موتور خودرو چگونه کار می کند؟ (بخش سوم)

در قسمت‌های قبل این سری درباره نحوه کار موتور و سیستم‌های فرعی موتور آشنا شدید. در بخش اول با عنوان موتور خودرو چگونه کار می‌کند؟ (بخش اول) با روش کار موتور، قطعات آن و مشکلات رایج موتور آشنا شدید و در بخش دوم با عنوان موتور خودرو چگونه کار می‌کند؟ (بخش دوم) با سیستم‌های فرعی موتور خودرو مثل سیستم احتراق ، سیستم خنک کننده ، سیستم استارت و … آشنا شدید. در آخرین بخش هم قصد داریم شما را با روش‌های افزایش کارایی موتور خودرو ، سوال‌های رایج درباره موتور و تفاوت موتورهای چهارسیلندر و V6 آشنا کنیم.

افزایش کارایی موتور خودرو

با مرور اطلاعاتی که با خواندن این مقاله‌ها در باره نحوه کار موتور کسب کرده اید، متوجه می‌شوید که راه‌های زیادی برای افزایش کارایی خودرو وجود دارد. تولیدکنندگان خودرو مرتباً متغیرهای زیر را دستکاری می‌کنند تا کارایی، مصرف سوخت و قدرت موتورهای خودرو را بهینه تر و بهتر کنند.

افزایش جابجایی

در موتور خودرو جابجایی بیشتر به معنای قدرت بیشتر است زیرا با افزایش جابجایی می‌توانید با هر یک دور موتور سوخت بیشتری بسوزانید. این افزایش جابجایی معمولاً با افزایش اندازه سیلندرها و یا افزودن سیندرهای بیشتر انجام می‌شود. البته افزودن تعداد سیلندر محدودیت‌هایی هم دارد؛ درحال حاضر حداکثر سیلندرهای موتور خودرو ۱۲ سیلندر است.

افزایش ضریب تراکم

ضریب تراکم بیشتر، باعث افزایش قابل توجه قدرت موتور خودرو می‌شود. با اینحال، هرچه بیشتر مخلوط هوا و سوخت را فشرده کنید، احتمال انفجار خودبخودی بیشتر می‌شود (قبل از اینکه شمع جرقه آن را مشتعل کند). بنزین‌های با اکتان بالا از این احتراق زودهنگام جلوگیری می‌کنند. به همین خاطر خودروهای با کارایی بالا معمولاً به بنزین با اکتان بالا نیاز دارند؛ موتورهای این خودروها برای ارائه قدرت و کارایی بیشتر از ضریب تراکم بالاتری استفاده می‌کنند.

افزایش قطعات سیلندرها

اگر بتوانید در یک سیلندر با اندازه مشخص، مقدار بیشتری هوا (و همینطور سوخت) جای دهید، می‌توانید از آن سیلندر قدرت بیشتری بگیرید (مثل همان روی افزایش اندازه سیلندر). سیلندرهای توربوشارژ و سوپرشارژ کمپرسورهای توربوشارژ و سوپرشارژ هوای ورودی را به قدری فشرده می‌کنند که بتوانند بطرز موثری هوای بیشتری را داخل هر سیلندر جا بدهند.

خنک کردن هوای ورودی

فشرده سازی هوا دمای آن را افزایش می‌دهد. اما در موتور خودرو نیاز داریم سردترین هوای ممکن را در سیلندرها داشته باشیم زیرا هرچه هوا گرمتر باشد هنگام احتراق کمتر منبسط می‌شود. به همین خاطر بسیاری از خودروهای توربوشارژ و سوپرشارژ یک خنک کننده داخلی دارند. خنک کننده داخلی یک رادیاتور مخصوص است که هوای ورودی از آن عبور می‌کند تا قبل از ورود به سیلندرها خنک شود.

خروج آسان گازهای خروجی

اگر مقاومت هوا خروج گازهای اگزوز را از سیلندرها مشکل کند، قدرت موتور کاهش می‌یابد. می‌توان میزان مقاومت هوا را با افزودن یک سوپاپ خروجی به هر سیلندر، میزان مقاومت هوا را کاهش دهید. (خودرهایی که دو سوپاپ ورودی و دو سوپاپ خروجی و به ازای هر سیلندر ۴ سوپاپ دارند، کارایی موتور خودرو را به میزان زیادی افزایش می‌دهند. وقتی در تبلیغات ماشین می‌شنوید که این خودرو ۴ سیلندر و ۱۶ سوپاپ دارد یعنی موتور به ازای هر سیلندر ۴ سوپاپ دارد.) اگر لوله اگزوز بیش از حد کوچک باشد یا صداخفه کن مقاومت صدای زیادی داشته باشد، منجر به فشار رو به عقب در موتور می‌شود که همام نتیجه را خواهد داشت. سیستم‌های اگزوز با کارایی بالا از سراگزوز ، لوله‌های اگزوز بزرگ و صدا خفه کن با جریان باز استفاده می‌کنند تا فشار رو به عقب را در سیستم اگزوز کاهش دهند. استفاده از اگزوزهای دوگانه هم با همین هدف انجام می‌شود؛ وقتی بجای یک لوله اگزوز از دو لوله استفاده میشود، جریان خروج گازهای اگزوز بهبود زیادی پیدا می‌کند.

