علت های ناک زدن موتور خودرو و راه های جلوگیری از آن

ناک زدن موتور یا کوبش ( Engine Knock ) یکی از مشکلات مهم در موتورهای احتراق داخلی است. ناک زمانی رخ می‌دهد که سوخت‌و‌هوا در داخل سیلندر، به‌جای اینکه یکنواخت و در لحظه‌ی درست توسط شمع محترق شود، زودتر یا به‌طور غیرکنترل‌شده منفجر می‌شود. در این حالت فشار و ضربه شدیدی به پیستون، شاتون و سایر اجزای موتور وارد شده که به صورت صدای « تق‌تق » ، « ضربه فلزی » یا اصطلاح رایج صدای « قاشق چنگال » در بین مکانیک ها، شنیده می‌شود.
در ادامه این مطلب از مجله اینترنتی خودروآموز، به بررسی علت ها و راهکارهای این پدیده می‌پردازیم.

ناک چطور اتفاق می‌افتد؟

ناک زمانی رخ می‌دهد که موتور خودرو دچار احتراق زودرس یا انفجار غیر یکنواخت می‌شود. در حالت عادی، شمع جرقه می‌زند و مخلوط سوخت و هوا آرام و یکنواخت می‌سوزد. اما اگر بخشی از مخلوط قبل یا بعد از جرقه شمع، خودبه‌خود منفجر شود، امواج فشار به هم برخورد کرده و ضربه ایجاد می‌کنند.

دلایل ناک زدن

ناک زدن می تواند دلایل مختلفی داشته باشد. در ادامه مهمترین دلایل این پدیده بررسی می‌شود.

۱. عدد اکتان پایین سوخت

عدد اکتان مقاومت بنزین در برابر خود‌اشتعالی است. هرچه عدد اکتان بالاتر باشد، سوخت دیرتر و کنترل‌شده‌تر می‌سوزد. اگر بنزین کیفیت پایینی داشته باشد ( مثلاً ۸۷ یا ۹۰ به جای ۹۵ )، در فشار و دمای بالا قبل از جرقه شمع یا همراه با آن منفجر می‌شود.
در نتیجه انفجار هم‌زمان چند جبهه آتش در سیلندر باعث ایجاد فشار ضربه‌ای و صدای تق‌تق می شود.

۲. نسبت تراکم بالا

نسبت تراکم به معنی میزان فشرده شدن مخلوط هوا و سوخت در سیلندر پیش از جرقه است. موتورهای اسپرت و جدید معمولاً تراکم بالاتری دارند. هرچه تراکم بالاتر باشد، دما و فشار مخلوط بیشتر می‌شود و احتمال خود‌اشتعالی سوخت افزایش می‌یابد.
اگر از بنزین با اکتان پایین در موتورهای تراکم بالا استفاده شود، ناک به شدت بیشتر می‌شود.

۳. زمان جرقه‌زنی نادرست

کامپیوتر یا ECU خودرو باید دستور جرقه شمع را در زمان دقیقی به کویل ارسال کند ( معمولاً چند درجه قبل از نقطه مرگ بالا ). اگر جرقه زودتر از موعد زده شود، مخلوط خیلی زود می‌سوزد و فشار به پیستون قبل از رسیدن به بالاترین نقطه ( نقطه مرگ بالا ) وارد شده که منجر به ناک زدن می‌شود.
اگر جرقه خیلی دیر هم زده شود باعث احتراق ناقص و افزایش دمای سیلندر می شود و زمینه را برای ناک زدن فراهم می‌نماید.

۴. داغ شدن بیش از حد موتور

نقص سیستم خنک‌کاری (خرابی ترموستات، واترپمپ، گرفتگی رادیاتور، کمبود مایع خنک‌کننده) دمای موتور را افزایش می‌دهد و دمای زیاد باعث می‌شود مخلوط بنزین و هوا زودتر از جرقه محترق شود. این مشکل بیشتر در سربالایی یا دماهای بالا رخ می‌دهد.

۵. رسوب کربن در محفظه احتراق

با گذر زمان، کربن ناشی از سوختن ناقص روی سطح پیستون، سوپاپ‌ها و سرسیلندر می‌نشیند. این امر باعث کاهش حجم محفظه و افزایش نسبت تراکم می‌شود. رسوبات کربنی مانند نقاط داغ عمل کرده و خودبه‌خود جرقه می‌زنند. در نتیجه احتراق زودرس و ناک زدن اتفاق می‌افتد.

۶. کیفیت پایین پاشش سوخت ( انژکتور یا کاربراتور )

گرفتگی یا نشتی انژکتور، خرابی پمپ بنزین یا فشار نادرست سوخت باعث می شود سوخت و هوا یکنواخت مخلوط نشوند. یعنی بخش‌هایی غنی‌تر و بخش هایی کمتر پاشیده ‌شوند. بنابراین سوخت غنی یا کم در دمای بالا می‌تواند به احتراق ناقص و ناک زدن منجر شود.

