مقدمه
مهمترین بخش هر خودرو، پیشرانه یا موتور است. پیشرانه نیروی لازم برای حرکت خودرو را به وجود میآورد و برای این کار، انرژی شیمیایی موجود در سوخت را به انرژی حرکتی تبدیل میکند. موتورها انواع مختلفی دارند که از جمله آنها میتوان به موتور درونسوز، موتور بیرون سوز، موتوربرقی و… اشاره کرد. موتور بنزینی نوعی موتور درونسوز است که کاربرد بسیاری در صنایع مختلف از جمله صنایع خودروسازی دارد. با اینکه اکثر شرکتهای مطرح در این حوزه به دلایل زیستمحیطی و همینطور کمبود سوخت فسیلی به سمت برقیسازی محصولات پیش میروند، هنوز هم بیشتر خودروهای سواری، کراساوور و شاسیبلند از موتور درونسوز و به بیان بهتر، موتور بنزینی استفاده میکنند. در ادامه با موتور بنزینی، قطعات تشکیلدهنده و نحوه عملکرد آن آشنا میشویم.
موتور بنزینی چیست؟
موتور بنزینی نوعی موتور درونسوز است که از بنزین و همینطور سوختهای دیگری مثل گاز نفت مایع و ترکیبات اتانولی (مثل E10 و E85) برای تأمین انرژی لازم جهت حرکت خودرو استفاده میکند. برخلاف موتورهای دیزلی که مبتنی بر اشتعال تراکمی هستند، موتورهای بنزینی از سیستم اشتعال جرقهای بهره میگیرد. این جرقه به وسیله شمع فراهم میآید. موتور بنزینی همچنین بر خلاف موتور دیزلی، دارای نرخ فشردهسازی کمتری است. با این وجود، موتورهای بنزینی معمولا ضعیفتر از موتورهای دیزلی هستند و بیشتر برای خودروهای سواری و کراس اوور به کار میآیند.
موتورهای بنزینی معمولاً بر اساس سیکل چهارزمانه Otto عمل میکنند. البته موتورهای بنزینی دیگری نیز ساخته شدهاند که مبنای کار آنها، سیکل دو زمانه، چرخه میلر و یا چرخه اتکینسون است. کاربرد شمع برای اشتعال، مهمترین مشخصه موتورهای بنزینی بهحساب میآید.
موتورهای بنزینی در صنایع ساخت اتومبیل، موتورسیکلت، هواپیما، قایقهای موتوری، و حتی وسایل کوچکی مثل ارهبرقی، دستگاه چمنزن، ژنراتورهای قابلحمل و… مورداستفاده قرار میگیرند. در ادامه بد نیست مروری بر تاریخچه ساخت موتور بنزینی و عملکرد آن داشته باشیم.
تاریخچه موتور بنزینی
نخستین موتور احتراق داخلی یا همان درونسوز (ICE) حوالی سال ۱۸۶۰ توسط یک مهندس بلژیکی فرانسوی به نام اتین لنوار ساخته شد. حدود ۱۶ سال بعد، یک مهندس آلمانی به نام نیکولاس اتو با الهام از دستگاه بخار جیمز وات، نخستین موتور بنزینی چهارزمانه را در سال ۱۸۷۶ معرفی کرد. این موتور قادر بود چهار مرحله مکش، تراکم، انفجار و تخلیه را بهصورت مداوم انجام دهد. اما اختراع اتو تا حدی به آینده تعلق داشت، چرا که علم زمان بهاندازهای پیشرفت نیافته بود که جنس موتور و متعلقات آن بتواند انفجارهای مداوم را تحمل کند.
سالها بعد مهندس دیگری به نام جوزف دی از موتور درونسوزی با سیکل دو زمانه رونمایی کرد که تا حد زیادی میتوانست مشکل موتور ۴ زمانه را حل کند. در این موتور، مکش و انفجار در یک مرحله و تخلیه و تراکم در مرحله بعدی انجام میشدند. موتور دو زمانه با جداکردن مرحله انفجار و تخلیه، از گسترش احتراق جلوگیری میکرد و موتور میتوانست تداوم سیکل دو زمانه را تحمل کند. بااینوجود، اثربخشی موتورهای دو زمانه کمتر از موتورهای چهارزمانه بوده و بیشتر موتورهای بنزینی امروزی بر اساس چهار سیکل مکش، تراکم، انفجار و تخلیه عمل میکنند.
