موتور خودرو و اجزای اصلی آن

همه ما از اهمیت موتور خودرو آگاه هستیم. همانطور که انسان برای حرکت به انرژی نیاز دارد، موتورهای خودرو نیز به انرژی نیاز دارند. بیشتر ما به ظاهر خودرو اهمیت می دهیم اما از اهمیت اجزای داخلی آن بی آگاهیم. موتور از مهمترین قطعات یک خودرو است اما یک فرد معمولی ممکن است اطلاعات زیادی در مورد قطعات آن یا نحوه کار یک موتور نداشته باشد.

در ادامه در باره موتور، نحوه عملکرد و انواع آن توضیحات کاملی ارائه می دهیم.

موتور خودرو چیست؟

موتور خودرو وسیله ایست که انرژی سوخت را به وسیله جرقه به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. موتورهای خودرو با سیلندرهای فلزی مقاوم طراحی شده اند. مخلوط بخار بنزین و هوای فشرده داخل این سیلندرهای موتور منبسط می شود که به تامین نیروی حرکت خودرو کمک می کند.

واکنش شیمیایی تبدیل انرژی یا همان واکنش سوختن در موتور خودرو سه شاخصه اصلی دارد: ماده سوختنی، اکسیژن و جرقه که به آنها چرخه آتش هم گفته می شود.

در موتور خودرو ماده سوختنی متناسب با سوخت مصرفی خودرو تامین می شود. سوخت های شایع برای موتور خودرو ها عبارت است از: بنزین، گازوئیل و … . که بنزین بیشتر استفاده را در خودرو های امروزی دارد. اکسیژن جز جدا ناپذیر و اصلی ترین عنصر چرخه آتش می باشد. اگر در یک فرآیند آتش زا دو عنصر دیگر فراهم باشد اما اگر اکسیژن نباشد هیچ وقت این واکنش انجام نمی شود. جرقه همان نیرو و انرژی اولیه برای شروع واکنش آتش زا می باشد. این جرقه به صورت های مختلفی ایجاد می شود. جرقه در موتور خودرو توسط شمع ها صورت می گیرد.

موتور خودرو وظیفه تولید قدرت در ماشین را به عهده دارد که شکل و اندازه و روش کار موتور به سوخت آن بستگی دارد و با توجه به اینکه سوخت بسیاری از ماشین‌ها بنزین می‌باشد از موتور احتراق داخلی استفاده می‌شود.

مولد قدرت درون‌سوز نام دیگر موتورهای احتراق داخلی است که وظیفه آن تبدیل انرژی شیمایی موجود در سوخت به انرژی مکانیکی می‌باشد. ابتدا انرژی شیمیایی سوخت توسط احتراق در داخل موتور به انرژی حرارتی تبدیل می‌شود و این انرژی حرارتی باعث افزایش دما و فشار گازهای داخل موتور می‌گردد.

سپس این گاز در برابر مکانیزم های مکانیکی موتور براثر فشار زیاد منبسط می‌شود و این انبساط توسط اتصالات مکانیکی موتور بر روی شفت خروجی به یک حرکت دورانی تبدیل می‌شود.

توصیه می کنیم مقاله روش های افزایش قدرت موتور را نیز مطالعه کنید.

انواع موتور خودرو

موتورهای احتراق داخلی ازنظر چرخه کاری به موتورهای دو زمانه و چهارزمانه تقسیم‌بندی می‌شوند.

در موتورهای چهارزمانه به ازای هر دور گردش موتور یک قدرت به سیلندر انتقال می‌دهد درحالی‌که موتورهای دو زمانه به ازای هر یک دور گردش موتور یک قدرت خروجی به هر سیلندر منتقل می‌کند.

البته موتور خودرو را می توان با توجه به سیلندر و آرایش آن هم تقسیم بندی کرد. بیشتر خودروها موتوری بین دو تا هشت سیلند دارند و امروزه برخی خودروها موتورهایی با قدرت 16 سیلندر دارند.

یکی از اساسی ترین قطعات موتور خودرو، سیلندر است؛ که در هسته مرکزی موتور قرار دارد. این قطعه به طور کلی وظیفه نگهداری و برقراری ارتباط قطعات مختلف را بر برعهده دارد که به تبع در هر موتور احتراقی برای تبدیل انرژی سوخت به انرژی مکانیکی حداقل به یک سیلندر نیاز پیدا می شود. سیلندر قطعه ایست که انفجار سوخت در آن رخ داده و در واقع پایه و اساس موتور خودرو را تشکیل می‌دهد.

