درسنامه آموزشی دانش فنی پایه مکانیک خودرو کلاس دهم مکانیک خودرو

واحدها و کمیت‌ها

در علوم مهندسی کمیت‌های مختلف از قبیل نیرو، جرم، شتاب و دما وجود دارند که برای اندازه‌گیری آنها نیاز به یکاهای یکسانی است؛ به عنوان مثال پیستونی که با قطر 100mm در آلمان ساخته می‌شود با پیستونی که در مکانی دیگر با همین قطر (100mm) ساخته می‌شود باید برابر باشد. در غیر این صورت موتور و اجزای آن با یکدیگر مونتاژ نخواهند شد؛ به عبارت دیگر 100 میلی‌متر آلمان باید با 100 میلی‌متر سایر کشورها مانند ایتالیا، ژاپن کاملاً برابری داشته باشد. به همین منظور از سیستم‌های یکای بین المللی استفاده می‌شود.

یکی از سیستم‌های اندازه‌گیری، سیستم بین المللی (SI) است که از عبارت International system of units گرفته شده است و در زبان فرانسوی به معنی دستگاه بین المللی یکاها است. این سیستم به سیستم متریک معروف است. بین المللی شدن دستگاه متریک از سال 1875 میلادی از پیمان نامه‌ای که بین هفده کشور امضا شد، آغاز گردید.

یکاهای سیستم متریک به دو دستهٔ یکاهای اصلی یا اولیه و یکاهای فرعی یا ثانویه تقسیم شده‌اند، که یکاهای فرعی با استفاده از یکاهای اصلی ایجاد می‌شوند. جدول 1 نمونه‌ای از کمیت‌های اصلی سیستم SI و واحد‌های آن‌ها را نشان می‌دهد.

در کنار سیستم بین المللی SI سیستم‌های اندازه گیری دیگری نیز وجود دارند که از نظر فراوانی در استفاده کمتر از سیستم SI می‌باشند، اما در برخی از کشورها مورد استفاده قرار می‌گیرند و از این جمله می‌توان به سیستم اندازه‌گیری انگلیسی اشاره کرد که در کشورهایی مثل انگلیس و آمریکا کاربرد دارد. از این رو شناسایی این واحد اندازه‌گیری در رابطهٔ آن‌ها با سیستم SI لازم است، جدول 2 نمونه‌هایی از یکاهای مختلف طول در واحد SI و انگلیسی (UK) تبدیل آن‌ها به یکدیگر را نشان می‌دهد.

جدول 9- واحدهای دما و روابط تبدیل آنها به یکدیگر

$({}^ \circ F - 32) \times \frac{5}{9}$	تبدیل درجه فارنهایت به سانتی گراد
$({}^ \circ K - 273/15)$	تبدیل درجه کلوین به سانتی گراد
$({}^ \circ C \times \frac{9}{5}) + 32$	تبدیل درجه سانتی گراد به فارنهایت
$(K \times 1/8) - 459/67$	تبدیل درجه کلوین به فارنهایت
$({}^ \circ C + 273/15)$	تبدیل درجه سانتی گراد به کلوین
$({}^ \circ F + 459/67) \div 1/8$	تبدیل درجه فارنهایت به کلوین

اجزا و اضعاف

گاهی واحدهای استاندارد برای نمایش یک کمیت بسیار بزرگ و یا بسیار کوچک هستند؛ به عنوان مثال برای نشان دادن فاصله دهانۀ شمع جرقه زنی با واحد متر مشکل است (فاصله دهانه شمع در برخی خودروها حدود 0/008 متر است) از این رو می‌توان برای نمایش آن از واحدهای کوچکتری مانند میلی متر استفاده کرد. که در این صورت این عدد به صورت $(8 \times 0/001{\text{m)8mm}}$ نشان داده می‌شود. جدول 10 نمونه‌هایی از اجزا و اضعاف مورد استفاده در علوم مهندسی را نشان می‌دهد.

