تنفس موتور و راندمان حجمی Volumetric efficiency

یکی از 4 کورس موتور های 4 زمانه کورس مکش هستش!
این کورس رابطه مستقیم با راندمان حجمی یا Volumetric efficiency داره!

خوب راندمان حجمی یعنی چی؟!
یعنی میزان هوایی که یک موتور در حالت واقعی نسبت به حالت ایده آل مکش میکنه!
مثلاً موتوری با حجم 1.8 لیتر در حالت ایده آل میتونه در هر بار مکش میزان 1.8لیتر هوا مکش کنه!

اما در عمل اینطوری نیست! در عمل(بجز موارد خاص و...)موتور تنفس طبیعی نمی تونه به 100% راندمان حجمیش دست پیدا کنه! و این راندمان نسبت به دور موتور متغیر هستش! تقریباً در دورهای ابتدای راندمان حجمی کم،در دورهای میانی به بیشترین مقدارش نزدیک میشه و در دورهای پایانی دوباره کم میشه!
تقریباً میشه گفت موتورهای با تکنولوژی بالا امروزی راندمانی نزدیک به 100% دارن!
ولی برای موتورهای عادی امروزی این راندمان تقریباً 80% محاسبه میشه!

اساسی ترین راندمان موتور همین راندمان حجمی هستش که میشه گفت همه قدرت و تورک خروجی موتور به همین موضوع مربوط میشه!

خوب این راندمان حجمی به عوامل بسیار زیادی وابسته هستش،از مشخصات سیستم اینتیک و مخلفاتش تا هندسه موتور و....!!!
البته این بحث خیلی طولانی هستش و تا جایی که مجال داشته باشیم ادامه میدیم!

-----000---00---0----------------------------------------------------
یکی از مهمترین پارامترهای در میزان تنفس موتور یا همون راندمان حجمی سیستم خروج دود هستش Exhaust system!

شاید با خودتون بپرسین چطوری میتونه ربط داشته باشه! کمی صبر کنید...

ببینید به میزانی که هوا داخل موتور میشه به همون میزان(بیشتر) باید گازهای سوخته خارج بشن!!
خوب حالا اگه ما میخوایم هوا بیشتری موتور بتونه مکش کنه باید بتونیم خروج دود رو راحتتر کنیم!
وقتی که دود بیشتری در سیلندر به علت عدم کارایی کافی سیستم خروج دود باقی مونده باشه،میزان هوا کمتری هم میتونه وارد بشه!
*نگته ای که خالی از لطف نیست گفتنش اینه که اکثر سیستمهای افتر مارکت خروج دود اون بالانس سیستم فابریک خروج دود رو ندارن و غالباً یا تروک رو فدای قدرت میکنن یا قدرت رو فدای تورک،بجز در موراد خاص!
-----00000----00000------00-------------------------------------------------
مسئله مهم بعدی سیستم مکش هوا یا همون Air intake هستش!
ببینید حقیقت امر اینه که اون تاثیری که طول و قطر لوله در تورک موتور شما دارن فیلتری که استفاده میکنید نداره! یعنی میشه کاملاً ازش چشم پوشی کرد! با تغییر در طول لوله ورودی هوا به موتور میشه اسبهای زیادی بالا پایین کرد!
برای مثال به این نمودار یک نگاهی بندازین!
http://www.tuningforum.ir/images/imp...e2028329-1.jpg
*اونی که در دورهای میانی و دورهای بالایی تورک بیشتری داره 110 سانتی متر هستش!

خوب در اینجا به وضوح تاثیر طول لوله در یک موتور تقریباً 65 اسبی معلوم میشه!!!
بیشترین بازه تغییرات میشه گفت به 5 اسب بخار واقعی میرسه!!!

-----000-----000000---------------------------------------
پارامتر بعدی که میخوایم بررسیش کنیم منیفولد هواست! این هم خیلی تاثیر بسزایی داره!!
با تغییر در طول و قطر و شکا منیفولد هوا میشه دور رسیدن گشتاور به حداکثرش رو به آسونی تغییر داد!!
اکثز کمپانی های اتومبیل سازی دوست دارن که تورک رو در دورهای پایین مایل به میانی بدست بیارن! هم کم هزینه تر میشه طراحی هم خیلی راحتتره،هم اینکه برای ماشین های شهری مناسب تره!