طراحی موتور خودرو

شکل و چیدمان موتورها به طراحی سیلندها بستگی دارد. انواع مختلفی از چیدمان موتورها وجود دارد که در ادامه محوب ترین ها را بررسی خواهم کرد.

چیدمان موتور خودرو مستقیم یا خطی

اکثر خودروهایی که امروزه در جاده‌ها می‌بینیم به طرح‌بندی‌های مستقیم یا خطی مجهز هستند. همانطور که از نام این طراحی پیداست، در این طرح بندی موتور، سیلندها یکی پس از دیگری و در یک خط عمودی قرار می گیرند. این چیدمان بسیار محبوب است زیرا نصب و ساخت چنین موتورهای خودرویی ارزان و پیچیدگی کمتری دارد. تمام سیلندرهای موجود در این نوع، درست در یک خط صاف بر روی یک بلوک، پشت هم ردیف شده‌اند که تعمیرشان را هم راحت‌تر می‌کند. چیدمان درون خطی مزیت های زیادی از جمله ذخیره سیلندرهای بیشتر و قدرت بیشتر دارد.

موتورهای تخت بیشتر به صورت قدرتی بوده و موتورهای سرعتی نیستند، به همین منظور تمام خودروهای دیزل سنگین، سعی بر این داشته که از این موتور استفاده نمایند، زیرا گشتاوری که در این موتورها برای سیستم های دیزلی یافت می شود برای موتورهای دیگر کمتر وجود داشته. تعداد سیلندرها در این نوع چیدمان 4 یا 6 سیلندر است، اما نوع 4 سیلندر آن محبوب تر است و به ندرت در این نوع طراحی به 6 سیلندر برخورد می کنیم.

چیدمان موتور تخت

به موتورهایی شامل این نوع چیدمان موتور بوکسوری نیز گفته می شود. سیلندرها در این چیدمان در دو ردیف مخالف یکدیگر قرار دارند. موتور تخت نوعی موتور احتراق داخلی است که پیستون‌های آن در امتداد صفحه افق جابجا می‌شوند. سیلندرها در دو طرف میل لنگ قرار دارند و هریک از پیستون‌ها توسط یک پین میل لنگ کنترل می‌شوند. پیستون‌ها در سیلندر این نوع بلوک، حرکت بالا به پایین ندارند و به صورت افقی جابجا می‌شوند. موتور تخت ارتفاع کمتری نسبت به سایر موتورها از جمله موتور خطی دارد، که باعث پایین آمدن مرکز ثقل خودرو و در نتیجه پایداری بهتر آن می‌شود.

تعداد سیلندرها در این نوع چیدمان 6 سیلندر است. این طرح توسط صنعت خودروسازی ترجیح داده نمی شود و در برندهای محدودی مانند پورشه و سوبارو استفاده می شود.

چیدمان موتور V شکل

این چیدمان معمولا دارای ۱۲ سیلندر است که در دو دسته ۶تایی در دو سمت بلوک طراحی می‌شوند. آرایش قرارگیری بلوک‌های V یا خورجینی به این صورت است که سیلندرها در دو ردیف روبروی هم قرار می‌گیرند تا زاویه دقیقا شبیه به حرف V بسازند.

این موتورها بیشتر در مواردی استفاده میگردند که مهندسان نیاز به موتورهای سرعتی را احساس نمایند، زیرا موتورهای خورجینی دارای سرعت بسیار مناسبی بوده و عملا به این موتورها، موتورهای سرعتی گویند.

نحوه پیکربندی سیلندر موتور

پیکربندی و چیدمان سیلندر موتور تعیین کننده قدرت و عملکرد موتور است. علیرغم این واقعیت که در دوران مدرن، سیستم تزریق سوخت می تواند به بهبود عملکرد خودرو حتی با موتورهای کوچک کمک کند، اما پیکربندی سیلندر نقش مهمی در تعیین آن دارد.

