بالا بردن قدرت موتور ماشین با کف تراشی سر سیلندر
بالا بردن قدرت موتور ماشین با کف تراشی سر سیلندر
یکی از راه های افزایش قدرت موتور این می باشد که ضریب تراکم موتور را افزایش بدیم، با کف تراشی سر سیلندر فضای اتاق احتراق کوچکتر می شود و ضریب تراکم افزایش می یابد .
نکته ای که باید در این بین به آن توجه داشت این است که در افزایش ضریب تراکم نباید افراط کرد زیرا باعث می شود احتراق مخرب افزایش پیدا کند.
توجه : با افزایش نسبت تراکم باید از سوخت با عدد اکتان بالاتر استفاده کرد.
توجه : برای کاهش احتراق مخرب در پی کف تراشی سرسیلندر باید سیستم خنک کننده را تقویت کرد.
بررسی ۳ روش تیونینگ موتور و اثرات آن ها
۱-کف تراشی سر سیلندر
۲- افزایش بلند شدگی سوپاپ (Valve Lift)
۳-سوخت موتور
کف تراشی سر سیلندر
ابتدا با کف تراشی سر سیلندر شروع میکنیم، قبل از آغاز این بحث لازم است تا مفهوم نسبت تراکم را توضیح دهیم .
نسبت تراکم (Compression Ratio) :
هنگامی که پیستون در نقطه مرگ پایین (Bottom Dead Center-BDC) قرار دارد، یک حجم مشخصی در مقابل آن قرار دارد که برابر است با حاصل جمع حجم جاروب شده توسط پیستون یا همان حجم جابجایی (Displacement Volume-Vd) با حجم محفظه احتراق موتور، محفظه احتراق در سر سیلندر قرار دارد. هنگامی که پیستون در نقطه مرگ بالا قرار دارد (Top Dead Center-TDC) حجم روبروی پیستون فقط برابر حجم محفظه احتراق است .
به نسبت این ۲ حجم نسبت تراکم موتور گفته میشود، یعنی نسبت حجم روبروی پیستون در نقطه مرگ پایین به حجم روبروی پیستون در نقطه مرگ بالا نسبت تراکم گفته میشود، اگر به نمودار فشار بر حسب حجم موتور توجه کنیم، ابتدا سوپاپ های ورودی باز میشوند و مخلوط هوا و سوخت به داخل موتور وارد میشود، در مرحله بعدی سوپاپ ها بسته شده (نقطه ۲) و پیستون رو به بالا حرکت میکند، هنگامی که پیستون به سمت بالا حرکت میکند مخلوط هوا و سوخت موجود در سیلندر را متراکم میکند، و باعث میشود فشار مخلوط گازی بالا برود، میزان این افزایش فشار رابطه مستقیم دارد با نسبت تراکم موتور، هر مقدار نسبت تراکم موتور بالاتر برود میزان این افزایش فشار نیز بیشتر میشود.
هنگامی که کف سر سیلندر تراش داده میشود از میزان حجم محفظه احتراق موتور کاسته میشود ، و همان طور که در بالا ذکر شد ، اگر حجم محفظه احتراق کاهش پیدا کند نسبت تراکم موتور افزایش میابد . حال باید ببینیم این افزایش نسبت تراکم یا همان کف تراشی چگونه موتور را تقویت میکند ؟
بر اساس روابط و محاسبات موتور های احتراق داخلی ، هر مقدار که نسبت تراکم موتور را بالا تر ببریم ، راندمان موتور بالا تر میرود. نسبت تراکم برای موتور های اشتعال جرقه ای یا همان بنزینی (Spark Ignition-SI Engines) در محدوده ۸-۱۱ و برای موتور های اشتعال تراکمی (Compression Ignition-CI Engines) در محدوده ۱۲-۲۴ قرار دارد.
نسبت تراکم در موتور های احتراق داخلی یکی از مهم ترین پارامتر های تاثیر گذار است به طوری که اگر تغییر بسیار کوچکی در نسبت تراکم موتور ایجاد کنیم و آن را بالا ببریم ، تغیرات بسیار محسوسی در توان موتور مشاهده میکنیم، برای میزان کف تراشی سر سیلندر نمیتوان مقدار خاصی را مشخص کرد، برای هر موتور بسته به شرایط کاری و وضعیت فعلی آن موتور باید بهینه ترین میزان کف تراشی را حساب کرد.
