موتور خودرو چگونه کار میکند؟

اتومبیل‌ها که در بیان عامه با نام ماشین شناخته می‌شوند، یکی از ارکان زندگی انسان مدرن هستند. این وسایل نقلیه از قسمت‌های مختلفی تشکیل شده‌اند که از جمله آن‌ها می‌توان به موتور، گیربکس و شاسی اشاره کرد. هرکدام از این بخش‌ها یک نقش را در مجموعه خودرو بر عهده دارند، با این حال می‌توان گفت که موتور خودرو مهم‌ترین بخش هر اتومبیل است و بدون آن وجود اتومبیل معنایی ندارد. آنچه در این مقاله خواهید خواند، بررسی قلب یک اتومبیل است، به بیان دیگر می‌خواهیم بدانیم که موتور خودرو چگونه کار میکند؟

از زمان پیدایش نخستین خودروها تا به امروز، این وسایل نقلیه چرخ‌دار تحولات شگرفی را تجربه کرده‌اند. با این حال یک ویژگی در تمامی آن‌ها یکسان باقی‌مانده است. تمامی خودروها همچنان برای حرکت به موتور متکی هستند. علاوه بر خودروها، انواع دیگر وسایل نقلیه همچون موتورسیکلت‌ها، هواپیماها، قطارها و کشتی‌ها نیز به موتور وابسته هستند. موتورها نقش اصلی را در تداوم حیات بشر مدرن ایفا می‌کنند؛ اما موتور خودرو چگونه کار میکند؟ با ما در ادامه مطلب همراه باشید تا این پرسش را از ابعاد مختلف مورد بررسی قرار دهیم.

موتور ماشین چیست؟

پیش از آن‌که بررسی کنیم موتور خودرو چگونه کار میکند، لازم است تا با چیستی این قطعه آشنا شویم. موتور خودرو قلب تپنده یک اتومبیل است که نیروی لازم برای حرکت خودرو را فراهم می‌کند. علاوه بر آن، تمامی سیستم‌های رفاهی و ایمنی خودرو نیز با انرژی تأمین شده توسط پیشرانه یا همان موتور ماشین فعالیت می‌کنند.

تا پیش از اختراع موتور ماشین، از نیروی حیوانات برای پیش بردن وسایل نقلیه استفاده می‌شد. مخترع آلمانی کارل بنز، در سال 1886 نخستین درشکه موتوردار را به نام خود ثبت کرد. اختراع او نقطه عطفی در تاریخ صنعت حمل و نقل بود. از این پس برای حرکت وسایل نقلیه چرخ‌دار، دیگر نیازی به نیروی چهارپایان نبود.

موتور ماشین در واقع بخش اصلی یک خودرو است. مهم نیست که موتور خودرو از چه منبعی نیرو بگیرد یا نیرو را چگونه به چرخ‌ها انتقال دهد، بدون وجود موتور هیچ‌گونه ماشینی کار نخواهد کرد. موتور خودرو برای انتقال صحیح نیرو به مجموعه‌ای از سیستم‌های دیگر نیاز دارد، با این حال بخش اصلی هر اتومبیل، موتور آن است.

بیشتر بخوانید: سوپاپ خودرو و نقش آن در عملکرد موتور

موتور خودرو چگونه کار می‌کند؟

اکنون نوبت به پرسش اصلی این مقاله می‌رسد، یعنی موتور خودرو چگونه کار میکند؟ موتورها انواع مختلفی دارند که پاسخ به این سوال بر اساس نحوه فعالیت هرکدام از آن‌ها متفاوت خواهد بود. حتی اگر یک بخش خاص از انواع پیشرانه‌ها همچون موتورهای درون‌سوز را مورد بررسی قرار دهیم، با سبک‌های کاری متفاوتی مواجه خواهیم شد.

