مجموعه مقالات مرتبط با خودرو

[kab]

میل بادامک چگونه کار می کند؟

مترجم : مهندس علی معتمد
مکانیک خودرو - مقالات

می‌دانید که سوپاپ ها اجازه می دهند مخلوط هوا-سوخت به موتور وارد شود و همچنین دود خارج شود.میل بادامک از برجستگی هایی (به نام بادامک) استفاده می کند که هنگام چرخیدن،سوپاپ ها را می فشارد تا باز شوند،در حالی که فنرهای روی سوپاپها،آنها را به موقعیت بسته باز می گرداند.این یک کار حیاتی است،که می تواند تاثیرات بسزایی روی عملکرد موتور در سرعتهای مختلف داشته باشد.
● میل بادامک
مهمترین قسمت هر میل بادامک بر جستگی های آن است.هنگامی که میل بادامک می چرخد،برجستگی ها متناسب با پیستون ها،سوپاپ ها را بالا و پایین می کنند.برای این منظور،رابطه مشخصی بین برجستگی بادامک ها و نحوه عملکرد موتور در سرعت های مختلف وجود دارد.
برای درک چنین موضوعی فرض کنید که موتور بسیار آهسته کار می کند-در ١٠الی ٢٠دور در دقیقه(RPM)-که به پیستون در طی کردن هر سیکل چند ثانیه وقت می دهد.البته واقعاً به کار انداختن ماشین در این سرعتی غیر ممکن است.در این سرعت کم،ما نیاز داریم که بادامک ها به گونه ای قرار گرفته باشند که:
۱) همین که پبستون در مرحله مکش شروع به پایین رفتن می کند نقطه مرده بالا(Top dead center,TDC)بایستی سوپاپ ورودی باز باشد.زمانی که پیستون به پایین می رسد،سوپاپ بایستی بسته شود.
۲) سوپاپ خروج بایستی در زمان نقطه مرده پایین(bottom dead center,BDC)که همان انتهای مرحله احتراق است،باز شوند و در زمانی که پیستون مرحله تخلیه را طی کرد،باید بسته شوند.این مرحله باید بسیار مرتب تا زمانی که موتور با این سرعت کار می کند،تکرار شود.اما چه اتفاقی می افتد زمانی که دور موتورافزایش می یابد؟خواهیم دید
زمانی که شما دور موتور را می افزایید،تنظیمات ١٠الی ٢٠rpm دیگر خوب کار نمی کند .اگر موتور در ٤٠٠٠ rpm باشد،سوپاپ ها در هر دقیقه ٢٠٠٠بار باز و بسته می شوند ویا ۳۳ بار در هر ثانیه.در این سرعت،پیستون خیلی سریع حرکت می کند وهمچنین مخلوط هوا-سوخت نیز به سرعت وارد سیلندر می شود،زمانی که سوپاپ ورودی باز می شود و پیستون مرحله مکش را آغاز می کند مخلوط هوا-سوخت شروع به شتاب گرفتن برای ورود به سیلندر می کند. زمانی کی پیستون به پایین مرحله مکش می رسد ،مخلوط هوا-سوخت با سرعت زیاد در حال حرکت است،اگر بخواهیم سوپاپ ورودی را به شدت ببندیم،تمامی هوا و سوخت متوقف می شود و وارد سیلندر نمی مشوند.اگر سوپاپ ورود برای لحظه ای بیشتر باز باشد،تکانه هوا-سوخت که با سرعت در جریان است,به فشار آوردن روی پیستون در ابتدای مرحله تراکم ادامه می دهد.پس هر چه سریع تر موتور حرکت کند،سریع تر مخلوط هوا-سوخت حرکت می کند و ما زمان بیشتری را لازم داریم تا سوپاپ ورودی باز بماند.همچنین می خواهیم که در سرعت های بالا تر سوپاپ پهن تر باز شود.این ویژگی که ترفیع سوپاپ نام دارد،با مشخصات برجستگی بادامک ها امکان پذیر است.
هر کدام از میل بادامک ها در یک دور موتور خاص خوب کار می کنند.در بقیه سرعت ها موتور با تمام قدرت خود کار نمی کند.به هر حال،یک "میل بادامک ثابت"همواره ارجح بوده است.به همین دلیل است که خودرو سازان برنامه هایی را برای تنوع دادن به پروفیل بادامک ها متناسب با سرعت ماشین در دست بررسی دارند.
میل بادامک ها در موتور های مختلف متنوعند.ما در مورد متعارف ترین انها صحبت خواهیم کرد.احتمالاً اصطلاحات زیر را شنیده اید:
▪ تک میل بادامک (ingle Overhead Cam (SOHC
▪ دو میل بادامک (ouble Overhead Cam(DOHC
▪ میل فشاری Pushrod
اجازه دهید با تک میل بادامک شروع کنیم.
▪ تک میل بادامک
در این چیدمان موتور دارای یک میل بادامک به ازای هر سرسیلندر است.پس اگر موتور مورد نظر یک موتور ٤ یا ٦ سیلندر تک خط باشد ،یک میل بادامک، و اگر V-۶ یا V-۸ باشد،٢ عدد خواهد داست.(یکی برای هر سرسیلندر)
بادامک ها بازوهایی را که به سوپاپ ها متصل است به کار می اندازند."فنر" ها سوپاپ ها را به وضعیت بسته اولیه باز می گردانند.این فنر ها بایستی بسیار قوی باشند زیرا در سرعت های بالا با سرعت بسیار زیاد به پایین فشرده خواهند شد و این فنرها هستند که باید بازوها را به بادامک چسبیده نگه دارند.اگر قدرت فنرها زیاد نبود،ممکن بود بازوی سوپاپها از بادامک جدا شود و در این صورت این وضعیت باعث فرسودگی مضاعف بازوها می شود.
▪ دومیل بادامک
موتورهای دومیل بادامک دارای دو میل بادامک به ازای هر سرسیلندر می باشند.پس موتور های یک خط دارای دو میل بادامک و موتورهای V-شکل دارای چهار میل بادامک می باشند ومعمولاًسیستم دو میل بادامک برای موتورهایی کاربرد دارد که دارای تعداد چهار یا بیشتر سوپاپ به ازای هر سیلندر می باشند.در واقع یک میل بادامک نمی تواند به اندازه کافی برجستگی روی خود جا دهد تا بتواند این تعداد سوپاپ را به کار بیندازد.
ایده اصلی استفاده از دومیل بادامک برای اینست که بتوان از سوپاپ های ورود و خروج بیشتری بهره جست.سوپاپ های بیشتر بدان معناست که گازهای ورودی و خروجی به دلیل وجود فضای بیشتر برای عبور،راحت تر جریان پیدا می کنند .این امر موجب افزایش قدرت موتور می شود.
▪ میل فشاری(Pushrod)
همانند موتورهای SOHC و DOHC ,در موتور های میل فشاری سوپاپ ها در سرسیلندر واقع شده اند.تفاوت اساسی اینست که میل بادامک ها به جای اینکه درسرسیلندر جاسازی شده باشند،در خودِ بلوک موتور جای دارند.
بادامک ها میله های بلندی را که از بلوک ِموتور تا سرسیلندر امتداد پیدا کرده اند و به منظور فشردن بازوهای سوپاپ ها استفاده می شوند را به حرکت در می آورند.این میله ها یک اضافه بار برای سیستم محسوب می شوند،که باعث افزودن نیروی مازاد بر نیاز به فنر سوپاپ ها می شوند.این مشکل باعث محدود شدن سرعت این گونه موتور ها می شود،موتورهایی که میل بادامک در سرسیلندر دارند،با حذف استفاده از میله های بلند،یکی از تکنولوژی هایی است که امکان ساخت موتور های پرسرعت را می دهند.
میل بادامک در موتور های میل فشاری معمولاً با یک چرخ دنده یا زنجیر کوچک به حرکت در می آیند.چرخ دنده ها معمولاً کمتر مستعد شکستگی می باشند.
● تنظیم سوپاپ متغیر
چندین روش جدید وجود دارد که میل بادامک ها قادرند برنامه زمانی ِسوپاپ ها را تغییر دهند.سیستمی که بر روی تعدادی از موتور های Honda استفاده شده است Variable Valve Timed and lift Electronic Control,VTEC نام دارد. VTECیک سیستم مکانیکی-الکترونیکی است که به موتور اجازه می دهد که چندین میل بادامک داشته باشد.موتور های VTECیک بادامک مکش ِاضافه به همراه سوپاپ مخصوص آن دارند.پروفیل منحصر به فرد این بادامک ها موجب می شود که سوپاپ مکش ِاضافه مدتِ بیشتری باز بماند.دردور موتورهای پایین،این بادامک به سوپاپی وصل نیست.اما در دورهای بالا یک پیستون،بازوی سوپاپ اضافه را به بادامک مربوطه قفل می کند.برخی اتومبیل ها از وسیله ای استفاده می کنند که زمان بندی سوپاپ را پیش می اندازد.این وسیله سوپاپها را طولانی تر باز نگه نمی دارد،بلکه در عوض،آن را دیرتر باز کرده و دیر تر می بندد.برای اینکار،میل بادامک را چند درجه جلو تر از حد معمول خود می چرخانیم.اگر سوپاپ مکش در حالت عادی ١٠درجه قبل از نقطه مرده بالا (TDC)باز شود ودر ١۹٠ درجه بعد از TDC بسته شود،کل مدت باز بودن سوپاپ ٢٠٠درجه است.زمان باز و بسته شدن سوپاپ ها را می توان با استفاده از مکانیزمی که میل بادامک را چند درجه ای به جلو می چرخاند، جابجا کرد. پس ممکن است سوپاپ ١٠ درجه بعد از TDCباز شود و ٢١٠درجه بعد از آن بسته شود.٢٠درجه دیرتر بسته شدن سوپاپ ها بسیار عالیست،ولی به هر حال ما بایستی سعی کنیم که مدت زمانی که سوپاپ مکش باز است را افزایش دهیم.
Ferrari یک ایده واقعاً زیبا را برای این کار در اختیار دارد.میل بادامک در بعضی از ماشین های Ferrari به صورت پروفیل سه بعدی برش داده شد اند که برجستگی بادامک در طول میل بادامک تغییر می کند.برجستگی بادامک در یک سمت بزرگتر از سمت دیگر آن است که شیب ملایمی این دو پروفیل را به هم متصل کرده است.یک مکانیزم می تواند کل میل بادامک را در امتداد محور خود جابجا کند تا اینکه بازوی سوپاپ با بخش های مختلف بادامک در تماس باشد.این میل بادامک هنوز هم مانند میل بادامک های عادی می چرخد ولی اگر آنرا به آرامی در امتداد محور متناسب با سرعت و بار خودرو جابجا کنیم،می توانیم زمان بندی سوپاپ را بهینه کنیم.
بسیاری از کارخانجات تولیدی ِخودرو در حال انجام تحقیقات بر روی سیستم هایی هستند که بتوان تحت آنها به تغیّر نامحدود در زمان بندی سوپاپ ها دست یافت.برای مثال، تصور کنید که سوپاپ ها یک سیملوله به دور خود دارد که می تواند به جای استفاده از میل بادامک، توسط کامپیوتر اداره شود.با این سیستم،شما قادر به دریافت بیشترین بازده از موتور در هر دور موتوریخواهید بود.وسیله ای که می تواند چشم انداز آینده باشد.

[kab]

اندازه این تصویر تغییر داده شده است. برای مشاهده کامل تصویر در این قسمت کلیک کنید. اندازه اصلی این تصویر 755x24 و حجم آن 0KB. سیستم های تعلیق خودرو چگونه کار می کنند؟