محاسبات زمان، زاویه و حرکت

یکاهای اندازه‌گیری زمان

همان‌گونه که پیشتر بیان شد یکای زمان در سیستم SI ثانیه است و با نماد S یا Sec نمایش داده می‌شود. یک ثانیه مدت زمانی است که اتم سزیم 133 در حالت پایه 9192631770 بار نوسان می‌کند.

از یکاهای دیگرِ زمان می‌توان به دقیقه، ساعت و روز به صورت ضرب‌هایی از ثانیه اشاره کرد.

یک دقیقه 60 ثانیه است و آن را با min نشان می‌دهند.

$1{\text{min}} = 60{\text{S}}$

یک ساعت 60 دقیقه است و آن را با h نشان می‌هند.

${\text{1h}} = 60{\text{min = 3600S}}$

یک شبانه روز 24 ساعت است و آن را با d نشان می‌دهند.

${\text{1d}} = 24{\text{h = 1440min}} = 86400{\text{S}}$

تبدیل اجزای زمان را می‌توان به‌طور کلی به‌صورت زیر نشان داد.

زاویه

یکای اندازه‌گیری زاویه

زاویه یا گوشه یکی از مفاهیم هندسی است و به ناحیه‌ای از صفحه گفته می‌شود که بین دو نیم خطی که سر مشترک دارند محصور شده است. به سر مشترک این دو نیم خط رأس یا گوشه گویند.

یکاهای اصلی برای اندازه گیری زاویه: درجه، رادیان و گراد است.

برای نمایش درجه از علامت ° استفاده می‌شود.

درجه: اگر محیط یک دایرۀ دلخواه را به 360 قسمت مساوی تقسیم کنیم و هر قسمت را به مرکز دایره وصل کنیم، اندازۀ زاویۀ حاصل را یک درجه می‌نامند (شکل 6).

همان‌گونه‌که می‌دانید، معمولاً هر یکا دارای اجزایی است. درجه نیز به عنوان یکای اندازه‌گیری دارای اجزایی مانند دقیقه (') و ثانیه (") است.

هر دقیقه برابر $\frac{1}{{60}}$ درجه است.

$ = 1' = \frac{1}{{60}} \times {1^\circ }$ =یک دقیقه

هر ثانیه برابر $\frac{1}{{60}}$ دقیقه یا $\frac{1}{{3600}}$ درجه است.

$1'' = \frac{1}{{60}} \times 1' = \frac{1}{{3600}} \times {1^\circ }$ =یک ثانیه

به عبارتی:

$60' = 3600''$ =یک درجه

تبدیل اجزای زاویه

در نمودار بالا برای تبدیل یکای کوچک‌تر به بزرگ‌تر، از عمل تقسیم در جهت عکس نمودار استفاده می‌شود.

حرکت

هرگاه محل استقرار جسم تغییر کند می‌گوییم آن جسم حرکت کرده است؛ به عبارت دیگر عملی که با آن جسمی از مکانی به مکان دیگر عبور می‌کند.

حرکت دارای انواع مختلفی است که می‌توان با مقایسۀ جهت و سرعت حرکت‌های مختلف، آنها را از یکدیگر تفکیک کرد.

سرعت

سرعت، عامل مهمی برای سنجش و ارزیابی حرکت است. در حقیقت مقدار سرعت و تغییرات آن است که نوع حرکت را مشخص می‌کند. سرعت از تقسیم مسافت پیموده شده بر زمان حرکت به دست می‌آید.

در فصل دوم کتاب فیزیک به بررسی انواع حرکت‌ها پرداخته می‌شود.

یکای سرعت در سیستم SI

یکای سرعت در سیستم SI متر بر ثانیه (m/s) بوده و آن سرعت متحرکی است که در هر ثانیه مسافتی برابر یک متر را طی می‌کند.

سرعت می‌تواند یکاهای دیگری نیز داشته باشد، به‌طور مثال یکاهای سرعت بر حسب نیاز در جدول ...، ارائه شده است.

