فيزياء MOTO: كل ما تحتاج لمعرفته حول مكابس الضغط العالي 

يجب أن يكون رفع الضغط في المحرك الخاص بك قرارًا مستنيرًا. من المهم أن نفهم أولاً ما هي تأثيرات الضغط العالي، وتشريح المكبس عالي الضغط، وما هي التطبيقات الأكثر فائدة عادةً. بقلم بول أولسن

تعد المكابس عالية الضغط ترقية شائعة للدراجات الترابية والدراجات النارية الأخرى ، لكن الضغط على الضغط ليس مفيدًا دائمًا. MXA يلقي نظرة على تأثيرات الضغط العالي ، وتصميم مكابس عالية الضغط والعوامل التي يجب معالجتها عند التفكير في إضافة واحدة.

سواء كنت تتسابق أو تبحث عن أداء أفضل على الدرب ، فهناك عدد كبير من ترقيات الأداء التي يجب مراعاتها لزيادة قوة جهازك. تقدم الشركات المصنعة للمكبس ، مثل JE Pistons ، مكابس عالية الضغط للعديد من التطبيقات ، ولكن هناك مزايا وعيوب مهمة يجب مراعاتها عند تحديد ما إذا كان المكبس عالي الضغط مناسبًا لتطبيقك. سنلقي نظرة على ما تفعله نسبة الضغط المتزايدة والتأثيرات التي تحدثها على المحرك ، ونفصل كيفية صنع المكابس عالية الضغط ، ونقدم نظرة عامة عالية المستوى على التطبيقات التي قد تستفيد من استخدام مكبس عالي الضغط.

هناك حدود لمقدار يمكن ضغط الخليط قبل الاحتراق. إذا زادت درجة حرارة الخليط كثيرًا قبل تشغيل شمعة الإشعال ، فيمكن للمزيج الإشعال تلقائيًا.

كيف تؤثر نسبة الضغط المتزايدة على أداء المحرك؟ لفهم كيفية تأثير زيادة نسبة الضغط على الأداء ، علينا أن نبدأ بفهم ما يحدث لخليط الوقود / الهواء في شوط الانضغاط. أثناء شوط الانضغاط ، يتم ضغط خليط الوقود / الهواء ، وبسبب قوانين الديناميكا الحرارية ، يزداد الخليط المضغوط في درجة الحرارة والضغط. بالمقارنة مع ضغط نسبة المخزون ، يتم ضغط خليط الوقود / الهواء بشكل أكبر ، مما يؤدي إلى زيادة درجة الحرارة والضغط قبل حدث الاحتراق.

يسمح الضغط العالي ، كما هو الحال في مكبس JE هذا ، بحرق كمية أكبر من خليط الوقود / الهواء بنجاح ، مما يؤدي في النهاية إلى إنتاج المزيد من الطاقة أثناء شوط الطاقة.

يمكن أن يؤدي التفجير والإشعال المسبق إلى ارتفاع ضغط الأسطوانة ودرجة حرارتها، مما يتسبب في تلف وتأليب تاج المكبس. تعتمد الطاقة الناتجة التي يمكن استخلاصها من عملية الاحتراق بشكل كبير على درجة حرارة وضغط خليط الوقود/الهواء قبل الاحتراق. تؤثر درجة الحرارة والضغط للخليط قبل الاحتراق على ذروة ضغط الأسطوانة أثناء الاحتراق، وكذلك على ذروة درجة الحرارة داخل الأسطوانة. لأسباب ديناميكية حرارية، فإن الزيادات في ذروة ضغط الأسطوانة ودرجة الحرارة أثناء الاحتراق ستؤدي إلى زيادة الكفاءة الميكانيكية، واستخلاص المزيد من العمل، وزيادة الطاقة أثناء شوط القدرة. باختصار، كلما أمكن ضغط خليط الوقود/الهواء قبل الاحتراق، كلما أمكن استخلاص المزيد من الطاقة منه.

يمكن أن تحمي المعالجات السطحية تاج المكبس وأخاديد الحلقة من التلف المحتمل الناجم عن ارتفاع ضغط الأسطوانة ودرجة الحرارة. يمكن أن يزيد طلاء JE's EN من طول العمر في بناء سباق عالي الضغط.

