تفاوت موتور چهار زمانه و دو زمانه + معرفی کامل اجزای هر کدام
موتورهای احتراق داخلی به دو نوع اصلی موتور دو زمانه و موتور چهار زمانه تقسیم میشوند. هر کدام مزایا و کاربردهای خاص خود را دارند، اما در اغلب خودروهای سواری، کامیونها و شاسیبلندهای امروزی از موتور چهار زمانه استفاده میشود؛ چون مصرف سوخت کمتر، صدای کمتر و آلایندگی پایینتری نسبت به موتور دو زمانه دارد. در عوض، موتور دو زمانه به دلیل ساختار ساده، وزن کم و توان بالا نسبت به حجم، بیشتر در موتورسیکلتهای سبک، اسکوترها، موتورهای کوچک، اره برقی و ماشینهای چمنزنی استفاده میشود. در موتور چهار زمانه چرخه احتراق در چهار مرحلهی مکش، تراکم، احتراق و تخلیه انجام میشود، در حالی که در موتور دو زمانه همین فرآیند تنها در دو کورس پیستون تکمیل میشود.
اجزای موتورهای چهار زمانه و دو زمانه
از نظر سیستم روغنکاری و آلایندگی نیز تفاوت مهمی بین این دو نوع موتور وجود دارد. در موتور چهار زمانه از یک سیستم روغنکاری مجزا استفاده میشود که باعث مصرف کمتر روغن، کاهش اصطکاک و کاهش آلودگی خروجی از اگزوز میگردد. اما در موتور دو زمانه روغن با بنزین مخلوط میشود و همراه سوخت میسوزد؛ این موضوع علاوه بر افزایش مصرف روغن، باعث افزایش آلایندگی، دود بیشتر و بوی تند اگزوز میشود. به همین دلیل، در بحث آلودگی هوا، استانداردهای زیستمحیطی و بهینهسازی مصرف سوخت، موتورهای چهار زمانه انتخاب مناسبتری برای وسایل نقلیه مدرن به شمار میآیند.
موتور چهار زمانه و دو زمانه چیست؟
در موتورهای احتراق داخلی، بر اساس تعداد مراحل انجام چرخه احتراق، دو نوع موتور چهار زمانه (4 زمانه) و موتور دو زمانه (2 زمانه) داریم. هر چرخه احتراق شامل چهار مرحله اصلی است: ورود مخلوط سوخت و هوا، تراکم، احتراق و خروج گازهای سوخته. در موتور 4 زمانه این چهار مرحله در چهار حرکت مجزای پیستون انجام میشود و برای ورود و خروج گازها از سوپاپهای ورودی و خروجی استفاده میشود. این نوع موتور به دلیل مصرف سوخت کمتر، آلایندگی پایینتر، راندمان بالاتر و جدابودن سیستم روغن از سوخت، در اکثر خودروهای سواری، کامیونها، ژنراتورها و موتورهای بنزینی و دیزلی مدرن استفاده میشود.
در مقابل، موتور 2 زمانه چرخه احتراق را تنها در دو حرکت پیستون کامل میکند و به جای سوپاپ، از پورتهای ورودی و خروجی اگزوز که با حرکت پیستون باز و بسته میشوند، بهره میبرد. در این موتورها برای روانکاری پیستون، روغن باید با بنزین مخلوط شود، به همین دلیل دود و آلایندگی بیشتری تولید میکنند. موتورهای دو زمانه به دلیل ساختار سادهتر و توان بالاتر نسبت به حجم بیشتر در موتورسیکلتهای سبک، اره برقی، ماشین چمنزنی و تجهیزات کوچک به کار میروند و در خودروهای سواری و کامیونها تقریبا استفاده نمیشوند.
