نقاط مرگ بالا و پایین، کورس پیستون، حجم مفید، حجم تراکم، حجم کل، نسبت تراکم، راندمان حجمی
اصطلاحات فنی رایج در موتورهای پیستونی
هر تکنولوژی که عرضه میشود همراه با خود برخی اصطلاحات تخصصی و رایج را به همراه می آورد.آشنایی با انواع مختلف اصطلاح فنی و عبارت به فهم بهتر آن تکنولوژی میانجامد.
شناخت تکنولوژی راه را برای ارائه سرویس و تعمیرات در مورد آن تکنولوژی همواره میکند. تاثیر موتورهای پیستونی آنقدر در زندگی روزمره ما زیاد است که شناخت انواع مختلف اصطلاح فنی در این مورد از ضروریات به شمار میرود.
موتورهای احتراقی داخلی پیستونی Internal Combustion Engine
همانطور که در مقاله موتورهای احتراقی اشاره شد، در موتورهای احتراق داخلی، انرژی شیمیایی سوخت با استفاده از احتراق به انرژی حرارتی تبدیل میشود تا کار مکانیکی ایجاد گردد و این فرایند و عمل تبدیل انرژی به طور کامل درون یک محفظه بسته با عنوان سیلندر انجام میشود. (شکل 1)
شکل 1- موتور احتراق داخلی
در این مقاله قصد داریم به معرفی اصطلاحات فنی در موتورهای احتراق داخلیِ پیستونی بپردازیم.
اصطلاح فنی نقاط مرگ بالا و پایین (TDC & BDC)
در موتورهای احتراق داخلی پیستونی، قطعهای به نام پیستون، دائماً در سیلندر حرکت رفت و برگشتی انجام میدهد. یکی از معروفترین عبارت فنی در این بخش نقطه مرگ بالا و نقطه مرگ پایین است.
بالاترین نقطه در حرکت پیستون که در آنجا سرعت پیستون در یک لحظه صفر میشود و پیستون به سمت پایین تغییر جهت میدهد، نقطه مرگ بالا با نام لاتین Top Dead Center یا بهاختصار TDC نام دارد.
و پایینترین نقطه در حرکت پیستون که در آنجا سرعت پیستون در یکلحظه صفر میشود و پیستون به سمت بالا تغییر جهت میدهد، نقطة مرگ پایین با نام لاتین Bottom Dead Center یا بهاختصار BDC نام دارد.
در شکل 2 نقاط مرگ بالا و مرگ پایین نمایشدادهشده است.
1- نقطه مرگ بالا 2- نقطه مرگ پایین
شکل 2- نقاط مرگ بالا و مرگ پایین
اصطلاح فنی کورس یا طول جابهجایی پیستون
فاصله خطی بین نقطه مرگ بالا و پایین که پیستون در آن فاصله، جابهجا میشود کورس یا طول جابهجایی پیستون نام دارد. (شکل 3)
اندازه کورس پیستون با واحد سانتیمتر یا میلیمتر مشخص میشود.
1-کورس پیستون
شکل 3- نقاط مرگ بالا و مرگ پایین
حجم مفید (حجم جابهجایی)
یکی دیگر از اصطلاح فنی متداول حجم مفید است. فضای بین نقاط مرگ بالا و پایین که پیستون در این فضا حرکت رفت و برگشتی دارد، حجم مفید یا حجم جابهجایی نام دارد.
حجم تراکم (حجم محفظه احتراق)
فضای بین پیستون و سرسیلندر وقتی که پیستون در نقطه مرگ بالا قرار دارد، حجم تراکم یا حجم محفظه احتراق نام دارد.
حجم کل یک سیلندر
حجم کل سیلندر یکی دیگر از اصطلاحات مهم در موتورهای پیستونی است .مجموع حجم جابهجایی و حجم تراکم در یک سیلندر، حجم کل سیلندر نام دارد.
در شکل 4 حجم تراکم با V1 (رنگ قرمز)، حجم مفید با V2 )رنگ آبی( و حجم کل سیلندر با V )هاشور( نمایشدادهشده است.
1- حجم تراکم (حجم محفظه احتراق) V1 2- حجم مفید (حجم جابهجایی)V2 3- حجم کل سیلندر V
شکل 4- حجمهای مختلف در موتورهای احتراق داخلی پیستونی
حجم جابهجایی مجموع سیلندرهای موتور (حجم مفید کل)
حاصلضرب تعداد سیلندر در حجم جابهجایی یک سیلندر، حجم جابهجایی کل موتور نام دارد.
برای نمونه، اگر حجم جابهجایی (مفید) یک سیلندر در یک موتور 4 سیلندر 400 سیسی باشد، حجم جابهجایی کل موتور، 1600 سیسی خواهد بود.
