مجموعه موتور خودرو

[tazeha]

موتورهای دورانی (وانکل)
قسمت اول

n موتورهای دورانی (وانکل) زير مجموعه موتورهای احتراق داخلی می باشند. اما شيوه کار آنها با موتورهای رايج پيستونی کاملاً متفاوت است. در موتورهای پيستونی يک حجم يکسان و مشخص (حجم سيلندر) بصورت پی در پی تحت تأثير چهار فرآيند, مکش, تراکم, احتراق و تخليه قرار مي گيرد؛ حال اينکه در موتورهای دورانی هر کدام از اين چهار فرآيند در نواحی خاصی از محفظه سيلندر که تنها متعلق به همان فرآيند می باشد صورت می پذيرد. درست مثل اينکه برای هر فرآيند سيلندر مربوط به خودش را اختصاص داده باشيم و پيستون بصورت پيوسته از يکی به ديگری حرکت می کند تا چهار فرآيند سيکل اتو را کامل نمايد.
n موتورهای دورانی که به موتورهای وانکل نيز معروف می باشند برای اولين بار به انديشه مبتکرانه دکتر فليکس وانکل (Felix Wankel) آلمانی در سال 1933 خطور يافت و در سال 1957 اولين نمونه اين نوع موتور ساخته شد.
n در موتورهای دورانی, فشار ناشی از احتراق، نيرويی را بر سطح يک روتور مثلث شکل که کاملاً محفظه احتراق را نشت بندی کرده است، وارد می کند. اين قطعه (روتور) همان چيزی است که بجای پيستون از آن استفاده می شود.
n روتور در مسيری بيضی شکل حرکت می کند؛ بگونه ای که هميشه سه راس اين روتور را در تماس با محفظه سيلندر نگه داشته و سه حجم جداگانه از گازها, بين سه سطح روتور و محفظه سيلندر ايجاد می کند.

انواع طرحهاي ارائه شده براي موتور وانكل
محفظة عمليات در طرحهاي گوناگون ساخته شده است. ولي بهترين طرح نوع اپي ترو كوئيدي است كه شبيه دو استوانه متداخل مي باشد.

قطعات يک موتور دورانی:
n موتور های دورانی دارای سيستم جرقه و سوخت رسانی مشابه با موتورهای پيستونی می باشند.

روتور:
n روتور يک قطعه مثلث شکل با سه سطح برآمده يا محدب می باشد که هر کدام از اين سطوح همانند يک پيستون عمل می کند. همچنين هر کدام از اين سطح ها دارای يک گودی يا تورفتگی می باشد که حجم موتور را بيشتر می کند.
n در راس هر وجه يک تيغه فلزی قرار گرفته که عمل نشت بندی سه حجم محبوس بين روتور و جداره سيلندر را بر عهده دارد. همچنين در هر طرف روتور ( سطح فوقانی و تحتانی) رينگ های فلزی قرار گرفته اند که وظيفه نشت بندی جانبی روتور را به عهده دارد.
n روتور دارای چرخدنده داخلی در مرکز يک وجه جانبی می باشد؛ اين چرخدنده با يک چرخدنده ديگر که روی محفظه سيلندر بصورت ثابت قرار دارد درگير می شود و اين درگيری است که مسير وجهت حرکت روتور را درون محفظه تعيين می نمايد.


محفظه سيلندر :
n محفظه سيلندر تقريباً بيضی شکل است و شکل محفظه احتراق نيز بگونه ای طراحی شده است که همواره سه لبه روتور در تماس با ديواره محفظه قرار گيرد و سه حجم نشت بندی شده را بسازد.هر قسمت از اين محفظه به يکی از فرآيندهای موتور اختصاص خواهد داشت. ( مکش- تراکم - احتراق- تخليه)
n پورتهای مکش و تخليه هر دو، در ديواره محفظه تعبيه شده اند. و سوپاپی برای اين پورتها وجود ندارد. پورت تخليه مستقيماً به اگزوز راه دارد و پورت مکش به دريچه گاز.

محور خروجی:
n محور خروجی دارای يک برآمدگی مدور (بادامک) می باشد که خروج از مرکز نسبت به خط مرکزی دارد. هر روتور روی يکی از اين بادامکها سوار خواهد شد.اين بادامک همانند يک ميل لنگ در موتورهای پيستونی عمل می کند. از آنجاييکه اين بادامکها دارای يک خروج از مرکز مي باشند نيروی وارد از طرف روتور به اين بادامکها گشتاوری در محور ايجاد ميکند که باعث چرخيدن آن ميگردد.

رينگها:
اگر رينگهاي پيشاني را كه در رئوس روتور قرار دارند سخت بسازند تا سائيدگي كمتري داشته باشند در اينصورت محيط محفظه را خراش داده و ايجاد خطوط ناصافي مي كند.
البته راه حلهاي مختلفي براي مشكل فوق پيشنهاد گرديده است. مثلاً بعضي از كارخانه هاي اتومبيل سازي محيط محفظه را با پوشش سختي اندود مي كنند و برخي ديگر از رينگهاي سخت و كم اصطكاك استفاده مي نمايند.
رينگهاي روي روتور در معرض نيروهاي مختلفي قرار دارند. مثلاً نيروهاي گريز از مركز و جذب به مركز، نيروي فشار گاز و نيروي اصطكاك ناشي از مقاومت مسير حركت. از طرف ديگر موقعيت رينگهاي پيشاني دائماً در حال تغيير مي باشد. وقتي رأس روتور در روي بزرگترين و كوچكترين محور قرار دارد رينگ پيشاني عمود بر محيط محفظه مي باشد و در مواضع ديگر رينگها با زاوية غير 90 حركت مي كنند.
اخيراً مواد مختلفي براي ساختن رينگها به كار مي برند كه خاصيت روانكاري بهتري دارند مثلاً شركت مزدا از رينگهاي كربني استفاده نموده است و يا اخيراً مواد تركيبي بدست آورده اند كه با تزريق پودر آلومينيوم در مجاورت گرما پخته شده و جسم محكم كم اصطكاكي بوجود مي آيد( Sintering ) بعضي موقع هم از رينگ هاي سراميكي استفاده مي شود.

شكل وجايگاه رينگها درموتور

نحوه قرار گيری اجزاء کنار هم :
n موتور دورانی بصورت لايه لايه مونتاژ ميگردد. يک موتور دو روتوره به پنج لايه اصلی تقسيم بندی ميشود که با يک رديف دايروی از پيچ های بلند کنار هم نگه داشته شده اند. آب خنک کاری درراهگاههای دورتادور قطعات جريان دارد.

n لايه های اول و آخر دارای نشت بندی و ياتاقانهای مناسب جهت محور خروجی می باشد. آنها همچنين دو مقطع محفظه روتور را نشت بندی می کنند. سطح داخلی اين قطعات بسيار هموار است که اين خود به نشت بندی روتور متناسب با کارش کمک می کند. روی هر يک از قطعات دو انتها يک پورت ورودی تعبيه شده است.
يکی از دو قسمت انتهايی موتور وانکل دو روتوره

محفظه در بر دارنده روتورها. (به موقعيت پورت خروجی توجه کنيد)
n لايه بعدی محفظه بيضی شکلی است که قسمتی از محفظه کل روتور می باشد اين لايه که در شکل زير نشان داده شده است دارای پورت خروجی می باشد.
n در مرکز هر روتور يک چرخدنده داخلی بزرگ قرار دارد که حول يک چرخدنده کوچک ثابت روی محفظه موتور می چرخد. اين دو چرخدنده مسير حرکتی روتور را تعيين می کنند. همچنين روتور روی بادامک دايروی محور خروجی واقع شده و آن را به گردش در می آورد.

توليد توان:
n موتورهای دورانی همانند موتورهای رايج پيستونی از سيکل چهار زمانه استفاده می کند. که به شکل کاملاٌ متفاوتی به خدمت گرفته شده است. قلب يک موتور دورانی روتور آن است، که بصورت کلی معادل پيستون در موتورهای پيستونی می باشد. روتور روی يک بادامک دايروی روی بزرگ محور خروجی سوار شده است. اين بادامک از خط مرکزی محور خروجی فاصله داشته و همانند يک ميل لنگ عمل می کند. چرخش روتور نيروی لازم جهت چرخش محور خروجی را تامين می کند. همزمان با چرخش روتور در محفظه, اين قطعه, بادامک را در يک مسير دايروی به حرکت در می آورد به قسمی که هر دور کامل روتور منجر به سه دور چرخش محور خروجی می گردد.
كارخانة مرسدس بنز در روي موتورهاي وانكل از روش انژكتوري استفاده مي كند. درنوع كاربراتوري از كاربراتورهاي دودهانه سولكس، وبر و هيتاچي استرامبورگ استفاده مي شود.
محل قرار گرفتن دريچه هاي ورودي وخروجي اثر مهمي در راندمان موتور دارد. كارخانه هاي اتومبيل سازي آلماني مانند NSU و بنز معتقد به دريچه هاي محيطي هستند كه در محيط محفظه ايجاد مي شود.
در حاليكه كارخانه هاي ژاپني مانند: Toyo Kogyo و مزدا نوع جانبي را ترجيح مي دهند و معتقدند كه دور آرام موتور با دريچه هاي روش درپوش، و نيز بازدهي در دوره هاي كم و تحت بار زياد بهتر انجام مي باشد.
بطور كلي دريچه محيطي براي موتور با دور زياد و دريچه جانب براي موتور با بار زياد مناسب است. سوخت موتورهاي وانكل مانند موتورهاي بنزيني است كه با 87 تا 91 درصد اكتان مي باشد.
اين موتور نياز به بنزين اصلاح شده با تترااتيل سرب كه محيط را آلوده مي سازد ندارد. آزمايش انجام شده در روي موتور مزدا نشان مي دهد كه بنزين با 67% اكتان راندمان بهتري را براي موتور بوجود مي آورد. در بعضي از موتورهاي وانكل سوخت گازوئيل نتيجة خوبي را نشان داده است.
حجم مفيد موتور وانكل مانند موتورهاي پيستوني يكي از عوامل مؤثر در قدرت محسبو مي شود. در موتور پيستوني حجم بالاي پيستون ها وقتيكه در نقطة مرگ پائين قرار دارند معادل حجمموتور محاسبه مي شود. البته برخي از طراحان حجم جابجائي محدود بين نقطة مرگ بالا و پائين را مبناي محاسبه قدرت به حساب مي آورند و عقيده دارند كه موتور بطور كامل از هوا و سوخت پر نمي شود لذا حجم مفيد مبناي عملي تري را ارائه مي دهد.
قدرت خروجي موتور وانكل مانند موتورهاي دوزمانه محاسبه مي شود. البته محاسبه حجم مفيد موتور وانكل پيچيده تر است.
ميدانيم كه در هر دور محور اصلي يك كار مفيد انجام مي شود مانند موتورهاي دوزمانه.
بنابراين در هر دور محور يك احتراق بوجود مي آيد.
قدرت يك موتور دو روتوري وانكل برابر يك موتور چهار سيلندر چهارزمانه مشابه از نظر حجم فيد مي باشد. انجمن مهندسين طراح معقد است كه حجم كل سيلندر موتو وانكل برابر است با دو برابر حجم يك محفظه ضربدر تعداد روتور. مثلاً هر گاه حجم يك محفظه 983 باشد، حجم مفيد كل موتور دو روتوري برابر است با:
3932=(تعداد روتور)2*983*2



تهیه کنندگان : علی بهبودی و مرتضی سپاهی
khodroblog.persianblog.com

 

[tazeha]

موتورهای دورانی (وانکل)
قسمت دوم
مکش:
فاز مکش از زمانی شروع می شود که يکی از تيغه های روتور از روی پورت مکش عبور کند و پورت مکش در معرض محفظه سيلندر و روتور واقع شود, در اين لحظه حجم محفظه کمترين مقدار خود می باشد. با حرکت روتور حجم محفظه منبسط شده و فرآيند مکش اتفاق می افتد و در پی آن مخلوط سوخت و هوا به داخل محفظه کشيده می شود.
هنگامی که تيغه بعدی روتور از جلوی پورت ورودی می گذرد محفظه بصورت کامل نشت بندی می شود تا فرآيند تراکم آغاز گردد.

تراکم:
با ادامه حرکت روتور درون محفظه, حجم محبوس شده سوخت و هوا کوچکتر و فشرده تر می گردد. وقتی سطح روتور در اين حجم بطرف شمع می چرخد حجم مربوطه به کمترين مقدار خود نزديک می شود و اين درست هنگامی است که با جرقه شمع احتراق شروع می گردد.

طريقة محاسبة نسبت تراكم در موتور وانكل:
در موتور وانكل نسبت تراكم با تغيير شكل هندسي محفظه، روتور و ميل لنگ و تجربه هاي گوناگون بدست مي آيد. نسبت تراكم موتور وانكل بر اساس طراحي مقدر شعاع روتور و مقدار خارج از مركز بين محول ميل لنگ و محور روتور مي باشد.
اين نسبت تراكم در حدود موتورهاي پيستوني جديد و بين 1: 5/8 تا 5/10 است و محدوديت استفاده از بنزين با اكتان بالا همانند موتورهاي پيستوني با افزايش نسبت تراكم در وانكل مطرح نمي باشد.
در موتور وانكل Audi – Nsu مدل R080 با حجم مفيد 87/994 در دور RPM 5500 قدرت hp 130 و نسبت تراكم آن /1 : 9 مي باشد.
در موتور مزدا مدل R100 حجم مفيد موتور 4/983 است كه در دور RPM 7000 قدرتي معادل hp 100 با نسبت تراكم 1 : 4/9 توليد مي كند.
احتراق:
حجم محفظه احتراق گسترده و طولانی است بنابراين سرعت پخش شعله تنها با وجود يک شمع بسيار کم است و احتراق ناقصی بدست می دهد. از اين رو در اکثر موتورهای دورانی از دو شمع در طول اين ناحيه استفاده می شود. هنگامی که شمعها جرقه می زنند مخلوط سوخت و هوا محترق شده و فشار بسيار بالايي را ايجاد می کنند که باعث تداوم چرخش روتور می گردد. فشار احتراق، روتور را در جهت خودش وادار به حرکت می کند و حجم ناحيه محترق شده، رفته رفته زياد می شود. در اينجاست که فرآيند انبساط و در نتيجه توان توليد می گردد تا جاييکه تيغه روتور به پورت خروجی برسد.

. در موتور وانكل، روتور ضمن چرخش بدور محور خود حركت انتقالي هم انجام مي دهد، عيناً مانند گردش زمين بدور خورشيد كه در حال گردش بدور خود حول خورشيد هم مي گردد. مركز محور موتوربا مركز محفظه بر هم منطبق است. ولي مركز بادامكهاي محور به اندازة e نسبت به مركز آن دو، خارج از مركز مي باشد. در حقيقت وجود اختلاف مركز e باعث حركت انتقالي روتور در محفظه و ايجاد تغيير حجم در آن مي شود. در حاليكه روتور يك دور كامل در محفظه گردش مي كند محوراصلي را سر دور مي چرخاند. اين نسبت حركت ناشي از تأثير در حركت چرخشي و انتقالي روتور مي باشد. براي اصلاح حركت صحيح انتقالي روتور در محفظه داخلي از سيستم چرخ دندانة هادي استفاده مي شود. چرخ دنده كوچك ثابت بوده و در روي درپوش جانبي قرار مي گيرد و كوچكترين تأثيري در تغيير نسبت حركت بين روتور و محور ايجاد نمي كند. چرخ دندانه روتور كه داخل مي باشد با نسبت 3 و چرخ دندانة روي درپوش كه خارجي است با نسبت 2 ساخته مي شود. بنابراين نسبت چرخ دندانه ها است.
همانطور كه گفته شد چرخ دندانه ها فقط به عنوان راهنماي روتور طرح گرديده است و اگر وجود نداشته باشد روتور تمايل دارد در محلي از تماس با محفظه دوري كرده ودر موضعي ديگر در ديوارة سيلندر فرو رود. بهتر است بدانيم كه بادامك خارج از مركز روي محور اصلي، روتور را به دور خود مي چرخاند اما نمي تواند حركت مطلوبي به آن بدهد تا در تمام لحظات رئوس روتور با محيط محفظه تماس داشته باشد.

تخليه:
هرگاه تيغه روتور از پورت خروجی عبور می کند، گازهای با فشار بالا رها شده و به سمت پورت خروجی جريان می يابند. با ادامه حرکت روتور حجم محبوس فشرده می گردد و گازهای باقيمانده را به طرف پورت خروجی می راند. وقتی اين حجم به کمترين مقدار خود نزديک می شود، تيغه روتور در حال گذار از پورت ورودی است و در اين زمان سيکل جديد شروع می گردد.
يک مورد بسيار جالب در رابطه با موتورهای دورانی اينست که هر يک از سه سطح روتور هميشه در يک قسمت سيکل درگير است. به عبارتی بهتر در هر دور کامل روتور، سه بار احتراق خواهيم داشت. اما به ياد داشته باشيد که در هر دور کامل روتور محور خروجی سه دور می چرخد و در نتيجه يک احتراق برای هر دور محور خروجی.

در يك موتور پيستوني مقدار فرصت تخليه دود را طرح بادامكها ميل سوپاپ معين مي كند اما در موتورهاي دوزمانه وانكل اين عمل بوسيلة موقعيت دريچه هاي روي محفظه عمليات مشخص مي گردد.
در موتور وانكل دريچه هاي ورودي و خروجي بطور دائم باز هستند و هر وجهي كه در مقابل اين دريچه ها واقع شود عمليات ورود و خروج گاز و دود فقط در آن وجه تحقق مي يابد.
يكي از مزاياي وانكل آن است كه فرصت هر مرحله از عمليات چهار زمان سيگل اتو زيادتر و در حدودة 270 درجه است. دور محور اصلي مرحله عمليات

روغنكاري در موتور وانكل
از آنجا كه روغن موتور در موتور وانكل بطور مستقيم در معرض دود و گاز قرار ندارد لذا بندرت آلوده شده و تعويض مرتب روغن چندان ضروري نمي باشد.
روغنكاري ياتاقانهاي موتور عيناً مانند موتورهاي پيستوني بوده و با روغن تحت فشار اويل پمپ انجام مي شود. شكل 207. ولي روغن كاري رينگها بصورت اختلاطي با بنزين مي باشد، عيناً مانند موتورهاي دوزمانه بنزيني.
روش ديگري براي روغن كاري رينگها وجود دارد. در اين روش روغن از وسط محور اصلي به قسمت خالي روتور رسيده و در اثر نيروي گريز از مركز و حركت پرتابي رينگها را روغنكاري مي كند.
در روش سوم روغنكاري رينگها تزريقي بوده و روغن از دريچه ورودي گاز به موتور تزريق مي شود ( مانند نوع اختلاطي ). در اين روش روغن تنظيم شده اي به محفظه عملياتي ارسال مي گردد.

تفاوتها با موتور معمولی:
1.کارکرد نرم و بدون لرزه:
تمام قطعات موتور دورانی بطور پيوسته در حال چرخش آن هم در يک جهت می باشد که در مقايسه با تغيير جهت شديد قطعات متحرک در موتورهای پيستونی از ارجحيت خاصی برخوردار است.موتورهای دورانی بدليل تقارن خاص قطعات گردنده دارای بالانس داخلی است که هرگونه ارتعاشی را از بين می برد. همچنين انتقال قدرت در موتورهای دورانی نيز نرم تر است ؛ زيرا هر احتراق در طول 90 درجه چرخش روتور حاصل می شود. از آنجاييکه چرخش محور خروجی سه برابر چرخش روتور است پس هر احتراق در طول 270 درجه چرخش محورخروجی حاصل می گردد.اين يعنی يک موتور تک روتوره در سه ربع گردش محورخروجی خود قدرت انتقال می دهد؛ در مقايسه با موتور تک سيلندر پيستونی که احتراق در طول 180 درجه از دو دور گردش ميل لنگ يا يک ربع گردش محور خروجی آن رخ می دهد.
2.آهسته تر:
از آنجاييکه گردش روتور يک سوم گردش محور خروجی آن است, قطعات اصلی موتور آهسته تر از قطعات موتورهای پيستونی حرکت می کنند. که اين موضوع قابليت اطمينان به اين موتور را بالا می برد.
چالشها در طراحی موتورهای دورانی:
1.نوعاً ساخت موتورهای دورانی که بتواند استانداردهای آلودگی را پوشش دهد بسيار مشکل است. ( اما نه امکان ناپذير)
2.هزينه ساخت آنها معمولاً بالاتر از موتورهای رايج پيستونی است؛ بيشتر به اين دليل که تيراژ توليد آنها نسبت به موتورهای پيستونی پايينتر است.
3.نوعاً مصرف سوخت اين گونه موتورها بالاتر از مصرف سوخت موتورهای پيستونی است زيرا مشکل کشيده و طولانی بودن محفظه احتراق و نسبت تراکم پايين اين موتورها راندمان ترموديناميکی آنها را محدود می کند.