جدول 11 یکاهای سرعت

$\frac{{Km}}{h}$	وسایل نقلیه
$\frac{m}{s}$	سرعت محیطی، سرعت صوت، سرعت برش در سنگ زنی
$\frac{{mm}}{{{\text{min}}}}$	سرعت پیشروی در وسایل براده برداری مثل فرزکاری، سنگ زنی
$\frac{m}{{{\text{min}}}}$	سرعت برش در تراش‌کاری، صفحه تراش، فرزکاری، سوراخ‌کاری، سرعت در جرثقیل‌ها
$\frac{{{\text{cm}}}}{s}$	سرعت نوار در نوارهای صدا و مغناطیسی

تبدیل یکاهای سرعت به یکدیگر را می‌توان به‌صورت زیر بیان کرد.

حرکت دایره‌ای

حرکت دایره‌ای یک جسم حول محور خودش را حرکت دورانی گویند و تعداد دوران یعنی یک جسم در واحد زمان چند مرتبه حول محور خود می‌چرخد.

یکای تعداد دوران $\frac{1}{s}$ یا $\frac{1}{{\min }}$ است. $\frac{1}{s}$ نشان‌دهندهٔ یک دور در هر ثانیه و $\frac{1}{{\min }}$ نشان‌دهندة یک دور در هر دقیقه است. 

سرعت محیطی

وقتی جسمی حول یک محور می‌چرخد هر نقطه از آن دارای سرعت محیطی است که سرعت محیطی آن بسته به فاصلۀ آن از مرکز دوران متفاوت است.

اگر نقطه‌ای مانند p روی دایره‌ای به قطر d حرکت یکنواختی داشته باشد، سرعت محیطی آن مقدار مسافتی خواهد بود که نقطۀ p در واحد زمان طی می‌کند و مقدار آن از رابطۀ زیر به دست می‌آید. 

$V = \pi  \times d \times n$

V= سرعت محیطی $\frac{m}{s}$
d= قطر دوران (m)
n= تعداد دوران $\frac{1}{s}$

رابطهٔ فوق نشان می‌دهد که سرعت محیطی نقاط مختلف یک جسم دوار به قطر و تعداد دوران آن بستگی دارد، به نحوی که با ثابت ماندن تعداد دوران، نقطه‌ای که به محور چرخش نزدیک‌تر است، سرعت محیطی کمتر و نقطه‌ای که از محور چرخش دورتر است دارای سرعت محیطی بیشتری خواهد بود.

انتقال حرکت به وسیلۀ تسمه

از تسمه و چرخ تسمه برای انتقال حرکت و توان از یک محور محرک به یک یا چند محور متحرک که فاصلۀ زیادی از هم دارند استفاده می‌شود.

نسبت انتقال حرکت ساده

اگر دو چرخ تسمۀ محرک و متحرک با تسمه‌ای بدون لغزش به یکدیگر مرتبط شوند دوران و گشتاور از چرخ محرک به چرخ متحرک منتقل شده و بسته به تغییر قطر دو چرخ تسمه، دوران و گشتاور در چرخ متحرک تغییر می‌کند. در این انتقال حرکت، سرعت محیطی چرخ محرک، چرخ متحرک و تسمه مساوی است و محاسبات آن مطابق روابط زیر است.

${v_1} = {v_2}$
$\pi  \times {n_1} \times {d_1} = \pi  \times {n_2} \times {d_2}$
${n_1} \times {d_1} = {n_2} \times {d_2}$
$\frac{{{n_1}}}{{{n_2}}} = \frac{{{d_2}}}{{{d_1}}}$

${{n_1}}$= دوران چرخ محرک
${{n_2}}$= دوران چرخ محرک
${d_1}$= قطر چرخ محرک
${d_2}$= قطر چرخ محرک

در روابط بالا نسبت دور چرخ محرک به چرخ متحرک را نسبت انتقال می‌نامند و آن را با i نشان می‌دهند.

