سرعت بخشیدن به احتراق موتور با پیستون های شعاعی
سرعت بخشیدن به احتراق(ترجمه سید حسین حسینی)
در میان مشکلات الودگی و گرم شدن زمین ، حدود ۲۰ درصد الایندگی های دی اکسید کربن به وسایل نقلیه نسبت داده می شود و حدود ۹۰ درصد این مقدار به خودروها نسبت داده می شود. روش های مختلفی برای بهبود بخشیدن بازده حرارتی وجود دارد. بعضی روش ها مانند چرخش و بازخورانی گاز خروجی همراه با احتراق ضعیف و کاهش تلفات مکش اولیه کار می کنند. تاثیرات سرعت بخشیدن به احتراق با بهینه سازی جریان های داخل سیلندر به دو دسته تقسیم می شوند.
· تقویت احتراق با ترقی دادن جریان غلتشی ، چرخشی و دیگر جریان های داخل سیلندر در تمامی مراحل مکش و تراکم
· به کار بردن جریان شعاعی رو به مرکز برای تولید جریان اشفته اصلی در مجاورت نقطه مرگ بالا در مرحله تراکم.
. برای بالا بردن بازده یک موتور بهینه کردن بازده حرارتی مهم است، که دربالاترین نسبت تراکم ممکن فراهم خواهد شد. اما اگر نسبت تراکم بسیار بالا باشد، ضربه ای خواهیم داشت که باید به هر قیمتی شده از ایجاد ان جلوگیری کرد. یک راه حل برای رفع این مشکل افزایش سرعت احتراق است، که با کاهش وقت لازم برای رخ دادن خودسوزی از ایجاد ان جلوگیری می کند.
برای افزایش سرعت احتراق، اشفتگی مطلوب به میزان زیادی در انتهای مرحله تراکم لازم است.زیرا نتیجه ی ان مخلوط شدن بهتر سوخت و هوا است و همچنین گسترش شعله را ترقی خواهد داد. اگر چه مقدار بسیار زیاد اشفتگی باعث انتقال حرارت بیش از اندازه گازها به دیواره های سیلندر می شود و ممکن است مشکلاتی در انتشار شعله ایجاد کند. راه حل بازده احتراق ، داشتن اشفتگی کافی در محفظه احتراق می باشد. این اشفتگی با طراحی مجراهای ورودی به سیلندر ایجاد می شود.
جریان های داخل سیلندر
دو نوع ساختار اشفتگی وجود دارد که در موتور قابل شناسایی می باشد. جریان غلتشی و جریان چرخشی که هر دو طی مرحله مکش ایجاد می شود.جریان غلتشی به عنوان جریانی که حول محور عمودی سیلندر می چرخد شناسایی می شود. جریان چرخشی با چرخش حول محور هم مرکز سیلندر شناسایی می شود. به طوری که جریان غلتشی عموما در محفظه ی های احتراق چهار سوپاپ وجود دارد و جریان چرخشی عموما در سیلندرهای دو سوپاپ وجود دارد. اگر جریان ورودی همراه با یک اندازه حرکت زاویه ای اولیه وارد سیلندر شود ایجاد جریان چرخشی می کنید.
جریان غلتشی (سمت راست) و جریان چرخشی (سمت چپ) در سیلندر خودرو
با توضیحات بالا ، اشفتگی نباید خیلی زیاد باشد، زیرا در غیر این صورت باعث انتقال حرارت بسیار زیاد با دیواره ها و حجم سیلندر خواهد شد. بنابراین یک جریان چرخشی بالا که کاهش بازده حجمی را سبب می شود، خواسته شده نمی باشد.
یک نسبت چرخش فقط برای احتراق بهینه نیست بلکه بر کاهش الایندگی نیز تاثیر گذار است.دو راه برای ایجاد جریان چرخشی وجود دارد. با استفاده از طراحی سوپاپ و طراحی مجرای ورودی. طراحی ، یک شکل نیاز دارد که اشفتگی را طی مرحله ورودی ایجاد کند و این اشفتگی در طی مرحله تراکم نیز ادامه داشته باشد.
دو نوع طراحی رایج وجود دارد که مجرای ورودی مستقیم و مجرای ورودی حلزونی می باشد.ایده مجرای ورودی منحنی شکل این است که هوا طی یک چرخش اولیه در حین وارد شدن به سیلندر ایجاد می شود.(البته امروزه کاربرد کمی دارند به خاطر ایجاد فراصوت) چرخش با جهت دادن جریان هوا اطراف ساق سوپاپ به دست می اید. طوری که حرکت زاویه ای هنگام ورود هوا به سیلندر ایجاد می شود. مجراهای ورودی حلزونی شکل در یک سطح مساوی از جریان چرخشی ضریب تخلیه بیشتری نسبت به مجرای ورودی مستقیم دارد. مزیت دیگر مجرای ورودی منحنی شکل این است که انها به نا همواری هایی که در ریخته گری رخ می دهد حساس نیست. همچنین چرخش بهتری نسبت به مجرای مستقیم دارد.
دو نوع دریچه غلتش و مبنا که در موتور دیزل استفاده می شوند.
شکل پیستون و مشخه های عمومی
یک پیستون شعاعی برای محصور کردن محفظه ی احتراق و جرقه زدن در جایی که نقطه مرکزی بین چهار سوپاپ است، بسیار مناسب است. این شکل محفظه ی احتراق مرسوم در موتورهای جدید می باشد و دارای این مزیت است که بدون نیاز به کوچک کردن قطر سوپاپ ها ، می تواند جریان شعاعی تولید کند. اگر چه این نوع در پیستون های با سطح نسبتا بزرگ و وزن نسبتا زیاد مناسب نمی باشد. پیستون شیب دار شعاعی با شتاب دادن به احترق از ایجاد ضربه جلوگیری می کند (مخصوص موتور های دیزل)
مقایسه انواع پیستون ها و مزایا و معایب انها
ناحیه شیب دار محیطی پیستون برای محصور کردن محفظه ی احتراق مناسب است و به طور گسترده استفاده می گردد.
پیستون های حفره دار با شکل های مختلف
پیستون ها با شیب های مختلف حفره
این نوع پیستون ها در موتورهای دیزل کاربرد دارند که باعث افزایش اشفتگی ، افزایش جریان غلتشی و در نتیجه تسریع احتراق ، کارکرد نرم موتور و کاهش الایندگی می شود.