جمع حجمهای جابهجایی کل سیلندرها، معرف حجم اسمی موتور خودرو است بهطوریکه اگر در دفترچه خودرو و یا روی بدنه آن، عدد بهعنوان حجمی مشخص شده باشد، منظور حجم جابهجایی مجموع سیلندرهای موتور است، برای نمونه یک موتورسیکلت هوندای تک سیلندر 125، حجم جابهجایی معادل 125 سیسی دارد و یا وقتی گفته میشود تویوتا هایلوکس 2700، یعنی حجم مفید مجموع چهارسیلندر آن 2700 سیسی است و حجم مفید هر سیلندر این موتور، 675 سیسی است.
در شکل 5، عدد 7/2 روی بدنه خودروی تویوتا هایلوکس، نشاندهندة حجم جابهجایی مجموع سیلندرهای موتور بر حسب لیتر است.
شکل 5- خودروی تویوتا هایلوکس با حجم موتور 2/7 لیتر (2700 سیسی)
اصطلاح فنی نسبت تراکم
نسبت حجم کل سیلندر موتور (حجم جابهجایی + حجم تراکم) تقسیم بر حجم تراکم، نسبت تراکم موتور نامیده میشود.مفهوم نسبت تراکم یکی از تعاریف کلیدی در موتورهای پیستونی به شمار میرود.
در تصویر سمت چپ شکل 6، حجم کل سیلندر در حالت قبل از تراکم با رنگ آبی و در شکل سمت راست مخلوط متراکم شده با رنگ زرد نشاندادهشده است.
شکل 6- مقایسه تراکم مخلوط سوخت و هوا در انتهای مرحله مکش (سمت چپ) با مخلوط سوخت و هوا در انتهای مرحله تراکم (سمت راست)
میزان فشرده شدن مخلوط سوخت و هوا در انتهای مرحله تراکم در مقایسه با مخلوط سوخت و هوای وارد شده در زمان مکش، نسبت تراکم موتور را مشخص میکند، به طور مثال نسبت تراکم 13:1 به این معناست که مخلوط سوخت و هوا در کورس تراکم 13 برابر فشرده میگردد. (شکل 7)
شکل 7- نسبت تراکم در موتور چهارزمانه پیستونی
کارایی بالای موتور، مستقیماً به نسبت تراکم بستگی دارد، بنابراین برای افزایش کارایی موتور، لازم است نسبت تراکم بالایی ایجاد شود.
البته در موتورهای احتراق داخلی بنزینی، محدودیتهایی برای بالابردن نسبت تراکم داریم که مهمترین محدودیت، عدد اکتان بنزین است.
در شکل 8 یک نمونه حل مسئله نسبت تراکم نشاندادهشده است.
شکل 8- یک نمونه حل مسئله نسبت تراکم
اهمیت دانستن نسبت تراکم و محاسبات مربوط به آن در تعمیرات موتور و مخصوصاً تراش سر سیلندر یا داخل سیلندر است. بنا بر روابط بالا این تغییرات میتواند نسبت تراکم را تغییر دهد.
باتوجهبه اینکه تغییرات نسبت تراکم، بر روی راندمان موتور حجمی موتور که در ادامه مفهوم آن بیان میشود تأثیر دارد؛ بنابراین یک تعمیرکار باید بداند اگر بهعنوانمثال به هر دلیل (و در صورت امکان) سر سیلندر موتور تراش داده شد، تأثیر آن روی نسبت تراکم چیست. بهعنوانمثال اگر تراش سرسیلندر سبب افزایش بیش از حد نسبت تراکم در آن سیلندر شود پدیده احتراق زودرس اتفاق خواهد افتاد و موتور اصطلاحاً با ضربه کار میکند.
راندمان حجمی موتور
یکی از پارامترهای مهم در طراحی موتورهای احتراق داخلی، راندمان حجمی است که معرف نسبت جرم مخلوط هوا و سوخت پر شده در سیلندر در شرایط عملی به جرم مخلوط هوا و سوخت پر شده در شرایط تئوری است. به عبارتی به نسبت هوای مکش شده به داخل سیلندر بهصورت واقعی نسبت به میزان تئوریک آن راندمان حجمی موتور گفته میشود که این نسبت در دورهای متفاوت موتور تغییر پیدا میکند؛ ولی بهصورت معمول این نسبت حدود 65% تا 85% است.
متداولترین راه جهت افزایش نیروی تولیدی موتور، افزایش راندمان حجمی موتور است.
بعد از معرفی انواع مختلف اصطلاح فنی موتور در این مقاله، در مطلب بعدی به بررسی مراحل کاری موتور احتراقی چهارزمانه پیستونی خواهیم پرداخت.
نویسنده: مهندس بهروز خطیبی