مقدمه

 

 

 

 

نظر به این که علم مکانیک رونق خوبی در کشور داشته است اینجانب سعی کرده ام که مطالبی را که در مورد سیستمهای کلی مکانیک مثل مولد وانتقال قدرت است خلاصه نویسی کرده ودر عوض مطالبی خاص ومفید را تهیه بکنم؛ مطالبی که مطمئناً در پیشرفت وبه روزشدن مکانیک تأثیر گذار می باشد.

دراین پروژه مطالبی که ارائه شده بر مبنای کارهایی است که من درمدت دوره کارورزی خود گذرانده ام از این رو مطالب این پروژه در مورد سیستمهای خاصی از خودرو تنظیم شده است.

پروژه اینجانب از2بخش اصلی یعنی:

1. بخش گزارش کارهای انجام شده در دوره کارورزی
2. بخش تئوری کار

تشکیل شده است.

امیدوارم که موردقبول شما استاد محترم جناب آقای عبادي قرار بگیرد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

موتور

 

ساختمان موتور

 

ساختمان موتورها بسیار گوناگون ولی در عین حال از لحاظ اصول کلی بسیار مشابه است. مثلا همهموتورهای احتراقیدارای یک محفظه برای فشردهکردن سیال می‌باشند کهسیلندرنام دارد. یا اینکه همگی دارای یکقطعه متحرک رفت و برگشتی می‌باشند کهپیستون نام دارد و ... لیکن ساختار موتورهای برقی متفاوت است. همگی آنها دارای یکسیم پیچثابت می‌باشد کهمیدان مغناطیسیایجاد می‌کند. در میان اینسیم پیچ میدان ، یکآرمیچر (روتور) وجود دارد که با تغییراتمیدان مغناطیسی انرژی الکتریکی را به انرژی جنبشی تبدیل می‌کند (به شکل چرخش) و ... .

طرز کار موتور

موتورهای الکتریکی از لحاظ تجهیزات و ساختار نسبتا ساده تر از موتورهای احتراقیهستند. البته طرز کار آنها نیز نسبتا ساده تر است. این موتورها با ایجاد یکمیدان مغناطیسیو تغییرات مکرر این میدانمغناطیسی باعث به چرخش درآمدنروتورمی‌شوند. و این چرخش توسط میله ای ازمحفظه موتور خارج و مورد استفاده قرار می‌گیرد. موتورهای احتراقی بصورت نوسانی کارمی‌کنند یعنی اینکه قطعات متحرک آنها (پیستونها) که قابل انتقال انرژی هستند، حرکت رفت و برگشتی دارند. برای تبدیل این حرکات رفت وبرگشتی به حرکت چرخشی وسیله‌ای به‌ ناممیللنگ استفاده می‌شود. لیکن در نهایت انرژی جنبشی این موتورها هم بصورت چرخش یکمیله ازمحفظه موتوربه خارج فرستادهمی‌شود.

قدم مهم در توسعه موتورهای امروزی (که اغلبموتورهای احتراق داخلیهستند) زمانی برداشتهشد کهبودورثامهندس فرانسوی چهار اصل عمده را کهبرای کار موثر این موتورها الزامی بودند، ارائه کرد. این اصول چهارگانه به قرارزیرند:

اتاقک احتراقباید کوچکترین نسبت سطح به حجمممکن را داشته باشد.

فرآیند انبساطمخلوط گاز هوا و سوخت باید تاحد امکان سریع انجام شود.

تراکم مخلوطدر ابتدای مرحله انبساط باید تاحد امکان زیاد باشد.

کورس پیستونمی بایست تا حد امکان زیادباشد.

 

انواع موتور

موتورها را بر اساس منبع تامین کننده انرژی به دو دستهموتورهای برقی و موتورهای احتراقی تقسیم می کنند.

 

موتورهای احتراقی: با سوزاندن موادسوختی (اغلب سوخت های فسیلی) تولید انرژی می کنند.

موتورهای برون سوز: در این موتورهااحتراق در بیرون از موتور صورت می گیرد (مانند موتور بخار)

موتورهای درون سوز: در اینگونه موتورهاماده سوختنی مستقیما در داخل موتور سوزانده می شود.

