تکنولوژی موتور خودرو

تكنولوژي موتور خودرو – ترجمه و گردآوري حسين رمضاني

موتورهاي بنزيني احتراق داخلي از تركيبي از بنزين و هوا نيرو مي‌گيرند؛ بطوريكه تركيب مناسب اين موتورها 7/14 قسمت هوا به يك قسمت بنزين مي‌باشد. يك قسمت از بنزيني كه بطور كامل در 7/14 قسمت از هوا تبخير شود، مي‌تواند قدرت چشمگيري را هنگام مشتعل شدنش در موتور فراهم كند.

هوا از ميان فيلتر هوا وارد موتور شده و با دريچة گاز برخورد مي‌كند. ما مقدار هوايي را كه از دريچة گاز عبور مي‌كند و وارد موتور مي‌شود را بوسيلة پدال گاز كنترل مي‌كنيم. هوا سپس از طريق يك سري از مجاري كه منيفولد ورودي ناميده مي‌شود، تقسيم شده و به سيلندرها مي‌رسد. سپس در برخي نقاط بعد از فيلتر هوا، كه بستگي به نوع موتور دارد، سوخت به هواي در جريان بوسيلة سيستم انژكتوري سوخت يا در خودروهاي قديمي‌تر بوسيلة كاربراتور اضافه مي‌گردد.

زمانيكه سوخت با هوا مخلوط مي‌گردد، مخلوط آنها وارد سيلندري مي‌شود كه در مرحلة مكش قرار دارد. سپس زمانيكه پيستون به انتهاي سيلندر مي‌رسد، سوپاپ ورودي بسته شده و پيستون به سمت بالاي سيلندر به منظور متراكم كردن مخلوط پيش مي‌رود. زمانيكه پيستون به بالا رسيد، شمع مخلوط سوخت و هوا را محترق كرده و باعث انبساط نيرومند گاز مي‌شود كه پيستون را هُل مي‌دهد؛ درست شبيه رانندة دوچرخه‌اي كه بر خلاف پدال‌ها به آنها نيرو وارد مي‌كند تا دوچرخه به حركت درآيد.

نماي ظاهري موتور خودرو

انواع مختلفي از موتور بر حسب تعداد و نحوة چينش سيلندرها قابل شناسايي است. موتور خودروها مي‌توانند از 3 تا 12 سيلندر داشته باشند، كه به شكلهاي مختلفي در بلوكة سيلندر مرتب مي‌شوند.

در موتورهاي رديفي (In-line engines) سيلندرها در يك رديف مرتب شده‌اند، كه موتورهاي 5،4،3 و 6 سيلندر را معمولاً به اين صورت مرتب مي‌كنند. نوع ديگر، ترتيب و آرايش V شكل سيلندرها است؛ كه از دو رديف از سيلندرها تشكيل شده است، كه با زاويه نسبت به يكديگر بصورت V-6 ، V-8 ، V-10 و V-12  مرتب شده‌اند. موتورهاي تخت(Flat engines) نيز از دو رديف از سيلندرها كه در جهت مخالف هم قرار گرفته باشند، تشكيل شده‌اند؛ كه معمولاً اين نوع از آرايش سيلندرها نسبت به دو نوع قبلي كمتر استفاده مي‌شوند.آنها معمولاً در خودروهاي 4 و 6 سيلندر پورشه و يا در برخي از خودروهاي 12 سيلندر فراري بكار مي‌روند.

آرايش سيلندرها

هر سيلندر شامل يك پيستون مي‌باشد، كه در داخل سوراخ سيلندر بالا و پايين مي‌رود؛ كه همة پيستون‌ها بوسيلة ميلة اتصال دهندة خود (شاتون) به ميل لنگ (crankshaft) متصل مي‌شوند.

ميل لنگ در موتورهاي رديفي در پايين سيلندرها، در موتورهاي V شكل در قاعده و در موتورهاي تخت بين سيلندرها قرار مي‌گيرد. زمانيكه پيستون‌ها بالا و پايين مي‌روند، باعث به گردش افتادن ميل لنگ مي‌شوند؛ درست شبيه پاهاي شما كه بالا و پايين مي‌روند تا دسته متصل به پدال را در دوچرخه به گردش درآورند.

