هر چه بیشتر یاد بدی بیشتر یاد می گیری.مجله آموزشی آسان بود

گزارش کار آزمایش از گرما تا حرکت

 

 

مقدمه:

انسان هزاران سال برای انتقال اجسام یا از نیروی بدنی خود یا از نیروی جانوران استفاده می‌کرد. بعدها کم کم از نیروی طبیعی مانند آب و باد استفاده کند (مثلا در آسیاهای بادی و آبی). در قرن هفدهم پاپن دانشمند فرانسوی متوجه نیروی بخار شد. در سال ۱۶۹۸ م. یک مهندس انگلیسی به نام سبیوری موفق شد که عملا نخستین ماشین بخار را بسازد. اساس کار ماشین بخار بر ایجاد خلا استوار است. آب را می جوشانند و بخار آب را وارد دیگی می‌کنند و با سرد کردن دیگ ، بخار به صورت مایع در می‌آید و ایجاد خلا می‌کند و همین خلا پیستون یا تلمبه‌ای را به حرکت در می‌آورد.در سال ۱۸۸۵ میلادی دیملر آن چه را که اغلب به عنوان نمونه اولیه موتور بنزینی مدرن شناخته می شود اختراع کرد که با یک سیلندر عمودی و با بنزینی که به داخل یک کاربراتور تزریق می شد کار می کرد (این اختراع در سال ۱۸۸۷ ثبت شد). دیملر در ابتدا با این موتور یک وسیله نقلیه سواری با دوچرخ ساخت و یک سال بعد اولین وسیله نقلیه موتوری چهارچرخ جهان را ساخت. و از آن به بعد موتور هایی  احتراقی بنزینی و گازوئیلی به تدریج ساخته شد.مانند موتورهای چهار زمانه.

هدف:

مشاهده وبررسی دو نوع ماشین گرمایی

 

جمع آوری اطلاعات:

موتور بخار به ماشین گرمایی گفته می‌شود که سیال سیکل گرمایی آن بخار می‌باشد.موتور بخار یک موتور احتراق خارجی است که از انرژی گرمایی موجود در بخار آب استفاده کرده و آن را به کار مکانیکی تبدیل می‌کند.

ایده استفاده از بخار آب برای ایجاد نیروی حرکتی پیشینه‌ای طولانی در حدود ۲۰۰۰ سال دارد. اما تا حدود ۳۰۰ سال پیش دستگاه‌های بخار تولیدکنندگان مهمی در حوزهٔ نیروی مکانیکی نبودند. توسعهٔ استفاده از بخارهای پر فشار و تبدیل آنها به نیروهای خطی و دورانی قادر به ایجاد نیروی مورد نیاز بسیاری از ماشین‌های تولید بود. این دستگاه‌ها در هر جایی که آب و سوخت چون زغال سنگ یا چوب فراهم باشد قابل استفاده هستند. ماشین‌های بخار وسایل حمل و نقل اولیه چون تراکتورهای بخار و لوکوموتیوهای بخار را ممکن ساخت. امروزه توربین‌های بخار مدرن حدود ۸۰ درصد برق تولیدی را در جهان بوسیلهٔ سوخت‌های متفاوت تولید می‌کنند.

اولین ماشین بخار را پاپن در سال ۱۶۹۰ اختراع کرد. قسمت اعظم ماشین کوچکی را که پاپن ساخته بود، سیلندرها و پیستون‌ها تشکیل می‌دادند. آب در داخل سیلندرها تبدیل به بخار شده، موجب بالا رفتن پیستون‌ها می‌شدند. با بالا رفتن این پیستون‌ها هوای قسمت فوقانی این سیلندرها فشرده می‌گردید. حال اگر بخار آب زیر پیستون‌ها را ناگهان سرد کرد و تبدیل به آب نمود، هوای فشرده قسمت فوقانی سیلندرها، پیستون‌ها را با قدرت به طرف پایین می‌راند و این حرکت پیستون‌ها می‌توانست مثلاً موجب حرکت کردن یک چرخ شود.

پس از پاپن عده‌ای کار او را دنبال کردند ولی نتیجه زیادی نگرفتند تا اینکه جیمز وات اسکاتلندی دست به تجاربی زد و موفق گردید با اختراع خود بزرگ‌ترین انقلاب را در صنایع انگلیس ایجاد کند.

موتور چهار زمانه  یا موتور چهارهنگامه یکی از انواع موتورهای درون‌سوز است. «موتور چهارزمانهٔ اتو» اولین موتور چهارزمانه بود که در سال ۱۸۷۶ توسط نیکلاس اتو اختراع شد. موتورهای چهارزمانه متداول‌ترین موتورها در وسایل نقلیه امروزی هستند و اغلب با سوخت بنزین و گازوئیل کار می‌کنند. ساختمان و کارکرد همهٔ موتورهای چهارزمانه امروزی تقریباً مشابه موتور چهارزمانهٔ اتو است.موتورهای چهار زمانه به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند که عبارتند از :

  • موتورهای اشتعال جرقه‌ای :
    در این موتورها برای مشتعل ساختن سوخت از یک جرقه استفاده می‌شود.
  • موتورهای دیزل :
    در این موتورها برای مشتعل ساختن سوخت از حرارت ایجاد شده در محفظه سیلندر و اتاقک احتراق استفاده می‌شود (این حرارت بالا به علت فشردگی زیاد سیال ایجاد می‌شود).

دلیل نامگذاری موتورچهارزمانه، چرخهٔ چهارمرحله‌ای آن است. و شامل مراحل زیر است.

