سیلندر خودرو یکی از مهمترین قطعات پیشرانه خودرو است. سیلندر محفظه‌ای است که عمل احتراق و حرکت پیستون‌ها در آن انجام شده و انرژی حاصل از سوخت فسیلی به انرژی مکانیکی برای حرکت چرخ‌ها تبدیل می‌شود. در این مقاله از وبلاگ تپسی قرار است جنس، وظایف و آرایش سیلندرها در موتور ماشین‌های مختلف را بررسی کرده و با هم مقایسه کنیم.
سیلندر خودرو چیست؟
در تمام موتورهای مکانیکی سیلندر نقشی اساسی بازی می‌کند. سیلندر خودرو در ماشین‌هایی که به وسیله سوخت‌های فسیلی انرژی خود را تامین می‌کنند، محفظه احتراق نیز هست.
خودروهای مختلف با توجه به قدرت و کارایی، تعداد سیلندرهای متفاوتی دارند. اما به طور معمول تعداد سیلندر خودروها بین 3 تا 12 عدد است.
اگر تمایل دارید اطلاعات بیشتری در رابطه با سیلندر و واشرسرسیلندر پیدا کنید، بهتر است مقاله «دلایل سوختن واشر سرسیلندر» را مطالعه کنید.
وظیفه سیلندر خودرو چیست؟
در داخل هر سیلندر، پیستون به صورت رفت و برگشتی حرکت می‌کند. وقتی مخلوط هوا و سوخت در سیلندر مشتعل می‌شود، فشار ناشی از انفجار پیستون را به پایین می‌راند و این حرکت خطی به وسیله میل‌لنگ به حرکت چرخشی تبدیل می‌شود.
هر سیلندر به طور مستقل کار می‌کند تا نیرویی ایجاد کند که مجموع این نیروها باعث ایجاد توان لازم برای حرکت خودرو می‌شود. تعداد و حجم سیلندرها تأثیر مستقیم بر قدرت و عملکرد موتور دارند.
سیلندرها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که همواره توسط مایعات خنک‌کننده و روغن موتور، خنک و روانکاری شوند تا از داغ شدن و سایش بیش از حد جلوگیری شود.
جنس سیلندر خودرو چیست؟
مواد سازنده و جنس سیلندر خودرو نقشی تعیین کننده در کیفیت و قدرت ماشین دارد. به همین خاطر خودروسازان بزرگ جهان برای رسیدن به آلیاژی مطلوب جهت ساخت یک سیلندر مقاوم و قدرتمند رقابت سختی دارند.
از جمله آلیاژهای استفاده شده در ساخت سیلندر می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
· سیلندر چدنی
چدن به دلیل مقاومت بالا در برابر سایش و حرارت، یکی از مواد رایج برای ساخت سیلندرها است. همچنین چدن به دلیل هزینه کمتر و فرآیند تولید ساده‌تر، گزینه اقتصادی‌تری محسوب می‌شود.
چدن وزن نسبتاً بالایی دارد که می‌تواند باعث افزایش وزن موتور شده و همچنین خنک‌کاری آن به دلیل هدایت حرارتی پایین‌تر نسبت به آلومینیوم، دشوارتر است. البته مقاومت سیلندر چدنی در برابر تغییرات دمایی بالا است.
· سیلندر آلومینیومی
آلومینیوم سبک‌تر از چدن است و هدایت حرارتی بسیار بالاتری دارد که باعث خنک‌شدن سریع‌تر موتور می‌شود. این ویژگی‌ها آلومینیوم را به گزینه مناسبی برای استفاده در ساخت سیلندر خودرو تبدیل کرده است.
آلومینیوم به تنهایی مقاومت کمتری در برابر سایش دارد، بنابراین معمولاً با پوششی از جنس نیکل یا سیلیس (نیکاسیل) یا با استفاده از لاینرهای (آسترهای) چدنی تقویت می‌شود.
آرایش سیلندر خودرو های مختلف
یکی از عوامل تاثیرگذار در کارایی و توان هر خودرو، آرایش سیلندرها است. این آرایش به عوامل مختلفی بستگی دارد از جمله تعداد سیلندر، حجم موتور، طراحی خودرو و …
از مدل‌های رایج آرایش سیلندر می‌توان موارد زیر را نام برد.
· آرایش خطی سیلندر
آرایش خطی معمولاً در موتورهای 3، 4، 5 و 6 سیلندر استفاده می‌شود. موتورهای 4 سیلندر خطی یکی از رایج‌ترین انواع موتور در خودروهای سواری هستند زیرا تعادل مناسبی بین قدرت، مصرف سوخت و هزینه تولید دارند.
در آرایش خطی سیلندر، همه سیلندرهای خودرو در یک بلوک موتور قرار دارند و پیستون‌های آن‌ها به یک میل‌لنگ متصل می‌شوند. این میل‌لنگ به گونه‌ای طراحی شده است که حرکت خطی پیستون‌ها را به حرکت چرخشی تبدیل کند.
آرایش خطی سیلندر خودرو به موتور اجازه می‌دهد که به صورت جمع‌وجور و با تعداد قطعات کمتر ساخته شود که این باعث کاهش هزینه‌های تولید و تعمیر و نگهداری موتور می‌شود.