در محاسبات نسبت انتقال حرکت باید مقدار کسر ساده شود تا مخرج کسر عدد یک شود. مقدار نسبت انتقال بین محور محرک و متحرک نشان می‌دهد که تعداد دوران محور متحرک کم، زیاد یا بدون تغییر می‌گردد. شکل 10 این تغییرات را نشان می‌دهد.

نسبت انتقال حرکت به وسیله چرخ تسمه مرکب

انتقال حرکت مرکب از دو نسبت انتقال حرکت ساده تشکیل می‌شود.

${d_1}$ و ${d_2}$= قطر چرخ‌های محرک
${{d_3}}$ و ${d_4}$= قطر چرخ‌های متحرک
${n_1}$= تعداد دوران اولین چرخ محرک 
${{\text{i}}_1}$= نسبت انتقال بین چرخ تسمۀ چرخ 1 و 2
${{\text{i}}_4}$= نسبت انتقال بین چرخ تسمۀ 3 و 4
${n_1}$ و ${n_2}$= تعداد دوران چرخ‌های محرک
${n_3}$ و ${n_4}$= تعداد دوران چرخ‌های متحرک
${n_{\text{e}}}$= تعداد دوران آخرین چرخ متحرک
${\text{i}}$= نسبت کلی انتقال

${\text{i = }}{{\text{i}}_1} \times {{\text{i}}_2}$
${{\text{i}}_1} = \frac{{{d_2}}}{{{d_1}}},{{\text{i}}_2} = \frac{{{d_4}}}{{{d_3}}} \Rightarrow {\text{i}} = \frac{{{d_2} \times {d_4}}}{{{d_1} \times {d_3}}}$
${{\text{i}}_1} = \frac{{{n_1}}}{{{n_2}}},{{\text{i}}_4} = \frac{{{n_3}}}{{{n_4}}} \Rightarrow {\text{i}} = \frac{{{n_1} \times {n_3}}}{{{n_2} \times {n_4}}}$

با توجه به اینکه چرخ تسمۀ 2 و 3 هم محور هستند و هر دو با تعداد دوران برابری می‌چرخند می‌توان آن‌ها را از صورت و مخرج حذف کرد؛ بنابراین:

${\text{i = }}\frac{{{n_1}}}{{{n_4}}}$

اگر تعداد دوران اولین محور محرک با ${{n_{\text{a}}}}$ و آخرین محور متحرک با ${{n_{\text{e}}}}$ نشان داده شود؛ بنابراین:

از مساوی بودن رابطهٔ نسبت انتقال با تعداد دورها و قطرها نتیجه می‌شود:

${\text{i = }}\frac{{{n_a}}}{{{n_{\text{e}}}}} = \frac{{{n_1}}}{{{n_4}}} = \frac{{{d_2} \times {d_4}}}{{{d_1} \times {d_3}}}$

محاسبات استاتیکی

نیروهای وارد بر خودرو در حال حرکت و خودرو در حال سکون از اهمیت بسیار زیادی برخوردار هستند، به نحوی که پایداری خودرو به نحوه و مقدار نیروهای اعمالی به خودرو بستگی دارد. در این بخش برخی نیروهای وارد بر خودرو در حال سکون به اختصار مورد بررسی قرار می‌گیرد.

نیروی وارد بر خودرو در حال سکون

شکل 14 خودرویی در حالت سکون را نشان می‌دهد. نیروهای وارد بر خودرو در این حالت، بار اعمالی به چرخ‌های جلو و عقب است.

$mg$: وزن خودرو؛
$CG$: مرکز ثقل خودرو؛
${a_1}$: فاصله طولی مرکز چرخ جلو تا مرکز ثقل خودرو؛
${a_2}$: فاصله طولی مرکز چرخ عقب تا مرکز ثقل خودرو؛
$F{z_1}$ و $F{z_2}$: نیروهای عمودی وارد بر چرخ؛
$L = {a_1} + {a_2}$: فاصله مرکز چرخ جلو تا مرکز چرخ عقب. 

با توجه به شکل 14 محاسبۀ نیروی وارد بر هر چرخ به صورت زیر انجام می‌شود.

