عملکرد موتورهای احتراق داخلی اساس کار موتورهای چهار زمانه پودمان خودرو کاروفناوری نهم

مطالب کمک درسی و آموزشی جهت تدریس پودمان خودرو کاروفناوری نهم

عملکرد موتورهای احتراق داخلی

در موتور چهارزمانه، یک دوره (سیکل) کار در چهار زمان (کورس) انجام می شود. یعنی برای انجام کار مکانیکی در هر سیکل، چهار مرتبه پیستون به طرف بالا و پایین حرکت می کند دو حرکت به بالا و دو حرکت به پایین برای پی بردن به نحوه کار موتور یک (سیلندر) از آن در شکل زیر نشان داده شده است، در این شکل، سیلندر به صورت شفاف نشان داده شده تا قطعات داخلی آن قابل رؤیت باشد. قسمت های مختلف آن عبارت است از: سیلندر، پیستون، شاتون، دریچه ها، سوپاپ ها، شمع و …

مرحله یا کورس یک مکش:

در کورس تنفس، پیستون از بالا به طرف پایین حرکت می کند.به علت آب بندی بودن پیستون در سیلندر و سریع پایین رفتن آن و بزرگ شدن ناگهانی حجم بالای پیستون، فشار این منطقه کمتر از فشار هوای محیط می شود و خلأ نسبی به وجود می آید و با باز شدن سوپاپ گاز (دریچه ورودی)، مخلوطی از سوخت و هوا وارد سیلندر می شود و فضای خالی پیستون را پر می کند.

مقدار بنزین به اندازهٔ لازم به وسیله کاربراتور در هوای مصرفی موتور به صورت ذرّه پخش گردیده، از طریق لوله های انتقال (مانیفولد گاز) به سیلندر ارسال می شود. در بیشتر مدّت تنفس سیلندر، سوپاپ دود بسته می ماند

از نظر تئوری چون سوپاپ گاز باز می شود و قسمت داخلی سیلندر با هوای محیط مرتبط می گردد، بنابرین عمل تنفس 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 می شود و فشار داخل سیلندر کمتر از فشار جو می گردد و
در نتیجه سوخت و هوا از موضع پرفشارتر به سیلندر جریان می یابد.

مرحله یا کورس دو تراکم:

در این مرحله، پیستون از پایین به بالا حرکت می کند و هر دو سوپاپ بسته می ماند. در نتیجه مخلوط هوا و سوخت در محفظه احتراق فشرده می شود و فشار درون سیلندر در پایان زمان تراکم به 8 تا 16 آتمسفر می رسد. اندازه فشار نهایی گاز در پایان کورس تراکم به عوامل گوناگونی بستگی دارد، از جمله: فضای اطاق 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 زندو مخلوط سوخت و هوای تراکم شده را که به علت کوچک شدن فضای سیلندر مولکول هایش بیشتر با هم تصادف کرده و گرم شده اند، می سوزاند. از نظر عملی درصد پر شدن سیلندر کمتر می باشد زیرا به علّت 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.

مرحله یاکورس سه قدرت:

پس از انفجار گاز فشار در فضای کوچک شده بالای پیستون، به شدت افزایش می یابد و گاهی تا 40 آتمسفر می رسد که وقتی بر سطح پیستون تأثیر کند نیروی قابل توجّهی را به پیستون وارد می سازد. مثلاً هر گاه قطر پیستون را 10 cmفرض کنیم نیروی فشاری معادل است با kg 314یعنی بیش از سه تن نیرو 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 هیدروکربورهای متراکم شده منجر می گردد؛ در این زمان، پیستون از بالاترین نقطه به طرف پایین حرکت کرده، به واسطهٔ شاتون، میل لنگ را به حرکت در می آورد. تنها کورس مفید موتور همین زمان است. در این زمان هر دو سوپاپ بسته می مانند.

مرحله یا کورس چهار تخلیه:

پیستون از پایین ترین نقطه به طرف بالا حرکت می کند و با باز شدن سوپاپ دود پس مانده های حاصل از احتراق، موتور را ترک می کنند. از نظر عملی سوپاپ دود کمی قبل از رسیدن به نقطه مرگ پایین، شروع به 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 حدّاکثر می رسد. همچنین زمان بسته شدن سوپاپ دود را طوری طراحی می کنند که پس از کورس تخلیه کمی باز بماند تا عمل تخلیه کامل تر صورت پذیرد.

ممکن است تصوّر 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 مدّتی قبل حرکت کرده، در اثر ازدیاد فشار داخل سیلندر نسبت به خارج، سرعت و اینرسی لازم را باز یافته است. به علاوه گاز ورودی سنگین تر از دود می باشد.

خلاصه مراحل احتراق یک موتور چهار زمانه

1 - کورس مکش

سوپاپ گاز باز شده و سوپاپ دود بسته است. با پایین رفتن پیستون، مخلوط هوا و سوخت وارد سیلندر می شود.

2 - کورس متراکم

هر دو سوپاپ بسته بوده، با بالا رفتن پیستون،مخلوط هوا و سوخت،تحت فشار قرار می گیردو در نتیجه فشار و درجه حرارت آن بالا می رود

3 - کورس قدرت

هر دو سوپاپ بسته می مانند و گاز فشرده شده با جرقۀ شمع منفجر می شود. در نتیجه پیستون با نیروی زیاد به طرف پایین حرکت می کند.

4 - کورس تخلیه

سوپاپ گاز بسته مانده و سوپاپ دود کمی قبل از این زمان باز شده است. دود از سیلندر خارج می شود.