منابع:
تهیه کنندگان : علی بهبودی و مرتضی سپاهی
khodroblog.persianblog.com

 

[tazeha]

احتراق در موتورهای اشتعال جرقه ای با مخلوط پیش امیخته



فرایند احتراق در موتورهای احتراق داخلی پدیده ای است که سایر مشخصه های موتور از قبیل کارایی ، بازده و انتشار الایندها را تحت تاثیر قرار می دهد با کنترل بهینه فرایند احتراق در موتور می توان سایر مشخصه های موتور را نیز به خوبی کنترل نمود

مشخصات و طبقه بندی شعله
الف شعله پیش امیخته (premixed flame)
اگر سوخت و اکسید کننده قبل از احتراق و در خارج از محفظه به صورت یکنواخت با یکدیگر مخلوط شوند و سپس مشتعل گردند شعله پیش امیخته حاصل می شود
ب شعله انتشاری یا نفوذی (diffusion flame)
اگر واکنش دهندگان (سوخت و اکسید کننده ) از پیش با هم مخلوط نشده و در همان ناحیه که واکنش انجام می گیرد مخلوط شوند گویند
در موتورهای اشتعال جرقه ای شعله از نوع پیش امیخته بوده ، مخلوط سوخت و هوا در تمامی مدتی که شعله پیش می رود در حالت گازی قرار دارد . شعله در فرایند احتراق بسیار پیچیده است زیرا همراه با مکانیزم های پیچیده شیمیایی و انتقال گرما به صورت توربولنت است . پدیده احتراق یک فرایند سریع گرما زا در فاز گازی است که در ان اکسیژن یک واکنشگر اصلی است
ناحیه واکنش جبهه شعله نامیده می شود پیشرفت شعله نتیجه ارتباط قوی بین واکنشها شیمیایی ،فرایندهای انتقالی انتشار جرم و هدایت گرمایی و جریان سیال است وجود گرما واکنشهای شیمیایی را شتاب می بخشد

فرایند احتراق
در موتورهای اشتعال جرقه ای کاربراتوری سوخت از طریق ژیگلور کاربراتور وارد هوائی می گردد که با سرعت زیاد و فشار کم از ونتوری عبور می نماید سوخت وهوا با نسبت معینی در داخل مانی فولد به طور تقریبا همگون و یکنواختی مخلوط شده از طریق سوپاپ ورودی وارد سیلندر موتور می گردد و با گازهای سوخته باقی مانده از سیکل قبل مخلوط شده و سپس متراکم می گردد تحت شرایط طبیعی کار موتور چند درجه قبل از نقطه مرگ بالا احتراق توسط جرقه الکتریکی شمع شروع می گردد به دنبال این اشتعال شعله متلاطمی (turbulent) در درون محفظه احتراق شروع به پیشروی نموده و مخلوط پیش امیخته سوخت و هوا و گازهای باقی مانده را می سوزاند این پیشروی تا رسیدن شعله به دیوارهای محفظه احتراق و خاموش شدن ان ادامه پیدا می کند
در بررسی عکس های متوالی از فراینداحتراق در یک موتور اشتعال جرقه ای مشاهده شده است که شمع 30 درجه قبل از نقطه مرگ بالا جرقه می زند ولی اولین شعله در 24 درجه قبل از نقطه مرگ بالا قابل رویت است جبهه شعله (flame front) به صورت شعله های متلاطم و ابی رنگ مشاهده می شود در نقطه مرگ بالا قطر شعله حدود دو سوم قطر سیلندر است و در 15 درجه بعد از نقطه مرگ بالا شعله به دیورهای محفظه احتراق می رسد در حدود 10 درجه بعد از نقطه مرگ بالا توده سفید رنگ که رفته رفته تمایل به صورتی شدن دارد اشکار می گردد این بیانگر مخلوطی است که در مراحل اولیه احتراق در نزدیکی شمع سوخته است و اکنون در پشت جبهه شعله در اثر سوختن سایر قسمت های مخلوطی به بالاترین دماهای موجود در محفظه احتراق متراکم می گردد در حالی که مخلوط هم چنان در حال سوختن است
در شکل زیر سیماهای دیگری از فرایند احتراق در یک موتور اشتعال جرقه ای مشاهده می شود این نمودارها از چندین چرخه متوالی در یک موتور اشتعال جرقه ای گرفته شده است فشار درون سیلندر کسری از جرم ورودی که سوخته است و همچنین کسری از حجم سیلندر که توسط جبهه شعله سوخته همگی به عنوان تابعی از زوایه چرخش میل لنگ نشان داده شده است به دنبال جرقه شمع مدت زمان ازاد شدن انرژی ناشی از توسعه شعله برای افزایش ناشی از احتراق که قابل تشخیص باشد خیلی کوچک است هم چنان که شعله برای پیشرفت در امتداد محفظه احتراق ادامه می یابد فشار بطور یکنواخت به مقادیر بالاتری نسبت به نبود احتراق (حالت موتور گردانی ) افزایش می یابد فشار بعد از نقطه مرگ بالا قبل از این که تمام گازهای درون سیلندر بسوزد به مقدار ماکزیمم خود می رسد و سپس هم چنان که حجم سیلندر در طی ادامه انبساط افزایش می یابد کاهش می یابد
فرایند توسعه و پیشرفت شعله از چرخه ای به چرخه ای دیگر متفاوت است به همین خاطر شکل نمودارهای افزایش فشار ،کسر حجم سوخته شده و کسر جرم سوخته شده برای چرخه ای با چرخه های دیگر اختلاف معنی داری دارد علت این امر این است که توسعه شعله بستگی به ترکیب و حرکت مخلوط های موضعی درون محفظه دارد این مقادیر در چرخه های مختلف یک سیلندر با هم متفاوت هستند حتی ممکن است تغییرات سیلندر به سیلندر نیز وجود داشته باشد مخصوصا ترکیب و حرکت مخلوطی که در نزدیکی های الکترودهای شمع در زمان جرقه زنی قرار گرفته است چون حرکت اولیه توسعه شعله را هدایت و تعیین می کند اهمیت خاصی دارد

چگالی مخلوط های نسوخته ای که در سر جبهه شعله قرار دارند حدود چهار برابر چگالی گازهای سوخته شده پشت جبهه شعله است
حتی هنگامی که شعله تمام محفظه احتراق را فرا گرفته است مقدار 0.25از جرم گازهای موجود در محفظه احتراق نسوخته باقی مانده است از این توضیح می توان به این نتیجه رسید که فرایند احتراق به چهار فاز قابل تشخیص تقسیم می شود
1- اشتعال جرقه spark ignition
2- توسعه شعله ابتدایی early flame development
3- پیشرفت شعله flame termination
در شکل 3-4 منجنی های فشار در مقابل درجات چرخش میل لنگ نشان داده شده است شکل 4a-3 نشان می دهد که چرا گشتاور موتور هنگامی که زمان جرقه زنی نسبت به TDC موقعیت های مختلفی دارد فرق می کند هنگامی که شروع فرایند احتراق قبل از TDC خیلی اوانس می شود نیروی مقاومی را در برابر بالا رفتن پیستون و تراکم گاز ایجاد می نماید و باعث می گردد که انتقال کار کورس تراکم که از پیستون به گازهای سیلندر است افزایش یابد اگر احتراق توسط ریتارد کردن زمان جرقه زنی به تاخیر بیفتد اوج فشار سیلندر در کورس انبساط دیرتر اتفاق افتاده و مقدار ان کمتر خواهد بود و این تغییرات انتقال کار کورس انبساط را که از گازهای سیلندر به پیستون کاهش می دهند . بهینه ترین زمان جرقه زنی هنگامی است که حداکثر گشتاور ترمزی
(maximum brake torque) یا MBT به دست اید شکل 4b-3 تاثیر زمان های مختلف را بر روی گشتاور ترمزی در موتورهای اشتعال جرقهای معمولی نشان می دهد همان گونه که در شکل 4b-3 مشاهده می شود هر مقدار اوانس و یا ریتارد نسبت به زمان MBT باعث کاهش گشتاور تولیدی موتور می گردد

اغلب از قوانین تجربی برای نسبت دادن جرم سوخته و ماکزیمم فشار سیلندر در زوایای مختلف چرخش میل لنگ در نقطه MBT استفاده می شود برای مثال در حالت بهینه جرقه زنی :
1- ماکزیمم فشار سیلندر در حدود 16 درجه بعد از نقطه مرگ بالا اتفاق می افتد
نصف جرم گاز های وارد شده به سیلندر در حدود 10 درجه بعد از نقطه مرگ بالا می سوزد




منابع :
1 - کتاب اصول موتورهای اشتعال جرقه ای (مهندس ارش محبی)
2- مجموعه زیادی از سایتهای اینترنت لاتین (گرداوری عکسها)
گرداوری این مقاله : موسی الرضا سعدی
استاد : مهندس مجید سالاری

 

[tazeha]

احتراق در موتورهای اشتعال جرقه ای (قسمت دوم)

دو نوع احتراق غیر عادی در موتور های اشتعال جرقه ای تعریف می شود 1- کوبش knock 2- اشتعال سطحی surface ignition کوبش پدیده خیلی مهمی در احتراق نامناسب موتور به شمار می رود و همان گونه که از نامش پیداست صدای خیلی بلند و شدیدی را به همراه دارد این پدیده نتیجه خودسوزی (autoignition) قسمتی از مخلوط سوخت و هوا و گازهای باقی مانده از چرخه قبل است که در جلوی جبهه شعله قرار دارد و گاز انتهایی (end gas) نامیده میشود هنگامی که شعله در امتداد محفظه احتراق پیش می رود باعث متراکم شدن و در نتیجه افزایش فشار و دانسیته گاز انتهایی محفظه احتراق می شود گاهی گاز انتهایی مخلوط سوخت و هوا ممکن است متحمل واکنش های شیمیایی قبل از احتراق نرمال گردد . محصولات ناشی از این واکنش ها ممکن است به طور خود به خودی و سریع مشتعل گردد و قسمت خیلی زیادی از انرژی شیمیایی خود را ازاد کند نرخ ازاد شدن انرژی در این پدیده 5 تا 25 برابر احتراق نرمال است در نتیجه فشار نوسانی با فرکانس بالا همراه با صدای خیلی شدیدی در درون سیلندر به وجود می اید . وجود یا عدم وجود کوبش نتیجه کشمکش میان جبهه شعله و واکنش های پیش احتراقی در گاز انتهایی نسوخته است اگر جبهه شعله گاز انتهایی را قبل از اینکه واکنش های خود سوزی در ان ایجاد گردد کوبش به وجود نمی اید ولی اگر واکنش های پیش احتراقی قبل از رسیدن جبهه شعله تولید خود اشتعالی نماید کوبش در موتور روی خواهد داد دیگر پدیده احتراق ناهنجار اشتعال سطحی است که عبارت است از اشتعال مخلوط سوخت و هوا که در نتیجه گرمای بیش از حد سوپاپها شمه و یا ذرات داغ رسوب کرده در محفظه احتراق و یا هر نقطه داغ دیگر در این محفظه صورت می گیرد به عبارت ساده تر اشتعال توسط هر منبعی غیر از جرقه شمع است که ممکن است قبل از اشتعال جرقه شمع صورتگیرد که اشتعال پیش از موعد (preignition) و یا بعد از اشتعال نرمال انجام شود که احتراق بعد از موعد (postignition) مامیده می شود این پدیده ممکن است در درون محفظه احتراق تولید یک شعله ساده یا چندین شعله نماید که در هر صورت احتراق های ناشی از این پدیده کنترل نشده خواهد بود و اثرات ام مخصوصا هنگامی که ناشی احتراق پیش از موعد باشد شدیتر است هم چنان که هر المانی از مخلوط سوخت و هوا می سوزد چگالی ان در حدود 4 برابر کاهش می یابد می توان مراحل زیر را برای توسعه و انتشار شعله بیان نمود - زاویه توسعه شعله (flame – development angle) زاویه پیموده شده میل لنگ بین شروع جرقه تا هنگامی که بخش کوچک اما قابل ملاحضه از جرم مخلوط می سوزد و مقدار 5 تا 10 درصد از انرژی سوخت ازاد می گردد - زاویه سوختن سریع (rapid – burning angle) : عبارت از زاویه ای از میل لنگ که در ان تمام سوخت می سوزد و برابر است با فاصله مابین انتهای زاویه توسعه شعله و پایان فرایند پیشرفت شعله که معمولا 90درصد جرم در این فاصله می سوزد - زاویه کل احتراق (overall burning angle) : عبارت از کل زمان احتراق و شامل مجموع دو زاویه است بیشینه فشار سیلندر زمانی اتفاق می افتد که جبهه شعله با دورترین دیواره محفظه احتراق برخورد می کند شکل زیر فرایند توسعه شعله را در حالت های بدون حرکت گردابی (quiescent) و حرکت گردابی مخلوط (swirl) و تعداد و مکانهای مختلف شمع در درون محفظه احتراق موتور اشتعال جرقه ای را نشان می دهد . شدت حرکت گردابی شکل محفظه احتراق و موقعیت شمع مساحت سطح جبهه شعله (flame front surface area ) را تحت تاثیر قرار می دهد هنگامی که شمع در مرکز محفظه احتراق قرار دارد مساحت شعله دو برابر حالتی است که در یک طرف محفظه قرا ر دارد و سرعت پیشرفت شعله نیز دو برابر است در حالتی که دو شمع در طرفین محفظه نصب شده است نسبت به حالت قرار گرفتن شمع در مرکز محفظه مساحت شعله تفاوت قابل ملاحضه ای را نشان نمی دهد . با افزایش سرعت موتور و ایجاد حرکت گردابی سطوح جریان متلاطم در محفظه در زمان احتراق افزایش یافته در نتیجه نرخ توسعه و پیشرفت شعله های پیش امیخته متلاطم افزایش می یابد و راندمان حرارتی نیز بیشتر می گردد نسبت هم ارزی سوخت به هوا نیز روی میزان سوختن موثر است در شکل زیر مرکز شعله در یک جهت از الکترودهای شمع فاصله می گیرد که جهت و سرعت دور شدن مرکز شعله از شمع در جرقه های مختلف موتور متفاوت خواهد بود در شکل زیر عکس های واقعی از توسعه شعله را در فاصله 5 درجه چرخش میل لنگ از جرقه زنی شمع در دو چرخه مختلف نشان می دهد هم چنان که اشکار مشاهده می شود جهت دور شدن مرکز شعله در این دو چرخه کاملا متفاوت است ضخامت جبهه شعله تحت شرایط متعادل در حدود 0.1 میلی متر است و هم چنان که شعله در امتداد محفظه احتراق پیشرفت می کند ضخامت ناحیه واکنش ثابت باقی می ماند جبهه شعله شامل دو ناحیه است یک ناحیه پیش گرمایش و یک ناحیه واکنش در ناحیه پیش گرمایش دمای مخلوط نسوخته توسط گرمای انتقال یافته از ناحیه واکنش افزایش می یابد و واکنش های قابل توجهی که باعث ازاد شدن انرژی می گردد در این ناحیه روی نمیدهد ولی وقتی که دمای بحرانی واکنش ها فرا رسید واکنش های شیمیایی گرما زا شروع می شوند که این اتفاق در ناحیه واکنش روی می دهد وجو گازهای سوخته در مخلوط نسوخته درون سیلندر که ناشی از گازهای باقی مانده از چرخه قبل یا بازخورانی گازهای EGR است باعث کاهش فزاینده ای در سرعت سوختن می شود هر گاز سوخته در مخلوط نسوخته ارزش گرمایی هر واحد جرم مخلوط را کاهش داده بنابراین دمای شعله را کاهش می دهد این گازها به عنوان یک رقیق کننده عمل می کنند هم اینکه جبهه شعله به دورترین دیواره محفظه احتراق رسید پیشرفت شعله متوقف می شود ولی احتراق در پشت جبهه شعله تا اتمام تمام گازهای نسوخته باقی مانده انجام احتراق نهایی و خاموش شدگی شعله ادامه می یابد مسلما چرخه های سوختن سریع تر نسبت به چرخه های کندتر دارای فشار بیشینه بالاتری خواهند بود وقتی که مخلوط با هوای اضافی گازهای سوخته باقی مانده از چرخه قبل و گاز بازخورانی اگزوز رقیق می گردد مقدار تغییرات چرخه به چرخه احتراق افزایش می یابد نهایتا در بعضی از چرخه ها سوختن خیلی کند می شود و احتراق کامل نمی گردد چنین حالتی به جزئی سوختن موسوم است حتی برای مخلوطهای خیلی رقیق و فقیرتر به حد عدم احتراق (misfire) می رسد یعنی طول چرخه هیچ گونه اشتعالی روی نمیدهد حد اشتعال (ignition – limited spark timing or the ignition limit) تایمینگ جرقه ای که نسبت به تایمبنگ MBT بیش از حد اوانس شده است چون تراکم در درون سیلندر هنوز به حد مطلوب نرسیده است (هنگام جرقه زنی ) در نتیجخه اشتعال روی نخواهد داد اگر زمان جرقه زنی نسبت به MBT بیش از حد ریتارد گردد پیشرفت شعله در درصد کوچکی از جرقه ها کامل نخواهد بود اصولا برای مخلوطهای که فقیر هستند باید اوانس جرقه بیشتری قائل شد تا احتراق کامل حاصل شود در حدود 0.2 میلی ژول انرژی برای اشتعال یک مخلوط سوخت و هوای خاموش توسط جرقه در حالت استوکیو متریک و شرایط عادی موتور لازم است . برای مخلوطهای فقیرتر یا غنی تر مقادیر بیشتری از انرژی در حدود 3 میلی ژول ممکن است نیاز باشد . سیستم های اشتعال معمولی انرژی الکتریکی در حدود 30 تا 50 میلی ژول به جرقه تحویل می دهند با یک نسبت هم ارزی مناسب برای اشتعال توزیع یکنواخت و همگون مخلوط یک میلی ژول انرژی جرقه و همچنین چند میلی ثانیه مدت زمان فرایند احتراق شروع می شود ولی عملا این فرایندها کمتر به صورت ایده ال روی میدهند هوا سوخت و گاز اگزوز بازخورانی شده به طور یکنواخت بین سیلندرها توزیع نمی شوند . به علاوه مخلوط سوخت هوا گاز بازخورانی شده و گازهای باقی مانده از چرخه قبل نیز در درون هر یک از سیلندرها همگون و یکنواخت نمی باشد . همچنین فشار دما و چگالی مخلوط بین الکترودهای شمع در زمان جرقه زنی روی ولتاژ مورد نیاز برای جرقه تاثیر گذارند . این پارامترها نیز به طور قابل ملاحضه ای در دامنه بارها و سرعت های مختلف موتور تغییر می نماید بنابراین مدت زمان و انرژی جرقه باید برای شروع احتراق تحت بسیاری از شرایط نامطلوب در اطراف الکترودهای شمع کافی باشد . معمولا اگر انرژی جرقه از 50 میلی ژول بیشتر باشد و مدت زمان ان نیز از 0.5 میلی ثانیه طولانی تر گردد اشتعال مناسبی به دست خواهد امد هنگامی که پدیده کوبش روی می دهد ازاد شدن بی نهایت سریع انرژی شیمیای گاز انتهایی باعث فشار موضعی خیلی شدید و انتشار امواج فشار به صورت یک میدان نوسانی قابل ملاحضه در امتداد محفظه احتراق می شود . به دنبال اشتعال سطحی نیز ، شعله ای به صورت توربولنت در محل ایجاد این اشتعال به وجود می اید و به طریقه مشابه ان چه در احتراق عادی اتفاق می افتد شروع به پیشروی در امتداد محفظه احتراق می نماید چون پدیده اشتعال خود به خودی که باعث به وجود امدن کوبش می شود ، بستگی به دما و فشار گاز انتهایی دارد کوبش توسط تنظیم زمان جرقه زنی قابل کنترل است اوانس جرقه شدت ضربه کوبش را افزایش و ریتارد جرقه ان را کاهش می دهد . چون اشتعال سطحی معمولا باعث افزایش شدیدی در فشار و دمای گاز انتهایی نسبت به احتراق عادی می گردد (زیرا شعله زودتر شروع به انتشار می کند و یا توسعه شعله از بیش از یک منبع صورت می گیرد ) در نتیجه کوبش یک نتیجه احتمالی از وقوع اشتعال سطحی خواهد بود کوبش ناشی از اشتعال سطحی معمولا توسط احتراق پیش از موعد (preignition) که ناشی از ذرات داغ رسوب کرده در محفظه احتراق است صورت می گرد کوبش ناشی از اشتعال سطحی را نمی توان به طور معمول توسط ریتارد کردن زمان جرقه زنی کنترل کرد زیرا شعله ناشی از جرقه شمع باعث کوبش نشده است منابع : 1 - کتاب اصول موتورهای اشتعال جرقه ای (مهندس ارش محبی) 2- مجموعه زیادی از سایتهای اینترنت لاتین (گرداوری عکسها) گرداوری این مقاله : موسی الرضا سعدی استاد : مهندس مجید سالاری

[TD="class: style1"] [/TD]

 

[tazeha]

حتراق در موتورهای اشتعال جرقه ای (قسمت سوم)

