رفتن به مطلب

ارسال های توصیه شده

موتورهای شش زمانه

مقدمه:

 

عملكرد موتورهای احتراق داخلی به این صورت که پس از تراکم مخلوط هوا و سوخت ، انفجار در سیلندر رخ مي دهد. به عبارت ديگر انبساط گاز مستقیما روی پیستون اثر گذاشته و میل لنگ را 180 درجه مي چرخاند.

 

فرايند احتراق در موتورهاي احتراقي به دو صورت داخلي و خارجي اتفاق مي افتد. در موتور احتراق داخلي فرايند اختلاط سوخت و هوا كه منجر به انفجار واحتراق مي شود، درون موتور صورت گرفته و پس از احتراق هيچكدام از اجزاء قابل بازيافت نيستند نظير موتور خودرو و هواپيما. در موتور احتراق خارجي ، احتراق سوخت بدون تماس مستقيم با سيال كاري، توليد قدرت مي كند نظير موتور بخار يا بويلرهاي نيروگاه.

 

طراحی مكانيكي و ساختماني موتور شش زمانه همانند موتورهای احتراق داخلی می باشد با اين تفاوت كه سیکل ترمودینامیکی تغيير كرده است . تعبيه دو اتاقك جديد در سر سیلندر اين موتور را متمایز می کند. اتاقك احتراق و اتاقك تراکم( گرمکن هوا) هر دو از سیلندرموتور جدا هستند. با توجه به اينكه احتراق اصلي درون سیلندر رخ نمی دهد، رخداد انفجاردرمحفظه ی احتراق کمکی مستقيماٌ روی پیستون اثر نمی گذارد و در نتيجه مستقل از 180 درجه ی چرخش میل لنگ در سيكل قدرت می باشد.

 

محفظه ی احتراق كاملاٌ توسط محفظه ی گرمکن احاطه شده است. دیواره های محفظه ی احتراق با تبادل گرما با محفظه ی گرمکن سبب مي شوند فشار هوا درون محفظه ی گرمکن افزایش یابد و قدرت اضافي تولید شود.

 

به طور خلاصه مزایای موتور شش زمانه عبارتند از:

 

• افزايش راندمان حرارتی

 

• كاهش مصرف سوخت

 

• کاهش آلاينده هاي شیمیایی

 

· كاهش آلودگي صوتي

 

• افزايش کورس مفید کار

 

• مصرف بهينه و پاشش مستقیم سوخت در هر دور موتور

 

• امكان استفاده از چند سوخت مختلف

عملکرد موتور شش زمانه:

 

درطول سیکل كاري موتور شش زمانه، محفظه های كمكي اجازه می دهند برخي از فرایندهاي ذيل همزمان عمل کند. بنابراين فرايند توليد قدرت برای هر کدام از سیکل هاي احتراق داخلی و احتراق خارجی بوجود مي آيد. شكل (1) نمودار پیوستگی هشت فرایند را نشان می دهد:

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

 

 

شكل (1)- فرايندهاي موتور شش زمانه

 

 

مراحل سیکل احتراق خارجي(شكل 2) عبارتند از:

 

فرایند1 :مکش هوای خالص درون سیلندر(فرایند دینامیکی)

 

فرایند 2: تراکم هوای خالص در محفظه ی گرمکن(فرایند دینامیکی)

 

فرایند3 : هوای خالص فشرده شده در محفظه ی بسته گرمكن با تبادل گرما با دیواره های محفظه ی احتراق افزايش دما پيدا مي كند.(فرایند استاتیکي چون مستقیما روی میل لنگ اثر نمی گذارد)

 

فرایند4 : انبساط هوای داغ درون سیلندرو توليد قدرت(فرایند دینامیک).

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

 

شكل (2)-فرايند احتراق خارجی

 

 

طی این چهار فرایند، هوای خالص هرگز در تماس مستقیم با سوخت و شمع نمی باشد.

لینک به دیدگاه

دومین سیکل مربوط به احتراق داخلی می باشد:

 

فرایند5: تراکم مجدد هوای خالص و گرم درون محفظه ی احتراق(فرایند دینامیک)

 

فرایند6 : تزریق سوخت ، بدون تاثیر روی میل لنگ و احتراق در محفظه ی احتراق(فرایند استاتیک)

 

فرایند7 : گازهای احتراق منبسط می شوند و کار انجام می شود. (فرایند دینامیک)

 

فرایند8: تخلیه محصولات احتراق (فرایند دینامیک)

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

 

شكل (3)-فرايند احتراق داخلي

 

در طی این چهار فرایند فوق، هوا مستقیما با سوخت تماس دارد(شكل 3)