محاسبۀ نیروی وارد بر هر یک از چرخ‌های جلو

برای این منظور می‌توان حول مرکز محل تماس چرخ‌های عقب با زمین گشتاورگیری کرد. با علم به اینکه مجموع گشتاورگیری حول این نقطه برابر صفر است.

$\Sigma {M_A} = 0 \Rightarrow ({F_{{Z_1}}}.L) - (mg.{a_2}) = 0$
${F_{{Z_1}}} = \frac{{mg.{a_2}}}{L}$

از این رو نیروی وارد بر هر چرخ جلو در حالت سکون مطابق رابطه زیر برابر نصف نیروی وارد بر چرخ‌های جلو خواهد بود.

$\frac{1}{2}.{F_{{Z_1}}} = \frac{{mg.{a_2}}}{L}$=نیروی وارد بر هر چرخ جلو

محاسبۀ بار وارد بر چرخ‌های عقب خودرو

برای محاسبۀ بار وارد بر چرخ‌های عقب نیز مشابه چرخ‌های جلو عمل کرده و این بار حول مرکز محل تماس چرخ‌های جلو با زمین گشتاورگیری می‌شود.

$\Sigma {M_B} = 0 \Rightarrow ({F_{{Z_2}}}.L) - (mg.{a_1}) = 0$
$ \Rightarrow {F_{{Z_2}}} = \frac{{mg.{a_1}}}{L}$

از این رو بار وارد بر هر چرخ عقب در حالت سکون مطابق رابطۀ زیر برابر نصف بار وارد بر چرخ‌های عقب خواهد بود.

$\frac{1}{2}.{F_{{Z_2}}} = \frac{{mg.{a_1}}}{L}$ = نیروی وارد بر هر چرخ عقب

سیالات

قابلیت انتقال نیرو و انجام کار توسط مایعات سبب استفاده از آنها در سیستم‌های هیدرولیکی می‌شود. از این رو هیدرولیک را می‌توان اینگونه تعریف کرد: «علم استفاده از مایعات به منظور انتقال و کنترل نیرو و حرکت»

به عبارت دیگر هیدرولیک را می‌توان علم مایعات نامید. کاربرد وسیع سیستم‌های هیدرولیکی در صنایع مختلف مانند ماشین‌سازی، ساختمان‌سازی و صنایع هوایی، نشان اهمیت بالای این علم در جهان امروز است. در این بخش به توضیح برخی از قوانین حاکم بر سیالات که کاربردهای فراوانی در خودرو و صنایع وابسته به آن دارد پرداخته می‌شود.

قانون پاسکال

بیش از 300 سال قبل دانشمند فرانسوی بلز پاسکال (1662-1623 میلادی) آزمایش‌هایی را در زمینة سیالات تحت فشار انجام داد که منجر به کشف یکی از قوانین پایه‌ای هیدرولیک شد. آزمایش‌های پاسکال دو مشخصۀ سیال را زمانی که داخل یک محیط و محفظۀ بستۀ تحت فشار قرار گرفته است را مشخص کرد که به قانون پاسکال معروف شد و به شرح زیر است:

فشاری که به سیال در یک سیستم بسته وارد می‌شود به صورت مساوی در تمامی جهات منتقل شده و این فشار با نیروی یکسان به تمام نقاط سیستم وارد می‌شود، که این فشار از رابطة زیر قابل محاسبه است:

$P = \frac{F}{A}$

F= نیرو بر حسب (N)
P= فشار بر حسب $(N/{m^2})$
A= سطح مقطع برحسب $({m^2})$

کاربرد قانون پاسکال

از کاربردهای مهم قانون پاسکال، در سیستم‌های هیدرولیکی است که از یک سیال در محفظۀ بسته به منظور اعمال فشار استفاده می‌شود. از جملۀ آن‌ها در خودرو و صنایع مربوط به آن می‌توان به جک‌های هیدرولیکی، سیستم‌های ترمز هیدرولیکی و... اشاره کرد؛ به عنوان مثال شکل 17 یک سیستم جک هیدرولیکی را نشان می‌دهد. با اعمال نیروی رو به پایین ${{F_1}}$ در پیستون سمت چپ (پیستون کوچک‌تر) فشاری معادل ${F_1} = \frac{{{F_1}}}{A}$ در سیال ایجاد می‌شود.