در موتور چهار زمانه (Four-Stroke Engine) منظور از چرخه کامل موتور، توالی چهار مرحلهی اصلی مکش، تراکم، احتراق و تخلیه است که در مجموع معادل دو دور چرخش میللنگ و چهار کورس رفتوبرگشتی پیستون محسوب میشود. در مرحلهی مکش (Intake Stroke) با حرکت رو به پایین پیستون و باز شدن سوپاپ ورودی، مخلوط سوخت و هوا وارد سیلندر میشود. در مرحلهی تراکم (Compression Stroke) سوپاپها بستهاند و پیستون به سمت بالا حرکت میکند و مخلوط سوخت و هوا را در محفظه احتراق فشرده میکند تا شرایط برای یک احتراق کامل و پرقدرت فراهم شود.
در مرحلهی احتراق یا توان (Power Stroke)، وقتی پیستون به نزدیک نقطه مرگ بالا (TDC) میرسد، شمع جرقه زده و مخلوط متراکمشده را منفجر میکند؛ این انفجار باعث میشود پیستون با قدرت به سمت پایین رانده شود و توان خروجی موتور از طریق شاتون به میللنگ منتقل گردد. در مرحلهی چهارم یعنی تخلیه (Exhaust Stroke)، سوپاپ اگزوز باز شده و پیستون دوباره به سمت بالا حرکت میکند تا گازهای سوخته را از سیلندر به سمت منیفولد اگزوز خارج کند. هر چهار این مرحله، یک چرخه کامل احتراق در موتور چهار زمانه را تشکیل میدهند. بنابراین وقتی گفته میشود موتور در ۱۰۰۰ دور بر دقیقه (RPM) در دور آرام کار میکند، یعنی این چرخه چهارزمانه حدود ۱۰۰۰ بار در دقیقه (تقریبا ۱۶ بار در ثانیه) تکرار میشود. این توضیح مبنای درک نحوه کار موتور چهار زمانه، راندمان، توان و مصرف سوخت در خودروها و موتورهای احتراق داخلی مدرن است.
تفاوت های موتورهای 4 زمانه و 2 زمانه
| ویژگی / مقایسه | موتور چهار زمانه (4 زمانه) | موتور دو زمانه (2 زمانه) |
|---|---|---|
| چرخه کامل موتور | هر چرخه کامل = ۲ دور چرخش میللنگ | هر چرخه کامل = ۱ دور چرخش میللنگ |
| تعداد کورسها | ۴ کورس: مکش، تراکم، احتراق، تخلیه | ۲ کورس: ترکیب مراحل مکش/تراکم و احتراق/تخلیه |
| فلایویل (چرخ طیار) | نیاز به فلایویل سنگینتر بهخاطر ضربات نامتعادل | استفاده از فلایویل سبکتر بهخاطر ضربات یکنواختتر |
| وزن و ساختار | سنگینتر، قطعات متحرک و مجموعه سوپاپها بیشتر | سبکتر، قطعات متحرک کمتر، ساختار سادهتر |
| ورود و خروج گازها | دارای سوپاپ ورودی و سوپاپ خروجی، نیاز به میلبادامک و تسمه/زنجیر تایم | بدون سوپاپ، استفاده از پورتهای ورودی و خروجی اگزوز که با حرکت پیستون باز و بسته میشوند |
| قیمت موتور | معمولاً گرانتر بهدلیل ساختار پیچیدهتر | معمولاً ارزانتر بهدلیل طراحی سادهتر |
| راندمان مکانیکی | بهخاطر قطعات متحرک بیشتر، راندمان مکانیکی کمتر | بهخاطر قطعات متحرک کمتر، راندمان مکانیکی بالاتر |
| راندمان سوخت | راندمان سوخت بالاتر، مصرف سوخت کمتر، احتراق کاملتر | راندمان سوخت پایینتر، بخشی از سوخت نسوخته از اگزوز خارج میشود |
| مصرف سوخت | مصرف سوخت کمتر و اقتصادیتر | مصرف سوخت بیشتر نسبت به توان تولیدی |