مکانیک خودرو - مقالات

هنگامی که مردم در مورد کارایی اتومبیل فکر می کنند، معمولاً کلماتی نظیر: اسب بخار، گشتاور و شتاب صفر تا صد به ذهن شان خطور می کند. ولی اگر راننده نتواند خودرو را کنترل کند، همه قدرتی که توسط موتور ایجاد می گردد، بدون استفاده است. به همین دلیل، مهندسین خودرو تقریباً از هنگامی که به فناوری موتورهای احتراق داخلی چهار زمانه دست پیدا کردند، توجهشان به سیستم تعلیق معطوف گردید.
کار تعلیق خودرو، در به حداکثر رسانیدن اصطکاک بین لاستیک و سطح جاده، برای فراهم آوردن هدایت پایدار، دست فرمان خوب و اطمینان از اینکه سرنشینان در راحتی به سر می برند، خلاصه می شود. در این مقاله ما به کاوش چگونگی کارکرد سیستم تعلیق می پردازیم، و اینکه در طول سال ها چگونه متحول شده، و اینکه طراحی سیستم های تعلیق در آینده به کدام جهت سوق پیدا می کند.
اگر جاده ها کاملاً صاف بودند و بدون هیچ دست اندازی، ما نیازی به سیستم تعلیق نداشتیم. ولی جاده ها از صاف بودن فاصله زیادی دارند. حتی جاده هایی هم که به تازگی آسفالت شده اند، دارای ناصافی هایی جزئی هستند که می توانند بر چرخ های خودرو تاثیر بگذارند. این ناصافی ها بر چرخ ها نیرو وارد می کنند و طبق قوانین حرکت نیوتن، همه نیروها جهت و اندازه دارند. یک دست انداز باعث می شود تا چرخ به صورت عمودی بر سطح جاده بالا و پایین برود. البته نیرو به بزرگی و کوچکی دست انداز بستگی دارد. در عین حال، چرخ خودرو هنگامی که از نا هم سطحی عبور می کند، یک شتاب عمودی را نیز به دست می آورد.
بدون یک نظام مداخله کننده، همه انرژی عمودی چرخ، به شاسی که در همان جهت در حال حرکت است انتقال می یابد. در چنین شرایطی، ممکن است که چرخ ها به طور کامل ازجاده جدا شده و سپس، تحت نیروی جاذبه، مجدداً با سطح جاده برخورد کنند. چیزی که شما نیاز دارید، سیستمی است که انرژی چرخ را (که دارای شتاب عمودی است) در حال عبور از دست انداز، جذب کرده و به شاسی و بدنه اجازه دهد تا به راحتی حرکت کنند.
مطالعه نیروهای موجود در یک خودروی متحرک را دینامیک خودرو می نامند، و برای درک بهتر ضرورت وجود یک سیستم تعلیق، در وحله اول، نیاز به دانستن بعضی مفاهیم می باشد. اکثر مهندسان اتومبیل، دینامیک خودروی متحرک را از دو دیدگاه بررسی می کنند:
▪ سواری، توانایی خودرو برای به نرمی عبور کردن از یک جاده پر دست انداز.
▪ دست فرمان، امنیت خودرو در شتاب، ترمز و در پیچ ها و دورها.
این دو خصیصه را می توان به صورت عمیق تری در سه بخش مهم توضیح داد – ایزولاسیون جاده، نگهدارندگی جاده و پیچ.
▪ شاسی:
سیستم تعلیق یک خودرو در حقیقت بخشی از شاسی است که شامل تمام سیستم های مهمی که در زیر بدنه قرار دارند، می شود.
این سیستم ها شامل بخش های زیر می شوند:
ـ شاسی(فریم): قطعه ساختاری و حامل بار که بدنه موتوردار خودرو را حمل می کند، پس در نتیجه توسط سیستم تعلیق پشتیبانی می شود.
ـ سیستم تعلیق: تشکیلاتی که وزن را تحمل می کند، شوک و فشار را جذب کرده و کاهش می دهد و تماس لاستیک را کنترل می کند.
ـ سیستم هدایت: مکانیزمی که راننده را قادر می سازد تا وسیله را هدایت کرده و جهت بدهد.
ـ چرخ ها و لاستیک ها: اجزایی که حرکت خودرو را، با درگیری (اصطکاک) با سطح جاده، میسر می سازند.
با مرور این شمای کلی در ذهن، نوبت پرداخت به سه قطعه بنیادین هر سیستم تعلیق می رسد: فنرها، کمک فنرها و میل موج گیر.
▪ فنرها:
سیستم فنرهای امروزی بر پایه ی یک طرح از چهار طرح کلی می باشند:
ـ فنرهای پیچشی: رایج ترین نوع فنر بوده و در اصل یک میله فلزی سخت و محکم می باشد که حول یک محورپیچیده است. فنر پیچی ها باز و بسته می شوند تا جا به جایی چرخ ها را جذاب کنند.
ـ فنرهای تخت: این نوع از فنر از لایه های مختلف فلزی تشکیل شده که به یکدیگر متصل می شوند تا به عنوان یک واحد عمل کنند. فنرهای تخت، اول بار در کالسکه های اسب کش استفاده شدند و تا سال ۱۹۸۵ بر روی اکثر اتومبیل های آمریکایی به کار گرفته می شدند. امروزه نیز هنوز بر روی اکثر کامیون ها و خودروهای سنگین استفاده می شوند.
ـ میله های پیچشی: میله های پیچشی از خواص پیچش یک میله استیل استفاده می کند تا کارایی همانند فنر پیچشی را ایجاد کند. طریقه کارش به این صورت می باشد که یک سر میله به بدنه خودرو قلاب و متصل شده. انتهای دیگر به یک جناغ متصل است که مانند اهرمی عمل می کند که با زاویه º ۹۰ نسبت به میله پیچشی حرکت می کند. هنگامی که چرخ با یک دست انداز برخورد می کند، حرکت عمودی به جناغ انتقال یافته و سپس، در طی عمل هم سطح سازی، به میله پیچشی می رسد. پس از آن میله پیچشی به دور محورش می پیچد تا نیروی فنری ایجاد نماید. خودروسازان اروپایی از این سیستم به صورت گسترده ای استفاده کردند، و نیز در ایالات متحده، پاکارد و کرایسلر در طول سال های ۱۹۵۰ تا ۱۹۶۰ این کار را انجام دادند.
ـ فنرهای بادی: فنر بادی که شامل یک محفظه سیلندری هوا می باشد، بین چرخ و بدنه خودرو قرار گرفته، و از خواص فشرده سازی هوا استفاه می کند تا لرزش های چرخ را بگیرد. طرح آن بیش از یک قرن قدمت دارد و می توان آن را در کالسکه های اسب کش یافت. فنرهای بادی در آن دوران از کیسه های چرمی پر از هوا درست می شدند، بسیار شبیه به کیسه های سازهای بادی؛ در سال ۱۹۳۰ فنرهای بادی چرمی-قالبی جایگزین این کیسه ها شدند.
با توجه به محلی که فنرها در خودرو قرار دارند – که همان بین چرخ ها و بدنه می باشد – مهندسان، اغلب صحبت درباره جرم معلق و جرم نامعلق (= جرمی که در تماس با جاده می باشد) را مناسب می دانند.
▪ فنرها: جرم معلق و نامعلق
جرم معلق، جرم خودرو بر فنرها است، حال آنکه جرم نامعلق به صورت جداگانه، جرم بین جاده و فنرهای سیستم تعلیق تعریف می شود. خشکی فنر، بر عکس العمل جرم معلق در هنگام رانندگی تاثیر می گذارد. خودروهایی که دارای جرم معلق ضعیفی هستند، نظیر خودروهای اشرافی (مانند خودروی شهری لینکلن) می توانند دست اندازها را به راحتی هضم کرده و یک سواری فوق العاده نرم و راحت را فراهم آورند؛ هر چند، این چنین خودرویی از شیرجه و نشست، در هنگام ترمز کردن و شتاب گرفتن رنج می برد و در سر پیچ ها و دورزدن ها، تمایل بیشتری به تجربه موج یا پیچش بدنه نشان می دهد. خودروهایی که دارای فنرهای سخت می باشند، مانند خودروهای اسپرت (مثل Mazda Miata) نسبت به جاده های پر دست انداز، خشونت بیشتری نشان می دهند. ولی این نوع اتومبیل، به خوبی حرکت بدنه را به حداقل می رساند؛ واین بدان معناست که آنها قابلیت سواری به صورت دیوانه وار را دارا هستند، حتی در سر پیچ ها.
پس در حالی که فنرها به خودی خود، قطعاتی ساده به نظر می آیند، طراحی و به کارگیری آنها بر روی یک خودرو به منظور تعادل بین راحتی سرنشین و کنترل خودرو، فرآیند پیچیده ایست. و برای پیچیده تر ساختن مسئله، همین کافی است که فنرها به تنهایی نمی توانند یک سواری کاملاً نرم را فراهم آورند. چرا؟ زیرا آنها در جذب انرژی بسیار عالی عمل می کنند، ولی در رهاسازی اش به آن خوبی نیستند. قطعات دیگری، به عنوان کمک فنر نیاز هستند تا این کار به خوبی انجام پذیرد.
● سیستم های تعلیق تاریخی
در قرن شانزدهم تلاشی در حل مشکل انتقال بد همه نیرو از دست انداز به گاری و واگن ها انجام گردید. آنها توسط چهار کیسه چرمی پر از باد که به چهار ستون شاسی متصل بودند، بدنه گاری را (که شبیه به یک میز وارونه بود) معلق نمودند، و چون بدنه گاری از شاسی معلق بود، سیستم، به عنوان یک "سیستم تعلیق" شناخته شد – اصطلاحی که امروزه نیز به انواع راه حل ها اطلاق می شود. سیستم "بدنه معلق"، یک نظام فنری کامل نبود، ولی چرخ ها و بدنه را قادر می ساخت تا به صورت آزاد حرکت کنند.
فنرهای نیمه بیضوی، که با نام "فنرهای گاری" نیز شناخته می شوند، به سرعت جایگزین تعلیق کیسه های چرمی شدند. فنرهای نیمه بیضوی به صورت عمومی در انواع واگن ها، گاری ها و ... استفاده می شدند. اغلب، هم بر روی اکسل عقب و هم بر روی اکسل جلو به کار می رفتند. هرچند، این سیستم باعث به وجود آمدن موج رو به جلو و عقب می شد و مرکز ثقل بسیار بالایی داشت.
با ورود و ازدیاد خودروهای موتوری، سیستم های فنری متفاوت و موثرتری گسترش یافتند که سواری را بر سرنشینان راحت تر می کردند.

[kab]

ترمزها چگونه کار می کنند؟

مترجم : مهندس علی معتمد
مکانیک خودرو - مقالات

همگی می دانیم که فشردن پدال ترمز ماشین،سرعت را می کاهد.اما چگونه؟چگونه ماشین نیروی پای شما را به چرخ ها منتقل میکند؟چگونه نیروی شما را چند برابر می کند تا برای متوقف کردن جسمی به بزرگی یک ماشین کافی باشد؟
● طرحی کلی از سیستم ترمز
در این مقاله زنجیره ای از اتفاقاتی را که از فشردن پدال تا چرخ ها طی می شود دنبال خواهیم کرد.این قسمت،مفاهیم اساسی ای که در پشت سیستم ترمز ماشین نهفته است را پوشش می دهد و یک سیستم ساده ترمز ماشین را امتحان می کند.در مقالات بعدی،ادامه اجزای سیستم ترمز را با جزییات و نحوه عملکرد توضیح داده خواهد شد.وقتی شما پدال ترمز را می فشارید،ماشین نیروی پای شما را از طریق یک سیال به ترمز ها منتقل میکند.زیرا ترمزهای واقعی نیرویی خیلی بیشتر از نیرویی که شما توسط پایتان وارد می کنید نیاز دارد.ماشین باید نیروی پای شما را چند برابر کند.این کار از طریق ٢ روش انجام میشود:
۱) مزیت مکانیکی(اهرمها)
۲) افزایش هیدرولیکی نیرو
ترمزها نیرو را از طریق اصطکاک به چرخ ها منتقل می کنند و چرخ ها نیز این نیرو را توسط اصطکاک به جاده می دهند.
قبل از اینکه بحث را بشکافیم،اجازه دهید این ٣ قانون را یاد بگیریم:
الف) دستگاه اهرمی
ب) دستگاه هیدرولیکی
ج) دستگاه اصطکاکی

● دستگاه اهرمی
پدال به نحوی طراحی شده که میتواند نیروی پای شما را قبل از اینکه هرگونه نیرویی به روغن ترمز وارد شود چند برابر کند.
▪ افزایش نیرو
نیروی F به سمت چپ اهرم وارد شده است.سمت چپ اهرم (۲X) دو برابر سمت راست(X) است.در نتیجه در سمت راست اهرم،نیروی ۲F ظاهر میشود،ولی در نصف جابجایی (Y) نسبت به سمت چپ(۲Y).تغییر نسبت سمت چپ و راست اهرم تعیین کننده نسبت نیروی دو طرف است.
● سیستم هیدرولیکی
ایده اساسی ساده ای در پشت هر سیستم هیدرولیکی نهفته است: نیروی وارد به هرنقطه از سیال تراکم ناپذیر،که عموماً یک نوع روغن می باشد،به همان اندازه به مابقی نقاط منتقل می شود.بیشتر سیستم های ترمز از این طریق نیرو را چند برابر می کنند.
▪ یک سیستم ساده ی هیدرولیکی
دو پیستون(به رنگ قرمز)در دو استوانه شیشه ای,پر شده از روغن,گنجانده شده اند و از طریق یک لوله پر از روغن به یک دیگر متصل اند.اگر شما یک نیروی رو به پایین به یک پیستون وارد کنید(مثلاً سمت چپی در شکل)نیرو از طریق لوله روغن به پیستون بعدی منتقل می شود.از آن جایی که روغن تراکم ناپذیر است،کارایی بسیار بالاست.تقریباً تمامی نیروی اعمال شده در پیستون دوم تولید می شود.نکته مهم در مورد سیستم هیدرولیکی اینست که لوله متصل کننده دو پیستون به هر شکل و طولی می تواند باشد،به طوری که امکان هر گونه تغییر شکل را در مسیر انتقال نیرو میسرمی کند.این لوله همچنین می تواند چند شاخه شود،در نتیجه یک پیستون مادر می تواند بیش از یک شاخه،در صورت نیاز داشته باشد
یک نکته شسته رفته دیگر در مورد سیستم هیدرولیک اینکه می تواند نیرو را چند برابر کند،(یا تقسیم کند)اگر شما "چگونه قرقره و جعبه دنده کار می کنند؟" یا "نسبت دنده چگونه کار می کند؟" را خوانده باشید،حتماً می دانید که مبادله نیرو و جابه جایی در سیستم های مکانیکی بسیار مرسوم است.در یک سیستم هیدرولیکی ،کافیست سایز یک پیستون را نسبت به دیگری متفاوت انتخاب کنیم
▪ افزایش هیدرولیکی نیرو
برای تعیین ضریب افزایش در شکل بالا،با توجه به اندازه پیستون ها کار را شروع می کنیم،فرض کنید که قطر پیستون درسمت چپ ٢ اینچ,در سمت راست ۶ اینچ باشد.مساحت هر پیستون از رابطه &#۹۶۰;r۲ دست می آید.پس مساحت پیستون سمت چپ ۳/۱۴ و سمت راست ۲۸/۲۶ است.پیستون سمت راست ۹ برابر پیستون سمت چپ است،این بدان معناست که نیرویی معادل ۹ برابر نیروی اعمال شده به پیستون سمت چپ،در پیستون سمت راست تولید می شود.پس اگر یک نیروی ۱۰۰ پوندی به پیستون چپ وارد کنیم،نیروی معادل ۹۰۰ پوند در سمت راست تولید می شود.تنها نکته این ست که شما باید پیستون سمت چپ را ۹ اینچ پایین ببرید تا پیستون سمت راست ۱ اینچ بالا بیاید.
● اصطکاک
اصطکاک،میزان سختی حرکت دادن یک جسم بر روی جسم دیگر است.نگاهی به شکل زیر بیندازید.
۱) هر دو جسم از یک جنسند،ولی یکی سنگین تر است.فکر می کنم که همه ما می دانیم که کدام یک سخت تر جابجا می شود.
▪ اصطکاک در ابعاد میکروسکوپی
با وجود اینکه بلوک ها با چشم غیر مسلح صاف به نظر می آیند ,در واقع در سطح میکروسکوپیک ناهموارند.وقتی شما یک بلوک را روی یک میز قرار می دهید،فرو رفتگی ها و بر آمدگی های کوچک در یک دیگر فرو می روند،و بعضی در واقع به هم جوش می خورند.وزن بلوک سنگین تر باعث میشود که این پستی بلندی ها بیشتر در یکدیگر فرو بروند،در نتیجه سخت تر روی هم بلغزند.اجسام مختلف ساختار های میکروسکپیک مختلفی دارند.مثلا ًپاک کن روی پاک کن سخت تر جابجا می شود تا استیل روی استیل.جنس ماده تعیین کننده ضریب اصطکاک،نسبت نیروی لازم برای جابجایی جسم به وزن بلوک،است.یعنی اگر ضریب اصطکاک در آزمایش ما یک باشد١٠٠پوند برای جابجایی بلوک١٠٠پوندی لازم است یا ٤٠٠ پوند نیرو برای جابجایی بلوک ٤٠٠ پوندی لازم است.ولی اگر ضریب اصطکاک ١/٠ باشد،در نتیجه ١٠پوند نیرو برای جابجایی بلوک ١٠٠پوندی لازم است.پس نیروی لازم برای جابجایی جسم با وزن آن متناسب است.این مفاهیم در مباحث کلاچها و ترمزها ،محلی که یک صفحه به یک دیسک دوار فشرده میشود کاربرد دارد.هر چه نیروی فشار دهنده صفحه بزرگتر باشد،نیروی متوقف کننده بیشتر است.قبل از اینکه به بحث اصلی ترمز ماشین وارد شویم،اجازه دهید نگاهی به سیستم ساده زیر بیندازیم.
● یک ترمز ساده
مشاهده می کنید که فاصله پدال تا محور دوران ٤ برابر فاصله سیلندر تا محور است,پس نیروی پدال با ضریب ٤ به سیلندر متنقل میشود.همچنین مشاهده می کنید که قطر سیلندر ترمز٣ برابر قطر سیلندر پدال است که باعث می شود که نیرو در ۹ ضرب شود.در مجموع ،این سیستم نیرو را ٣٦برابر می کند.اگر شما نیروی ١٠ پوند را به پدال وارد کنید ٣٦٠پوند در فشردن دیسک ترمز وارد می شود.تعدادی مشکل در مورد این سیستم وجود دارد.اگر یک سوراخ وجود داشته باشد،چه اتفاقی می افتد؟اگر یک سوراخ کوچک باشد چه؟در واقع مایع کافی برای پر کردن سیلندر ترمز وجود ندارد،و ترمز ها کار نمی کنند.اگر یک سوراخ بزرگ باشد،برای اولین باری که ترمز را می فشارید،تمامی مایع به بیرون نفوذ خواهد کرد و ترمز به کلی خراب می شود.سیلندر مادر در ماشین های مدرن به گونه ای طراحی شده اند که با این مشکل مقابله کنند.