احتراق در موتورهای اشتعال جرقه ای (قسمت سوم) پدیده های دیگری نیز از احتراق غیر عادی ناشی از اشتعال سطحی به وجود می ایند که عبارتند از : Wild ping : نوع متفاوتی از کوبش ناشی از اشتعال سطحی است که تولید صدای خرد شدن یا انفجار شدید می کنند . علت ان احتراق زود هنگام مخلوط سوخت و هوای درون محفظه احتراق توسط ذرات داغ معلق است . این پدیده زمانی که ذرات معلق توسط فرایند تخلیه ازسیلندر خارج می شوند اتفاق نمی افتد ولی اگر این ذرات رسوب کرده به نحوی از سطوح محفظه احتراق جدا شوند و به صورت معلق درایند احتمال وقوع این پدیده وجود خواهد داشت . Rumble : این پدیده صدای نسبتا ثابت با فرکانس پایین (600تا 1200) هرتز تولید می کند و همراه با اشتعال سطحی ناشی از ذرات داغ رسوب کرده در موتورهایی با نسبت تراکم بالا اتفاق می افتد . این نوع اشتعال سطحی افزایش فشار زیادی را به وجود می اورد که می تواند با کوبش نیز همراه باشد Run-on : هنگامی اتفاق می افتد که اشتعال مخلوط سوخت و هوای درون سیلندر حتی بعد از قطع سوئیچ جریان برق (خاموش کردن موتور) هم چنان ادامه داشته باشد در طی این پدیده موتور معمولا ایجاد صداهایی شبیه به کوبش می کندعلت ان احتمالا اشتعال تراکمی مخلوط سوخت و هوا قبل از اشتعال سطحی است. Runaway : اشتعال سطحی که به صورت متوالی و زیاد در چرخه موتور اتفاق می افتد . این پدیده معمولا توسط شمع ، سوپاپ ها یا دیگر سطوح محفظه احتراق که بیش از حد داغ شده اند . روی میدهد این پدیده مخرب ترین نوع اشتعال سطحی است که می تواند منجر به گرم شدن بیش از حد و جدی موتور و صدمات ساختاری به ان گردد اشتعال سطحی مسئله ای است که می تواند با تدابیر مناسب در طراحی موتور و کیفیت سوخت و روغن برطرف گردد . ولی در مقام مقایسه کوبش به عنوان یک مشکل جدا نشدنی روی عملکرد و بازده موتور تاثیر دارد زیرا ماکزیمم نسبت تراکمی را که با هر نوع سوختی سازگار باشد محدود می نماید در بین پدید های اشتعال سطحی موتور اشتعال پیش از موعد (preignition) قابلیت تخریب بیشتری دارد . زیرا هر فرایندی که شروع احتراق را از زمان ماکزیمم گشتاور اوانس نماید باعث افزایش گرما می شود این افزایش گرما ناشی از افزایش فشار گازهای سوخته شده درون محفظه احتراق است گرمای زیاد باعث گرم شدن بیشتر اجزای موتور که به نوبه خود می تواند نقطه اشتعال پیش از موعد را ان قدر اوانس نماید تا قسمت های مختلف موتور به حالت دمای بحرانی رسیده خراب شوند . قسمتهای که می توانند باعث احتراق پیش از موعد شوند بخش هایی هستند که کم تر سرد شده و زیادی رسوبات تشکیل شده بر روی انها ایجاد عایق حرارتی اضافه نموده است : مثال اولیه : شمع ها، سوپاپهای خروجی و فلزات باریک شده لبه پیاله های ایجاد شده در تاج پیستون است تحت شرایط عادی و استفاده از شمع هایی با دامنه حرارتی مناسب اشتعال پیش از موعد معمولا توسط سوپاپ تخلیه پوشیده شده از رسوبات ناشی از سوخت و روغن که به داخل مححفظه احتراق نفوذ کرده اند اتفاق می افتد . خنک کاری بهتر سوپاپ های تخلیه و کاهش نشت روغن معمولا این مشکل را کم تر می نماید . محل ونحوه قرار گیری سوپاپ تخلیه و شمع در سرسیلندر و محفظه احتراق نیز حایز اهمیت است . از دیگر موارد طراحی موتور که احتمال اشتعال پیش از موعد را به حداقل می رساند عبارتند از : شمع با دامنه حرارتی مناسب ، استفاده از الیاژ مناسب در ناحیه احتراق ، کاهش تیزی لبه های فلزات سرد شدن بهتر سوپاپ تخلیه یا به کار گیری سوپاپ هایی که با سدیم خنک می شود (sodium-coold valve) کوبش به طور ابتدایی تحت شرایطی اتفاق می افتد که موتوربا حداکثر گاز کار می کند بنابراین این پدیده محدودیت های مستقیمی را بر روی عملکرد موتور وارد می سازد . به طوری که با کاهش نسبت تراکم موتور به منظور کاهش فشار گاز انتهایی ، بازده موتور نیز کاهش می یابد . وقوع و شدت کوبش بستگی به میزان مقاومت سوخت در مقابل کوبش و مشخصات ضد کوبشی موتور دارد . قابلیت مقاومت به کوبش یک سوخت توسط عدد اکتان اندازه گیری می شود : اعداد اکتان بالاتر بیشترین مقاومت در برابر کوبش را تعریف می کنند مقادیر عدد اکتان بنزین می تواند توسط فرایندهای پالایشی بهتر گردد مانند انجام کراکینگ کاتالیزوری که هیدروکربن هایی با عدد اکتان پایین را تبدیل به هیدروکربن هایی با عدد اکتان بالا می نماید همچنین مواد ضد کوبشی مانند الکل ،الکیل های سرب (تترا اتیل سرب) و ترکیبات الی منگنز دار برای بالا بردن عدد اکتان قابل استفاده است عدد اکتان مورد نیاز (octane number requirement) یا (ONR) یک موتور بستگی به چگونگی طراحی موتور و شرایط کاری ان ،دما و فشار گاز انتهایی جلوی شعله و زمان مورد نیاز برای وختن مخلوط ورودی به سیلندر دارد . حساسیت یک موتور به کوبش توسط عدد اکتان مورد نیاز ان (مقدار اکتان سوخت مورد نیاز برای جلوگیری از کوبش ) تعیین می شود که توسط عواملی که دما و فشار بالاتری یا زمان طولانی تر سوختن را به وجود می اورد افزایش می یابد بنابراین مسئله کوبش که هم بستگی به کیفیت سوخت های موجود و هم بستگی به مهارت طراح موتور برای ایجاد یک رفتار احتراقی عادی و مطلوب دارد به طوری که مشخصه های طراحی موتور مقدار کوبش را به حداقل برساند شکل 3-33 تغییرات فشار در سه موتور مجزا از هم را که به صورت احتراق عادی ٰ کوبش ضعیف و کوبش شدید است نشان می دهد هنگامی که کوبش روی می دهد ، تغییرات فشاری با فرکانس بالا مشاهده می شود که میزان نوسانهای ان با زمان کاهش می یابد . شکل 33a-3 شدت تغییرات کوبش در باقی مانده سیکل اتفاق می افتد در کوبش ضعیف ،کوبش در فرایند سوختن دیر اتفاق می افتد . و میدان نوسانی تغییرات فشار کوچک تر است در کوبش شدید که زمان جرقه زنی خیلی اوانس است ، کوبش نزدیک به نقطه مرگ بالا و در مرحله احتراق روی می دهد و میدان نوسان تغییرات فشار خیلی بزرگ تر است . این تغییرات فشار صدای شدیدی به نام کوبش ایجاد می کند . این پدیده نتیجه ازاد شدن خود به خودی مقادیر بالایی از انرژی شیمیایی سوخت موجود در گاز انتهایی است که موجب افزایش قابل ملاحضه ای در فشار و دمای گاز شده در نتیجه ان موج ضربه ای در اطراف ناحیه گاز انتهایی و در متداد محفظه احتراق منتشر می شود این موج ضربه ای را موج تانبساط همراهی می کند و انعکاس این موج ها توسط دیوارهای محفظه احتراق فشار نوسانی را که در مقابل ثبت می شود به وجود می اورد باید توجه کرد که به هنگام روی دادن یک کوبش توزیع فشار در سراسر امتداد محفظه احتراق یکسان نیست در نتیجه اندیکاتور فشار که در نقاط مختلف قرار گرفته اند سطح فشار متفاوتی را در یک زمان معین ثبت خواهد کرد روش های زیادی برای تعیین کوبش و مشخصات ان استفاده می شود گوش انسان یک وسیله حساس و شگفت انگیز تشخیص دهنده کوبش است و به طور عادی در تشخیص عدد اکتان مورد نیاز یک موتور استفاده می شود . اشکار سازهای کوبش که در سیستم های کنترل کوبش استفاده می شوند معمولا به شتاب حرکت ارتعاشی قسمت هایی از ساختمان موتور که توسط امواج فشاری کوبش به وجود امده پاسخ می دهند . هنگامی که کوبش اتفاق می افتد نور شدیدی مشاهده می شود که با افزایش زیاد یونیزاسیون همراه است بنابراین اشکارسازهای دمای یونیزاسیون و ابزار ازمایش های نوری نیز مورد استفاده قرار می گیرد . شمع نیز می تواند به عنوان یک اشکار ساز یونیزاسیون به خدمت گرفته شود برای مطالعات خیلی دقیق کوبش موتور و نشان دادن نوسان های فشار استفاده از تراسدیور فشار نوع پیزوالکتریک (piezoelectric pressure transducer ) خیلی مفید خواهد بود اغلب سیگنال های ارسالی توسط ترانسدیور از نظر فرکانس های خاصی ***** می شود به طوی که تغییرات فشار به وجود امده توسط کوبش به صورت جدا از هم ثبت می شوند کوبش در مرحله شتاب گیری به خاطر گذرا بودن ان بعید به نظر می رسد که باعث صدمات جدی به موتور می شود ولی کوبش در سرعت ثابت موتور منجر به صدمات جدی به موتور می گردد باید توجه داشت که کوبش های شدید قادرند رسوبات روی دیوارهای محفظه احتراق را برطرف کنند. در هنگام کوبش یک موج ضربه ای از لبه بیرونی گاز انتهایی با سرعت صوت در امتداد محفظه منتشر می گردد و هم زمان موج انبساط نیز به درون ناحیه فشار بالا و به طرف نزدیکی دیواره پیشروی می نماید موج ضربه ای و موج ابساط بعد از برخورد به دیواره ها منعکس می شود و سرانجام تولید موج های ایستاده می کنند . معمولا این موج های ایستاده نتیجه ارتعاش متقابل گاز بوده چزو میدان نوسانی هستند نوسان های فشار میدان نوسانی بر اثر موج های ایستاده به وجود امده سپس در اثر حرکت گاز کاهش می یابند فرکانس های نوسان های فشار به طور عادی و نوسانی کوچکی حاصل می گردد بنابراین سیگنال های فشار فرستاده توسط یک اندیکاتور در طی کوبش به جزیات فرایند اشتعال گاز انتهایی هندسه طراحی محفظه احتراق و محل اندیکاتور نسبت به ناحیه گاز انتهایی بستگی خواهد داشت شکل زیر دو نوسان فشار از یک کوبش را نشان می دهد که در هر دو اندیکاتور فشار ،بالای بوش سیلندر ولی در اولی نزدیک به ناحیه گاز انتهایی ، افزایش بی نهایت سریع فشار با مقادیر بالاتری را نشان می دهد موج های ایستاده سپس رکود پیدا می کند و میدان نوسان ها نیز کاهش می یابد تئوری های اصولی کوبش بر روی مدل های خود اشتعالی مخلوط سوخت و هوای گاز انتهایی پایه گذاری شده است منظور از خود اشتعالی (auto ignition) واکنش احتراق سریعی است که توسط هیچ گونه منیع اشتعال خارجی به وجود نیامده باشد اغلب در علوم احتراق پایه این پدیده یک انفجار (explosion) نامیده می شود خود اشتعالی یک مخلوط گازی شکل سوخت و هوا هنگامی روی می دهد که انرژی گرمایی ازاد شده توسط واکنش ها بیشتر از گرمای منتقل شده به محیط اطراف باشد کهنتیجه ان افزایش دمای مخلوط خواهد بود . میزان افزایش دما نیز بستگی به مقادیر این واکنش ها دارد . دمایی را که در ان اشتعال خود به خودی روی می دهد . دمای خود اشتعالی (selfignition temperature) می نامند و نتیجه ان افزایش سریع خود به خودی دما و فشار است که به عنوان انفجار گرمایی بیان می گردد دو روش موجود برای تعیین عدد اکتان : روش تحقیق(research method) و روش موتور (motor method) است که در انجمن تست مواد امریکا (astm) ثبت گردیده اند . هر دو روش در یک موتور تک سیلندر استاندارد صورت می گرد . ولی در روش موتور شرایط عملکردی موتور دقیق تر است علاوه بر این روش تحقیق عدد اکتان جاده ای نیز برای تعیین کیفیت ضد کوبشی سوخت ها در عملکرد خودروها روی جاده یا دینامومترها توسعه داده شده است شرایط عملکردی برای روش های تحقیق و موتور در عواملی مثل فشار ورودی زرطوبت دمای سیستم خنک کننده تفاوتی ندارند ولی دمای ورودی سرعت موتور و اوانس جرقه زنی در انها متفاوت است به طوی که مقادیر پارامترهای اخیر در روش موتور به مراتب بیشتر است . نسبت هوا به سوخت نیز در هر دو حالت برای ماکزیمم کوبش تنظیم شده است بنزین های مدرن امروزی دارای مقادیری از مواد افزودنی شیمیایی برای بهتر کردن کیفیت سوخت هستند . این مواد افزوده شده به سوخت ، برای بالا بردن عدد اکتان سوخت ، کنترل اشتعال سطحی ، کاهش رسوبات روی الکترودهای شمع ، مقاومت در مقابل تشکیل صمغ ، جلوگیری از زنگ زدگی ، کاهش تقطیر در کاربراتور ، برطرف کردن رسوبات در کاربراتور یا انژکتورها ، به حداقل رساندن رسوبات در مانی فولد ورودی و جلوگیری از چسبندگی و گیر کردن سوپاپ ها ، مورد استفاده قرار می گیرد . عدد اکتان سوخت های هیدروکربنی توسط عوامل ضد کوبشی افزایش پیدا کرده است . افزودن ایم مواد به سوخت ها در عین حال که کیفیت ضد کوبشی را افزایش داده است . باعث کاهش هزینه ای گردیده که صرف تغییر و اصطلاح ترکیب سوخت های هیدروکربنی در فرایندهای پالایش می شد موثرترین عوامل ضد کوبشی الکیل های سرب هستند . تترااتیل سرب (TEL) (C2H5)4Pb برای اولین بار به کار گرفته شد . چون تترامتیل سرب در دامنه حرارتی متوسطی از یک سوخت بنزینی در (110) درجه می جوشد در حالی که تترااتیل سرب در دمای خیلی بالاتری حدود 200 درجه به جوش می اید بنابراین اضافه کردن تترامتیل سرب توزیع بهتری را به عنوان ماده ضد کوبشی در بین سیلندرهای موتور خواهد داشت در سال 1959 یک ترکیب ضد کوبشی منگنزداری به نام متیل سیکلو پنتادینیل منگنز تری کربنیل (methylcyclopentadienyl manganese tricarbonyl) با علامت اختصاری MMT به عنوان یک عامل ضد کوبشی اضافی برای تترااتیل سرب مورد استفاده قرار گرفت البته این ترکیب به نوبه خود نیز یک عامل ضد کوبشی به شمار می اید . حدود سال 1970 در ایالات متحده بنزین هایی با مقدار سرب کم تر و بدون سرب تولید شدند . دو عمال موثری که منجر به کاهش استفاده الکیل های سرب شد اولی ارتباط جنبه های سمی سرب با الودگی محیط زیست و دیگری استفاده از مبدل های کاتالیزوری برای کنترل انتشار مواد الاینده در مانیفولد خروجی خودروها بود . بنزین های بدون سرب یا با مقدار سرب کم تر ، هم اکنون در ایالات متحده مورد استفاده قرار می گیرد ژاپن کشوری است که به طور تقریبا کاملی تبدیل به مصرف کننده سوخت های بدون سرب شده است . در اروپا نیز از سال 1980 اقداماتی در این زمینه صورت گرفت MMT گاهی اوقات به عنوان یک ماده ضد کوبشی ، به بنزین های بدون سرب اضافه می شود البته نقش ان به عنوان ماده رسوب کننده ، که موجب گرفتگی مبدلهای کاتالیزوری مانیفولد خروجی می شود استفاده از ان را به غلظت های کم تر محدود ساخته است . توسعه استفاده از بنزین های بدون سرب دخالت دیگر روش ها را در تقویت عدد اکتان سوخت ها افزایش داد . از الکل و اترها به عنوان یک عامل بسیار عالی در افزایش ضد کوبشی سوخت ها بسیار معمول گشته است سرب موثرترین عنصر ضد کوبشی شناخته شده است . در تشکیل الکیل های سرب این عنصر پایدار و به صورت محلول در سوخت است . مکانیزم دقیقی که توسط انها الکیل های سرب ، کوبش را کنترل می کنند ، به طور کامل شناخته نشده است . به نظر می رسد که الکیل های سرب ، کوبش را کنترل می کنند ، به طور کامل شناخته نشده است . به نظر می رسد که الکیل ها قبل از این عمل ضد کوبشی خود را اعمال کنند متلاشی می شوند . مواد متلاشی شده , شامل اکسید سرب (pbo) به صورت بخار یا به صورت یک توده ابری (یک توده ذرات ریز معلق و پراکنده شده) از واکنش پیش سوزی زنجیره فرعی که منجر بخ خود اشتعالی مخلوط سوخت و هوا می شود ، جلوگیری می نماید بنابراین واکنش ها ، اهسته تر صورت می گیرد (ارام سوزی) ابلبته سرب اثر کمی روی اشتعال دو مرحله بعد از شعله سرد دارد . تترالکیل های سرب تجارتی موجود ضد کوبشی هستند که روی تترااتیل سرب ، تترامتیل سرب پایه گذاری شده اند شکل 40-3 اثر افزودن متوالی سرب را به بنزین در قالب تتراتیل سرب که با افزایش یکنواخت عدد اکتان همراه است نشان می دهد . افزودن 0.8 گرم سرب به هر لیتر بنزین به علت تغییرات موثر در ترکیب شیمیایی سوخت موجب بالا رفتن عدد اکتان تا 10 واحد در بنزین های امروزی می گردد تترامتیل سرب , در بسیاری از بنزین ها , تاثیر و سود بیشتری در بالا بردن عدد اکتان نسبت به تترااتیل سرب دارد به ویژه در بنزین های که ترکیبات اروماتیکی بالا و مقدار سولفور کمی دارند یکی از تاثر های بسیار با ارزش اضافه کردن تترامتیل سرب علاوه بر کوبش موتور تفکیک ترکیب سوخت در مانیفولد ورودی است . ترکیبات تشکیل دهنده بنزین با فراریت متفاوت در مانیفولد ورودی موتورهای چند سیلندر از هم جدا شده اجزا سنگین تر با تاخیر تبخیر می گردند . هنگامی که بنزین شامل الکیل سرب دریک موتور اشتعال جرقه ای میسوزد , محصولات ناشی از این احتراق قابلیت تبخیر و فراریت ندارند بنابراین به صورت رسوب روی دیوارهای محفظه احتراق و روی شمع قرار گرفته باعث رسوب گرفتگی الکترودهای شمع و فرسایش حرارتی سوپاپ تخیله می گردد بنابراین مواد ضد کوبشی تجارتی , شامل عوامل روبشی و پاک کننده هستند . این مواد پاک کننده ترکیباتی از اتیلن دی برومید و اتیلن دی کلرید هستند که اکسید سرب رسوب کرده را به صورت ترکیب برمید سرب تصعید کرده با گازهای خروجی از موتور خارج می کنند اهداف اصلی طراحی محفظه احتراق که بستگی به کارایی و الایندگی موتور دارند عبارتند از 1- فرایند احتراق سریعتر با تغییرات چرخه به چرخه کمتر در کل دامنه عملکرد موتور 2- بازده حجمی بالا در حالت باز بودن کامل دریچه گاز 3- ایجاد کم ترین افت گرمایی از دیوارهای محفظه احتراق 4- نیاز به عدد پایین تر برای سوخت روش های زیادی برای ایجاد احتراق سریع در موتورها جدید منظور شده است این روش ها شامل فشردگی بیشتر شکل محفظه احتراق ,قراردادن شمع در مرکز محفظه احتراق , استفاده از دو شمع برای جرقه زنی و افزایش حرکت گاز درون سیلندر با ایجاد حرکت گردابی در مرحله تنفس یا مراحل پایانی فرایند تراکم هستند فرایند سوختن سریع ,بدون این که اختلال زیادی در کیفیت احتراق ایجاد گردد قابلیت تحمل و عملکرد رضایت بخشی نسبت به استفاده از مقدار بیشتری EGR یا مخلوط های فقیرتر دارد طراحی محفظه احتراق سریع , تغییرات چرخه به چرخه کم تری را خواهد داشت توانایی عملکرد با مقدار بیشتری رقیق کننده در بار جزئی در حالی که مدت زمان سوختن کوتاه تر و تغییرات چرخه به چرخه کم تر شده است , اجازه استفاده از 20 درصد EGR یا بیشتر را ممکن می سازد ودر نتیجه بدون این که الایندها HC افزایش یابد کنترل بهتری برای انتشار NO و عملکرد موتور در حالت خیلی فقیر به وجود می اورد بازده نیز نسبت به موتورهای معمولی که باید مقدار کم تری از رقیق کننده کار کنند بهتر می گردد عوامل کنترل کننده احتراق عوامل موثر در فرایند توسعه و پیشرفت شعله عبارتند از : 1- مشخصه های هندسی : شکل محفظه احتراق و موقعیت قرار گیری شمع 2- مشخصه های جریان : سرعت متوسط ,شدت تلاطم (توربولانس) حالت و ترکیب مخلوط نسوخته : سوخت , نسبت هم ارزی , کسر گاز سوخته , دما و فشار مخلوط منابع : 1 - کتاب اصول موتورهای اشتعال جرقه ای (مهندس ارش محبی) 2- مجموعه زیادی از سایتهای اینترنت لاتین (گرداوری عکسها) گرداوری این مقاله : موسی الرضا سعدی استاد : مهندس مجید سالاری

[TD="class: style1"] [/TD]

 

[tazeha]

حتراق در موتورهای اشتعال جرقه ای (بخش چهارم)