افزایش بلند شدگی سوپاپ (Valve Lift)
هنگامی که موتور شروع به کار میکند میل بادامک (Cam Shaft) شروع به چرخش میکند و سوپاپ ها به ترتیب باز و بسته میشوند، بر روی میل بادامک ، یک سری بادامک قرار دارند که هندسه مشخصی دارند، بادامک یک استوانه است که در قطاعی از این استوانه شعاع بیشتر از قسمت های دیگر است، و هنگامی که بادامک میچرخد پیرو بادامک (همان سوپاپ) بالا و پایین میرود. میتوان نتیجه گرفت که میزان بلند شدن سوپاپ از نشیمن گاه سوپاپ (Valve Lift) برابر است با اختلاف حداکثر شعاع و حداقل شعاع بادامک، میزان Valve lift در موتور خودرو های سواری معمولی بین ۵ تا ۱۰ میلی متر است.
در یک موتور هنگامی که بادامک میچرخد و سوپاپ ورودی باز میشود، هوا به داخل موتور راه پیدا میکند ، جریان هوا از فاصله بین سوپاپ و نشیمن گاه آن عبور میکند، حال اگر ما هندسه بادامک را عوض کنیم ، یعنی حداکثر شعاع بادامک را افزایش دهیم، میزان بلند شدن سوپاپ (Valve Lift) نیز افزایش پیدا میکند و باعث میشود مقاومت در برابر هوای عبوری به موتور کاهش پیدا کند و بازده حجمی موتور (Volumetric Efficiency) یا به اصطلاح تنفس موتور بهبود یابد. در موتور های پیشرفته امروزی معمولا میزان Valve Lift متغیر است و بسته به شرایط کاری موتور تغییر میکند، مانند سیستم Valvetronic کمپانی بی ام دبلیو.
اما هنگامی که میخواهیم بلند شدگی سوپاپ (Valve Lift) را افزایش دهیم باید به یک نکته توجه کنیم، اگر ما Valve Lift را بالا برده باشیم، هنگامی که پیستون در نقطه مرگ بالا قرار میگیرد، ممکن است سوپاپ با پیستون برخورد داشته باشد ، نتیجه چنین برخوردی از کار افتادن موتور و هزینه های بسیار است، برای حل این مشکل تصویر سوپاپ بر روی سطح پیستون را میتراشند و از بر خورد سوپاپ با سطح پیستون جلوگیری میشود، اما هنگامی که این کار را میکنیم در واقع به حجم روبروی پیستون در نقطه مرگ بالا اضافه کرده ایم و به عبارت دیگر مقداری از نسبت تراکم را کم کرده ایم، مشاهده میشود که ۲ روش تیونینگ موتور در خلاف جهت هم حرکت میکنند، تیونر در اینجا وظیفه دارد تا بسته به شرایط و کاربرد موتور بهینه ترین طراحی را انجام دهد .
سوخت
همان طور که در قسمت های گذشته بیان کردیم در ورزش موتور اسپرت از موتور های اشتعال جرقه ای استفاده میشود، سوخت مورد استفاده در موتور های اشتعال جرقه ای بنزین است، برای سوخت این موتور ها ۲ پارامتر بسیار مهم وجود دارد :
۱-ارزش حرارتی سوخت :
ارزش حرارتی سوخت برابر است با مقدار انرژی ای که به ازاء جرم واحد سوخت در اثر اشتعال سوخت به موتور داده میشود، هر چه مقدار ارزش حرارتی سوخت بالاتر باشد میزان انرژی ورودی به موتور بالاتر میرود و توان خروجی موتور بالاتر میرود.
۲-عدد اکتان سوخت :
برای هر سوخت یک مقاومت به خود اشتعالی (Self Ignition) تعریف میشود و معیار برای سنجش این مقاومت عدد اکتان است، برای سوخت بنزین هر مقدار این عدد بالاتر باشد یعنی مقاومت آن سوخت نسبت به خود اشتعالی بیشتر است.
اما ابتدا باید بررسی کنیم که چرا برای سوخت یک موتور اشتعال جرقه ای باید عدد اکتان بالا باشد، پاسخ پدیده ضربه یا کوبش (Knock) است. قبل از اینکه به بررسی پدیده ضربه بپردازیم بایستی ۲ مفهوم دمای خود اشتعالی سوخت(Self Ignition Temperature) و تاخیر در اشتعال(Ignition Delay) را تعریف کنیم.
دمای خود اشتعالی سوخت (Self Ignition Temperature) :
دمایی است که اگر دمای مخلوط هوا و سوخت از آن بالاتر برود ، بدون نیاز به جرقه شمع مخلوط مشتعل میشود، به عبارت دیگر اشتعال خود به خودی صورت میگیرد.
تاخیر در اشتعال (Ignition Delay) :
هنگامی که دمای مخلوط سوخت و هوا به بالاتر از دمای خود اشتعالی میرسد ، فورا اشتعال رخ نمیدهد، بلکه یک زمان بسیار کوتاهی(کسری از ثانیه) طول میکشد تا مخلوط مشتعل شود، هر چه دمای مخلوط بیشتر از دمای خود اشتعالی باشد این زمان کمتر میشود، به این فاصله زمانی ، تاخیر در اشتعال (Ignition Delay) گفته میشود.