| خنککاری موتور | معمولاً آبخنک یا هواخنک، دمای کاری متعادلتر | اغلب هواخنک، دمای موتور بالاتر، نمونههای آبخنک کمترند |
| آلایندگی و دود اگزوز | آلایندگی کمتر، سوخت و روغن جدا هستند | آلایندگی بیشتر، بخاطر مخلوط شدن روغن با بنزین و سوختن آن |
| ابعاد و فضا | بزرگتر و نیازمند فضای بیشتر در موتورخانه | کوچکتر و جمعوجورتر، مناسب فضاهای محدود |
| سیستم روغنکاری | سیستم روغنکاری مجزا و پیچیدهتر، مخزن و مسیر روغن جدا | سیستم روغنکاری ساده، روغن با بنزین مخلوط میشود |
| مصرف روغن موتور | مصرف روغن کم، روغن فقط برای روانکاری استفاده میشود | مصرف روغن بالا، روغن همراه سوخت میسوزد |
| سایش و عمر قطعات | بهدلیل روانکاری بهتر، سایش و فرسودگی کمتر | بهدلیل دمای بالا و روغنکاری محدود، سایش و فرسودگی بیشتر |
| صدای موتور و لرزش | صدای کمتر، کارکرد نرم و آرامتر | صدای بیشتر، لرزش و ضربات محسوستر |
| نیاز به میلبادامک | دارد؛ برای باز و بسته شدن سوپاپها از میلبادامک استفاده میشود | ندارد؛ بدون میلبادامک، فقط پورت و پیستون |
| کاربردها | خودروهای سواری، کامیونها، شاسیبلندها، ژنراتورها، موتورهای صنعتی بنزینی و دیزلی | موتورسیکلتهای سبک، اسکوترها، اره برقی، دستگاههای باغبانی و ماشین چمنزنی |
سیستم روغن کاری در موتورهای دو زمانه
در موتورهای دو زمانه، سیستم روغن کاری وظیفه دارد اصطکاک، سایش و دمای قطعات متحرک مثل پیستون، یاتاقانها و میللنگ را کاهش دهد. اما بر خلاف موتورهای چهار زمانه، در این موتورها کارتر روغن جداگانه وجود ندارد، چون فضای زیر میللنگ برای فشردهسازی مخلوط سوخت و هوا استفاده میشود. به همین دلیل نمیتوان از سیستم روغنکاری معمولی میللنگ (حوضچه روغن) استفاده کرد.
در موتورهای 2 زمانه از سیستم روغن کاری مهآلود یا اسپری (Mist Lubrication System) استفاده میشود. در این روش، روغن موتور با بنزین مخلوط میشود و هنگام سوختگیری، درصد مشخصی روغن به باک اضافه میکنند. این مخلوط بنزین و روغن وارد کاربراتور و سپس سیلندر شده و به صورت ذرات ریز روغن (mist) روی سطوحی مثل پیستون، سیلندر، شاتون و میللنگ مینشیند و آنها را روانکاری میکند. در نهایت این روغن همراه سوخت میسوزد، به همین دلیل مصرف روغن بالاتر و آلایندگی و دود اگزوز بیشتر از موتورهای چهار زمانه است. این نوع سیستم روغن کاری ساده، ارزان و مناسب موتورهای کوچک و سبک مانند موتورسیکلتهای دو زمانه، اره برقی و ماشین چمنزنی است.
به طور کلی اگر فقط قدرت خروجی نسبت به حجم و وزن موتور را مقایسه کنیم،
✅ موتورهای دو زمانه (2 زمانه) قویتر از موتورهای چهار زمانه (4 زمانه) هستند.
در موتور 2 زمانه در هر یک دور چرخش میللنگ، یک مرحله احتراق (توان) رخ میدهد، اما در موتور 4 زمانه هر دو دور میللنگ فقط یک بار احتراق انجام میشود. به همین دلیل، در شرایط یکسان و حجم مشابه، موتور دو زمانه بهصورت تئوری میتواند تا حدود دو برابر توان بیشتری نسبت به موتور چهار زمانه تولید کند.
