سیستم احتراق خودرو یکی از اجزای حیاتی موتورهای درون‌سوز است که مسئولیت تولید انرژی مورد نیاز برای حرکت خودرو را بر عهده دارد. این سیستم با تبدیل انرژی شیمیایی سوخت به انرژی مکانیکی قلب تپنده موتور محسوب می‌شود. عملکرد صحیح سیستم احتراق نقش زیادی در کارایی، مصرف سوخت، کاهش آلایندگی و طول عمر موتور دارد.
در این مطلب به‌طور کامل به معرفی اجزای سیستم احتراق خودرو و نحوه عملکرد آن خواهیم پرداخت و نکات مهمی را برای بهینه‌سازی کارکرد این سیستم و حل مشکلات رایج ارائه خواهیم داد.
سیستم احتراق خودرو چیست؟
سیستم احتراق خودرو به مجموعه‌ای از قطعات و فرآیندهایی گفته می‌شود که وظیفه ایجاد جرقه و اشتعال مخلوط سوخت و هوا در داخل سیلندر موتور را بر عهده دارد. این سیستم برای عملکرد صحیح موتور ضروری است.
در پاسخ به این سوال که احتراق موتور چیست؟ باید بگوییم که احتراق موتور فرآیندی در سیستم احتراق خودرو است که در آن انرژی شیمیایی موجود در سوخت به انرژی حرارتی و مکانیکی تبدیل می‌شود تا نیروی لازم برای حرکت خودرو تولید شود. این فرآیند در موتورهای درون‌سوز رخ می‌دهد و معمولا در داخل سیلندرها انجام می‌شود. در این فرآیند مخلوط سوخت و هوا تحت فشار قرار می‌گیرد و با ایجاد جرقه از شمع یا با فشرده‌سازی در موتورهای دیزلی،به اشتعال می‌رسد. حرارت حاصل از این احتراق باعث حرکت پیستون‌ها می‌شود که نیروی لازم برای چرخاندن میل‌لنگ و در نهایت حرکت خودرو را فراهم می‌کند.
سیستم احتراق به دو نوع معمولی (مکانیکی) و الکترونیکی تقسیم می‌شود که در خودروهای مدرن از سیستم الکترونیکی برای افزایش بازدهی و کاهش مصرف سوخت استفاده می‌شود.
انواع موتور احتراق خودرو
موتورهای احتراق داخلی خودرو به دو دسته کلی داخلی و خارجی تقسیم می‌شوند که در ادامه درباره هرکدام توضیح می‌دهیم.
موتور احتراق داخلی (درون‌سوز)
موتور احتراق داخلی (Internal Combustion Engine – ICE) نوعی موتور است که در آن فرآیند احتراق سوخت، داخل سیلندرها انجام شده و انرژی حاصل از آن به حرکت مکانیکی تبدیل می‌شود. این موتورها از رایج‌ترین انواع موتورهای خودرو هستند و در صنایع مختلفی مانند حمل‌ونقل، کشاورزی و تولید انرژی کاربرد دارند.
موتورهای احتراق داخلی، خودشان به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند که در ادامه معرفی می‌کنیم.
بر اساس نوع احتراق
- موتور جرقه‌ای (SI – Spark Ignition): در این نوع موتور جرقه شمع باعث احتراق مخلوط سوخت و هوا می‌شود؛ مانند موتورهای بنزینی
- موتور تراکمی (CI – Compression Ignition): احتراق از طریق فشرده‌شدن مخلوط سوخت و هوا بدون نیاز به شمع انجام می‌شود؛ مانند موتورهای دیزلی
بر اساس سیکل کاری
- چهارزمانه: شامل چهار مرحله مکش، تراکم، احتراق و تخلیه؛ در خودروها رایج است
- دوزمانه: سیکل احتراق در دو مرحله تکمیل می‌شود؛ رایج در برخی موتورسیکلت‌ها و ماشین‌آلات خاص رایج است
بر اساس چیدمان سیلندرها
- خطی (Inline): سیلندرها در یک ردیف قرار دارند
- خورجینی (V شکل): سیلندرها در دو ردیف با زاویه مشخص چیده شده‌اند
- باکسر (Boxer): سیلندرها به‌صورت افقی روبه‌روی هم قرار دارند
- روتاری (وانکل): از یک پیستون دوار به‌جای پیستون‌های رفت‌وبرگشتی استفاده می‌کند
مزایای موتور احتراق داخلی عبارت‌اند از:
- راندمان بالا و تولید توان زیاد
- طراحی فشرده و وزن کمتر نسبت به موتورهای برون‌سوز
- سرعت پاسخ‌گویی و عملکرد بهینه
معایب موتور احتراق داخلی عبارت‌اند از:
- ایجاد آلودگی زیست‌محیطی
- وابستگی به سوخت‌های فسیلی
- نیاز به خنک‌کاری و روغن‌کاری مداوم
موتورهای احتراق داخلی هنوز هم نقش مهمی در صنعت حمل‌ونقل دارند، اما با پیشرفت فناوری‌های برقی و هیبریدی آینده این موتورها در حال تغییر است.