با توجه به قانون پاسکال که بیان می‌کند فشار اعمالی در همۀ جهات و نقاط سیال برابر می‌شود.

رابطة زیر بین نیروها و فشارهای اعمالی به دو پیستون وجود دارد.

${P_1} = \frac{{{F_1}}}{{{A_1}}}$
${P_1} = {P_2} \Rightarrow  = \frac{{{F_1}}}{{{A_1}}} = \frac{{{F_2}}}{{{A_2}}} \Rightarrow {F_2} = \frac{{{F_1} \times {A_2}}}{{{A_1}}}$
${P_2} = \frac{{{F_2}}}{{{A_2}}}$
$ \Rightarrow {F_2} > {F_1}$

با توجه به روابط فوق می‌توان نتیجه گرفت که با اعمال نیروی کوچک ${F_1}$ در یک جک هیدرولیکی می‌توان نیروی بزرگتری برابر ${F_2}$ را ایجاد کرد.

با توجه به محاسبات اشاره شده می‌توان نتیجه گرفت که فشار اعمالی به چرخ‌های جلو و عقب یکسان است، اما نیروی ترمز اعمالی به لنت چرخ‌های جلو بسیار بیشتر از نیروی اعمالی به لنت چرخ‌های عقب است. همچنین هر دو نیروی ترمزی چرخ‌های جلو و عقب در مقایسه با نیروی پای راننده بسیار بیشتر هستند.

محاسبات سیلندر

یادآوری: اصطلاحات فنی مورد نیاز

در ابتدای این بخش به بیان چند نمونه از اصطلاحات فنی پر کاربرد در محاسبات موتور پرداخته می‌شود.

1- سیکل: به مجموع چهار زمان کامل موتور شامل مکش، تراکم، احتراق و تخلیه گفته می‌شود.

2- نقطۀ مرگ پایین (ن.م.پ) (BDC): در مسیر حرکت پیستون پایین‌ترین نقطه‌ای است که در آنجا سرعت پیستون صفر شده و تغییر جهت حرکت می‌دهد. (شکل 21)

3- نقطۀ مرگ بالا (ن.م.ب) (TDC): در مسیر حرکت پیستون بالاترین نقطه‌ای است که در آنجا سرعت پیستون صفر شده و تغییر جهت می‌دهد (شکل 22).

محاسبه سطح پیستون

پیستون قطعه‌ای استوانه‌ای شکل است که در داخل سیلندر حرکت رفت و برگشتی می‌کند. مقطع پیستون تقریبا دایره‌ای شکل است.

اگر قطر پیستون را با D، شعاع را با R و سطح پیستون را با A نمایش دهیم رابطهٔ زیر برقرار خواهد بود. 

$A = \pi {r^2} = \frac{{\pi {D^2}}}{4}$

A: سطح پیستون بر حسب $({m^2})$
r: شعاع پیستون بر حسب (m)
D: قطر پیستون بر حسب (m)

کورس پیستون: با توجه به شکل 22، به فاصلۀ بین نقطۀ مرگ بالا و نقطه مرگ پایین که پیستون حرکت می‌کند، کورس یا طول جابه‌جایی پیستون می‌گویند و با حرف S نمایش داده می‌شود.

حجم مفید یا جابه‌جایی سیلندر $({V_S})$

حجم مفید یا جابه‌جایی سیلندر موتور فضایی است بین دو نقطۀ مرگ بالا و پایین که پیستون در این فضا حرکت رفت و برگشتی دارد. مطابق شکل 22 . محاسبۀ حجم مفید سیلندر از حاصلضرب سطح قاعده پیستون در کورس آن محاسبه می‌گردد.