طراحي سرسيلندر:

 

دراين سر سیلندر دو محفظه و چهار سوپاپ به ازاي هر سيلندر وجود دارد. اين در حاليست كه دو تا سوپاپ برای مکش و تخلیه متداول هستند. دو سوپاپ دیگر از مواد مقاوم به حرارت بالا ساخته شده اند. فشاربالا درمحفظه سوپاپها طی مراحل احتراق و گرم کردن هوا ممكن است سوپاپها را باز كند. براي ممانعت ازاين پديده روی هر دو سوپاپ یک پیستون نصب شده که فشار روی سوپاپ ها را خنثی میکند. نكته ديگر اينكه در سیکل شش زمانه، سرعت دوراني میل بادامک یک سوم میل لنگ است.(شكل 4)

 

دیواره های محفظه ی احتراق هنگامی که موتور روشن است، سوزان هستند. محفظه ی گرم کن هوا، محفظه ی احتراق را احاطه کرده است. ضخامت کم دیواره اجازه تبادل حرارت مابين دو محفظه را می دهد. محفظه ی گرم کن هوا براي كاهش تلفات حرارتی از سر سیلندر عایق شده است.(برای معرفی ساده تر موتور، جزئیات محفظه احتراق در اين مقاله تشريح نشده است.)

 

انتقال حرارت از محفظه ی احتراق به محفظه ی گرمکن طي دو مرحله انجام می شود، که نتیجه ی ان فشار کمتر روی پیستون و نرمی بهترموتوراست. از آنجا كه محفظه ی احتراق توسط سوپاپ ها ازسیلندر جدا شده، قطعات محرک علي الخصوص پیستون نسبت به تنشهای ناشی از دما و فشار بسیار بالا در خطر نیستند. به كمك اين سوپاپها از خودسوزی يا احتراق پيش رس مخلوط سوخت و هوا جلوگیری می شود.

 

نسبت تراکم محفظه ی احتراق و گرم کن متفاوت می باشد. منطقي است كه نسبت تراکم محفظه ی گرم کن بیشتر از نسبت تراكم محفظه ي احتراق باشد تا مرحله احتراق خارجی به خوبي صورت پذيرد . متناظراٌ نسبت تراکم كمتردرمحفظه ی احتراق روي سیکل احتراق داخلی عمل مي كند.

 

احتراق همه ی سوخت پاشیده شده در محفظه احتراق تضمين مي شود چرا كه به دليل گرم شدن هوا درون محفظه ی احتراق ، همه ی سوخت پاشیده شده احتراق مي يابد و علاوه براين دیواره های سوزان محفظه مانند چندین شمع عمل می کنند. همچنين برای آسان روشن شدن موتور در هوای سرد درون محفظه ی احتراق یک شمع گرمکن کار گذاشته شده است.

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

 

شكل (4)-سرسيلندر موتور شش زمانه

 

در مقایسه با موتور دیزل که به یک بدنه ي سنگین نیاز دارد، این موتور چند گانه سوز می تواند از سوخت دیزل استفاده کند. بنابراين امکان ساختن مدل خیلی سبکترنسبت به یک موتور بنزيني وجود دارد.

 

پاشش و احتراق سوخت طی 360 درجه از دوران میل لنگ در یک محفظه ی احتراق بسته اتفاق می افتد. این خصوصیت باعث می شود که زمان سوختن ایده ال سوخت افزايش يابد به طوری که عمدة انرژي پتانسيل شيميايي سوخت آزاد شود . به همين خاطر اولين عامل الودگی محيط زيست يا خام سوزي از بين مي رود. با استفاده از انژکتورمعروف به SNDF امكان پاشش دو سوخت از یک نازل وجود دارد.

 

دیواره های سوزان محفظه ی احتراق، باقیمانده سوختي که در طی پاشش ته نشین شده را می سوزاند. در نتيجه دومین عامل کاهش الایندگی يا همان هيدروكربن هاي نسوخته (HC) تحقق مي يابد.

 

در مراحل تخلیه و مکش، سوپاپ های محفظه ی احتراق و گرم کن، زمان استراحت بیشتری برای تعدیل دارند که باعث کاهش سرو صدا و بهبود راندمان موتورمی شود. با توجه به روند تغيير طراحي در موتورشش زمانه جزئيات بيشتر در خصوص طراحي اين موتور در مقاله هاي آتي همين ماهنامه از نظر خواهد گذشت.

 

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

 

شكل (5)- شش مرحله عملكرد موتور شش زمانه

عوامل موثر در افزایش راندمان حرارتی و کاهش مصرف سوخت و آلایندگي:

 

1. با احاطه کردن محفظه ی احتراق توسط محفظه ی گرمکن ،گرمای هدر رفته از سر سیلندر در طی خنک کاری موتورهای متداول بازیافت می شود.