در یک قانون کلی و کلیشه ای میشه گفت که افزایش طول رانرهای اینتیک تورک رو به سمت دورهای ابتدایی شیفت میده و بالعکس! و کاهش قطر هم همینطور،تورک رو به دورهای ابتدایی شیفت میده!!

البته این مطلب اصلاً حالت 0 1 نداره! یعنی نمیشه مطلب بالا رو در همه موارد تعمیم داد،و صد البته که یه نقطه اپتیمم داره! برای درک بیشتر به نمودار پایین توجه کنید!!
http://www.tuningforum.ir/images/imp...ht20tune-1.jpg
*پایین ترین تورک با طول تقریبی 38 سانتی متر!
**نمدار وسطی با طول 28 سانتی متر!
***بهترین نمدار تورک با طول 34.3 سانتی متر!
خوب این نمودار کاملاً اون حد اپتیممو در کنارش تاثیر طول اینتیک رو به نمایش میزاره!

بر همین مهم بود که سیستم Variable length intake manifold یا سیستم مکش طول متغیر(VIM) ساخته شد تا در دورهای پایین طول اینتیک رو طولانی و در دورهای بالاتر طول اینتیک رو کوتاه کنه!

یکی دیگه از پارامترهایی که در راندمان حجمی ما تاثیر بسزایی داره میل سوپاپ یا Camshaft هستش!
تنظیم بودن دور آیدل،مصرف سوخت مناسب،میزان آلودگی،بالانس بین تورک در دورهای ابتدایی (Bottom-end) و دورهای نهایی(Top-end) رابطه مستقیمی با مشخصات میل سوپاپ ما داره!

در مورد کمشافت ریسی تاپیک داریم،پس اینجا دیگه در موردش صحبت نمیکنیم!
-------------------------------------------------000-------00-0-------------
مطلب بعدی هم میمونه در مورد پورت و پولیش سر سیلندر که تاثیر بسزایی در راندمان حجمی داره که در موردش بحثی نمی کنیم!
مسائل بسیار زیاد دیگه ای هستن از جمله ضریب تراکم،میزان انتقال حرارت،محل قرار گیری ورودی هوا و...
-----0---00000-------000-----------------------------------------------------------------
بهتره برای خستگی گرفتن هم بجای حرف زدن کمی به نمودار زیر نگاه کنیم!! http://www.tuningforum.ir/images/imp.../03/brsh-1.gif

http://www.tuningforum.ir/images/imp...iencyJPG-1.jpg
این نمودار راندمان حجمی نسبت به سرعت متوسط پیستون هستش!

خوب به بررسی این نمودار می پردازیم!
1-از A به B:
خود نمودار A حالت ایده آل راندمان حجمی رو نشون میده! و نمودار B با در نظر گرفتن بالا رفتن دمای هوا ورودی حین مکش و افت فشار ناشی از اون در سیلندر رو نشون میده!
این مطلب در دور موتورهای پایینتر بخاطر مدت زمان بیشتری که هوا در مسیر مکش قرار میگیره تاثیر بیشتری داره و در دورهای بالاتر تاثیرش کمتر میشه!
2-از B به C:
در تمام مسیر حرکت هوا در اینتیک و تراتل بادی و پورتها و رسیدن به سیلندر هوا با مسیر اصطکاک داره و در نتیجه فشار درون سیلندر کمتر از فشار اتمسفر میشه!
بیشترین مانع بر سر رها هوا پورتهای سر سیلندر و سوپاپها هستن.
در جایی که پیستون به حداکثر سرعتش نزدیک میشه تقریباً فشار دورن سیلندر 10-20% کمتر از فشار بیرون هستش! این هم با مجذور سرعت افزایش پیدا میکنه!
3*-از C به D:
این رو میزارم اگه کسی علاقه مند بود جواب بده،اگه جواب هم ندادین که چند روز دیگه خودم مینویسم!
4*-از D به E:
این هم مثل قبلی،اگه کسی جواب نداد،خودم جواب میدم!
5*-از C به F:
Backflow
خوب این رو هم توضیح بدین،نشد خودم جواب میدم.
6-از F به G:
Tuning
این به مبحث تغییر در قطر و طول لوله های اینتیک و اگزاست مربوط میشه!