[kab]

ایمنی در خودروها

مکانیک خودرو - مقالات

امروزه بسیاری از افرادی که قصد خرید یک خودرو را دارند به امتیاز ایمنیcrash ratings آن ها که توسط دولت کشور سازنده خودرو منتشر می شود مراجعه می کنند .
سازمان ایمنی حمل و نقل در جاده که یک سازمان دولتی در آمریکا است (NHTSA) از یک سیستم ۶ ستاره ای برای اعطای امتیاز ایمنی برای تمامی وسائط نقلیه ای که به امر جابجایی افراد در آمریکا می پردازند استفاده کرده است .
به غیر از این سازمان موسسات بیمه خصوصی نیز در آمریکا وجود دارند که حوادث جاده ای را آمارگیری کرده و برای خود برنامه آموزشی مجزایی دارند و سیستم امتیاز دادن آن ها متفاوت است . این موسسات بیمه ای را HIIS و HLDI می نامند .
حال ببینیم که سیستم امتیاز ایمنی به چه معنی است؟ ماهیت آزمایشات برای تعیین امتیاز چیست ؟ و آیا این نتایج بر امر خرید یک خودرو می تواند تاثیر بگذارد یا خیر؟
● سیستم یا روش پنج ستاره
در این روش از دو آدمک مجهز به پیشرفته ترین دستگاههای جمع آوری اطلاعات هستند استفاده شده که بر روی صندلی های جلوی یک خودرو در حالی که کمربند ایمنی را بسته اند قرار داده شده اند و خودرو در حالیکه با سرعت حدود ۴۸ کیلومتر در ساعت در حال حرکت است به یک مانع بسیار محکم که غیر قابل تغییر شکل است کوبیده می شود . به این روش NCAP ( new car assessment program ) یا برنامه اندازه گیری و برآورد خودروی جدید اطلاق می شود .
در این برنامه میزان حرکت و سرعت حرکتی که سر و سینه و استخوان ران در اثر برخورد انجام می دهند در داخل خود آدمک هااندازه گیری شده و اعداد بدست آمده در داخل یک معادله ریاضی گذارده می شوند . نتیجه ای که از محاسبات این معادله بدست می آید نشان دهنده ی ضریب ایمنی خودرو است . به طور مثال اگر عدد بدست آمده طی این فرمول ۱۰۰۰باشد این بدان مفهوم است که مسائل ایمنی در آن به مراتب بیش تر از استانداردهایی است که توسط دولت فدرال آمریکا تدوین شده است و در سهمگین ترین تصادفات درصد صدمه دیدن سرنشینان فقط ۱۰ درصد است . یک خودرویی که عدد بدست آمده برای آن ; آن را در موقعیت چهار ستاره قرار دهد باز هم به مفهوم بالاتر بودن از حد استاندارد تدوین شده برای تصادف در آمریکا است ولی درصد صدمه دیدن بین ۱۰ الی ۲۰ درصد است .
خودروی قرار گرفته شده در کلاس ۳ ستاره دقیقا مطابق استاندارد بوده و آن هایی که در گروه یک یا دو ستاره قرار می گیرند خودروهایی هستند که از نظر ایمنی خطرناک محسوب می شوند .
● سایر آزمایشات
از دیگر آزمایشاتی که شاید جنبه تبلیغاتی آن بیشتر باشد ، آزمایشاتی است که مقاومت انواع خودرو را در تصادفات از پهلو و قسمت جلو بررسی می کنند . سرعت برخورد در این آزمایش که از سیستم یا روش ۵ ستاره استفاده می شود ،۵/۵۱ کیلومتر در ساعت است . در این آزمایش خودرو از پهلو مورد برخورد یک جسم فلزی که حکم خودروی دیگر را بازی می کند قرار می گیرد . اعدادی که در معادله برای بدست آوردن امتیاز ایمنی قرار می گیرند ناشی از میزان شتابی است که بخش های مختلف بدن از جمله سر و سینه در هنگام برخورد و تصادف کسب می کنند .
سازندگان خودرو در طی سالیان گذشته برای کسب امتیاز ایمنی بالا در آزمایش برخورد از پهلو اقدام به طراحی و ساخت کیسه هوای جانبی نموده اند . در اروپا انجام آزمایشات تصادف از روبرو براساس استانداردهای دیگری انجام می گیرد . شباهت به آزمایشاتی دارد که شرکت های بیمه خوصی انجام می دهند .
در آزمایش NCAP که در اروپا انجام می گیرد خودروی مورد آزمایش با یک مانع تغییر شکل دهنده که به صورت لانه زنبور ساخته شده برخورد می کند و در نظر گرفتن چنین سازه ای در حقیقت نوعی شبیه سازی با یک تصادف واقعی با خودروی دیگر است . این مانع لانه زنبوری دقیقا همانند یک خودرو مدرن امروزی در اثر برخورد و تصادف متلاشی می شود. در این آزمایش خودرو از تمامی قسمت جلوی خود با مانع برخورد نمی کند بلکه حدود چهل درصد سطح جلوی خودرو درگیر تصادف می شود . به این آزمایش تصادف از جلوی متعادل می گویند و سرعت حرکت در این آزمایش ۶۱ کیلومتر در ساعت بوده ولی NHTSA (سازمان ایمنی حمل ونقل در جاده ها ) در حال بررسی نتایج آزمایش با سرعت های کمتر نیز هست .
آزمایشاتی که موسسات بیمه ای خصوصی در آمریکا انجام می دهند مانند IIHS یا HLDA شباهت بیشتری به آزمایشات NCAPاروپا دارد و در این آزمایشات که دو نوع امتیاز (قبولی – ردی) اعطاء می شود میزان ایمنی ستون های سقف و ریل درها و شیشه جلو که اندازه گیری می شود و میزان ضربه ای را که در اثر تصادف باعث برخورد سر راننده و سرنشینان با قسمت های داخلی سقف می شود، تعیین می گردد . پیش بینی می شود که محاسبه چنین مواردی برای هر خودرو ی جدید الزامی است و چنان چه نتوانند استانداردهای لازم را کسب کنند مردود شده و اجازه ورود و فروش پیدا نخواهند کرد .
● نتایج آزمایشات چیست؟
انجام آزمایشات مختلف پارامترهای مختلفی را در خودرو مورد بررسی قرار می دهد . به طور مثال انجام آزمایشات NCAP که همانا تصادف از روبرواست بهترین آزمایش برای تعیین قابلیت های سیستم های بازدارنده در خودرو در هنگام پروژه تصادف است . این سیستم ها عبارتند از : کمربندها و کیسه های هوا. در تصادف از روبرو به دلیل ایجاد یک شتاب بسیار زیاد و ناگهانی مسافران و راننده در هنگام برخورد به مانع چنان چه این سیستم کارآیی مطلوبی نداشته باشند ، باعث تشدید صدمات می شود . آزمایشات اروپایی NCAP و HLDI/IIHS قابلیت های دیگری را نیز دارند و آن پی بردن و تشخیص سایر صدماتی است که به سرنشینان وارد می شود . یکی از این ها صدمات وارده از برخورد پدال های خودرو به پای رانندگان در بروز تصادف است و نیز آسیب هایی که به رانندگان و سایر سرنشینان در اثر استفاده نکردن از کمربند ایمنی و یا کیسه ی هوا وارد می شود و چه افراد بسیار زیادی که جان خود را مدیون کمربند ایمنی و کیسه هوا هستند .
● میزان اهمیت آزمایشات
بعد از این که متوجه می شوید که انجام آزمایشات چه مسائلی را در رابطه با بدن شما که بسیار هم آسیب پذیر هست برای شما روشن می کند ، اهمیت این آزمایشات برای شما مشخص می شود .
اگر مخالفین و نظرات آن ها را کنار بگذاریم مقررات دولتی در آمریکا و اروپا به گونه ای تدوین شده اند که باعث ایجاد پیشرفت های چشمگیری در خصوص مهندسی تصادف خودرو گشته اند.حال ببینیم این پیشرفت ها و نتایج آن ها چیست؟
به عنوان نمونه طراحی و ساخت کیسه های جلویی باعث کاهش ۸۰ درصدی صدمات سر و صورت رانندگان و سرنشینان کناری آن ها شده است و به طور خلاصه می توان گفت که شانس زنده ماندن در یک خودرو مدرن امروزه در حین تصادف شدید به مراتب بیش از خودرو دهه پنجاه یا شصت است . امروزه شایعاتی در خصوص نا امن بودن آن ها بر سر زبان هاست که برای پایان دادن به این شایعات بد نیست بدانید که خودروی اس یو وی ب ام و X۵ توانسته بهترین امتیاز را در آزمایشات IIHS بدست آورد و میزان ایمنی بسیار بالایی دارد .
در پاسخ به این سوال که آیا این آزمایشات تصنعی نیستند ، باید گفت چرا ،همه این آزمایشات غیر طبیعی و مصنوعی هستند .فقط تلاش شده که سناریو های دنیای واقعی به نوعی شبیه سازی شود .
برای اطلاع بد نیست بدانید که هر تصادفی نیاز به ملاحظات فیزیکی خاص خود دارد . برای تهیه این مقاله سازندگانی مورد خطاب قرار گرفتد که تمامی مجموعه تصادف و آثار و علائم آن را بررسی کرده اند و فقط به مقوله خسارات نپرداخته اند و قصدشان این نبوده که با عنایت به صرف صدمات فیزیکی و خسارتی اقدام به انجام تبلیغات گسترده برای خودروهای تولیدی خود بنمایند. هر کدام از آن ها وسائط نقلیه تولیدی خود را با سرعت های بیشتری نسبت به سازمان های دولتی مورد ارزیابی قرار داده اند . چرا؟ برای اطمینان خاطر از این واقعیت که در تحت شرایط حتی بسیار دشوار خودروی آن ها بتواند جان افراد بیشتری را نجات دهد .
مثلا کمپانی فورد بنابر گفته یکی از مدیرانش در طراحی و ساخت هر یک از تولیدات فورد مسائل ایمنی به گونه ای کامل مورد بررسی قرار می گیرد و هدف صرفا پذیرفته شدن در آزمایشات دولتی نیست و هدف فورد کسب ۵ ستاره در هر جای ممکن است .
نباید تصور کرد که امتیازات کسب شده در آزمایشات تصادف تعیین کننده قطعی و تنها عامل مهم است ولی این گونه تلاش ها حداقل می توانند مبنایی برای مقایسه باشند و بدین ترتیب خودروها را مورد مقایسه قرار داد.

[kab]

نقش رادیاتور در پروسه انتقال حرارت موتور

نويسنده : مهندس پرویز کلهر کارشناس مهندسی و کنترل کیفیت شرکت رادیاتور ایران
مکانیک خودرو - مقالات

