انواع آرایش و قرارگیری سیلندر های موتور خودرو

آرایش قرار گیری سیلندرها به صورت خطی، اولین آرایش مورد استفاده در دنیای خودرو، بوده است.
تعمیرات این مدل از خودروها بسیار ساده و روان بوده به نحوی که، تمامی استانداردهای بین المللی برای آموزش افراد مبتدی و علاقه مند به دنیای خودرو و تعمیرات، باید در ابتدای امر با این نوع موتورها آشنا شده و بتوانند تعمیرات این نوع از موتورها را به راحتی به انجام برسانند.

آرایش خطی در، به این ترتیب است که، تمام سیلندرها در یک بلوک، دقیقا در یک راستا پست سر یکدیگر قرار‌گیرند، به این نوع از چیدمان سیلندرها، آرایش خطی گفته می شود.تمامی موتورهای 4 سیلندر دنیا ( یا بهتر بگوییم بیشتر آن ها) به این ترتیب قرارگیری موجود هستند.

کارخانه ای که سنت شکنی کمتری در این مورد داشته و حتی خودروهای 6 سیلندر خطی نیز تولید می نماید BMW بوده، که نحوه تراز موتور 6 سیلندر خطی به گونه ای بسیار جذاب بوده که، این موتور را هر ساله در لیست نامزدهای بهترین موتور سال قرار می دهد، این ترتیب و نظم را تنها در موتورهای تخت 6 سیلندری و 12 سیلندری خورجینی می توان پیدا نمود.

موتورهای تخت بیشتر به صورت قدرتی بوده و موتورهای سرعتی نیستند، به همین منظور تمام خودروهای دیزل سنگین، سعی بر این داشته که از این موتور استفاده نمایند، زیرا گشتاوری که در این موتورها برای سیستم های دیزلی یافت می شود، برای موتورهای دیگر کمتر وجود داشته ( البته خودرو سازانی چون اسکانیا و مرسدس از نحوه چیدمان دیگری نیز استفاده می نمایند).

آرایش سیلندرها، خطی با زاویه

این نوع سیستم، به مانند همان سیستم خطی مستقیم، تمام سیلندرها در یک ردیف و در یک خط ( به همین دلیل سیستم خطی به inline نیز شهره هستند)، قرار داشته ولی تنها نکته ای که در این مهم جای دارد، زاویه قرار گیری سیلندرها نسبت به قائم، مابین 15 تا 60 درجه بوده، و دلیل این مهم استفاده از قابلیت موتورهای مورب (خورجینی) بوده، که این موتورها دارای دور گیری بسیار بالایی می باشند، و به همین دلیل از این سیستم طراحی استفاده شده است تا بتوانند این موتورها در عین کوچکی و کم حجمی، بتوانند قابلیت دور گیری سریعی داشته و نیز دارای گشتاور سرعتی بوده ( منظور اینکه شتاب دهی خودرو را در دورهایی پایین نیز به راحتی میسر نمایند).

این موتورها از نظر ابعادی به مانند یک موتور خطی بوده و حتی تعمیرات آن نیز ساده تر بوده و به دلیل فضای اریبی که ایجاد می نماید، مرکز ثقل پایینی داشته و فضای جلویی و یا کناری بسیار مناسبی را برای سیستم فراهم می آورند.

آرایش قرار گیرینی خورجینی V شکل سیلندرها

این گونه موتورها، پس از آرایش خطی، معروف ترین مدل موتورها در میان خودرو سازان بوده. پیدایش این موتورها به دلیل این بوده است که گاهی خودرو سازان تا 12 سیلندر را در یک ردیف قرار می‌داده اند، که این خود باعث به وجود آمدن بسیاری مشکلات عدیده از جمله افزایش طول خودرو یا افزایش بی دلیل وزن خودرو برای استفاده از چنین حجمی از مواد بوده است.

به همین دلیل مهندسان در سال های میان جنگ های جهانی اول و دوم بسیار بیشتر مورد استقبال قرار گرفتند ( متاسفانه منبع قابل اعتمادی برای تاریخچه این موتوها هنوز پیدا نشده است)، اوج استفاده از این موتورها در، جنگ دوم جهانی و بر روی دو رقیب دیرینه، یعنی هواپیماهای آلمانی ( موتور BMW V12) و هواپیماهای انگلیسی ( موتور مرلین V12 ساخته رولزرویس)، به وجود آمده است.موتورهای V6 نیز از سال های 1957 به بعد بیشتر مورد استقبال قرار گرفتند.

این موتورها بیشتر در مواردی استفاده می گردند که، مهندسان نیاز به موتورهای سرعتی را احساس نمایند، زیرا موتورهای خورجینی دارای سرعت بسیار مناسبی بوده و عملا به این موتورها، موتورهای سرعتی گویند، اوج این ابتکارات و خلاقیت ها در خودروهای فرمولا 1 دیده می شود که موتورها تا دورهای 21000rpm نیز دوران داشته اند.

