تاکنون به این سوال فکر کردهاید که چه فرآیندی در خودرو باعث حرکت آن میشود؟ چه تجهیزاتی درگیر این عملیات پیچیده هستند؟ موتور خودرو به عنوان قلب تپندهی آن، مهمترین نقش را در حرکت خودرو دارد. موتور دارای یک سیستم پیچیده و اجزای مختلف است. هریک از این اجزا، در درجه اهمیت خاصی قرار دارند و نبود هر کدام باعث ایجاد مشکل در حرکت خودرو میشود. در نهایت وظیفه این مجموعه تامین نیروی لازم برای به حرکت در آوردن ماشین است. این نیرو نیز با صورت گرفتن یک احتراق کامل و بینقص در موتور تامین میشود. یعنی انفجاری که درون محفظه احتراق صورت میگیرد منبع نیروی خودرو است. در ادامه با تن پارت همراه باشید تا سیلندر خودرو را کاملاً برای شما توضیح دهیم.
فهرست مطالب
سیلندر خودرو چیست؟
سیلندر خودرو (Cylander) قسمتی مهم از موتور است که در هسته مرکزی آن قرار دارد. همانطور که میدانید پیشرانه یک خودرو از سه قسمت اصلی سیلندر، سرسیلندر (Cylinder Head) و کارتر تشکیل شده است. با انفجار سوخت در سیلندر نیروی محرکه اتومبیل تامین میشود. اجزای مختلفی داخل سیلندر قرار دارند مانند پیستون، میل لنگ، شمع موتور، سرسیلندر و واشر سرسیلندر، که در ادامه هرکدام بهصورت جداگانه مورد بررسی بیشتر قرار خواهند گرفت. در تصویر زیر نمای بیرونی یک سیلندر را مشاهده مینمایید.
ساختار سیلندر
سیلندرها به شکل یک استوانه تو خالی تعبیه شدهاند که محفظهای برای بالا و پایین رفتن پیستونها ایجاد میکنند. دیواره داخلی سیلندر باید یک سطح بسیار صاف و یکدست داشته باشد تا پیستون بتواند به راحتی و بدون هیچ مانعی داخل آن حرکت کند. در هر موتوری، حداقل از یک سیلندر کمک گرفته میشود. اگر تعداد آنها بیشتر باشد، از یک بلوک به عنوان یک محفظه کلی برای تمام آنها استفاده میشود. سیلندرها از لحاظ ظاهری، کاربردی، شکل آرایشی و تامین سرعت و قدرت به یک شکل نبوده و به همین دلیل، در خودروهای مختلف کاملاً با یکدیگر متفاوت هستند. در ادامۀ این مقاله انواع آنها را مورد بررسی قرار خواهیم داد. در تصویر زیر نمایی از حرکت پیستون در داخل استوانه سیلندر را مشاهده مینمایید.
عملکرد سیلندر و موتور چهارزمانه
یک عملیات چهارگانه، عملکرد سیلندر را کاملاً توضیح میدهد. به همین دلیل است که موتورهای امروزی خودروها را موتور چهار زمانه (four stroke) مینامند زیرا چرخه آن دارای چهار مرحله است تا تکمیل شود. پس هر چرخه کامل به چهار مرحله تقسیم میشود و در هر مرحله، هر پیستون یک بار طول سیلندر را میپیماید. در ادامه هر چرخه کامل موتور چهارزمانه به دو بار چرخش میل لنگ منجر خواهد شد.
همانطور که در تصویر زیر مشاهده مینمایید این چهار مرحله عبارتند از:
۱- مرحله مکش (Intake)
۲- مرحله فشرده سازی (Compression)
۳- مرحله انفجار یا قدرت (Power)
۴- مرحله تخلیه (Exhaust)
در مرحله مکش، پیستون در بالاترین مکان ممکن در سیلندر قرار دارد. پیستون از بالای سیلندر به پایین میآید و باعث بالا رفتن حجم سیلندر میشود و ترکیبی از هوا و سوخت از طریق سوپاپ ورودی وارد محفظه سیلندر میشود. در مرحله فشرده سازی، هر دو سوپاپ ورودی و خروجی (Valve) بسته میشوند و پیستون به بالای سیلندر بر میگردد که باعث تراکم ترکیب هوا و سوخت میشود.
در مرحله انفجار، وقتی که پیستون در بالاترین نقطه ممکن قرار دارد ترکیب هوا و سوخت متراکم شده توسط جرقه شمع (Spark Plug)، در موتورهای بنزینی یا توسط گرمای تولید شده به واسطهٔ تراکم آن در موتورهای دیزلی احتراق صورت میگیرد. فشار ایجاد شده به دلیل احتراق سوخت باعث میشود که پیستون دوباره به پایینترین نقطه برگردد. در مرحله آخر که تخلیه نام دارد، همانطور که سوپاپ دود خروجی باز است، پیستون به بالا بر میگردد و دود حاصل از احتراق سوخت از آن خارج شده و درنهایت از طریق اگزوز به بیرون رانده میشود.
