اصطلاحات فنی مولد قدرت و اساس کار موتورهای چهار زمانه اتو

در این مقاله به اصطلاحات فنی مولد قدرت و اساس کار موتورهای چهار زمانه اتو می پردازیم.

سیکل (چرخه): عبارت است از یک دوره کامل که حجم مشخصی از سوخت وارد سیلندر شده و پس از احتراق از آن خارج می شود. با توجه به اینکه این عمل مدام تکرار می شود فرایند مذکور سیکل احتراقی نامیده می شود. به عبارت دیگر مجموعه چهار زمان کامل موتور است که از مکش، تراکم، قدرت و تخلیه تشکیل می گردد.

نقطه مرگ پایین Bottom Dead Center) BDC):

در مسیر حرکت، پیستون پایین ترین نقطه بوده در آنجا سرعت پیستون صفر می باشد و تغییر جهت حرکت می دهد.

نقطه مرگ بالا Top Dead Center) TDC):

در مسیر حرکت پیستون، بالاترین نقطه است که در آنجا سرعت پیستون صفر شده، تغییر جهت حرکت می دهد.

کورس پیستون:

فاصله بین نقطه مرگ بالا و پایین، کورس یا طول جابه جایی پیستون می گویند.

حجم جابه جایی:

حجم جابه جایی موتور فضایی است که بین دو نقطه مرگ بالا و پایین محدود می شود. پیستون در این فضا حرکت رفت و برگشتی دارد.

حجم تراکم:

حجم تراکم به فضایی که بین پیستون و سرسیلندر وقتی که پیستون در نقطه مرگ بالا قرار دارد گفته می شود.

حجم کل یک سیلندر:

عبارت است از مجموع حجم جابه جایی و حجم تراکم.

حجم جابه جایی کل موتور:

حاصل ضرب تعداد سیلندر در حجم جابه جایی یک سیلندر را حجم جابه جایی موتور گویند. حجم جابه جایی کل موتور را به صورت لیتر یا سانتی متر مکعب در کاتالوگ های فنی و همچنین در روی بدنه اتاق خودرو مشخّص می کنند.

نسبت تراکم:

نسبت حجم کل به حجم تراکم یک سیلندر را نسبت تراکم گویند.

اساس کار موتورهای چهار زمانه اتو:

در موتور چهارزمانه، یک دوره (سیکل) کار در چهار زمان (کورس) انجام می شود. یعنی برای انجام کار مکانیکی در هر سیکل، چهار مرتبه پیستون به طرف بالا و پایین حرکت می کند (دو حرکت به بالا و دو حرکت به پایین) قسمت های مختلف آن عبارت است از: سیلندر، پیستون، شاتون، دریچه ها، سوپاپ ها، شمع و … .

مرحله (کورس) مکش:

در کورس تنفس، پیستون از بالا به طرف پایین حرکت می کند. به علت آب بندی بودن پیستون در سیلندر و سریع پایین رفتن آن و بزرگ شدن ناگهانی حجم بالای پیستون، فشار این منطقه کمتر از فشار هوای محیط می شود (خلأ نسبی به وجود می آید) و با باز شدن سوپاپ گاز (دریچه ورودی)، مخلوطی از سوخت و هوا وارد سیلندر می شود و فضای خالی پیستون را پر می کند. مقدار بنزین به اندازهٔ لازم به وسیله کاربراتور در هوای مصرفی موتور به صورت ذرّه پخش گردیده، از طریق لوله های انتقال (مانیفولد گاز) به سیلندر ارسال می شود. در بیشتر مدّت تنفس سیلندر، سوپاپ دود بسته می ماند از نظر تئوری چون سوپاپ گاز باز می شود و قسمت داخلی سیلندر با هوای محیط مرتبط می گردد، بنابرین عمل تنفس در فشار ثابت به وقوع می پیوندد. اما از نظر عملی، سرعت پیستون بیشتر از سرعت هوای ورودی است زیرا ذرات سوخت و هوا دارای اینرسی بوده و تمایل به حرکت کردن ندارند. لذا خلأیی در داخل سیلندر ایجاد می شود و فشار داخل سیلندر کمتر از فشار جو می گردد و در نتیجه سوخت و هوا از موضع پرفشارتر به سیلندر جریان می یابد.

