موتور بنزینی[1] (موتور احتراق داخلی): قلب تپندهٔ خودروی شما
موتور بنزینی چگونه کار میکند؟ از سوخت تا حرکت
اساس کار موتور بنزینی[1]، تبدیل انرژی شیمیایی ذخیره شده در بنزین[2] به انرژی حرارتی (گرما) و سپس تبدیل آن گرمای انفجاری به انرژی مکانیکی (حرکت) است. تمام این فرآیند درون یک محفظهٔ بسته به نام سیلندر انجام میشود.
برای درک بهتر، یک دوچرخه را تصور کنید. شما با پا زدن، نیرو وارد میکنید و چرخها میچرخند. در موتور، این نیرو نه از پا، بلکه از انفجارهای کوچک و پشت سر هم بنزین و هوا تأمین میشود. هر انفجار، پیستون[6] داخل سیلندر را با شدت به پایین میراند و این حرکت خطی، از طریق شاتون[7] و میللنگ[8] به حرکت چرخشی تبدیل میشود که در نهایت چرخهای خودرو را میچرخاند.
چهار مرحلهٔ حیاتی: چرخهٔ چهارزمانهٔ اتو[4]
اکثر موتورهای بنزینی[1] امروزی بر اساس چرخهٔ چهارزمانه کار میکنند. به هر حرکت کامل پیستون[6] از بالا به پایین یا برعکس، یک کورس یا زمان میگویند. چهار زمان اصلی عبارتند از:
| مرحله (زمان) | عملکرد سوپاپ[11]ها | حرکت پیستون[6] | توضیح (مثال شبیه دمیدن بادکنک) |
|---|---|---|---|
| ۱. مکش[12] | سوپاپ[11] ورودی باز، خروجی بسته | پایین میرود | مثل وقتی که دهانهٔ بادکنک را باز میکنید و با مکیدن هوا، آن را بزرگ میکنید. |
| ۲. تراکم[13] | هر دو سوپاپ[11] بسته | بالا میرود | مثل زمانی که دهانهٔ بادکنک پر از هوا را میبندید و با فشار دادن، هوای داخل آن را فشرده میکنید. |
| ۳. احتراق (قدرت)[14] | هر دو سوپاپ[11] بسته | با شدت پایین میرود | مثل انفجار کوچکی در بادکنک که باعث میشود دیوارهٔ آن به سرعت منبسط شود و نیرویی تولید کند. (در موتور، جرقهٔ شمع[15] این انفجار را ایجاد میکند). |
| ۴. تخلیه[16] | سوپاپ[11] ورودی بسته، خروجی باز | بالا میرود | مثل وقتی که دهانهٔ بادکنک را رها میکنید تا هوای داخل آن خارج شود. |
این چهار مرحله مدام تکرار میشوند. در یک موتور چهارسیلندر، در هر لحظه هر سیلندر در یک مرحله از این چرخه است تا حرکت پیستونها و تولید قدرت نرم و پیوسته باشد.
تفاوت کلیدی: موتور بنزینی در برابر موتور دیزلی[5]
هر دو موتور احتراق داخلی[3] هستند، اما روش ایجاد انفجار در آنها متفاوت است. این تفاوت اساسی، ویژگیهای مختلفی به هر کدام میدهد.
| ویژگی | موتور بنزینی[1] | موتور دیزلی[5] |
|---|---|---|
| روش احتراق | با جرقهٔ شمع[15] | با فشار و گرمای زیاد (احتراق خودبهخود[17]) |
| نسبت تراکم[9] | پایینتر (معمولاً 8:1 تا 12:1) | بسیار بالا (معمولاً 14:1 تا 25:1) |
| سوخت | بنزین[2] (فرارتر) | گازوئیل[5] (سنگینتر) |
| توان و گشتاور | معمولاً قدرت[18] بالاتر در دور موتور[19] زیاد | معمولاً گشتاور[20] بالاتر در دور موتور[19] کم |
| راندمان[10] سوخت | معمولاً کمتر | معمولاً بیشتر |
از ماشینچمنزنی تا خودروی مسابقه: کاربردهای متنوع
موتورهای بنزینی[1] به دلیل توانایی تولید قدرت زیاد نسبت به وزن و حجم خود، کاربردهای فراوانی دارند. خودروهای سواری رایجترین مثال هستند. اما فراتر از آن، این موتورها در موتورسیکلتها، قایقهای موتوری کوچک، ژنراتورهای برق اضطراری و حتی ماشینهای چمنزنی نیز استفاده میشوند.