حتراق در موتورهای اشتعال جرقه ای (بخش چهارم) پیستون های با تاج پیاله ای شکل (BOWL-IN-PISTON) در نقطه مرگ بالا و شرایط یکسان , نسبت به پیستون با سطح صاف (DISE) مساحت سطح شعله ای در حدود 30 تا 45 درصد بیشتر دارند ازمایش ها نشان می دهد که در یک محفظه پیاله ای شکل تغییر موقعیت قرارگیری شمع از حالت کناری به مرکزی اوج مساحت شعله را 150 درصد افزایش داده است برای محفظه های نیمه کروی و باز , مقدار افزایش با همین تغییر موقعیت شمع به ترتیب 75 تا 90 درصد بوده است در محفظه های با حالت اشتعال کناری (SIDE-IGNITION) با افزایش شعاع شعله , مساحت شعله ابتدا به طور اهسته افزایش می یابد سپس تقریبا ثابت مانده دوباره به اهستگی تا صفر کاهش می یابد در مقابل در محفظه هایی با اشتعال مرکزی (CENTER- IGNITION) با افزایش شعاع شعله مساحت شعله در طی قسمت اصلی از پیشروی خود به مقدار اوج افزایش یافته سپس با برخورد شعله به دیوارهای محفظه احتراق سریعا کاهش می یابد . قرار گیری موقعیت شمع در مرکز محفظه احتراق , اثر بیشتری نسبت به فشرده سازی شکل محفظه احتراق (اگر چه این نیز یک اثر مثبت محسوب می گردد ) روی مساحت جبهه شعله دارد شکل 22-5 دیاگرام موقعیت شعله و منجنی فشار سیلندر را برای موقعیت های متفاوتی از قرارگیری یک یا دو شمع در درون محفظه احتراق نشان می دهد هم چنان که از اختلاف فاصله پیشروی شعله در حالتهای مختلف انتظار می رفت , تفاوت های بزرگی در زمان های سوختن , اشکارا قابل مشاهده است اثر مشخصه های هندسی محفظه احتراق , بر روی نرخ سوختن در شکل 23-5 بررسی شده است مشخصه های احتراق ده نوع متفاوت محفظه احتراق در شرایط عملکردی بار جزئی ثابت , با هم مقایسه شده جدا شده اند . فازهای تولید و پیشرفت شعله به صورت 0تا10 درصد و 10 تا 90 درصد کسر جرم سوخته شده جدا شده اند . هندسه محفظه احتراق بیشترین تاثیر را روی 10 تا 90 درصد زمان سوختن دارد و اثر ان روی 0 تا 10 درصد زمان سوختن با ان که قابل ملاحضه است ولی اساسا کم تر است برای هر شکلی از محفظه احتراق با بهینه سازی و تغییر دادن موقیعت قرار گیری شمع از بدترین حالت به بهترین حالت ان , مدت زمان کل سوختن بین 20 تا 30 درصد کاهش می یابد . در مقایسه بین بدترین و بهترین شکل محفظه احتراق در حالت ثابت بودن موقعیت قرار گیری شمع , زمان کلی سوختن در حدود 10 درصد کاهش نشان می دهد فرایند احتراق سریع تر به طور اولیه از شدت توربولانس بالاتر ناشی می گردد البته این موضوع را نیز باید مورد توجه قرار داد که در شرایط عملکرد یکسان علی رغم نرخ سوختن سریع تر ،بازده تبدیل سوخت محفظه هایی با تلاطم بالا ، می تواند کمتر از بازده تبدیل سوخت محفظه های معمولی باشد علت این امر بالابودن سرعت حرکت گازهای سوخته درون سیلندر در حالت تلاطم زیاد و به تبع ان انتقال حرارت بیشتر از گازها به دیواره های محفظه احتراق است ازمایش نشان داده است که با دو برابر شدن سرعت سرعت مخلوط مدت زمان های 0تا10 و 10 تا 90 درصد سوختن ، حدود یک سوم کاهش می یابند . در حالتی که بازده تبدیل سوخت اندیکه به علت افزایش 15 درصدی انتقال حرارت حدود 6 درصد کاهش یافته است افزایش توربولانس همچنین احتمال کوبش را کاهش میدهد زیرا احتراق عادی در حالت حرکت گردابی به قدری سریع انجام می گیرد که گاز انتهایی فرصتی برای اشتعال خود به خودی ندارد و توسط احتراق عادی احاطه شده می سوزد با احتراق سریع بهینه ترین زمان جرقه زنی به نقطه مرگ بالا نزدیک تر است . بنابراین دما و فشار مخلوط در زمان جرقه زنی بالاتر است و در نتیجه سرعت شعله در مراحل اولیه احتراق بیشتر خواهد شد . این امر همراه با تلاطم بالاتر که از مشخصه های اصلی احتراق سریع است ، باعث توسعه سریع تر هسته شعله می شود . رشد اولیه سریع تر شعله تغییرات کم تری را برای حرکت مرکز شعله در طی فاز بحرانی توسعه شعله به همراه خواهد داشت . بنابراین تغییرات مشخصه های هندسی برخورد جبهه شعله با دیوارهای محفظه احتراق نیز کم تر خواهد شد همچنین فرایند سوختن سریع تر ،باعث پایان یافتن زودتر کورس انبساط می گردد . بنابراین به مقدار زیادی مشکلات چرخه هایی را که در شرایط عادی و مخلوط های رقیق اهسته می سوختند ، چرخه هایی را که جزئی می سوختند ، و حتی چرخه هایی با عدم احتراق (به علت خاموش شدگی فرایند احتراق در طی افت دما در انتهای کورس انبساط ) را رفع نموده است عومال کنترل کننده کارایی : بازده حجمی : شکل محفظه احتراق محدودیت هایی که برای ماکزیمم اندازه سوپاپ وجود دارد وهمچنین از طریق شدت حرکت گردابی که محفظه و مجاری فرعی مانیفولد برای رسیدن به احتراق مطلوب به وجود می اورند ، روی بازده حجمی موتور تاثیر گذار است . برای حصول ماکزیمم کارایی و کاهش افت های پمپاز ، انداز سر سوپاپ ها ، تا حد امکان باید بزرگ باشند . اندازه مناسب سوپاپها بستگی به طراحی سریلندر دارد . جدول 5-2 ماکزیمم اندازه سوپاپ هایی را که میتوانند برای شکل های معمولی محفظه احتراق مناسب باشد( شکل 21-5 ) بیان می نماید . سرعت متوسط پیستون در توان مازیمم ، بیان کننده مقداری از جریان هوای ماکزیممی است که هر موتور می تواند پمپاز نماید . مسلما طرح های دو سوپاپه به طوری که ساق های سوپاپ به صورت مایل در سرسیلندر قرار گرفته اند ، اساسا جریان هوای ماکزیمم بیشتری را امکان پذیر می سازد . طراحی چهار سوپاپه از نوع pent roof که ساق سوپاپ ها نیز مایل قرار گرفته اند ، بهترین نوع طراحی در مقایسه با سایر شکل ها است حرکت گردابی فقط در شرایط باز بودن جزئی دریچه گاز ، هنگامی که پیشرفت نرخ سوختن حالت بحرانی دارد ، مورد نیاز است و معمولا در شرایط باز بودن کامل دریچه گاز نیازی به تولید ان نیست . از ای رو ، سیستم های ورود مخلوط با یک مجرای جداگانه برای حالت باز بودن جزئی دریچه گاز که تولید حرکت گردابی می نماید ، انتخاب مناسبی است . البته بازده حجمی بالایی که در استفاده از این روش به دست می اید ، توسط هزینه بالایاین روش ، به خاطر پیچیدگی مجرای فرعی و مانیفولد و وجود دریچه های گاز جداگانه برای کنترل جریان در هر مجرا کم رنگ تر می گردد در طی کورس تراکم با بالا رفتن پیستون ، حرکت گردابی در محفظه احتراقی که تاج پیستون انها پیاله ای شکل است ، با کاهش مقدار اینرسی مخلوط درون سیلندر و در نتیجه افزایش سرعت زاویه ای ان می تواند تقویت شود . مزیتی که در اینجا وجود دارد این است که با وجود تقویت حرکت گردابی در کورس تراکم ، می توان سطوح تولید حرکت گردابی را در حین فرایند تنفس کم تر لحاظ نمود . همچنین با طراحی مناسب محفظه احتراق ، حرکت گردابی می تواند توسط حرکت چلانشی (squish) در انتهای کورس تراکم تولید شود . حرکت چلانشی به حرکت شعاعی گازهای درون سیلندر به طرف داخل حفره تاج پیستون در انتهای کورس تراکم گفته می شود (جریان از هر طرف به داخل حفره ریخته می شود ) . مزیت این روش این است که چون دیگر نیازی به تولید حرکت گردابی در فرایند تنفس نیست ، بازده حجمی بالاتری وجود خواهد داشت . البته مشخصه های هندسی سرسیلندر که به منظور تولید و تقویت حرکت گردابی منظور شده اند ، باعث عمودی قرار گرفتن ساق سوپاپ ها می شود که این امر موجب می گردد تا اندازه سر سوپاپ ها کوچک تر شود و بنابراین جریان مخلوط محدود گردد همچنین سرسیلندر هایی که به منظور تولید حرکت گردابی در کورس تراکم طراحی می شوند ، دارای مساحت سطح بزرگ تری نسبت به طرح های محفظه احتراق باز هستند و بنابراین به طور قابل توجهی افت های گرمایی بالاتری خواهند داشت عدد اکتان مورد نیاز یک موتور ، کم ترین عدد اکتان سوخت است اوانس جرقه باعث افزایش عدد اکتان مورد نیاز موتور می گردد ازمایش درباره چند خودرو معمولی نشان می دهد که اوانس 4 درجه ای اکتان سوخت مورد نیاز را 6 واحد بالا برده است سوخت هایی که حساسیت کمی دارند قادرند شرایط سخت تری را از کارکرد موتور تحمل کنند و دچار کوبش نشوند با افزایش سرعت موتور در سوخت هایی با حساسیت کم می توان برای برقراری حالت MBT براحتی اوانس جرقه را افزایش داد ولی درسوخت هایی که حساسیت بالایی دارند امکان افزایش بیش از حد اوانس جرقه وجود ندارد موقعیت شمع در درون محفظه احتراق نیز عامل موثری دراکتان مورد نیاز است . قرار گرفتن شمع درست در مرکز محفظه احتراق کوتاهترین مسیر تا دیوارهای محفظه است و زمان بین جرقه شمع تا رسیدن شعله به محل گاز انتهایی را کاهش میدهد در نتیجه عدد اکتان مورد نیاز نیز کاهش می یابد منابع : 1 - کتاب اصول موتورهای اشتعال جرقه ای (مهندس ارش محبی) 2- مجموعه زیادی از سایتهای اینترنت لاتین (گرداوری عکسها) گرداوری این مقاله : موسی الرضا سعدی استاد : مهندس مجید سالاری

[TD="class: style1"] [/TD]

 

[tazeha]

موتور اتومبيل

موتور اتومبيل
​

متعلقات موتور اتومبيل
1- پیستون موتور : پیستون قطعه استوانه شکلی است که در داخل سیلندر حرکت رفت و برگشت
دارد و زمانهای موتو ر را به وجود می اورد ضمنا نیروهای تراکمی و انبساط ناشی از احتراق را
تحمل می کند
2- شاتون موتور : شاتون موتور اهرمی است که به پیستون موتور و میل لنگ متصل بوده , باعث
تبدیل شدن نیروی خطی پیستون به نیروی چرخشی میل لنگ می گردد
3-سیلندر موتور : استوانه ای است تو خالی که از بالا به وسیله سرسیلندر مسدود شده و از
طرف پایین با حرکت پیستون حجم ان مرتبا تغییر می کند
4- میل لنگ موتو ر میل لنگ یا محور موتور میله ای است که کار انجام شده در روی پیستون را به
صورت گشتاور و دور دریافت نموده قدرت را به سیستم انتقال قدرت ارسال می کند
5- شمع موتور شمع موتور وسیله ای است متشک از دو الکترود و بدنه سرامیکی که بر اثر ولتاژ
زیاد ایجاد شده و به وسیله کویل در زمان مناسب طراحی شده ایجاد جرقه می نماید و مخلوط
متراکم شده سوخت را منفجر می کند
6-سوپاپ موتور قطعه فلزی است قارچی شکل که در روی دریچه های ورودی و خروجی سرسیلندر
قرار گرفته است و در زمانهای کار موتور با باز و بسته شدن خود نقش متفاوتی را ایفا می کند

7- سرسیلندر موتور سرسیلندر قطعه ای است که به عنوان درپوش در بالای بدنه سیلندر بسته
می شود تا محفظه احتراق را به وجود اورد معمولا در روی سرسیلندر جای شمع و جای سوپاپ و
غیره قرار دارد
8- راهنمای سوپاپ یا گیت موتور استوانه ای که سوپاپ در ان حرکت کرده , به علت داشتن لقی
مجاز, حرکت سوپاپ را کنترل می کند
9-مجاری اب موتور محفظه های عبور اب در اطراف سیلندر و سرسیلندر می باشد که اب در ان
گردش کرده , گرمای بیش از اندازه موتور را به رادیاتور انتقال می دهد

10 – مانتیفولد موتور لوله های انتقال دهنده ای است که سوخت را به موتور وارد یا دودهای حاصل
از احتراق را به فضای ازاد هدایت می کند
11- تایپیت موتور استوانه ای است که در زیر ساق سوپاپ و یا میل تایپیت قرار دارد و سوپاپ را از
محل نشست خود بلند می کند و حرکت خود را از بادامک میل سوپاپ می گیرد
12- میل سوپاپ موتور محوری است که حرکت خود را از میل لنگ می گیرد و دارای بادامکهای است
که به تایپیت حرکت رفت و برگشتی میدهد به علاوه استوانه خارج از مرکزی دارد که پمپ بنزین را
به کار می اندازد و نیز دارای دندانه محرک اویل پمپ و دلکو می باشد
13- فلایویل یا چرخ طیار موتور قطعه نسبتا سنگینی است که به انتها میل لنگ بسته شده که جهت
ذخیره انرژی تولید شده در موتور و بازپس دهی ان در زمان مورد نیاز به کار می رود
14-بادامک موتور قطعه ای است بادام شکل که در روی محور میل سوپاپ ساخته شده و حرکت
دورانی محور را به حرکت خطی قطعه دیگری که با ان درگیر است میسر می کند
15- فنر سوپاپ موتور وسیله ای است که در موارد لزوم سوپاپ را می بندد
16 – اسبک موتور وسیله ای است که در موارد لزوم سوپاپ را باز می کند
17 – کاربراتور موتور کاربراتور دستگاهی است که در ان سوخت موتور با نسبت معینی و در شرایط
مختلف کارکرد موتور اماده می شود
18 – دلکو موتور دستگاهی است که برق فشار قوی را در زمان لازم بین شمعها تقسیم می کند
19- ***** روغن موتور وسیله ای است که ناخالصیهای شناور در روغن را جذب می کند
20-پمپ روغن دستگاهی است که روغن را با فشار معین به قسمتهای محرک موتور می رساند
21- موتور استارت دستگاه الکتریکی است که برای راه اندازی موتور به کار می رود
22- میله اندازه گیر روغن موتور وسیله ای است که سطح روغن را در کارتل به وسیله ان مشاهده
می کنند
23 – وایرهای فشار قوی در موتور وسایلی هستند که برق فشار قوی را از دلکو به سر شمعها
می رسانند
24 – دینام موتور دستگاهی است که بنزین را از باک به کاربراتور انتقال می دهد
25-پمپ بنزین موتور دستگاهی است که بنزین را از باک به کاربراتور انتقال می دهد
26- ترموستات موتور دستگاهی است که در مدار خروجی اب موتور قرار گرفته , درجه حرارت
اب موتور را کنترل و در حد معینی ثابت نگاه می دارد
27- واتر پمپ موتور دستگاهی است که اب را بین موتور و رادیاتور به گردش در می اورد
28 – پروانه موتور قطعه ای است که هوای محیط خارج را از لابلای پره های رادیاتور مکیده , اب
را خنک می کند

طرز کار موتور(چهار عمل اصلی در موتور)

چرخه کار موتور
اعمال یا رویدادهایی که در موتور شمع دار انجام می شود به چهار بخش یا حرکت پیستون
تقسیم میشود این حرکتها عبارتند از مکش تراکم انبساط و تخلیه هر حرکت از نقطه مرگ بالایی
به پایینی است در موتورهای چهار زمانه یک چرخه کامل از رویداد ها در سیلندر مستلزم دو
دور چرخش کامل میل لنگ است

زمان مکش : در حین حرکت مکش در موتور شمع دار سوپاپ بنزین (هوا) باز می شود و پیستون
به طرف پایین حرکت میکند در نتیجه در بالای پیستون خلا جزئی ایجاد می شود فشار جو مخلوط هوا
سوخت را از طریق دریچه بنزین به درون سیلندر سرازیر میکند وقتی پیستون از نقطه مرگ
پایینی میگذرد سوپاپ بنزین بسته می شود در نتیجه بخش بالایی سیلندر درزبندی می شود

زمان تراکم :پس از عبور پیستون از نقطه مرگ پایینی حرکت رو به بالای ان اغاز می شود و هر
دو سوپاپ بسته می شوند پیستونی که بسمت بالا می رود مخلوط هوا – سوخت را متراکم
می کند وان را به فضای کوچکتری بین سطح بالایی پیستون و سرسیلندر محدود می سازد این
فضا را محفظه احتراق می نامند در موتورهای شمع دار معمولا مخلوط هوا وسوخت چنان متراکم
می شود که حجم ان به یک هشتم حجم اولیه یا کمتر برسد میزان تراکم مخلوط هوا و سوخت
را نسبت تراکم می نامند نسبت تراکم بین حجم اولیه به نسبت مخلوط ثانویه را نسبت تراکم گویند
اگر حجم مخلوط پس از تراکم به یک هشتم حجم اولیه برسد ان گاه نسبت تراکم 8 به 1 خواهد شد

زمان انبساط :وقتی در پایان حرکت تراکم پیستون به نقطه مرگ بالایی می رسد شمع جرقه
می زندگرمای حاصل از جرقه شمع مخلوط هوا – سوخت متراکم را مشتعل می سازد این مخلوط
به سرعت میسوزد و دمای زیادی تا حدود 2500 درجه سانتیگراد تولید می شود و همین افزایش
فشار پیستون راپایین می راند شاتون این نیرو را به میل لنگ انتقال می دهد و میل لنگ میچرخد
تا چرخهای خودرو را بچرخاند

زمان تخلیه: وقتی در حرکت انبساط پیستون به نقطه مرگ پایینی نزذیک می شود سوپاپ دود باز
میشود پیستون پس از عبور از نقطه مرگ پایینی دوباره بالا می رود گازهای حاصل از احتراق از
دریچه دود خارج می شوند وقتی پیستون به نقطه مرگ بالای نزدیک می شود سوپاپ بنزین باز
می شود وقتی پیستون از نقطه مرگ بالایی می گذرد و حرکت به طرف پایین را اغاز میکند
سوپاپ دود بسته می شود و حرکت مکش دیگری اغاز می شود و کل چرخه – مکش-تراکم –
انبساط و تخلیه تکرار می شود تا وفتی موتور روشن است این اعمال همه سیلندر ها تکرار
می شوند

منبع : تکنولوژی مولدهای قدرت (مهندس محمد محمدی بوساری)
www.khodroha.com

 

[tazeha]

سرسیلندر

سرسیلندر
​

تعریف : سرسیلندر در پوشی است که با بلوک سیلندر تشکیل اطاق احتراق را می دهد و شکل ان
تابع ساختمان سیلندر بوده و چنانچه از نوع خنک کننده با اب باشد دارای مجاری اب و در غیر این
صورت دارای شیارهای خنک کننده با هوا می باشد سرسیلندر با پیچ و مهره به بلوک سیلندر متصل
می شود در کف سرسیلندر به تعداد سیلندر ها گودی وجود دارد بنام اطاق احتراق روی سرسیلندر
داخل هر اطاق احتراق سوراخی برای قرار دادن شمع وجود دارد

متعلقات سرسیلندر
الف : محل بسته شدن شمع در سرسیلندر است و بسته به ساختمان سرسیلندر در سطح جانبی یا
فوقانی ان قرار دارد ب: در صورت قرار گرفتن سوپاپها در سرسیلندر قطعات تشکیل دهنده مکانیزم
سوپاپ ها از قبیل اسبکها و گیتهای سوپاپ و سیت سوپاپ و میل سوپاپ (موتورهای میل سوپاپ رو )
فنرها و غیره که همگی در محلهای مخصوص خود در سرسیلندر بسته می شود ج: کانالها و
مجاری اب و روغن د: محل های عبور میل تایپت ه : مانیفولد ها (لوله های که سوخت را
به داخل سیلندر وارد کرده و پنجه اگزوز که دود و مواد حاصل از احتراق را از سیلندر خارج می کند
و : محل بستن ترموستات

جنس سرسیلندر
جنس سرسیلندر از الیاژهای اهن (چدن دندانه ریز) یا الیاژهای الومینیوم بدو صورت ریختگی یا تزریقی
در داخل قالبهای بخصوص ساخته می شود
سرسیلندر معمولا یکپارچه و یا اگر طول موتور زیاد و یا سنگین باشد چند تکه ریخته شده و سپس
سطوح لازم را تراشیده و صیقل داده و بشکل مورد نظر در می اورد

انواع سر سیلندر
سرسیلندر بسته بترتیب و نوع قرار گرفتن سوپاپها بطور کلی به چهار دسته تقسیم می شود
1- ای هد I 2- اف هد F 3- تی هد T 4- ال هد L
شکل قرار گرفتن سوپاپ در سرسیلندر های ای هد یا خطی یک ردیفه یا دو ردیفه است بعضی
سرسیلندرها فاقد محل عبور سوپاپ می باشد مثل تی هد و ال هد