قطعات تشکیلدهنده موتور
موتور بنزینی از قطعات متعددی تشکیل شده است تا بتواند چهار عمل اصلی، یعنی مکش، تراکم، انفجار و تخلیه را انجام داده و موجب حرکت چرخها و در نهایت حرکت خودرو شوند. مهمترین قطعات موتور شامل بدنه، میل بادامک، سیلندر، سرسیلندر، پیستون، شاتون، میللنگ، سوپاپ، انژکتور یا کاربراتور میشوند که در ادامه به بررسی آنها میپردازیم.
– بدنه یا بلوک سیلندر
بدنه معمولاً از جنس آلومینیوم یا چدن ساخته شده و سیلندر درون آن قرار میگیرد.
– سرسیلندر
سرسیلندر یکی از مهمترین قطعات موتور بهحساب میآید که در بالا و روی سیلندر قرار میگیرد. سرسیلندر محفظهای برای نگهداری از سوپاپها، میلسوپاپ، شمع، انژکتور یا کاربراتور است. سرسیلندر دارای کانالهای متعددی است که آب و روغن درون آنها جریان دارد تا عملیات خنکسازی و روانکاری موتور انجام شود. سرسیلندر از جنس آلیاژهای آهنی یا آلومینیومی ساخته شده و منیفولد هوا و دود برای ورود و خروج هوا و دود روی آن نصب شدهاند. سرسیلندر در قسمت کف دارای فرورفتگیهای ریزی است که محفظه احتراق را تشکیل میدهند.
– سوپاپ
هر موتور دارای دو نوع سوپاپ است که یکی از آنها برای ورود هوا و سوخت (سوپاپ هوا) و دیگری برای تخلیه گاز احتراق (سوپاپ دود) مورداستفاده قرار میگیرد. سوپاپها قطعات مهمی هستند که درون سرسیلندر و بالای پیستونها قرار دارند. این قطعات بهواسطه میل بادامک جابهجا شده و هوا و سوخت را وارد سیلندر میکند و سپس ورودی سیلندر را میبندد. پس از احتراق، سوپاپها جابهجا شده و با باز کردن راه خروجی، دود حاصل از احتراق را از موتور خارج میکند.
– میل بادامک
میل بادامک یا میلسوپاپ، عملیات باز و بسته کردن سوپاپها را هماهنگ میکند. در خودروهای امروزی، از دو سری میلسوپاپ استفاده میشود. یکی از آنها مسئول جابهجایی سوپاپهای هوا بوده و دیگری مسئولیت جابهجایی سوپاپهای دود را بر عهده دارد.
– سیلندر
سیلندر قطعهای استوانهای با دهانه گرد است که درون بدنه قرار گرفته و پیستون درون آن بهصورت رفتوبرگشت حرکت میکند.
– پیستون
پیستون قطعهای استوانهایشکل از جنس چدن، آلومینیوم یا فولاد است که درون سیلندر قرار دارد. وظیفه پیستون، مخلوط آب و سوخت را متراکم کرده و به شمع میرساند تا عملیات انفجار صورت گیرد.
– شاتون
شاتون، میلهای است که ازیکطرف به پیستون و از طرف دیگر به میللنگ متصل شده و حرکت خطی ناشی از رفتوبرگشت پیستون درون سیلندر را به حرکت دورانی میللنگ تبدیل میکند. شاتون معمولاً از جنس فولاد یا آلیاژ و گاهی از جنس آلومینیوم ساخته میشود.
– میللنگ
میللنگ به شاتون متصل است و همانطور که قبلاً گفته شد، نیروی تولیدی موتور را به خروجی دورانی تبدیل میکند. میللنگ بهواسطه لنگهای متعدد، لرزش موتور را به حداقل میرساند.