به طور کلی موتورهای درون‌سوز شامل پیشرانه‌های دیزلی و بنزینی، بر اساس چرخه‌های دو زمانه یا چهار زمانه فعالیت می‌کنند. موتورهای دو زمانه مدت‌ها است که منسوخ شده‌اند، از این رو تنها به روش کاری موتورهای چهار زمانه خواهیم پرداخت.

اکثر موتورهای چهارزمانه بر اساس چرخه‌ای به نام چرخه اتو فعالیت می‌کنند. این چرخه شامل چهار بخش است. بخش اول مکش نام دارد که در جریان آن مخلوطی از سوخت و هوا به درون سیلندرها تزریق می‌شود. در موتورهای قدیمی ترکیب این مخلوط را کاربراتور تعیین می‌کند اما در موتورهای جدید این وظیفه بر عهده انژکتور قرار گرفته است. عملیات تزریق مخلوط سوخت و هوا از طریق سوپاپ یا سوپاپ‌های ورودی صورت می‌گیرد.

مرحله دوم فعالیت موتورها، متراکم کردن مخلوط سوخت و هوا است. در این مرحله پیستون به سمت بالا حرکت می‌کند تا حجم مخلوط سوخت و هوا کاهش یابد. در مرحله سوم، عمل احتراق یا جرقه‌زنی را شاهد هستیم. این مرحله در موتورهای بنزینی از طریق جرقه‌های ایجاد شده توسط شمع خودرو انجام می‌شود؛ اما در موتورهای دیزلی، عمل احتراق نیازی به شمع ندارد و با فشرده شدن مخلوط سوخت و هوا و افزایش گرمای آن، اشتعال به صورت خود به خود انجام می‌شود. عمل احتراق قدرت موتور را آزاد می‌کند و سپس پیستون را به سمت پایین هل می‌دهد.

در نهایت به مرحله چهارم یا تخلیه می‌رسیم. در این مرحله سوپاپ یا سوپاپ‌های خروجی دود باز می‌شوند و پیستون بار دیگر به سمت بالا حرکت می‌کند تا دود حاصل از احتراق را به بیرون از پیشرانه هدایت کند. در هر موتور، تعدادی از سیلندرها به صورت هماهنگ با یکدیگر کار می‌کنند تا عملیات حرکتی سوپاپ‌ها تنظیم شود. برای مثال در یک سیکل زمانی موتور چهار سیلندر، سیلندرهای 1 و 4 به صورت هم‌زمان عملیات مکش و فشرده‌سازی را انجام می‌دهند، در حالی که سیلندرهای 2 و 3 مشغول عملیات احتراق و تخلیه دود هستند.

انواع موتور ماشین

اکنون که متوجه شدید موتور خودرو چگونه کار میکند، لازم است تا به انواع پیشرانه‌های نصب شده در خودروها بپردازیم. انواع موتور خودروهای امروزی شامل پیشرانه‌های درون سوز، هیبریدی یا ترکیبی و الکتریکی می‌شود.

موتورهای درون‌سوز

پیشرانه‌های درون سوز از سال‌ها پیش تاکنون به عنوان نوع سنتی موتور خودرو ایفای نقش کرده‌اند. این پیشرانه‌ها از سوخت‌های فرآوری شده بر اساس نفت خام بهره می‌برند. این سوخت‌ها همچون گازوئیل یا بنزین باعث ایجاد احتراق در موتور و تولید انرژی می‌شوند. اکثر موتورهای درون‌سوز از چرخه چهار زمانه پیروی می‌کنند اما در این بین برخی پیشرانه‌ها با چرخه چرخشی یا وانکل نیز وجود دارند. با این حال اصول کاری تمامی این پیشرانه‌ها مشترک است، آن‌ها از اشتعال برای تولید انرژی استفاده می‌کنند.