این موتورها با وارد شدن به خط تولید کمپانی ها، خودروسازان بزرگ را در راه رسیدن به اهداف رویا پردازانه مهندسان و خواسته های مردم نزدیک تر نموده است.

نحوه قرار گیری سیلندرها به مانند حرف V در زبان انگلیسی می باشد، که در 2 ردیف، سیلندرها روبه روی یکدیگر قرار می گیرند، که با زاویه قائم، زاویه تندی می سازند ولی در اصل زاویه قرار گیری که این موتورها را با آن شناسایی می نمایند، زاویه ای است که با یکدیگر رعایت می نمایند را، این زاویه میان 2 بلوکه سیلندر وجود دارد.

این موتورها، دارای قدرت اسب بخاری مناسب بوده و اکثرا ( مگر طراحی محفظه احترق بیش از حد معمول باشد) حداکثر گشتاور موتورها در دور موتورهای کمتر از 4000rpm به دست می آیند.

آرایش جناغی خطی یا VR

VR6، این کلمه برای بسیاری از خوانندگان و علاقه مندان نا آشنا بوده و برای بسیاری دیگر، این مورد، شاید یک شرکت پیشرو که بسیاری از خودروسازان آرزوی پیوستن به ایشان را دارند، نشان می دهد، یعنی کمپانی عظیم و بسیار جذاب فولکس واگن.

این خودرو ساز چون در ساخت خودروهای بسیار کوچک که دارای موتورهایی با قابلیت تقویت بی نهایت، و همچنین خودروی گلف، شهره داشته است، توانسته با نبوغ مهندسان خویش، طراحی قدیمی موتورهای V شکل را از حالت عادی و سنتی خویش خارج نموده و تبدیل به سیستم VR نماید. این مهم به خودرو ساز اجازه داده که، بتواند به راحتی از موتوری پر قدرت ولی کوچک که قابلیت و توانایی های یک موتور 6 سیلندر پر قدرت را به رخ تمام حریف هایشان بکشاند، ولی نکته اصلی اینجاست که با ابعادی بس کوچک تر از رقبا.

این موتور به ترتیب شکل زیر، دارای چیدمان و شماتیک زیر بوده و دارای قدرت یک موتور خطی بوده ولی سرعت یک موتور خورجینی را نداشته، برای همین منظور کارایی هه و قابلیت هایی خاصی داشته اند.این موتورها دارای، قابلیت های خاص بوده از جمله، حجم کوچک، فضای اشغال کمتر، بهبود راندمان حجمی و قدرتی بودن در کنار سرعت.

این محاسن به اینگونه موتورها این قابلیت را می دهد که، بتوانند برای خودروهای کوچک و نیز به قابلیت های خاص مورد استفاده قرار دهند، به مانند موتورهای خودروهای گلف، که انتظارهای بیشماری از آن داشته ولی دارای فضا و طراحی کوچک می باشد.

آرایش قرار گیری جناغی دو ردیفه یا W

ممکن است در نگاه اول همه ما بگوییم و بدانیم که این نوع از موتور همان دو موتور V8 هست که با یکدیگر به صورتی خاص ترکیب گردیده و تبدیل به موتوری W گردیده است، ولی آیا این درست است ؟

بله این صحبت که این موتور از ترکیب 2 موتور V8 به وجود آمده است. یا اینکه به درستی و به صورت فنی تر بخواهیم بررسی کنیم، این موتور از ترکیب و پیوستن 2 موتور VR8 به یکدیگر به وجود آمده است، و چون 2 موتور VR با یکدیگر ترکیب گردیده اند، بنابراین در اصطلاح فنی و تخصصی به این موتورها WR گفته می شود ( البته این موردی که با آن اشاره دارم، کاملا تخصصی بوده و در بیشتر موارد برای عوام همان اصطلاح رایج موتورهای W به کار می رود).

این موتورها دارای قدرت و سرعتی بسیار بالا ( به نسبت ابعاد و حجم خود) بوده و اینگونه از موتورها دارای مزایایی می باشند که به شرح زیر می باشد.

• دارا بودن حجم یا همان فضای اشغال از محفظه موتور، به مراتب نسبت به رقبایشان کوچک تر که باعث طراحی شکیل تر کاپوت خودرو خواهد شد.
•  به دلیل استفاده از مواد اولیه کمتر در ساخت موتورهای نسبتا کم وزن تری بوده و باعث افزایش راندمان وزنی خودرو خواند شد.
•  سرعت بسیار مناسبی داشته و در دور گیری بسیار بهتر از رقبای خورجینی خویش عمل می نمایند.
• این موتورها با چنان نرمی و صدای کمی کار می نمایند که در هنگام روشن بودن احساس می شود که خودرو خاموش است.