موتورهای درون سوز خود به دو گروه تقسیم می شوند:

موتورهای اشتعال جرقه ای: سوخت به کمکیک جرقه الکتریکی در این موتورها مشتعل می شود.

موتورهای دیزل: در این موتورها سوختبواسطه حرارت بالای ایجاد شده بوسیله فشار مشتعل می گردد

 

موتورهای دیزل

 

موتورهای دیزل نیز مانند سایرموتورهایاحتراق داخلی بر مبناهای مختلفی قابل طبقه‌بندی هستند. مثلا می‌توان موتورهایدیزل را بر حسب مقدار دفعات احتراق در هر دور گردشمیللنگ به موتورهای دیزل دوزمانه و یا موتورهای دیزل چهارزمانه تقسیم‌بندی نموده ویا بر حسب قدرت تولیدی که به شکل اسب بخار بیان می‌گردد. یا بر حسب تعداد سیلندر ویا شکل قرارگیری سیلندرها که بر این اساس به دو نوع موتورهای خطی و موتورهای V یاخورجینی تقسیم بندی می‌کردند و ...

ساختمان

ساختار موتورهای دیزل نه تنها درسیستم تغذیهوتنظیم سوختباموتورهایاشتعال جرقه‌ای تفاوت می‌کند. بنابراین ساختارهای بسیار مشابهی میان اینموتورها وجود دارد و تنها تفاوت ساختمانی آنها قطعات زیر است که در موتورهای دیزلوجود دارد و در سایر موتورهای احتراق داخلی وجود ندارد.

• _پمپ انژکتور :__ وظیفه تنظیم میزان سوخت وتامین فشار لازم جهت پاشش سوخت را به عهده دارد.
• انژکتورها : باعث پودر شدن سوخت و گازبندی اتاقک احتراق می‌شوند.
• فیلترهای سوخت : باعث جداسازی مواداضافی و خارجی از سوخت می‌شوند.
• لوله‌های انتقال سوخت : می‌بایست غیرقابل اشباع بوده و در برابر فشارپایداری نمایند.
• توربوشارژر : باعث افزایش هوای ورودی بهسیلندر می‌شوند.

طرزکار

همانگونه که اشاره شد موتورهای دیزل بر اساس نحوه کارکردن به دودسته موتورهای 4 زمانه و 2 زمانه تقسیم می‌شوند. لیکن در هر دوی این موتورها چهارعمل اصلی انجام می‌گردد که عبارتند ازمکش یا تنفس - تراکم - انفجاروتخلیهاما بر حسب نوع موتورها ممکن است اینمراحل مجزا و یا بصورت توام انجام گیرند.

سیکل موتورهای دیزل چهارزمانه

• زمان تنفس :
  پیستون از بالاترین مکان خود (نقطه مرگ بالا) به طرف پایین‌ترین مکان خود درسیلندر (نقطه مرگ پایین) حرکت می‌کند در این زمانسوپاپتخلیه بسته است وسوپاپهوا باز است. با پایین آمدن پیستون یکخلا نسبیدر سیلندر ایجاد می‌شود و هوایخالص از طریق مجرای سوپاپ هوا وارد سیلندر می‌گردد. در انتهای این زمان سوپاپ هوابسته شده و هوای خالص در سیلندر حبس می‌گردد.
• زمان تراکم:
  پیستون از نقطه مرگ پایین به طرف بالا (تا نقطه مرگبالا) حرکت می‌کند و در حالیکه هر سوپاپ بسته‌اند (سوپاپ هوا و سوپاپ تخلیه) هوایداخل سیلندر متراکم می‌گردد و نسبت تراکم به 15 تا 20 برابر می‌رسد. فشار داخلسیلندر تا حدود 40 اتمسفر بالا می‌رود و بر اثر این تراکم زیاد حرارت هوا داخلسیلندر به شدت افزایش یافته و به حدود 600 درجه سانتیگراد می‌رسد.
• زمان قدرت :
  در انتهای زمان تراکم در حالیکه هر دو سوپاپ همچنانبسته‌اند و پیستون به نقطه مرگ بالا می‌رسد مقداری سوخت روغنی (گازوئیل) به درون هوا فشرده و داغ موجود درمحفظه احتراق پاشیده می‌شود و ذرات سوخت در اثر این درجه حرارت زیاد محترقمی‌گردند. پس از خاتمه تزریق سوخت عمل سوختن تا حدود 3/2 از زمان قدرت ادامه پیدامی‌کند.
  
