موتور چهارزمانه چگونه کار می‌کند؟
۱۶ مهر ۱۴۰۵مطالعه در حدود ۸ دقیقه
ویدیو
موتور چهارزمانه رایج‌ترین نوع موتور احتراق داخلی در خودروهای سواری است. نام آن به چهار حرکت پیستون در هر چرخه اشاره دارد: مکش، تراکم، توان و تخلیه. انجام یک چرخه کامل به دو دور میل‌لنگ، یا ۷۲۰ درجه چرخش، نیاز دارد. فقط زمان توان مستقیماً میل‌لنگ را به حرکت درمی‌آورد؛ انرژی ذخیره‌شده در فلایویل و کمک سیلندرهای دیگر سه زمان باقی‌مانده را پیش می‌برد.
شناخت این چرخه کمک می‌کند ارتباط میان هوا، سوخت، جرقه، کمپرس و خروج دود را بفهمیم. با این حال، از روی یک نشانه مانند دود یا لرزش نمی‌توان قطعه خراب را قطعی تشخیص داد. عیب‌یابی موتور باید با مشاهده داده‌ها و اندازه‌گیری آغاز شود.
اجزای اصلی موتور چهارزمانه
فرایند احتراق داخل سیلندر انجام می‌شود و پیستون درون آن بالا و پایین می‌رود. رینگ‌های پیستون فاصله بسیار کم میان پیستون و دیواره سیلندر را آب‌بندی می‌کنند تا فشار احتراق فرار نکند و روغن بیش از حد وارد محفظه احتراق نشود. شاتون حرکت پیستون را به میل‌لنگ انتقال می‌دهد و میل‌لنگ آن را به حرکت چرخشی تبدیل می‌کند.
در بالای سیلندر، سرسیلندر قرار دارد. سوپاپ هوا مسیر ورود هوا و سوپاپ دود مسیر خروج گازهای سوخته را باز و بسته می‌کنند. زمان حرکت آن‌ها را میل‌سوپاپ تعیین می‌کند. تسمه یا زنجیر تایم نیز میل‌سوپاپ را با میل‌لنگ هماهنگ نگه می‌دارد. انژکتور سوخت را تزریق می‌کند و در موتور بنزینی، شمع جرقه لازم برای شروع احتراق را می‌سازد.
این قطعات جدا از هم کار نمی‌کنند؛ تغییر زمان باز شدن یک سوپاپ یا افت آب‌بندی یک سیلندر می‌تواند بر کل چرخه اثر بگذارد.
چهار مرحله کار موتور
۱. زمان مکش
پیستون از نقطه مرگ بالا به سمت پایین حرکت می‌کند و سوپاپ هوا باز است. پایین رفتن پیستون فشار داخل سیلندر را کاهش می‌دهد و هوا از مسیر فیلتر، دریچه گاز و منیفولد وارد می‌شود. در بیشتر موتورهای انژکتوری، سوخت هم‌زمان در منیفولد یا مستقیماً داخل سیلندر پاشیده می‌شود.
مقدار هوای ورودی با سنسورهایی مانند MAF یا MAP و دمای هوا برآورد می‌شود. یونیت موتور با توجه به این اطلاعات، مقدار سوخت را تعیین می‌کند. فیلتر هوای بسیار کثیف، نشتی منیفولد، دریچه گاز آلوده یا انژکتور معیوب می‌تواند نسبت هوا و سوخت را تغییر دهد. برای درک نقش بازخورد اگزوز در اصلاح این نسبت، مقاله سنسور اکسیژن چگونه کار می‌کند؟ را بخوانید.
۲. زمان تراکم
پس از بسته شدن سوپاپ هوا، پیستون بالا می‌آید و مخلوط هوا و سوخت را فشرده می‌کند. فشرده شدن مخلوط باعث می‌شود انرژی بیشتری از حجم کوچک سیلندر آزاد شود. نسبت تراکم، طراحی محفظه احتراق و عدد اکتان مناسب همگی بر کیفیت این مرحله اثر دارند.