بر اثر احتراق در موتورهای احتراق داخلی گرمای زیادی تولید می‌شود که حتی می‌تواند فلزات مجموعه سیلندر و پیستون را ذوب کند .
سیستم خنککاری بهمنظور پیشگیری از بالا رفتن دمای موتور بهکار می‌رود. این سیستم برای مراقبت در برابر عملکرد مؤثر در تمام سرعت‌های موتور و کنترل شرایط مختلف مورد استفاده است. دما در طول مدت احتراق مخلوط سوخت و هوا در محفظه احتراق موتور بسیار بالا می‌رود و به بیش از ۲۰۰۰ درجه می‌رسد. میزان قابل توجهی از این حرارت توسط دیواره‌های سیلندر و پیستون‌ها جذب می‌شود بنابراین باید خنک‌کاری به اندازه‌ای صورت پذیرد که دما بیش از حدود ۲۳۰ درجه نشود.
دماهای بالاتر باعث کاهش ضخامت فیلم روغن میشود و خواص روغن بهشدت افت می‌کند که این مسئله موجب افزایش استهلاک قطعات و ازدیاد دمای آنها خواهد شد.
در موتورهای احتراق داخلی مقدار محدودی از انرژی سوخت برای قوای محرکه موتور استفاده می‌شود. تقریبا حدود ۲۸ درصد انرژی سوخت به کار مفید تبدیل می‌شود. ۳۰ درصد بهواسطه خنککاری، ۳۲ درصد بهوسیله خروج گازهای داغ و ۱۰ درصد باقیمانده توسط اصطکاک و عوامل دیگر بههدر می‌رود. میزان حقیقی و دقیق انرژی تبدیلشده به کار مفید در پروسه احتراق موتور به مشخصه‌های فیزیکی اجزای موتور بستگی دارد.
همان‌طور که گفته شد، دما در طول احتراق در سیلندر موتورهای درونسوز به بیش از ۲۰۰۰ درجه می‌رسد. این دما بیش از نقطه ذوب مواد مورد استفاده در ساختار موتور است بنابراین با بالارفتن دما به موتور خسارت وارد می‌شود و باید دمای کار موتور در محدودهای خاص حفظ شود. در یک نمونه سیستم خنککاری آبی موتور این دما در محدوده ۹۵-۷۵ قرار دارد که برای خنککاری هوایی این میزان کمی بیشتر است.
خنککاری در موتور دو علت دارد:
۱) نگه داشتن دمای اجزای موتور در دمایی که روغنکاری مؤثر در آن ممکن باشد.
۲) نگه داشتن دمای اجزای مختلف موتور در یک محدوده خاص بهطوری که به سلامت قطعات موتور صدمه نزند.
نحوه عملکـرد موتور در انتخاب و طراحی سیستم خنککاری تأثیر می‌گذارد و این کاملا به نوع گازهای احتراق و اجزای موتور وابسته است. وقتی موتور سرد است، کارایی پایینی دارد بنابراین سیستم خنککاری معمولا شامل وسایلی است که زمینه فعالیت خنککـاری نرمـال را بـرای حفظ گرمـای مناسب موتور مهیـا می‌کننـد.
هنگام راهاندازی موتور دمای قطعات داخلی آن، بهسرعت افزایش می‌یابد؛ پس وقتی موتور به دمای بهرهبرداری می‌رسد باید سیستم خنککاری فعالیتش را آغاز کند.
نمایه سیستم خنککاری موتور برای حداقل کردن حجم و وزن رادیاتور است که در وسایل نقلیه از اهداف مهم تلقی می‌شود. باید درجه حرارت متوسط آبی که از رادیاتور عبور می‌کند حتیالامکان بالا نگه داشته شود تا اختلاف آن با درجه حرارت متوسط زیاد باشد.
البته این درجه حرارت نباید از نقطه جوش آب در فشار اتمسفر تجاوز کند زیرا در آن صورت قسمتی از آب تبخیر میشود و فشار داخل رادیاتور بهشدت افزایش می‌یابد. گرچه با طراحی درپوش مناسب برای رادیاتور آب داخل تحت فشار است تا دیرتر به نقطه جوش برسد، هوا نیز باید پس از عبور از رادیاتور به اطراف بدنه موتور جریان یابد.
جهت عکس جریان به دو دلیل مناسب نیست: اولا هوا به روغن و ذرات آغشته به روغن که به هر حال روی بدنه موتور وجود دارد آلوده می‌شود و این ناخالصی‌ها روی منافذ رادیاتور رسوب میکند و از راندمان آن می‌کاهد و ثانیا بر اثر تماس با بدنه گرم موتور درجه حرارت آن بالا میرود و موجب کاهش قدرتخنک کنندگی رادیاتور می‌شود.
برای درک نیاز موتور به سیستم خنککاری، اثرات افزایش یا کاهش دمای کارکرد موتور در ذیل آمده است:
● اثرات افزایش دمای کارکرد موتور
▪ بهرهبرداری در دماهای بالا، بارهای زیاد با سرعت بالا بدون عملیات خنککاری باعث اکسیداسیون روغن روغنکاری می‌شود. در این شرایط ممکن است با بالا رفتن دما، لعاب و رسوب شکل گیرد؛ بهطوری که رینگ پیستون نتواند کار خود را انجام دهد؛ ضمن این که خراش خوردن رینگ نیز باعث اختلال عملکرد آن می‌شود. به همین ترتیب اکسیداسیون روغن می‌تواند باعث خوردگی و سایش بعضی از انواع یاتاقان‌ها شود.
▪ اگر دمای کارکـرد خیلـی زیاد شـود، نقاطی از پیستون‌ها و قسمت‌هایی از میللنگ که در یاتاقان می‌چرخند، منبسط می‌شوند که این موضوع باعث خروج آنها از لقی مجاز میشود و این تغییرات صدمات جدی در یاتاقان‌ها و رینگ‌ها بهبار میآورد.
▪ سطوح داخل محفظه احتراق از قبیل پای سوپاپ خروجی و شمع ممکن است آنقدر گرم شود که جرقه زودتر اتفاق بیفتد؛ این شرایط جرقه پیشرس نامیده می‌شود که اگر برای مدتی ادامه یابد، خسارت عمده به موتور می‌زند.
▪ اگر مخلوط تازه وارد شده به سیلندر خیلی گرم شود، چگالی آن کاهش خواهد یافت و در نتیجه قدرت آن کاسته می‌شود؛ به­خصوص در موتورهای بنزینی.
▪ با افزایش دمای مخلوط هوا و سوخت در محفظه احتراق و منیفولد ورودی، اصطکاک مکانیکی افزایش مییابد و از قدرت خروجی موتور می‌کاهد.
● اثرات کاهش دمای کارکرد موتور
۱) افزایش خنک‌کاری باعث کاهش راندمان حرارتی، همچنین مانع تبخیر مناسب سوخت می‌شود که موجب رقیق شدن روغن می‌گردد.
۲) تبخیر نامناسب سوخت ، فیلم روغن بر روی دیواره‌های سیلندر را از بین می‌برد و باعث افزایش فرسایش سطح داخلی سیلندر می‌شود.
۳) به طور کلی خنککاری بیش از حد باعث کاهش قدرت، ضرر اقتصادی مصرف بیشتر سوخت و کاهش طول عمر قطعات موتور میشود.
● ملاحظات طراحی رادیاتور
طراحی رادیاتور باید براساس درجه حرارت هوا در گرمترین منطقهای که وسیله ممکن است در آن کار کند، صورت گیرد. در آب و هوای سردتر مقدار آب در گردش رادیاتور به وسیله ترموستات تنظیم می‌شود؛ به نحوی که فقط سنجش از قدرت خنککنندگی رادیاتور مورد استفاده قرار گیرد. افزایش دمایی بین ۸ تا ۱۲ درجه برای هوای جاری در رادیاتور منظور می‌شود. افزایش دمای بیشتر متداول نیست؛ بهخصوص که در هوای گرم موجب تبخیر بنزین در پمپ بنزین و لوله‌های رابط در موتور بنزینی می‌شود و از رسیدن سوخت به موتور جلوگیری بهعمل می‌آید.
به منظور پیشگیری از سروصدای زیاد و مصرف بیش از اندازه توان موتور به وسیله پروانه، افت فشار سمت هوا کمتر از kpa ۱ منظور می‌شود. توان مصرفی پروانه باید به قدری باشد که در دور کم موتور و قدرت زیاد بتواند هوای کافی از رادیاتور عبور دهد. برای این که حجم رادیاتور کوچک باشد معمولا از لوله‌های تخت پرهدار استفاده می‌شود. هرچه تعداد پره بر واحد طول لوله بیشتر باشد، مبدل جمع و جورتر خواهد بود اما گرفتگی سوراخ پره‌ها با ذرات معلق موجود در هوا و حشرات سبب می‌شود که تعداد پره­ها بین ۴۰۰ و ۶۰۰ پره در هر متر باشد.
● رادیاتور و نحوه انتقال حرارت از سیال گرم به هوا
رادیاتور دستگاهی است در سیستم خنککننده موتور که حجم زیادی از آب این سیستم را در تماس نزدیک با هوا نگه میدارد تا انتقال حرارت از آب به هوا بهخوبی و بهسـرعت امکـانپذیر باشـد. همچنین می‌توان گفت رادیاتور وسیلهای است که برای نگهداری مقدار زیادی آب در مجاورت حجم بزرگی از هوا بهکار می‌رود؛ به طوری که حرارت بتواند از آب به رادیاتور و از رادیاتور به هوا منتقل شود.
اجزای رادیاتور از مخزن بالایی و مخزن پایینی و هسته (شبکه) رادیاتور تشکیل شده که خود شبکه از لوله‌ها و پره‌ها بهوجود آمده است. همچنین به مخزن بالایی یک گلویی که به لوله هوا ارتباط دارد، متصل است.
سیال خنککننده توسط پمپ به جداره‌های سیلندر جریان می‌یابد. در صورت بالا رفتن درجه حرارت سیال ترموستات مسیر را باز می‌کند و سیال گرم از طریق لوله ورودی رادیاتور که در مخزن ورودی آن تعبیه شده است، وارد رادیاتور میشود و پس از خنک شدن به مخزن خروجی جریان مییابد و پس از خروج توسط لوله خروجی رادیاتور، سیکل خود را ادامه می‌دهد.
انتقال حرارت در رادیاتور خودرو به این صورت است که آب گرم در طول مسیر حرکت در رادیاتور، گرمای خود را به لوله‌ها منتقل می­کند و این گرما از محل اتصال لوله و پره، به پره‌ها منتقل میشود و سپس گرمای انتقالیافته به پره‌ها نیز توسط جریان هوای اجباری از آنها دفع می‌شود.
● انواع رادیاتور
شبکه رادیاتورها شامل دو نوع فین تیوب و کروگیت است:
۱) رادیاتور فین تیوب (fin-Tube) : در این نوع رادیاتور امتداد لوله‌ها عمود بر راستای پره‌هاست و لوله‌ها از داخل پره‌ها عبور می‌کنند.
۲) رادیاتورهای کروگیت (crougate): در این نوع رادیاتورها لوله‌ها از داخل پره‌ها عبور نمی‌کنند بلکه پره‌ها به صورت موجدارند و لوله‌ها در امتداد پره‌ها روی نوک فین قرار داده می‌شوند.
در حالت کلی مونتاژ رادیاتورهای کروگیت راحتتر و سریعتر از نوع فین تیوب است و امکان اتوماسیون آن وجود دارد ولی رادیاتورهای فین تیوب به دلیل درگیر شدن لوله و پره با یکدیگر، استحکام مکانیکی بیشتری دارند. رادیاتورها از لحاظ جنس به دو نوع
آلومینیمی و مسی و برنجی تقسیم میشوند که تکنولوژی ساخت هر یک می‌تواند Soldering و Brazing باشد.

[kab]

موتور های دیزل چگونه کار می کنند؟

شهروز ستاری و احمد همتی
طبقه بندی : مکانیک خودرو - مقالات

یکی از محبوب ترین مقالات سایت HowStuffWorks طرز کار موتور خودرو است ، که در مورد اساس اولیه موتور های احتراق داخلی توضیح می دهد و در مورد سیکل چهار زمانه بحث می کند و در موتور تمام سیستم های کمکی که به موتور کمک می کنند تا کار انجام دهد صحبت می کند. برای یک مدت طولانی بعد از انتشار این مقاله ، یکی از سوالهای بسیار متداولی که می پرسند این است: که چه تفاوتی بین موتور های بنزینی و دیزلی وجود دارد ؟
رودولف دیزل ایده موتور های دیزل را توسعه داد و در سال ۱۸۹۲ حق ثبت اختراع آلمان را بدست آورد . هدف او بوجود آوردن موتوری با بازده بالا بوده است . موتور های بنزینی در سال ۱۸۷۶ اختراع شد ، که خصوصاً در آن موقع بازده بالایی نداشتند .
● تفاوت موتور های دیزلی و موتور های بنزینی:
یک موتور بنزینی مخلوط هوا و گاز را مکش می کند و آنرا متراکم می کند و بعد مخلوط را با جرقه مشتعل می کند یک موتور دیزلی فقط هوا را می گیرد و آنرا متراکم می کند و بعداً سوخت را به داخل هوای متراکم تزریق می کند . گرمای حاصل از متراکم شدن هوا موجب مشتعل شدن خود به خودی سوخت می شود .
نسبت تراکم موتور های بنزینی۸:۱ تا ۱۲:۱ است، در حالیکه نسبت تراکم موتور های دیزلی ۱۴:۱ به بالا مثلاً ۲۵:۱ است . نسبت تراکم بالای موتور های دیزلی منجر به بهتر شدن بازده می شود .
موتور های بنزینی معمولاً از کاربراتور استفاده می کنند که هوا و سوخت را قبل از ورود به داخل سیلندر مخلوط می کند یا دریچه تزریق سوخت دارند که فقط سوخت را پیش از مرحله مکش می پاشد(بیرون سیلندر). موتور های دیزل از تزریق سوخت مستقیم استفاده می کنند یعنی سوخت را مستقیماً به داخل سیلندر می پاشند .
توجه کنید که موتور های دیزل شمع ندارند . آنها هوا را می مکند ( مکش می کنند ) و آنرا متراکم می کنند و سپس سوخت را مستقیماً به داخل محفظه احتراق تزریق می کنند ( تزریق یا پاشش مستقیم) و در نتیجه گرمایی حاصل از متراکم شدن هوا موجب مشتعل شدن سوخت در یک موتور دیزل می شود . در بخش بعدی ما مرحله تزریق سوخت دیزل را بررسی خوایم کرد.
● تزریق سوخت در موتور های دیزل:
انژکتور در موتور های دیزل از اجزای بسیار پیچیده ای تشکیل شده است و موضوع بسیاری از آزمایشات بزرگ بوده است . ممکن است در هر موتور خاصی در یک مکان مختلف جای گرفته باشد . انژکتور بایستی قادر باشد تا دما و فشار داخلی سیلندر را تحمل کرده و سوخت را به قطرات ریز تبدیل کند . گردابی کردن قطرات در داخل سیلندر که باعث پخش متناسب آنها می شود ، نیز یک چالش است . بنابراین بعضی موتور های دیزلی سوپاپ مکش مخصوصی قبل از محفظه احتراق به کار می گیرند یا از وسایل دیگری برای گردابی (چرخشی) کردن هوا در داخل محفظه احتراق استفاده می کنند و یا در غیر این صورت جرقه زنی و فرآیند احتراق بهبود می دهند . یکی از تفاوتهای بزرگ بین موتور های دیزلی و بنزینی در فرآیند تزربق سوخت است . اکثر موتور خودرو ها از دریچه تزریق ( انژکتور) یا یک کاربراتور استفاده می کنند که نسبت به تزریق مستقیم ترجیح دارد . بنابراین در یک موتور خودرو ، همه سوخت در داخل سیلندر در طی مرحله مکش بارگذاری شده و سپس متراکم می شود . مقدار تراکم مخلوط سوخت و هوا محدود به نسبت تراکم موتور است . اگر موتور هوا را بیش از اندازه متراکم کند ، مخلوط سوخت و هوا به طور خود به خودی مشتعل می شود و سبب ضربه زدن می شود . موتور های دیزل تنها هوا را متراکم می کنند، بنابراین نسبت تراکم می تواند خیلی بالا باشد. نسبت تراکم بالا، قدرت بیشتری تولید می کند .
بعضی موتور های دیزل شامل یک شمع گرمکن* از انواع آن است. موقعی که یک موتور دیزل سرد است، مرحله کمپرس ممکن است دمای هوا را به اندازه کافی برای مشتعل کردن سوخت بالا نبرد . شمع گرمکن (glow plug ) یک سیم گرمکن الکتریکی است (مانند سیم های داغی که شما در یک برشته کن می بیننید) که محفظه احتراق را گرم می کند و دمای هوا را موقعی که موتور سرد کار می کند را افزایش می دهد بنابراین موتور می تواند روشن شود .
همه وظایف در موتور های جدید توسط ارتباط ECM ** با مجموعه از سنسور های پیچیده ای که هر چیزی را از دور موتور تا دمای روغن و مایع خنک کننده را اندازه گیری می کنند ، حتی وضعیت موتور(i.e. T.D.C.) کنترل می شود . امروزه گرمکن ها به ندرت در موتور های بزرگ استفاده می شود . ECM دمای هوای محفظه را حس می کند و تایمینگ موتور را در هوای سرد ریتارد می کند ، بنابراین انژکتور سوخت را دیرتر تزریق می کند. هوا در داخل سیلندر بیشتر متراکم می شود در نتیجه گرمای زیادی ایجاد شده، که به روشن شدن موتور کمک می کند .
موتور های کوچک و موتورهای که کنترل کامپیوتری پیشرفته ندارند از گرمکن برای حل این مشکل(روشن شدن در هوای سرد) استفاده می کنند .
البته تنها تفاوت بین موتور های دیزلی و موتور های بنزینی دلایل مکانیکی نیست ،بلکه از لحاظ سوخت مصرفی شان نیز دارای تفاوت هستند .
● سوخت دیزل:
اگر شما سوخت دیزل (گازوئیل) با بنزین مقایسه کنید ، شما می دانید که آنها متفاوت هستند . آنها مطمئناً بوی متفاوتی دارند . سوخت دیزل (گازوئیل) سنگین تر و روغنی تر است . گازوئیل نسبت به بنزین دیرتر تبخیر می شود، در واقع نقطه جوش آن نسبت به آب بالاتر است. معمولاً وقتی صحبت از سوخت دیزل می شود تمام توجهات معطوف به گازوئیل می شود .
شمع گرمکن(Glow plug) :گرمکن الکتریکی کوچکی که در محفظه احتراق اولیه موتور های دیزلی نصب می شود تا محفظه احتراق را پیش گرم کند و موتور در هوای سرد آسانتر روشن شود .
ECM (مخفف electronic control module مدول کنترل الکترونیکی): جعبه فلزی حاوی واحد پردازنده ی مرکزی (سی پی یو) یا کامپیوتری که اطلاعات را از کلید ها و حسگر ها (ورودیها) دریافت می کند و سپس مدار اولیه را باز و بسته می کند ؛ممکن است مدول مجزایی باشد یا یکی از کارکرد های مدول کنترل موتور یا سیستم انتقال توان باشد.