  فشار زیاد گازهای منبسط شده (به علت احتراق) پیستون را به طرف پایینو تا نقطه مرگ پایین می‌راند. حرکت پیستون از طریقشاتون بهمیل‌لنگمنتقل می‌شود و موجب گردش میل‌لنگمی‌گردد. در این مرحله حرارت گازهای مشتعل شده به 2000 درجه سانتیگراد می‌رسد وفشار داخل سیلندر تا حدود 80 اتمسفر افزایش می‌یابد.
• زمان تخلیه :
  با رسیدن پیستون به نقطه مرگ پایین در مرحله قدرت ،سوپاپ تخلیه باز می‌شود و به گازهای سوخته تحت فشار اولیه اجازه می‌دهد سیلندر راترک کند. پس پیستون از نقطه مرگ پایین به طرف بالا حرکت می‌کند و تمام گازهای سوختهرا بیرون از سیلندر می‌راند. در پایان پیستون یکبار دیگر به طرف پایین حرکت می‌کندو با شروع زمان تنفس سیکل جدیدی آغاز می‌گردد.

سیکل موتور دوزمانه دیزل

در این نوع موتورهای دوزمانه سوپاپ تنفس هوایتازه ، نظیر آنچه درموتورهایچهارزمانه ذکر شد وجود ندارد. و به جای آن در فاصله معینی از سه سیلندر ،مجراهایی در بدنه سیلندر تعبیه شده است. که پیستون در قسمتی از مسیر خود جلوی آنهارا می‌بندد، اصول کار این موتورها در دوزمان است، که در واقع در هر دور چرخشمیل‌لنگ اتفاق می‌افتد.

• زمان اول :
  پیستون از نقطه مرگ پایین به طرف بالا و تا نقطه مرگ بالاحرکت می‌کند. در این زمان پیستون پس از عبور از جلو مجاری تنفس هوای تازه را تاحدمعینی متراکم می‌سازد. در طول این زمان سوپاپ تخلیه که در قسمت فوقانی سیلندر و درداخل سه سیلندر قرار دارد کماکان بسته مانده است.
• زمان دوم:
  در انتهای زمان اول مقداری سوخت روغنی (گازوئیل) به صورتپودرشده به درون هوای متراکم شده و داغ موجود در محفظه احتراق پاشیده می‌شود و ذراتسوخت محترق می‌گردد. فشار زیاد گازهای محترق شده پیستون را به طرف پایین می‌راند. پیستون در مسیر حرکت روبه پایین خود جلو مجاری تنفس هوای تازه را باز می‌کند. در این موقعهوای تازه به شدت وارد سیلندر می‌گردد. در همین حال سوپاپ تخلیه نیز باز می‌گردد وگازهای حاصل از احتراق بوسیله هوای تازه از سیلندر خارج می‌گردند. پس از رسیدنپیستون به نقطه مرگ پایین سیکل جدیدی آغاز می‌شود.

شکل زیر طرح بندی نوعی از یک موتور دیزل دو زمانه را نشان می دهد:

در بالای سیلندر،نوعأ دو یا چهار دریچه ی خروج وجود دارد که هم زمان با هم باز می شوند.همچنین تزریق کننده ی سوخت دیزل نیز وجود دارد ( در بالا با رنگ زرد مشخص شده است). پیستون کشیده (دراز) در نظر گرفته شده، مانند موتور دو زمانه ی بنزینی، بنابراین می تواند به عنوان دریچه ی مکش هوا عمل کند.در حرکت به سمت پایین پیستون،پیستون ورودی مکش هوا را باز می نماید.هوای ورودی توسط یک توربو شارژر یا یک سوپرشارژر تنظیم فشار می شود (آبی روشن). محفظه کارتل آب بندی شده و حاوی روغن می باشد همچون یک موتور چهار زمانه.