در ویدیوی زیر عملکرد سیلندر در موتور چهارزمانه را مشاهده مینمایید:
اجزای سیلندر
بسیاری از اجزای سیلندر را میتوان بخشهایی دانست که روی بلوک سیلندر سوار میشوند. برخی از این بخشها تکمیل کننده فضای سیلندر به شکل استوانهای سربسته هستند و برخی دیگر در انجام وظایف سیلندر به آن کمک کرده و اجزای فعال و حرکتی سیلندر محسوب میشوند. در ادامه مهمترین آنها را توضیح میدهیم:
شمع (Spark Plug)
شمع خودرو چیست و چه کاربردی در موتور دارد؟ برای تکمیل فرایند عملیات احتراق در داخل موتور احتیاج به قطعهای است که با ایجاد جرقه این کار را انجام دهد. این وظیفه مهم به شمع محول شده است. قسمت فلزی شمع که جرقه از میان آنها ساتع می شود، معمولاً از جنس مس، پلاتینیوم یا ایریدیوم است.
پس از اینکه کوئل خودرو جریان با ولتاژ پایین را از باتری خودرو دریافت کرد، ولتاژ آن را افزایش میدهد و سپس این جریان ولتاژ بالا را به شمع منتقل میکند. سپس جریان بین دو الکترود مرکزی و جانبی موجود در شمع که یکی مثبت و دیگری منفی است افزایش یافته و ساختار گازهای موجود در محفظه را تغییر میدهد. با افزایش ولتاژ، گاز یونیزه و رسانای جریان الکتریکی شده و در محفظه ایجاد احتراق میکند. در تصویر زیر چهار عدد شمع برای یک خودروی چهار سیلندر را مشاهده مینمایید.
پیستون و شاتون
پیستون (به انگلیسی Piston) چیست؟ پیستون قطعهای استوانهای شکل و توخالی است که یک سرش بسته و سر مقابلش باز است. طول این استوانه کمی بیشتر از قطرش است. قطر پیستون در سطح پایینی آن یعنی سطح بازش کمی کمتر از سطح بالایی آن طراحی میشود. نقش پیستون در موتور که عمل رفت و برگشت را درون سیلندر انجام میدهد، انتقال نیرو از گازهای در حال انبساط در داخل سیلندر به میللنگ با استفاده از یک میلهٔ رابط به نام شاتون (به انگلیسی Connecting Rod) است.
قدرت انتقال حرارت در پیستون بسیار حیاتی است، چرا که ممکن است بالا رفتن دمای آن تحت تاثیر دمای محفظه احتراق منجر به چسبیدنش به دیواره سیلندر و اخلال در عملکرد موتور شود. پیستون معمولاً برای هدایت حرارتی مناسب و سبک وزن از آلیاژ آلومینیوم چدنی ساخته میشود. آلومینیوم هنگام گرم شدن منبسط میشود و برای حفظ حرکت آزاد پیستون در سوراخ سیلندر باید از ترخیص مناسب تهیه شود. عدم ترخیص کافی باعث می شود پیستون در سیلندر قرار بگیرد. ترخیص بیش از حد نیز میتواند باعث از بین رفتن فشردهسازی و افزایش صدای پیستون شود.
میل لنگ (Crankshaft)
میل لنگ چیست؟ میل لنگ قطعهای است که به وسیله یاتاقان روی بلوک سیلندر سوار میشود و حرکت خطی پیستونها را تبدیل به حرکت دورانی میکند. نیروی چرخش دینام «آلترناتور»، پمپ هیدرولیک فرمان، کمپرسور کولر و واتر پمپ نیز از طریق چرخش میل لنگ تأمین میشود. در قسمت انتهایی میل لنگ نیز فلایویل بسته میشود که دیسک و کاور کلاچ روی آن بسته میشوند و نیرو را به گیربکس و سپس به چرخها انتقال میدهند.
در تصویر سمت چپ، میل لنگ به رنگ قرمز نشان داده شده است و دایره طوسی رنگ نیز فلایویل است.
