چرا پیشرانه‌های دیزلی از نمونه‌های بنزینی بهره‌وری بهتری دارند؟

پیشرانه‌های دیزلی از پیشرانه‌های بنزینی سوخت کمتری مصرف می‌کنند و حتی با وجود پیشرفت‌هایی مانند سیستم تزریق مستقیم سوخت، هنوز فاصله‌ی زیادی با بین مدل‌های بنزینی و دیزل است. دقیقاً چه تفاوتی بین پیشرانه‌های بنزینی و دیزل وجود دارد و پیشرانه‌های دیزل چگونه کار می‌کنند؟

بنزین و گازوئیل هر دو از منبع نفت خام تهیه می‌شوند و دو سوخت مایع هیدروکربنی هستند؛ اما گازوئیل خواص متفاوتی از بنزین دارد. گازوئیل از بنزین متراکم‌تر است و ازنظر حجمی حدودا ۱۵ درصد انرژی بیشتری دارد. 

پیشرانه‌های دیزل در تبدیل سوخت به انرژی مکانیکی نیز بسیار مؤثرتر از پیشرانه‌های بنزینی هستند و درحقیقت، خودروهای دیزلی ۴۰ درصد در انجام این کار بهتر عمل می‌کنند. هر دو نوع پیشرانه‌ به‌عنوان پیشرانه‌های حرارتی طبقه‌بندی می‌شوند؛ زیرا انرژی گرمایی سوخت را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کنند؛ اما پیشرانه‌ی دیزل از بازده حرارتی بهتری از پیشرانه‌های بنزینی برخوردار است. این یعنی تبدیل انرژی بیشتری دارند و بخش کمتری از حرارت را با انتقال به محیط هدر می‌دهند.پیشرانه‌های دیزلی با فشردن هوا در فضای کوچک محفظه‌ی احتراق کار می‌کنند تا هوا به‌اندازه‌ی کافی داغ شود و درصورت تزریق گازوئیل، اشتعال یابد. پیشرانه‌‌ی بنزینی در نسبت تراکم کمتر برای اشتعال به شمع‌ها نیاز دارد. نسبت تراکم بیشتر پیشرانه‌‌ی دیزل بدین‌معنی است که از نسبت انبساط بیشتری بهره می‌برد. به‌عبارت‌دیگر، تفاوت بین فضای فشرده‌شده و فضای باز‌شده هنگام رسیدن پیستون به پایین‌ترین نقطه در سیلندر بیشتر خواهد بود و این برابر با بازده بیشتر است.

پیشرانه‌ی دیزل CO2 کمتری تولید می‌کند؛ زیرا کارآمدتر است و سوخت کمتری می‌سوزاند. سوخت دیزل باعث ایجاد اکسیدهای نیتروژن (NOx) بیشتری در محفظه‌ی احتراق می‌شود؛ اما هیچ ارتباطی با ترکیب سوخت دیزل ندارد. اکسیدهای نیتروژن در هر فرایند احتراق در دمای زیاد شکل می‌گیرد؛ زیرا نیتروژن موجود در هوا با اکسیژن ترکیب می‌شود.

ازآنجاکه احتراق پیشرانه‌‌ی دیزل در دمای بیشتری اتفاق می‌افتد و مخلوط آن نیز رقیق است، NOx بیشتری ایجاد می‌کند. چنین آلودگی‌هایی با استفاده از فناوری‌هایی مانند کاتالیزور SCR پاک می‌شود و جدیدترین پیشرانه‌های دیزلی مقدار NOx بسیار کمی تولید می‌کنند.

کاتالیست‌های SCR معمولی برای کاهش اکسیدهای نیتروژن در گازهای خروجی اگزوز خودرو معمولا در نزدیکی پیشرانه‌ قرار دارند تا سریعا پس از استارت‌زدن کار کنند. دمای گازهای خروجی اگزوز حدود ۵۰۰ درجه‌ی سلسیوس است؛ اما SCR در شرایطی بهینه کار خواهد کرد که دمای گازهای خروجی بین ۲۲۰ تا ۳۵۰ درجه سلسیوس باشد. مجموعه‌ی کاتالیست فولکس‌واگن دوبخشی است و بخش دوم مبدل کاتالیست در جایی قرار دارد که دما گازهای خروجی ۱۰۰ درجه‌ی سلسیوس دیگر خنک‌تر شده‌اند. فناوری فولکس‌واگن بهره‌وری را درمقایسه‌با سیستم‌های تک‌بخشی معمولی به ۸۰ درصد می‌رساند.