سبک کردن قطعات

سبک بودن قطعات موتور خودرو به موتوی کمک می‌کند تا کارایی بهتری داشته باشد. به یک مثال درباره پیستون‌ها دقت کنید: هربار که یک پیستون جهتش را تغییر می‌دهد، برای توقف حرکت در یک جهت و حرکت در جهت دیگر از انرژی موتور استفاده می‌کند. هرچه پیستون‌ها سبک تر باشند، انرژی کمتری برای کار کردن آنها احتیاج خواهد بود. این قاعده درباره سایر قطعات خودرو هم صدق می‌کند.

سیستم سوخت رسانی انژکتوری

سیستم سوخت رسانی انژکتوری این امکان را می‌دهد که سوخت هر سیلندر را با اندازه گیری‌های بسیار دقیق مشخص کرد. اینکار کارایی موتور و اقتصاد سوخت را بهبود می‌بخشد.
در ادامه این پست، به برخی از سوالات رایج درباره موتور پاسخ خواهیم داد.

سوالات مربوط به موتور خودرو

در زیر به برخی از رایج ترین سوالات درباره موتور خودرو پاسخ خواهیم داد.

تفاوت موتور بنزینی و موتور دیزلی چیست؟

در موتور دیزلی، شمع جرقه وجود ندارد. بجای آن، سوخت دیزلی به سیلندر تزریق می‌شود و گرما و فشار ضربه تراکم باعث اشتعال سوخت می‌شود. سوخت‌های دیزلی چگالی انرژی بیشتری نسبت به بنزین دارند و به همین خاطر کارکرد کیلومتری موتورهای دیزلی بیشتر است.

تفاوت موتورهای دوزمانه و چهازمانه چیست؟

بیشتر اره‌های زنجیری و قایق‌های کوچک از موتورهای دوزمانه استفاده می‌کنند. موتور دوزمانه سوپاپ متحرک ندارد و هربار که پیستون به بالاترین قسمت چرخه اش می‌خورد، شمع جرقه روشن می‌شود. در این موتورها سوراخ قسمت پایین دیواره سیلندر امکان ورود هوا و سوخت را فراهم می‌کند. با بالا آمدن پیستون، مخلوط فشرده می‌شود، شمع جرقه اشتعال را ایجاد می‌کند و گازهای خروجی از سوراخ دیگر سیلندر خارج می‌شود. در موتورهای دوزمانه باید روغن را با سوخت مخلوط کنید زیرا سوراخ‌های دیواره سیلندر امکان استفاده از رینگ‌ها را برای محکم کردن محفظه احتراق را نمی‌دهد. معمولاً موتورهای دوزمانه نسبت به اندازه شان قدرت زیادی تولید می‌کنند زیرا در این موتورها چرخه احتراق در هر دور دوبرابر موتورهای دیگر است. با اینحال موتورهای دوزمانه سوخت و روغن زیادی مصرف می‌کنند و به همین خاطر آلایندگی آنها بیشتر است.

مزیت موتورهای احتراق خارج چیست؟

در این سری پست‌ها به موتورهای احتراق خارجی از قبیل موتور بخار اشاره کردیم. مزیت اصلی موتور بخار این است که برای راه اندازی آن می‌توانید از هر چیز سوختنی به عنوان سوخت استفاده کنید. به عنوان مثال، موتور بخار می‌تواند از زغال سنگ، روزنامه یا چوب به عنوان سوخت استفاده کند؛ درحالیکه موتورهای احتراق داخلی به سوخت‌های خالص و با کیفیت مایع یا گاز نیاز دارند.

آیا در موتور خودرو از چرخه دیگری بجز چرخه اتو استفاده می‌شود؟

چرخه موتورهای دوزمانه متفاوت است زیرا همانطور که در بالا توضیح دادیم چرخه دیزلی آنها هم متفاوت است. یکی از سری خودرهای کمپانی مزدا به نام مزدا هزاره از یک نوع چرخه اتوی اصلاح شده به نام چرخه میلر (Miller) استفاده می‌کند. موتورهای توربین گازی از چرخه برایتون (Brayton) استفاده می‌کنند. برخی از موتورهای چرخشی هم از چرخه اتو استفاده می‌کنند اما روش استفاده آنها با موتورهای پیستونی چهار زمانه فرق دارد.

