سرسیلندر و سیستم سوخت‌رسانی

سرسیلندر

سرسیلندر از چدن داکتیل (چدن نشکن) ساخته شده است. این قطعه توسط پیچ‌های بلند از بلوک موتور موقعیت‌یابی شده و با مهره‌هایی که به‌صورت هیدرولیکی سفت می‌شوند، در جای خود محکم می‌گردد. یک واشر، آب‌بندی بین سرسیلندر و بوش سیلندر (لاینر سیلندر) را فراهم می‌کند.

صفحه شعله (Flame Plate) سرسیلندر بخشی از محفظه احتراق است. در حین احتراق، این صفحه در معرض فشارها و دماهای بسیار بالا قرار می‌گیرد.

هوای احتراق از طریق گیرنده هوا (Air Receiver) به مولتی‌داکت و سپس به کانال ورودی سرسیلندر هدایت شده و در نهایت وارد سیلندر می‌شود. جریان هوا توسط دو سوپاپ ورودی که در صفحه شعله تعبیه شده‌اند، کنترل می‌گردد.

به‌طور مشابه، گازهای خروجی از سیلندر از طریق کانال خروجی سرسیلندر به منیفولد اگزوز هدایت می‌شوند. جریان گاز خروجی نیز توسط دو عدد سوپاپ کنترل می‌شود. سوپاپ محفظه پیش‌احتراق که در مرکز قرار دارد، توسط میل‌سوپاپ و از طریق بازوی نوسانی سوپاپ ورودی کنترل می‌شود.

سوپاپ اصلی ورود گاز در بالای مولتی‌داکت قرار دارد و اجازه می‌دهد گاز از طریق کانال‌های ورودی هوا به سرسیلندر برسد. این سوپاپ توسط سیستم اتوماسیون موتور کنترل می‌شود.

هر سرسیلندر به‌طور جداگانه توسط جریان آب خنک می‌شود. آب خنک‌کننده از بدنه سیلندر وارد سرسیلندر می‌شود. کانال‌های خنک‌کننده‌ای در محل نشیمن سوپاپ‌های خروجی سوراخ‌کاری شده‌اند. پس از عبور از صفحه شعله و حلقه‌های نشیمن، آب خنک‌کننده به یک جریان واحد جمع می‌شود.

نمای ایزومتریک از سرسیلندر موتور گازسوز شامل سوپاپ‌ها، پیش‌محفظه، حسگر ضربه، و لوله‌های روغن و گاز

آب خنک‌کننده به یک جریان واحد جمع می‌شود. این آب سپس از طریق لوله جداشونده‌ای که در بالای سرسیلندر نصب شده، به مولتی‌داکت جریان می‌یابد. هرگونه هوای احتمالی یا گاز موجود در آب خنک‌کننده از بالای مولتی‌داکت خارج می‌شود.

مکانیزم سوپاپ‌ها توسط سیستم روغن‌کاری موتور روغن‌کاری می‌شود. روغن از طریق پایه بازوی نوسانی به یاتاقان‌های بازوی نوسانی، یوک‌ها (yoke) و چرخاننده‌های سوپاپ هدایت می‌شود. بخشی از این روغن برای روانکاری سوپاپ و راهنمای سوپاپ مصرف می‌شود.

تصویر از زیر سرسیلندر با علامت‌گذاری سوپاپ‌های ورودی و خروجی برای تعیین ترتیب ورود هوا و خروج دود
تصویر جزئی از مجموعه یوک سوپاپ با نمایش اجزای قابل تنظیم و ثابت به همراه پیچ قفل‌کننده و ساقه سوپاپ

سیستم تزریق و جرقه‌زنی

این موتور، یک موتور گازسوز از نوع Spark-Ignited و Gas-Otto است که بر اساس مفهوم احتراق رقیق (Lean-Burn) کار می‌کند.

توضیح مفاهیم:

  • Spark-Ignited: احتراق مخلوط سوخت و هوا در سیلندر توسط یک شمع جرقه‌زن آغاز می‌شود.
  • Gas-Otto: موتور بر اساس چرخه ترمودینامیکی اُتو (چهارزمانه) عمل می‌کند و از سوخت گازی (مانند گاز طبیعی) استفاده می‌کند.
  • Lean-Burn: مخلوط هوا و سوخت در سیلندر به‌صورت رقیق است (مقدار هوای بیشتر از نسبت استوکیومتریک) که منجر به مصرف سوخت کمتر و کاهش آلاینده‌ها می‌شود.

سیستم تزریق:

  • گاز سوخت از طریق شیرهای کنترل‌شده وارد محفظه پیش‌احتراق (Prechamber) و سپس به سیلندر منتقل می‌شود.
  • مقدار و زمان تزریق توسط سیستم کنترل موتور به‌طور دقیق مدیریت می‌شود.

سیستم جرقه‌زنی:

  • شامل یک کوئل روی شمع (Coil-on-Plug) است که مستقیماً روی شمع نصب شده است.
  • سیستم کنترل موتور زمان جرقه‌زنی را برای هر سیلندر به‌صورت مستقل تنظیم می‌کند.
  • جرقه ابتدا در پیش‌محفظه ایجاد شده و سپس احتراق به مخلوط رقیق در سیلندر اصلی منتقل می‌شود.

در یک موتور گازسوز با احتراق رقیق، مخلوط هوا و سوخت داخل سیلندر به‌گونه‌ای تنظیم شده که نسبت هوا بیشتر از مقدار لازم برای احتراق کامل است. برای پایدارسازی این نوع احتراق، از یک پیش‌محفظه (Prechamber) استفاده می‌شود که شامل مخلوطی غنی‌تر از هوا و سوخت است. احتراق در این پیش‌محفظه توسط شمع جرقه‌زن آغاز شده و منبعی با انرژی بالا برای احتراق مخلوط اصلی فراهم می‌سازد.

سیستم جرقه‌زنی به‌طور کامل با سیستم کنترل موتور یکپارچه است و زمان‌بندی جرقه را برای هر سیلندر به‌صورت مجزا تنظیم می‌کند. کوئل روی شمع در بالای درپوش سرسیلندر و در نزدیک‌ترین فاصله ممکن به شمع نصب شده است. اتصال ولتاژ بالا بین کوئل و شمع، کاملاً عایق‌شده و بدون اتصال مکانیکی است تا اختلالات احتمالی به حداقل برسد.

مجموعه پیش‌محفظه (Prechamber Assembly)

پیش‌محفظه به‌عنوان منبع جرقه برای احتراق اصلی مخلوط سوخت و هوا عمل می‌کند و یکی از مهم‌ترین اجزای موتورهای گازسوز Lean-Burn محسوب می‌شود. گاز از طریق یک سوپاپ مکانیکی با محرک هیدرولیکی به پیش‌محفظه وارد می‌شود.

اجزای اصلی پیش‌محفظه شامل:

  • یوک (Yoke) – قطعه شماره ۲
  • قسمت بالایی پیش‌محفظه – قطعه شماره ۵
  • قسمت پایینی پیش‌محفظه – قطعه شماره ۷
سه مرحله ورودی هوا و سوخت، تراکم، و احتراق در موتور گازسوز جرقه‌زن با طراحی Lean-Burn