطلّب مرشّحات هواء الديزل فحوصاً منتظمة بسبب ارتفاع مستويات السخام.
• محركات البنزين – تدوم مرشّحات الوقود مدةً أطول عموماً، وقد لا تحتاج إلى استبدال قبل 50 ألف كيلومتر أو أكثر. وتحتاج مرشّحات الهواء إلى فحص دوري، لكنّ محركات البنزين تنتج سخاماً أقلّ، فيقلّ الانسداد.

صيانة منظومة الانبعاثات

• محركات الديزل – تتطلّب تجديد مرشّح جسيمات الديزل (DPF) وصيانته منعاً للانسداد. كما تحتاج أنظمة الاختزال الحفّاز الانتقائي (SCR) إلى إعادة تعبئة AdBlue.
• محركات البنزين – تحتاج إلى فحوص دورية للمحوّل الحفّاز، لكنّ مكوّنات التحكّم في الانبعاثات تتطلّب عموماً صيانة أقلّ تكراراً من أنظمة الديزل.