باز و بستن سرسیلندر
یکی از قطعات که باز و بستن ان بسیار مهم می باشد و باید کمال دقت را در این امر مبذول داشت
باز بستن غلظ سرسیلندر باعث ایجاد عیوب از جمله تاب دیدگی و یا سوختن مرتب واشر سیلندر
می گردد
نکات زیر در باز و بستن سرسیلندر بسیار مهم است
1- هیچگاه و در هیچ مورد سرسیلندر را در موقعی که موتور گرم است باز نکنید (خیلی مهم)
2- بست باطری را باز می کنیم (این امر در هر موقعیکه خواستیم گیربکس یا موتور یا قطعات
دیگر مانند استارت دینام و غیره را باز کنیم الزامی است )
3- اب موتور را خالی می کنیم
4- در صورت باز کردن رادیاتور محوطه عمل وسیعتر می شود
5- کلیه اتصالات لوله های اب رادیاتور –ترموستات و لوله های بخاری را باز می کنیم
6- اتصالات الکتریکی از قبیل سیم درجه اب و وایراهای شمع را باز می کنیم
7- کلیه شمع ها را باز می کنیم
8- بست گلویی اگزوز را باز کرده و از اتصال خارج می کنیم
9- کلیه سیم ها و لوله های مربوط به کاربراتور را باز کرده و علامت گذاری می کنیم
10- کاربراتور را باز کرده
11- درب قالپاق سوپاپ را باز می کنیم
12- در صورتیکه اسبک ها و پایه های ان مانع باز کردن پیچ های سرسیلندر باشد انها را نیز باز کرده
13- میل تایپت ها را بر می داریم
14- با اچار بکس مناسب و دسته بکس با کمک رابط و به روشهای زیر پیچها را ابتدا دو رزوه شل
و سپس باز می کنیم
15- باید دقت کرد که مقدار گشتاور(مقدار وارد بر پیچ) در سفت کردن مطابق با مقدار کاتالوگ
ماشین مورد نظر باشد مقدار گشتاور را باید از کاتالوگ بدست اورد در صورت نداشتن کاتالوگ
قبل از باز کردن و شل کردن پیچ های سرسیلندر می توان توسط اچار ترکمتر مقدار گشتاور را
بدست اورد بدین منظور اچار ترکمتر را با بکس مناسب بر روی گل پیچ قرارداده و بسمت سفت
شدن به دسته ترکمتر به ارامی فشار می اوریم و تا حدی این فشار را ادامه می دهیم تا پیچ در
جای خود حرکت نکند این عمل را با پیچهای دیگر تکرار کرده میانگین عدد نشان داده شده توسط
ترکمتر محاسبه و بعنوان مقدار گشتاور پیچ های سرسیلندر موتور مورد نظر در موقع سفت کردن
پیچها استفاده می کنیم
عیوب سرسیلندر
سرسیلندر بطور کلی عیوب زیر را پیدا می کند 1- ترک خوردگی 2- تاب دیدگی 3- کربن گرفتن
4- گشاد کردن گیت سوپاپ , سوختن و خرابی سیت سوپاپ

1- ترک خوردگی : در صورت یخ زدن شدید اب در سرسیلندر و یا زمانی که در حین تعمیر در اثر
بی احتیاطی ضربه شدید به ان وارد اید علاج این امر الف : اگر ترک بسیار مویی و ریز باشد
(واندربل و واندرسیل ) را از طریق رادیاتور داخل سیستم خنک کننده پس از برداشتن ترموستات
میریزند تا ضمن چرخش اب داخل ترک ها نفوذ کرده و ترک ها را می گیرد
ب : تعمیر بوسیله دوختن ج: بوسیله جوش دادن

2- تاب دیده گی : علل تاب برداشتن سرسیلندر الف : باز و بستن غلط سرسیلندر ب: در موقع
گرم بودن سرسیلندر ان را باز کردن ج : نامیزان بستن پیچهای سرسیلندر د : سوختن واشر
سرسیلندر ه: گرم شدن بیش از حد ر
علائم تاب دیده گی سرسیلندر : الف : سوختن مرتب واشر سرسیلندر ب: موتور دیر روشن شده
و بد کار می کند ج: کمپرس داخل کربراتور و اگزوز و کارتر و رادیاتور می گردد د: گرم کردن زیاد
موتور ه: مخلوط شدن اب و روغن ز: اب سوزی (خارج شدن بخار اب از اگزوز) ر : کمی کمپرس

ازمایشات تاب دیدگی سرسیلندر : سرسیلندر را پس از باز کردن کاملا شستشو داده و سطح
سرسیلندر را با شابر کاملا تمیز کرده و قطعات باقیمانده از واشر و یا ذرات را کاملا پاک می کنیم
طریقه ازمایش 1- بوسیله سنگ مرع و فیلر 0.20 میلیمتر 2- ازمایش با خط کش فلزی و فیلر :
3- ازمایش با پودر سرنج

3- کربن گرفتن سرسیلندر (اطاق احتراق) : در اثر احتراق مخلوط هوا و بنزین در داخل سیلندر
به مرور مقداری دود در اطاق احتراق چمع شده که می تواند کاملا در کار موتور موثر واقع شود
این دوده علاوه بر اینکه حجم اطاق احتراق را کوچک ساخته نسبت تراکم را در موتور بالا می برد
که خود باعث احتراق زود رس در موتور می شود سرخ شدن کربن در زمان احتراق چه در الکترود
های شمع و چه در نقاط گرم دیگر مانند سطح نعلبکی سوپاپها و سطح بالای پیستون باعث ایجاد
احتراق های نابه هنگام می گردد
بنابراین از علائم زیاد شدن کربن در اطاق احتراق می توان انفجار خود سوزی و بالا رفتن کمپرس
موتور را نام برد موتورهایی که بعد از بستن سوئیچ جرقه بگردش خود ادامه می دهند چنانچه
خودسوزی در اثر گرم بودن بیش از حد الکترودها و یا حرارت بیش از حد سرسیلندر بعلت گرفتگی
مجاری اب و یا ضعیف شدن سیستم خنک کننده یا تنظیم نبودن جرقه می تواند در اثر ازدیاد دوده
در اطاق احتراق باشد
انفجار موتور را اکثرا در هنگام باز بودن دریچه گاز قبل از اینکه موتور زیر بار برود شنیده می شود
کارخانجات سازنده موتور معمولا کیلومتر معینی را برای کربن گیری و یا تعمیرات سرسیلندر
تعیین می کنند ولی گاهی عیوبی در موتور پیش می اید که فواصل کربن گیری را نزدیکتر
می سازد از جمله : روغن سوزی – کم شدن کمپرس موتور – گرفتگی در لوله اگزوز – اشتباه جا
انداختن زنجیر دنده میل لنگ و میل سوپاپ - گرفتگی در هواکش کارتر و سرد کار کردن موتور
- گرفتگی در هواکش کاربراتور – کار نکردن صافی هواکش – غنی بودن مخلوط بعلت عدم
تنظیم درست کاربراتور – اشتباه بودن زمان جرقه – ضعیف بودن جرقه در شمع

واشر سرسیلندر​

واشری است از جنس نسوز که مابین بلوک و سرسیلندر قرار گرفته و واشر سر سیلندر عمل
اب بندی کمپرس را انجام می دهد کلفتی این واشر در اطراف اطاق احتراق بیشتر است

جنس واشر سرسیلندر : از ورقه های فلز نرم یا پنبه نسوز و فلز نرم ساخته می شود واشر
سرسیلندر انواع مختلف دارد یک لایه که از الیاژ الومینیوم و کرم دو لایه از فلزات نرم و پنبه نسوز
سه لایه که از لایه های مسی بخاطر نرمی ان و بهتر شدن عمل اب بندی مقوا یا پنبه نسوز جهت
مقاومت در مقابل حرارت زیاد و لایه فولادی جهت مقاومت زیادتر در مقابل فشار و حرارت . پنبه نسوز
یا اسبست یک ماده معدنی است که نقطه ذوب ان 1550 درجه سانتیگراد است یک واشر سرسیلندر
یکبار مصرف است و زمانی که بسته شد بعد از باز کردن سرسیلندر دیگر قابل استفاده نخواهد بود
لذا قبل از تعویض واشر سرسیلندر حتما سرسیلندر را از لحاظ تاب دیدگی باید ازمایش کرد ضمنا
سطح سرسیلندر نباید ناصاف باشد
عیوب واشر سر سیلندر : واشر سر سیلندر ممکن است بسوزد یا نیم سوز شود
علل سوختگی واشر سرسیلندر عبارتند از : 1- تاب داشتن سرسیلندر 2- ترکیدن سرسیلندر
3- شل بودن پیچهای سرسیلندر 4- گرم کردن بیش از اندازه موتور 5- نامیزان بستن پیچهای ان
علائم سوختگی واشر سر سیلندر : 1- خارج شدن اب از اگزوز 2- گرم کردن موتور 3- ورود کمپرس
در داخل رادیاتور (جوش کاذب) 4- کمی کشش موتور 5- قاطی کردن اب و روغن – دیر روشن
شدن موتور توجه : اگر بخار در حالت گرم بودن موتور از اگزوز خارج شود دلیل بر سوختن یا نیم
سوز بودن (ترسیدگی) واشر سرسیلندر است
نکته مهم : در موتورهای که دارای بوش تر هستند در صورتیکه عیبی از عیوب سرسیلندر یا واشر
سرسیلندر باشد که فقط در این حالت باز کردن سرسیلندر کافی است باید پس از باز کردن کلیه
پیچهای سرسیلندر همه پیچها را بجز دو پیچ سرسیلندر را خارج می کنیم و سپس سرسیلندر را
چند بار به چپ و راست در سر جای خود حرکت داده تا اگر احتمالا بوش پیستون با سیلندر درگیری
داشته باشد با این حرکت از درگیری خارج شود چون اگر این عمل را انجام ندهیم و سرسیلندر را
برداریم امکان دارد بوش پیستون مقداری با سرسیلندر به سمت بالا حرکت کرده و باعث خرابی و از
اببندی خارج شدن واشر اببندی بوش پیستون بگردد در صورت عدم توجه به این نکته امکان دارد
پس از بستن سرسیلندر و روشن کردن موتور اب و روغن مخلوط شده در نتیجه بازکردن موتور و
تعویض کلیه واشرها مورد لزوم باشد
توجه : پس از بستن سرسیلندر و سفت کردن پیچهای سرسیلندر توسط ترکمتر بدون اینکه اب در
داخل موتور باشد موتور را روشن کرده و قبل از گرم شدن موتور ان را خاموش می کنیم سپس با اچار
ترکمتر سفت بودن پیچها را کنترل می کنیم
نکاتی در مورد تعویض واشر سرسیلندر : برای جاگذاری واشر سرسیلندر از هیچ گونه مواد خارجی
مانند گریس یا چسب استفاده نمی کنید
توجه : علامت (TOP) روی واشر سرسیلندر در موقع بستن باید به سمت بالا بوده و در صورت نبودن
علامت با منطبق کردن واشر با بلوک می توان به جهت واشر سرسیلندر پی برد در ضمن سمت مسی
واشر سر سیلندر بی به سمت پایین و روی بلوک سیلندر قرار بگیرد

منبع : اتومکانیک به زبان ساده ( مهندس احمد امیر تیموری)
www.khodroha.com

 

[tazeha]

موتورهاي هيدروژني

موتورهاي هيدروژني


خصوصيات احتراقي هيدروژن
• محدوده وسيع قابليت احتراق
• انرژي مشتعل شدن كم
• ضخامت كم لايه خاموش شدن(quench )
• دماي خودسوزي بالا (اكتان زياد )
• سرعت سوختن زياد در نسبت استوكيو متريك
• ضريب پخش زياد
• چگالي خيلي كم
محدوده وسيع قابليت اشتعال
n هيدروژن در مقايسه با ديگر سوخت ها محدوده وسيعي در قابليت اشتعال دارد . يعني موتور ميتواند در نسبت هاي مختلفي از مخلوطهاي هوا به سوخت كار كند. يك مزيت مهم آن اين است كه هيدرژن مي تواند در يك مخلوط رقيق هم روشن باشد. اين همان علت آن ست كه موتور هيدروژني واقعا به آساني روشن مي شود.هيدروژن از نسبت 34:1 تا 180:1 مي تواند كار كند.
انرژي مشتعل شدن كم
n هيدروژن انرژي مشتعل شدن كمي دارد. ميزان انرژي مورد احتياج براي مشتعل شدن هيدروژن حدودا يك مرتبه بزرگي كمتر از بنزين است. اين موتور هيدروژني را توانا مي كند تا در مخلوطهاي رقيق روشن شود و روشن شدن سريع را اطمينان دهد.
ضخامت كم لايه خاموش شدن(quench )
n هيدروژن ضخامت لايه خاموش شدن كمي دارد ،كمتر از بنزين. در نتيجه ، شعله هاي هيدروژن نسبت به سوخت هاي ديگر قبل از اينكه خاموش شوند به ديواره سيلندر نزديكتر مي شوند. بنابراين يك شعله هيدروژن سخت تر از بنزين خاموش مي شود.
دماي خودسوزي بالا (اكتان زياد )
n هيدروژن دماي خود سوزي نسبتا بالايي دارد. اين وقتي مخلوط سوخت و هوا فشرده مي شود معني خيلي مهمي دارد . در واقع ، دماي خود سوزي يك فاكتور مهم در تعيين نسبت تراكمي كه موتور ميتواند استفاده كند است ، چون ميزان بالا رفتن دما هنگام تراكم به نسبت تراكم مربوط مي شود.
سرعت سوختن زياد در نسبت استوكيو متريك
n تحت شرايط استوكيو متريك، سرعت سوختن هيدروژن تقريبا يك مرتبه بزرگي بزرگتر از بنزين است . اين به اين معني است كه موتورهاي هيدروژني به سيكل ايده آل ترموديناميكي نزديكتر هستند . در مخلوطهاي رقيق تر ، هر چند ، سرعت شعله به طور چشمگيري كم مي شود.
ضريب پخش زياد
n اين توانايي پراكنده شدن در هوا به طور قابل توجهي بزرگتر از بنزين است و اين مزيت است ، به دو دليل اصلي: اولا ، آن تشكيل مخلوط يكنواخت را آسان مي كند. ثانيا، اگر نشتي هيدروژن اتفاق بيفتد ، هيدروژن به سرعت پراكنده مي شود . از اين رو ، خطر انفجار مي تواند كم يا جلوگيري شود .
چگالي خيلي كم
n اين دو عيب را در موقعي كه در موتورهاي احتراق داخلي استفاده مي شود بوجود مي آيد: اولا ، حجم زيادي براي ذخيره سازي هيدروژن كافي نياز است تا به خودرو محدوده لازم حركت را بدهد. ثانيا ، چگالي انرژي مخلوط هيدروژن-هوا ، و بنابراين قدرت خروجي كم مي شود
نسبت هوا به سوخت
n محاسبات نشان مي دهد كه نسبت شيميايي يا استوكيو متريك هوا به سوخت براي احتراق كامل هيدروژن در هوا از نظر جرمي حدود 34:1 است . اين خيلي بزرگتر از نسبت هوا به سوخت بنزين ( 14.7:1) است.

n چون هيدروژن در شرايط معمولي گازي است ، از يك سوخت مايع فضاي بيشتري در اتاقك احتراق اشغال مي كند . در نتيجه فضاي كمتري از اتاقك احتراق مي تواند توسط هوا پر شود . در شرايط استوكيومتريك ، هيدروژن حدودا 30% فضاي اتاقك احتراق را مي گيرد. در مقايسه ، بنزين حدودا 1 تا 2 درصد است . شكل زير حجم هاي مختلف را براي اتاقك احتراق و انرژي را براي موتورهاي بنزيني و هيدروژني مقايسه مي كند.

n Phi=نسبت استوكيوكتريك / نسبت عملي
نسبت هوا به سوخت

مشكل احتراق پيش رس و راه حل آن
n مشكل اوليه كه در تكميل عملكرد موتورهاي هيدروژني با آن برخورد مي شود ، احتراق پيش رس است . اين مشكل در موتورهاي هيدروژني كه احتراق جرقه اي هستند بسيار بزرگتر از موتورهاي احتراق تراكمي هيدروژني است ، به دلايل : انرژي مشتعل شدن كم و محدوده وسيعتر قابليت اشتعال و كم بودن ضخامت لايه خاموش شدن هيدروژن .
n احتراق پيش رس وقتي اتفاق مي افتد كه مخلوط در اتاقك احتراق قبل از روشن شدن بوسيله شمع ، روشن شود . و روشن شدن سخت موتور را در يك بازدهي منفي منتج شود . شرايط بازگشت شعله به منيفولد ورودي ( backfire ) نيز ميتواند ايجاد شود ، اگر ، احتراق پيش رس نزديك سوپاپ ورودي اتفاق بيفتد و شعله حاصل در داخل سيستم مكش برگردد.
n يك تعداد از مطالعات در جهت تعيين علت احتراق پيش رس در موتورهاي هيدروژني بودهاند. بعضي از نتايج اشاره مي كنند كه احتراق پيش رس بوسيله نقاط داغ در اتاقك احتراق ناشي مي شود ، مثل روي يك شمع يا سوپاپ خروجي يا روي رسوبات كربن . مطالعات دوباره نشان داده اند كه برگشت شعله ميتواند وقتي كه حالت قيچي كردن سوپاپ هاست ( overlap) اتفاق بيفتد.
n همچنين اين باور است كه تفكافت (pyrolysis) ( تغيير شيميايي بوسيله حرارت ) روغن كه در اتاقك احتراق يا در درز هاي ، درست بالاي رينگ بالايي معلق مي شوند مي توانند به احتراق پيش رس كمك كنند. اين روغن تفكافت شده مي تواند از طريق دميدن از محفظه لنگ از طريق راهنماي وسوپاپ و يا از سيستم تهويه مثبت محفظه لنگ وارد اتاقك احتراق شود .
سيستم سوخت رساني
سيستم سوخت رساني هيدروژن مي تواند در سه نوع زير جدا شود: پاشش مركزي (كاربراتوري) ، پاشش در پشت سوپاپ ورودي و تزريق مستقيم.
n سيستم هاي سوخت رساني پاشش مركزي و پشت سوپاپ در هنگام كورس مكش مخلوط هوا ، سوخت را تشكيل مي دهند. در مورد پاشش مركزي يا كاربراتوري ، پاشش سوخت در ورودي مانيفولد هوا است. در مورد پاشش پشت سوپاپ ، آن در دريچه ورودي تزريق مي شود.
قدرت خروجي در دو نوع قبل 85% موتور بنزيني است.
n نوع تزريق مستقيم به سيلندر از نظر تكنولوژيكي پيچيده تر است و تشكيل مخلوط سوخت و هوا را داخل سيلندر احتراق بعد از اينكه سوپاپ ورود هوا بسته شده است انجام مي شود.
قدرت خروجي 115%موتور بنزيني است.
سيستم تزريق مستقيم
موتورهاي هيدروژني پيچيده تر از تزريق مستقيم به داخل سيلندر در هنگام كورس تراكم استفاده مي كنند . در تزريق مستقيم ، سوپاپ ورودي وقتي كه سوخت پاشيده مي شود بسته مي شود ، كاملا از احتراق پيش رس در مدت كورس مكش جلوگيري مي شود . در نتيجه ، حالت برگشت شعله به منيفولد گاز نمي تواند انجام شود. قدرت خروجي موتور هيدروژني با سيستم سوخت رساني تزريق مستقيم به محفظه احتراق 15%بيشتر از موتور بنزيني و 42% بيشتر از موتور هيدروژني كاربراتوري است.
سيستم تزريق مستقيم
تزريق مستقيم مشكل احتراق در منيفولد ورودي را حل مي كند، آن لزوما از احتراق پيش رس در اتاقك احتراق جلوگيري نمي كند. به علاوه، به خاطر زمان كم مخلوط شدن هوا و سوخت در موتور تزريق مستقيم ، مخلوط هوا و سوخت مي تواند نا همگن باشد (غير يكنواخت) . مطالعات نشان مي دهد كه اين مساله آلاينده ها را به سمت NOx بيشتر از سيستم هاي پاشش غير مستقيم هدايت مي كند. سيستم هاي تزريق مستقيم احتياج به فشار بالاي ريل سوخت نسبت به سيستم هاي ديگر دارند.

n نكته: شرايط احتراق پيش رس مي تواند بوسيله تكنيك هاي رقيق سازي حرارتي مثل گازهاي خروجي (EGR)و پاشش آب داخل بخار هيدروژن محدود شود.
طراحي موتور
n بيشترين تاثير بر روي احتراق پيش رس و knock را طراحي مجدد و مخصوص موتور هيدروژني دارد، مخصوصا اتاقك احتراق و سيستم خنك كاري موتور.
يك اتاقك احتراق به شكل ديسك يا استوانه اي مي تواند استفاده شود تا اغتشاش درون اتاقك را كاهش دهد. شكل ديسكي كمك مي شكند به توليد سرعت شعاعي و مماسي كم مخلوط و موقع تراكم حالت چرخشي را تقويت نمي كند.
n چون هيدرو كربورهاي نسوخته يك وابستگي به موتورهاي هيدروژني نيستند مي توان از نسبت قطر به كورس بزرگي استفاده كرد. جهت اصلاح سطح وسيعتر شده شعله و سرعت آن كه روي سطوح بزرگتر اتفاق مي افتد ، دو شمع نياز است . سيستم خنك كاري بايد طوري طراحي شود تا جريان يكنواخت به همه قسمت هايي كه نياز به خنك كاري دارند فراهم آورد.
به علاوه، اقداماتي براي كاهش احتمال احتراق پيش رس عبارتنداز:

n استفاده از دو سوپاپ خروجي كوچك به جاي يك سوپاپ بزرگ
n و نصب يك سيستم جارو كن محتويات سيلندر، كه يك وسيله جايگزين كردن گاز اگزوز در اتاقك احتراق با هواي تازه است.