اما در هر سیستمی هم مزایا وجود دارد و هم معایب، پس نگاهی نیز به معایب این موتورا بیاندازیم.

•  این موتورها در طراحی سیستم انتقال حرارت همیشه دچار سختی هایی بوده اند، و آن هم به دلیل فاصله کم میان محل قرار گیری سیلندرها می باشد. به همین دلیل کمی در طراحی سیستم خنک کاری و رفع ایراد از این سیستم همیشه باید دقتی مثال زدنی را داشت.
• به دلیل حرارت بالایی که هنگام کارکرد این خودروها به وجود می آید، باید در انتخاب مواد بسیار دقت نمود و برای همین کمی هزینه تمام شده تولید اینگونه موتورها بالا می رود.

آرایش قرار گیری سیلندر W شکل
اینگونه از موتورها کمتر دیده شده است که در خودروهای خیابانی استفاده بگردد، تنها در مواردی خاص و بر روی خودروهای مسابقه ای خاص قرار گرفته اند.

اینگونه از موتورها دارای تمام خصوصیات و معایب موتورهای خطی و خورجینی می باشد، که همان گونه در مقالات این خودروها به این موارد اشاره شده است، در مجموع می توان برای این موتورها چنین گفت که این موتورها دارای قدرت بالا و سرعت مناسبی هستند، پس در این موتوها هم قدرت داریم و هم دور گیری مناسب موتور را تجربه می نماییم.

البته به مانند موتورهای WR یا همان Wها، این موتورها حرارت بالایی تولید می نمایند و به همین دلیل که توجیه مناسبی برای کارایی و به دلیل داشتن ارتفاع بالاتر نسبت به رقبای خویش، فضایی که برای جاگذاری اینگونه موتورها داخل مجموعه کاپوت خودرو، توجیه مناسبی برای استفاد در خودروهای عادی و سطح شهر ندارند.

آرایش قراری سیلندرها به صورت تخت، موتور تخت

موتور تخت یا به اصطلاح انگلیسی Flat Engineو یا به اصطلاح صنایع خودرو موتور بوکسوری که باز هم در زبان انگلیسی به Boxer Engine‏ شهره دارند، نوعی موتور احتراق داخلی است که پیستون های آن در امتداد صفحه افق جابجا می شوند. سیلندرها در دو طرف میل لنگ قرار دارند و هریک از پیستون ها توسط یک پین میل لنگ ( یا همان یاتاقان های متحرک در اصطلاح عادی) کنترل می شوند. ایده مفهومی این موتور در سال 1896 توسط کارل بنز ارائه شد.

البته همگی ما این نوع آرایش موتور را به خودروی محبوب و مشهوری چون فولکس واگن بیتل ( همان فولکس قورباغه ای) شناخته ایم، که این خودروی محبوب و دوست داشتنی به دست کسی طراحی شده است که در جنگ جهانی دوم دوشا دوش هیتلر به طراحی اداوات نظامی پرداخته و پس از آن بنیانگذار شرکتی شده است که همه ما این شرکت را به نام خودرویی که تنها با 3 عدد به جهان معرفی شده است می شناسیم.

فرد مذکور جناب دکتر فردیناند پورشه بوده و خودروی معروف و محبوبی که صحبت آن به میان امده است 911 بوده است. موتور تخت ارتفاع کمتری نسبت به سایر موتورها از جمله موتور خطی دارد، که باعث پایین آمدن مرکز ثقل خودرو و در نتیجه پایداری بهتر آن می شود.

موتورهای تخت هوا خنک در "تترا 11" و "تترا 30" توسط کمپانی سیتروئن و از سال 1923 تا به امروز در موتورسیکلت های کمپانی بی ام و استفاده می شوند. در خودروهایی مانند فولکس بیتل چهار سیلندر و پورشه 911 شش سیلندر، از موتور تخت در عقب ماشین استفاده شده که باعث می شود عرض زیاد موتور هیچ گونه مزاحمتی برای فرمان دهی خودرو ایجاد نکند و همچنین با حذف گاردان، اتلاف انرژی نیز کمتر باشد.

این موتور به این دلیل بوکسوری نامیده می شود که هر جفت پیستون به جای این که به طور متناوب حرکت کند به طور همزمان به داخل و خارج حرکت می کند مانند بوکسورهایی که برای نشان دادن آمادگی خود قبل از مبارزه مشت های خور را به هم می کوبند. در موتورهای بوکسوری، پیستون های مقابل، دو به دو در یک حالت قرار می گیرند؛ برای مثال اگر یک پیستون در مرحله تراکم قرار گرفته باشد پیستون مقابل آن در مرحله تخلیه گازها قرار دارد، البته این مورد را فراموش نکنیم که پیستون مقابل در زاویه احتراق مناسب و در زمان یا همان تایم احتراق مناسب به جرقه زدن خواهد رسید، و این نکته باعث این خواهد شد که انرژی کمتری به هدر رفته و انرژی که در آرایش سیلندرهای دیگر به هدر می رود، در پیستون و شاتون سیلندر مقابل ذخیره شده و در زمان مشخص آزاد شده و تبدیل به انرژی مکانیکی خواهد شد.