موتور احتراق خارجی
موتور احتراق خارجی، موتوری است که در آن فرآیند احتراق سوخت در خارج از محفظه سیلندرها انجام شده و سپس انرژی حرارتی تولیدشده برای به حرکت درآوردن یک سیال واسطه، مانند بخار آب یا گازهای فشرده به داخل موتور منتقل می‌شود.
موتورهای احتراق خارجی نیز انواع مختلفی دارند که به شرح زیر است:
- موتور بخار: انرژی گرمایی حاصل از احتراق، آب را به بخار تبدیل می‌کند و بخار تولیدشده پیستون یا توربین را به حرکت درمی‌آورد؛ مانند لوکوموتیوهای بخار و نیروگاه‌های حرارتی
- موتور استرلینگ: از اختلاف دمای بین دو منبع برای حرکت پیستون استفاده می‌کند و نسبت به موتورهای بخار بازدهی بیشتری دارد
- توربین گازی با احتراق خارجی: سوخت در خارج از توربین سوزانده می‌شود و گازهای داغ برای چرخاندن پره‌های توربین استفاده می‌شوند
مزایای موتور احتراق خارجی عبارت‌اند از:
- امکان استفاده از انواع مختلف سوخت‌ها؛ مثل زغال‌سنگ، چوب، نفت، گاز و حتی انرژی خورشیدی
- کاهش آلودگی صوتی به دلیل احتراق خارج از موتور
- عمر طولانی و استهلاک کمتر نسبت به موتورهای احتراق داخلی
معایب موتور احتراق خارجی عبارت‌اند از:
- راندمان پایین‌تر نسبت به موتورهای احتراق داخلی
- اندازه و وزن زیاد به دلیل نیاز به محفظه احتراق و مبدل حرارتی
- سرعت واکنش کندتر و نیاز به زمان برای گرم‌شدن و تولید انرژی
امروزه این موتورها بیشتر در نیروگاه‌های تولید برق، کشتی‌های بخار، لوکوموتیوهای قدیمی و برخی سامانه‌های پیشرفته انرژی به کار می‌روند.
سیستم احتراق خودرو از چه اجزایی تشکیل شده است؟
سیستم احتراق خودرو از اجزای مختلفی تشکیل شده که وظیفه آن تولید جرقه و اشتعال مخلوط سوخت و هوا در داخل سیلندر موتور است. این سیستم شامل بخش‌های زیر می‌شود:
- باتری: تامین‌کننده برق برای راه‌اندازی سیستم احتراق
- سوئیچ استارت: فعال‌کننده مدار الکتریکی برای روشن‌کردن موتور
- کوئل احتراق: تبدیل ولتاژ پایین باتری به ولتاژ بالا برای ایجاد جرقه
- دلکو (توزیع‌کننده): در خودروهای قدیمی برای توزیع جریان برق به شمع‌ها استفاده می‌شد
- شمع‌ها: ایجاد جرقه برای احتراق مخلوط سوخت و هوا در سیلندر
- وایر شمع: انتقال جریان الکتریکی از کوئل یا دلکو به شمع‌ها
- سنسورهای موقعیت میل‌لنگ و میل‌سوپاپ: کنترل زمان‌بندی دقیق جرقه در سیستم‌های مدرن
- ECU (واحد کنترل الکترونیکی): در خودروهای جدید مدیریت و تنظیم دقیق زمان جرقه را بر اساس شرایط موتور انجام می‌دهد
- محفظه احتراق خودرو: در پایخ به این سوال که محفظه احتراق خودرو چیست؟ باید بگوییم که این محفظه، جایی است که مخلوط سوخت و هوا در آن فشرده می‌شود و توسط جرقه شمع اشتعال پیدا می‌کند. محفظه احتراق در داخل سیلندر موتور قرار دارد و با توجه به نوع موتور طراحی‌های مختلفی دارد.
اجزای سیستم احتراق خودرو با همکاری یکدیگر باعث عملکرد صحیح موتور و بهینه‌سازی مصرف سوخت می‌شوند.
اجزای تشکیل دهنده موتور خودرو
اجزای تشکیل‌دهنده موتور خودرو به دو بخش اصلی قطعات ثابت و قطعات متحرک تقسیم می‌شوند که وظیفه آن‌ها تبدیل انرژی حاصل از احتراق سوخت به نیروی مکانیکی است. این قطعات شامل موارد زیر است:
قطعات ثابت
- بلوک سیلندر: بدنه اصلی موتور که سایر قطعات روی آن نصب می‌شوند.