اتصال پيستون به ميل لنگ بوسيلة شاتون

سرسيلندر به قسمت بالاي هر رديف از سيلندرها پيچ مي‌شود تا هر سيلندر را بصورت مجزا آب‌بندي كند، و پروسة احتراق كه در داخل سيلندر اتفاق مي‌افتد را احاطه كند. سرسيلندر شامل يك سوپاپ ورودي و يك سوپاپ خروجي براي هر سيلندر مي‌باشد. اين سوپاپ‌ها به مخلوط سوخت و هوا اجازة ورود به سيلندر و به گازهاي سوخته شده اجازة خروج از سيلندر را مي‌دهند. موتورها حداقل دو سوپاپ به ازاي هر سيلندر دارند؛ يك سوپاپ ورودي و يك سوپاپ خروجي. بسياري از موتورهاي جديد از چند سوپاپ ورودي و خروجي به ازاي هر سيلندر استفاده مي كنند تا بازده موتور را افزايش دهند. اين موتورها گاهاً بر اساس تعداد سوپاپ‌هايشان نامگذاري مي‌شوند؛ مثلاً عبارت 24 Valve V6 كه بيان كنندة يك موتور V شكل 6 سيلندر است كه به ازاي هر سيلندر 4 سوپاپ دارد. طرحهاي مدرن موتور مي‌توانند امكان استفاده از 2 تا 5 سوپاپ را به ازاي هر سيلندر فراهم كنند.

سوپاپ‌ها بوسيلة ميل بادامك (camshaft) باز و بسته مي‌شوند. ميل بادامك يك شفت چرخشي است كه به ازاي هر سوپاپ يك بادامك دارد. بادامك (lobe) يك برجستگي بر روي يك طرف شفت است كه بلندكنندة سوپاپ(valve lifter) را هل مي‌دهد. زمانيكه برجستگي بادامك به بلندكنندة سوپاپ (ميل تايپيت) مي‌رسد، بلندكننده اقدام به باز كردن سوپاپ مي‌كند؛ و زمانيكه برجستگي بادامك از بلندكننده دور مي‌شود، سوپاپ بوسيلة فنر بسته مي‌شود. آرايش معمول اين است كه ميل بادامك در بلوكة سيلندر قرار مي‌گيرد و بوسيلة ميل تايپيت‌ها و ساير اتصالات به سوپاپ متصل مي‌گردد.

                                             ميل بادامك (ميل سوپاپ)

ميل بادامك بايد با ميل لنگ هماهنگ باشد؛ زيرا ميل بادامك به ازاي هر 2 دور گردش ميل لنگ تنها 1 دور گردش مي‌كند. در بسياري از موتورها اين كار بوسيلة چرخ زنجير تايمينگ كه ميل بادامك را به ميل لنگ متصل مي‌كند، صورت مي‌پذيرد.

موتورهاي جديد ميل بادامكي دارند كه در سرسيلندر، درست بالاي سوپاپ‌ها، قرار مي‌گيرد. اين طرح بسيار كارآمد است، اما هزينه توليد موتور را براي سازندگان افزايش داده و نياز به چند ميل بادامك در موتورهاي تخت و V شكل دارد. اين طرح همچنين نيازمند زنجير تايمينگ يا تسمه تايمينگ بلندتري است، كه مستعد سايش مي‌باشند.

برخي موتورها دو ميل بادامك در هر طرف دارند؛ يكي براي سوپاپ‌هاي ورودي و يكي براي سوپاپ‌هاي خروجي. اين موتورها Double Overhead Camshaft (D.O.H.C.) ناميده مي‌شوند؛ در حاليكه نوع ديگري كه از يك ميل بادامك بهره برده است Single Overhead Camshaft (S.O.H.C.) ناميده مي‌شود. موتورهايي كه ميل بادامك آنها در بلوكة سيلندر قرار گرفته موتورهاي Overhead Valve (O.H.V) ناميده مي‌شوند. حالا شما در هر خودرويي ببينيد نوشته DOHC 24 Valve V6 مي‌دانيد كه به چه معناست. "موتور 6 سيلندر V شكل كه به ازاي هر سيلندر 4 سوپاپ دارد، و از دو ميل سوپاپ در هر رديف از سيلندرها بهره برده است"

موتورها چگونه كار مي‌كنند؟

چهار كورس موتور عبارتند از مكش، تراكم، قدرت و تخليه. در كورس‌هاي مكش و قدرت، پيستون به سمت پايين حركت مي‌كند؛ در حاليكه در كورس‌هاي تراكم و تخليه حركت پيستون به سمت بالاي سيلندر است.

موتور احتراق داخلي

1.        مكش (Intake): زمانيكه پيستون در آغاز شروع حركت به سمت پايين است، سوپاپ ورودي باز شده و مخلوط سوخت و هوا به داخل سيلندر كشيده مي‌شود؛ و زمانيكه پيستون به انتهاي مسير خود در كورس مكش مي‌رسد، سوپاپ ورودي بسته شده و مخلوط سوخت و هوا داخل سيلندر محبوس مي‌گردد.

2.       تراكم (Compression): پيستون به سمت بالا حركت كرده و مخلوط سوخت و هوايي را كه در مرحلة مكش محبوس شده است را متراكم مي‌كند. مقدار مخلوطي كه متراكم مي‌شود بستگي به نسبت تراكم موتور دارد، كه مقدار اين نسبت در موتورهاي متوسط در محدودة 8 : 1 تا 10 : 1 مي‌باشد. اين بدان معناست كه وقتي پيستون به بالاي سيلندر مي‌رسد، مخلوط سوخت و هوا به اندازة يك دهم حجم اولية خود متراكم شده است.

