ضربهٔ تخلیه: مرحله دفع گازهای احتراق در موتور

ضربهٔ تخلیه (Exhaust Stroke): مرحلهٔ دفع گازهای احتراق در موتور

چهار ضربهٔ یک موتور: نقشهٔ کلی سفر سوخت

برای درک جایگاه ضربهٔ تخلیه، باید ابتدا بدانیم موتور چهارزمانه چگونه کار می‌کند. تصور کنید یک سیلندر و پیستون مانند یک سرنگ بزرگ است. این سرنگ چهار حرکت اصلی دارد که با نام‌های مکش²، تراکم³، احتراق⁴ (یا قدرت) و تخلیه⁵ شناخته می‌شوند. هر کدام یک مأموریت خاص دارند:

ضربهٔ تخلیه، مانند بازدم پس از یک دم عمیق است. پس از انفجار و تبدیل انرژی، حالا نوبت پاک‌سازی خانه (سیلندر) برای مهمان جدید (مخلوط تازهٔ سوخت و هوا) است.

آناتومی ضربهٔ تخلیه: از بازشدن سوپاپ تا خروج دود

این مرحله یک همکاری دقیق بین قطعات مکانیکی است. هنگامی که پیستون پس از ضربهٔ قدرت به پایین‌ترین نقطه می‌رسد، میل‌باغان⁶ (که مانند رهبر ارکستر موتور است) فرمان باز شدن سوپاپ تخلیه⁷ را صادر می‌کند. با شروع حرکت پیستون به سمت بالا، این گازهای تحت فشار به بیرون رانده می‌شوند.

مسیر خروج گازها به این ترتیب است: سیلندر → سوپاپ تخلیه (باز) →منیفولد تخلیه⁸ (مجموعه‌ای از لوله‌ها) → لولهٔ خروجی → اگزوز → هوا.

ریاضیات سادهٔ پشت ضربهٔ تخلیه: حجم و بازده

می‌توانیم با مفاهیم حجم، کارایی این مرحله را کمی بررسی کنیم. حجم جابجا شده توسط پیستون را حجم جاروب‌شده¹⁰ می‌نامند. اما در عمل، وقتی پیستون به بالاترین نقطه می‌رسد، فضای کوچکی بین سر پیستون و سوپاپ‌ها باقی می‌ماند که به آن حجم احتراق¹¹ یا «حجم مرده» می‌گویند.

نسبت حجم کل سیلندر (وقتی پیستون در پایین است) به حجم احتراق (وقتی پیستون در بالا است) را نسبت تراکم¹² می‌نامند. هرچه این نسبت بیشتر باشد، موتور قدرتمندتر اما نیاز به سوخت با اکتان بالاتر دارد. فرمول سادهٔ آن این است:

$CR = \frac{V_d + V_c}{V_c}$

که در آن:
$CR$ نسبت تراکم،
$V_d$ حجم جاروب‌شده،
$V_c$ حجم احتراق است.

مثال: اگر حجم جاروب‌شده یک سیلندر 500 cc و حجم احتراق آن 50 cc باشد، نسبت تراکم خواهد بود: $CR = \frac{500 + 50}{50} = \frac{550}{50} = 11$ . یعنی می‌گوییم نسبت تراکم این موتور 11:1 است.

در ضربهٔ تخلیه، هدف این است که حداکثر گازهای داخل سیلندر ($V_d + V_c$) خارج شوند. اما همیشه مقدار کمی گاز سوخته در حجم احتراق ($V_c$) باقی می‌ماند که به آن «گاز باقی‌مانده» می‌گویند. یک ضربهٔ تخلیهٔ کارآمد سعی می‌کند این مقدار را به حداقل برساند.

اهمیت ضربهٔ تخلیه در عملکرد و محیط زیست

این مرحله فقط بیرون راندن دود نیست، بلکه نقش کلیدی در سه حوزه بازی می‌کند:

از تئوری تا عمل: مشاهدهٔ ضربهٔ تخلیه در زندگی روزمره

شما می‌توانید آثار این مرحله را به راحتی ببینید و بشنوید. دفعهٔ بعد که کنار یک خودروی روشن ایستادید، به لولهٔ اگزوز آن نگاه کنید. اگر خودرو سرد باشد، ممکن است دود سفیدرنگ (بخار آب) خارج شود. اگر موتور مشکل داشته باشد، دود آبی (سوخت نسوخته) یا دود سیاه (سوخت زیاد یا احتراق ناقص) خارج می‌شود. این خروجی‌ها مستقیماً به کیفیت احتراق و کارایی ضربهٔ تخلیه مرتبط هستند.

همچنین، صدای مشخص موتور که از اگزوز به گوش می‌رسد، ناشی از خروج پالس‌های متناوب گازهای داغ از سیلندرها در فاز تخلیه است. در موتورهای چندسیلندر، این پالس‌ها با نظم خاصی ترکیب می‌شوند تا صدای نهایی موتور را ایجاد کنند.

پرسش‌های مهم و اشتباهات رایج

پاورقی

1. Exhaust Stroke (ضربهٔ تخلیه) – آخرین مرحله از چهار مرحلهٔ اصلی کار موتورهای چهارزمانه که در آن گازهای حاصل از احتراق از سیلندر خارج می‌شوند.
2. Intake Stroke (ضربهٔ مکش) – مرحلهٔ اول، ورود مخلوط هوا و سوخت به درون سیلندر.
3. Compression Stroke (ضربهٔ تراکم) – مرحلهٔ دوم، فشرده‌سازی مخلوط هوا و سوخت.
4. Power Stroke (Combustion) (ضربهٔ قدرت) – مرحلهٔ سوم، احتراق مخلوط فشرده شده و رانش پیستون.
5. Exhaust Stroke (ضربهٔ تخلیه) – همان شماره 1.
6. Camshaft (میل‌باغان) – میله‌ای که با چرخش خود زمان باز و بسته شدن سوپاپ‌ها را کنترل می‌کند.
7. Exhaust Valve (سوپاپ تخلیه) – دریچه‌ای که در مرحلهٔ تخلیه باز می‌شود تا گازها خارج شوند.
8. Exhaust Manifold (منیفولد تخلیه) – مجموعه‌ای از لوله‌ها که گازهای خروجی از سیلندرها را جمع‌آوری کرده و به سمت لولهٔ اصلی اگزوز هدایت می‌کند.
9. Catalytic Converter (مبدل کاتالیزوری) – قطعه‌ای در سیستم تخلیه که گازهای سمی خروجی از موتور را به گازهای کم‌ضررتر تبدیل می‌کند.
10. Swept Volume / Displacement Volume (حجم جاروب‌شده) – حجمی که توسط حرکت پیستون از بالا به پایین جاروب می‌شود.
11. Clearance Volume / Combustion Chamber Volume (حجم احتراق) – حجم فضای فوقانی سیلندر وقتی پیستون در بالاترین نقطه قرار دارد.
12. Compression Ratio (CR) (نسبت تراکم) – نسبت حجم سیلندر در پایین‌ترین نقطهٔ پیستون به حجم آن در بالاترین نقطه.
13. Crankshaft (لَنگ) – میله‌ای که حرکت خطی پیستون را به حرکت دورانی تبدیل می‌کند.