- سرسیلندر: روی بلوک سیلندر قرار می‌گیرد و محل قرارگیری سوپاپ‌ها و شمع است.
- واشر سرسیلندر: برای جلوگیری از نشت آب و روغن بین بلوک سیلندر و سرسیلندر استفاده می‌شود.
- کارتر (محفظه روغن): محل نگهداری روغن موتور و خنک‌کاری قطعات متحرک است.
قطعات متحرک
- پیستون: داخل سیلندر حرکت می‌کند و انرژی احتراق را دریافت می‌کند
- شاتون: پیستون را به میل‌لنگ متصل کرده و نیروی آن را منتقل می‌کند
- میل‌لنگ: حرکت خطی پیستون را به حرکت دورانی تبدیل می‌کند
- سوپاپ‌ها: وظیفه ورود هوا و خروج دود را بر عهده دارد
- میل‌سوپاپ: باز و بسته شدن سوپاپ‌ها را کنترل می‌کند
- فلایویل (چرخ طیار): حرکت موتور را یکنواخت می‌کند و لرزش را کاهش می‌دهد
موتور خودرو اجزایی نیز دارند که تحت‌عنوان سیستم‌های کمکی کار می‌کنند؛ از جمله:
- سیستم سوخت‌رسانی: شامل انژکتور یا کاربراتور برای تامین سوخت
- سیستم خنک‌کاری: شامل رادیاتور، واترپمپ و مایع خنک‌کننده
- سیستم روغن‌کاری: شامل اویل پمپ و فیلتر روغن برای کاهش اصطکاک
- سیستم احتراق: شامل شمع، کوئل و ECU برای جرقه‌زنی مناسب
این اجزا با همکاری یکدیگر عملکرد بهینه موتور را تضمین می‌کنند و بازدهی، توان و طول عمر موتور را افزایش می‌دهند.
سیستم جرقه زنی خودرو چگونه کار می‌کند؟
همانطور که گفتیم، سیستم جرقه‌زنی خودرو وظیفه تولید و انتقال جرقه الکتریکی به شمع‌ها را دارد تا مخلوط سوخت و هوا در داخل سیلندر مشتعل شود. این سیستم در موتورهای بنزینی کاربرد دارد و شامل چند مرحله اساسی است:
- تامین برق از باتری: برق ۱۲ ولتی از باتری خودرو به سیستم جرقه‌زنی ارسال می‌شود
- افزایش ولتاژ در کوئل احتراق: کوئل، برق ۱۲ ولتی را به ولتاژ بالا (۱۰ تا ۴۰ هزار ولت) تبدیل می‌کند
- توزیع برق به شمع‌ها: در خودروهای قدیمی، دلکو (توزیع‌کننده) برق را به هر شمع هدایت می‌کرد، اما در خودروهای مدرن، ECU و کوئل‌های مستقل این کار را انجام می‌دهند
- ایجاد جرقه در شمع: ولتاژ بالا از طریق وایر شمع به شمع می‌رسد و بین دو الکترود آن جرقه ایجاد می‌شود
- احتراق مخلوط سوخت و هوا: جرقه، مخلوط سوخت و هوا را مشتعل می‌کند و نیروی لازم برای حرکت پیستون تولید می‌شود
انواع سیستم احتراق خودرو
سیستم احتراق خودرو در دو نوع مکانیکی و الکترونیکی طراحی می‌شود که هرکدام ویژگی‌های خاص خود را دارند. در ادامه در مورد انواع سیستم احتراق خودرو توضیح می‌دهیم.
سیستم احتراق مکانیکی
سیستم احتراق مکانیکی یکی از انواع قدیمی سیستم‌های احتراق است که در آن جرقه برای اشتعال مخلوط سوخت و هوا به‌صورت مکانیکی تولید می‌شود. این سیستم معمولا شامل دلکو (توزیع‌کننده جرقه)، کوئل احتراق و چکش برق است که برق تولیدشده از باتری را به ولتاژ بالا تبدیل کرده و آن را به شمع‌ها منتقل می‌کند. زمان‌بندی جرقه به‌صورت دستی و مکانیکی تنظیم می‌شود؛ که این امر باعث می‌شود که سیستم به تنظیمات دوره‌ای نیاز داشته و در مقایسه با سیستم‌های الکترونیکی دقت کمتری داشته باشد. سیستم احتراق مکانیکی بیشتر در خودروهای قدیمی و کاربراتوری کاربرد دارد و به مرور با پیشرفت تکنولوژی جای خود را به سیستم‌های الکترونیکی داده است.