موتورهای هیبریدی

افزایش نگرانی‌های محیط زیستی طی قرن بیست و یکم، سبب شده است تا خودروسازان به استفاده از موتورهای هیبریدی یا ترکیبی روی بیاورند. ساز و کار موتورهای هیبریدی در مقایسه با موتورهای درون‌سوز پیچیده‌تر است. این پیشرانه‌ها از ترکیب یک موتور برقی و یک موتور درون‌سوز تشکیل شده‌اند. موتورهای هیبریدی به دو نوع ساده و پلاگین هیبریدی تقسیم می‌شوند.

در موتورهای هیبریدی ساده، موتور برقی در سرعت‌های پایین فعال است و با افزایش سرعت خودرو، موتور درون‌سوز نقش اصلی را بر عهده می‌گیرد؛ اما در موتورهای پلاگین هیبریدی شرایط به صورت دیگری است. در این نوع از پیشرانه همواره موتور برقی وظیفه پیش راندن خودرو را بر عهده دارد و موتور درون‌سوز در نقش یک ژنراتور عمل می‌کند.

بیشتر بخوانید: سیلندر ماشین چیست؟

موتورهای برقی

جدیدترین نوع موتور به کار رفته در اتومبیل‌ها، موتور برقی است. موتورهای برقی بر اساس نرخ ثابت فعالیت می‌کنند و بنابراین حداکثر قدرت و گشتاور آن‌ها از لحظه اول در اختیار راننده قرار دارد. نقطه ضعف موتورهای برقی وابستگی آن‌ها به باتری است. باتری‌ها از فلزات گران‌بها همچون لیتیوم ساخته می‌شوند و به همین دلیل هزینه لازم برای خرید یک خودرو برقی بسیار بیشتر از خودروهای درون‌سوز یا هیبریدی است.

سخن نهایی

امیدواریم با مطالعه این مقاله، درک کاملی از پاسخ پرسش آن یعنی موتور خودرو چگونه کار میکند، به دست آورده باشید. توضیح نحوه کار تمامی پیشرانه‌ها در قالب یک متن بسیار دشوار و حتی ناممکن است، چرا که امروزه هزاران خودرو مختلف با پیشرانه‌های گوناگون به بازار عرضه شده‌اند که طرز کار هرکدام از آن‌ها با دیگری متفاوت است. با این حال تمامی موتورها فارغ از فناوری ساخت یا منبع انرژی مورد استفاده یک وظیفه دارند و آن‌هم به پیش راندن خودرو در تمامی شرایط و لحظات است.

سوالات متداول

• موتور خودرو در کدام قسمت آن قرار دارد؟

خودروها بر اساس نوع کاربری، به انواع موتور جلو، موتور وسط و موتور عقب تقسیم می‌شوند. در اکثر خودروهای مرسوم موتور خودرو روی محور جلوی آن نصب می‌شود. اگر موتور خودرو مابین محورهای جلو و عقب قرار گیرد، آن اتومبیل را موتور وسط گویند. در نهایت اگر موتور خودرو روی محور عقب آن نصب شود،‌ با یک خودرو موتور عقب مواجه خواهیم بود.

• برای انتقال قدرت موتور به چه چیزی نیاز است؟

برای انتقال قدرت موتور به چرخ‌ها در هر وسیله نقلیه، به جعبه دنده یا گیربکس نیاز است. این سیستم میزان قدرت و گشتاور خروجی خودرو را بر اساس نسبت‌های مختلف تنظیم می‌کند و به چرخ‌ها انتقال می‌دهد. جعبه دنده‌ها نیز همانند موتورها، انواع مختلفی دارند.

• راندمان موتور خودرو چقدر است؟

راندمان هر پیشرانه با توجه به نحوه کار آن متفاوت است. راندمان موتورهای بنزینی بین 20 الی 40 درصد است. در مورد موتورهای دیزلی، این رقم اندکی بیشتر است و به حدود 40 الی 50 درصد می‌رسد. موتورهای هیبریدی حدود دو برابر موتورهای بنزینی راندمان عملکرد دارند. بالاترین راندمان عملکرد نیز متعلق به موتورهای برقی است که تنها بخش اندکی از نیرو را تلف می‌کنند.