3.      قدرت (Power): جرقة شمع، مخلوط سوخت و هوايي را محترق مي‌كند كه انبساط نيرومندي از بخار را توليد مي‌كند. مرحلة قدرت، پيستون را به سمت پايين سيلندر هل مي‌دهد؛ و باعث گردش ميل لنگ مي‌شود، تا نيروي رانش خودرو را تأمين نمايد. زمانيكه ميل لنگ 2 دور گردش خود را كامل كند، هر سيلندر در موتور يك مرحلة قدرت را درك كرده است.

4.       تخليه (Exhaust): زمانيكه پيستون در پايين سيلندر قرار دارد، سوپاپ خروجي باز شده تا به گازهاي سوخته شده اجازة خروج به سمت سيستم خروجي را بدهد. از آنجايي كه سيلندر فشار بالايي دارد، زمانيكه سوپاپ باز مي‌شود، گاز با نيروي زيادي خارج مي‌گردد؛ كه در خودروهاي بدون صدا خفه‌كن سبب توليد صداي زيادي مي‌شود. حركت پيستون به سمت بالاي سيلندر، همة گازها را قبل از بسته شدن سوپاپ خروجي و شروع كورس بعدي به سمت خارج مي‌راند.

سيستم روغنكاري: روغن، خونِ جانبخش موتور است. موتور بدون روغن درست مانند انسان بدون خون است. روغنِ تحتِ فشار به همة قسمت‌هاي در حال حركت موتور بوسيلة پمپ روغن (oil pump) ارسال مي‌گردد. پمپ روغن در پايين موتور در سيني كارتر قرار گرفته و بوسيلة دنده‌اي به ميل لنگ يا ميل بادامك متصل مي‌شود. در اين روش وقتي موتور شروع به كار مي‌كند، پمپ روغن نيز شروع به پمپ كردن روغن مي‌كند. در آنجا سنسور فشار روغني وجود دارد كه فشار روغن را پايش كرده و اطلاعات آن را به چراغ هشداردهنده يا گيجي بر روي داشبورد ارسال مي‌كند. زمانيكه شما سوئيچ را باز كرده اما هنوز استارت نزده‌ايد، چراغ روغن روشن مي‌شود، در حاليكه هنوز فشار روغن وجود ندارد، اين امر به شما نشان مي‌دهد كه سيستم هشداردهنده كار مي‌كند. اما زمانيكه موتور را به كار مي‌اندازيد، چراغ خاموش مي‌شود، كه نشاندهندة اين است كه فشار روغن وجود دارد.

سيستم خنك‌كننده: موتورهاي احتراق داخلي بايد دماي عملكرد مناسب و پايداري داشته باشند؛ نه خيلي گرم و نه خيلي سرد. با مقدار زياد حرارتي كه در پروسة احتراق بوجود مي‌آيد، اگر موتور روشي براي خنك كردن خود نداشته باشد، اين حرارت خيلي سريع سبب تخريبش مي‌شود. قطعات اصلي موتور تاب برداشته و سبب خروج آب و روغن مي‌گردد، همچنين روغن به جوش آمده و بي‌مصرف مي‌شود. برخي از موتورها هوا خنك و بيشتر آنها مايع (آب) خنك هستند. پمپ آب (water pump)، آب را در داخل موتور به گردش درمي‌آورد تا حرارت سيلندر و سرسيلندر را جذب كند، و سپس به رادياتور بفرستد تا خنك شود.

بالانس موتور:

·         فلايويل (Flywheel): موتور 4 سيلندر در هر نيم دور گردش ميل لنگ يك كورس قدرت دارد، و موتور 8 سيلندر در هر ربع گردش. اين بدان معني است كه موتور V8 بسيار آرامتر از موتور 4 سيلندر كار خواهد كرد. براي جلوگيري از اينكه ضربان احتراق به ارتعاشات ناخواسته تبديل شود، فلايويل به قسمت عقب ميل لنگ متصل مي‌گردد. فلايويل ديسكي است كه قطر آن بين 12 تا 15 اينچ است و از اينرسي براي نرم كردن ضربانات معمول موتور استفاده مي‌كند.

فلايويل

·         ميل بالانس (Balance Shaft): برخي از موتورها حركت جنبشي ذاتي دارند، كه ارتعاشات ناخواسته‌اي را در حين حركت موجب مي‌شود. براي مقابله با آن، طراحان از يك يا چند ميل بالانس استفاده مي‌كنند. ميل بالانس شفت سنگيني است كه بوسيلة موتور و موازي با ميل لنگ مي‌چرخد. از آنجايي كه اين شفت وزن زيادي دارد، زمانيكه مي‌چرخد، بوسيلة توليد حركت جنبشي خلاف جهت، با حركت‌ جنبشي موتور مقابله مي‌‌كند.

ميل بالانس