ضریب شاتونی و تأثیر آن در طول عمر و شتاب موتور

در دنیای مهندسی خودرو، یکی از عوامل کلیدی که تأثیر زیادی بر عملکرد، شتاب، دوام و راندمان موتور دارد، ضریب شاتونی است. این عدد که از نسبت طول شاتون به کورس میل‌لنگ به دست می‌آید، می‌تواند ویژگی‌های یک موتور را به‌طور قابل‌توجهی تغییر دهد و تأثیر مستقیمی بر شتاب، دوام، مصرف سوخت و استهلاک موتور دارد.

در گذشته، بسیاری از خودروسازان از ضرایب شاتونی ۲تا ۲.۲ استفاده می‌کردند، اما با پیشرفت علم، امروزه مقدار ایده‌آل بین ۱.۵تا ۱.۸ در نظر گرفته می‌شود. در این مقاله، ابتدا تعریف دقیقی از ضریب شاتونی ارائه خواهیم داد، سپس تأثیرات آن بر شتاب و طول عمر موتور را بررسی کرده و در نهایت به عدد ایده‌آل ضریب شاتونی در موتورهای مختلف می‌پردازیم.

ضریب شاتونی چیست؟

ضریب شاتونی(Rod Ratio)  از طریق فرمول زیر محاسبه می‌شود:

L/S=R​

که در آن:

• L= طول شاتون (فاصله بین مرکز گژن‌پین و مرکز میل‌لنگ)
• S= کورس میل‌لنگ (مقدار جابجایی پیستون در یک سیکل کامل)

این عدد، نسبت حرکت پیستون به هندسه کلی موتور را نشان می‌دهد. هر چه این ضریب تغییر کند، رفتار موتور نیز در زمینه‌هایی مانند گشتاور، اصطکاک، استهلاک و شتاب تغییر خواهد کرد.

محاسبه ضریب شاتونی در موتورهای مختلف

حال بیایید نگاهی به ضریب شاتونی چند موتور معروف بیندازیم:

 | ضریب شاتونی | کورس میل‌لنگ (میلی‌متر) | طول شاتون (میلی‌متر) | موتور

| TU5 | 133.6 |   82 | 1.63
| XU7 |     150 | 81.4 | 1.84
| EF7 | 134.5 |   85 | 1.58
| XU10 |     152 |   86 | 1.77

۱. موتور TU5 (پژو ۲۰۶ و ۴۰۵ SLX)

• طول شاتون: ۱۳۳.۶ میلی‌متر
• کورس میل‌لنگ: ۸۲ میلی‌متر
• ضریب شاتونی:

133.6/82=1.63

ضریب شاتونی ۱.۶۳ در محدوده استاندارد برای یک موتور شهری قرار دارد.

تحلیل: TU5 در محدوده ایده‌آل برای شتاب‌گیری سریع و دور موتور بالا قرار دارد. این موتور در دورهای ۶۰۰۰-۷۰۰۰ RPM عملکرد خوبی دارد.

۲. موتور XU7 (پژو ۴۰۵، پارس، سمند SE)

• طول شاتون: ۱۵۰ میلی‌متر
• کورس میل‌لنگ: ۸۱.۴ میلی‌متر
• ضریب شاتونی:

150/81.4=1.84

ضریب شاتونی ۱.۸۴ نشان می‌دهد که تمرکز این موتور بیشتر روی استهلاک کمتر بوده است.

تحلیل: این مقدار بالاتر از میانگین است، یعنی موتور XU7 برای دوام بالا و کاهش استهلاک قطعات طراحی شده است. شتاب اولیه کمی کندتر است، اما مصرف سوخت و عمر مفید بهینه‌تر خواهد بود.

۳. موتور EF7 (سمند ملی، دنا، سورن توربو)

• طول شاتون: ۱۳۴.۵ میلی‌متر
• کورس میل‌لنگ: ۸۵ میلی‌متر
• ضریب شاتونی:

134.5/85=1.58

ضریب ۱.۵۸ کمی عدد پایینی است، به این معنی که گشتاور بهتری در دورهای پایین دارد.