خوب به بررسی چند عامل دیگه در راندمان حجمی می پردازیم...
Ram effect:
وقتی کورس مکش شروع میشه هوا شروع به مکیده شدن میکنه و سرعت میگیره! اما وقتی ناگهان سوپاپ بسته میشه هوا هیچ راهی دیگه برای خروج نداره پس مثل یک فنر که فشرده میشه پشت سوپاپ متراکم میشه،وقتی به یک حد خاصی رسید ناگهان مثل فنر که نیرو از روش برداشته میشه به سمت محفظه آرامش(plenum) برمیگرده و هوایی که داخل محفظه آرامش هستش رو دوباره متراکم میکنه و باز به یک حد خاصی که رسید به سمت رانرهای اینتیک و سوپاپ برمیگرده!
تایم این پروسه رفت و برگشت بسته به مشخصات میل سوپاپ،دور موتور،طول و قطر رانرها،ابعاد محفظه آرامش و شکل رانرها متغیر هستش!!
(رزونانس هوا بر اساس پدیده Helmholtz resonance)
http://www.tuningforum.ir/images/imp...esonator-1.jpg
خوب حالا این مطلب چه ربطی به مبحث ما داره؟!
آها....
این تایم رفت و برگشت هوا خیلی برای مهم هستش،چرا؟! چون اگه بتونیم تامینگ سوپاپها رو جوری تنظیم کنیم که دقیقاً در زمانی که هوا بعد از چند بار رفت و برگشت(Bouncing) وقتی میرسه به سوپاپ،سوپاپ هم همون موقع باز بشه ما در موتور تنفس طبیعی پرخورانی ایجاد کردیم!!!
اما اگه سوپاپ در تایمی باز بشه که هوا داره به سمت محفظه آرامش بر میگرده فشار منفی ایجاد میشه و راندمان حجمی کاهش پیدا میکنه!
در دور موتورهای بالا(بسته به سیستم اینتیک در سرعتهای بالا) این پدیده خودش رو خیلی نشون میده و به بالا بردن راندمان حجمی کمک میکنه!
محسباتشم سخت نیست!!
اینتوضیح نمودار D به E بود!! سخت بود؟!!!http://www.tuningforum.ir/images/imp..._biggrin-3.gif
-----------00000-----00------0--------------------------
در دور موتورهای بالا به علت زیاد شدن سرعت هوا و بالطبع کاهش بیش از اندازه فشار هوا ورودی و یکی شدنش با فشار درون سیلندر و موازنه فشارها، هوای خیلی کمی وارد سیلندر میشه و هرچی دور موتور بیشتر بشه این پدیده بیشتر میشه و قدرت موتور به شدت افول میکنه!
این هم توضیح نمودار C به D!!
-----------0000-----000-----------------------------------
وقتی سوپاپ هوا بخاطر بدست آوردن تورک بیشتر در دورهای بالا دیرتر بسته میشه(دیورشن بیشتر) در دورهای پایین که هوا سرعت کمی داره بخاطر فشار گازهای سوخته در تایم آور لپ مقداری از هوای تازه دوباره به سمت اینتیک بر میگرده و راندمان حجمی رو کم میکنه! این پدیده در دور موتورهای بالا تقریباً از بین میره و در دور موتورهای پایین به بیشترین حدش میرسه!

قسمت جدید! اضافه شده در تاریخ 18دی

خوب یکی دیگه از راههایی که میشه راندمان حجمی رو افزایش داد،استفاده از هوای خنک هستش!!
یا به عبارتی دیگه کم کردن افزایش دما هوای ورودی حین مکش!!

یکی از عوامل در مطلب مذکور گرم شدن منیفولد ورودی بواسطه تماس با موتور هستش!!
هوا که گرم میشه،چگالیش کمتر میشه،سوخت پاشیده شده کمتر میشه،محدودیت در آوانس کردن تایم جرقه بیشتر میشه،مقاومت مخلوط سوخت و هوا در برابر ناک پایین میاد و...

برای اینکار از یک عایق استفاده میکنن تا انتقال حرارت به منیفولد کمتر بشه!

http://www.tuningforum.ir/images/imp...sulators-1.jpg

بهترین جنس این عایقها نوعی هستش که کمترین ضریب انتقال حرارت رو داشته باشه، مقاومت خوبی در برابر فشار و تنشهای وارد شده داشته باشه و بتونه تا دمای تقریباً 150 درجه سانتیگراد رو تحمل کنه!

http://www.tuningforum.ir/images/imp...lator203-1.jpg

خوب برای درک بهتر کارایی این قطعه میشه به تست دمای رانرهای اینتیک در حالت فابریک و با عایق مقایسه کرد!

http://www.tuningforum.ir/images/imp...0474_5mg-1.jpg

و این هم یک تست داینو از عملکرد این قطعه!