همچنین موتورهای دو زمانه:
نسبت توان به وزن (Power-to-Weight Ratio) بالاتری دارند،
تحویل قدرت آنی و شتاب سریعتری دارند،
به همین دلیل در موتورسیکلتهای سبک، موتورهای مسابقهای کوچک، اره برقی و ماشینهای چمنزنی بسیار محبوب هستند. در مقابل، موتورهای چهار زمانه اگرچه در برابر دو زمانه کمی کمشتابتر به نظر میرسند، اما مصرف سوخت کمتر، آلایندگی پایینتر، صدای کمتر و عمر بیشتر دارند و برای خودروهای سواری و استفاده روزمره مناسبتر هستند.
قطعات موتور دوزمانه
در یک موتور دو زمانه (2 زمانه)، اجزا و قطعات اصلی که در کارکرد و تولید توان نقش دارند عبارتند از:
🔩 سیلندر موتور دو زمانه
سیلندر محل حرکت پیستون و انجام فرآیندهای مکش، تراکم، احتراق و تخلیه دود است. جنس آن معمولاً از چدن یا آلیاژهای مقاوم به حرارت ساخته میشود تا فشار و دمای بالای احتراق را تحمل کند.
🧱 سرسیلندر (Head) در موتور دو زمانه
سر سیلندر در بالای سیلندر قرار میگیرد و محل قرارگیری شمع موتور و محفظه احتراق است. طراحی سرسیلندر در عملکرد، توان و راندمان موتور دو زمانه تأثیر مستقیم دارد.
🛠️ کاربراتور موتور دو زمانه
کاربراتور وظیفه مخلوط کردن بنزین و هوا با نسبت مناسب را بر عهده دارد و این مخلوط را به سمت سیلندر هدایت میکند. تنظیم صحیح کاربراتور برای مصرف سوخت، شتاب و کارکرد روان موتور دو زمانه بسیار مهم است.
⚙️ شاتون یا میله رابط (Connecting Rod)
میله رابط، حرکت خطی پیستون را به حرکت دورانی میللنگ تبدیل میکند. این قطعه در انتقال نیرو و گشتاور نقش کلیدی دارد و تحت فشار و تنش مکانیکی زیادی قرار میگیرد.
🔄 میللنگ و محفظه میللنگ (Crankshaft & Crankcase)
میللنگ وظیفه تبدیل حرکت رفت و برگشتی پیستون به حرکت چرخشی را دارد. محفظه میللنگ نیز در موتورهای دو زمانه علاوه بر نگهداری میللنگ، برای فشردهسازی مخلوط سوخت و هوا قبل از ورود به سیلندر استفاده میشود.
⚡ شمع موتور دو زمانه (Spark Plug)
شمع با ایجاد جرقه الکتریکی، مخلوط متراکمشده سوخت و هوا را در محفظه احتراق منفجر میکند و آغازگر مرحله احتراق و تولید توان در موتور دو زمانه است.
🚪 پورتهای ورودی و خروجی دود (Intake & Exhaust Ports)
در موتور دو زمانه به جای سوپاپ، از پورتهای ورودی و خروجی استفاده میشود. پورت ورودی، مخلوط سوخت و هوا را وارد سیلندر میکند و پورت خروجی، گازهای سوخته اگزوز را خارج میسازد. باز و بسته شدن این پورتها با حرکت پیستون انجام میشود.
🧱 پیستون موتور دو زمانه
پیستون قطعهای استوانهای است که داخل سیلندر حرکت رفت و برگشتی دارد و وظیفه فشردهسازی مخلوط، دریافت نیروی انفجار و انتقال آن به شاتون و میللنگ را بر عهده دارد. وضعیت و سلامت پیستون برای قدرت، تراکم و عدم دود کردن موتور دو زمانه بسیار مهم است.