ومع ذلك ، هناك حدود لمقدار المزيج الذي يمكن ضغطه قبل الاحتراق. إذا زادت درجة حرارة الخليط كثيرًا قبل إطلاق شمعة الإشعال ، يمكن أن يشتعل الخليط تلقائيًا ، والذي يشار إليه غالبًا باسم الاشتعال المسبق. حالة الاحتراق الضارة الأخرى التي يمكن أن تحدث تسمى التفجير. يحدث التفجير عندما تشتعل الغازات المتبقية تلقائيًا بعد حريق شمعة الإشعال. تضع كلتا الحالتين ضغطًا ميكانيكيًا شديدًا على المحرك لأن ضغط الأسطوانة يتجاوز بكثير ما تم تصميم المحرك من أجله ، مما قد يؤدي إلى إتلاف المكونات العليا والتأثير سلبًا على الأداء

عندما يتم ركوب الدراجة بسرعة منخفضة ، في ظروف ضيقة ، أو مع استخدام الكثير من القابض ، يمكن أن يتأثر المحرك بشكل سلبي بتركيب مكبس عالي الضغط.

الآن بعد أن أصبح هناك فهم للتغييرات التي تحدث أثناء الاحتراق لتوفير طاقة أكبر ، يمكننا النظر في التأثيرات الأخرى لهذه التغييرات على المحرك. منذ زيادة ضغط الأسطوانة ، يتم زيادة الضغط على المحرك. يعتمد مقدار الضغط الإضافي الذي يتم إدخاله إلى حد كبير على الإعداد العام للمحرك. نظرًا لزيادة درجات حرارة الاحتراق مع زيادة نسبة الضغط ، يجب على المحرك أيضًا تبديد المزيد من الحرارة. إذا لم تتم إدارتها بشكل مناسب ، يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تقليل العمر الافتراضي للمكونات عالية الجودة.

تعمل مكابس الضغط العالي على زيادة الحمل على هيكل العمل للمحرك بما في ذلك الحلقات والمكبس نفسه ومحامل القضيب العلوي.

في كثير من الأحيان ، يمكن إجراء تعديلات إضافية للمساعدة في تخفيف الآثار الجانبية لزيادة نسبة الضغط. للمساعدة في تقليل مخاطر الاشتعال المسبق والانفجار ، يمكن أن يكون استخدام وقود ذي تصنيف أوكتان أعلى مفيدًا - فكر في غاز السباق. يمكن أن يساعد تغيير حدث الاحتراق عن طريق زيادة كمية الوقود (إثراء الخليط) وتغيير توقيت الاشتعال أيضًا - التفكير بشكل أكبر وإعاقة الاشتعال. يمكن أن يكون تحسين نظام التبريد وسيلة فعالة لمكافحة الحرارة الإضافية الناتجة عن حدث الاحتراق - فكر في المشعات الكبيرة ، ومبردات الزيت ، ومضخات مياه Boyesen أو أغطية المبرد عالية الضغط. يمكن أن يساعد تزويد المحرك بقابض عالي الأداء في تقليل انزلاق القابض وتآكله ، والذي يمكن أن يحدث بسبب القوة المتزايدة - فكر في Hinson أو Rekluse.

يتم تحقيق الضغط العالي عادةً من خلال زيادة حجم القبة جنبًا إلى جنب مع الميزات المرتفعة وجيوب الصمامات العميقة، كما هو الحال مع مكبس JE هذا.

يمكن أيضًا زيادة ارتفاع الضغط، مما يزيد من المسافة بين مركز تجويف الدبوس وتاج المكبس. دعونا نلقي نظرة سريعة على الاعتبارات التي يتم أخذها عند تصميم مكبس عالي الضغط. عادة، يتم تصنيع المكابس عالية الضغط عن طريق إضافة حجم القبة إلى تاج المكبس، مما يقلل من حجم الخلوص عند المركز الميت العلوي (TDC). وفي بعض الحالات، يصعب القيام بذلك، اعتمادًا على شكل غرفة الاحتراق، أو حجم الصمامات، أو مقدار رفع الصمام. عند تصميم القبة، من الضروري اختيار تصميمات القبة الناعمة. يُفضل استخدام القباب الملساء، على عكس التصميمات ذات الحواف الأكثر قوة، لأن الأخيرة يمكن أن تؤدي إلى ظهور نقاط ساخنة على تاج المكبس، مما قد يؤدي إلى اشتعال مسبق. خيار التصميم الشائع الآخر هو زيادة مسافة الضغط، وهي المسافة من مركز تجويف دبوس المعصم إلى تاج المكبس. في هذا الأسلوب، يتم تقليل الخلوص الإسفنجي، وهو الخلوص بين المكبس والرأس.