آرایش قراری سیلندرها رادیال یا ستاره ای
این نوع از نحوه قرار گیری سیلندرها، تنها برای موتورهای هوایی ( موتورهایی که تنها بر روی انواع هواپیماها نصب می شوند) بوده و موتورهایی هستند که باید به وسیله هوا خنک کاری بشنود.

اینگونه از موتورها دارای دور موتور بالا، بسیار بالا بوده و به دلیل اینکه میل لنگ اینگونه از موتورها در مرکز دایره ای که این سیلندرها به یکدیگر متصل گردیده اند، قرار دارد، امکان وجود سیستم خنک کاری با آب تقریبا غیر ممکن بوده و اگر این سیستم وجود می داشته است، این موتورها برای هواپیماها بسیار سنگین می گردید، به همین دلیل این موتورها هوا خنک طراحی گردیده اند.

آرایش قرار گیری سیلندرها، موتورهای وانکل یا دوار

موتور دورانی وانکل یا موتور دوار که به خاطر مخترع آن فلیکس وانکل موتور وانکل نامیده می شود، نوعی موتور درون سوز است که به جای حرکت رفت و برگشتی پیستون ها، از یک طراحی دوار با دایره ای که خارج از مرکز خویش حرکت دوار یا همان حرکت چرخشی دارد برای تبدیل انرژی شیمیایی سوخت به انرژی جنبشی چرخشی استفاده می کند. اجزای اصلی این موتور عبارتند از: روتور، محفظه روتور، محور خروجی، شمع جرقه زنی و قطعات آبندی می باشد. در موتور وانکل مانند موتورهای بنزینی چهار زمانه مخلوط هوا و بنزین وارد محفظه موتور می شود، سپس با متراکم نمودن این مخلوط ( هوا و بنزین)، گاز ورودی متراکم شده تحت فشار قرار گرفته و با ایجاد جرقه به وسیله شمع انفجار حاصل می شود، مولکول های گاز دراثر احتراق منبسط می‌گردند و نیروی حاصل از این احتراق و انبساط گازها به روتور انتقال داده می شود و به علّت اختلاف مرکز دوران بین روتور و میل لنگ نیروی چرخشی در روتور ایجاد می گردد. این نیروی چرخشی به بادامک محور لنگ که در داخل روتور قرار دارد، وارد شده و به فلایویل و سیستم انتقال قدرت می رسد.

محفظه تقریبا دارای شکلی تخم مرغی است. محفظه احتراق طوری طراحی شده است که سه لبهٔ روتور همیشه با دیواره محفظه در تماس ( به صورت بوش طراحی گردیده که هم تماس داشته باشند و هم فضایی برای حرکت به مانند همان فضایی که پیستون در داخل بوش سیلندر قرار دارد) باشد تا سه محفظه جدا برای مخلوط سوخت ایجاد کند. درهر یک از سه محفظهٔ ایجاد شده در موتور وانکل یکی از اعمال زیر اتفاق می افتد. این اعمال عبارت اند از:

مکش intake

تراکم compression

احتراق combustion

تخلیه exhaust

که این موارد مانند موتورهای چهار زمانه بوده ولی به نحوه عملکردی دیگر.
مجرای ورود که همان مخلوط سوخت و هوا و مجرای خروج یا همان دود روی محفظه قرار دارند. توجه کنید که هیچ موردی بر سر راه این مجاری قرار نداشته و این مجاری تنها به وسیله حرکت روتور است که ورود و خروج گازها را کنترل می نماید، که در این مورد باید به این دقت داشت که، موتورهای دیگر همیشه به وسیله سوپاپ کنترل ورود و خروج گازها را بر عهده دارند.

میلهٔ خروجی یا میل لنگ Output Shaft دارای برآمدگی های گردی است که روی میله سوار شده است. و نسبت به مرکز میله جابجا شده است. هر روتور بر روی یکی از برآمدگی ها نصب می شود. برآمدگی ها در میلهٔ خروجی در حکم میل لنگ را در موتور پیستونی انجام می دهند. زمانی که روتور در محفظه حرکت می‌کند به برآمدگی ها اعمال نیرو نموده و این فشار وارده بر برآمدگی ها تولید گشتاور در میله می کند که در نهایت چرخش به وجود می آید.