سیستم احتراق الکترونیکی
سیستم احتراق الکترونیکی نوع پیشرفته‌تری از سیستم‌های احتراق است که در آن زمان‌بندی جرقه به‌صورت خودکار و با دقت بالا توسط واحد کنترل الکترونیکی (ECU) انجام می‌شود. این سیستم از سنسورها و کوئل‌های مستقل و بدون نیاز به دلکو استفاده می‌کند تا برق با ولتاژ بالا را مستقیما به شمع‌ها ارسال کند. سیستم احتراق الکترونیکی به‌خاطر دقت بیشتر راندمان بالاتری دارد، باعث کاهش مصرف سوخت و آلایندگی می‌شود و نیاز به تنظیمات دوره‌ای کمتری دارد. این سیستم در خودروهای مدرن و انژکتوری کاربرد دارد و به‌طور چشمگیری عملکرد موتور را بهبود می‌بخشد.
انواع سیستم احتراق الکترونیکی عبارت‌اند از:
- سیستم ترانزیستوری (TCI): در برخی خودروها به‌عنوان نسخه بهبودیافته سیستم مکانیکی استفاده می‌شود.
- سیستم جرقه‌زنی بدون دلکو (DIS): هر سیلندر دارای کوئل اختصاصی است و وایرهای شمع حذف شده‌اند.
- سیستم کوئل روی شمع (COP – Coil on Plug): کوئل مستقیما روی شمع قرار دارد و بهترین بازدهی را ارائه می‌دهد.
امروزه سیستم احتراق الکترونیکی به دلیل دقت بالا، کاهش مصرف سوخت و آلایندگی کمتر جایگزین سیستم‌های مکانیکی شده است.
عیب یابی سیستم جرقه زنی خودرو
عیب یابی سیستم جرقه زنی خودرو شامل بررسی مشکلات رایجی است که باعث اختلال در عملکرد موتور می‌شوند. اگر سیستم جرقه‌زنی به‌درستی کار نکند، خودرو ممکن است روشن نشود، بد کار کند یا مصرف سوخت افزایش یابد. علل مشکلات سیستم جرقه‌زنی خودرو به شرح زیر است:
خودرو روشن نمی‌شود یا به‌سختی روشن می‌شود به دلیل:
- ضعف یا خرابی باتری
- خرابی کوئل احتراق و عدم تولید ولتاژ بالا
- خرابی وایرهای شمع و قطع جریان الکتریکی
- سوختگی یا کثیفی شمع‌ها
افت قدرت موتور و شتاب ضعیف است به دلیل:
- کثیف‌شدن یا فرسودگی شمع‌ها و عدم ایجاد جرقه مناسب
- کوئل ضعیف یا نیم‌سوز که باعث کاهش قدرت جرقه می‌شود
- وایرهای معیوب که جریان برق را به‌درستی منتقل نمی‌کنند
- مشکل در سنسورهای موتور؛ مانند سنسور میل‌لنگ یا سنسور میل‌سوپاپ
افزایش مصرف سوخت اتفاق افتاده است به دلیل:
- جرقه ضعیف که باعث احتراق ناقص سوخت می‌شود
- خرابی سنسور اکسیژن یا ECU که تنظیم سوخت را مختل می‌کند
- عدم تنظیم درست زمان جرقه‌زنی
موتور ریپ می‌زند یا دچار لرزش می‌شود به دلیل:
- خرابی یا آلودگی شمع‌ها
- خرابی وایر شمع یا کوئل که باعث قطع جرقه در یکی از سیلندرها می‌شود
- اختلال در ECU یا سنسورهای مرتبط
جرقه نامنظم یا خاموش‌شدن ناگهانی موتور رخ می‌دهد به دلیل:
- اتصالی یا قطعی در مدار الکتریکی سیستم جرقه‌زنی
- خرابی سنسور موقعیت میل‌لنگ که زمان جرقه‌زنی را مختل می‌کند
- مشکلات مربوط به دلکو (در خودروهای قدیمی)
برای مشکلات سیستم جرقه زنی خودرو راه‌حل‌های زیر پیشنهاد می‌شود:
- بررسی وضعیت شمع‌ها و تعویض در صورت نیاز
- تست کوئل احتراق و وایرهای شمع
- استفاده از دستگاه دیاگ برای بررسی خطاهای ECU
- بررسی باتری و سیستم برق خودرو
با عیب‌یابی دقیق و نگهداری منظم سیستم جرقه‌زنی، می‌توان از مشکلات استارت، افت شتاب و افزایش مصرف سوخت جلوگیری کرد.
سخن پایانی
در نهایت، سیستم احتراق خودرو با تبدیل انرژی شیمیایی سوخت به انرژی مکانیکی، عملکرد صحیح موتور را تضمین می‌کند. نگهداری و عیب‌یابی دقیق این سیستم باعث بهینه‌سازی مصرف سوخت و کاهش آلایندگی می‌شود. با آگاهی از اجزا و عملکرد سیستم احتراق می‌توان از مشکلات احتمالی جلوگیری کرد و عمر موتور را افزایش داد.