  • مرحله اول (مرحله مکش) :
    در این مرحله سوپاپ ورودی هوا همزمان با حرکت رو به پایین پیستون درون سیلندر باز می‌شود. با این عمل مخلوط هوا و سوخت (در موتورهای اشتعال جرقه‌ای) و هوای خالی (در موتورهای دیزل) وارد محفظه سیلندر شده و آنجا را پر می‌کند.
  • مرحله دوم (مرحله تراکم) :
    این مرحله از لحظه‌ای شروع می‌شود که پیستون از پایین‌ترین نقطه مکانی خود شروع می‌کند به حرکت رو به بالا. در این مرحله هر دو سوپاپ هوا و دود بسته‌اند. پیستون سیال موجود در محفظه سیلندر را در داخل اتاقک احتراق واقع در سه سیلندر فشرده می‌کند.
  • مرحله سوم (مرحله توان) :
    در این مرحله سیال موجود در اتاقک احتراق منفجر می‌گردد (در موتورهای اشتعال جرقه‌ای اینکار بوسیله یک جرقه الکتریکی و در موتورهای دیزل بواسطه تزریق سوخت انجام می‌شود) در این مرحله نیز سوپاپ‌ها بسته‌اند. انرژی آزاد شده از سوختن مواد فسیلی باعث ایجاد نیروی فشارندگی پیستون می‌گردد که باعث پایین رفتن پیستون می‌شود.
  • مرحله چهارم (مرحله تخلیه) :
    در این مرحله گازهای ناشی از سوختن سیال تمام محفظه سیلندر را پر کرده‌اند در این مرحله سوپاپ دود باز می‌شود تا گازهای داغ ناشی از احتراق را از طریق مانیفولد دود از موتور خارج کند. حرکت رو به بالای سیلندر نیز به عمل تخلیه گازها کمک می‌کند.

پس از طی شدن این چهار مرحله که در دو دور چرخش میل لنگ انجام شده است. یک چرخه موتور چهار زمانه انجام شده است. و برای ادامه یافتن تولید توان این چرخه دوباره به ترتیب فوق و از مرحله اول از سر گرفته می‌شود. لازم به ذکر است که اکثر موتورهای امروزی بیش از یک سیلندر دارند که درکنار یکدیگر قرار گرفته‌اند. لیکن این مراحل در همه آنها بصورت همزمان اتفاق نمی‌افتد. مثلا هیچ وقت ممکن نیست که در دو سیلندر عمل انفجار صورت گیرد. این امر به خاطر شکل بخصوص میل لنگ و نیز …. کار کردن موتور است.

 

کارهای آزمایشگاهی:

وسایل لازم:

۱- ماشین بخار ۲- موتور چهار زمانه

شرح آزمایش:

قبل از آتش زدن سوخت از درست کار کردن سوپاب اطمینان مخزن بخار و مسدود نشدن آن اطمینان حاصل کردیم و طبق دستور کار کتاب سوخت را در ماشین بخار ریخته و آتش زدیم و مشاهدات زیر انجام شد.

دسته موتور چهار زمانه را چرخانده و به اجزائ مختلف آن توجه کرده و مشاهدات خود را یاداشت کریم.

 

مشاهدات ماشین بخار:

بعد از مدت کمی آب در مخزن به جوش آمده و از طریق لوله به داخل سیلندر هدایت می شود.

بخار پرفشار پیستون را به جلو رانده و باعث چرخش چرخ متصل به آن می شود.

بعد از حرکت پیستون بخار از قسمت انتهای سیلندر خارج شده و چرخ طیار متصل به پیستون به دلیل انرژی

جنبشی دورانی که دارد پیستون را دوباره به جای اولش برمی گرداند و دوباره به کمک بخار پرفشار

به طرف بیرون حرکت کرده و این عمل تا زمانی که کل آب داخل مخزن به بخارتبدیل شود ادامه داشت.

 

 

 

مشاهدات موتور چهار زمانه:

وقتی دستگیره مدل موتور را می چرخانیم محور موتور می چرخدو پیستون شروع به پائین رفتن می کند

و هم زمان سوپاب سوخت باز می شود ، سوخت وارد سیلندر می شود

و با ادامه چرخش میلنگ ، پیستون به بالا حرکت می کند.

همزمان محور بادامک نیز می چرخد و بادامک ، سوپاب سوخت را می بندد. با بالا آمدن پیستون سوخت درون سیلندر فشرده می شود .

وقتی پیستون به بالاترین قسمت سیلندر رسید جرقه شمع باعث انفجار سوخت می شود

و نیروی حاصل از احتراق به پیستون فشار وارد می کند و باعث پائین رفتن آن و در نتیجه چرخش میلنگ می شود

و موتور کار می کند . در مرحله بعد پیستون با چرخش میلنگ بالا می رود

و همزمان بادامک سوپاب تخلیه را باز و دود حاصل از انفجار به خارج منتقل می شود

و بعد سوپاب تخلیه دود بسته می شود و در نهایت سیکل احتراق با پائین رفتن پیستون دوباره شروع می شود .

 

مقایسه ساز و کار ماشین بخار و موتور چهار زمانه نشان می دهد که در ماشین بخار احتراق (سوختن۹ در خارج موتور انجام می گیرد ولی در موتور چهر زمانه احتراق داخلی است.

اجزاء موتور چهار زمانه شامل سیستم سوخت رسانی ، بدنه موتور ، سیستم سوپاپ‌ها ، سیستم خنک کننده و … لیکن موتورهای چهارزمانه دارای مکانسیم‌هایی می‌باشند که انجام چهار مرحله مکش ، تراکم ، توان و تخلیه را به صورت مجزا ممکن می‌سازد .

جواب به پرسش:

این نوع ماشین ها (موتور چهارزمانه)در چه وسایلی کاربرد دارند؟

در انواع خودروها ، قطار و هواپیماها ،موتور پمپ آب، موتور های دیزلی، انواع ژنراتور ها و…..

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *