طرز کار موتور خودرو

موتور خودرو در واقع نیرو تولید می‌کند. موتور مجموعه‌ای از دستگاه‌های مکانیکی و الکترونیکی است که برای تولید نیرو با هم کار می‌کنند. موتور خودرو از اجزای بسیاری مانند سیلندر، پیستون، سوپاپ، میل لنگ و … تشکیل شده است. در این مقاله با طرز کار موتور خودرو آشنا خواهیم شد.

واکنش شیمیایی داخل موتور خودرو

ابتدا باید واکنش شیمیایی داخل موتور خودرو را بررسی کنیم. واکنش شیمیایی در موتور خودرو همان واکنش سوختن است. واکنش سوختن ۳ وجه اصلی دارد:

• مواد قابل اشتعال
• اکسیژن
• جرقه

مواد قابل اشتعال

به این سه مرحله چرخه آتش نیز گفته می‌شود. در موتور خودرو، سوختن متناسب با سوخت مصرفی خودرو تأمین می‌شود. سوخت‌های متداول برای موتورهای خودرو عبارتند از: بنزین، گازوئیل و …. بنزین بیشتر در خودروهای امروزی استفاده می‌شود.

اکسیژن

اکسیژن بخشی جدایی ناپذیر از چرخه آتش است. اگر دو عنصر دیگر در یک فرآیند آتش زا وجود داشته باشد، اما اکسیژن وجود نداشته باشد، این واکنش هرگز اتفاق نمی‌افتد. حتی برای اطفا حریق، یکی از متداول‌ترین روش‌های اطفا حریق، قطع یا حذف اکسیژن از واکنش سوختن است.

جرقه

جرقه نیرو و انرژی اولیه برای شروع واکنش آتش‌زا است. این جرقه به روش‌های مختلف ایجاد می‌شود. جرقه‌های موتور خودرو توسط شمع ایجاد می‌شوند.

احتراق در موتور خودرو چگونه انجام می‌شود؟

در موتورهای احتراق داخلی، احتراق با استفاده از گرما تولید می‌شود. در موتور خودرو شمع وظیفه تولید گرما را دارد.

جرقه موتور خودرو باید در زمان مناسب مشتعل شود، به طوری که مخلوط متراکم سوخت و هوا در بهترین زمان و به طور کامل بسوزد. دلکو مسئول تنظیم زمان اشتعال اتومبیل‌های قدیمی بود. که با توجه به دور موتور از تجهیزات مکانیکی برای این کار استفاده شده بود.

همانطور که می‌دانید، باتری ماشین ۱۲ ولت است. که انرژی لازم برای تولید جرقه‌ای قدرتمند را ندارد که بتواند مخلوط سوخت و هوا را به خوبی مشتعل کند. به همین دلیل در سیستم اشتعال از کویل استفاده می‌شود.

کویل در واقع یک ترانسفورماتور تقویت کننده است که ۱۲ ولت برق را به هزار ولت یا بیشتر تبدیل می‌کند (بسته به دستگاه و کاربرد آن، این ولتاژ خروجی متفاوت است). این ولتاژ بسیار زیاد توسط دلکو بین شمع‌های موجود در خودروهای قدیمی توزیع میشد تا احتراق مناسبی در موتور خودرو ایجاد شود. در اتومبیل‌های جدید، تمام این وظایف به ایسیو خودرو اختصاص داده شد تا بهترین بازده را از موتور احتراق داخلی خودرو کسب کنند.

روش کار سیلندر و پیستون

از موتورهای احتراق داخلی خودرو به اسم چهار زمانه هم یاد می‌شود. این مراحل عبارتند از:

1. مکش مخلوط سوخت و هوا
2. تراکم مخلوط سوخت و هوا
3. احتراق مخلوط سوخت و هوا
4. خارج شدن دود حاصل از احتراق

مرحله مکش

در این مرحله، پیستون کاملا پایین می‌رود. همزمان دریچه ورودی (سوپاپ) باز شده و محفظه داخل سیلندر با مخلوط بنزین و هوا پر می‌شود.

مرحله تراکم

پس از پایین آمدن کامل پیستون و پر شدن کل حجم سیلندر با مخلوط قابل احتراق، سوپاپ ورودی بسته می‌شود تا مخلوط سوخت و هوا پس از بالا آمدن پیستون فشرده شود.