[kab]

CVT چگونه کار می کند؟

مترجم : مهندس داریوش رضایی میانرودی
مکانیک خودرو - مقالات

بعضی ها معتقدند نمی توان به یک سگ پیر حرکات جدید یاد داد،اما انتقال قدرت پیوسته ( CVT) که لئوناردو داوینچی ٥٠٠ سال پیش اندیشه اش را در سر داشت و در حال حاضر جای انتقال قدرت اتوماتیک را در بعضی خودروها گرفته،یک سگ پیر است که قطعا چیز جدیدی یادگرفته است !
در واقع از اولین CVT که در١٨٨٦ ثبت شده تاکنون تکنولوژی آن بهبود پیدا کرده است،امروزه چندین کارخانه خودروسازی از جمله جنرال موتورز،آیودی،هوندا و نیسان در حال طراحی CVT های خود هستند
اگر درباره ی ساختار و طرزکار انتقال قدرت اتوماتیک در بخش دنده ی اتوماتیک چگونه کار می کند، خوانده باشید،می دانید که وظیفه ی انتقال قدرت، تغییر دادن نسبت سرعت چرخ و موتور است،به عبارت دیگر،بدون یک جعبه دنده خودرو فقط یک دنده خواهد داشت،دنده ای که به اتوموبیل اجازه دهد با سرعت مناسب حرکت کند
یک لحظه تصور کنید در حال رانندگی با اتوموبیلی هستید که فقط دنده یک یا دنده سه دارد،در حالت اول خودرو با شتاب خوبی از حالت سکون حرکت می کند و می تواند از یک تپه با شیب تند بالا رود اما بیشترین سرعت آن به چند مایل در ساعت محدود می شود، از طرف دیگردرحالت دوم خودرو با سرعت ٨٠ مایل بر ساعت در یک بزرگراه به سمت پایین حرکت خواهد کرد اما تقریبا شتابی هنگام شروع حرکت نخواهد داشت و نمی تواند از تپه بالا رود
جعبه دنده از تعدادی چرخ دنده استفاده می کند تا با تغییر شرایط رانندگی استفاده ی مناسبی از گشتاور موتور شود،دنده ها می توانند به طور دستی و یا اتوماتیک تغییر کند.
در جعبه دنده های اتوماتیک قدیمی،چرخ دنده ها وظیفه انتقال و تغییر گشتاور و حرکت دایره ای را به عهده دارند،ترکیبی از چرخ دنده های سیاره ای تمام نسبت های دنده ای که لازم است را به وجود می آورند.معمولا ٤ دنده جلو و یک دنده معکوس،وقتی با این نوع جعبه دنده، دنده عوض می شود راننده ضربه ای را احساس می کند
● اصول CVT
بر خلاف سیستم انتقال قدرت اتوماتیک،در سیستم انتقال قدرت با قابلیت تغییر پیوسته،جعبه دنده ای با تعداد مشخص چرخ دنده وجود ندارد یعنی در CVT چرخ دنده های دندانه دار درگیر با هم وجود ندارند رایج ترین نوع CVT بر اساس سیستم پولی کار می کندکه اجازه ی بینهایت تغییر بین بالاترین و پایین ترین دنده بدون گسستگی را می دهد.
اگر از اینکه چرا درباره ی CVT هم از واژه دنده استفاده می شود تعجب می کنید به خاطر بیاورید که منظور از دنده نسبت سرعت موتور به سرعت محور چرخ هاست،اگرچه CVT این نسبت را بدون استفاده از چرخ دنده های سیاره ای انجام می دهد اما باز هم از واژه دنده برای CVT استفاده می شود
● CVT هایی بر اساس پولی
به جعبه دنده اتوماتیک توجه کنید،در آن دنیایی از چرخ دنده ها،ترمز ها، کلاچ ها و دستگاه های کنترل را خواهید دید در مقابل CVT به سادگی قالب مطالع است،بیشتر CVT ها فقط سه جزء اساسی دارند:
▪ یک تسمه محکم فلزی یا لاستیکی
▪ یک پولی متغییر محرک (ورودی)
▪ یک پولی خروجی
بعلاوه CVT ها انواع مختلفی از ریزپردازنده ها و حسگر ها را دارا می باشند اما سه جزءی که در بالا توضیح داده شده اند اجزای اصلی اند که به این سیستم اجازه ی کار می دهند
● Pulley-based CVT
پولی های با شعاع متغیر قلب CVT هستند،هر پولی از دو مخروط با زاویه راس ٢٠ درجه که رودر روی یکدیگر قرار دارند تشکیل شده است، تسمه ای در شیار بین دو مخروط قرار دارد،در صورت لاستیکی بودن تسمه ها از تسمه های V شکل استفاده می شود،تسمه های V شکل از آنجا نام خود را می گیرند که سطح مقطع V شکل دارند که اصطکاک تسمه با پولی را افزایش می دهد
وقتی دو مخروط از هم فاصله بگیرند،یعنی ضخامت پولی بیشتر شود،تسمه در شکاف پایین تر می رود و شعاع تسمه ی حلقه شده دور پولی کاهش می یابد و وقتی دو مخروط به هم نزدیک می شوند ،یعنی ضخامت پولی کاهش می یابد،تسمه در شکاف بالا تر رفته و شعاع تسمه ی حلقه شده دور پولی افزایش می یابد CVT می تواند از فشار هیدرولیکی یا نیروی گریز از مرکز و یا کشش فنر به منظور تولید نیروی مورد نیاز برای تنظیم دو نیمه ی پولی استفاده کند
پولی ها با قطر متغیر همیشه به صورت دوتایی به کار می روند یکی از پولی ها که به عنوان پولی محرک شناخته می شود،به میل لنگ موتور متصل است،پولی محرک ، پولی ورودی هم نامیده می شود زیرا جایی است که انرژی موتور وارد سیستم انتقال قدرت می شود،پولی دوم پولی گردنده نامیده می شود زیرا پولی اول آن را می چرخاند،به عنوان پولی خروجی،پولی گردنده انرژی را به محور چرخها منتقل می کند
زمانی که دو پولی ضخامت خود را نسبت به یکدیگر تغییر می دهند،بینهایت نسبت دنده مختلف بوجود می آید،از کم به زیاد،شامل همه نسبت های مابین، برای مثال وقتی شعاع تسمه در پولی محرک کم و در پولی خروجی زیاد باشد،سرعت دوران پولی خروجی کاهش می یابد که دنده پایین تری را ایجاد می کند و وقتی شعاع تسمه در پولی محرک زیاد و در پولی خروجی کم باشد،سرعت دوران پولی خروجی افزایش می یابد و دنده بالا تری را ایجاد می کند،بنابراین در تئوری یک CVT بینهایت دنده را شامل می شود و می تواند در هر زمانی و با هر دور موتوری کار کند
طبیعت ساده و بدون گسستگی CVT ها آنها را به یک سیستم انتقال قدرت ایده آل برای تمام ماشین ها و وسایل،نه فقط خودرو ها،تبدیل کرده است،CVT ها سالهای زیادی در ابزار های قدرتی و مته ها بکار می رفتند،همچنین از آنها در وسایل نقلیه مختلفی اعم از تراکتور ها و ماشین های برف رو و اسکوتر های موتوری استفاده می شود،در تمام این کاربرد ها این در نوع سیستم انتقال قدرت از تسمه هایی با لاستیک فشرده استفاده می شود که می تواند کشیده شده یا سر بخورد و در نتیجه باعث هدر رفتن انرژی و کاهش کارایی شود
اختراع ماده های جدید CVT ها را مطمئن تر و کارآمد تر از قبل می سازد،یکی از مهمترین پیشرفت ها طراحی و توسعه ی تسمه های فلزی برای متصل کردن دو پولی بوده است، این تسمه های انعطاف پذیر از چندین ، عموما ٩ یا ١٢، نوار نازک فولادی که تکه های فلزی پاپیونی شکل بسیار مقاوم را کنار هم نگه می دارد ساخته شده است
تسمه های فلزی سر نمی خورند و بسیار با دوام اند که به CVT اجازه ی انتقال گشتاور بیشتری را می دهند،در ضمن آرام تر از تسمه های لاستیکی هستند.

[kab]

موتورهای استرلینگ

گردآورنده : گروه علمی دانش ما
مکانیک خودرو - مقالات

موتورهای استرلینگ چگونه کار می کنند؟
موتور استرلینگ یک موتورحرارتی است که اختلاف زیادی با موتورهای احتراق داخلی در اتومبیل دارد که در سال 1816 توسط رابرت استرلینگ اختراع شد. موتور استرلینگ قابلیت بازدهی بیشتری نسبت به موتورهای بنزینی و دیزلی دارد.
اما امروزه موتورهای استرلنگ فقط در برخی کاربرد های خاص مانند زیر دریاییها یا ژنراتورهای کمکی در قایق ها که عملکرد بی صدا مهم است استفاده می شود. اگر چه موتورهای استرلینگ به تولید انبوه نرسید اما برخی اختراعات پرقدرت با این موتور کار می کند.
موتورهای استرلنگ از چرخه استرلنگ استفاده می کند که مشابه چرخه های استفاده شده در موتورهای احتراق داخلی نیست.
گاز استفاده شده در داخل موتورهای استرلنگ هیچ وقت موتور را ترک نمی کند و مانند موتورهای دیزل و بنزینی سوپاپ دود که گازهای پر فشار را تخلیه می کند و محفظه احتراق وجود ندارد .به همین علت موتورهای استرلنگ بسیار بی صدا هستند .
چرخه استرلینگ از یک منبع حراتی خارجی که می تواند هر چیزی از بنزین و انرژی خورشیدی تا حرارت ناشی از پوسیدگی گیاهان باشد استفاده کند و هیچ احتراقی داخل سیلندرهای موتور رخ نمی دهد .
صدها راه وجود دارد که یک موتورهای استرلنگ ایجاد کنیم .در این مقاله ما درمورد چرخه استرلینگ و چگونگی کار انوع مختلف این موتورمطالبی می آموزیم .
چرخه استرلینگ:
قاعده اصلی کار موتور استرلنگ این است که مقداری گاز داخل موتور محفوظ شده است .چرخه استرلینگ شامل یک سری رویداد است که فشار گاز داخل موتور را تغییر می دهد و سبب ایجاد کار می شود . چند خاصیت مهم گاز وجود دارد که برای عملکرد موتورهای استرلنگ مهم است :
اگر مقداری گاز محبوس در یک حجم ثابت از فضا داشته باشید و شما به آن گاز حرارت بدهید , فشار گاز افزایش خواهد یافت .
اگر مقداری گاز محبوس داشته باشید و آن را فشرده کنید (حجم آن را در فضا کاهش دهید ) ، دمای آن گاز افزایش خواهد یافت .
اجازه دهید به هر کدام از مراحل سیکل استرلینگ ، هنگامی که به موتور ساده شده استرلینگ نگاه می کنیم برویم .
موتور ساده شده ما از دو سیلندر استفاده می کند. یک سیلندر به وسیله ی یک منبع خارجی گرما، گرم می شود (مثل آتش) ودیگری به وسیله ی یک منبع سرد خارجی ، سرد می شود (مثل یخ ).محفظه گاز دو سیلندر به هم متصلند ، وپیستون ها به طور مکانیکی به وسیله ی یک اتصال که چگونگی حرکت انها را معین می کند به یکدیگر متصلند .
دو پیستون در انیمیشن بالا تمام مراحل سیکل را انجام می دهند .
سیکل استرلینگ 4 مرحله دارد :
1- حرارت به گاز داخل سیلندر گرم منتقل می شود (چپ) و سبب ایجاد فشار می شود این فشار پیستون را مجبور می کند تا به سمت پایین حرکت کند و این قسمتی از سیکل استرلینگ است که کار انجام می دهد .
2- هنگامی که پیستون راست به طرف پایین حرکت میکند پیستون چپ بالا می آید .این جابجایی گاز داغ را به داخل سیلندر سرد می راند ، که به سرعت گاز داخل منبع سرد را ، سرد می کند و فشار آن کاهش می یا بد .این عمل فشرده کردن گاز را در قسمت بعدی سیکل ساده تر می کند .
3- پیستون داخل سیلندر سرد (راست) شروع به فشرده کردن گاز می کند و گرمای تولید شده توسط این متراکم سازی به وسیله ی منبع سرد حذف می شود .
4- هنگامی که پیستون چپ پایین می رود پیستون سمت راست بالا می آید .این عمل گاز را به داخل سیلندر گرم می راند ،که به سرعت گرم شده و فشار ایجاد می کند .در این هنگام سیکل تکرار می شود .
موتوراسترلنگ فقط در طول مرحله اول سیکل نیرو تولید می کند . در این جا دو روش برای افزایش قدرت خروجی از سیکل استر لیتگ وجود دارد :
افزایش قدرت خروجی در مرحله اول : در مرحله اول سیکل، فشار گاز گرم، پیستونی که کار انجام می دهد را می راند ، افزایش فشار در طول این قسمت از سیکل قدرت خروجی موتور را افزایش می دهد .یک راه افزایش فشار، افزایش دمای گاز است . هنگامی که ما بعدا به دو پیستون موتور استرلنگ در این مقاله نگاه کنیم خواهیم دید که چگونه یک وسیله که ریجناتور نامیده می شود قدرت خروجی موتور را به وسیله ی حرارت ذخیره شده ی لحظه ای بهبود می بخشد .
کاهش قدرت استفاده شده در مرحله 3 :در مرحله سوم سیکل ، پیستون روی گاز کار انجام می دهد و از قسمتی ازکار ایجاد شده در مرحله اول استفاده می کند . کاهش فشار در طول این مرحله از سیکل، می تواند قدرت استفاده شده در این مرحله را کاهش دهد (و به طور موثر قدرت خروجی افزایش می یابد ). یک راه کاهش فشار سرد کردن گاز در دمای پایین تر است .
این بخش سیکل ایده آل استرلینگ را توضیح داد .کار واقعی موتور به دلیل محدودیتهای طراحی فیزیکی مقداری با سیکل ایده آل اختلاف دارد .
در دو قسمت بعدی ما نگاهی به دو نوع مختلف موتورهای استرلنگ می کنیم .تحلیل نوع جابجا شونده موتور ساده تر است بنابراین ما این نوع را شروع می کنیم .
نوع جابجا شونده موتور استرلینگ :
به جای داشتن دو پیستون ،نوع جابه جا شونده یک پیستون دارد که جابه جا می شود .جابه جا کننده برای کنترل موقعی که مخزن گاز گرم و یا موقعی که سرد است به کار می رود .این نوع موتور استرلینگ اغلب به صورت نمایشی در کلاس درس استفاده می شود .شما حتی می توانید قطعات آنرا برای سر هم کردن بخرید .
به عبارتی حرکت موتور بالا مستلزم یک اختلاف دما بین بالا و پایین سیلندر بزرگ است . در این مورد ، اختلاف بین دمای دستتان و هوای اطراف آن برای چرخش موتور کافی است در این موتورها
1- پیستون قدرت :که پیستون کوچکتر در بالای موتور است و به طور محکم محفوظ شده است وبه علت انبساط گاز داخل موتور بالا می آید .
2- جابه جا کننده :که پیستون بزرگ در تصویر است .این پیستون در داخل سیلندر بسیار آزاد است بنابراین هوا به سادکی بین قسمت گرم و سرد موتور هنگامی که پیستون بالا و پایین می رود می تواند حرکت کند . جابه جا کننده بالا و پایین می رود تا گاز داخل موتور گرم و سرد شود دو موقعیت برای این حالت وجود دارد :
هنگامی که جابه جاکننده نزدیک بالای سیلندر بزرگ است بیشتر گاز داخل موتور توسط منبع گرم ، گرم و منبسط شده است و فشار ایجاد شده درداخل موتور، نیروی بالا برندگی پیستون را ایجاد می کند .
هنگامی که جابه جاکننده نزدیک کف سیلندر بزرگ است بیشتر گاز داخل موتور سرد و متراکم شده است که سبب افت فشار می شود و پایین آمدن پیستون قدرت را ساده تر می کند و گاز فشرده می شود .
موتور مکررا گاز گرم وسرد می کند و از گاز منبسط و منقبض شده انرژی دریافت می کند .
ما نگاهی به موتور استرلینگ دو پیستونه خواهیم داشت .
موتور استرلینگ دو پیستونه:
در این موتور ،سیلندر به وسیله ی مشعل خارجی گرم می شود . سیلندر سرد با جریان هوا سرد شده و در آن بالا و پایین می رود تا به فرایند سرد شدن کمک کند . میل رابط هر پیستون به یک دیسک کوچک متصل است که در حال چرخیدن به یک فلایویل بزرگ متصل است و هنگامی که نیرویی توسط موتور تولید نمی شود باعث تداوم حرکت پیستون می شود .