چرخه موتور دوزمانه ی دیزل بدین صورت است:

١- وقتی پیستون در حرکت به سمت بالا می باشد،سیلندر شامل یک هوای بسیار فشرده می باشد.سوخت دیزل توسط تزریق کننده به درون سیلندر اسپری می شود و به دلیل گرما و فشار درون سیلندر به سرعت مشتعل می شود.

۲- فشار تولید شده توسط احتراق سوخت، پیستون را به سمت پایین می راند.این مرحله ی قدرت می باشد.

٣- زمانی که پیستون به نزدیکی پایین حرکتش می رسد تمامی دریچه های خروج باز می شوند، گازهای سوخته شده (دود) از سیلندر خارج می شوند وفشار کاهش می یابد.

٤- زمانی که پیستون به پایین ترین نقطه ی حرکتش می رسد، ورودی ها ی مکش هوا را باز می نماید وهوای فشرده سیلندر را پر می کند و گازهای سوخته شده ی (دود) باقی مانده را خارج می کند.

۵- دریچه های سوخت بسته می شوند و پیستون به سمت بالا برگردد و ورودی های مکش هوای فشرده را می بندد.این مرحله ی تراکم می باشد.

۶- زمانی که پیستون به بالای سیلندر نزدیک می شود ، چرخه دوباره از مرحله ی اول تکرار می شود.

با این توضیح ,شما می توانید تفاوت بزرگ بین یک موتور دو زمانه دیزل و یک موتور دو زمانه ی بنزینی را درک کنید.در موتوردیزل فقط هوا وارد سیلندر می شود، به جای اینکه مخلوط هوا و سوخت وارد شود.این بدین معنی است که موتور دیزل دو زمانه هیچ کدام از مشکلات محیطی که موتور دو زمانه ی بنزینی باعث آن می شود را ایجاد نمی کند.در مقابل یک موتور دوزمانه ی دیزلی باید یک توربو شارژر یا یک سوپرشارژر داشته باشد و این بدین معنی است که شما هرگز یک موتور دیزل دو زمانه را روی یک اره موتوری نخواهید یافت.چون در این صورت بسیار گران تمام می شود.

 

قسمتهای موتور

سیلندر

تقسیمات و انواع سیلندر

همانطور که ذکر شد سیلندر‌ها دارای طیف وسیعی ازاندازه و تعداد می‌باشند. لیکن تقسیم‌بندی سیلندرها را می‌توان بر اساس نحوه ساخت وریخت داخلی آنها انجام داد. چرا که هر گروه از سیلندرها در ابعاد و تعداد مختلفساخته می‌شوند. بدنه موتورها یا همان بلوک سیلندر معمولا به شکلریخته‌گریو از جنسچدن یاآلیاژ آلومینیممی‌سازند. در حین ساخت اینقطعه ریخته‌گری مجاری عبور آب را نیز در درون آن تعبیه می‌کنند. پس از تولید بدنهمجاری عبور روغن از طریق سوراخکاری در بدنه بلوک سیلندر ایجاد می‌شوند. البته ممکناست این مجاری نیز در مرحله ریخته‌گری تعبیه شوند. برای سیلندرهایی کهپیستون درون آنها حرکت می‌کند می‌توان یکی از ساختارهای زیر را بکار برد.

• بلوک یکجا :
  در موتور اکثر وسایل نقلیه از آرایش بلوک یکجا استفادهمی‌شود. که در آن سیلندرها مستقیما در بدنه بلوک سیلندر ریخته‌گریمی‌شوند.

بلوک سیلندر :
به مجموعه سیلندرهای کناریکدیگر و مجاری آب و روغن اطراف آنها اتلاق می‌گردد.

• بوش خشک :
  در این بلوک سیلندر دیواره داخلی سیلندر را از یک استوانهقابل تعویض می‌سازند که اصطلاحا به این استوانه قابل تعویض بوش می‌گویند. کلمه خشکرا نیز به این دلیل به کار می‌برند که آب خننک کننده موتور مستقیما با دیواره اینبوش در تماس نیست.
• بوش تر :
  در این بلوک سیلندر دیواره داخلی سیلندر را یک بوش تشکیلمی‌دهد لیکن این بوش بصورت مستقیم با آبسیستم خنک کاری موتوردر تماس است و با آناز طریق مستقیم تبادل حرارتی انجام می‌دهد.