${V_S} = A.S = \frac{{\pi  \times {D^2}}}{4} \times S$

حجم تراکم $({V_{\text{C}}})$ به فضای بین پیستون و سرسیلندر، زمانی که پیستون در نقطه مرگ بالا قرار دارد گفته می‌شود.

حجم کل سیلندر $({V_{\text{t}}})$: مجموع حجم مفید و حجم تراکم است که به‌صورت زیر بیان می‌شود.

${V_t} = {V_s} + {V_c}$

حجم مفید موتور $({V_E})$

حجم مفید موتور که به آن حجم جابه‌جایی کل موتور نیز گفته می‌شود، از حاصل ضرب تعداد سیلندر در حجم جابه‌جایی یک سیلندر به‌دست می‌آید. حجم جابه‌جایی کل موتور به صورت لیتر یا سانتی‌متر مکعب مشخص می‌شود و معمولاً این اعداد را به‌صورت برچسب یا پاک روی بدنه خودرو نصب می‌کنند. برای مثال عدد 2000 روی خودرو پژو 405 و یا عدد 1700 روی بدنه خودرو سمند موتور ملی (EF7) نشان دهندهٔ این حجم است.

برای محاسبۀ حجم مفید موتور در ابتدا باید حجم مفید یک سیلندر $({V_{\text{S}}})$ را محاسبه کرد. سپس حاصل را در تعداد سیلندرها (K) ضرب کرد که به این طریق روابط زیر استخراج می‌شود.

${V_E} = {V_{\text{S}}} \times k$
${V_E} = A \times S \times k$
${V_E} = \pi \frac{{{D^2}}}{4} \times S \times k$

نسبت تراکم $({V_e})$

نسبت تراکم نسبت حجم کل به حجم تراکم سیلندر است. در مرحلۀ تراکم پیستون از نقطۀ مرگ پایین حرکت کرده و مخلوط هوا و سوخت داخل سیلندر را متراکم کرده تا به نقطۀ مرگ بالا می‌رسد. در این مرحله هر دو سوپاپ دود و هوا بسته است. در نتیجه مخلوط هوا و سوخت در محفظه و احتراق فشرده می‌شود و فشار درون سیلندر افزایش یافته و بیشترین مقدار تراکم به وجود می‌آید. به بیان ساده‌تر نسبت بیشترین حجم به کمترین حجم سیلندر را نسبت تراکم گویند. از مطالب فوق می‌توان روابط زیر را برای نسبت تراکم استخراج کرد.

${R_c} = \frac{{{V_t}}}{{{V_c}}} = \frac{{{V_s} + {V_c}}}{{{V_c}}}$
${V_c} = \frac{{{V_s}}}{{({R_c} - 1)}}$
${V_s} = {V_c}({R_c} - 1)$

کار پیستون

نیروی ایجاد شده روی پیستون در کورس جابه‌جایی پیستون را کار پیستون گویند که با آزاد شدن نیروی شیمیایی سوخت در مرحله کار یا انفجار ایجاد می‌شود. از این رو پیستون تحت این نیروی فشاری زیاد حرکت می‌کند.

$W = {F_m}.S = {P_m}.A.S$

$W$: کار پیستون برحسب ژول
$A$: سطح مقطع پیستون برحسب $({m^2})$
$S$: کورس پیستون بر حسب (m)
${F_m}$: نیروی متوسط روی سطح پیستون بر حسب (N)
${P_m}$: فشار متوسط احتراق بر حسب $(N/{m^2})$

گشتاور موتور

گشتاور موتور به روشی ساده از حاصل ضرب نیروی متوسط پیستون در فاصله عمودی شعاع میل لنگ به‌دست می‌آید.

$M = {F_m}.R$

M: گشتاور موتور بر حسب (N.M)
${F_m}$: نیروی وارد به سطح پیستون (N)
R: شعاع میل لنگ 

توان تئوری موتور

از حاصل ضرب نیروی متوسط پیستون در سرعت متوسط آن توان تئوری موتور به‌دست می‌آید که می‌توان از رابطه زیر به‌دست آورد.