۷. هوای بیش از حد داغ در ورودی

هرچه دمای هوای ورودی بالاتر باشد، احتمال احتراق زودرس بیشتر می‌شود. در خودروهای توربوشارژ، اگر اینترکولر خوب کار نکند، هوای فشرده‌شده داغ وارد سیلندر می‌شود و احتمال ناک زدن افزایش می‌یابد.

۸. خرابی سنسور ناک

سنسور ناک ( Knock Sensor ) لرزش‌های ناشی از ناک را تشخیص داده و به ECU گزارش می‌دهد تا زمان جرقه را اصلاح کند. اگر این حسگر خراب باشد، ECU متوجه ناک نمی‌شود و زمان جرقه را اصلاح نمی‌کند. این ایراد می‌تواند باعث ناک ادامه‌دار و مخرب شود.

۹. خرابی یا نامناسب بودن شمع‌ها

استفاده از شمع با گرید حرارتی اشتباه، فرسودگی یا شکاف نادرست الکترود باعث دمای بیش از حد در نوک شمع یا جرقه‌زنی ضعیف می‌شود. این مشکل می‌تواند به احتراق زودرس یا ناقص و در نتیجه ناک منجر شود.

۱۰. نشتی سیستم هوا یا EGR معیوب

سیستم گردش مجدد گازهای خروجی یا EGR مقداری گاز اگزوز را از طریق منیفولد هوا به سیلندر بازمی‌گرداند تا دما و فشار کاهش یابد. EGR معیوب یا مسدود باعث دمای بالاتر و احتمال ناک بیشتر می‌شود.

بنابراین ناک زدن موتور معمولاً نتیجه‌ی ترکیب چند عامل است: سوخت نامناسب، داغ شدن بیش از حد، زمان جرقه نادرست و رسوبات کربن. این پدیده هم مصرف سوخت و قدرت موتور را کاهش می‌دهد و هم می‌تواند در دراز مدت منجر به خرابی شدید قطعات موتور شود.

نشانه‌های ناک زدن

صدای تق‌تق یا ضربه فلزی: شبیه صدای برخورد فلز به فلز یا چکش‌کاری ریز است. معمولاً هنگام شتاب‌گیری، سربالایی یا تحت فشار موتور بیشتر شنیده می‌شود.
کاهش توان و شتاب موتور: موتور کشش لازم را ندارد. راننده مجبور است بیشتر گاز بدهد تا خودرو حرکت کند.
افزایش مصرف سوخت: به‌خاطر احتراق ناقص، ECU تلاش می‌کند با تزریق سوخت بیشتر جبران کند.
افزایش دمای موتور: ناک باعث بالا رفتن دمای محفظه احتراق و کل موتور می‌شود.
لرزش غیرعادی موتور: به‌خصوص هنگام فشار زیاد روی موتور یا در دورهای بالا.
چراغ چک: اگر سنسور ناک فعال شود یا مشکل احتراق وجود داشته باشد، چراغ چک روشن می‌شود.
صدای بیشتر در دورهای پایین تا متوسط: در این بازه فشار روی موتور بیشتر است و ناک واضح‌تر شنیده می‌شود.

بنابراین صدای تق‌تق فلزی در هنگام شتاب گرفتن، کاهش قدرت، مصرف سوخت بالا و افزایش دمای موتور مهم‌ترین نشانه‌های ناک هستند.

راه‌های جلوگیری از ناک

برای جلوگیری از ناک زدن موتور خودرو باید ترکیبی از نگهداری صحیح، استفاده از سوخت مناسب و توجه به شرایط فنی موتور رعایت شود. در ادامه راهکارها را با جزئیات کامل بررسی می نماییم:

۱. استفاده از بنزین با اکتان مناسب

عدد اکتان به مقدار مقاومت سوخت در برابر فشار اشاره دارد. ناک بیشتر در اثر سوخت با اکتان پایین اتفاق می‌افتد. یعنی زمانی که اکتان سوخت پایین باشد، تحمل آن در مقابل فشار موجود در سیلندر کمتر می شود و احتراق زودرس اتفاق می افتد. خودروهای مدرن معمولاً برای بنزین با عدد اکتان بالاتر طراحی شده‌اند. استفاده از بنزین سوپر یا افزودنی‌های افزایش اکتان در مواقع لازم، به جلوگیری از احتراق زودرس کمک می‌کند.

۲. تنظیم صحیح تایمینگ جرقه ( آوانس و ریتارد جرقه )

اگر جرقه شمع زودتر از زمان مناسب زده شود، فشار بیش از حد در سیلندر ایجاد و منجر به ناک می‌شود. ECU در خودروهای انژکتوری این کار را مدیریت می‌کند، اما در صورت خرابی سنسور ناک یا ایراد در ECU، تنظیمات ممکن است بهم بخورد.