برای ساختن فشار، هر دو سوپاپ، رینگ‌ها و واشر سرسیلندر باید آب‌بندی باشند. نشتی از سوپاپ سوخته، رینگ فرسوده یا واشر آسیب‌دیده کمپرس را کاهش می‌دهد. اگر افت کمپرس فقط در یک سیلندر باشد، موتور معمولاً در دور آرام می‌لرزد. افت نزدیک به هم در چند سیلندر می‌تواند به فرسودگی عمومی یا به‌هم خوردن تایم اشاره کند.
۳. زمان توان یا احتراق
اندکی پیش از رسیدن پیستون به نقطه مرگ بالا، شمع جرقه می‌زند. شعله در محفظه پخش می‌شود، فشار بالا می‌رود و پیستون را به پایین می‌راند. زمان جرقه ثابت نیست؛ یونیت موتور آن را با دور موتور، بار، دما و احتمال ناک تنظیم می‌کند.
اصطلاح «انفجار» توصیف دقیقی برای احتراق عادی نیست. در کارکرد سالم، جبهه شعله به‌صورت کنترل‌شده پیش می‌رود. احتراق خودبه‌خودی و نامنظم بخش دیگری از مخلوط، همان ناک یا ضربه احتراق است که می‌تواند به پیستون و یاتاقان فشار وارد کند. شمع نامناسب، بنزین با اکتان ناکافی، دمای بالا یا رسوب محفظه ممکن است احتمال ناک را بیشتر کند.
۴. زمان تخلیه
در پایان زمان توان، سوپاپ دود باز می‌شود و پیستون با بالا آمدن، گازهای سوخته را به منیفولد و اگزوز می‌فرستد. کاتالیزور آلاینده‌ها را تبدیل و منبع اگزوز صدا را کنترل می‌کند. گرفتگی کاتالیزور یا مسیر خروجی، فشار برگشتی را بالا می‌برد و پر شدن سیلندر در چرخه بعدی را مختل می‌کند؛ نتیجه ممکن است افت توان در دور بالا و افزایش دما باشد.
باز و بسته شدن سوپاپ‌ها دقیقاً در ابتدا و انتهای حرکت پیستون اتفاق نمی‌افتد. مقداری هم‌پوشانی سوپاپ‌ها برای تنفس بهتر موتور در نظر گرفته می‌شود. به همین دلیل حتی جابه‌جایی یک یا چند دندانه تایم می‌تواند عملکرد موتور را محسوس تغییر دهد.
موتور چگونه نرم و پیوسته می‌چرخد؟
هر سیلندر فقط یک‌بار در دو دور میل‌لنگ توان تولید می‌کند. در موتور چندسیلندر، ترتیب احتراق طوری انتخاب شده که ضربه‌های توان با فاصله مناسب رخ دهند. فلایویل نیز بخشی از انرژی هر ضربه را ذخیره می‌کند تا سرعت میل‌لنگ میان دو احتراق بیش از حد کم نشود.
احتراق ناقص در یک سیلندر این تعادل را برهم می‌زند. یونیت موتور از تغییرات بسیار کوچک سرعت میل‌لنگ، بدسوزی را تشخیص می‌دهد و ممکن است چراغ چک را روشن یا چشمک‌زن کند. رانندگی با چراغ چشمک‌زن می‌تواند سوخت نسوخته را وارد کاتالیزور کند و آن را بیش از حد داغ سازد.
نقش روغن‌کاری و خنک‌کاری
روغن‌کاری جزو چهار زمان نیست، اما یاتاقان‌ها، دیواره سیلندر، میل‌سوپاپ و بسیاری از قطعات متحرک بدون لایه روغن دوام نمی‌آورند. پمپ روغن، روانکار را در مدار می‌فرستد و فیلتر ذرات را می‌گیرد. گرانروی نامناسب یا سطح پایین روغن می‌تواند رسیدن روغن به قطعات را مختل کند. راهنمای انتخاب درجه روغن موتور تفاوت گرانروی و استاندارد کیفی را توضیح می‌دهد.
سامانه خنک‌کننده نیز گرما را از بلوک و سرسیلندر می‌گیرد. ترموستات، واترپمپ، رادیاتور و فن باید با هم کار کنند. ادامه رانندگی هنگام بالا رفتن غیرعادی آمپر آب ممکن است سرسیلندر را تاب دهد یا واشر را خراب کند. خاموش کردن موتور ایمن‌تر از باز کردن درِ منبع انبساط داغ است؛ باز کردن مدار تحت فشار خطر سوختگی شدید دارد.