تحلیل: این مقدار نسبتاً پایین است، به این معنی که گشتاور بهتری در دورهای پایین دارد، اما در دورهای بالا ممکن است افت راندمان داشته باشد.

۴. موتور XU10 (پژو ۴۰۶، پارس ELX قدیمی)

• طول شاتون: ۱۵۲ میلی‌متر
• کورس میل‌لنگ: ۸۶ میلی‌متر
• ضریب شاتونی:

152/86=1.77

ضریب شاتونی ۱.۷۷ نشان می‌دهد که تمرکز این موتور بیشتر روی استهلاک کمتر بوده است.

تحلیل: این مقدار نشان می‌دهد که XU10 برای استفاده روزمره و دوام بالا طراحی شده است، اما هنوز هم در محدوده‌ای است که در دورهای بالا عملکرد مناسبی دارد.

تأثیر ضریب شاتونی بر عملکرد موتور

۱. تأثیر بر شتاب و توان موتور

ضریب شاتونی مستقیماً روی نحوه حرکت پیستون و تولید نیرو در موتور تأثیر می‌گذارد.

الف) ضریب شاتونی پایین (۱.۵ تا ۱.۷)

ضریب شاتونی پایین‌تر باعث افزایش سرعت پیستون در حرکت عمودی می‌شود، که نتیجه‌اش افزایش گشتاور در دورهای پایین است، اما این موضوع همچنین باعث افزایش اصطکاک و استهلاک قطعات داخلی می‌شود. بنابراین:

• شتاب اولیه بالا به دلیل سرعت بیشتر پیستون در سیکل احتراق
•  تولید گشتاور بهتر در دورهای پایین
• افزایش اصطکاک جانبی پیستون با دیواره سیلندر
• استهلاک بیشتر در رینگ‌ها و پیستون

مثال: موتور EF7 با ضریب ۱.۵۸ در این دسته قرار دارد، که باعث می‌شود در دورهای پایین عملکرد خوبی داشته باشد، اما در دورهای بالا کمی افت راندمان پیدا کند.

ب) ضریب شاتونی بالا (۱.۷۵ به بالا)

از طرف دیگر، ضریب شاتونی بالاتر باعث می‌شود پیستون حرکت نرم‌تری داشته باشد، اصطکاک کمتر شود و موتور در دورهای بالا عملکرد بهتری داشته باشد. بنابراین:

• کاهش اصطکاک و استهلاک کمتر قطعات داخلی موتور
• بهبود عملکرد در دورهای بالا (۶۰۰۰-۷۰۰۰ RPM)
• کاهش گشتاور در دورهای پایین
• تاخیر در تولید نیرو

مثال: موتور XU7 با ضریب ۱.۸۴ در این دسته قرار دارد که نشان‌دهنده دوام بالا و مصرف بهینه‌تر است، اما شتاب اولیه کمی کمتر از TU5 یا EF7 خواهد داشت.

خلاصه تاثیر ضریب شاتونی بر شتاب و توان موتور:
ضریب ۱.۵ تا ۱.۷ : مناسب برای موتورهای شهری که نیاز به شتاب اولیه و راندمان بالا دارند.
ضریب ۱.۷۵ تا ۲.۰ : مناسب برای موتورهایی که در دورهای بالا عملکرد بهتری دارند و دوام بیشتری می‌خواهند.

۲. تأثیر بر طول عمر موتور

ضریب شاتونی بالا باعث کاهش اصطکاک پیستون با دیواره سیلندر شده و استهلاک موتور را کاهش می‌دهد. در مقابل، هرچه ضریب شاتونی کمتر باشد، اصطکاک پیستون با دیواره سیلندر بیشتر شده و استهلاک بالا می‌رود. به همین دلیل، موتورهایی که ضریب شاتونی بالاتر دارند، معمولاً دوام بیشتری دارند و دیرتر دچار خرابی می‌شوند.