1- در قسمت اول سیکل ، فشار تولید می شود و پیستون را به حرکت به سمت چپ مجبور می کند و کار صورت می گیرد . پیستون سرد چون در موقعیتی است که در حرکت خود تغییر جهت خواهد داد تقریبا ساکن باقی می ماند .
2- در مرحله بعدی ، هر دو پیستون حرکت می کنند ،پیستون گرم به سمت راست و پیستون سرد به سمت بالا حرکت می کند . این عمل گاز را بیشتر به سمت رجیناتور و پیستون سرد حرکت می دهد .رجیناتور وسیله ای است که به طور موقت حرارت را می تواند ذخیره کند و از شبکه سیمی که گاز گرم از بین آن عبور می کند ساخته شده است .سطح بزرگ شبکه سیمی، حرارت را جذب می کند وآن را به آرامی به محیط سرد می دهد .
3- پیستون در سیلندر سرد شروع به متراکم کردن گاز می کند .گرمای ایجاد شده توسط این تراکم به واسطه ی سطح سرد از بین می رود .
4- در آخرین مرحله سیکل هر دو پیستون حرکت می کنند ، هنگامی که پیستون گرم به سمت چپ حرکت می کند پیستون سرد به سمت پایین حرکت می کند .
این عمل گاز اطراف رجیناتور (جایی که در طول سیکل قبلی گرما را ذخیره کرده بود ) را به داخل سیلندرگرم می راند .در این لحظه سیکل دوباره تکرار می شود.
شما ممکن است از اینکه هیچ درخواستی برای تولید انبوه موتور استرلینگ نبوده است تعجب کرده باشید .
در بخش بعدی ما به برخی دلایل آن اشاره می کنیم.
چرا موتورهای استرلینگ متداول نیستند؟
دو ویژگی وجود دارد که ساخت موتورهای استرلینگ را برای استفاده در بسیاری از کاربردها مانند بسیاری از ماشین ها و کامیون ها غیر عملی می کند .
به دلیل اینکه منبع حرارت در خارج است برای موتور مقداری طول می کشد تا به تغییرات گرمایی داخل سیلندر عکس العمل نشان دهد. برای انتقال حرارت بین دیواره های سیلندر و گاز داخل موتور زمانی صرف می شود . این بدین معناست که :
- موتورقبل از اینکه کار مفید را ایجاد کند به مقدارزمانی نیاز دارد تا گرم شود .
- موتور نیروی خروجی اش را نمی تواند به سرعت تغییر دهد .
این نقایص باعث شده است که این موتور با موتورهای احتراق داخلی اتومبیل جایگزین نشود. هر چند که وجود موتور استرلینگی که به ماشین هیبریدی نیرو می دهد امکان پذیر است .
موتورهاي استرلينگ عليرغم مزاياي ويژه اي که نسبت به موتورهاي احتراق داخلي دارند، داراي اين عيب عمده هستند که به خاطر نحوه انتقال انرژي گرمايي، توان مورد نياز را با تاخير تامين مي کنند. کندي عکس العمل موتورهاي استرلينگ در مقابل تغييرات بار ورودي باعث محدوديت کاربردهاي صنعتي آنها خاصه در مواردي که نظير خودرو، نياز به تغييرات سريع بار وجود دارد گرديده است. مقاله حاضر روشي را براي اين حل مشکل در کلاس وسيعي از موتورهاي استرلينگ ارايه مي نمايد. در اين مقاله طراحي سيستم کنترلي، بر روي مدل رياضي غير خطي موتور استرلينگ نوع گاما که با استفاده از نتايج تجربي به دست آمده، اعمال شده است. سيستم کنترلي پيشنهادي بر مبناي تنظيم دو عامل دما و فشار به عنوان ورودي هاي کنترلي طراحي و ارايه شده است. نشان داده شده است که اين سيستم دو ورودي – يک خروجي، توانايي پاسخگويي به تغييرات سريع توان را دارد
در موتورهاي استرلينگ، علت اصلي كندي عكس العمل موتور نسبت به تامين توان مورد نياز آن است كه تامين انرژي سيستم به وسيله انتقال انرژي حرارتي از طريق پوسته گرمكن به گاز عامل داخل سيلندر انجام مي شود. چون انتقال انرژي حرارتي از طريق پوسته به كندي انجام مي شود، برخلاف اكثر سيستمهاي كنترلي، درموتورهاي استرلينگ عملگر سيستم خود داراي بيشترين تاخير زماني است. ، به منظور افزايش سرعت عكس العمل موتور استرلينگ به تغييرات توان مورد نياز، علاوه بر وروديهاي كنترلي دما و فشار، سرعت پيستون جابجايي نيز در نظر گرفته شده است. به اين ترتيب، سيستم كنترلي نخست درشرايط دما ثابت، براساس توان مورد تقاضا، ازجداول سرعت- توان، سرعت مناسب موتور را انتخاب مي نمايد. اين سرعت در ابتدا توسط يك موتور الكتريكي كمكي dc تامين مي شود. سپس، با مقايسه سيگنال خروجي، توان حاصله با توان مورد نياز، فرامين كنترلي براي تنظيم فشار و دماي گاز عامل تعيين مي شوند. در مدلسازي موتور استرلينگ فرض ايزوترم بودن فرايند حذف شده است تا رفتار مدل به موتور واقعي نزديكترباشد. نتايج شبيه سازي سيستم مدار بسته با كنترلر طراحي شده نشان دهنده افزايش موثر سرعت عكس العمل موتور است. همچنين، نشان داده شده كه سيستم كنترلي در مقابل اغتشاشات خارجي و داخلي نيز مقاوم است. اين اغتشاشات به صورت تغيير در دماي منبع سرد و تغيير در پارامترهاي سيستم اعمال شده است. به دليل ثابت بودن گشتاور موتور هاي استرلينگ در محدوده وسيعي از سرعت، در سيستم كنترلي فرض شده راندمان موتور كمتر دستخوش تغيير مي شود
دانشمندان تلاش ميكنند موتورهاي گرمايي را به بالاترين بازده ممكن يعني بازده كارنو ( بازدهي كه موتور گرمايي بتواند بدون اتلاف انرژي در جهت عكس(يخچال) هم كار كند يعني يخچالي كه به همان خوبي اي كه يخچال است بتواند موتور هم باشد يا بر عكس !) برسانند.موتور استر لينگ نمونه عيني قانون ترموديناميك در مورد موتورهاي گرمايي است( حتي بهتر از موتور بخار پيستوني) چون دقيقآ همان تعاريفي كه در ترموديناميك از ان مي شود را مي توان بدون هيچ تغييري در مورد موتور استرلينگ به كار برد( مثلآ موتورهاي چهار زمانه كار براتوري مرحله تخليه را مترادف بامرحله سرد شدن گاز محبوس( ! در ترموديناميك گاز كاري يا سيستم درون استوانه اي محبوس شده و هيچ ارتباط مستقيمي با محيط بيرون ندارد ضمن اينكه در شرايط ايدئال هميشه گاز در تعادل(شرايط استاندارد)است)در نظر مي گيريم) ولي در موتور استرلينگ واقعآ گاز محبوس را سرد مي كنيم و احتياج به هيچگونه تطبيق دادن فرايند ها و فرض انگاري نيست.
پس موتور استرلينگ براي ياد گيري اصول ترموديناميك مدلي بسيار عالي است به همين خاطر در كشورهاي غربي براي يادگيري بهتر اصول ترموديناميك دانش اموزان را با اين موتورها اشنا مي كنند ومثلآ دانش اموزان ترغيب مي شوند كه خودشان با وسايل ابتدايي مانند قوطيهاي كنسرو و..كار دستي هايي از موتورهاي استرلينگ بسازند وقتي بچه ها مي بينند موتوري كه با دست خودشون ساخته اند و سر كلاس معلم قواعد حاكم بر ان را توضيح داده واقعآ كار مي كند اشتياق به يادگيري زيادي درونشان به وجود مي آید