مرحله (کورس) تراکم:

در این مرحله، پیستون از پایین به بالا حرکت می کند وهر دو سوپاپ بسته می ماند. در نتیجه مخلوط هوا و سوخت در محفظه احتراق فشرده می شود و فشاردرون سیلندر در پایان زمان تراکم به 8 تا 16 اتمسفر می رسد. اندازه فشار نهایی گاز در پایان کورستراکم به عوامل گوناگونی بستگی دارد، از جمله: فضای اطاق احتراق، حجم کل سیلندر، درجهحرارت موتور، فشار هوا، راندمان حجمی موتور و غیرهدر نزدیکی رسیدن پیستون به بالاترین نقطه حرارت خود، شمع جرقه می زند و مخلوط سوختو هوای تراکم شده را که به علت کوچک شدن فضای سیلندر مولکول هایش بیشتر با هم تصادف کردهو گرم شده اند، می سوزاند. از نظر عملی درصد پر شدن سیلندر کمتر می باشد زیرا به علّت اینرسی گاز، نمی توان در زمان مکش، تمام فضای سیلندر را از سوخت و هوا اشباع کرد. به علاوه حرارت ایجادشده در اثر تراکم گاز از دیواره به هوا و آب و روغن، انتقال پیدا می کند.

مرحله (کورس) قدرت:

پس از انفجار گاز فشار در فضای کوچک شده بالای پیستون، به شدت افزایش می یابد و گاهی تا 40 آتمسفر می رسد که وقتی بر سطح پیستون تأثیر کند نیروی قابل توجّهی را به پیستون وارد می سازد. مثلاً هرگاه قطر پیستون را 10 cm فرض کنیم نیروی فشاری معادل است باF=P.A= 40×0/785×10 = 314 kg یعنی بیش از سه تن نیرو وارد می کند.

علت بالا رفتن فشار، به طور ناگهانی، احتراق گاز در حجم ثابت است که از نظر تئوری این عمل کاملاً در حجم ثابت فرض شده است و در یک لحظه، تمام هیدروکربورهای متراکم شده منجر می گردد؛ ولی از نظر عملی به دلایل زیر چنین نمی باشد:

1- اشتعال گاز دفعتاً نیست و عمل سوخت 3/1000 ثانیه طول می کشد که در این مدت حجم سیلندر تغییر می کند.

2- با حرکت پیستون و ازدیاد حجم سیلندر، منحنی فشار احتراق عملاً به شکل منحنی خواهد بود که دستگاه ثبت کننده فشار (اندیکاتور) چگونگی تغییرات فشار را نشان می دهد.

در این زمان، پیستون از بالاترین نقطه به طرف پایین حرکت کرده، به واسطهٔ شاتون، میرلنگ را به حرکت در می آورد. تنها کورس مفید موتور همین زمان است. در این زمان هر دو سوپاپ بسته می مانند.

مرحله (کورس) تخلیه:

پیستون از پایین ترین نقطه به طرف بالا حرکت می کند و با باز شدن سوپاپ دود پس مانده های حاصل از احتراق، موتور را ترک می کنند. از نظر عملی سوپاپ دود کمی قبل از رسیدن به نقطه مرگ پایین، شروع به باز شدن می کند (در زمان قدرت) تا عمل تخلیه در فرصت بیشتری انجام شود. به طوری که وقتی پیستون تغییر جهت داده و به طرف بالا حرکت می کند مقدار دود خروجی به حدّاکثر می رسد. همچنین زمان بسته شدن سوپاپ دود را طوری طراحی می کنند که پس از کورس تخلیه کمی باز بماند تا عمل تخلیه کامل تر صورت پذیرد. ممکن است تصوّر شود که با باز بودن سوپاپ دود و پایین رفتن پیستون در زمان مکش، دود به داخل سیلندر کشیده می شود. ولی چنین نیست؛ زیرا دود از مدّتی قبل حرکت کرده، در اثر ازدیاد فشار داخل سیلندر نسبت به خارج، سرعت و اینرسی لازم را باز یافته است. به علاوه گاز ورودی سنگین تر از دود می باشد.