ساختار

سیلندرها استوانه‌های توخالی هستند که محل بالا و پایین رفتنپیستون می‌باشند. لیکن چگونگی و کیفیت سطح داخلی سیلندرها که در تماس با پیستون استبسیار مهم است. دیواره‌های چدنی یا آلو مینیمی سیلندرها به منظور فراهم آوردن یکسطح صاف برای حرکت پیستون‌ها باید صیقل زده شود. صیقلی بودن سطح داخلی سیلندرها بهخاطر کم کردناصطکاک میان پیستون و جداره سیلندر است. البته بدیهی است که اصطکاک باعث تولید حرارت اضافیو هدر رفتن انرژی می‌شود که می‌بایست تا حدامکان از آن جلوگیری کرد.

برایاین منظور ازروغننیز استفاده می‌شود. سیلندرها و بوش‌هادارای سطح پرداخت شده‌ای (صیقل خورده) می‌باشند که دارای هاشورهای (شیارهای) بسیارکوچکی است که به شکل متقاطع و در حین حرکت بالا و پایین سنگسمبادهدر درون سیلندر ایجاد شده است. اینهاشورهای متقاطع از گیر کردن رینگ‌های پیستون جلوگیری کرده و در ضمن سطحی را براینگهداری روغن روان‌ساز فراهم می‌آورند.

 

 

 

پیستون

ساختمان پیستون

پیستونها به شکل یک استوانه توخالی هستند که یک سر آنهابسته و سر دیگرشان باز است که از طریق این سر و بوسیلهشاتون بهمیللنگ متصل می‌شود البته معمولا قطر پیستون در سر باز آن بیشتر است. به عنوان یکمثال اگر یک استکان را برگردانید تقریبا شکل کلی یک پیستون را خواهید دید.

طول پیستونها معمولا کمی بیشتر از قطرشان است و تا حد امکان سبک ساختهمی‌شوند. پیستونها می‌بایست دارای استحکام لازم بوده و کیفیت بالایی داشته باشند درضمن می‌بایست بتوانند به خوبی حرارت را هدایت کنند. هدایت حرارت در پیستون بسیارحیاتی است زیرا در غیر اینصورت پیستون بسیار داغ شده و خطر چسبیدن آن بر اثر انبساطبه جدارهسیلندر پیش می‌آید.

مواد ساختمانی

موادی که برای ساختن پیستونها بکار می‌روند عبارتند ازچدنخاکستری ،فولادریخته گری ، وآلیاژ آلومینیوم. از چدن یا فولاد معمولا درساختار پیستونهای موتورهای سنگین که به سرعت زیاد و شتاب آنی نیاز ندارند استفادهمی‌شود. در اغلب موتورهای اتومبیلها از پیستونهایی استفاده می‌شود که با آلیاژآلومینیوم ساخته شده‌اند. دلیل این تفاوت اینست که مواد بکار رفته در پیستونهایاتومبیل‌ها با وزن سبکتر خود اجازه کار در سرعت‌های بیشتر و انعطاف پذیری درسرعت‌های مختلف را به پیستونها می‌دهند.

از طرف دیگر در بعضی از موتورهایسنگین از پیستونهای آلیاژ آلومینیومی به لحاظ داشتن خواصرسانش گرماییمناسب این ماده استفاده می‌شودبدین ترتیب که استفاده از آن ، کنترل بهتر حرارتمحفظهاحتراق را فراهم آورده و بنابراین باعث کنترل بهتر احتراق می‌گردد. پیستونهایچدنی در مقابل فرسودگی مقاومت بیشتری داشته شی کمتری در داخل سیلندر نسبت بهپیستونهای آلومینیومی نیاز دارند (اصطلاح لقی پیستون به فاصله میان پیستون و جدارهسیلندر گفته می شود). پیستونها چدنی گاهی اوقات باقلع یا یک فلز مخصوص روکش داده می‌شوند تا جلای صاف‌تر و مقاومت بهتری در مقابل فرسودگیبوجود آورند.

