موتور چهار زمانه چگونه کار می کند

موتور چهار زمانه چیست

 در یک موتور چهار زمانه اتو برای کامل شدن یک سیکل کار، باید چهار کورس انجام گیرد؛ یعنی برای انجام کار مکانیکی در هر سیکل، چهار مرتبه پیستون به طرف بالا و پایین حرکت می کند (دو مرتبه سمت بالا و دو مرتبه به سمت پایین).

در این مقاله، برای فهم بهتر مطلب و پی بردن به نحوۀ کار موتور چهار زمانه احتراق داخلی، نحوه عملکرد یک سیلندر را شرح می دهیم.

قطعات سیلندر موتور 4 زمانه

در شکل زیر، سیلندر به صورت شفاف نشان داده شده تا قطعات داخلی آن قابل رویت باشند. قسمت های مختلف آن عبارتند از: سیلندر، پیستون، شاتون، مجاری ورودی و خروجی، سوپاپ ها، شمع و غیره.

سیکل اتو

سیکل اتو شامل چهار زمان (کورس) زیر می شود.

• سیکل مکش (Intake Stroke)
• سیکل تراکم (Compression Stroke)
• سیکل احتراق (Power Stroke)
• سیکل تخلیه (Exhaust Stroke)

برای آشنایی با نحوه عمل کرد و هر چهار کورس، آنها را به صورت جداگانه شرح می دهیم.

کورس مکش

در کورس مکش (تنفس)، پیستون از بالا به طرف پایین حرکت می کند. به علت آب بند بودن پیستون در داخل سیلندر و سریع پایین رفتن آن و بزرگ شدن ناگهانی حجم بالای پیستون، فشار این منطقه کمتر از فشار هوای محیط می‌شود خلا نسبی به وجود می‌آید) و با باز شدن سوپاپ هوا، مخلوطی از سوخت و هوا وارد سیلندر ‌شده و فضای خالی بالای پیستون را پر می کند. مقدار بنزین به اندازه لازم به وسیله‌ی کاربراتور یا انژکتور در مسیر هوای مصرفی موتور به صورت اتمیزه پاشیده می شود و از طریق مانیفولد هوا به داخل سیلندر ارسال می گردد.

از نظر تئوری چون سوپاپ گاز باز می شود و قسمت داخلی سیلندر با هوای محیط مرتبط می گردد، بنابراین عمل مکش در فشار ثابت به وقوع می پیوندد؛ اما از نظر عملی، سرعت پیستون بیشتر از سرعت هوای ورودی است زیرا ذرات سوخت و هوا دارای اینرسی بوده و تمایل به حرکت کردن ندارند. لذا خلائی در داخل سیلندر ایجاد می‌شود و فشار داخل سیلندر کمتر از فشار جو می گردد و در نتیجه سوخت و هوا به داخل سیلندر جریان می یابند.

کورس تراکم

در این مرحله، پیستون از پایین به بالا حرکت میکند و هر دو سوپاپ بسته می مانند؛ درنتیجه مخلوط و سوخت در محفظه احتراق فشرده می‌شود و فشار درون سیلندر در پایان زمان تراکم به ۸ تا ۱۶ اتمسفر می رسد. اندازه فشار نهایی گاز در پایان کورس تراکم به عوامل گوناگونی بستگی دارد، از جمله: فضای اتاق احتراق، حجم کل سیلندر، درجه حرارت موتور، فشار هوا، راندمان حجمی موتور و غیره.

در نزدیکی رسیدن پیستون به بالاترین نقطه حرارت خود، شمع جرقه می زند و مخلوط سوخت و هوای متراکم شده را که به علت کوچک شدن فضای سیلندر، مولکول هایش بیشتر با هم تصادف کرده و گرم شده اند را، می سوزاند. از نظر تئوری، تمام محفظه بالای پیستون در انتهای کورس مکش پر از مخلوط سوخت و هوا می شود، اما از نظر عملی درصد پر شدن سیلندر کمتر از این میزان می باشد؛ زیرا به علت اینرسی گاز، نمی توان در زمان مکش تمام فضای سیلندر را از سوخت و هوا اشباع کرد. به علاوه حرارت ایجاد شده در اثر تراکم گاز از دیواره به هوا و آب و روغن انتقال پیدا می کند.

کورس احتراق

در موتور چهار زمانه پس از احتراق و انفجار مخلوط سوخت و هوا، فشار در محفظه احتراق (محفظه کوچک شده بالای پیستون)، به شدت افزایش می‌یابد و گاهی تا ۴۰ اتمسفر می‌رسد و وقتی که بر سطح پیستون اثر کند، نیروی قابل توجهی را به پیستون وارد می کند.

علت بالا رفتن فشار، به طور ناگهانی، احتراق گاز در حجم ثابت است که از نظر تئوری این عمل کاملاً در حجم ثابت فرض شده است و در یک لحظه تمام هیدروکربن های متراکم شده، محترق می گردند؛ ولی از نظر عملی به دلایل زیر، این گونه نمی باشد:

اشتعال گاز به صورت یک دفعه انجام نمی‌گیرد و عمل سوختن 0.003 ثانیه طول می کشد و در این مدت حجم سیلندر به واسطه پائین آمدن پیستون تغییر می کند.

با حرکت پیستون و ازدیاد حجم سیلندر، منحنی فشار احتراق عملاً به شکل منحنی خواهد بود. در این زمان، پیستون از بالاترین نقطه به طرف پایین حرکت کرده، به واسطه شاتون، میل لنگ را به گردش درمی آورد. تنها کورس مفید موتور، همین کورس احتراق می باشد. در این کورس هر دو سوپاپ بسته می مانند.

کورس تخلیه

پیستون از پایین ترین نقطه به طرف بالا حرکت می‌کند و با باز شدن سوپاپ دود، دودهای حاصل از احتراق، موتور را ترک می کنند.

از نظر عملی سوپاپ دود کمی قبل تر از رسیدن پیستون به نقطه مرگ پایین، شروع باز شدن می کند تا عمل تخلیه در فرصت بیشتری انجام شود. به طوری که وقتی پیستون تغییر جهت داده و به طرف بالا حرکت می کند مقدار دود خروجی به حداکثر می رسد. همچنین زمان بسته شدن سوپاپ دود را طوری طراحی کرده اند که پس از کورس تخلیه کمی باز بماند تا عمل تخلیه کامل تر صورت پذیرد. ممکن است تصور شود که با باز بودن سوپاپ دود و پایین رفتن پیستون در زمان مکش، دود به داخل سیلندر کشیده می شود. ولی چنین نیست؛ زیرا دود از مدتی قبل حرکت کرده و در اثر ازدیاد فشار داخل سیلندر نسبت به خارج، سرعت و انرژی لازم را به دست آورده است؛ به علاوه گاز ورودی سنگین تر از دود می باشد.

تفاوت سیکل تئوری و عملی اتو