– کاربراتور یا انژکتور
کاربراتور یا انژکتور، وظیفه سوخترسانی را بر عهده دارند. در خودروهای قدیمی، سوخت و هوا ابتدا درون کاربراتور ترکیب شده و سپس وارد محفظه احتراق میشدند. اما کاربراتورها موجب مصرف بیرویه سوخت شده و آلایندگی زیادی تولید میکردند. به همین خاطر، انژکتور جای کاربراتور را گرفت. این قطعه یا قبل از سوپاپ هوا یا درون محفظه احتراق نزدیک به شمع قرار میگیرد و سوخت را با فشار وارد محفظه احتراق میکند. هوا نیز از طریق سوپاپ تأمین میشود. انژکتورها علاوه بر کنترل بیشتر روی مصرف سوخت، آلودگی کمتری ایجاد میکنند و کارایی بیشتری دارند.
حال که با قطعات تشکیلدهنده موتور آشنا شدید، میتوانید درک بهتری از عملکرد موتور بنزینی به دست آورید.
عملکرد موتور بنزینی چگونه است؟
همانطور که گفته شد، عملکرد موتور بنزینی در چهار مرحله خلاصه میشود، مکش، تراکم، انفجار و تخلیه. این چهار عمل با کمک قطعات تشکیلدهنده انجام شده و انرژی لازم برای حرکت چرخها تأمین میشود.
۱- مرحله مکش
اولین عمل در سیکل موتور چهارزمانه، مکش است. پیستون درون سیلندر حرکت رفتوبرگشت دارد. در ابتدای مکش، پیستون در بالای سیلندر قرار دارد که به آن نقطه مرگ بالا گفته میشود. هنگامی که سوپاپ بهوسیله میل بادامک باز شد و سوخت از طریق انژکتور وارد سیلندر شد، پیستون تا نقطهای خاص به سمت پایین حرکت میکند. به این نقطه، نقطه مرگ پایین گفته میشود. زمانی که پیستون به نقطه مرگ پایین رسید، سوپاپ بسته میشود و عملیات مکش به پایان میرسد. حالا مخلوط هوا و سوخت داخل سیلندر است.
۲- مرحله تراکم
پس از عملیات مکش، مخلوط سوخت و هوا وارد سیلندری شده که ورودیها و خروجیهای آن بهوسیله سوپاپها بسته شدهاند. حالا پیستون شروع به حرکت به سمت بالا (نقطه مرگ بالا) میکند و مخلوط هوا و سوخت فشرده و فشردهتر میشود. در این حین، دمای مخلوط نیز بالا رفته و تنها به جرقه شمع برای احتراق نیاز است.
۳- احتراق در موتور
در این مرحله، ترکیب سوخت و هوا بهوسیله جرقه شمع منفجر شده و پیستون با سرعت به سمت پایین رفته و شاتون و سپس میللنگ را به حرکت درمیآورد.
۴- تخلیه
در این مرحله پیستون مجدداً از سمت نقطه مرگ پایین به سمت نقطه مرگ بالا حرکت میکند و در این حین، سوپاپ دود باز میشود تا دود ناشی از احتراق به خارج راه یابد. ضمن بالا آمدن پیستون و خروج دود، سوپاپ هوا مجدداً باز شده و مرحله سیکل ازسرگرفته میشود.
جمعبندی
موتور بنزینی رایجترین نوع پیشرانه در خودروهای سواری امروزی است که از جرقه شمع برای اشتعال ترکیب سوخت و هوا استفاده میکند. در واقع تفاوت اصلی موتور بنزینی و موتور دیزلی در کاربرد شمع خلاصه میشود. موتور بنزینی شامل یک سیکل زمانه میشود و با تکرار عملیات مکش، تراکم، انفجار و تخلیه، انرژی شیمیایی را به انرژی مکانیکی تبدیل کرده و موجب حرکت ماشین میشود. البته به دلیل کمبود سوختهای فسیلی و آلودگی بیش از حد هوا و در راستای توسعه فناوریهای پاک و کمک به بحران جهانی گرمایش زمین، اکثر خودروسازان به دنبال حذف موتورهای بنزینی و برقیسازی محصولات خود هستند. بااینوجود، به نظر نمیآید جایگاه موتور بنزینی به این زودی در صنایع مختلف تنزل یابد.
دیدگاهتان را بنویسید