عیب پیستونهای آلومینیومی

عیب مهم پیستونهای آلیاژ آلومینیومی اینست کهدارایضریب انبساطبالایی می‌باشند. این بدانمعناست که لقی در این پیستون می‌بایست اندکی بیشتر از لقی در پیستونهای چدنی باشد،معمولا برای جلوگیری از انبساط پیستونها از روشهای مخصوصی استفاده می‌شود که در ذیلچهار روش رایج آنها را به اختصار می‌کنیم.

روش اول

در این روش مقطع بدنه پیستون را به جای آنکه به شکل دایره بسازند. به شکل بیضی عمود بر محور انگشتی پیستون و قطر کوچک آن در جهت انگشتی پیستون باشد.

روش دوم

در این روش برای کنترل کردن انبساط پیستون بر اثر حرارت یک سریشکافهای عمودی و افقی و یا فرو رفتگیهایی در بدنه پیستون ایجاد می‌گردد.

روش سوم

در این روش برای کنترل انبساط حرارتی پیستون از روش تقویت کردن یادو فلزی نمودن قسمتی از پیستون که در معرض حرارت بیشتری قرار دارد، استفادهمی‌گردد. بدین ترتیب که در داخل پیستون نواری ازفولاد یا یک فلز مخصوص (که فلز غیر قابل تغییر نامیده می‌شود) قرار می‌دهند و روی آنها رابا ماده اصلی یا آلیاژ‌های آلومینیوم پوشش می‌دهند. در بعضی از پیستونها موادفولادی بصورت حلقه‌ای در موقعریخته گریداخل پیستون قرار می‌گیرند.

روش چهارم

در این روش برای جلوگیری از انتقال حرارت سر پیستون (که درمجاورتاحتراق سوختاست) به بدنه پیستون ، یک سرحرارتی شامل شیاری است که در نزدیکی سر پیستون و به موازات شیارهای رینگ ایجادمی‌شود با این عمل تا اندازه‌ای راهی که حرارت را از سر پیستون به بدنه آن منتقلمی‌سازد کمتر می‌کنند. بنابراین بدنه زیاد گرم نمی‌شود و انبساط زیادی پیدانمی‌کند.

قسمت‌های اصلی پیستون

قسمت‌های اصلی پیستون عبارتند از سر یا تاج ،شیارهایرینگ، سطوح پیستون ، بدنه یا دامن و سوراخانگشتی.

سر یا تاج پیستون

این قسمت سطح بالایی پیستون است معمولا دایره‌ای شکل استو نیروی تولید شده توسط سوخت مستقیما روی آن وارد می‌شود سر بعضی از پیستونها خصوصاپیستونهایموتورهای دوزمانهوموتورهایدیزلی فرمدار ساخته می‌شود.

شیارهای رینگ

شیارهای محل قرار گرفتن رینگ‌ها در قسمت بالای پیستونمی‌باشند در هر پیستون معمولا 3تا 5 شیار رینگ وجود دارد. پایین‌ترین شیارها متعلقبه رینگ‌های روغن می‌باشد و همین دلیل در ته این شیار منافذی برای ورودروغنبه داخل پیستون تعبیه شده است.

سطوح پیستون‌ها

تکیه گاهها یا سطوح عبارتست از لبه‌هایی که بین شیارهایرینگ قرار گرفته‌اند بگونه‌ای که رینگها را در شیارهای خود نگه داشته و حمایتمی‌کنند.

بدنه یا دامن پیستون

بدنه پیستون به قسمت خارجی آن گفته می‌شود که در زیرشیارهای رینگ قرار دارد. پیستون توسط بدنه در حالت راست قرار می‌گیرد.

سوراخ انگشتی

سوراخ انگشتی محلی است کهشاتون بوسیله انگشتی به پیستون متصل می‌گردد. اطراف دو سوراخ انگشتی پیستون (در داخلپیستون) ضخیم‌تر ساخته شده است تا استقامت این سوراخها افزایش یابد. هر یک از اینقسمت‌ها ، برجستگی انگشتی پیستون نامیده می‌شود.