 

2. بعد از مکش، انرژي جنبشي هوا در محفظه ی گرمکن افزايش می يابد و طی 720 درجه دوران میل لنگ متراكم مي شود . اين درحالي است كه محفظه در طول 360 درجه گردش ميل لنگ بسته است. (احتراق خارجی).

 

3. تبادل گرمای دیواره های خیلی نازک محفظه ی احتراق با محفظه ی گرمکن، دما و فشار گازهای منبسط شده و تخلیه شده از محفظه ی احتراق را متاثر می كند.

 

4. احتراق و انبساط بهتر گازها طی 540 درجه گردش میل لنگ در مرحله قدرت رخ مي دهد . در طول 360 درجه محفظه احتراق بسته است ودر طول 180 درجه انبساط گازها صورت مي گيرد.

 

5. دیواره های سوزان محفظه ی احتراق اجازه می دهد که هر سوختی و باقیمانده ته نشین شده ان به بهترین شكل ممكن بسوزد.

 

6. كورس کار شامل دو انبساط طی شش كورس كاري است .در نتيجه قدرت در حدود 8% نسبت به موتورهای چهار زمانه بیشتر است.

 

7. سیلندر دركورس مکش به علت دمای پایین دیواره ی سیلندر و سر سیلندر بهتر پر مي شود.

 

8. برخلاف موتورچهار زمانه که در مدت زمان كوتاهي تخلیه و مکش توام رخ می دهد (وضعيت قيچي قيچي سوپاپها)، در موتورشش زمانه مکش در كورس اول و تخلیه در كورس چهارم رخ می دهد که سبب حذف تلاقی گازهای خروجی با مخلوط احتراق می شود.

 

9. تلفات قدرت در سیستم خنک کاری كاهش مي يابد به طوری که امکان دارد نیاز به خنک کاری با اب نباشد و يا پمپاژ آب و دمش فن رادياتور کاهش پیدا کند.

 

10. سبک بودن قطعات محرک سبب اینرسی کمترخواهد شد.

 

11. با احتراق در محفظه ی بسته حتی در هوای سرد فشاركمتري به روغن می ايد و رقیق شدن روغن نيز اتفاق نميافتد.

 

 

 

از انجایی که موتورهای شش زمانه یک سوم موتورهای چهار زمانه تخلیه و مکش دارند، افت فشار روی پیستون در مکش و فشار منفي گازهاي اگزوز در تخلیه به نسبت یک سوم کاهش پیدا می کند. تلفات اصطکاک با تقسیم بهتر فشار روی قطعات متحرک، تعدیل شده و به همین دلیل قدرت در طی دو مرحله توليد می شود و احتراق مستقیم نيزحذف مي گردد.

مزایای موتورهای شش زمانه نسبت به موتورهاي چهارزمانه:

 

1. حداقل %40 کاهش مصرف سوخت:

 

راندمان كاري موتور شش زمانه تقريباٌ 50% است . بنابراين در مقايسه با راندمان 30% موتورهاي بنزيني ،مصرف سوخت ويژه كاهش مي يابد.

 

عليرغم افزوده شدن قظعات در سرسيلندر به دليل افزايش راندمان حرارتي و داشتن دو مرحله قدرت در طول شش مرحله كاري موتور، توان ويژه از موتور بنزینی چهار زمانه کمتر نیست.

 

از ان جایی که كورس کار در دو مرحله رخ می دهد (360 درجه از 1080 درجه) گشتاور %8 نسبت به موتور چهار زمانه (180 درجه از 720 درجه) بیشتر است. این امر سبب می شود در سرعت پایین، موتور بدون تاثیر چشمگیر روی مصرف سوخت به نرمی كار کند، در واقع احتراق تحت تاثیر سرعت خودرو نيست. این مزيت بهبود عملکرد خودرو در ترافیک را به همراه دارد.

 

2. چند گانه سوز بودن موتور:

 

چند گانه سوز بودن برتری مهم ديگري است. موتور شش زمانه میتواند با سوخت های مختلف كار کند يعني از سوختهاي فسیلي و گياهي گرفته تا LPG و روغن حیوانی. اختلاف درميزان اشتعال پذیری یا ضد کوبشي سوخت هیچ نقشي در احتراق ندارد.

 

ساختمان استاندارد یک موتور بنزینی و نسبت تراکم کم محفظه ی احتراق موتور های شش زمانه مانع استفاده از سوخت دیزل نمي شود. همچنین سوخت گازول(در ايران متداول نيست) يا مخلوط بنزين و الكل (متانول) قابل استفاده است.

