نسبت انبساط چیست؟
در پیشرانههای درونسوز بنزینی و دیزلی همیشه با دو عدد کلیدی شامل نسبت تراکم موتور و نسبت انبساط روبرو هستیم. این دو نسبت، دو روی یک سکهاند و تعیینکنندهٔ اصلی میزان بازده حرارتی موتور هستند. هرچه نسبت انبساط بزرگتر باشد، موتور انرژی بیشتری از گازهای داغ سوخته استخراج میکند و سوخت کمتری هدر میرود. به همین دلیل در دهههای اخیر، تمام تلاش خودروسازان برای بالا بردن همین عدد بوده است؛ بدون اینکه خطر ناک زدن موتور (در بنزینیها) یا فشار بیشازحد (در دیزلیها) پیش بیاید.
تعریف نسبت انبساط
نسبت انبساط (Expansion Ratio) نسبت حجم داخل سیلندر در لحظهٔ شروع احتراق (وقتی پیستون در بالاترین نقطه یا نقطه مرگ بالا است) به حجم نهایی پس از انبساط گازهای داغ (وقتی پیستون به پایینترین نقطه یا نقطه مرگ پایین میرسد) است. به زبان ساده، وقتی جرقه زده میشود، حجم داخل محفظهٔ احتراق بسیار کم است. سپس گازهای داغ با فشار بسیار بالا پیستون را به سمت پایین هل میدهند و حجم به حداکثر میرسد. نسبت این دو حجم (حجم کوچک تقسیمبر حجم بزرگ) همان نسبت انبساط است. برای مثال، اگر حجم کل سیلندر ۵۰۰ سیسی و حجم محفظه احتراق در لحظه شروع احتراق 50 سیسی باشد، نسبت انبساط 10 به یک است. هرچه این عدد بزرگتر باشد، گازهای داغ فرصت بیشتری برای انبساط و وارد کرده نیرو به پیستون دارند و انرژی کمتری بهصورت گرمای هدررفته از اگزوز خارج میشود. به همین دلیل نسبت انبساط مستقیماً روی بازده حرارتی موتور تأثیر میگذارد.
تفاوت نسبت انبساط با نسبت تراکم چیست؟
در موتورهای معمولی (چرخه اتو) این دو نسبت کاملاً برابر هستند؛ یعنی هرچه هوا و سوخت بیشتر فشرده شود، گازهای داغ هم دقیقاً همانقدر منبسط میشوند اما در چرخههای پیشرفته مثل اتکینسون و میلر، این دو نسبت باهم تفاوت پیدا میکنند. نسبت تراکم همیشه و در تمام چرخههای موتور، حجم کامل سیلندر در نقطه مرگ پایین تقسیم حجم محفظهٔ احتراق در نقطه مرگ بالا است اما نسبت انبساط میتواند با ترفندهایی مثل دیر بسته شدن سوپاپ ورودی یا مکانیزمهای خاص میللنگ، بزرگتر از نسبت تراکم شود.
به زبان ساده، نسبت تراکم تعیین میکند مخلوط سوخت و هوا چقدر فشرده شود درحالیکه نسبت انبساط تعیین میکند چقدر از انرژی احتراق واقعاً به قدرت تبدیل شود. هرچه این دو عدد از هم فاصله بیشتری بگیرند و نسبت انبساط بیشتر از نسبت تراکم باشد، موتور کارآمدتر میشود و این دقیقاً راز افزایش راندمان حرارتی در موتورهای چرخه اتکینسون و چرخه میلر است.