۳. سلامت سیستم خنک‌کننده موتور

دمای بالای موتور احتمال خودسوزی سوخت و ناک زدن را افزایش می‌دهد. بررسی دوره‌ای رادیاتور، ترموستات، واتر پمپ و سطح مایع خنک‌کننده ضروری است.

۴. سالم بودن شمع‌ها و انتخاب شمع مناسب

شمع‌های با درجه حرارتی نامناسب یا رسوب‌گرفته می‌توانند باعث جرقه نابجا و ناک شوند. شمع باید متناسب با نوع موتور انتخاب و طبق دوره نگهداری تعویض شود.

۵. جلوگیری از تجمع کربن در سیلندر

رسوبات کربن روی پیستون و سرسیلندر می‌تواند باعث بالا رفتن نسبت تراکم موضعی و احتراق زودرس شود. استفاده از افزودنی‌های شست‌وشوی انژکتور و سوخت و سرویس دوره‌ای کمک‌کننده است.

۶. بررسی و تعویض سنسور ناک در صورت لزوم

این سنسور ارتعاشات ناشی از ناک را به ECU گزارش می‌دهد. اگر خراب باشد، ECU نمی‌تواند تایمینگ جرقه را اصلاح کند.

۷. رانندگی صحیح

فشار بیش از حد به موتور در دورهای پایین ( دنده سنگین و سرعت پایین با گاز زیاد ) یکی از عوامل اصلی ناک است. بهتر است در این شرایط دنده مناسب انتخاب شود.

در نتیجه ناک زدن را می‌توان با سوخت باکیفیت، سلامت سیستم جرقه‌زنی و خنک‌کاری، تمیزی محفظه احتراق و رانندگی اصولی تا حد زیادی کنترل و از آن جلوگیری کرد.

نقش سنسور ناک در جلوگیری از ناک زدن

حسگر یا سنسور ناک ( Knock Sensor ) یکی از مهم‌ترین اجزای سیستم مدیریت موتور است که وظیفه آن تشخیص ضربه یا صدای غیرعادی ناشی از احتراق غیرطبیعی ( ناک ) در سیلندرها می‌باشد. این سنسور معمولاً روی بلوک موتور یا نزدیک سیلندرها نصب می‌شود و به لرزش‌ها و ارتعاشات ناشی از ضربه بسیار حساس است.

نحوه عملکرد آن به این صورت است:

۱. سنسور ناک ارتعاشات را به سیگنال الکتریکی تبدیل کرده و به ECU ارسال می‌کند.

۲. واحد کنترل الکترونیک موتور ( ECU ) این سیگنال‌ها را تحلیل می‌کند و اگر تشخیص دهد که احتراق زودتر از موعد یا غیرمنظم رخ داده، زمان جرقه‌زنی شمع‌ها ( Ignition Timing ) را اصلاح می‌نماید. در صورت نیاز، ECU می‌تواند میزان تزریق سوخت را نیز تغییر دهد تا احتراق نرم‌تر و بدون ضربه انجام شود.

به این ترتیب، سنسور ناک باعث می‌شود موتور در شرایط مختلف رانندگی ( سوخت با اکتان پایین، فشار زیاد روی موتور، یا دمای بالا ) دچار آسیب‌های ناشی از ناک زدن نشود. در نبود این سنسور یا خرابی آن، احتمال سوراخ شدن پیستون، آسیب به سوپاپ‌ها، یاتاقان‌ها و کاهش شدید عمر موتور وجود دارد.

اقدامات لازم بعد تشخیص ناک

وقتی در جاده هستیم و ناک زدن موتور شروع می‌شود، فرصت تعمیر یا بررسی تخصصی نداریم و باید سریعاً اقدام‌های ساده‌ای انجام دهیم تا به موتور آسیب جدی نرسد. این اقدامات در مراحل زیر می‌تواند انجام شود:

۱. پدال گاز را کمی رها کنید: بیشترین فشار به موتور وقتی است که با دنده سنگین و گاز زیاد حرکت می‌کنیم. اگر صدای ناک شنیدید، فوراً فشار گاز را کم کنید تا بار موتور کمتر شود.
۲. تعویض دنده به موقع: ناک معمولاً در دنده‌های بالاتر با سرعت کم و گاز زیاد رخ می‌دهد. دنده را یک مرحله پایین بیاورید ( مثلاً از ۴ به ۳ )، تا دور موتور بالاتر برود و فشار کمتر شود.
۳. خودداری از رانندگی با شتاب ناگهانی: از گاز دادن شدید و سبقت گرفتن ناگهانی در حالت داغ یا سربالایی خودداری کنید. بهتر است شتاب‌گیری را نرم و تدریجی انجام دهید.
۴. بررسی دمای موتور: نگاه کنید که عقربه دمای موتور بیش از حد بالا نرفته باشد. در صورت نزدیک شدن به داغی، کولر را خاموش کنید و سرعت را متعادل نگه دارید.
۵. اگر امکان داشت، بنزین با کیفیت‌تر بزنید: در اولین فرصت از بنزین سوپر یا جایگاه معتبر استفاده کنید. اگر در مسیر طولانی هستید و جایگاه مطمئن پیدا کردید، نیم‌با‌ک را با سوخت با کیفیت‌تر پر کنید.
۶. رانندگی آرام تا مقصد یا تعمیرگاه در صورت ادامه‌دار بودن ناک: رانندگی را سبک کنید و در اولین فرصت خودرو را به مکانیک یا سرویس‌کار ECU نشان دهید.

جمع‌بندی کوتاه

اگر در جاده دچار ناک شدید، فشار گاز را کم و دنده مناسب انتخاب کنید، از شتاب ناگهانی پرهیز کنید، دمای موتور را کنترل کرده و در اولین فرصت از سوخت با کیفیت‌تر استفاده کنید.

تاثیر نسبت تراکم سیلندر و اکتان پایین سوخت در ناک زدن

یکی از مهم‌ترین عوامل در ناک زدن موتور رابطه‌ی نسبت تراکم سیلندر و اکتان سوخت است. نسبت تراکم ( Compression Ratio ) یعنی نسبت حجم مخلوط هوا و سوخت قبل از تراکم ( وقتی پیستون در نقطه مرگ پایین است ) به حجم آن بعد از تراکم ( وقتی پیستون در نقطه مرگ بالا است ).
هر چه نسبت تراکم بالاتر باشد، فشار و دمای مخلوط سوخت و هوا بیشتر می‌شود. در این حالت، سوخت باید مقاومت بیشتری در برابر خودسوزی ( احتراق زودرس ) داشته باشد.
از طرفی دیگر عدد اکتان ( Octane Rating ) نشان‌دهنده مقاومت سوخت در برابر احتراق زودرس است. سوخت با اکتان پایین ( مثل بنزین معمولی ۸۷–۹۰ ) در فشار و دمای بالا سریع‌تر و زودتر از زمان جرقه شمع منفجر می‌شود که به ناک منجر می‌شود. سوخت با اکتان بالاتر ( ۹۵–۹۸ ) پایدارتر است و فقط در زمان جرقه شمع محترق می‌شود.

مثال خودرو تراکم بالا ( موتور EF7 )

موتور EF7 ( موتور ملی ایران‌خودرو در خودروهایی مانند سمند ) نسبت تراکم نسبتاً بالایی دارد ( ۱۱:۱). در مقایسه، موتور TU5 ( پژو ۲۰۶ ) نسبت تراکم حدود ۹٫۶:۱ دارد.
همین نسبت تراکم بالاتر EF7 باعث می‌شود که این موتور حساس‌تر به کیفیت سوخت و عدد اکتان پایین باشد. اگر بنزین با اکتان پایین در EF7 استفاده شود، احتمال ناک زدن در سربالایی و بار زیاد بیشتر می‌شود. ECU مجبور می‌شود آوانس جرقه را کم کند تا از ناک جلوگیری کند، که این کار باعث افت شتاب و افزایش مصرف سوخت می‌شود. در درازمدت می‌تواند باعث آسیب به سرسیلندر، سوپاپ‌ها و پیستون شود.
در نتیجه هرچه نسبت تراکم موتور بالاتر باشد، نیاز به سوخت با اکتان بالاتر بیشتر است. استفاده از بنزین با اکتان پایین در چنین موتوری باعث افزایش احتمال ناک زدن، افت راندمان و استهلاک موتور می‌شود.

نتیجه گیری

ناک زدن موتور پدیده‌ای است که بر اثر احتراق زودرس یا خودسوزی مخلوط سوخت و هوا در سیلندر رخ می‌دهد و علت‌های اصلی آن شامل نسبت تراکم بالای موتور، استفاده از سوخت با اکتان پایین، دمای زیاد موتور، زمان نامناسب جرقه‌زنی و تجمع دوده در محفظه احتراق است. این مشکل علاوه بر ایجاد صدای تقه یا ضربه، می‌تواند در بلندمدت به پیستون، سوپاپ‌ها و سرسیلندر آسیب بزند.
برای جلوگیری از ناک باید از سوخت مناسب با اکتان بالاتر استفاده کرد، سیستم خنک‌کاری و جرقه‌زنی را سالم نگه داشت و در زمان رانندگی در شرایط بار زیاد، به علائم ناک توجه نمود.