 

3. کاهش چشمگیر آلاینده هاي اگزوز:

 

درازاي مصرف مخصوص سوخت كمتر الودگی صوتی، حرارتی و شیمیایی کاهش می یابند و پر واضح است كه اين نوع موتورها آلاینده های هیدرو کربن، مونوکسید کربن و نیترات كمتري توليد مي كند. از این گذشته قابلیت کار کردن این موتورها با سوختهای گیاهی و گازهای كم الاینده، باعث مي شود سخت ترین استانداردهاي آلودگي قابل دستيافت باشد.

 

4. استفاده ازسوخت مایع يا LPG(Liquefied petroleum gas)

 

قیمت ارزان، الایندگی كمتر LPG نسبت به بنزین وکاهش مصرف سوخت ويژه، استفاده از سیستم LPG را به صورت تكسوزتوجيه پذير مي کند. بنابراين به كمك يك موتور شش زمانه LPG سوز روي خودرو با مخزني معادل مخزن يك خودروي معمولي بنزين سوز، می توان مسافت بیشتری پيمايش کرد .

 

5. قیمت قابل مقايسه اين موتور نسبت به موتور چهار زمانه:

 

موتور شش زمانه هیچ تغییر اساسی نیاز ندارد . تكنولوژي و تجربه تخصصی و صنعتی فعلي كفايت مي كند. قیمت ساخت سر سیلندر (محفظه ی احتراق و محفظه ی گرمكن) با ساده سازی چندین قطعه تعدیل می شود. با سبک سازی قطعات متحرک، کاهش سیستم خنک کاری، کاهش اندازه مخزن و ساده سازی پاشش مستقیم سوخت بدون استفاده ازشمع (نظير ديزل) و غیره ... قيمت موتور كاهش قابل ملاحظه اي مي يابد.

نتیجه گیری:

 

تاكنون راه حلی قاطعي برای جایگزینی موتورهای احتراق داخلی ارائه نشده است مگراينكه با ظهورتکنولوژی هاي نوين و رو به رشد در زماني معقول و با رعايت ملاحظات مالی تحولي عظيم در طراحي موتوراتفاق بيافد . موتور شش زمانه و پذیرش آن در صنعت خودروسازی جهان می تواند یک تاثیر عظیم روی محیط زیست و اقتصاد جهانی بگذارد. موتوری که 40% صرفه جویی در مصرف سوخت و 60 تا 90 درصد (بستگی به نوع سوخت دارد) کاهش الایندگی دارد.

 

پيش بيني مي شود مصرف سوخت برای خودروهای متوسط بین 4 تا 5 لیتر در 100 کیلومتر و برای خودروهای کوچک 3 تا 4 لیتردر 100 كيلومتر باشد.

 

خودروهای با موتور شش زمانه می توانند 3 تا 5 سال دیگر به صورت انبوه عرضه شوند.

 

قایق موتوری ها ( موتورهای درون و بیرون کشتی) ميتوانند پیشنهاد یک بازار فروش بزرگ برای این موتورها باشند. مطلوبيات آنها کاملا با مزاياي اقتصادی، ایمنی ، ساده سازی و کاهش الودگی صوتی و شیمیایی اين موتورها موافق است. از این گذشته، استفاده از سوخت های ديگر غیر بنزين می تواند قوياٌ مد نظر قرار گيرد.

 

استفاده از سوخت های گیاهی (غیر فسیلی)، گازهای طبیعی و دیگر سوختها به همراه کار کردن موتور با کمترین تنظیم و الایندگی، می تواند بهره گيري از انها را در ژنراتورها، پمپ ها كشاورزي، موتور های خودرو و قايق ميسرسازد.

لینک به دیدگاه

به گفتگو بپیوندید

هم اکنون می توانید مطلب خود را ارسال نمایید و بعداً ثبت نام کنید. اگر حساب کاربری دارید، برای ارسال با حساب کاربری خود اکنون وارد شوید .

مهمان
ارسال پاسخ به این موضوع ...

×   شما در حال چسباندن محتوایی با قالب بندی هستید.   حذف قالب بندی

  تنها استفاده از 75 اموجی مجاز می باشد.

×   لینک شما به صورت اتوماتیک جای گذاری شد.   نمایش به صورت لینک

×   محتوای قبلی شما بازگردانی شد.   پاک کردن محتوای ویرایشگر

×   شما مستقیما نمی توانید تصویر خود را قرار دهید. یا آن را اینجا بارگذاری کنید یا از یک URL قرار دهید.

×
×
  • اضافه کردن...