سيستم هاي جرقه زني
n به علت انرژي احتراقي كم هيدروژن ، مشتعل كردن هيدروژن آسان است و سيستم جرقه زني بنزيني مي توان استفاده كرد. در نسبت هاي هوا به سوخت خيلي رقيق (130 تا 180 )سرعت شعله به طور قابل ملاحظه اي كم مي شود و استفاده از يك سيستم شمع دو تايي خوب است.
n سيستم هاي جرقه زني كه از جرقه زايع استفاده مي كنند نبايد براي موتورهاي هيدروژني استفاده شوند. زيرا براي موتورهاي هيدروژني ، جرقه هاي زايع يك منبع براي احتراق پيش رس هستند.
n شمعي كه براي موتور هيدروژني استفاده مي شود بايد شمع خنك باشد و نوك غير پلاتيني داشته باشد. شمع گرم براي اين است كه رسوبات كربن جمع نشود و از آن جايي كه هيدروژن حاوي كربن نيست شمع گرم نيز لازم نيست. البته گرم بودن شمع خود باعث احتراق پيش رس نيز مي شود. از شمع نوك پلاتيني نيز بايد پرهيز كرد زيرا پلاتين يك كاتاليست است ، كه باعث مي شود هيدروژن با هوا اكسيد شود.
تهويه محفظه لنگ
تهويه محفظه لنگ براي موتور هيدروژني از موتور بنزيني مهمتر است .
n به عنوان مثال با موتور بنزيني ، سوخت نسوخته مي تواند از رينگ هاي پيستون رسوخ كند و وارد محفظه لنگ شود. چون هيدروژن حد انرژي پايينتر از بنزين دارد ، هر هيدروژن نسوخته اي كه وارد محفظه لنگ مي شود شانس بيشتري براي احتراق دارد. از ذخيره شدن هيدروژن در محفظه لنگ بوسيله تهويه جلوگيري مي شود.
n احتراق داخل محفظه لنگ مي تواند فقط يك ارتعاش باشد با آتش سوزي موتور را منتج شود. وقتي كه هيدروژن درون محفظه لنگ مشتعل شود ، ناگهان فشار بالا مي رود . براي فرو نشاندن اين فشار، يك سوپاپ فشار شكن بايد روي در(پوشش) سوپاپ نصب شود. يك نمونه سوپاپ فشار شكن نصب شده در شكل زير نشان داده مي شود.

تهويه محفظه لنگ
n گازهاي اگزوز نيز مي تواند بوسيله رينگ هاي پيستون به داخل اتاقك احتراق رسوخ كند. چون خروجي هيدروژن بخار آب است ، آب مي تواند در محفظه لنگ تقطير شود، اگر يك تهويه مناسب وجود نداشته باشد ، مخلوط شدن آب در روغن محفظه لنگ توانايي روانكاري آن را كاهش مي دهد، و درجه فرسايش موتور بالا مي رود.
بازده حرارتي
همان طور كه مي دانيد بازده حرارتي سيكل اتو برابر معادله زير است:
η = 1-1/(r)^γ-1
n يعني به نسبت تراكم و نسبت گرماهاي ويژه بستگي دارد.

يك مخلوط هيدروژن رقيق نسبت به بنزين ميتواند تراكم بالاتري را تحمل كند و نسبت گرماهاي ويژه بالاتري از بنزين معمولي دارد.

آلاينده ها
H2+O2+N2=H2O+N2+NOx
n تنها آلاينده هيدروژن اكسيدهاي نيتروژن هستند.

همان طوري شكل نشان مي دهد ، NOx براي موتور بنزيني زماني كه مخلوط غليظتر مي شود كاهش ميابد ( مثل موتور هيدروژني). هرچند در موتور بنزيني كاهش NOx همراه افزايش مونواكسيد كربن و هيدرو كربورها است .
نكته : در موتور هيدروژني نيز اثري از مونوراكسيد و دي اكسيد كربن در گاز اگزوز هست ، به خاطر روغن نفوذ كرده به محفظه احتراق.
قدرت خروجي
قدرت خروجي ماكزيمم تئوري يك موتور هيدروژني در نسبت هوابه سوخت و روش پاشش سوختي كه استفاده مي كند مربوط مي شود.

n نسبت هوا به سوخت استوكيومتريك براي هيدروژن 34:1 است . در اين نسبت هوا به سوخت هيدروژن 29% حجم اتاقك احتراق را اشغال مي كند و فقط 71% براي هواباقي مي ماند . در نتيجه ،گنجايش انرژي اين مخلوط كمتر از مخلوط هوا و بنزين آن خواهد بود ( چون بنزين مايع است ، آن فقط يك حجم خيلي كوچك از اتاقك احتراق را اشغال مي كند و بنابراين اجازه مي دهد هواي بيشتري وارد شود).

n چون در هر دو روش كاربراتوري و پاشش پشت سوپاپ ورودي سوخت وهوا قبل از اينكه وارد اتاقك احتراق شوند مخلوط مي شوند ، اين سيستم ها قدرت تئوري ماكزيمم قابل دستيابي را تا حدود 85% قدرت موتور بنزيني محدود مي كنند. براي سيستم هاي پاشش مستقيم ، كه در آنها سوخت با هوا بعد از بسته شدن سوپاپ ورودي مخلوط مي شود (و بنابراين 100% اتاقك احتراق هوادارد)، قدرت خروجي ماكزيمم موتور مي تواند در حدود 15% بيشتر از قدرت موتور هاي بنزيني شود.
قدرت خروجي
n بنابراين ، بسته به اينكه چگونه سوخت اندازه گيري مي شود ، قدرت ماكزيمم براي موتور هيدروژني مي تواند يا 15% بيشتر يا 15% كمتر از موتور بنزيني باشد. هرچند، در يك نسبت استوكيومتريك دماي احتراق خيلي بالاست و در نتيجه آن مقدار زيادي اكسيدهاي نيتروژن تشكيل خواهد داد. از آنجايي كه يكي از دلايل استفاده از موتور هيدروژني آلودگي كمتر است، موتور هيدروژني معمولا طوري طراحي نمي شود كه در نسبت استوكيومتريك كار كند.
n به طور نمونه موتورهاي هيدروژني طوري طراحي مي شوند تا حدود دو برابر ميزان هواي لازم تئوري براي احتراق كامل استفاده كنند. دراين نسبت هوا به سوخت تشكيل NOx تا صفر كم ميشود. متاسفانه اين كار قدرت خروجي را تا حدود نصف يك موتور بنزيني هم اندازه كاهش مي دهد. جهت جبران تلفات قدرت ، موتورهاي هيدروژني معمولا بزرگتر از موتورهاي بنزيني هستند و يا با توربو شارژر يا سوپر شارژر مجهز مي شوند.
تركيب هاي گاز هيدروژن
سوخت هيدروژن را مي توان با اكثر سوخت هاي ديگر در يك موتور استفاده كرد ولي به طور جدا . تنها سوختي كه مي توان آنرا با هيدروژن در يك مخزن واحد ذخيره كرد گاز طبيعي است.

n هيدروژن مي تواند در تركيب با سوخت هاي مايع متراكم مثل بنزين ، الكل، يا گازئيل تركيب شود طوري كه هر كدام جداگانه ذخيره شوند. در اين عمل ها مخازن سوخت مي توانند طوري شكل داده شوند تا داخل فضاي غير قابل استفاده خودرو فيت شوند. خودروهاي موجود دوگانه به اين شكل هر دو سوخت را همزمان استفاده نمي كنند. يك مزيت اين روش آن است كه اگر هيدروژن جايي وجود نداشته باشد خودرو مي تواند به عمل كردن ادامه دهد.
n هيدروژن نمي تواند مستقيما در يك موتور ديزل استفاده شود چون دماي خود سوزي هيدروژن خيلي بالاست (اين در مورد گاز طبيعي نيز صادق است). ازاين رو موتورهاي ديزلي بايد يا به يك شمع مجهزشوند يا يك مقدار كمي سوخت ديزل براي سوزاندن گاز تزريق شود (به عنوان احتراق پيلوت)، اگرچه تكنيك اي جرقه پيلوت براي استفاده با گاز طبيعي پيشرفت داده شده اند، آن صحيح نيست كه با هيدروژن استفاده شود.
n يك گاز تجارتي موجود كه به عنوان هيتان(Hythane) شناخته مي شود شامل 20% هيدروژن و 80% گاز طبيعي است. در اين نسبت ، هيچ تغييري در يك موتورگاز طبيعي نياز نيست، و مطالعات نشان داده است كه آلاينده ها بوسيله هيدروژن بيش از 20% كاهش مي يابد . مخلوطهايي با بيش از 20% هيدروژن با گاز طبيعي مي تواند آلاينده ها را بيشتر كاهش دهد اما بعضي موتورها لازم كه تغيير يابند.
تركيب هاي گاز هيدروژن
كار كردن در مخلوط رقيق يك فايده براي موتورهاي احتراق داخلي است به خاطر آلاينده هاي اكسيدهاي نيتروژن و سوخت اقتصادي تر.

n براي موتورهاي هيدروكربوري فوايد ديگري هم دارد و آن آلودگي كمتر مونواكسيد و هيدروكربورهاي نسوخته است. اما مخلوط رقيق هم در موتور هيدروژني و هم در موتورهاي هيدروكربوري باعث كاهش قدرت مي شوند، ولي در موتورهاي هيدروكربوري عيب ديگري نيز دارد و آن روشن شدن سخت و بعضي مواقع نيز در هنگام كار كردن موتور جرقه زايع (misfire) را نتيجه مي شود.
n پيامد جرقه زايع افزايش هيدروكربورهاي نسوخته ، كاهش كار خروجي ، اتلاف سوخت و كم شدن ضريب تبديل كاتاليست كانورتور 3 راهه است.
n مخلوط كردن مقداري هيدروژن با سوخت هاي هيدروكربوري ديگر همه اين عيب ها را كاهش مي دهد. انرژي مشتعل شدن كم هيدروژن و سرعت سوختن بالاي آن باعث مي شود مخلوط هيدروژن/هيدروكربور آسانتر روشن شود ، كاهش جرقه زايع و از ان طرف بهتر شدن آلاينده ها، عملكرد و سوخت اقتصادي را همراه دارد . راجع به قدرت خروجي ، هيدروژن چگالي انرژي مخلوط را در نسبت هاي رقيق زياد مي كند بوسيله افزايش نسبت هيدروژن به كربن ، و از اين رو بهتر شدن گشتاور در شرايط تمام گاز.
n هرچند، در ارتباط با ذخيره سازي مقدار كافي هيدروژن مشكلي است كه مي تواند ظرفيت خودرو را كاهش دهد.

تهيه كننده : عزیز وظیفه شناس
استاد : مهندس مجید سالاری

 

[tazeha]

افزایش توان در خودرو

​ مطالب ارائه شده در اين مقاله بيشتر براي افزايش سرعت و توان خودرو از راه تيونينگ مي باشد و برخي از مطالب زير ممكن است باعث اسيب زدن به موتور شود اما كساني كه به فكر افزايش ناگهاني سرعت مي باشند اسيب زدن به موتور براي انها مهم نيست لذا مطالب زير بيشتر براي ماشين هاي مسابقه اي استفاده مي شود و استفاده ان توصيه نمي شود افزايش توان در موتور توسط سيستم هاي ذيل امكان پذير است 1- جرقه زني msd 2-تزريق نيترواكسيد 3- نصب هدرز 4- تزريق اب مقدمه کلاس بندی توان موتور • در کشورهای سازنده موتور توان موتور به سه روش می باشد 1- DIN استاندارد اروپایی (المانی) (موتور بر روی خودرو سوار شده باشد و با تمام وسایل جانبی موتور ) 2- CUNA استاندارد ایتالیایی (موتور بدون ***** هوا و لوله اگزوز و بدون سوار کردن بر روی خودرو اندازه گیری می شود ) 3- SAE استاندارد امریکایی (موتور بدون ***** هوا و لوله اگزوز و دینام و پمپ اب و فلایویل و دیسک و صفحه ) برای مثال توان موتورامریکایی بزرگ اگر 100 اسب بخار در سیستم SAE باشد در سیستم استاندارد DIN حدودا برابر 80 تا 90 اسب بخار می باشد افزايش توان و گشتاور موتور كار دو گروه است 1- موتورسازان بزرگ دنيا 2- شركتها و كارگاههاي تخصصي به اصطلاح تيونينگ موتور 1- در حالت اول که کار موتورسازان بزرگ دنیا می باشد قبل از تولید موتور پارامترها بررسی نموده و موتور را طراحی می نمایند مثلا افزایش قطر سیلندر و افزایش کورس پیستون وطراحی نوع سوپاپ و اتاق های احتراق مختلف و هزاران عواملی که در بهبود توان موتور تاثیر می گذارد این عوامل را بررسی نموده و موتوررا طراحی میکنند 2- حالت دوم پس از تولید موتور با ایجاد تغییراتی موجب افزایش توان موتور می شود برخی از این تغییرات برای موتور مفید می باشد و برخی از تغییرات مضر اما برای رسیدن به توان و سرعت بیشتر دست به این کار حتی اگر از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه نباشد میزنند افزایش توان با سیستم MSD هرچه جرقه با کیفیت و قدرت بیشتری صورت گیرید احتراق بهتری در موتور ایجاد می گردد. شرکت autotronic control اقدام به تولید سیستم های msd که برگرفته از کلمات multiple spark discharge نمود در یک سیستم جرقه زنی استاندارد در هر احتراق 1 جرقه زده می شود. اما سیستم های msd در هر احتراق تا چند جرقه در یک شمع ایجاد می کنند فرق اين سيستم با سيستم استاندارد در اين است كه برق به وجود امده در كويل بعد از نصب Igenation Control قويتر و منظم تر از سيستم استاندارد ميباشد،به اين صورت كه در سيستم استاندارد در rpm هاي پايين برق به صورت منظم وارد كويل ميشود و كويل استاندارد تا رنجهاي پايين تر از 3000 خوب جواب مي دهد ولي وقتي دور موتور بالا رفت حالت كويل از بين ميرود و نامنظم مي شود و قدرت اصلي خودش رو از دست مي دهد Igenation Control تصوير تفاوت سيستم msd با جرقه زني عادي در نمودارهاي ذيل امده است مقایسه جرقه زنی عادی با msd(ولتاژثانویه کویل) تخليه جرقه ​ تخليه جرقه بر حسب دور افزایش توان با Nos يا nitrous oxide • استفاده از گاز نيترواكسيد N20 معروف به نیتروس • نيترو اكسيد N20گازي بي رنگ، بي بو و غير قابل اشتعال است. اين گاز سمي نيست اما خنده آور است. در سال 1970 تكنولوژي ساخت گاز نيتروژن اكسيد شده همگاني شد و اين موضوع يكي از موارد مهم در مسابقات اتومبيل راني شد اين سيستم معمولا با دخالت راننده و اغلب فقط موقع شتاب گيري به صورت بسيار محدود مورد استفاده قرار مي گيرد. با استفاده از اين سيستم راننده در مواقع نياز با تزريق نيترو اكسيد به درون مانيفولد ورودي، ميزان اكسيژن مخلوط را بالا مي برد و موجب ايجاد احتراق قوي تري در اتاقك احتراق مي شود كه نتيجه مستقيم آن، افزايش چشمگير اما محدود و مقطعي توان توليدي موتور است اين گاز وقتي وارد سيلندر مي شود، به دليل گرماي زياد داخل محفظه به اتم اكسيژن و نيتروژن تجزيه مي گردد. در اين تجزيه پيوند بين اتم ها شكسته مي شود. اين عمل با گرفتن گرما از سيلندرهمراه است در نتيجه دماي محفظه ي احتراق كم مي شود. خيلي سريع اتم هاي فعال اكسيژن با هم تركيب شده و مولكول 2O را به وجود مي آورند. حال اگر ما مقداري سوخت اضافي وارد سيلندر كنيم مي توانيم با گاز اكسيژن حاصله، سوخت اضافي را بسوزانيم و نيروي بيش تري توليد كنيم • فشار داخل مخزن بايد بين ۸۵۰ تا ۱۱۰۰ psi باشد تا بتواند گاز را در حالت مايع نگاه دارد. گاز از طريق شلنگ تحت فشار به مجراي تفس موتور تزريق ميشود. به هنگام تزريق نيترو اكسيد، اين گاز از حالت مايع به گاز مي رود افزایش توان با استفاده از هدرز • تخليه آسانتر گازهاي خروجي: عامل كليدي در افزايش راندمان موتور بهبود تخليه گازهاي خروجي ازموتور است.هدرزسبب كاهش ميزان افت راندماني ميشود كه توسط مانيفولد دود رخ ميدهد. به عبارتي هدرز به خروج راحت تر گازهاي خروجي از اگزوز كمك ميكند. هدرز براي هر سيلندر يك لوله كوچك تخليه گاز فراهم مي آورد. اين لوله هاي كوچك باعث ميشوند گاز خروجي از سيلندرها هنگام خروج به عقب پس نزند. هنگامي كه ديگر لازم نباشد سيلندرها براي تخليه گاز خود از يكديگر نيرو بگيرند، اين نيرو صرف افزايش راندمان موتور خودرو ميشود. • این قطعه یا در واقع لوله با بزرگتر بودن نسبت به لوله ی فابریک و کم کردن پیچ و خمها در لوله باعث راحتتر خارج شدن دود از سیلندرها میشه که همین امر باعث میشود تا نیروی کمتری تلف شود • هدرز ها نسبت به شکل، طراحی، و جنسهاي انها باعث افزایش قدرت از ۵٪ الی ۱۵٪ در موتور می شود نمودارتفاوت بين هدرز كوچك و بزرگ (از لحاظ طول هدرز)​ ​ ​ ​ تزریق اب در منیفولد ورودی • استفاده از سيستم پاشش اب در مانيفولد ورودي: در بسياري از موتورهاي با نسبت تراكم بالا در حالت تمام بار موتور”WOP” ) دريچه گاز كاملا باز( سيستم آبپاش وارد مدار ميشود و با تزريق مقاديری آب به صورت اسپری شده در داخل مانيفولد ورودي موتور مخلوط سوخت وهوا را خنكتر مي كند و در نتيجه چگالي مخلوط بالا مي رود و راندمان حجمي موتور بهبود مي يابد و نسبت تراكم بالاتري در موتور ايجاد خواهد شد. کار برد تزريق آب در موتور هايست که در آنها از سيستم پر خوران استفاده شده است تزریق آب به طور غیر مستقیم هم چگالی هوا را بالا برده و هم قدرت موتور را افزایش میدهد تزريق اب در موتور باعث افزايش راندمان حجمي و ورود مقدار بيشتري هوا به داخل موتور مي شود اما اين كار هم باعث مقدار كمي الودگي و هم اسيب به موتور مي شود اما اين كار براي كساني كه دوست داران سرعت و شتاب هستند كاربرد دارد www.khodroha.com تهیه کننده : مهندس موسی الرضا سعدی استاد راهنما : مهندس مجید سالاری

 

[tazeha]

پیستون

پیستون

پیستون قطعه ای استوانه ای شکل است که در درون سیلندر بالا و پایین می رود در حرکت انبساط تا
تا 18000 نیوتون نیرو به طور ناگهانی به کف پیستون وارد می شود وقتی با سرعت زیاد رانندگی
می کنید این اتفاق در هر سیلندر 30 تا 40 بار در ثانیه رخ می دهد دمای کف پیستون به 2200 درجه
سانتیگراد یا بیشتر میرسد پیستون باید به اندازه ای محکم باشد که بتواند این تنشها را تحمل کند در
عین حال پیستون باید چنان سبک باشد که بار وارد بر یاتاقانها کاهش یابد وقتی پیستون در نقطه
مرگ بالایی یا پایینی متوقف می شود و سپس در جهت عکس به حرکت در میاید با وارد به یاتاقان را
تغییر می دهد پیستون را از الومینییوم می سازند زیرا فلزی سبک است در بیشتر موتورهای خودرو از
پیستونهای تمام لغزان استفاده می شود دامنه یا قسمت پایین پیستون را می تراشند تا هم وزن ان
کاهش یابد و هم جا برای وزنه های تعادل میل لنگ باز شود قطر پیستون موتور خودرو بین 76 تا 122
میلیمتر تغییر می کند وزن این پیستون ها در حدود 450 گرم است همه پیستون ها باید هموزن باشد
تا موتور دچار لرزش نشود پیستون های الومینیومی را به یکی از دو روش ریخته گری و اهنگری
می سازند پیستون های اهنگری شده را با استفاده از لقمه الومینیوم الیاژی می سازند پس از
ماشینکاری پیستون ان را طبق روال خاصی گرم و سرد می کنند به اصطلاح روی ان عملیات گرمایی
انجام میدهند تا خواص مطلوب را پیدا کنند پس از این مرحله روی بسیاری از پیستونها را با لایه نازکی
از اب قلع یا مواد دیگر می پوشانند در نتیجه هنگام راه اندازی موتور سطح پیستون ساییده نمی شود
سایش هنگامی رخ می دهد که ذرهای فلزی از یک قطعه متحرک به قطعه دیگر انتقال یابد ودر نتیجه
حفره ها یا شیارهای روی سطح در تماس ایجاد شود در بیشتر موتورهای پرقدرت از پیستونهای
اهنگری شده استفاده میکنند پیستون های اهنگری شده در مقایسه با پیستون های ریخته گری
متراکم تر و محکم ترند و در دمای پایینتری کار می کنند زیرا گرما را بهتر انتقال می دهند قطر پیستون
در ناحیه سر از همه جا کمتر است نتیجه در بالای پیستون فضای بیشتری برای انبساط وجود دارد
بعضی پیستونها از محور گژنپین تا پایین دامنه شیب دارند در این پیستون قطر در پایین دامنه از همه
جا بیشتر است
خلاصی پیستون:خلاصی پیستون(یا خلاصی دامنه پیستون)عبارت اند فاصله بین جدار سیلندر و
دامنه پیستون این فاصله معمولا بین 0.025 تا0.10 میلیمتر است وقتی موتور روشن است پیستون به
رینگ های روی لایه ای از روغن حرکت می کنند که این فاصله را پر کرده است اگر خلاصی پیستون
خیلی کم باشد در نتیجه اصطکاک زیاد و سایش شدید توان موتور کاهش می یابد در این ممکن است
پیستون به جداره سیلندر بچسبد و به اصطلاح گریپاژ می کند اگر خلاصی پیستون بیش از حد باشد
سبب زدن پیستون می شود

