طرز كار موتور خودرو

موتور خودرو در واقع نيرو توليد مي‌كند. موتور مجموعه‌اي از دستگاه‌هاي مكانيكي و الكترونيكي است كه براي توليد نيرو با هم كار مي‌كنند. موتور خودرو از اجزاي بسياري مانند سيلندر، پيستون، سوپاپ، ميل لنگ و … تشكيل شده است. در اين يادداشت با طرز كار موتور خودرو آشنا مي شويم.

واكنش شيميايي داخل موتور خودرو

ابتدا بايد واكنش شيميايي داخل موتور خودرو را بررسي كنيم. واكنش شيميايي در موتور خودرو همان واكنش سوختن است. واكنش سوختن ۳ وجه اصلي دارد:

• مواد قابل اشتعال
• اكسيژن
• جرقه

مواد قابل اشتعال

به اين سه مرحله چرخه آتش نيز گفته مي‌شود. در موتور خودرو، سوختن متناسب با سوخت مصرفي خودرو تأمين مي‌شود. سوخت‌هاي متداول براي موتورهاي خودرو عبارتند از: بنزين، گازوئيل و …. بنزين بيشتر در خودروهاي امروزي استفاده مي‌شود.

اكسيژن

اكسيژن بخشي جدايي ناپذير از چرخه آتش است. اگر دو عنصر ديگر در يك فرآيند آتش زا وجود داشته باشد، اما اكسيژن وجود نداشته باشد، اين واكنش هرگز اتفاق نمي‌افتد. حتي براي اطفا حريق، يكي از متداول‌ترين روش‌هاي اطفا حريق، قطع يا حذف اكسيژن از واكنش سوختن است.

جرقه

جرقه نيرو و انرژي اوليه براي شروع واكنش آتش‌زا است. اين جرقه به روش‌هاي مختلف ايجاد مي‌شود. جرقه‌هاي موتور خودرو توسط شمع ايجاد مي‌شوند.

اجزا موتور

احتراق در موتور خودرو چگونه انجام مي‌شود؟

در موتورهاي احتراق داخلي، احتراق با استفاده از گرما توليد مي‌شود. در موتور خودرو شمع وظيفه توليد گرما را دارد.

جرقه موتور خودرو بايد در زمان مناسب مشتعل شود، به طوري كه مخلوط متراكم سوخت و هوا در بهترين زمان و به طور كامل بسوزد. دلكو مسئول تنظيم زمان اشتعال اتومبيل‌هاي قديمي بود. كه با توجه به دور موتور از تجهيزات مكانيكي براي اين كار استفاده شده بود.

همانطور كه مي‌دانيد، باتري ماشين ۱۲ ولت است. كه انرژي لازم براي توليد جرقه‌اي قدرتمند را ندارد كه بتواند مخلوط سوخت و هوا را به خوبي مشتعل كند. به همين دليل در سيستم اشتعال از كويل استفاده مي‌شود.

كويل در واقع يك ترانسفورماتور تقويت كننده است كه ۱۲ ولت برق را به هزار ولت يا بيشتر تبديل مي‌كند (بسته به دستگاه و كاربرد آن، اين ولتاژ خروجي متفاوت است). اين ولتاژ بسيار زياد توسط دلكو بين شمع‌هاي موجود در خودروهاي قديمي توزيع ميشد تا احتراق مناسبي در موتور خودرو ايجاد شود. در اتومبيل‌هاي جديد، تمام اين وظايف به ايسيو خودرو اختصاص داده شد تا بهترين بازده را از موتور احتراق داخلي خودرو كسب كنند.

روش كار سيلندر و پيستون

از موتورهاي احتراق داخلي خودرو به اسم چهار زمانه هم ياد مي‌شود. اين مراحل عبارتند از:

1. مكش مخلوط سوخت و هوا
2. تراكم مخلوط سوخت و هوا
3. احتراق مخلوط سوخت و هوا
4. خارج شدن دود حاصل از احتراق

مرحله مكش

در اين مرحله، پيستون كاملا پايين مي‌رود. همزمان دريچه ورودي (سوپاپ) باز شده و محفظه داخل سيلندر با مخلوط بنزين و هوا پر مي‌شود.

مرحله تراكم

پس از پايين آمدن كامل پيستون و پر شدن كل حجم سيلندر با مخلوط قابل احتراق، سوپاپ ورودي بسته مي‌شود تا مخلوط سوخت و هوا پس از بالا آمدن پيستون فشرده شود.