به عنوان يك مدل مي توان گفت يخچال شما توسط يك موتور استرلينگ كار ميكند
همان طور که ذکر شد پمپها وموتورهاي شيميايي و به طور كلي انبساطي داراي اصول كار كرد يكساني هستندواقعآ مهيج است وقتي مي بينيد مطالب تئوري اينگونه و بدون هيچ اشتباه و خطايي به عمل تبديل مي شوندصرفآ با چند فرمول و قاعده كه بر مبناي اصول رياضي است در اكثر مورد وسيلهاي اختراع مي شود و سپس قوانين و فرمولها براي توجيه رفتار ان كشف مي شوند ولي اينكه از رابطه يا فرمولي وسيله اي ساخته شود كاري به مراتب مشكلتر است و فقط از پس افراد خاصي بر مي ايد...
دانش طراحی موتور استرلینگ
شما اگر بخواهيد مطمئن باشيد مي تونيد بدون دانشگاه رفتن يك متخصص طراح موتورخيلي ماهر باشيد درست است كه براي طراحي حتي يك موتور چهار زمانه نسبتآ ساده به چند صد نفر نياز داريم تا هر كدام كار بخصوصي را انجام بدهند ولي حتي يك نفر متخصص هم مي تونه كار همه ي اونها را انجام بده به شرطي كه مهارتهاش را طي سالها روز به روز زياد كنه تا بالاخره در اين زمينه متخصص شود اگر سالها پيش حتي يك نفرايراني خودش را وقف موتور كرده بود الان مجبور نبوديم يك موتور با فناوري سطح متوسط اروپاي فعلي را موتور ملي خودمون بناميم در صورتي كه اصلا مي تونيم اونرا موتوري الماني بناميم من اصلآ نميخوام قدر نشناسي از زحمات محققان كشورمون كنم ولي حقيقت تلخ اينه كه در ايران چنين فردي كه بتونه فناوري طراحي موتور رابراي ايران بومي كنه نيست حالا شما ميتونيد از همين حالا مهارتهاي طراحي خودتون را تقويت كنيد تا انشاالله بتونيم دين خودمون را به كشورمون ادا كنيم اولين كار دادن طرح اوليه است كه ميتونه مال خودتون باشه يا كس ديگري
ابتدا اصول كاركرد موتور را مشخص كنيد و ببينيد ايا تا بحال چنين موتوري ساخته شده وپس از ساختن نمونه ي اوليه و مطمئن شدن ازكار كرد صحيح ان شروع كنيد به بهينه سازي طرح اوليه پس از كامل شدن بهينه سازي و طراحي اوليه كليه اجزاشروع مي كنيم به طراحي دقيق اجزاء امروزه با وارد شدن نرم افزارهاي بسيار قوي در زمينه ي شبيه سازي واناليز كارها بسيار سريعتر و دقيقتر انجام مي شودولي بازهم مجبوريد در بسياري مواقع از همان روشهاي سنتي استفاده كنيد در زمينه ي موتور شما به دو دانش اصلي تر موديناميك و ديناميك بايد احاطه ي كامل داشته باشيد و همچنين با يد رياضيات خودتون را بخصوص در زمينه ي حل معادلات ديفرانسيلي قوي كنيداين دروس بيشتر در دانشگاهها شامل دروس: مكانيك سيالات،تر موديناميك،مقامت مصالح ، طراحي اجزاء ديناميك ،ارتعاشات،طراحي مكانيزمها.. مي باشدبراي تمرين يك قطعه رادر نظر بگيريد مثل ميل لنگ ابتدا حركت انرا در كل مجموعه بررسي كنيد بينيدچند درجه ازادي دارد نقاط تكيه گاهي و قيد ان كجاست حدس بزنيد به چه قسمتهايي بار بيشتري وارد مي شوندچه قسمتهايي ميتونند باعث ارتعاش شديتري در سيستم شونداگر مي تونيد با فرملهايي كه بلديد نقاط بحراني سيستم را پيدا كنيدو هر قطعه اي را جدا گانه طراحي كنيدو اگر با نرم افزار ها اشنايي داري انها را تحت تنشهاي استاتيك ديناميكي و حرارتي قرار دهيد من هميشه در منزلم يك موتور همراه با كوليس ميكرو متر و ساعت اندازه گيري دارم در مواقع بي كاريم به سراغشون مي رم دقيقآ قطعات اونرواندازه گيري مي كنم و فكر مي كنم كه چرا مثلآ قطر اينجا بيشتر است و قطر اينجا كمتروچرا فلان قطعه اين شكل را داردو...و سعي مي كنم با فرمولهايي كه بلدم قطعه مورد نظرم را طراحي كنم و بعضي مواقعكه نتيجه مطلوب نمي رسم به مراجع ديگر رجوع مي كنم.به اين صورت در علم طراحي پيشرفت زيادي پيدا مي كنيدو به جايي مي رسيد كه با ديدن هر موتوري نقاط ضعف و قوت طراحي اش برايتان نمايان مي شودو با مواجه شدن با طرحهاي جديد آنآ چهار چوب و روند طراحي ان برايتان نمايان مي شود
رفتار سوخت را در موقع واكنش بررسي كنيد ضربه انفجار اونرو پيداكنيد و اثراتش را بر محفظه ي احتراق اگر مي تونيد با نرم افزار بدست بياريد
بهترين شكل و جنس را براي قطعات پيدا كنيد همه ي قطعات طراحي شده را ادغام كنيدو بهينه ترين حالت را پيدا كنيدشايد چيزي كه به دست مي اوريد اصلآ با واقعيت صدق نكند ولي شما چيزهاي زيادي ياد مي گيريدچون مجبوريد به منابع زيادي رجوع كنيدتا به پرسشهايي كه در ذهنتان بوجود امده پاسخ دهيد و جسارت طراحي قطعات جديد درونتان بوجود مي ايد
اگر بازم خواستيد پيش بريدو مشخص كنيد چه قطعاتي را نمي توان به سادگي ساخت ويا ساختشون گرون تموم مي شه اگه مي تونيد اونرا طوري طراحي كنيدكه بشه راحت ساختش وگرنه يكم بررسي كنيد ببينيد مي تونيد اجزاء ديگر را طوري تغير دهيد كه بتونيداون قطعه را دوباره طراحي كنيد و اگر بازم نشد ببينيد گرون تموم شدن قطعه بهتره يا طراحي مجدد مكانيزم و بالاخره طرحتون را كامل كنيد لازم نيست از قطعات پيچيده شروع كنيدمي تونيد از مكانيزمهاي كاملآ ساده واستاتيك شروع كنيد
در ابتدا شايد سردر گم باشيدو اصلآ ندونيد بايد چكار كنيدولي كم كم راه مي افتيد
موتور دیزلی تنها در محلی كه هوا وجود دارد، می تواند كاركند. موتور دیزلی، صدایی بسیار بلند تولید می كند كه برای زیردریایی بسیار نامناسب است. زیردریایی ها در هنگام غوطه ور شدن، از باتری هایی كه تنها برای یك روز قابلیت شارژ دارند، استفاده می كنند. موتورهای اتمی این محدودیت ها را ندارند، اما شركت سوئدی تولید كننده زیردریایی كوكافر ab راه حل دیگری را پیشنهاد می كند.این سازنده، موتورهای استرلینگ را درون تولیدات خود نصب می كند. این موتورها نیروی لازم را برای نیازهای الكتریكی زیردریایی ها فراهم می كنند. این طرح موتور نیازی به هوا ندارد و در همین حال دیزلی است و ذخیره اكسیژن را با خودش حمل می كند. به گفته لارس لارسون، مدیر بخش استرلینگ شركت، این زیردریایی می تواند هفته ها زیر آب بماند. برخلاف موتورهای دیزلی دیگر، موتور استرلینگ بسیار بی سروصدا كار می كند. موتور استرلینگ در نوع خود پدیده ای شگرف است، شاید به این دلیل است كه تعداد كمی از آنها در اطرافمان وجود دارند. هنگامی كه این گونه موتور اختراع شد، در قیاس با موتورهای بخار امنیت بیشتری داشت، اما با ظهور موتورهای درون سوز از وجهه آنها كاسته شد. با این حال، آنها هیچ گاه از رده خارج نبوده اند. سیكل استرلینگ در اسباب بازی های ساخت شركت «آمریكن استرلینگ»، با گرمای دست كار می كنند. موتورهای استرلینگ در خنك كننده های انجمادی و تولید نیرو در بخش های خاصی از صنعت به كار می روند، اما در ماه های اخیر، خبرهایی به گوش می رسد كه نشان دهنده فزونی توجه به این موتورها است. توسعه دهندگان موتورهای استرلینگ می گویند كه موتورهای آنها بازده انرژی بالایی دارند و دوام آنها از دیگر انواع موتورهای با كاركرد یكسان بیشتر است. این موتورها ساكت و آرام كار می كنند، زیرا سیكل های استرلینگ برخلاف موتورهای درون سوز، نیازی به انفجار سوخت برای به حركت درآوردن پیستون ها ندارند. تنها نیاز آن حرارت دائمی است. تفاوتی ندارد كه این حرارت از آتش مواد نفتی، شیمیایی، واكنش هسته ای و یا نور خورشید گرفته شده باشد. هنگامی كه دكتر رابرت استرلینگ در سال ۱۸۱۶ موتوری را كه اكنون به نام او خوانده می شود، به ثبت رسانید، انتظار داشت نتیجه ای درخور از تلاش های خود بگیرد. قصد او این بود كه راه حل جانشین امنی برای بویلرهای بخاری كه بر اثر ساخت بد مخازن، كاركنان اطراف آن را به كشتن می داد، بیابد. گازی كه درون سیلندر محبوس نگه داشته می شود، به تدریج گرم و سرد می شود تا پیستون را به حركت درآورد. همانند موتور بخار، منبع حرارت بیرون از سیلندر قرار داده می شود، اما فشار داخل آن بسیار كمتر از موتورهای بخار است. با ظهور استیل بسمر، كارآیی و ایمنی دیگ های بخار بهبود یافت و ایده استرلینگ كم رنگ تر شد. موتورهای استرلینگ برای ساخت به ماشین كاری دقیق نیاز دارند و در مقایسه با ماشین های بخار نیروی كمتری تولید می كنند. درست هنگامی كه دنیا در حال گذار از دوران دیگ های بخار به دوران موتورهای درون سوز بود، ایراد بزرگ زمان طولانی گرم كردن موتور استرلینگ آن را در حاشیه قرار داد. شركت استرلینگ تكنولوژی چند پروژه فضایی و زمینی دارد كه با استفاده از همین موتورها انرژی لازم را برای این پروژه ها فراهم می كند. یكی از این ژنراتورها برای ناسا ساخته شده است. این ژنراتور ویژگی های بازده بالا و كاركرد درازمدت را كه برای یك كاوشگر ژرفنای فضا حیاتی هستند، فراهم می آورد. یك مجموعه تست با خروجی ۱۰ وات كه با این موتورها كار می كند، آگوست گذشته۶۰۰/۸۷ ساعت كار مداوم را كه معادل ۱۰ سال كار بدون نیاز به تعمیرات و كاهش كارآیی است، رد كرد. به گفته موسس این شركت، این سیستم تست به وسیله منبع حرارتی الكتریكی نیرودهی می شود، اما خود سیستم به گونه ای طراحی شده است كه بتواند در فضا به وسیله یك رادیو تلسكوپ تغذیه شود. این موضوع سوژه مقاله ای بود كه در سال ۱۹۹۶ در شماره فوریه مجله مهندسی مكانیك به چاپ رسید. عنوان مقاله « موتورهایی كه هرگز خورده نمی شوند» بود. هرگز زمان زیادی است، البته ۱۰ سال كار بدون وقفه هم زمان زیادی است. یكی از ویژگی های موتورهای استرلینگ امروزی این است كه اجزایی كه مالش دائم روی یكدیگر داشته باشند، ندارند. پیستون لقی ۲۵ میكرومتری درون سیلندر را دارد و یاتاقان های منحنی، به ویژه دیسك های فلزی با چاك های مارپیچی به خوبی مهار می شوند. آنها از طرفین صلب هستند و پیستون را در مركز نگاه می دارند. با حركت پیستون آنها نیز حركت نرم و خمیده ای را انجا می دهند. پیستون یك آلترناتور خطی را به حركت در می آورد. هیچ اتصالی برای تبدیل حركت خطی به دورانی صورت نمی گیرد. موتور و ژنراتور هر دو درون یك محفظه گرد آمده و ایزوله شده اند.ایزولاسیون محفظه به دلیل انتخاب گاز هلیم به جای هیدروژن درون موتور است.
هزینه هلیم بالاتر است، اما برای این شیوه طراحی بهتر جواب می دهد. هیدروژن به طور اجتناب ناپذیری از فلز داغ تراوش می كند و به طور نامحسوسی انرژی را در سیستم به هدر می دهد. هلیم برای سرهای هیترها شكنندگی ایجاد نمی كند و مشكلات مربوط به ایمنی حمل و نقل هیدروژن را ندارد. «استرلینگ تكنولوژی می گوید كه در حال حاضر در حال تولید ژنراتورهای ۱۰ وات و ۵۵ وات است و پیش بینی می شود كه در مجموع ۴۰ سیستم را در ظرف سه سال آینده به دست مشتریان برساند. پروژه دیگری كه این شركت سرگرم كار روی آن است، یك ژنراتور متحرك برای ارتش است. این ژنراتور دیزلی، آب گرم مورد نیاز برای آشپزخانه صحرایی و یك كیلووات الكتریسیته را فراهم خواهد آورد. یك شركت هلندی به همراه موسسه ای تحقیقاتی از همان كشور، سیستمی مشابه برای مصارف خانگی ساخته اند. سیستم شركت اناتك از یك دیگ تشكیل شده است كه بخشی از انرژی حرارتی را برای تولید الكتریسیته به كار می گیرد. تا به حال ۱۰ دستگاه ازآن در خانه های دورافتاده نصب شده اند. شركت مجزای دیگری به نام سیستم های انرژی استرلینگ به همراه آزمایشگاه های ملی ساندیا از دیش های كولكتور برای متمركر كردن نور خورشید استفاده می كنند تا بتوانند حرارت مورد نیاز برای یك سیستم ژنراتور استرلینگی را فراهم كنند. به گفته باب لیدن، مدیر سیستم های انرژی استرلینگ، ژنراتورهای استرلینگ هریك به تنهایی می توانند حداكثر ۲۵ كیلووات، از یك دیش ۹۰ متری تولید كنند. چنین مساحتی ۰۰۰/۹۰ وات انرژی خورشیدی را جذب می كند و در نتیجه نرخ بازده ۳۰ درصد است. برای مقایسه، پانل های فتوولتاییك موجود دربازار، كه نور خورشید را به طور مستقیم به الكتریسیته تبدیل می كنند، بازده هایی كمتر از ۱۵ درصد دارند. سیستم های فتوولتاییك با قدرت یك كیلووات كه نور خورشید را متمركز می كنند و بازده بالای ۲۵ درصدی دارند نیز، به بازارآمده اند. دیش شركت استرلینگ انرژی m۲ ۹۰ نور خورشید را روی مساحتی به قطر معادل ۲۰ سانتی متر متمركز می كند تا موتور استرلینگ چهار پیستونی كه یك ژنراتور دورانی را به راه می اندازد، تغذیه كند. شركت دیگری كه نیروگاه های تولید الكتریسیته دارند نیز، به گونه ای دیگر از این موتورها استفاده می كنند. سوختی كه این موتورها را گرم می كند، از نفت سبك همراه با اسیدهای چرمی كه از كارخانه های روغن گیاهی گرفته می شوند، تشكیل شده است. این عصاره های پسماندهای روغن گیاهی، قیمت كمی دارند و معمولاًدر مخازن ذخیره می شوند. این شركت امیدوار است كه بتواند ۳۰ درصد از هزینه ۷/۱ میلیون دلاری پروژه را با دریافت كمك های ایالت نیوجرسی برای به كارگیری انرژی های بازگشت پذیر و پاكیزه جبران كند. سوختی كه شركت آرهوس استفاده می كند، برای موتورهای درون سوز كنونی بسیار خورنده است، اما در موتورهای استرلینگ به خوبی جواب می دهد، زیرا محصولات احتراق با هیچ یك از قطعات متحرك موتور تماس ندارند. تعمیرات و نگهداری شامل روان كاری و تعویض سیالات روانكاری، تعویض رینگ های پیستون ها، كار تریج های پوشش میله ها و دیگر اجزایی است كه در عوض هر ۰۰۰/۱۰ ساعت كار ۱۶ ساعت زمان می برد. سخن آخر این كه موتورهای استرلینگ در ۱۹۰ سال زمان پیدایششان نه هرگز از رده خارج شده اند و نه جایگاه مستحكمی یافته اند. در كتاب ها و سایت های مربوط به صنعت همواره از این موتورها یاد می شود. شركت هایی هم در تلاشند تا با تولید انبوهی از محصولات استرلینگی وارد بازار تولید انرژی خانگی تجاری شوند.
سازندگان این موتورها همواره شعار «سبزتر، ساكت تر و خارق العاده تر» را سر می دهند و اگر این موتورها فراگیر شوند، شاید همگان بهتر به آنها عادت كنند.

[kab]

انتقال قدرت دستی چگونه کار می کند؟

مترجم : مهندس سمیرا جمالیان
مکانیک خودرو - مقالات

هنگام رانندگی با اتومبیل دنده دار ممکن است با چنین سوالاتی روبه رو شوید:
چه ارتباطی بین حرکت H مانند دنده و چرخ دنده های درون جعبه دنده وجود دارد؟ وقتی دنده را عوض می کنید چه چیزی درون جعبه دنده جا به جا می شود؟

وقتی راننده در عوض کردن دنده اشتباه می کند، صدای قیژقیژ شنیده می شود. واقعا چه اتفاقی می افتد؟
اگرهنگامی که راننده در بزرگراه مشغول رانندگی با سرعت بالا است ، ناگهان دنده را به عقب بزند چه اتفاقی می افتد؟ آیا ممکن است کل جعبه دنده متلاشی شود؟

در این مقاله، با بررسی سیستم انتقال قدرت دستی به این سوالات و حتی سوالات بیشتری در این زمینه پاسخ داده می شود.
اول از همه باید بدانید که ، اتومبیل ها به علت ساختار موتورهای بنزینی به جعبه دنده احتیاج دارند. هر موتوری یک خط قرمز دارد (ماکزیمم دور موتور که اگربیش از این مقدار دور داشته باشد متلاشی می شود)
در ضمن اگر قسمت " اسب بخار چگونه کار می کند؟ " را بخوانید ، می فهمید دور موتوری که در آن قدرت و گشتاور در ماکزیمم خود هستند دامنه ی محدودی دارد. برای مثال ، یک موتور ممکن است ماکزیمم توان خود را در ۵۵۰۰ دور در دقیقه به دست آورد. سیستم انتقال قدرت این امکان را ایجاد می کند که با کم و زیاد شدن سرعت خودرو نسبت دنده بین موتور و چرخ های خودرو تغییر کند. در واقع شما دنده را عوض می کنید تا موتور زیر خط قرمز بماند در حالی که دور موتور نزدیک به دور آن در بهترین حالت عملکرد است.

به طور ایده آل ، جعبه دنده باید آنقدر در نسبت دنده ها قابلیت تغییر داشته باشد که موتور بتواند همیشه با تعداد دور مربوط به بهترین شرایط عملکرد خودش بچرخد. این ایده ی مربوط به CVT ها است.
یک CVT تقریبا دامنه ی نا محدودی از نسبت دنده ها دارد. در گذشته CVT ها در هزینه ، اندازه وقابلیت اطمینان توانایی رقابت با سیستم های ۴ و۵ سرعته را نداشتند در نتیجه به ندرت در خودرو های تولید شده مشاهده می شدند. امروزه ، پیشرفت در زمینه ی طراحی ، CVT ها را متداولتر کرده است. Toyota pruis یک خودروی هیبریدی است که در آن از CVT استفاده شده است.

جعبه دنده از طریق کلاچ به موتور وصل شده است. بنا براین محور ورودی جعبه دنده با همان تعداد دورهای موتور می چرخد.