در موتور اشتعال تراکمی اساس اشتعال بر اثر پدیده خود اشتعالی است ، اما این پدیده خود اشتعالی در یک موتور اشتعال جرقه ای اتفاق خوبی نیست و به موتور آسیب میرساند، در موتور اشتعال جرقه ای احتراق فقط باید با جرقه شمع آغاز شود و در غیر این صورت احتراق مخرب است و به موتور آسیب میرساند.
حال به ادامه بحث کوبش (Knock) در موتور اشتعال جرقه ای میپردازیم، در موتور هنگامی که پیستون رو به بالا حرکت میکند و مخلوط هوا و سوخت را متراکم میکند، فشار مخلوط افزایش میابد، بر اساس قانون گاز ها در ترمودینامیک این افزایش فشار موجب افزایش دما میشود و دمای مخلوط هوا و سوخت افزایش میابد، حال اگر این افزایش دما به حدی باشد که دمای مخلوط از دمای خود اشتعالی سوخت بالاتر برود، مخلوط هوا و سوخت قبل از اینکه شمع جرقه بزند و شعله احتراق گسترش یابد ، مشتعل شده و باعث ایجاد اختلال در عملکرد موتور میشود، در حالت عادی پیستون به سمت بالا می آید و مخلوط را متراکم میکند، چند درجه قبل از نقطه مرگ بالا شمع جرقه میزند و شعله احتراق تشکیل میشود و به سمت پیستون حرکت میکند و بدین ترتیب تمام مخلوط سوخته میشود و مرحله احتراق پایان میابد.
اما اگر عدد اکتان سوخت پایین باشد و دمای خود اشتعالی سوخت پایین باشد (به عبارت دیگر مقاومت سوخت در برابر خود اشتعالی کم باشد)، در این حالت قبل از اینکه شعله احتراق ناشی از جرقه شمع به سطح پیستون برسد، مقداری از مخلوط که هنوز سوخته نشده است و دمای آن به بالاتر از دمای خود اشتعالی رسیده مشتعل میشود و یک موج فشاری در کل سیلندر موتور ایجاد میکند، این موج فشاری در سیلندر باعث ایجاد یک صدا در موتور میشود (یکی از علت های انتخاب اسم Knock برای این پدیده همین صدا میباشد) و به اصطلاح گفته میشود که موتور Knock میزند.
همان طور که گفته شد اگر شعله به مخلوط سوخته نشده هنوز نرسیده باشد و دمای مخلوط بالا برود خود اشتعالی رخ میدهد، اما اگر سرعت شعله به قدری بالا باشد که شعله سریعا به انتهای پیستون برسد ( یعنی زمان رسیدن شعله به سطح پیستون کمتر از میزان زمان تاخیر در اشتعال (Ignition Delay) باشد) آنگاه در این صورت مشکل Knock به وجود نمی آید.
در ورزش موتور اسپرت در اکثر زمان های کاری، موتور در دور و بار بالایی در حال کار است و این یعنی اینکه دمای کاری موتور ها بسیار بالا است ، پس احتمال نزدیک شدن به دمای خود اشتعالی سوخت در موتور ها بالا است و لذا باید در انتخاب بنزین مناسب دقت کنیم. یکی از راه ها برای افزایش عدد اکتان بنزین ترکیب کردن آن با الکل است، که بسته به نوع الکل و درصد آن به میزان عدد اکتان سوخت اضافه میشود.
در بخش اول که مربوط به کف تراشی سر سیلندر بود ، گفتیم که هر چقدر سر سیلندر را کف تراشی کنیم ، نسبت تراکم موتور بالاتر میرود، از طرف دیگر بر اساس قانون گاز ها میدانیم اگر فشار مخلوط بالا برود ، دمای آن نیز بالا میرود، در نتیجه ما به عنوان یک تیونر نمیتوانیم نسبت تراکم یک موتور اشتعال جرقه ای را خیلی بالا ببریم، چون افزایش نسبت تراکم باعث میشود دمای مخلوط هوا و سوخت افزایش یابد و ممکن است دمای مخلوط از دمای خود اشتعالی سوخت بالا تر برود و باعث پدیده مخرب knock شود. در واقع هرچه نسبت تراکم موتور بالاتر میرود بایستی از سوختی با اکتان بالاتر استفاده کرد.
تیونر وظیفه دارد با توجه به شرایط موجود و سوختی که در دسترس دارد بهینه ترین طراحی را برای سر سیلندر و نسبت تراکم موتور انجام دهد تا در موتور خود اشتعالی رخ ندهد.
کارستان