حتی در ورزش، مهندسان برای ساخت خودروهای مسابقهای فرمول یک، از پیشرفتهترین و پیچیدهترین انواع موتورهای بنزینی استفاده میکنند تا حداکثر قدرت و کمترین وزن را داشته باشند. در اینجا، درک شیمی احتراق بسیار مهم است. واکنش کلی سوختن بنزین را میتوان به شکل ساده شدهای نشان داد:
$2 C_8H_{18} + 25 O_2 \rightarrow 16 CO_2 + 18 H_2O + Energy$
این معادله نشان میدهد بنزین (که اکتان[21] جزء اصلی آن است) با اکسیژن هوا میسوزد و تولید دیاکسید کربن، آب و مقدار زیادی انرژی (گرما و فشار) میکند. همین انرژی، پیستون[6] را به حرکت درمیآورد.
سؤالات متداول و تصورات نادرست
خیر. موتورهای بنزینی برای احتراق به سوخت خاصی (بنزین) نیاز دارند که به راحتی بخار شده و با هوا مخلوط شود. آب نه قابل اشتعال است و نه در شرایط داخل سیلندر بخار قابل انفجار تولید میکند. ورود آب به سیلندر میتواند باعث خاموشی یا آسیب شدید موتور شود.
عدد اکتان معیاری برای اندازهگیری مقاومت بنزین در برابر احتراق زودرس[22] یا "کوبش موتور" است. اگر بنزین زودتر از زمان مناسب (پیش از جرقهٔ شمع) منفجر شود، ضربههای مخربی به پیستون و سیلندر وارد میکند. بنزین با عدد اکتان بالاتر (مثلاً 95) در موتورهای با نسبت تراکم[9] بالا بهتر عمل میکند و از کوبش جلوگیری مینماید.
لزوماً خیر. موتورهای قدیمی ممکن است حجم بزرگی داشته و قدرت[18] زیادی تولید کنند، اما از نظر راندمان[10] (تبدیل سوخت به حرکت مفید) و آلایندگی معمولاً ضعیفترند. موتورهای مدرن با سیستمهای پیچیدهتری مانند تزریق مستقیم سوخت[23] و کنترل الکترونیکی، هم قدرت خوبی تولید میکنند، هم سوخت کمتری مصرف میکنند و هم آلودگی کمتری ایجاد مینمایند.
پاورقی
[1] موتور بنزینی / Gasoline Engine (Petrol Engine)
[2] بنزین / Gasoline (Petrol)
[3] موتور احتراق داخلی / Internal Combustion Engine (ICE)
[4] چرخهٔ اتو / Otto Cycle
[5] موتور دیزل / Diesel Engine (از نام رودولف دیزل) – سوخت آن گازوئیل / Diesel Fuel است.
[6] پیستون / Piston
[7] شاتون / Connecting Rod
[8] میللنگ / Crankshaft
[9] نسبت تراکم / Compression Ratio (CR)
[10] راندمان / Efficiency
[11] سوپاپ / Valve
[12] مکش / Intake Stroke
[13] تراکم / Compression Stroke
[14] احتراق (قدرت) / Power (Combustion) Stroke
[15] شمع / Spark Plug
[16] تخلیه / Exhaust Stroke
[17] احتراق خودبهخود / Auto-ignition
[18] قدرت / Power (معمولاً بر حسب اسببخار یا کیلووات)
[19] دور موتور / Revolutions Per Minute (RPM)
[20] گشتاور / Torque (معیاری برای اندازهگیری نیروی چرخشی)
[21] اکتان / Octane (یک هیدروکربن؛ معیار اندازهگیری عدد اکتان است)
[22] احتراق زودرس / Pre-ignition یا Knocking
[23] تزریق مستقیم سوخت / Direct Fuel Injection (GDI)