آموزش قطعات موتور چهارزمانه
در یک موتور چهار زمانه (4 زمانه)، قطعات اصلی که در عملکرد، احتراق و تولید توان نقش دارند، عبارتند از:
⚡ شمع موتور چهار زمانه (Spark Plug)
شمع وظیفه دارد در زمان مناسب، با ایجاد جرقه الکتریکی، مخلوط متراکمشده سوخت و هوا را در محفظه احتراق مشتعل کند و باعث شروع احتراق و تولید توان موتور شود.
🌀 سوپاپ هوا و دود (Intake & Exhaust Valves)
سوپاپ هوا برای ورود هوای تازه یا مخلوط سوخت و هوا به سیلندر و سوپاپ دود برای خروج گازهای سوخته اگزوز استفاده میشود. تنظیم دقیق زمانبندی سوپاپها برای راندمان سوخت، قدرت موتور و کاهش آلایندگی بسیار مهم است.
🌬️ مانیفولد هوا و دود (Intake & Exhaust Manifold)
مانیفولد هوا، هوای ورودی یا مخلوط سوخت و هوا را بین سیلندرها توزیع میکند و مانیفولد دود، گازهای خروجی اگزوز را از سیلندر جمع کرده و به سمت اگزوز هدایت میکند. طراحی درست مانیفولد روی مصرف سوخت، توان موتور و صدای اگزوز تأثیر دارد.
💧 انژکتور سوخت (Fuel Injector)
در موتورهای انژکتوری چهار زمانه، انژکتور وظیفه دارد سوخت را به صورت پرفشار و پودریشده به داخل سیلندر یا مانیفولد هوا تزریق کند. این کار باعث احتراق بهتر، مصرف سوخت کمتر و کاهش آلودگی میشود.
🔩 سیلندر موتور چهار زمانه (Cylinder)
سیلندر محل حرکت پیستون و انجام مراحل مکش، تراکم، احتراق و تخلیه است. سیلندرها معمولاً از جنس مقاوم در برابر فشار و دمای بالا ساخته میشوند و تعداد آنها روی قدرت و حجم موتور (cc) اثر میگذارد.
🧱 سر سیلندر (Cylinder Head)
سر سیلندر در بالای سیلندر قرار میگیرد و محل قرارگیری شمع، سوپاپها، محفظه احتراق و بخشی از مجاری هوا و دود است. طراحی سر سیلندر نقش مهمی در توان موتور، نسبت تراکم و راندمان حرارتی دارد.
🧱 پیستون موتور چهار زمانه (Piston)
پیستون داخل سیلندر حرکت رفت و برگشتی دارد و وظیفه فشرده کردن مخلوط سوخت و هوا و دریافت نیروی انفجار و انتقال آن به شاتون را بر عهده دارد. وضعیت پیستون روی قدرت موتور، تراکم و دود نکردن موتور تأثیر مستقیم دارد.
🔗 شاتون یا میله رابط (Connecting Rod)
شاتون نیروی تولید شده توسط پیستون را به میللنگ منتقل میکند و حرکت خطی پیستون را به حرکت دورانی تبدیل میکند. این قطعه تحت فشار و تنش زیادی است و در استحکام و طول عمر موتور نقش اساسی دارد.
⚙️ میللنگ (Crankshaft)
میللنگ قلب مکانیکی موتور است و وظیفه دارد حرکت رفتوبرگشتی پیستونها را به حرکت چرخشی پیوسته تبدیل کند تا این نیرو به گیربکس و چرخها منتقل شود. بالانس صحیح میللنگ روی لرزش کمتر و نرمی کارکرد موتور مؤثر است.
🛞 فلایویل یا چرخ طیار (Flywheel)
فلایویل به انتهای میللنگ متصل است و با ذخیره کردن انرژی در هر مرحلهی احتراق، به نرم و یکنواخت شدن دور موتور کمک میکند. این قطعه برای استارت راحتتر، کاهش لرزش و ثبات دور موتور بسیار مهم است.