یاتاقان (Bearing)
یاتاقان (Bearing) وسیلهای است که اجازهٔ حرکت نسبیِ مشخصی را بین دو یا بیشتر از دو قطعه میدهد. در خودرو از این قطعه در سیلندر استفاده میشود. جایی که بین شاتون و میل لنگ قرار گرفته تا حرکت بین آنها را تسهیل کرده و اصطکاک را کمتر کند. اگر یاتاقان وجود نداشته باشد، دو قطعه فلزی روی هم قرار میگیرند و حرکت و اصطکاک ایجاد شده بین آن دو باعث خرابی، شکستگی و پوسیدگی میشود. از طرفی یاتاقان مانع ایجاد لرزش قطعات مکانیکی شده و جلوی سر و صدای ناشی از انتقال نیرو قطعات را میگیرد.
یاتاقان زدن یکی از مشکلاتی است که ممکن است یک ماشین با آن روبرو شود. هر عاملی که باعث دفرمه شدن یا آسیب دیدن یاتاقان شود، به طوری که یاتاقان به میل لنگ بچسبد یا بیش از حد از آن فاصله بگیرد را یاتاقان زدن میگویند. در این حالت لایه روغن دیگر قادر نخواهد بود به خوبی فضای خالی میان این دو را پر کند. اگر به یاتاقانزدن موتور توجه نشود و اقدام برای رفع مشکل آن صورت نگیرد، میتواند خسارات سنگینی را به همراه داشته باشد.
عوامل زیر باعث یاتاقان زدن خودرو میشود:
- خرابی پمپ روغن
- وجود ناخالصی در روغن
- کثیفی بیش از حد روغن موتور و فیلتر آن
- آب و روغن قاطی کردن ناشی از سوختن واشر سرسیلندر
- کمبود میزان روغن پیشرانه
- خرابی سیستم خنک کننده خودرو
فلایویل (Flywheel)
فلایویل چیست؟ نام دیگر فلایویل چرخ لنگر یا چرخ طیار است که برای ذخیره انرژی چرخشی حاصل از چرخش میل لنگ، طراحی شده است. فلایویل که از جنس فولاد ساخته شده است، به صورت دایره ای شکل است و دور تا دور آن دندانهای شکل طراحی شده است. باید گفت که وزن زیاد Flywheel، حرکت دورانی میل لنگ را متعادل میکند و جلوى ضربه را گرفته و لرزش موتور را از بین مىبرد. بزرگى و سنگینى فلایویل نسبت عکس با تعداد سیلندرها دارد. فلایویل خودروی چهار سیلندر از خودروی هشت سیلندر بزرگتر و سنگینتر است.
قدرتى که از طرف پیستون به میل لنگ داده مىشود، یکنواخت نیست. به همین دلیل سرعت میل لنگ کم یا زیاد میشود. اینرسى فلایویل تمایل دارد که آن را با سرعت ثابت حرکت دهد بنابراین فلایویل در زمانی که میل لنگ تمایل به افزایش سرعت داشته باشد، قدرت را گرفته و زمانی که تمایل به کاهش سرعت داشته باشد، قدرت به آن پس مىدهد. این عملیات ضربات وارده از پیستون را خنثى کرده و مانع شکستن و پیچش میل لنگ مىشود.
در تصویر زیر فلایویل را مشاهده مینمایید. دیسک و صفحه خودرو نیز در یک طرف فلایویل قرار دارند.
سرسیلندر (Cylinder Head)
سرسیلندر چیست؟ این قطعه که از چدن ریختهگری و یا آلومینیوم ساخته میشود، روی بلوک سیلندر پیچ شده و آن را از بالا محفوظ میکند. اگر بلوک سیلندر یک موتور را به تنهایی دیده باشید متوجه شدهاید که قسمت فوقانی آن باز بوده و پیستونها در درون سیلندرها قابل دیدن هستند. استوانههای توخالی و روباز سیلندر در بلوک توسط سرسیلندر کامل شده و تشکیل اتاقک احتراق میدهند.
