نحوه کار کردن موتور احتراق داخلی

«موتور درون سوز» (internal combustion engine) یا به اختصار «ICE» سیستمی است که احتراق سوخت آن در محیط بسته ای به نام «محفظه ی احتراق» (combustion chamber) صورت می گیرد. واکنش سوختن با تولید گرمای بسیار زیاد، منجر به افزایش دما و فشار می گردد. بعد از انفجار، سیال اجازه دارد منبسط شود. این انبساط در ادامه منجر به ایجاد حرکت برای مثال در پیستون ها، «روتور» (rotor) یا حرکت کل موتور می گردد.

این فرایند با فرایندی که در «موتورهای احتراق خارجی» (external combustion engines) مانند موتورهای بخار اتفاق می افتد، متفاوت است. در این نوع از موتورها، سوختن ابتدا یک سیال عملیاتی مانند آب را گرم می کند که در ادامه این سیال منجر به ایجاد فشار، حرکت یا انرژی جنبشی می گردد. بخار پرفشار و فوق داغ تولید شده پیستون را به حرکت در می آورد.

ICE عموما شامل موتورهای «رفت و برگشتی» (reciprocating)، موتورهای «وانکل» (Wankel) و طرح های مشابه است که احتراق به شکل ناپیوسته در آن ها صورت می گیرد. با این حال برخی از فرایندهای پیوسته مانند موتور جت ها، موشک ها و توربین های گاز نیز موتور درون سوز هستند.

بزرگ ترین عیب این سیستم تولید آلودگی است. علاوه بر آلودگی هوا، پسماندهای تولیدی مانند لاستیک و روغن به محیط زیست ضربه می زنند. بسیاری از موتورهای درون سوز آلودگی صوتی زیادی تولید می کنند. عیب دیگر ICE اندازه بزرگ آن است چرا که غالبا امکان تولید توان مورد نیاز از یک موتور کوچک وجود ندارد. موتورهای الکتریکی البته این مشکل را ندارند.

نحوه قرارگیری سیلندر در موتور خودرو

مراحل کار یا چرخه عملکرد موتور احتراق داخلی

حرکت رفت و برگشتی پیستون در سیلندر، مکانیزم اصلی تولید توان در انواع موتور احتراق داخلی می­باشد که توسط دسته موتور به محور اصلی انتقال می­یابد. پیستون در سیلندر بین دو موقعیت مرکز مرگ پایینی و موقعیت مرگ بالایی به صورت دائمی حرکت می­کند و زمانی که پیستون در نقطه­ ی مرگ بالایی قرار می­گیرد، حجم سیال درون پیستون کمینه و زمانی که پیستون در نقطه­ ی مرگ پایینی قرار می­گیرد، حجم سیال بیشینه می­باشد.

به طور کلی انواع این موتورها به دو دسته ­ی موتورهای جرقه ای و موتور­های تراکمی تقسیم می­شوند، که این معیار دسته­ بندی بر اساس نسبت تراکم در هر موتور می­باشد.

نسبت تراکم را می­توان به صورت نسبت حجم بیشینه به حجم کمینه سیال درون سیلندر در موتور درون سوز تعریف کرد. نسبت تراکم در موتور­های جرقه ­ای بین ۸ الی ۱۲ و در موتورهای تراکمی بین ۱۲ الی ۲۴ می باشد.

اجزای موتور احتراق داخلی شامل محفظه ­ی سیلندر ، پیستون ، شمع ، دریچه­ های ورودی هوا و سوخت (سوپاپ)، دریچه خروجی هوا و سنسورهای متعدد می­باشد. در ادامه به صورت مختصر، ساختار و سیکل کارکرد این نوع موتور بررسی می­شود.

این مراحل عبارتند از:

۱) مرحله مکش موتور خودرو

۲) مرحله تراکم موتور

۳) مرحله احتراق موتور

۴) مرحله تخلیه موتور

در ادامه به صورت مختصر به توضیح هر کدام از این مراحل خواهیم پرداخت.

موتور خودرو از چه اجزایی تشکیل شده است؟

مرحله مکش موتور خودرو

همزمان با پایین آمدن پیستون، سوپاپ ورودی سیلندر باز می شود تا مخلوط سوخت و هوا وارد سیلندر شود.

مرحله تراکم موتور

وقتی پیستون ها تا انتها پایین رفت، دریچه ورودی بسته می شود تا موقع بالا آمدن سوپاپ، مخلوط سوخت و هوا فشرده شود و تراکم صورت گیرد.

مرحله احتراق موتور

وقتی که پیستون تا انتها بالا رفت، شمعی که دورن سیلندر وجود دارد ایجاد جرقه کرده تا مخلوط سوخت و هوا منفجر شود و موج انفجار به وجود آید و این موج باعث ایجاد فشار زیاد بر روی پیستون می شود و در نهایت پیستون با قدرت و سرعت زیاد به پایین حرکت می کند.

استارت خودرو از چه اجزایی تشکیل شده است؟

مرحله تخلیه موتور

وقتی که پیستون تا انتها پایین رفت، سوپاپ خروجی باز شده تا با بالا آمدن پیستون، دود داخل سیلندر تخلیه شود. برای بالا آمدن پیستون و خروج کامل دود، سوپاپ خروجی بسته شده و دوباره مراحل ذکر شده تکرار می شود.

این چهار مرحله، در موتور احتراق داخلی یک سیکل و یا یک چرخه می گویند و منظور از سیکل این است که در یک بازه زمانی معین یک عملی چندین بار تکرار شود. که در مورد اتومبیل این سیکل بارها و بارها در هنگام حرکت اتفاق می افتد.