البته موتورهای خطی با تعداد سیلندرهای کمتر (مانند 3 یا 4 سیلندر) ممکن است لرزش‌های بیشتری تولید کنند، زیرا در این موتورها تعادل دینامیکی کامل حاصل نمی‌شود. اما با استفاده از شفت‌های بالانس می‌توان این لرزش‌ها را کاهش داد.
· آرایش V شکل سیلندر
در موتورهای V شکل، سیلندرها در دو ردیف قرار دارند و زاویه‌ای بین این دو ردیف وجود دارد که معمولاً بین 60 تا 90 درجه است. زاویه معمولی برای موتورهای V8 حدود 90 درجه است.
هر ردیف از سیلندرها به یک میل‌لنگ متصل هستند، اما برخلاف موتورهای خطی، این میل‌لنگ باید به گونه‌ای طراحی شود که بتواند حرکت پیستون‌ها در دو ردیف را به حرکت چرخشی تبدیل کند.
موتورهای V شکل به دلیل طراحی متقارن و توزیع یکنواخت نیروها، معمولاً تعادل بهتری نسبت به موتورهای خطی دارند.
مخصوصا در نسخه‌های 6 و 8 سیلندر، موتورهای V6 و V8 به دلیل تعادل طبیعی و طراحی جمع‌وجور، رایج‌ترین نوع موتورهای V شکل هستند.
آرایش V شکل سیلندر از لحاظ طول، نسبت به موتورهای خطی کوتاه‌تر هستند و به همین دلیل فضای کمتری را در موتور خودرو اشغال می‌کنند. این ویژگی امکان نصب موتورهای بزرگتر با تعداد سیلندرهای بیشتر را در خودروهایی با فضای محدود فراهم می‌کند.
آرایش تخت یا باکسر سیلندر
در موتورهای تخت، سیلندرها به صورت افقی در دو طرف میل‌لنگ قرار دارند به طوری که هر جفت سیلندر روبروی یکدیگر هستند و پیستون‌های آن‌ها به سمت یکدیگر حرکت می‌کنند. این طراحی به موتور اجازه می‌دهد که دارای مرکز ثقل پایین‌تر و طراحی بسیار فشرده‌ای باشد.
یکی از بزرگترین مزایای موتورهای تخت تعادل ذاتی آن‌ها است. به دلیل حرکت متقارن پیستون‌ها، نیروهای اینرسی به طور طبیعی در داخل موتور خنثی می‌شوند که باعث کاهش لرزش و بهبود پایداری موتور می‌شود.
این ویژگی باعث می‌شود که موتورهای تخت به نرمی و روانی خاصی در عملکرد خود دست یابند که در مقایسه با موتورهای خطی یا V شکل، قابل توجه است.
· آرایش w سیلندر خودرو
در آرایش W شکل، موتور از دو سیلندر V شکل که در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند، تشکیل شده است. به عبارت دیگر، موتور W از چهار ردیف سیلندر تشکیل شده که هر دو ردیف با یک زاویه خاص در کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند.
معمولاً این موتورها به صورت W12 (12 سیلندر) یا W16 (16 سیلندر) ساخته می‌شوند. برای مثال، در یک موتور W12، چهار بلوک 3 سیلندری وجود دارد که در دو مجموعه V شکل، هر کدام با زاویه‌ای نسبت به یکدیگر قرار گرفته‌اند.
یکی از ویژگی‌های بارز موتورهای W شکل، توانایی تولید قدرت بسیار زیاد در یک فضای نسبتاً فشرده است. این موتورها برای خودروهای بسیار قدرتمند و سرعت بالا طراحی شده‌اند.
تعادل در موتورهای W شکل به دلیل پیچیدگی و تعداد زیاد سیلندرها ممکن است چالش‌برانگیز باشد، اما طراحی دقیق و استفاده از تکنولوژی‌های پیشرفته باعث می‌شود که این موتورها عملکرد بسیار روان و بدون لرزشی داشته باشند.
· آرایش ستاره‌ای سیلندر خودرو
در آرایش ستاره‌ای سیلندر خودرو، سیلندرها به صورت شعاعی و در اطراف میل‌لنگ قرار می‌گیرند، به طوری که از بالا به پایین به شکل یک ستاره دیده می‌شوند.
در این نوع آرایش تعداد سیلندرها معمولاً فرد است (مثلاً 5، 7، 9 یا 11 سیلندر) زیرا این باعث می‌شود که در هر لحظه یک سیلندر در موقعیت احتراق باشد.
این طراحی باعث می‌شود که موتور از نظر تعادل دینامیکی عملکرد بسیار خوبی داشته باشد و لرزش‌های ناخواسته به حداقل برسد.
تاثیر تعداد سیلندر در خودرو چیست؟
همانطور که در ابتدای مقاله توضیح دادیم، سیلندر محفظه‌ای است که عمل احتراق موتور در آن انجام می‌شود. پس روشن است که این قطعه به طور مستقیم در کیفیت و کارایی ماشین شما تاثیرگذار است.
به همین خاطر از جمله تاثیرات تعداد سیلندر خودرو می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- قدرت و گشتاور
- شتاب و بازدهی
- مصرف سوخت
- لرزش و صدای موتور
- وزن و ابعاد و طراحی موتور
- هزینه نگهداری و تعمیرات موتور
طبیعتا با افزایش تعداد سیلندرهای خودرو، قدرت و کارایی ماشین افزایش پیدا می‌کند. البته این افزایش قدرت، با افزایش مصرف سوخت و نیز آلایندگی همراه است.