مرحله احتراق

در این مرحله، شمع وارد داستان می‌شود و با یک جرقه، یک انفجار بزرگ در یک محیط کوچک رخ می‌دهد. پس از انفجار در محفظه سیلندر، نیروی حاصل به قسمت فوقانی پیستون فشار آورده و باعث پایین رفتن آن می‌شود.

مرحله خروج دود

وقتی پیستون تا انتهای سیلندر پایین رفت، سوپاپ دود باز می‌شود. میل لنگ با هر چرخش دو حرکت رفت و برگشتی ایجاد می‌کند و پیستون را بالا می‌برد به طوری که دود حاصل از احتراق از سیلندر خارج می‌شود و فضای آن آماده پذیرش مجدد مخلوط بنزین و هوا است. به این ترتیب به موتور روح تازه‌ای می‌بخشد.

تبدیل حرکت پیستون به حرکت چرخشی در موتور خودرو

تبدیل حرکت بالا و پایینی یا خطی پیستون یکی از سوالاتی است که به ذهن هر خواننده‌ای می‌رسد. برای پاسخ، ما باید دو قطعه دیگر را معرفی کنیم. شاتون و میل لنگ. شاتون میله‌ای است که برای افزایش مقاومت مکانیکی به شکل ذوزنقه ساخته شده است‌، در ابتدا و انتهای آن سوراخی وجود دارد. این سوراخ‌ها به عنوان یاتاقان نیز شناخته می‌شوند.

در موتور خودرو میل لنگ در واقع یک میله برای دریافت نیرو از شاتون است. بنابراین میل لنگ نیروی خطی دریافت شده توسط شاتون را به یک نیروی چرخشی تبدیل می‌کند. ابتدا و انتهای میل لنگ بر روی یاتاقان قرار دارد تا بتواند به راحتی روی محور خود بچرخد.

حرکت پیستون در موتور خودرو

برای پاسخ‌، لازم است کمی در مورد فرآیند حرکت میل لنگ توضیح دهیم. نیرویی که در مرحله احتراق به پیستون وارد می‌شود به قدری زیاد است که می‌تواند باعث چرخش چندین بار میل لنگ شود. در واقع با هر دو چرخش میل لنگ، روند بالا و پایین رفتن پیستون به پایان می‌رسد. به عنوان مثال، وقتی میل لنگ ده بار می‌چرخد​​، ۵ بار مرحله احتراق انجام می‌شود.

به طور خلاصه

 نیرو به موتور خودرو منتقل شده و میل لنگ شروع به چرخش می‌کند. میل لنگ از طریق شاتون‌ها به پیستون‌ها متصل می‌شود.

با چرخش میل لنگ، با توجه به ترتیب طراحی آن، وقایع زیر به طور همزمان رخ می‌دهند:

• پیستون‌ها حرکت می‌کنند.
• میل سوپاپ که از طریق تسمه تایم (یا زنجیر) به میل لنگ متصل می‌شود، می‌چرخد.
• چرخش میل سوپاپ، با نظم و زمان بندی مشخص، سوپاپ‌های هر سرسیلندر را باز و بسته می‌کند.
• با چرخش میل لنگ، سنسور مغناطیسی میل لنگ فعال شده و ECU پمپ بنزین را فعال کرده و بنزین را به پشت نازل‌های سوخت می‌رساند.
• ECU پیام جرقه‌ای را به کویل‌ها و شمع‌ها می‌فرستد.
• پیستون‌هایی که به سمت پایین حرکت می‌کنند، در اثر مکش، هوا و بنزین را به داخل سیلندر می‌کشند. با ادامه حرکت پیستون به پایین ترین نقطه خود، میل سوپاپ دریچه‌های ورودی سوخت و هوا را می‌بندد.
• وقتی پیستون بالا می‌رود، همه دریچه‌های سیلندر بسته هستند (خروجی دود، و بنزین و ورودی هوا)، مخلوط بنزین و هوا متراکم شده و با جرقه شمع منفجر می‌شود.
• نیروی حاصل از این انفجار پیستون را به سمت پایین رانده و میل لنگ را می‌چرخاند.
• بعد، پیستون دوباره بالا می‌آید و دریچه‌های خروجی دود باز می‌شوند و دود حاصل از احتراق از محفظه سیلندر خارج می‌شود.
• هنگامی که پیستون به حداکثر خود می رسد، آماده می‌شود تا روند بالا را تکرار کند.
  مراحل مشابه برای همه پیستون‌ها اتفاق می‌افتد.