نحوه کار موتور های چهار زمانه اتو

در این مقاله به نحوه کار موتور های چهار زمانه اتو می پردازیم.

منحنی احتراق سیکل چهار زمانه اتو:

با نصب دستگاه ثبت کننده فشار به سیلندر، می توان تغییرات فشار داخل سیلندر را هر لحظه از سیکل موتور به دست آورد.

تبدیل انرژی:

موتور احتراق داخلی، ماشینی است که در آن انرژی شیمیایی سوخت به انرژی حرارتی و انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی تبدیل می شود. به عبارت دیگر دو مرحله تبدیل انرژی در آن صورت می گیرد .در این فرایند تنها بخشی از انرژی شیمیایی سوخت (انرژی اولیه) که به حرارت تبدیل می شود منجر به کار مفید و تولید قدرت می گردد. بخش عمده این انرژی سبب غلبه بر افت اصطکاکی قطعات و بخش های مختلف موتور می گردد. به طور مثال غلبه بر افت اصطکاک بین یاتاقان های ثابت و متحرک میل لنگ و یا غلبه بر اصطکاک بین رینگ های پیستون و دیواره سیلندر.

بخش دیگری از این انرژی صرف کار پمپ آب جهت به گردش درآوردن آب رادیاتور و در تابستان کار کمپرسور جهت تولید هوای خنک برای آسایش سرنشینان می شود. بخش زیادی از انرژی حرارتی نیز از اگزوز موتور به محیط بیرون خارج می گردد.

ترمودینامیک موتور:

آزاد شدن گرما در حجم ثابت: سیکلی که در آن گرما در حجم ثابت آزاد می شود سیکل اتو نامیده می شود. در این تحلیل فرض می شود احتراق به قدری سریع رخ داده که پیستون در حین احتراق حرکتی نکرده است. به زبان دیگر در این سیکل فرض می شود احتراق در حجم ثابت رخ داده است. در این حالت احتراق با یک جرقه شروع می شود، به همین دلیل موتوری که برمبنای سیکل اتو کار می کند، موتور اشتغال جرقه ای نام گرفته است. سیکل اتو یک فرایند چهار زمانه است و از مراحل تنفس، تراکم، انبساط و تخلیه تشکیل شده است. بنابراین در این گونه موتورها یک سیکل کامل در دو دور موتور انجام می شود.

سیکل اتو پس از اختراع موتور چهارزمانه توسط نیکلاس اتو در سال ١٨٧6 به اسم او نام گرفت. اتو به عنوان مخترع موتور های احتراق داخلی مدرن و نیز پایه گذار صنایع موتورسازی معروف است. موتور چهارزمانه ای که اتو برای اولین بار تولید نمود دارای توان (1/5 kW) 2hp در سرعت موتور 160 rpm بود.

آزاد شدن گرما در فشار ثابت:

این نوع سیکل به سیکل دیزل معروف است و به منظور شبیه سازی موتور هایی استفاده می شود که با کنترل احتراق در آن، ابتدای مرحله انبساط به شکل فشار ثابت صورت گیرد. موتور های مبتنی بر سیکل دیزل، موتور های اشتعال تراکمی نیز نامیده می شوند.

سیکل مذکور پس از اختراع موتوری با قابلیت پاشش مستقیم سوخت مایع به محفظه احتراق توسط رادلف دیزل در سال ١٨97 به نام سیکل دیزل نام گرفت.

نسبت تراکم در موتور های دیزل نسبت به موتور های اشتعال جرقه ای بیشتر است. این نسبت در موتور های دیزل در حدود ١٥ الی ٢٠ می باشد. این نسبت تراکم باعث می شود دمای دیواره های سیلندر به اندازه ای باشد که موجبات خود اشتعالی مخلوط سوخت و هوا را فراهم آورد. مدت مرحله احتراق به وسیله زمان پاشش و نیز نحوه اختلاط افشانه سوخت کنترل می شود.

سیکل های دوگانه:

عملکرد موتور های اشتعال تراکمی امروزی به هیچ یک از سیکل های فشار ثابت و حجم ثابت شباهتی ندارد، بلکه در وضعیتی میان آن دو کار می کند که در آن بخشی از حرارت به صورت حجم ثابت و بخش دیگر آن به صورت فشار ثابت آزاد خواهد شد.

سیکل دوگانه، سیکل گازی است که به منظور مدل سازی دقیق موتور هایی که در آن احتراق کندتر از حالت حجم ثابت ولی تندتر از حالت فشار ثابت رخ می دهد مورد استفاده قرار می گیرد. با استفاده از سیکل های دوگانه همچنین می توان روابط جبری برای پارامترهای کارایی موتور نظیر بازده حرارتی پیشنهاد داد. پخش آزاد شدن گرما دردو گونه مختلف حجم ثابت و فشار ثابت از جمله مسائلی است که طراح موتور می تواند آن را با استفاده از نوع سوخت، نوع سیستم تزریق سوخت و هندسه موتور تحت کنترل قرار دهد. با استفاده از کنترل نحوه آزاد شدن گرما می توان فشار بیشینه سیلندر را محدود نمود. به همین دلیل سیکل دوگانه را سیکل فشار محدود نیز می نامند.

اصول کار موتور های پیستونی:

در موتور های پیستونی، انرژی شیمیایی سوخت پس از احتراق که ناشی از جرقهٔ شمع) در موتور های اشتعال جرقه ای) عموماً در موتور های بنزینی و یا انفجار مخلوط (در موتور های اشتعال تراکمی) عموماً در موتور های دیزل صورت می گیرد، به واسطهٔ فشار تولیدشده، سبب حرکت پیستون می گردد .حرکت رفت و برگشتی پیستون سبب انتقال قدرت به میل لنگ و در نهایت به چرخ ها می گردد.

موتور های احتراقی به سه دسته تقسیم می شوند:

احتراق در حجم ثابت (بنزینی)

احتراق در فشار ثابت (دیزلی)

احتراق پیوسته (توربینی)

در زیر مشخصات این نوع از موتورها، نحوه عملکرد، نمونه های موجود و موارد مصرف آنها ذکر شده است.

موتور های انفجاری با سیکل حجم ثابت (بنزینی):

زمان کار: دو و چهار زمانه

سوخت رسانی: کاربراتوری - انژکتوری

نوع سوخت: بنزین - الکل - گاز

نام سیکل: اتو

نحوهٔ اشتعال: گاز به وسیله جرقه شمع (دستگاه آتش زنه)

انواع موتور های ساخته شده: پیستونی - روتوری

مورد مصرف: در اتومبیل های سواری در کاربری های سبک

موتور های احتراقی با سیکل فشار ثابت (سوخت سنگین):

زمان کار: دو و چهار زمانه

سوخت رسانی: انژکتوری

نوع سوخت: گازوئیل و مازوت

نام سیکل: دیزل

نحوهٔ اشتعال: خودبه خود (به وسیله گرمای تراکم)

انواع موتور های ساخته شده: دیزل - نیم دیزل

مورد مصرف: خودروهای سواری و سنگین- خودروهای دریایی- ماشین های کشاورزی- موتور های ثابت و غیره

موتور های احتراق پیوسته (توربینی):

زمان کار: پایا (دایم)

سوخت رسانی: انژکتوری

نوع سوخت: نفت سفید

نام سیکل: توربینی

نحوهٔ اشتعال: ابتدا با جرقه شمع و سپس به طور خودبه خود

انواع موتور های ساخته شده: عکس العملی و تور بوشافت

مورد مصرف: هواپیماها - ترن ها