پیشرانه درون‌سوز از قطعات مختلفی تشکیل شده که یکی از آن‌ها سوپاپ است و به همین دلیل، در مشخصات پیشرانه خودروها عبارت 8 سوپاپ یا 16 سوپاپ را می‌بینیم. این عبارت اما به چه معنا است و موتور 16 سوپاپ چه تفاوتی با موتور 8 سوپاپ دارد؟ در ادامه به‌طور کامل تمامی مزایا و معایب موتور 16 سوپاپ را بررسی و نگاهی به موتور 12 سوپاپ بیاندازیم و با آن آشنا شویم.
سوپاپ چیست؟
موتور درون‌سوز از چند سیلندر تشکیل شده که هر سیلندر محفظه‌ای استوانه‌ای شکل است و پیستون در آن به بالا و پایین حرکت می‌کند. این پیستون‌ها برای اینکه حرکت کرده و نیرو تولید کنند، به مخلوط سوخت و هوا نیاز دارند تا در محفظه سیلندر منفجر شده و پیستون‌ها را به پایین حرکت دهد. ورود این مخلوط از طریق سوپاپ صورت می‌گیرد. این واژه از زبان فرانسه (Soupape) وارد زبان ما شده و به سوپاپ در انگلیسی Valve گفته می‌شود. در فارسی نیز میتوان این واژه را دریچه ترجمه کرد.
در پیشرانه خودرو، این دریچه یا سوپاپ در موقع مناسب از طریق میل بادامک باز شده و مخلوط سوخت و هوا را وارد سیلندر می‌کند. البته در موتور GDI و موتور توربو GDI یا تزریق مستقیم سوخت، از طریق سوپاپ فقط هوا وارد سیلندر شده و سوخت توسط انژکتور مستقیماً داخل محفظه احتراق پاشیده می‌شود. این سوپاپ پس از ورود مخلوط سوخت و هوا، بسته می‌شود تا مانع تخلیه مخلوط پیش از احتراق شود. سپس شمع جرقه زده و مخلوط را منفجر می‌کند تا نیرو تولید شود. پس‌ازاینکه احتراق صورت گرفت، دود ناشی از آن باید از محیط سیلندر تخلیه شود تا دوباره با مخلوط سوخت و هوا جایگزین شود. وظیفه انجام این کار هم بر عهده یک سوپاپ دیگر است.
این سوپاپ زمانی که پیستون پس از احتراق به پایین حرکت کرده و حالا در حال بالا آمدن است، باز می‌شود تا با فشار پیستون به سمت بالا، دود از سیلندر خارج شود؛ بنابراین، اساساً در پیشرانه دو نوع سوپاپ داریم. به سوپاپی که از آن مخلوط سوخت و هوا وارد می‌شود، سوپاپ هوا یا ورودی گفته می‌شود و به سوپاپی که از آن دود خارج می‌شود سوپاپ دود یا خروجی گفته می‌شود. همان‌طور که اشاره شد، باز و بسته کردن این سوپاپ‌ها توسط میل بادامک انجام می‌شود که از طریق تسمه تایم به میل‌لنگ متصل است.
تفاوت موتور 16 سوپاپ با 8 سوپاپ
سال‌ها پیش در پیشرانه‌ها در هر سیلندر فقط از دو سوپاپ استفاده می‌شد که یکی سوپاپ هوا و دیگری سوپاپ دود بود اما مهندسان که همیشه به دنبال افزایش راندمان پیشرانه‌ها و کاهش مصرف سوخت بودند، دریافتند که هرچه مکش مخلوط سوخت و هوا به داخل سیلندر سریع‌تر صورت گیرد و از طرف دیگر دود حاصل از احتراق بهتر و سریع‌تر تخلیه شود، راندمان موتور بیشتر خواهد شد. به همین دلیل، خودروسازان سراغ استفاده از چهار سوپاپ در هر سیلندر رفتند. با این کار، تنفس پیشرانه بسیار بهتر انجام می‌شد؛ بنابراین، منظور از موتور 8 سوپاپ موتوری است که در هر سیلندر دو سوپاپ دارد درحالی‌که موتور 16 سوپاپ در هر سیلندر چهار سوپاپ دارد.
البته این اعداد در پیشرانه‌های چهار سیلندر صدق می‌کند که مجموع تعداد سوپاپ‌ها به 8 یا 16 می‌رسد اما در موتور شش سیلندر مجموع سوپاپ‌ها 12 یا 24 و در موتور هشت سیلندر 16 یا 32 سوپاپ خواهد بود. در موتورهای سه سیلندر هم این اعداد 6 و 12 است اما چون در کشورمان اکثر خودروها از پیشرانه‌های چهار سیلندر استفاده می‌کنند، عبارت موتور 8 سوپاپ و موتور 16 سوپاپ رایج شده است.