کنترل انبساط پیستون: پیستونهای الومینیومی در نتیجه افزایش دما بیشتر از سیلندر های
چدنی منبسط می شوند و همین امر ممکن است سبب از بین رفتن خلاصی پیستون شود پیستون از
جداره سیلندر بیشتر گرم می شود و همین امر نیز سبب می شود که باز هم بیشتر انبساط یابد اما
اگر کف پیستون خیلی داغ شود ممکن است سبب خود سوزی شود در نتیجه ترتیب احتراق بهم
می خورد و ممکن است موتور اسیب ببیند یکی از راهای کنترل انبساط پیستون افزایش اهنگ دفع
گرما از کف پیستون است هرچه کف پیستون ضخیمتر باشد گرمای بیشتری دفع خواهد شدو پیستون
خنکتر کار می کند اما افزایش ضخامت کف پیستون سبب افزایش وزن ان می شود همچنین اگر کف
پیستون خیلی سرد کار کند لایه های مخلوط هوا – سوخت مجاور ان نمی سوزد مخلوط هوا-سوخت
نسوخته از طریق اگزوز در محیط پخش می شود در نتیجه بازده موتور کاهش و دود ان افزایش
می یابد برای کمک کردن به کنترل انبساط پیستون بیشتر پیستونها را طوری تراشکاری می کنند که
اتاقک انها اندکی بیضوی شود وقتی پیستونهای اتاقک – بیضوی گرم می شوند شکل بیضوی خود را
از دست می دهند و گرد می شوند راه دیگر کنترل انبساط پیستون تعبیه یک پشت بندی فولادی در
پیستون است وقتی پیستون گرم می شود این تقویت کننده انبساط کف پیستون و برامدگی بوش
گژنپین را محدود می کند
شکل کف پیستون :در بسیاری از موتور ها از پیستون کف تخت استفاده می شود اما شکلهای
کف پیستون ممکن است مطابق طرح موتور تغییر کند شکل کف پیستون مطابق با شکل سرسیلندر
و شکل محفظه احتراق نیز تغییر کند بعضی از پیستون ها کف پیستون فنجانی یا فرو رفتگی جای
سوپاپ دارد که وقتی سوپاپها باز می شوند می توانند در ان حرکت کنند در بعضی از پیستون ها سر
پبیستون گنبدی یا به شکلهای دیگر است تا تلاطم در محفظه احتراق افزایش یابد
خارج از مرکزی گژن پین: زذن پیستون صدایی است که از جابجا شدن پیستون ازیک طرف
سیلندر به طرف دیگر ان در اغاز حرکت انبساط ناشی می شود برای جلوگیری از زدن پیستون در
بسیاری از موتورها از پیستون هایی استفاده می شود که گژنپین انها اندکی خارج از مرکز است این
خارج از مرکزی به طرف دامنه پیستون است که به منزله سطح فشار گیر اصلی عمل می کند این
همان سطحی از پیستون است که در حین حرکت انبساط بیشترین تماس را با جداره سیلندر پیدا
می کند با نصب خارج از مرکز گژنپین پیستون نوعی حرکت نوسانی انجام می دهد و بر یک طرف ان
نسبت به طرف دیگر فشار بیشتری وارد می شود فشار ناشی از احتراق سبب می شود که پیستون
در حال حرکت به سمت بالا وقتی به نقطه مرگ بالایی نزدیک می شود اندکی به طرف راست کج
می شود در نتیجه سر پایینی سطح فشار گیر اصلی با جداره سیلندر تماس می گیرد پس از انکه
پیستون از نقطه مرگ بالایی گذشت صاف می شود در این هنگام سطح فشار گیر اصلی به طور
کامل با جداره سیلندر تماس پیدا می کند این تماس نوعی عمل روبشی است که زدن پیستون را به
حداقل می رساند در نتیجه همین عمل موتور ارامتر کار می کند و دوام پیستون افزایش میابد زدن
پیستون معمولا فقط در موتورهای کهنه ای مشاهده می شود که جداره سیلندر های انها ساییده
شده و دامنه پیستون انها ساییده یا شکسته شده است
تقویت رینگ نشین : وقتی پیستون در سیلندر بالا و پایین می رود رینگهای تراکم هم در رینگ
نشینها بالا و پایین میرود وقتی پیستون در نقطه های مرگ بالایی و پایینی جهت حرکت خود را عوض
میکند هر رینگ لحظه ای از پیستون عقب می ماند این تاخیر لحظه ای از اثر لختی و خلاصی جانبی
رینگ ناشی می شود لحظه ای بعد بغل رینگ نشین به رینگ می خورد و ان را در سیلندر بالا و پایین
می راند وقتی حرکت انبساط اغاز می شود فشار شدید ناشی از احتراق رینگ تراکم بالایی را به
شدت به سطح پایینی رینگ نشین می فشارد این برخورد های مکرر سبب ساییدگی رینگ نشین
بالایی می شود برای مقابله با این سایش در بعضی از پیستونها رینگ نشین بالایی را تقویت می کند
یکی از روش های مورد استفاده در پیستونهای ریخته گری ان است که رینگ نشین بالایی را بطور
کامل به صورت یک مغزی از جنس چدن یا چدن نیکل دار در قالب قرار می دهند و الومینیوم را دور ان
بریزند روش دیگر نصب یک فاصله گذار فولادی است که به منزله سطح بالای رینگ نشین عمل
می کند در هنگام تولید پیستون به روش اهنگری ناحیه رینگ نشین را فلز پاشی می کنند
پیستون های کم اصطکاک : این پیستونها را از الیاژ الومینیوم با سیلیسیم می سازند پس از انکه
پیستون ریخته شد روی دامنه ان ماده ای شیمیایی می مالند که ذرات الومینیوم را از سطح می زداید
و ذرات سیلیسیم را باقی می گذارد در نتیجه سطح سخت تر و بادوامتری حاصل می شود
قابليت تحمل فشار بالا (بيش از 200 bar) و همچنين تنش‌هاي حرارتي بالاي درون سيلندر براي قطعات سيلندر از جمله پيستون بسيار حياتي است. تلاش براي افزايش استحكام پيستون‌ها با محدوديت اندازه همراه است. به تازگي پيستونهاي مونوترم(Mono term) توليد شده‌اند كه استحكام و عمر بالا، وزن و اصطكاك كمتري دارند. پيش از نيز پيستون‌هاي فروترم(Ferrotherm) توليد شده بودند كه جايگزين پيستونهاي آلومينيومي سنتي شدند. تاج(Piston Crown) اين پيستون از فولاد فورج شده و پايه آن از جنس آلومينيوم ساخته مي شود. اين نوع پيستون. اما استاندارد هاي Euro 4 و US 07 براي ساخت موتورها اين نوع پيستون را در آستانه بازنشستگي قرار داده است.
پيستونهاي مونوترم از يک قطعه فورج شده ساخته مي شوند و در نتيجه بر خلاف پيستونهاي فرو ترم پايه پيستون(Piston Skirt) با بدنه و تاج آن يکپارچه ساخته مي شود. اتصال مستقيم پايه پيستون به بدنه موجب مي شود تا مقطع تحمل کننده فشار در پيستون براي تحمل حداکثر فشار داخل سيلندر افزايش يابد. در نتيجه پين پيستون نيازي به نگه داشتن پايه پيستون ندارد و مي تواند کوتاه تر و سبکتر باشد. پايه فولادي که در برابر حرارت پايدار است اصطکاک را کاهش داده و همچنين کاهش فواصل آببندي منجر به هدايت بهتر پيستون مي شود. هدايت بهتر پيستون مخصوصا در قسمت رينگها باعث کاهش مصرف روغن مي شود. علاوه بر آن پيستون هاي مونوترم استحكام و عمر بيشتري دارند. اين نوع پيستون علاوه بر تحمل حداکثر فشار تا 250 bar مزاياي ديگري از جمله کاهش مصرف سوخت و روغن و کاهش صدا و وزن دارند. هم‌اكنون موتورهاي داراي پيستون مونوترم درامريکاي شمالي توليد انبوه رسيده‌است و در حال حاضر بيشتر در وسايل نقليه، ساختمان سازي و صنايع دريايي استفاده مي‌شوند. استفاده از پيستونهاي مونوترم در اروپا و آسيا نيز در حال افزايش است.

منبع :
برگرفته از خبرنامه ي شريف
و
www.gerdavari.com

 

[tazeha]

رینگ پیستون

رینگ پیستون

ریشه لغوی رینگ یک کلمه انگلیسی (Ringe) است که به همان شکل اصلی در زبان ما رایج شده است و معنای آن حلقه می‌باشد و در اصطلاح به حلقه‌های فلزی گفته می‌شود که در روی پیستون قرار می‌گیرند.

رینگ پیستون چیست؟ برای آنکه تصور درستی از رینگ و پیستون داشته باشید به مثال ساده زیر توجه کنید. در نظر بگیرید که یک قوطی کنسرو ماهی را به سطح صافی مثل یک تکه فلز ، شیشه آینه‌ای و... تکیه دهید حال از کنار به محل تماس قوطی و سطح نگاه کنید مشاهده خواهید نمود که قوطی کنسرو از لبه‌های فوقانی و تحتانی که مقداری برجسته‌تر است به سطح مذکور چسبیده است و مابقی ته قوطی با کمی فاصله نسبت به سطح صاف قرار دارد. در واقع رینگ‌های پیستون همان برجستگیها می‌باشند و بدنه قوطی هم به مشابه بدنه پیستون.
وظیفه رینگ‌های پیستون

در استفاده از رینگ‌ها در ساختمان پیستونها یک سری اهداف دنبال می‌شود که اهم آنها عبارتند از:

• 
  [*=right] کاهش سطح تماس میان پیستون و جداره سیلندر تا حداقل ممکن
  [*=right] نگهداری و حفظ تراکم در قسمت فوقانی پیستون
  [*=right] جلوگیری از اصطکاک و ممانعت از فرسودگی بیش از حد
  [*=right] کنترل روغن و روغنکاری در فاصله بین دیواره سیلندر و پیستون
  [*=right] انتقال حرارت از پیستون به دیواره سیلندر

ساختار رینگ‌های پیستون رینگ‌های پیستون از جنس چدن خاکستری ساخته می‌شوند، زیرا فلزی است مقاوم که در برابر گرما حساسیت کمی از خود نشان می‌دهد و در ضمن دارای قابلیت ارتجاعی خوبی می‌باشد. تعدا رینگ‌ها در هر پیستون بسته به نوع موتور و تراکم مورد نظر از سه تا پنج و گاهی تا هفت رینگ متغیر می‌باشد. موتورهای بنزینی معمولی بندرت دارای بیش از سه تا چهار رینگ هستند اما موتورهای دیزلی معمولا دارای 5 تا 7 رینگ در هر پیستون می‌باشند
انوع رینگ‌ها رینگ‌ها برحسب کار مخصوصی که انجام می‌دهند و نیز برحسب محل قرارگیری شان بر روی پیستون طبقه‌بندی می‌گردند. بر این اساس رینگ‌ها به دو گروه رینگ‌های روغن تقسیم می‌شوند.
طرز کار رینگهای مختلف [h=2]رینگ‌های متراکم این رینگ‌ها از نشست یا فرار گاز از کنار پیستون در زمان تراکم و نیز در زمان قدرت جلوگیری می‌کند و در موقع پایین آمدن در زمان تنس عمل پاک کردن روغن را انجام می دهد. رینگ مذکور توسط رینگ روغن بر روی سطح داخلی سیلندر قرار داده شده است. رینگ‌های متراکم با انبساط خود به طرف خارج به دیواره سیلندر چسبیده و گازبندی خوبی را بوجود می‌آورند.

رینگ‌های متراکم توسط نیروهای حاصله از انبساط خود و همچنین توسط فشار احتراق که در زمان محترق شدن سوخت در پشت آنها بوجود می‌آید منبسط شده و به دیواره داخلی سیلندر می چسبند. رینگ‌های متراکم یک تکه ساخته شده و همیشه در شیارهای نزدیک به سر پیستون قرار می‌گیرند (شیارهای بالاتر از رینگ‌های روغن)
[h=2]رینگ‌های روغن یکی از انواع رینگ‌های شیاردار ، سوراخ‌دار یا چاک‌دار می‌باشند و معمولا در پایین‌ترین شیار در بالای انگشتی پیستون یا در یک شیار نزدیک به انتهای بدنه پیستون قرار می‌گیرند. کار رینگ‌های روغن این است که پخش روغن روی جدار سیلندر را کنترل کرده و از مصرف غیر ضروری و اضافی روغن جلوگیری نمایند.
کاربرد ویژه رینگ‌های پیستون برای کنترل بهتر روغن ، اغلب از منبسط کننده‌های فنری در پشت رینگ‌های روغن استفاده می‌شود. در بعضی از موتورهای رینگ‌های روغن هم از بالا و هم در پایین انگشتی پیستون مورد استفاده قرار می‌گیرند. در ضمن هر رینگ دارای یک دهانه است که با باز و بسته کردن آن می‌توان قطر رینگ‌ها را در موقع نصب کردن روی پیستون یا قرار دادن پیستون داخل سیلندر ، کم و زیاد کرد.

منابع :
1- دانشنامه رشد
2- www.gerdavari.com

 

[tazeha]

شاتون

شاتون مقدمه

در موتورهای پیستونی ، خواه دوزمانه باشند، خواه چهارزمانه ، پیستون تنها در مرحله احتراق سوخت جهت حرکت خود انرژی دارد و در مراحل دیگر (از قبیل تنفس ، تراکم و تخلیه) می‌بایست به نحوی حرکت داده شود. برای تامین حرکت پیستون در زمانهای که احتراقی در سیلندر صورت نمی‌گیرد از میل لنگ استفاده می‌کنند.

البته اینکه خود میل لنگ حرکتش را از کجا می‌آورد، بدیهی است که حرکت میل لنگ نیز از احتراق سوخت است اما ساختمان و شکل کلی میل سنگ به گونه‌ای است که در موتورهای چند سیلندر در هر زمان توسط یکی از پیستونها تحت فشار قرار می‌گیرد و همواره دارای انرژی جنبشی است که با استفاده از این انرژی پیستونها دیگر را که در مراحلی نیز از مرحله احتراق هستند، به حرکت در می آورد. در موتورهای تک سیلندر نیز برای تامین حرکت پیستون در زمانهای غیر از زمان قدرت (زمان احتراق سوخت) از یک چرخ لنگر (فلایویل) که به میل لنگ متصل است استفاده می‌شود.

در این حالت انرژی آزاد شده در مرحله قدرت در فلایویل ذخیره می‌شود و در زمانهای که انفجاری در سیلندر اتفاق نمی‌افتد آزاد می‌گردد. برای آنکه ارتباط میان میل لنگ و پیستونها برقرار گردد از شاتون یا دسته پیستون استفاده می‌شود. البته شاتون در حالت عکس نیز عمل می‌کند. بدین معنا که زمانی که سوخت متراکم شده در اتاقک احتراق منفجر می‌شود. انرژی ذخیره شده در آن به یکباره آزاد می‌شود که باعث وارد آمدن یک ضربه به پیستون می‌گردد. که باعث پایین راندن پیستون می‌شود چنانچه بخواهیم که این حرکت پیستون را به میل لنگ منتقل کنیم. می‌بایست از شاتون استفاده کنیم.
ساختمان شاتون شاتون قطعه‌ای است که پیستون را به میل لنگ متصل می‌کند. این قطعه تا حد امکان سبک ساخته می‌شود. ولی در عین حال به اندازه لازم سخت و محکم می‌باشد. برای تامین شرایط فوق معمولا شاتون را از جنس فولاد می‌سازند این استحکام برای شاتون ضروری است چرا که می‌بایست ضربات ناشی از احتراق ا تحمل کند (نیرویی که در زمان قدرت روی پیستون وارد می‌شود) بوسیله شاتون به میل لنگ منتقل می‌گردد.
اجزای شاتون

• 
  [*=right] شاتون دارای دو سر و یک ساقه می‌باشد. چنانچه مقطع عرضی ساقه شاتون را در نظر بگیریم به شکل حرف (I) در زبان انگلیسی می‌باشد. یعنی در میان فرو رفته و در کناره‌ها برجسته می‌باشد (اگر از روبرو به یک تیر آهن که به حالت افقی قرار گرفته است نگاه کنید، می‌توانید بصورت تقریبی سطح مقطع ساقه شاتون را ببینید)
  [*=right] سرهای شاتون با یکدیگر اختلاف اندازه دارند، بدین شکل که شاتون دارای یک سر کوچک در بالا (جایی که به پیستون متصل می‌شود) و یک سر بزرگ در پایین (محل اتصال شاتون به میل سنگ) می‌باشد. سر کوچک شاتون به صورت یکپارچه است. لیکن سر بزرگ آن بصورت دو تکه ساخته می‌شود که با کمک پیچ و مهره به هم متصل می‌شوند.
  [*=right] سر کوچک شاتون تشکیل یک یاتاقان را می‌دهد که انگشتی پیستون از داخل آن می‌گذرد در داخل این یاتاقان معمولا یک (بوش به آستریهای قابل تعویض گفته می‌شود که در سطوح داخلی در معرض سایش نصب می‌شوند) از جنس مس یا برنج قرار می‌دهند که در تماس با پین پیستون می‌باشد.
  [*=right] سر بزرگ شاتون به شکل یک یاتاقان دو تکه است که متحرک نیز می‌باشد (یعنی لنگ میل لنگ در داخل این یاتاقان دارای چرخش می‌باشد) و لنگ میل لنگ را در بر می‌گیرد. نیمه بالایی این یاتاقان با ساقه شاتون به شکل یکپارچه ریخته گری می‌شود. و نیمه پایینی آن که کپه یاتاقان خوانده می‌شود بوسیله دو عدد پیچ و مهره به نیمه بالایی متصل می‌گردد.
  [*=right] در داخل سر بزرگ شاتون نیز می‌بایست بوش قرار داده می‌شود لیکن چون خود یاتاقان شاتون دو تکه است این بوش نیز به صورت دو عدد نیم بوش در داخل نیمه بالایی و نیمه پایینی سر بزرگ شاتون جاگذاری می‌شوند. این بوش بین لنگ میل لنگ و انتهای بزرگ شاتون قرار می‌گیرد. و هدف از استفاده از آن کاهش سایش و فرسودگی بر اثر اصطکاک است.

طرز کار شاتون همانگونه که می‌دانید در موتورهای پیستونی حرکت ایجاد شده در اثر سوختن ماده سوختنی به شکل بالا و پایین رفتن پیستون می‌باشد. لیکن ما در استفاده از قدرت موتورها به توان چرخشی نیاز داریم. جهت تبدیل حرکت رفت و برگشتی پیستون به حرکت چرخشی در موتور از شاتون و پس از آن از میل لنگ استفاده می‌شود.