من اليسار إلى اليمين: مكابس ذات نسبة ضغط 13.0:1 و13.5:1 و14.0:1، كلها لـ YZ250F. لاحظ الاختلافات في حجم قبة المكبس وتصميمها.

يمكن أن تكون نظرة عامة عالية المستوى حول التطبيقات التي يمكن أن تستفيد من نسبة الضغط المتزايدة مفيدة عند تقييم ما إذا كانت ترقية الضغط العالي خيارًا جيدًا لجهازك. نظرًا لأن زيادة نسبة الضغط تزيد من خرج الطاقة والحرارة ، فإن التطبيقات التي تستفيد من الطاقة الإضافية ويمكنها التعامل مع الحرارة الإضافية تحقق مكاسب الأداء الأكثر أهمية. من ناحية أخرى ، يمكن أن تتأثر التطبيقات التي تُركب فيها الدراجة بسرعة منخفضة ، أو في ظروف ضيقة ، أو مع الكثير من استخدام القابض ، سلبًا بسبب  دمج مكبس عالي الضغط. ضع في اعتبارك أن هذه العبارات هي تعميمات ، ويستجيب كل محرك بشكل مختلف لنسب الضغط المتزايدة.

لحسن الحظ ، إذا كنت تفكر في زيادة نسبة ضغط محرك سيارتك من خلال استخدام مكبس عالي الضغط ، فقد تم اختبار العديد من تصميمات ما بعد البيع وتحسينها لمحركات محددة وتقييمات أوكتان الوقود. على سبيل المثال ، تقدم معظم الشركات المصنعة للمكبس مكابس بنسب ضغط متزايدة بشكل تدريجي بحيث يمكنك دمج الإعداد الذي يناسبك بشكل أفضل. على سبيل المثال ، تتوفر مكابس JE عالية الضغط للدراجات على الطرق الوعرة بشكل شائع في زيادة نسبة الضغط بمقدار 0.5. إذا كانت نسبة ضغط مخزون المحرك 13.0: 1 ، فمن المرجح أن يكون هناك خيارات 13.5: 1 و 14.0: 1 ، بحيث يمكنك اتخاذ قرار مستنير بشأن مقدار الضغط الذي سيفيدك بناءً على جهازك ونوع الركوب.

حتى إذا كان ضغط المخزون أفضل بالنسبة لتطبيقك ، فإن البنية المزورة وتصميمات التنورة الأقوى وتصميمات التاج الأكثر كفاءة لمكابس ما بعد البيع يمكنها توفير أداء ومتانة محسنين.

إذا كان الأداء كافياً بالنسبة لنسبة ضغط مخزون المحرك ، فلا تزال هناك تحسينات في الكفاءة والمتانة التي يمكن إجراؤها باستخدام مكبس مزور. تتمتع المكابس المزورة بتدفق حبيبات من السبائك المحاذاة بشكل أفضل من المكابس المصبوبة ، مما يخلق جزءًا أقوى وأكثر مقاومة لضغوط تشغيل المحرك. بالإضافة إلى المواد المزورة ، يمكن إجراء تحسينات على تصميمات نمط تنورة المكبس لزيادة القوة على تصميمات المخزون ، مثل تصميمات JE's FSR. يتعامل مصممو المكابس أيضًا بشكل شائع مع تصميم القبة على مكابس ضغط المخزون ، حيث يستخدمون النعومة عبر تنفيس الصمامات والحواف وميزات التاج الأخرى لتحسين انتقال اللهب وتقليل النقاط الساخنة وزيادة كفاءة المحرك في النهاية.