خرابی‌های رایج چه اثری بر چرخه دارند؟
- کمبود هوا یا سوخت: گرفتگی مسیر، فشار سوخت پایین یا انژکتور آلوده باعث افت توان و بدکار کردن می‌شود.
- جرقه ضعیف: شمع فرسوده، کوئل معیوب یا ایراد سیم‌کشی می‌تواند بدسوزی مقطعی یا دائمی ایجاد کند.
- افت کمپرس: رینگ، سوپاپ یا واشر معیوب اجازه نمی‌دهد فشار لازم در زمان تراکم ساخته شود.
- به‌هم خوردن تایم: کشیدگی زنجیر یا لغزش تسمه، زمان تنفس موتور را جابه‌جا می‌کند. در موتورهای تداخلی، پارگی تسمه ممکن است به برخورد سوپاپ و پیستون منجر شود.
- خروج نامناسب دود: کاتالیزور گرفته یا تایم نادرست، تخلیه سیلندر را ناقص می‌کند.
- روغن‌کاری یا خنک‌کاری ضعیف: دمای بالا و اصطکاک، خرابی مکانیکی را سرعت می‌دهند.
رنگ دود چه اطلاعاتی می‌دهد؟
دود آبی معمولاً از سوختن روغن خبر می‌دهد، اما منبع آن می‌تواند رینگ، گاید سوپاپ، توربو یا سیستم تهویه کارتل باشد. بخار سفید کوتاه‌مدت در هوای سرد طبیعی است؛ دود سفید غلیظ و مداوم همراه با کم شدن مایع خنک‌کننده می‌تواند نشتی داخلی را مطرح کند. دود سیاه نیز معمولاً به سوخت زیاد یا هوای ناکافی مربوط است.
رنگ دود فقط سرنخ است. برای مثال، مصرف روغن بدون دود قابل مشاهده هم ممکن است رخ دهد، چون کاتالیزور بخشی از آن را پنهان می‌کند. راهنمای تشخیص دود آبی خودرو علت‌ها را با جزئیات بیشتری بررسی می‌کند.
موتور چگونه عیب‌یابی می‌شود؟
مسیر درست از شرح دقیق علائم شروع می‌شود: ایراد در حالت سرد است یا گرم؟ با دور موتور تغییر می‌کند؟ چراغ چک روشن شده؟ سپس بازدید نشتی و سطح مایعات، خواندن کد و داده زنده، بررسی شمع‌ها و آزمون‌های مکانیکی انجام می‌شود.
تست کمپرس فشار نهایی هر سیلندر را مقایسه می‌کند. تست نشتی سیلندر هوای فشرده را وارد سیلندر می‌کند تا محل فرار از سوپاپ، رینگ یا مدار خنک‌کننده مشخص شود. فشار روغن نیز باید با گیج مکانیکی سنجیده شود؛ روشن شدن چراغ روغن به‌تنهایی علت را نشان نمی‌دهد. در بعضی موارد بررسی تایم، فشار سوخت یا فشار برگشتی اگزوز لازم است.
چه زمانی باید فوراً توقف کرد؟
در صورت روشن شدن چراغ فشار روغن، صدای ضربه فلزی شدید، بالا رفتن خطرناک دمای آب یا چشمک زدن چراغ چک همراه با لرزش، ادامه رانندگی می‌تواند خسارت را چند برابر کند. در محل امن توقف کنید و موتور را خاموش کنید. افزودن روغن یا آب بدون پیدا کردن علت، راه‌حل دائمی نیست.
در تعمیر موتور پیشران، تصمیم تعمیر بر اساس تست کمپرس، نشتی، فشار روغن، داده‌های یونیت و بازدید مکانیکی گرفته می‌شود. باز کردن موتور زمانی منطقی است که اندازه‌گیری، خرابی داخلی را تأیید کند؛ نه به‌عنوان پاسخ پیش‌فرض هر صدا، دود یا افت توان.