مراحل ۴ زمانه

مرحله احتراق

در اين مرحله، شمع وارد داستان مي‌شود و با يك جرقه، يك انفجار بزرگ در يك محيط كوچك رخ مي‌دهد. پس از انفجار در محفظه سيلندر، نيروي حاصل به قسمت فوقاني پيستون فشار آورده و باعث پايين رفتن آن مي‌شود.

مرحله خروج دود

وقتي پيستون تا انتهاي سيلندر پايين رفت، سوپاپ دود باز مي‌شود. ميل لنگ با هر چرخش دو حركت رفت و برگشتي ايجاد مي‌كند و پيستون را بالا مي‌برد به طوري كه دود حاصل از احتراق از سيلندر خارج مي‌شود و فضاي آن آماده پذيرش مجدد مخلوط بنزين و هوا است. به اين ترتيب به موتور روح تازه‌اي مي‌بخشد.

تبديل حركت پيستون به حركت چرخشي در موتور خودرو

تبديل حركت بالا و پاييني يا خطي پيستون يكي از سوالاتي است كه به ذهن هر خواننده‌اي مي‌رسد. براي پاسخ، ما بايد دو قطعه ديگر را معرفي كنيم. شاتون و ميل لنگ. شاتون ميله‌اي است كه براي افزايش مقاومت مكانيكي به شكل ذوزنقه ساخته شده است‌، در ابتدا و انتهاي آن سوراخي وجود دارد. اين سوراخ‌ها به عنوان ياتاقان نيز شناخته مي‌شوند.

در موتور خودرو ميل لنگ در واقع يك ميله براي دريافت نيرو از شاتون است. بنابراين ميل لنگ نيروي خطي دريافت شده توسط شاتون را به يك نيروي چرخشي تبديل مي‌كند. ابتدا و انتهاي ميل لنگ بر روي ياتاقان قرار دارد تا بتواند به راحتي روي محور خود بچرخد.

نمايي از موتور v شكل

حركت پيستون در موتور خودرو

براي پاسخ‌، لازم است كمي در مورد فرآيند حركت ميل لنگ توضيح دهيم. نيرويي كه در مرحله احتراق به پيستون وارد مي‌شود به قدري زياد است كه مي‌تواند باعث چرخش چندين بار ميل لنگ شود. در واقع با هر دو چرخش ميل لنگ، روند بالا و پايين رفتن پيستون به پايان مي‌رسد. به عنوان مثال، وقتي ميل لنگ ده بار مي‌چرخد​​، ۵ بار مرحله احتراق انجام مي‌شود.

به طور خلاصه

 نيرو به موتور خودرو منتقل شده و ميل لنگ شروع به چرخش مي‌كند. ميل لنگ از طريق شاتون‌ها به پيستون‌ها متصل مي‌شود.

با چرخش ميل لنگ، با توجه به ترتيب طراحي آن، وقايع زير به طور همزمان رخ مي‌دهند:

شمع خودرو

• پيستون‌ها حركت مي‌كنند.
• ميل سوپاپ كه از طريق تسمه تايم (يا زنجير) به ميل لنگ متصل مي‌شود، مي‌چرخد.
• چرخش ميل سوپاپ، با نظم و زمان بندي مشخص، سوپاپ‌هاي هر سرسيلندر را باز و بسته مي‌كند.
• با چرخش ميل لنگ، سنسور مغناطيسي ميل لنگ فعال شده و ECU پمپ بنزين را فعال كرده و بنزين را به پشت نازل‌هاي سوخت مي‌رساند.
• ECU پيام جرقه‌اي را به كويل‌ها و شمع‌ها مي‌فرستد.
• پيستون‌هايي كه به سمت پايين حركت مي‌كنند، در اثر مكش، هوا و بنزين را به داخل سيلندر مي‌كشند. با ادامه حركت پيستون به پايين ترين نقطه خود، ميل سوپاپ دريچه‌هاي ورودي سوخت و هوا را مي‌بندد.
• وقتي پيستون بالا مي‌رود، همه دريچه‌هاي سيلندر بسته هستند (خروجي دود، و بنزين و ورودي هوا)، مخلوط بنزين و هوا متراكم شده و با جرقه شمع منفجر مي‌شود.
• نيروي حاصل از اين انفجار پيستون را به سمت پايين رانده و ميل لنگ را مي‌چرخاند.
• بعد، پيستون دوباره بالا مي‌آيد و دريچه‌هاي خروجي دود باز مي‌شوند و دود حاصل از احتراق از محفظه سيلندر خارج مي‌شود.
• هنگامي كه پيستون به حداكثر خود مي رسد، آماده مي‌شود تا روند بالا را تكرار كند.
  مراحل مشابه براي همه پيستون‌ها اتفاق مي‌افتد.