به همین دلیل است که در موتورهای مسابقه‌ای، که نیاز به دور موتور بالا دارند، از ضرایب بالاتر (بین ۱.۷۵ تا ۲) استفاده می‌شود تا موتور دوام بیشتری داشته باشد و بتواند دورهای بالاتری را تحمل کند.

برای مثال:

• موتور EF7 با ۱.۵۸ گشتاور خوبی در دور پایین دارد، اما ممکن است استهلاک آن کمی بیشتر از TU5 باشد.
• موتور XU7 با ۱.۸۴ به‌وضوح برای دوام بالا طراحی شده و استهلاک کمتری دارد.

ضریب شاتونی برای خودرهای فرمول یک که تا 18هزار دور در دقیقه دور میخورند تقریبا عدد شگفت انگیز 2.8 میباشد.

عدد ایده‌آل ضریب شاتونی چقدر است؟

بحث درباره بهترین مقدار ضریب شاتونی همیشه مورد اختلاف بین مهندسان بوده است. با این حال، بر اساس تجربه و تست‌های انجام شده:

• ۱.۵ تا ۱.۸ : ایده‌آل برای موتورهای شهری (تعادل بین قدرت، دوام و مصرف سوخت)
• ۱.۶۵ تا ۱.۷۵ : ایده‌آل برای موتورهای دور بالا و شتاب‌گیری سریع (مثل TU5 که به ۱.۶۳ نزدیک است و موتورهای اسپرت شهری)
• بیش از ۱.۸ : برای دوام بیشتر و مصرف سوخت بهینه (بسیار رایج در طراحی های قدیمی تر مانند XU7 و XU10)

در گذشته، بسیاری از خودروسازها ضرایب ۲تا ۲.۲ را به عنوان استاندارد در نظر می‌گرفتند، اما با پیشرفت علم و تغییر نیازهای بازار، مهندسان متوجه شدند که محدوده ۱.۶۵ تا ۱.۷۵ برای دورهای بالا و ۱.۵۵ تا ۱.۷ برای مصرف شهری بهتر است.

نتیجه‌گیری

ضریب شاتونی تأثیر زیادی بر شتاب، طول عمر موتور، استهلاک قطعات و راندمان سوخت دارد.
مقدار این ضریب برای موتورهای مختلف متفاوت است و به هدف طراحی آن‌ها بستگی دارد.

• ۱.۶۵تا ۱.۷۵ برای موتورهای اسپرت و دور بالا (ایده‌آل برای موتورهایی که تا ۶۰۰۰-۷۰۰۰ RPM دور می‌خورن.)
• ۱.۵۵تا ۱.۷ برای موتورهای شهری و مصرف سوخت بهینه
• بیش از ۱.۸ برای دوام بیشتر و استهلاک کمتر
• بیش از عدد ۲ برای موتورهایی که تا ۱۲ هزار دور میخورند (با افزایش ضریب شاتونی زاویه بندی پیستون کاهش پیدا میکند و باعث کاهش اصطکاک و سایش بین پیستون و دیواره سیلندر میشود)

در نهایت، انتخاب ضریب شاتونی مناسب بستگی به نیاز شما از خودرو دارد. اگر به دنبال یک موتور با شتاب و عملکرد بهتر هستید، باید به سمت ضرایب پایین‌تر بروید. اما اگر دوام و مصرف سوخت برایتان مهم‌تر است، ضریب بالاتر گزینه بهتری خواهد بود.

ضریب شاتونی بسیاری از عوامل موتور، از جمله سرعت پیستون، توقف پیستون در نقطه مرگ بالا و پایین، فشار های جانبی روی پیستون، فشار به سیلندر و فشار به یاتاقان ها را تحت تاثیر میگذارد.

حالا به نظر شما هر کدام از این عوامل برای موتور چقدر مهم هستند و بهترین ضریب شاتونی برای یک خودرو شهری چقدر باید باشد؟