مزایای موتور 16 سوپاپ
استفاده از چهار سوپاپ در هر سیلندر در یک موتور 4 سیلندر و در مجموع 16 سوپاپ مزیت‌های زیادی دارد که در ادامه عنوان خواهیم کرد.
1- بهبود راندمان موتور
اصلی‌ترین مزیت استفاده از چهار سوپاپ در هر سیلندر همان چیزی است که در بالا اشاره کردیم. با این کار تنفس موتور بهتر شده و راندمان آن افزایش پیدا می‌کند. این یعنی با حجم موتور یکسان میتوان قدرت و گشتاور بیشتری تولید کرد.
2- کاهش مصرف سوخت
در شرایط یکسان، پیشرانه‌های هشت سوپاپ مصرف سوخت بیشتری نسبت به نمونه‌های 16 سوپاپ دارند. دلیل این موضوع، کندی باز و بسته شدن سوپاپ در نمونه‌های هشت سوپاپ است. به‌طورکلی، پیشرانه‌های 16 سوپاپ بین 10 تا 20 درصد مصرف سوخت کمتری نسبت به موتور 8 سوپاپ دارند.
3- کاهش لیفت سوپاپ
به میزان ارتفاعی که سوپاپ باز می‌شود یا پایین می‌آید، لیفت می‌گویند. زمانی که تعداد سوپاپ‌ها در یک سیلندر افزایش میابد، با لیفت کمتر، هوای بیشتری وارد می‌شود. مثلاً اگر در موتور هشت سوپاپ نیاز به 10 میلی‌متر لیفت است تا موتور بازده تنفسی خوبی داشته باشد، در موتورهای 16 سوپاپ این کار با 7 میلی‌متر انجام می‌شود. این کاهش لیفت، باعث می‌شود پیستون بتواند بدون برخورد با سوپاپ‌ها بیشتر هوا را مترکم کند. درواقع در موتورهای 16 سوپاپ میتوان نسبت تراکم را افزایش داد.
4- بهبود محل نصب شمع
در موتورهای هشت سوپاپ، شمع را نمی‌توان در وسط محفظه احتراق نصب کرد که همین عامل باعث می‌شود احتراق به‌طور کامل انجام نشود اما در موتورهای 16 سوپاپ به علت تقارن سوپاپ‌ها میتوان شمع را دقیقاً وسط سیلندر قرار داد که باعث بهبود احتراق می‌شود و کاهش آلایندگی و مصرف سوخت را به دنبال خواهد داشت.
5- کاهش صدا و ارزش موتور
با افزایش تعداد سوپاپ‌ها، میتوان از سوپاپ‌های کوچک‌تری استفاده کرد که وزن کمتری دارند. این موضوع منجر به کاهش جرم متحرک می‌شود که لرزش و سروصدای موتور را کمتر می‌کند.
معایب موتور 16 سوپاپ
پیشرانه‌های 16 سوپاپ با وجود تمام مزیت‌هایی که دارند، معایبی را هم به دنبال خواهد داشت که در ادامه ذکر می‌کنیم.
1- پیچیدگی طراحی
موتورهای 16 سوپاپ برای باز و بسته کردن چهار سوپاپ در هر سیلندر، به دو میل بادامک نیاز دارند درحالی‌که در پیشرانه‌های 8 سوپاپ فقط از یک میل بادامک استفاده می‌شود. این موضوع پیچیدگی و هزینهٔ ساخت پیشرانه‌های 16 سوپاپ را افزایش می‌دهد.
2- تعمیر و نگهداری
در پیشرانه‌های 16 سوپاپ به دلیل تعداد بیشتر سوپاپ‌ها و میل بادامک، استهلاک بیشتر خواهد بود و این موتورها نسبت به نمونه‌های 8 سوپاپ نیاز بیشتری به تعمیر و نگهداری خواهند داشت. همچنین تعمیر موتورهای 8 سوپاپ هم راحت‌تر و آسان‌تر صورت می‌گیرد.
موتور 12 سوپاپ
برخی خودروسازان پیشرانه‌هایی با سه سوپاپ در هر سیلندر تولید می‌کردند. در این موتورها از دو سوپاپ هوای کوچک‌تر و یک سوپاپ دود بزرگ‌تر استفاده می‌شد. هزینه ساخت این نوع پیشرانه کمتر از موتور 16 سوپاپ بود. طرح سه سوپاپ در هر سیلندر در اواخر دهه 80 و اوایل دهه 90 بین خودروسازان متداول شد اما امروزه منسوخ شده است. در کشورمان، پیشرانه 2000 سی‌سی اصلی وانت مزدا پیش از آنکه با نمونه چینی تعویض شود، از نوع 12 سوپاپ بود.