چرا در موتور خودرو بجای چند سیلندر از یک سیلندر بزرگ استفاده نمی‌شود؟

دلایل مختلفی برای استفاده از ۸ سیلندر نیم لیتری بجای یک سیلندر چهار لیتری در موتورهای چهار لیتری وجود دارد. دلیل اصلی نرمی‌و روانی حرکت موتور است. موتورهای V8 بسیار روان تر است زیرا بجای یک انفجار بزرگ، ۸ انفجار با فاصله مساوی رخ می‌دهد. دلیل دیگر استارت گشتاور نیرو است. وقتی یک موتور V8 را استارت میزنید فقط دو سیلندر (یک لیتری) را از طریق ضربه تراکم شان به راه می‌اندازید اما با یک سیلندر بزرگ باید بجای این مقدار ۴ لیتر را متراکم کنید.

تفاوت موتورهای ۴ سیلندر و موتورهای V6

تعداد سیلندرهای هر خودرو یکی از فاکتورهای مهم در عملکرد کلی موتور خودرو محسوب می‌شود. هر سیلندر یک پیستون دارد که به داخل سیلندرپمپ می‌کند و این پیستون‌ها به میل لنگ وصل هستند و آن را می‌چرخانند. هرچه پیستون‌های بیشتری پمپاژ کنند، احتراق بیشتری اتفاق می‌افتد. این اتفاق به این معنی است که موتور می‌تواند در زمان کمتری قدرت بیشتری تولید کند.

موتورهای چهارسیلندر معمولاً ترکیب خطی و مستقیم دارند درحالیکه موتورهای شش سیلندر معمولاً به شکل V ساخته می‌شوند که به آنها موتورهای V6 میگویند. موتورهای V6 انتخاب اصلی خودروسازهای امریکایی بوده اند زیرا این موتورها قدرتمند، سبک و بی صدا و در عین حال کوچک هستند که باعث می‌شود براحتی در طراحی‌های مختلف جای بگیرند.

سالها قبل خودروسازان امریکایی موتورهای چهارسیلندر را نمی‌پذیرفتند زیرا گمان می‌کردند این موتورها کند، ضعیف و نامتوازن هستند و شتاب آنها کم است. با اینحال وقتی خودروسازان ژاپنی مثل تویوتا و هوندا در دهه ۸۰ و ۹۰ شروع به نصب موتورهای چهارسیلندر با کارایی بالا روی خودروهایشان کردند، خودروسازان امریکایی درک جدیدی نسبت به این موتورهای جمع و جور پیدا کردند. باوجود اینکه مدل‌های ژاپنی مثل تویوتا کمری به سرعت به رقیب جدی خودروهای امریکایی تبدیل شدند، اما خودروسازان امریکایی همچنان باور داشتند مصرف کننده‌هایشان بیشتر به قدرت و کارایی موتور اهمیت می‌دهند و به همین خاطر تولید خودرو با موتور V6 را ادامه می‌دادند. بنظر می‌رسد با افزایش قیمت سوخت و آگاهی نسبت به آلودگی هوا، خودروسازان هم به موتورهای چهارسیلندر که بهره وری سوخت بیشتر و آلایندگی کمتری دارند روی خواهند آورد.

در سال‌های اخیر اختلاف بین موتورهای چهارسیلندر و موتورهای V6 کاهش قابل توجهی یافته است. با توجه به افزایش تقاضای مصرف سوخت کمتر و کاهش آلایندگی خودروها، خودروسازان مجدانه روی بهبود عملکرد موتورهای V6 کار کرده اند. امروزه بیشتر مدل‌های V6 از نظر بهره وری سوخت و میزان آلایندگی به استانداردهای مدل‌های چهارسیلندر نزدیک شده اند. بنابراین با کاهش شکاف کیفی بین این دو نوع موتور، تصمیم گیری بین انتخاب موتور چهارسیلندر و موتور V6 تا حد زیادی از قیمت تاثیر می‌پذیرد. درباره مدل‌هایی که با هر دو نوع موتور در دسترس هستند، مدل چهارسیلندر حدود ۱۰۰۰ دلار ارزانتر از مدل V6 است. بنابراین صرف نظر از میزا کارایی مدنظر مصرف کننده، ماشین‌های چهارسیلندر همیشه ارزانتر هستند.

و نکته آخر: ایده نصب یک موتور V6 روی خودرویی که برای موتور چهارسیلندر طراحی شده، به هیچ وجه ایده خوبی نیست. بازسازی یک خودروی چهارسیلندر برای تحمل یک موتور V6 می‌تواند بیشتر از خرید یک ماشین جدید هزینه داشته باشد.

امیدواریم مجموعه مقاله‌های موتور خودرو چگونه کار می‌کند؟ برای شما مفید بوده باشد.