موتورهای تنفس طبیعی (NA) چگونه کار میکنند؟
موتورهای تنفس طبیعی (Naturally Aspirated Engines)، که گاهی موتورهای اتمسفریک نیز نامیده میشوند، رایجترین نوع موتورهای احتراق داخلی هستند و با مکش مستقیم هوا به داخل سیلندرها کار میکنند. برخلاف موتورهای توربوشارژ یا سوپرشارژ، این موتورها به هیچ دستگاه خارجی برای افزایش حجم هوای ورودی متکی نیستند.
فرایند کار موتور تنفس طبیعی:
کارکرد این موتورها بر مبنای یک سیکل چهار مرحلهای (یا دو مرحلهای در برخی موتورهای دیزل) است که به طور مداوم تکرار میشود:
- مرحله مکش (Intake Stroke):
* پیستون از نقطه مرگ بالا (TDC) به سمت نقطه مرگ پایین (BDC) حرکت میکند.
* شیر ورودی (Intake Valve) باز است و شیر خروجی (Exhaust Valve) بسته.
* با پایین رفتن پیستون، فشاری کمتر از فشار اتمسفر در سیلندر ایجاد میشود (خلاء نسبی).
* این اختلاف فشار باعث مکش مخلوط هوا و سوخت (در موتورهای بنزینی کاربراتوری یا انژکتوری با پاشش در منیفولد) یا هوای خالص (در موتورهای دیزلی و بنزینی با پاشش مستقیم) به داخل سیلندر میشود.
- مرحله تراکم (Compression Stroke):
* پیستون از نقطه مرگ پایین (BDC) به سمت نقطه مرگ بالا (TDC) حرکت میکند.
* هر دو شیر ورودی و خروجی بسته هستند.
* هوای وارد شده به سیلندر (یا مخلوط هوا و سوخت) فشرده میشود. این فشردگی باعث افزایش دما و فشار مخلوط داخل سیلندر میشود.
- مرحله احتراق/قدرت (Power/Combustion Stroke):
* هنگامی که پیستون به نزدیکی نقطه مرگ بالا (TDC) میرسد:
* در موتورهای بنزینی، شمع جرقه میزند و مخلوط هوا و سوخت فشرده شده را مشتعل میکند.
* در موتورهای دیزلی، سوخت به هوای فشرده و داغ تزریق شده و به دلیل دمای بالا خودبهخود مشتعل میشود.
* احتراق باعث ایجاد انفجار کنترل شده و تولید حجم زیادی گاز داغ و پرفشار میشود.
* این فشار بالا، پیستون را با قدرت به سمت نقطه مرگ پایین (BDC) هل میدهد. این مرحله، تنها مرحلهای است که موتور توان تولید میکند.
- مرحله تخلیه (Exhaust Stroke):
* پیستون از نقطه مرگ پایین (BDC) به سمت نقطه مرگ بالا (TDC) حرکت میکند.
* شیر خروجی (Exhaust Valve) باز است و شیر ورودی (Intake Valve) بسته.
* پیستون گازهای حاصل از احتراق را از طریق شیر خروجی به سمت سیستم اگزوز هدایت میکند.
* پس از رسیدن پیستون به TDC، چرخه دوباره با مرحله مکش آغاز میشود.
اجزای کلیدی:
سیلندر: محفظهای که پیستون در آن بالا و پایین میرود.
پیستون: قطعهای که در داخل سیلندر حرکت کرده و نیروی حاصل از احتراق را به میللنگ منتقل میکند.
شاتون (Connecting Rod): پیستون را به میللنگ متصل میکند.
میللنگ (Crankshaft): حرکت خطی پیستون را به حرکت دورانی تبدیل میکند.
سوپاپها (Valves): شیرهایی که ورود هوا/سوخت و خروج دود را کنترل میکنند.
میلبادامک (Camshaft): با چرخش خود، زمان باز و بسته شدن سوپاپها را تنظیم میکند.
شمع (Spark Plug – در موتورهای بنزینی): جرقه لازم برای احتراق را ایجاد میکند.
سیستم پاشش سوخت (Fuel Injection System) یا کاربراتور: مخلوط هوا و سوخت را تهیه و به سیلندر هدایت میکند.
با تکرار مداوم این چهار مرحله در سیلندرهای متعدد (معمولاً ۴، ۶ یا ۸ سیلندر)، موتور تنفس طبیعی نیروی دورانی لازم برای به حرکت درآوردن خودرو را تولید میکند. سادگی طراحی و قابلیت اطمینان بالا از ویژگیهای اصلی این نوع موتورهاست.