موتورهای دوسیلندر

در این موتورها، سیلندرها در یک خط و در کنار هم در قسمت بالای میل لنگ قرار گرفته‌اند. پیکربندی میل لنگ برای موتورهای دو سیلندر خطی معمولاً ۳۶۰ درجه، ۱۸۰ درجه و ۲۷۰ درجه است. یعنی مثلاً در میل لنگ ۳۶۰ درجه، هر دو پیستون همزمان با هم، بالا و پایین می‌روند. اما فواصل زمانی احتراق بین سیلندرها به این صورت است که وقتی میل لنگ می‌چرخد، احتراق درون یکی از سیلندرها، اتفاق می‌افتد و بعد در ادامه چرخش در سیلندر بعد رخ می‌دهد. این موتورها، می‌توانند از یک تک سیستم جرقه برای هر دو سیلندر استفاده کنند.

موتورهای دوسیلندر به ندرت در خودرو استفاده می شود. زیرا خروجی کمی دارند و در بین خودروها چندان محبوب نیستند.

در ویدیو زیر نحوه عملکرد موتور خودرو به صورت کامل شرح داده شده است.

موتورهای سه سیلندر

موتورهای سه سیلندر قدرت بیشتری نسبت به موتورهای دوسیلند ارائه می دهند. پیشرانه‌های ۳ سیلندر به دلایل زیادی مورد استفاده قرار می‌گیرند. اول از همه اینکه پیشرانه‌های یاد شده سبک‌وزن و جمع‌وجور بوده و همین امر باعث می‌شود تا در پلتفرم‌های زیادی مورد استفاده قرار بگیرند. در بحث پرفورمنس، یک سیلندر کمتر نسبت به پیشرانه ۴ سیلندر خطی استاندارد باعث کاهش اصطکاک قطعات محرک می‌شود. این فاکتور به همراه حجم کمتر پیشرانه باعث مصرف سوخت کم می‌شود.

موتورهای چهار سیلندر

موتورهای چهار سیلندر رایج ترین پیکربندی در خودروهای مدرن امروزی هستند. این پیکربندی در ترکیب با طرح موتور داخلی خودرو، هم قدرت و هم کارایی مناسبی را ارائه می دهد.

موتورهای  چهار سیلندر نمونه هایی کوچک و ساده بوده که در بیشتر خودروهای امروزی از آنها استفاده می گردد. این موتورها به منظور صرفه جویی در سوخت طراحی شده و از توانایی های دینامیکی مناسبی برخوردار هستند. صدای تولیدی این موتورها نیز اندکی زیاد بوده و در حین عملکرد اندکی لرزش را به کابین و سرنشینان منتقل می نماید. از نقاط قوت این موتورها می توان به مصرف سوخت بسیار مناسب و پایین، قیمت مناسب و مقرون به صرفه و توانایی تجهیز به سیستم توربوشارژر به منظور افزایش محسوس قدرت و همچنین کاهش مصرف سوخت اشاره کرد.

موتورهای شش سیلندر

پیشرانه‌های شش سیلندر هرچند در گذشته شاید قدرت همتایان هشت سیلندر یا دوازده سیلندر خود را نداشتند اما در بسیاری از خودروهای برند و مطرح استفاده شده اند. این روزها نیز با سخت‌گیرانه‌تر شدن قوانین آلایندگی و کوچک شدن پیشرانه‌ها، موتورهای شش سیلندر در بسیاری از خودروهای پرفورمنس جایگزین نمونه‌های V8 شده‌اند. پیشرانه‌های شش سیلندر در دو نوع خطی و V شکل ساخته می‌شوند که هرکدام مزایا و معایب خاص خود را دارند ولی نوع V شکل آن متداول‌تر بوده و بسیاری از خودروسازان موتورهای V6 را به نمونه‌های خطی ترجیح می‌دهند.

موتورهای هشت سیلندر

پیشرانه های هشت ‌سیلندر در دو ردیف قرار دارند و در هر ردیف، چهار سیلندر وجود دارد که معمولاً در زاویه 90 درجه و به شکل v هستند. بااین‌حال، برخی از موتورهای v8 از زاویه‌های دیگری مانند 45 درجه، 60 درجه و 72 درجه استفاده می‌کنند.

 v8 را می‌توان به عنوان دو موتور چهارسیلندر خطی نیز که به ‌صورت ‌مشترک در یک میل‌لنگ عمل می‌کنند، تجسم کرد. این پیکربندی باعث عملکرد صحیح و روان خودرو می‌شود.