احتمالاً واژه واشر سرسیلندر (Cylinder head gasket) هم زیاد به گوش شما خورده است. اما واشر سرسیلندر چیست و چه کاربردی دارد؟ قطعهای ساخته شده از مس و فولاد است که بین بلوک سیلندر و سرسیلندر قرار میگیرد و به آن پیچ میشود. وظیفه اصلی آن عایقبندی فضای درون سیلندر و ممانعت از نفوذ آب و مایعات خنک کننده به درون آن است. همچنین واشر سرسیلندر مانع از نفوذ گاز و سوخت به بیرون از محفظه احتراق میشود. آببندی واشر سرسیلندر بسیار مهم است زیرا هرگونه نشتی، در عملکرد موتور تأثیر گذار بوده و میتواند موجب کاهش قدرت و راندمان موتور شود. بسیار این اصطلاح را شنیدهاید که واشر سرسیلندر سوخته است! این اصطلاح به این معنی است که این واشر تغییر شکل داده است و قابلیت آببندی خود را از دست داده است. دلایل مختلفی برای این تغییر شکل وجود دارند که عبارتند از:
- کم شدن آب رادیاتور
- انسداد مجراهای عبور آب در موتور
- نقص فنی در ترموستات
- نقص فنی در واتر پمپ
- پیچ خوردگی شلنگهای ورودی و خروجی رادیاتور
- رانندگی طولانی در ترافیک و فشار بر موتور در فصل گرما
چیدمان سیلندر خودرو
همانطور که در ابتدای مقاله اشاره کردیم، سیلندرها از لحاظ ظاهری، کاربردی، شکل آرایشی و تامین سرعت و قدرت به یک شکل نبوده و همین ویژگی، آنها را نسبت به هم متفاوت میکند. بلوک سیلندر بر اساس نوع آرایش به چند دسته تقسیم میشود که عبارتند از:
آرایش خطی (Inline or Straight engine)
این طراحی، نخستین آرایشی است که در تولید خودروها استفاده شد. تمام سیلندرهای موجود در این نوع، درست در یک خط صاف بر روی یک بلوک، پشت هم ردیف شدهاند. موتورهای مجهز به این نوع سیلندرها، بیشتر روی قدرت تمرکز دارند تا روی سرعت. زاویه سیلندرها در این آرایش به صورت قائم است.
آرایش خطی زاویه دار (Inline or Straight engine)
این مدل بسیار شبیه به نوع خطی است و تنها تفاوت آن که منجر به دورگیری بهتر میشود؛ نسبت زاویه بلوک سیلندر خودرو به میزان ۱۵ تا ۶۰ درجه است. این نوع بلوک فضای کمتری اشغال میکند و موتوری کم حجم را تشکیل میدهد. در ضمن تعمیر موتورهای دارای این نوع بلوک سادهتر است.
آرایش V شکل (V engine)
آرایش قرارگیری بلوکهای V یا خورجینی به این صورت است که سیلندرها در دو ردیف روبروی هم قرار میگیرند تا زاویه دقیقا شبیه به حرف V بسازند. پیشرانههای مجهز به مدل خورجینی بسیار سرعتی هستند. همچنین قدرت اسب بخار زیاد و گشتاور بالایی را پشتیبانی میکنند. دلیل پیدایش این آرایش این بوده است که گاهی خودرو سازان تا ۱۲ سیلندر را در یک ردیف قرار میدادند که این باعث بوجود آمدن مشکلات بسیاری از جمله افزایش طول خودرو یا افزایش وزن خودرو میشد. این موتورها در مواردی استفاده می گردند که نیاز به سرعت بالا است. چرا که موتورهای V شکل دارای سرعت بسیار مناسبی بوده و به این موتورها، موتورهای سرعتی میگویند.
آرایش VR شکل (VR Engine)
آرایش VR یا همان جناغی خطی، نمونه ارتقا یافته آرایش V است. موتورهای با سیلندر VR، قدرتی به اندازه مدل خطی و سرعتی به میزان مدل V دارند. حجم و وزن کم، فضای اشغالی کم و بهبود راندمان از دیگر مزایای این نوع آرایش است. این موتورها برای اولین بار توسط کمپانی معظم فولکس واگن طراحی شد.
آرایش W شکل (W Engine)
موتور W یا WR، از ترکیب دو موتور VR8 با یکدیگر بوجود آمده است و به نسبت ابعاد و حجم خود دارای قدرت و سرعتی بسیار بالا هستند. خودرو بوگاتی ویرون از این موتور استفاده میکند. چیدمان سیلندرهای این موتور مانند موتور وی شکل است با این تفاوت که درمیان موتور وی شکل یک سری سیلندر دیگر در مرکز موتور قرار دارد که موتور وی شکل را به موتور دابلیو شکل تبدیل میکند.
گالری تصاویر سیلندر
پرسش و پاسخ
آیا امکان تراشیده شدن سیلندر وجود دارد؟
اگر پیستون در سیلندر کج شود و شاتون دلیل اصلی آن باشد و روغن کاری به شکل صحیح صورت نگیرد، این قطعه دچار تراشیدگی خواهد شد.
آیا سیلندر را میتوانیم خودمان تعویض کنیم؟
خیر، تعویض سیلندر کاری بسیار تخصصی است که نیاز به تجربهی بالا دارد و اشتباه در انجام آن میتواند عواقب بسیار جدی برای شما به همراه داشته باشد.
آیا در صورت خرابی سیلندر کل موتور باید تعویض شود؟
اگر خرابی سیلندر باعث سوختن و آب شدن قطعات یا گیر کردن پیستون در آن شود باید کل موتور تعویض شود. البته میتوان آن را تعمیر نیز کرد اما هزینه آن بسیار بالا است و توجیه اقتصادی ندارد.
4 دیدگاه