منبع :
1-دانشنامه رشد
2- www.gerdavari.com

 

[tazeha]

میل سوپاپ (میل بادامک ) و زنجیر سفت کن

​

میل سوپاپ یا میل بادامک وظیفه باز و بستن سوپاپ ها را بر عهده دارد بر روی میل سوپاپ دایره ​

اکسانتیر و دنده اویل پمپ وجود دارد میل سوپاپ نیروی خود را از میل لنگ توسط دنده دریافت مینماید​

وظیفه باز و بسته کردن سوپاپ یا فرمان موتور را به عهده دارد در روی میل سوپاپ بادامکهای قرار دارند​

که می توانند حرکت دورانی را به حرکت مستقیم الخط تبدیل نمایند شکل بادمکها در کار موتور تاثیر ​

بسزایی داشته و مقدار اوانس و ریتارد سوپاپها نیز روی بادامکها محاسبه شده است ​

​

بادامک در میل سوپاپ​

برای هر یک از سوپاپها یک بادامک در نظر گرفته شده است این بادامکها تحت زاویه مخصوص قرار گرفته​

و با فاصله معینی از یکدیگر عمل خود را انجام می دهند هر بادامک بایستی دارای مشخصات زیر باشد ​

1- بعد از کار کردن تغییر شکل ندهد 2- در موقع باز و بسته کردن سوپاپها ایجاد ضربه و لرزش نکند ​

​

قسمتهای مختلف بادامک ​

1- دایره مبنا 2- حد باز شدن (شیب ملایم باز شدن ) 3- پهلوی باز کردن سوپاپ 4- پهلوی بسته ​

شدن سوپاپ 5- حد بسته شدن (شیب ملایم بسته شدن ) انتقال نیروی میل لنگ به میل سوپاپ ​

ممکن است به سه صورت (دنده به دنده – زنجیری – تسمه ای ) انجام شود چون در هر 720 درجه گردش ​

میل لنگ یک احتراق در هر سیلندر انجام می شود و در هر سیکل یکبار احتیاج به باز و بسته شدن هر​

سوپاپ وجود دارد لذا گردش میل سوپاپ نصف گردش میل لنگ می باشد یعنی (در 360 درجه گردش) ​

و نسبت دنده انها نصف می باشد یعنی دنده میل سوپاپ دو برابر دنده میل لنگ می باشد ​

​

انواع بادامک در میل سوپاپ​

بادامکهای میل سوپاپ از نظر شکل ظاهری به سه نوع تقسیم می شوند که هر یک دارای خواص به​

خود هستند ​

1- بادامک نوک تیز 2- بادامک با نوک صاف و تخت 3- بادامک با نوک نیم گرد ​

​

وظایف میل سوپاپ (میل بادامک)​

1- باز و بسته کردن سوپاپ ها توسط چخش میل سوپاپ و قرار گرفتن بادامک ها زیر تایپت ها ​

2- روی میل سوپاپ یک دایره خارج از مرکز (اکسانتریک)وجود دارد که با قرار گرفتن شیطانک پمپ بنزین​

وبالا و پایین رفتن ان انتقال بنزین از باک به کاربراتور توسط پمپ بنزین انجام می شود ​

3- روی میل سوپاپ دندانه ای وجود دارد ک این دنده دلکو و اویل پمپ را بکار می اندازد ​

​

معایبی که میل سوپاپ می تواند داشته باشد ​

1- خوردگی بادامکها که این حالت باعث بهم خوردن تایمینگ سوپاپها می شود ​

2- خوردگی یا شکستگی دنده اویل پمپ و دلکو ​

3- لقی بیش از حد بین میل سوپاپ و یاتاقانهای ثابت ان که این لقی باعث کاهش فشار روغن ​

می شود در ضمن لقی بین 0.05 تا 0.1 میلیمتر می باشد که به وسیله میکرومتر داخلی یا ساعت​

اندازه گیری می توان اندازه گیری کرد و هنگام جا زدن بوش باید دقت کرد که سوراخ روغنکاری در ​

محل خود قرار بگیرد ​

4- در موتورهایی که ارتباط حرکتی میل لنگ و میل سوپاپ مستقیما دو چرخ دنده می باشد برای​

تشخیص دقیق میزان لقی دو دنده می توان از میکرومتر ساعتی استفاده نمود بدین ترتیب که ​

میکرومتر ساعتی را به وسیله پایه اش روی بلوک موتور بسته و نوک ساعت را روی یکی از دنده ​

های چرخ دنده قرار داده و با حرکت چرخ دنده دیگر میزان لقی دنده ها را از روی انحراف عقربه میکرو​

متر ساعتی معلوم می کنیم ​

5- برای ازمایش میزان لقی دو دنده می توان با قرار دادن تیغه فیلر در محل تماس دنده ها لقی را ​

اندازه گرفت میزان لقی مجاز بین دو چرخ دنده 0.07 تا 0.12 میلیمتر می باشد در صورتیکه این لقی ​

بیش از حد مجاز باشد باید هر دو چرخ دنده را عوض نمود ​

6- در موتورهای که از زنجیر استفاده می شود معمولا در اثر کار موتور زنجیره طولش زیاد می شود ​

و همچنین چرخ دنده ها نیز سائیده می شوند برای ازمایش زنجیر طول ان را با یک زنجیر نو مقایسه ​

می کنند اگر افزایش طول زنجیر کم باشد فقط بایستی زنجیر را عوض نمود سپس دنده های چرخ ​

دنده ها را بازدید نمود در صورتی که طول زنجیر خیلی زیاد شده علاوه بر زنجیر چرخ دنده ها نیز​

بایستی عوض شوند به طور کلی لقی غیر مجاز بین ندها و افزایش طول زنجیر سبب مختل شدن​

تایمینگ سوپاپها و تولید صداهای غیر عادی می گردد ​

7- کنترل و بازرسی لقی طولی میل سوپاپ ​

فاصله بین محور یاتاقان جلو و پلاک (واشر گلوئی را زمانی که میل سوپاپ روی پایه مخصوص قرار ​

داده ایم با فیلر اندازه می گیریم که این فاصله 0.03 تا 0.08 میلیمتر می باشد ​

8- کنترل خمش میل سوپاپ ​

دو محور جا یاتاقانی کناره را روی دو پایه جناغی که روی صفحه صافی قرار دارد می گذاریم سپس​

ساعت را روی یکی از یاتاقانهای میل سوپاپ قرار داده و میل سوپاپ را بوسیله دست یک دور کامل ​

میگردانیم و مقدار خمش را به دست می اوریم که نباید از 0.05 میلیمتر تجاوز کند در صورت بیشتر​

بودن می توانیم ان را به وسیله پرس در حالت سرد صاف نمائیم ​

9- کنترل لقی جانبی به وسیله ساعت اندازه گیر ​

میل سوپاپ را به سمت عقب حرکت می دهیم سپس ساعت را با مقداری پیش فشار روی ان قرار ​

می دهیم و ساعت را صفر می کنیم با کشیدن دنده به سمت جلو و فشار امدن روی سوزن مقدار ​

لقی جانبی را نشان می دهند ​

​

​

زنجیر سفت کن​

زنجیر سفت کن همانطور که از اسم ان پیداست برای گرفتن شلی زنجیر و کم کردن صدای چرخ ​

دنده ها بوده و همچنین از سائیدگی زنجیر و چرخ دنده ها جلوگیری می کند در نتیجه تایمینگ سوپاپها​

بهم نخورده و سوپاپها بموقع باز و بسته شده امروزه در اغلب موتورها زنجیر سفت کن اتوماتیک نصب​

شده است این نوع زنجیر سفت کن ها با فشار روغن موتور و فنر کار کی کنند روغن موتور با فشار ​

وارد سیلندر زنجیر سفت کن شده و پیستون مربوطه را روی قسمت لاستیکی فشار داده و از شل ​

شدن زنجیر جلوگیری می کند هر چند زنجیر های کوتاه نیاز به زنجیر سفت کن ندارند ولی اغلب از ان ​

استفاده می شود ​

اغلب زنجیر سفت کن ها مجهز به قطعهای جغجغه ای مانندی هستند که از برگشت قطعه لغزنده ​

جلوگیری می کند در موتورهایی که میل بادامک ان در سر سیلندر تعبیه شده از زنجیر سفت کن ​

شامل یک تیغه فنری با پوشش نئوپرین در طرف شل زنجیر و یک صفحه لاستیکی را با پوشش ​

نئوپرین در طرف دیگر ان می باشد و گاهی از چزخ دنده کمکی قابل تنظیم استفاده می کند​

​

منبع : اتومکانیک به زبان ساده ( مهندس احمد امیر تیموری)​

​

 

[tazeha]

سوپاپ VVT

سوپاپ VVT پس از آنكه فنآوري بكارگيري چندسوپاپ برروي موتورها به عنوان يك سازوكار استاندارد درآمد، زمانبندي متغير سوپاپها قدم بعدي براي بهبود عملكرد حاصل از موتورها انتخاب شد؛ آنهم نه فقط براي افزايش قدرت و گشتاور. همانطوريكه ميدانيد زمانبندي تنفس و تخليه توسط شكل و زاويه قرارگيري بادامكها تنظيم ميشود.
براي آنكه وضع تنفس بهينه باشد، موتور به زمانبندي مختلف سوپاپ در سرعتهاي مختلف نياز دارد. وقتي كه سرعت موتور افزايش مييابد، زمان لازم برای تنفس و تخليه كم ميشود و بنابراين فرصت كافي براي ورود مخلوط تازه به درون موتور و محفظه احتراق و خروج سريع دود از موتور وجود ندارد. بنابراين بهترين راه حل اين است كه سوپاپ دود ديرتر بسته شده و سوپاپ هوا زودتر باز شود. به عبارت بهتر همپوشاني سوپاپهاي دود و هوا بايد متناسب با افزايش سرعت بيشتر شود.
بدون استفاده از فنآوري زمانبندي متغير سوپاپها، مهندسين مجبورند زمانبندي ميانهاي را براي موتور انتخاب كنند. براي مثال در يك خودروي باري ممكن است زاويه همپوشاني كمي درنظر گرفته شود زيرا عموما آنرا با سرعت كم ميرانند. برعكس يك خودروي مسابقهاي نيازمند زاويه همپوشاني زياد است زيرا بايد در حداكثر سرعت، حداكثر قدرت را داشته باشد.
يك خودروي معمولي از زاويه همپوشاني متوسط برخوردار است زيرا چه در سرعت كم و چه در سرعت زياد بايد كاركرد مناسبي داشته باشد و نميتوان در اين خودروها يك ناحيه را قرباني ناحيه ديگر كرد درصورتيكه در خودروي مسابقه يا خودروي باري ميتوان ناحيهاي از عملكرد را كه كمتر مورد توجه ميباشد را قرباني ناحيه ديگر نمود. با استفاده از زمانبندي متغير سوپاپ، قدرت و گشتاور ميتواند در ناحيه وسيعي از سرعت بهينه شود. بدون آنكه اثر منفي برروي ساير كميتها ديده شود.
نتايج اصلي حاصل از بكارگيري VVT به شرح زير است:
· افزايش توان بيشينه در سرعت دوراني بيشتر. به عنوان مثال توان خروجي يك نمونه موتور نيسان مجهز به VVT در حدود 25درصد از موتور بدون VVT بيشتر است. (Nissan Neo VVL 2-Lit)
· افزايش گشتاور بيشينه در سرعت دوراني كمتر كه بهبود چابكی (Drivability) و افزايش شتاب خودرو را بدنبال دارد. براي مثال در يك نمونه خودروي فيات ۹۰ درصد از گشتاور بيشينه در سرعت دوراني بين 2000 تا 6000 دور در دقيقه بدست ميآيد كه حاكي از ثابت بودن تقريبي منحني گشتاور در ناحيه نسبتا وسيعي از سرعت دوراني است. (Fiat Barchetta's 1.8 VVT)
در برخي طراحي ها، كورس بازشدن سوپاپ نيز ميتواند متناسب با سرعت موتور تغيير كند. در سرعت دوراني زياد، كورس زيادتر سوپاپ جريان تخليه و تنفس را تسريع كرده، و تنفس و تخليه بهتر ميشود. البته در سرعت دوراني كم كورس زياد سوپاپ تنفس اثر منفی بركيفيت مخلوط سوخت و هوا داشته و اختلاط آنها را با اشكال مواجه ميكند، در نتيجه موجب بروز بدسوزي و كاهش كارآيی و توان ميشود. بنابراين كورس جابجايي سوپاپ بايد متناسب با سرعت موتور متغير باشد.

انواع سازوكار زمانبندي متغير سوپاپها VVT


۱. سازوكار تغيير زاويه بادامك

زمانبندي متغير سوپاپ از نوع تغيير زاويه بادامك سادهترين، ارزانترين، و متداولترين سازوكاري است كه درحال حاضر مورد استفاده قرار مي گيرد. اساسا اين سازوكار زمانبندي سوپاپها را با تغيير دادن زاويه زمانبندي ميل بادامك تغيير ميدهد. به عنوان مثال در سرعت زياد ميل بادامك تنفس به اندازه 30 درجه چرخانده ميشود تا سوپاپ هوا زودتر بازشود. اين حركت با استفاده از عملگر هيدروليكي اعمال شده و مقدار جابجايي مورد نياز توسط سيستم كنترل الكترونيك موتور مراقبت و تنظيم ميشود.

توجه داشته باشيد كه سازوكار تغيير زاويه بادامك نميتواند زاويه بازبودن سوپاپ را تغيير دهد و فقط دير يا زود باز شدن سوپاپ تنفس را تغيير ميدهد. در نتيجه اگر سوپاپ هوا زود باز شود، زود هم بسته ميشود و اگر دير باز شود، ديرهم بسته ميشود. همچنين نميتواند كورس بازشدن سوپاپ را نيز تغيير دهد. با اين وجود سادهترين، و ارزانترين شكل سازوكار زمانبندي متغير سوپاپ محسوب ميشود. زيرا برخلاف ساير سازوكارها كه براي هر سيلندر يك عملگر مستقل نياز دارد، اين سازوكار براي هر ميل بادامك تنها به يك عملگر هيدروليكي نياز دارد.

تغيير پيوسته يا گسسته زاويه ميل بادامك

سادهترين سازوكار تغيير زاويه بادامك فقط 2 يا 3 نقطه ثابت براي تغيير زاويه دارد، مثلا زاويه 0 و 30 درجه. سيستم بهتر سازوكار تغيير پيوسته زاويه بادامك ميباشد كه هر زاويهاي بين 0 تا 30 درجه را برحسب سرعت پوشش ميدهد. واضح است كه بدين ترتيب زمانبندي بهنيه براي هرسرعتي قابل تنظيم است، ضمن آنكه تغييرات نيز با پيوستگي صورت ميگيرد كه مزيت مهمي است. برخي طراحيها مانند سيستم:

BMW: VANOS (VAriable NOckenwellenspreizung, Variable Camshaft Lobe Separation)

برروي هر دو ميل بادامك تنفس و تخليه سازوكار تغيير پيوسته زاويه بادامك قرار دارد و موجب ميشود تا قيچي سوپاپ يا همپوشاني بيشتري بدست آمده و بازدهي بيشتري حاصل شود. به همين دليل است كه خودروي M3 3.2 از نمونه قبلي خود M3 3.0كه فقط روي ميل بادامك تنفس عملگر تغيير پيوسته زاويه بادامك دارد، بازدهي بيشتري داشته و قدرت 100 اسب بخار در هر ليتر توليد ميكند.در سري E46 اين سازوكار برروي ميل بادامك تنفس 40 درجه و بروي ميل بادامك دود 25 درجه تغيير زاويه ايجاد ميكند.

فهرست انواع خودروها با سازوكار زمانبندی متغيير سوپاپها

Advantage: Cheap and simple, continuous VVT improves torque delivery across the whole rev range.
Disadvantage: Lack of variable lift and variable valve opening duration, thus less top end power than cam-changing VVT.

Who use it? Most car makers, such as:

· Audi 2.0-litre - continuous inlet
· Audi 3.0 V6 - continuous inlet, 2-stage exhaust
· Audi V8 - inlet, 2-stage discrete
· BMW Double Vanos - inlet and exhaust, continuous
· Ferrari 360 Modena - exhaust, 2-stage discrete
· Fiat (Alfa) SUPER FIRE - inlet, 2-stage discrete
· Ford Puma 1.7 Zetec SE - inlet, 2-stage discrete
· Ford Falcon XR6's VCT - inlet, 2-stage discrete
· Jaguar AJ-V6 and updated AJ-V8 - inlet, continuous
· Lamborghini Diablo V12 since SV - inlet, 2-stage discrete
· Mazda MX-5's S-VT - continuous inlet
· Mercedes V6 and V8 - inlet, 2-stage?
· Nissan QR four-pot and V8 - continuous inlet
· Nissan VQ V6 - inlet, continuous?
· Nissan VQ V6 since Skyline V35 - inlet, electromagnetic
· Porsche Variocam - inlet, 3-stage discrete
· PSA / Renault 3.0 V6 - inlet, 2-stage
· Renault 2.0-litre - inlet, 2-stage discrete
· Subaru AVCS - inlet, 2-stage?
· Toyota VVT-i - continuous, mostly inlet but some also exhaust
· Volvo 4 / 5 / 6-cylinder modular engines - inlet, continuous
· Volkswagen VR6 - inlet, continuous?
Volkswagen (Audi) W8 and W12 - continuous inlet, 2-stage exhaust

مثال ۱

(VAriable NOckenwellenspreizung, Variable Camshaft Lobe Separation) BMW's Vanos
كاركرد اين مجموعه بسيار آسان است. به انتهاي ميل بادامك يك چرخدنده هليكال متصل شده است. اين چرخدنده هليكال در درون يك فنجاني قرار داشته و ميتواند در امتداد محور ميل بادامك حركت خطي داشته باشد. از انجائي كه چرخدنده هليكال داراي دندانههاي مايل مي باشد، در اثر حركت خطي فنجاني زاويه ميل بادامك نسبت به چرخدنـده تايمينــگ اختـلاف فـاز پيـــــدا ميكند و موجب تقدم يا تاخير در باز و بسته شدن سوپاپها ميشود و به همين ترتيب عقب رفتن فنجاني اختلاف فاز در جهت معكوس ايجاد ميكند. مقدار جابجايي فنجاني بستگي به اختلاف فشار هيدروليك دارد. به اين ترتيب كه در كنار فنجاني دو حفره براي روغن قرار داشته و يك پيستون نازك در وسط آن دو حركت ميكند. جريان روغن بوسيله يك شير الكترومغناطيس كنترل شده و روغن به ميزان لازم وارد حفره موردنظر در سمت جلو يا عقب پيستون ميشود. سپس حركت پيستون توسط يك محور به فنجاني منتقل و سبب جلو يا عقب رفتن آن شده و در نتيجه مقدار پيش افتادن يا تاخير در زاويه ميل بادامك تنظيم ميشود. به عبارت ديگر اگر مطابق شكل سامانه مديريت موتور فرمان ورود روغن به حفره سبز رنگ را صادر كند، پيستون به طرف ميل بادامك حركت كرده و فنجاني را هم به طرف ميل بادامك ميراند. در نتيجه موجب پيش افتادگي در زاويه باز و بسته شدن سوپاپها خواهد شد. به اين ترتيب تغيير پيوسته زمانبندي سوپاپها براساس موقعيت قرارگيري فنجاني بدست ميآيد.


مثال ۲

Toyota VVT-I (Variable Valve Timing - Intelligent)
ميل بادامك متغير هوشمند تويوتا در مدلهاي مختلف خودروها، از تيني واريس Tiny Yaris تا سوپرا Supra نصب و مورد استفاده ميباشد. اين مكانيزم كم و بيش شبيه سيستم بكار رفته در BMW است ضمن آنكه تغيير پيوسته زمانبندي سوپاپها را نيز شامل ميشود. با اين وجود استفاده از لغت هوشمند بخاطر هوشمندي برنامه كنترل آن است. بطوريكه علاوه بر تغيير پيوسته زاويه بادامك براساس سرعت موتور، تغيير آن براساس عوامل ديگر مانند شتاب، شيب روي بطرف بالا و پايين را نيز شامل ميشود.


۲. سازوكار تعويض بادامك

شركت هوندا در دهه 80 ميلادي با ارائه سيستم معروف به VTEC پيشگام استفاده از VVT در خودروهاي سواري محسوب ميشود. اين عنوان در واقع مخفف Valve Timing Electronic Control بوده و براي اولين بار در خودروي Civic CRX و Civic NS-X مورد استفاده قرار گرفت و پس ا آن برروي ساير مدلها رايج گرديد.

اين سيستم در واقع از دو سري بادامك با شكل نيمرخ تشكيل شده تا زمانبندي متفاوتي را توليد نمايد. يك سري از بادامكها در شرايط عادي و سرعت كمتر از 4500 دور در دقيقه مورد استفاده قرار ميگيرد. مجموعه ديگر بادامكها مربوط به سرعت بيشتر است. بديهي است كه چنين سازوكاري قادر به تغيير پيوسته زمانبندي دريچه ها نيست و در نتيجه در سرعت كمتر از 4500 دور در دقيقه خودرو حركت نرمي داشته و در سرعت بيشتر از آن بطور ناگهاني اوضاع تغيير ميكند.
اين مجموعه توان بيشينه را افزايش داده و سرعت دوراني بيشينه موتور را مانند يك خودروي مجهز به ميل بادامك مسابقهاي، به بيش از 8000 دور دقيقه ميرساند و موجب ميشود تا در يك موتور 1600 سي سي توان بيشينه 30 اسب بخار افزايش يابد.

با اين وجود براي رسيدن به چنين توان قابل توجهي بايد سرعت موتور از مقدار معيني بيشتر باشد و رسيدن به آن نيازمند تعويض دنده مكرر خواهد بود. شركت هوندا اخيرا در برخي مدلها سيستم VTEC دو مرحلهاي را به يك سيستم 3 مرحلهاي توسعه داده است. اگرچه اين مجموعه همچنان نسبت به سيستمهاي تغيير پيوسته زاويه بادامك ضعيفتر ميباشد ولي چون ميتواند ارتفاع گشودگي سوپاپها را نيز تغيير دهد، يك سازوكار VVT قدرتمند محسوب ميشود.

فهرست انواع خودروها با سازوكار تعويض بادامك

Advantage: Powerful at top end
Disadvantage: 2 or 3 stages only, non-continuous; no much improvement to torque; complex

Who use it?
Honda VTEC
Mitsubishi MIVEC
Nissan Neo VVL

مثال۱

Honda's 3-stage VTEC (Valve Timing Elecrtonic Control)

آخرين سيستم 3 مرحلهاي VTEC برروي خودروي Civic با موتور تك ميل بادامك رو در ژاپن بكار رفته است. اين سازوكار داراي 3 بادامك با زمانبندي و بر آمدگي مختلف است. لازم به ذكر است كه ابعاد و شكل نيمرخ بادامكها نيز با يكديگر متفاوت ميباشد. به عبارت ديگر بادامك سمت راست داراي نيمرخ با بر آمدگي متوسط و سرعت باز و بسته شدن آرام، بادامك سمت چپ داراي نيمرخ با بر آمدگي كم و سرعت باز و بسته شدن آرام، و بادامك مياني داراي نيمرخ با بر آمدگي زياد و سرعت باز و بسته شدن تند است.

مثال۲

Nissan Neo VVL
اين مجموعه بسيار شبيه سيستم بكار رفته در هوندا بوده ولي بادامكهاي سمت چپ و راست داراي منحني نيمرخ يكساني هستند. در سرعت كم هر دو بازو مستقل از هم عمل كرده و رعت حركت آرامتر و گشودگي كمتر سوپاپها را موجب ميشود و در سرعت بالا هر سه بازو به يكديگر متصل شده و سرعت حركت تندتر و گشودگي بيشتر سوپاپها را موجب ميشود. شايد تصور كنيد كه اين سازوكار يك
سازوكار دو مرحلهاي است، در صورتيكه مشابه همين سازوكار براي ميلبادامك دود نيز وجود داشته و در نتيجه 3 مرحله به شرح ذيل قابل دسترسي ميباشد:
1. در سرعت كم هر دو سوپاپ دود و هوا در وضع آرام هستند.
2. در سرعت متوسط سوپاپ هوا در وضع تند و سوپاپ دود در وضع آرام است
3. در سرعت تند هر دو سوپاپ دود و هوا در وضع تند هستند.

www.khodroha.com