اجزای اصلی موتور

برای درک کامل موتور خودرو، مهم است که در مورد قطعات خودرو و عملکردهای مربوطه بدانیم. در زیر در مورد اجزای اصلی موتور خودرو و کارهایی که انجام می دهند صحبت خواهیم کرد.

– بلوک موتور

بلوک موتور یا همان بلوک سیلندر موتور جزء اصلی است که به طور کلی از آلومینیوم یا آهن ساخته شده است. این بلوک شامل چندین سوراخ است که به تامین جریان آب و روغن برای خنک کردن و روانکاری موتور کمک می کند. بلوک موتور همچنین سایر قطعات موتور مانند پیستون، میل لنگ، میل بادامک و چندین سیلندر را در خود جای داده است.

بلوک سیلندر در واقع قلب موتور یک خودرو است و یکی از اجزای مرکزی موتور شما است و نقش کلیدی را در روانکاری، کنترل دما و پایداری موتور دارد. بلوک سیلندر یک پایه فلزی محکم و مقاوم برای تمام قطعات موتور خودرو است. استوانه ‌های تو خالی به نام سیلندر در داخل بلوک سیلندر وجود دارند و پیستون هم در داخل آن سیلندرها به طور مداوم رفت و برگشت می‌کند. بلوک سیلندر باید از بالاترین کیفیت برخوردار باشد تا در همه زمان‌ها به خوبی کار کند و هیچ زمانی متوقف نشود.

پیستون ها

پیستون جزء مهمی است که در انتقال انرژی حاصل از احتراق به میل لنگ برای حرکت خودرو کار می کند. حرکت پیستون ها در سیلندر در حرکات بالا و پایین صورت می گیرد. آنها با سرعت 1250 دور در دقیقه می چرخند و می توانند 2500 بار در دقیقه به صورت ترکیبی بالا و پایین حرکت کنند.

جهت افزایش قدرت و کشش خودرو از چندین سیلندر و پیستون در خودرو استفاده می کنند. مثلا در دو مدل خودرو با اندازه پیستون های مشابه، خودرویی که دارای پیستون بیشتری است، قدرت بیشتری خواهد داشت.

میل لنگ

میل لنگ که در قسمت پایین بلوک موتور قرار دارد، از طریق شاتون به پیستون ها متصل شدند. میل‌لَنگ قطعه‌ای در موتورها است که حرکت خطی پیستون‌ها را تبدیل به حرکت دورانی می‌کند. لنگ‌های این قطعه به پیستون‌ها متصل هستند و مستقیما حرکات خطی آنها را به حرکات دورانی تبدیل می‌کند. در خودروهایی با موتور خطی، به تعداد سیلندرها لنگ داریم و در خورجینی‌ها (V) این عدد نصف تعداد سیلندرها است.

سرسیلندر

سرسرسیلندر درپوشی است که با بلوک سیلندر تشکیل اتاق احتراق را میدهد و شکل آن تابع ساختمان سیلندر بوده و چنانچه از نوع خنک کننده با آب باشد دارای مجاری آب و در غیر این صورت دارای شیار های خنک کننده با هوا میباشد.

میل بادامک

میل سوپاپ یا میل بادامک شفتی است که بر روی آن برای هر سیلندر بادامک هایی قرار دارد که کار باز و بسته کردن سوپاپها در زمانبندی مشخص شده را انجام می دهد.

محل قرارگیری میل بادامک در خودروهای مختلف متفاوت است. آنها یا در داخل بلوک موتور یا در سرسیلندر قرار می گیرند و نقش مهمی در تنظیم زمان باز و بسته شدن شیرها دارند. همچنین به حرکت میل لنگ، میله های فشار، راکرها و سوپاپ ها کمک می کند.

تسمه تایم

تسمه تایم یا تسمه تایمینگ قسمتی از موتور احتراق داخلی خودرو است و در داخل پیشرانه قرار دارد. این قطعه میل لنگ خودرو را به میل سوپاپ یا سوپاپ‌ها متصل می‌کند. تا ۴ عمل اصلی موتور یعنی مکش، تراکم، انفجار و تخلیه صورت گیرد.

وظیفه تسمه تایم تنظیم زمان صحیح باز و بسته شدن سوپاپ‌ها ست، یعنی سوپاپ‌ها را به چرخش درآورده و کنترل می‌کند.