http://www.tuningforum.ir/images/imp...019/03/1-1.jpg

----000----------000-------------00---------------------------
یکی دیگه از مباحث مربوط به راندمان حجمی همونطور که قبلاً هم گفتیم سوپاپ و چند راهه ورودی هستش!
همونطور که مطلع هستید در چرخه واقعی موتور ما آوانس و ریتارد سوپاپ رو داریم!
در اواخر کورس تخلیه ما به علت اینرسی سوپاپ هوا،آوانس داریم! یعنی سوپاپ هوا کمی قبل تر از نقطه مرگ بالا(bTDC) شروع بع باز شدن میکنه تا موقع شروع کورس مکش کاملاً باز شده باشه!
در این حین مقداری از گازهای سوخته باقیمانده به دو طریق راندمان حجمی ما رو کاهش میدن!
یکی اینکه این گازهای دارای حرارت بالایی هستن و باعث گرم شدن گازهای ورودی میشن و بالطبع چگالی مخلوط ورودی رو کاهش میدن!
دو اینکه با ورود به سوپاپ هوا مخلوط ورودی رو کمی پس میزنن که بدین طریق راندمان حجمی ما کاهش پیدا میکنه!
این مطلب که قبلاً درموردش صحبت کردیم(backflow) میتونه با کم شدن تایم آورلپ(یعنی زمانی که هر دو سوپاپ باز هستند)کاهش پیدا کنه!
اما میتونه در دورهای بالاتر باعث کاهش قدرت ما بشه!
خوب پس چیکار میشه کرد؟!
یکی از راهکارها استفاده از چند سوپاپ برای موتور هستش!(Multivalve engine)

http://www.tuningforum.ir/images/imp...35DE_005-1.jpg

ببینید اگر بجای استفاده از یک سوپاپ بزرگ از 2 یا چند سوپاپ کوچکتر استفاده کنیم هم سطح جریان بیشتر و هم مقاومت کمتر داریم!
و اینکه به علت کم شدن اینرسی سوپاپها نقطه شروع باز شدن سوپاپ دیرتر اتفاق میافته و در نتیجه میتونیم تایم آورلپ کمتری داشته باشیم!
به علت اینکه چند سوپاپ نسبت به دو سوپاپ بزرگتر میتونن به شکل بهتری در یک فضای مشخص در سر سیلندر قرار بگیرن میتونیم به مقاومت سازه ای بالاتری دست پیدا کنیم!
در ثانی وقتی از فرمولهای نوین حداقل میزان بزرگی سوپاپ ورودی استفاده میکنیم،میبینیم فضای کافی برای همچین سوپاپ بزرگی نداریم و نتیجتاً به استفاده از چند سوپاپ رو میاریم!
خوب مشخصه های دیگه سوپاپ که در سطح جریان تاثیر دارن،لیفت(میزان بلند شدگی سوپاپ از نشیمنگاه) و هندسه خود سوپاپ هستش!

به بررسی یک نمودار در رابطه با ضریب تخلیه و لیفت سوپاپ و فرم پورتها میپردازیم!http://www.tuningforum.ir/images/imp...9/03/alc-1.gif

http://www.tuningforum.ir/images/imp...lift26CD-1.gif

***
Lv:میزان لیفت سوپاپ
Dv:قطر سوپاپ
Cd:ضریب خروج

***
- خوب بهترین حالت در ضریب خروج(بالاترین نمودار) میشه یک حالت تقریباً ایده آل،پورت مستقیم بدون زاویه که در موتور واقعی امکان پذیر نیست!
- Lv/Dv بزرگترمساوی از 0.2 میزان گازهای خروجی کم میشه!!!!
اما چرا؟! مگه نه اینکه هرچی این پرامتر بیشتر باشه بهتره!؟!!!!
نه! جواب نه هستش!!
به علت اغتشاش بیش از حد گازهای خروجی میزان خروج گازهای سوخته کم میشه!
(قابل توجه افرادی که همیشه به مباحث تیونینگ از دید 0 1 نگاه میکنن!)
خوب تقریباً از Lv/Dv=0.25 میزان فضای موثر در ضریب Cd 90% فضای کنونی هستش!
برای 0.2>Lv/Dv این میزان فضای مفید به 95+ درصد افزایش پیدا میکنه!
-همونطور که ملاحظه میکنید در لیفت های بالا شکل و طرح پورت موثرتر میشه! یعنی در لیفتهای پایین طرح پورت چندان تاثیری نداره!