$P{i_{(ps)}} = \frac{{F \times V \times K}}{{75}} = \frac{{{P_m} \times A \times s \times n \times K}}{{75 \times 60}}$

$Pi$: توان تئوری موتور بر حسب (ps)
$Pm$: فشار متوسط احتراق $(kg/c{m^2})$
$V$: سرعت متوسط پیستون $(m/s)$
$K$: تعداد سیلندر 

$P{i_{(KW)}} = \frac{{{P_m} \times A \times s \times n \times K}}{{60000}}$

$Pi$: توان تئوری موتور بر حسب (KW)
$Pm$: فشار متوسط احتراق $(N/c{m^2})$
$K$: تعداد سیلندر

توان خروجی یا توان مفید موتور

مقدار توانی که از طریق فلایویل به سیستم انتقال قدرت منتقل می‌شود را توان مفید یا توان خروجی موتور گویند. این توان با استفاده از دستگاه دینامومتر قابل اندازه‌گیری است.

با اندازه‌گیری گشتاور خروجی از فلایویل در دور معینی می‌توان توان مفید را مطابق رابطه زیر محاسبه کرد.

${P_e} = \frac{{M \times n}}{{716}}$

${P_e}$= توان مفید موتور (Ps) اسب بخار 
$M$= گشتاور موتور برحسب $(kg.m)$
$n$= دور موتور (دور بر دقیقه)

${P_e} = \frac{{M \times n}}{{9550}}$

${P_e}$= توان مفید موتور برحسب (KW)
$M$= گشتاور موتور برحسب (N.m)
$n$= دور موتور (دور بر دقیقه)

راندمان

راندمان یا بازده به شاخصی گفته می‌شود که نشان‌دهنده میزان هدر رفتن مواد، انرژی، سرمایه و زمان در انجام کارهاست. این مفهوم در شاخص‌های مختلف علوم از جمله مهندسی یک کمیت قابل سنجش است، که معمولاً به صورت نسبت میان «خروجی مفید» به «ورودی کل» تعریف می‌شود و معمولاً به‌صورت درصد بیان می‌گردد. راندمان را می‌توان به‌صورت نسبت توان مفید به توان تئوری و یا کار مفید به کار تئوری نیز بیان کرد. از جمله راندمان‌های مهم در خودرو می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

- راندمان حرارتی موتور
- راندمان مکانیکی جعبه دنده
- راندمان الکتریکی

در ادامه به بررسی راندمان‌های فوق پرداخته می‌شود.

راندمان حرارتی موتور

راندمان حرارتی موتور به صورت نسبت انرژی حرکتی تولیدی موتور به انرژی حرارتی سوخت مصرفی موتور است.

راندمان حجمی موتور:

معمولاً سیلندرهای موتور به‌طور کامل از هوا و سوخت پر نمی‌شوند. برخی از دلایل مهم پر نشدن سیلندرهای موتور از هوا و سوخت در زمان مکش عبارت‌اند از: کوچک بودن مجرای ورودی سوخت و هوا، کم بودن زمان مکش، لقی سوپاپ‌ها

راندمان حجمی عبارت است از: نسبت جرم گاز پر شده در سیلندر در شرایط عملی به جرم هوا و سوختی که در شرایط تئوری حجم سیلندر را پر می‌کند.

 نسبت حجم گاز پر شده در سیلندر در حالت عملی به حجم گاز پر شده در سیلندر در حالت تئوری ضربدر 100=${\eta _V}$

${\eta _V}$ = راندمان حجمی موتور

راندمان مکانیکی موتور

راندمان مکانیکی موتور مطابق معادله زیر، نسبت توان خروجی به توان تئوری موتور است.

نسبت توان خروجی موتور به توان تئوری موتور ضربدر 100 = ${\eta _m}$

${\eta _m}$= راندمان مکانیکی موتور