یک جعبه دنده ی ۵ سرعته یکی از ۵ نسبت دنده را برای محور ورودی به کار می گیرد تا تعداد دور متفاوتی در محور خروجی ایجاد کند.

برای فهمیدن ایده ی اصلی یک جعبه دنده ی استاندارد ، به دیاگرام زیر که مربوط به یک جعبه دنده ی دو سرعته و ساده در حالت خلاص است توجه کنید:

● حال هر یک از اجزای دیاگرام را بررسی می کنیم:
▪ محور سبز رنگ از طریق کلاچ از موتور خارج شده است.چرخ دنده و محور سبز رنگ به هم متصلند و یک واحد مجزا را تشکیل می دهند.(کلاچ وسیله ایست که امکان اتصال و قطع اتصال موتور و جعبه دنده را ایجاد می کند.وقتی که پدال کلاچ را فشار می دهید، اتصال موتور و جعبه دنده قطع می شود در نتیجه موتور حتی در حالت خلاص کار می کند. با رها کردن پدال ، موتور و محور سبز مستقیمآ به هم وصل می شوند ، به این ترتیب چرخ دنده ومحور سبز با همان تعداد دور موتور می چرخند.)

▪ محور قرمز وچرخ دنده ها میل هرزگرد نام دارد. محور وچرخ دنده ها مانند قسمت قبل به هم متصل اند ویک واحد مجزا را ایجاد می کنند. در نتیجه همه ی چرخ دنده های روی هرزگرد و حتی خود میل مانند یک واحد می چرخند.محور سبز و قرمز رنگ از طریق چرخ دنده هایشان مستقیمآ به هم متصل اند در نتیجه با چرخش محور سبز ، محور قرمز هم شروع به حرکت می کند. بدین ترتیب میل هرزگرد ، قدرتش را با درگیر شدن کلاچ از موتور می گیرد.

▪ محور زرد رنگ یک محور هزارخار است که مستقیمآ بوسیله ی دیفرانسیل به میل گاردان وصل شده وسپس به چرخ های خودرو متصل است.اگر چرخ ها در حال حرکت باشند ، محور زرد هم متحرک خواهد بود.

▪ دنده های آبی رنگ روی یاتاقان سوارند و بر روی محور زرد رنگ می چرخند.اگر موتور خاموش باشد ولی اتومبیل با دنده ی خلاص در حال حرکت ، محور زرد می تواند داخل دنده ی آبی بچرخد با وجود اینکه دنده ی آبی و میل هرزگرد ساکن اند.

▪ حلقه (collar )یکی از دو دنده ی آبی را به میل گاردان زرد رنگ متصل می کند. حلقه بوسیله ی هزارخار مستقیمآ به محور زرد مرتبط است و با آن حرکت می کند.به علاوه میتواند برای درگیر کردن هر یک از دنده های آبی روی محور زرد به چپ و راست بلغزد. دندانه های روی حلقه(dog teeth) در سوراخ های روی دنده ی آبی قرار می گیرند و آنها را درگیر می کنند.

دنده یک
تصویر زیر نشان می دهد که چگونه در دنده ی یک ، حلقه، چرخ دنده ی آبی سمت راست را درگیر می کند:

در این تصویر ، محور سبز موتور، میل هرزگرد را میچرخاند که خود دنده ی آبی سمت راست را می چرخاند.این دنده انرژی را از طریق حلقه به میل گاردان منتقل می کند.بدین ترتیب اگر دنده ی آبی سمت چپ در حال چرخش باشد اما روی یاتاقانش به حالت هرز بگردد ، هیچ تاثیری روی محور زرد ندارد.
وقتی حلقه بین دو دنده قرار دارد دنده خلاص است و هر دو دنده ی آبی روی محور زرد به حالت هرز، با سرعت های متفاوت ، بسته به نسبتشان با میل هرزگرد ، می گردند.

از این بحث نتایج زیر بدست می آید:
▪ وقتی دنده بد عوض می شود ، صدایی که به گوش میرسد ، صدای گیرافتادن دندانه های دنده ها نیست چون همانطور که در شکلها می بینید دندانه ها همیشه کاملآ درگیر هستند .در واقع صدایی که شنیده می شود نتیجه ی تلاش ناموفق دندانه های حلقه( (dog teeth برای گیر انداختن سوراخ های بدنه ی دنده ی آبی است.

▪ جعبه دنده ای که اینجا نشان داده شده سیستم "همگام ساز" (بعدا توزیح داده خواهد شد) ندارد.بنابراین باید دو کلاچه دنده عوض کنید.این روش دنده عوض کردن در خودرو های قدیمی تر معمول بوده هر چند الآن هم در بعضی ماشین های مسابقه استفاده می شود.در این روش اول پدال کلاچ را یک بار فشار می دهید تا اتصال جعبه دنده و موتور قطع شود، این کار فشار را از روی دندانه های حلقه( (dog teeth بر می دارد و می توانید حلقه را به حالت خلاص در آورید.بعد پدال را آزاد می کنید و دور موتور را بالا می برید تا به سرعت مناسب برسید.سرعت مناسب،تعداد دوری است که موتور باید در دنده ی بعدی بزند.روش کار به این ترتیب است که دنده ی آبی مربوط به دنده ی بعدی و حلقه با سرعت یکسان بچرخند تا دندانه های حلقه( (dog teeth درگیر شود.سپس پدال را برای بار دوم فشار می دهید و حلقه را در دنده ی جدید قفل می کنید.همانطور که از نام "دو کلاچه" پیداست برای هر بار عوض کردن دنده باید دوبار کلاچ را فشار داده و آزاد کنید.

▪ می توان دید که چگونه حرکت خطی کوچک دسته ی دنده باعث تعویض دنده می شود.دسته ی دنده میله ای را که به ماهک وصل است حرکت می دهد.ماهک حلقه را روی محور زرد حرکت می دهد تا یکی از دو دنده را درگیر کند.
امروزه دنده ی دستی ۵ سرعته تا حد خوبی برای خودرو ها استاندارد است. داخل این دنده چیزی شبیه شکل زیر است:

کلآ ٣ ماهک وجود دارد که با ٣ میله ی متصل به دسته دنده کنترل می شوند.اگر از بالا به میله های تعویض دنده نگاه کنیم در حالت های دنده عقب ، یک و دو به شکل زیر اند:

به یاد داشته باشید که دسته دنده در وسطش یک نقطه ی چرخش دارد.وقتی در حالت دنده یک ،دسته دنده را به جلو حرکت می دهید درواقع ماهک و میله ی دنده ی یک جا به عقب می کشید.
وقتی که به چپ و راست حرکت می دهید در واقع ماهک های مختلف(و درنتیجه حلقه های متفاوت)را در گیر می کنید.از طرفی جلو و عقب بردن دسته دنده حلقه را با یکی از دنده ها درگیر می کند.

دنده عقب به کمک یک دنده ی کوچک کمکی شکل می گیرد(بنفش).دنده ی آبی عقب در این شکل همیشه خلاف جهت سایر دنده های آبی حرکت می کند.در نتیجه عقب زدن دنده وقتی خودرو به جلو حرکت می کند ممکن نیست.در ضمن دندانه های حلقه( (dog teeth در این جریان اصلآ در گیر نمی شود اگرچه صدای زیادی ایجاد می کنند.

همگام سازها
سیستم انتقال قدرت دستی در ماشین های مسافربری جدید برای رفع نیاز دو بار کلاچ گرفتن از همگامسازها کمک می گیرد.روش کار یک همگام ساز به این صورت است که باعث می شود دنده و حلقه قبل از اتصال دندانه های حلقه( (dog teeth تماس اصطکاکی داشته باشند.این باعث می شود تا سرعت دنده و حلقه انطباق زمانی پیدا کند قبل از اینکه دندانه ای در گیر شود.مانند شکل زیر:

مخروط روی چرخ دنده ی آبی در سوراخ مخروطی شکل حلقه قرار می گیرد و اصطکاک بین مخروط و حلقه ،چرخ دنده و حلقه را همگام می کند.سپس حلقه به گونه ای می لغزد که دندانه های حلقه( (dog teeth دنده را درگیر کند.
البته هر تولید کننده ی ابزارهای انتقال قدرت و همگام ساز را به روشهای متفاوتی تولید می کند اما ایده ی کلی همانطور است که شرح داده شد.

[kab]

توربوشارژرها چگونه کار می کنند؟
Turbocharger

مکانیک خودرو - مقالات

وقتی مردم درباره ی اتومبیل های مسابقه یا اتومبیل های ورزشی با سرعت بالا صحبت می کنند،موضوع توربوشارژرها ظاهر می شود ،توربوشارژرها در موتورهای دیزل بزرگ هم وجود دارند،یک توربوشارژر به طور عمده قدرت موتور را بدون افزایش وزن آن زیاد می کند که مزیت بزرگی است و توربوشارژرها را مهم می کند در این مقاله یاد می گیریم که چطور توربوشارژر قدرت خروجی موتور را افزایش می دهد،همچنین یاد می گیریم پره های سرامیکی و یاطاقان های ساچمه ای چطور به توربوشارژر کمک می کنند تا وظیفه اش را بهتر انجام دهد توربوشارژرها یک نوع سیستم مکش هوا هستند که جریان هوای ورودی به موتور را فشرده می کنند،مزیت این سیستم این است که به موتور اجازه می دهد هوای بیشتری به سیلندر وارد کند و هوای بیشتر به معنی سوخت بیشتر است،بنابر این انرژی بیشتری از هر انفجار به دست می آید،یک موتور با توربو شارژر در کل قذرت بیشتری از یک موتور مشابه بدون تورربوشارژر دارد،یعنی توربوشارژر نسبت قدرت به وزن موتور را افزایش می دهد برای رسیدن به این تقویت فشار،توربوشارژر از جریان خروجی اگزوز برای چرخاندن یک توربین استفاده می کند که خود یک پمپ هوا را می چرخاند،توربین در توربوشارژر با سرعتی بالغ بر ١٥٠٫٠٠٠ دور در دقیقه می چرخد که ٣٠ برابر سریع تر از دور موتور است،چون تئربین به اگزوز چسبیده دما در آن خیلی بالاست اصول راه قطعی برای بدست آوردن قدرت بیشتر از موتور افزایش مقدار هوا و سوختی است که می سوزد،یک راه برای انجام این کار اضافه کردن یا بزرگتر کردن سیلندرهاست،بعضی مواقع این تغییرات شدنی نیست،یک توربوشارژر ساده تر است مکان توربوشارژر در خودرو توربوشارژرها با فشرده کردن هوا به موتور اجازه می دهند سوخت و هوای بیشتری بسوزاند،فشار نسبی ایجاد شده توسط توربوشارژر بین ٦تا ٨ پوند بر اینچ مربع است،از آن جایی که فشار جو در سطح دریا ٧/١٤ پوند بر اینچ مربع است می توانید بفهمید که حدود ٥٠٪ هوای بیشتری وارد موتور می شود،بنابراین می توان انتظار داشت ٥٠٪ قدرت بیشتری بدست آید،اما توربوشارژر کاملا ایده آل نیست و بین ٣٠ تا ٤٠ درصد بهبود در قدرت موتور مشاهده می شود یکی از دلایل عدم کارایی این است که انرژی چرخاندن توربین از اگزوز گرفته می شود و وجود یک توربین در اگزوز مقاومت در برابر خروج دود را افزایش می دهد،و این یعنی در مرحله ی خروج دود،موتور باید دود را با فشار بیشتری خارج کند در نتیجه کمی از قدرت سیلندری که در مرحله ی انفجار قرار دارد کاسته می شود در ارتفاعات توربوشارژرها در ارتفاعات که چگالی هوا کم است به موتور کمک می کنند،موتورهای معمولی در ارتفاعات با کاهش قدرت مواجه می شوند چون موتور جرم کمتری از هوا را دریافت می کند،یک موتور با توربوشارژر ممکن است با کاهش قدرت روبرو شود اما این کاهش قدرت خیلی کمتر است چون هوای رقیق تر راحت تر پمپ می شود خودروهای قدیمی با کاربراتور به صورت خودکار مقدار سوخت را افزایش می دهند تا مناسب افزایش هوای ورودی شود،خودروهای مدرن با انژکتور نیز این کار را انجام می دهند،سیستم انژکتور بر مبنای سنسورهای اکسیژن در اگزوز کار می کنند تا نعیین کنند که نسبت سوخت و هوا درست است یا نه بنابراین در این سیستم نیز اگر توربوشارژر اضافه شود مقدار سوخت ورودی خود به خود افزایش می یابد اگر یک توربوشارژر با فشار بالا به یک خودروی انژکتوری اضافه شود ممکن است کنترل کننده ی انژکتور اجازه ی ورود سوخت زیاد را ندهد ویا پمپ بنزین و تزریق کننده ها توانلیی رساندن این مقدار سوخت را نداشته باشند،در این حالت باید تغییرات دیگری اجرا شود تا بتوان از توربوشارژر استفاده کرد چگونه کار می کند؟ توربوشارژر به خروجی اگزوز موتور متصل شده است،گازهای خروجی از سیلندر توربین را می چرخانند که شبیه یک توربین گازی است،توربین توسط یک محور به کمپرسور که بین ---------- هوا و لوله های ورودی هوا واقع شده متصل می شود،کمپرسور هوای ورودی به پیستون را فشرده می کند گازهای خروجی از بین پره های توربین عبور می کنند و آن را می چرخانند،هر چه گازهای بیشتری خارج شود توربین سریع تر می چرخد درون یک توربوشارژر در طرف دیگر محوری که به توربین متصل است کمپرسور هوا را به سیلندر ها پمپ می کند،کمپرسور یک پمپ از نوع گریز از مرکز است که هوا را از مرکز پره ها می کشد و به بیرون پمپ می کند پره های کمپرسور برای رسیدن به سرعت ١٥٠٫٠٠٠ دور در دقیقه محور توربین باید به دقت پشتیبانی شود،اکثر یاطاقان در این سرعت خراب می شوند بنابراین بیشتر توربوشارژرها از یاطاقان های مایع استفاده می کنند،این نوع یاطاقان محور را روی لایه ی نازکی از روغن که به طور پیوسته به دور محور پمپ می شود نگه می دارد،این نوع یاطاقان دو مزیت دارد،یک اینکه محور و سایر قسمت های توربوشارژر را خنک نگه می دارد،دوم اینکه محور بدون اصطکاک چندانی می چرخد تقویت فشار بیش از اندازه با هوای فشرده ای که توسط توربوشارژر به سیلندر پمپ می شود و فشرده شدن بیشتر توشط حرکت پیستون خطر ضربه زدن موتور وجود دارد چون وقتی شما هوا را فشرده می کنید دمای آن افزایش می یابد این دما ممکن است آنقدر افزایش یابد که سوخت قبل از جرقه زدن شمع ها و در زمان نا مناسب بسوزد که این باعث کوبش موتور می شود،خودرو های دارای توربوشارژر اغلب باید از سوختی با درجه اکتان بالاتر استفاده کنند تا موتور ضربه نزند،اگر فشار واقعا بالا باشد باید نسبت تراکم موتور کاهش یابد تا کوبش نداشته باشد.