انواع موتورها

موتورهای درون سوز (موتورهای احتراق داخلی)

ریشه لغوی

موتور درون سوز یا موتور احتراق داخلی ترجمه عبارت انگلیسی Intrer combustion Engine است. و به موتورهایی گفته می‌شود که سوخت در داخل محفظه موتور سوزانده می‌شود.

نگاه اجمالی

یک موتور احتراق داخلی وسیله است که انرژی محبوس در سوخت‌های فسیلی نظیر بنزین ، گازوئیل و یا نفت ، گاز مایع LPG را به انرژی مکانیکی تبدیل کرده و آنرا در انتهای شفت میل لنگ ، خارج از پوسته موتور ، به صورت چرخش صفحه فلایویل در اختیار مصرف کننده می‌گذراد.

تاریخچه

اولین تجربه کارآ و قابل ذکر در زمینه ساخت موتوهای احتراق داخلی در سال 1876میلادی اتفاق افتاد. در این سال یک مخترع آلمانی به نام «ان.ای.اتو» موفق شد که یک موتور احتراق داخلی ، چهارزمانه را به ثبت برساند که اصول کار موتور در حال حاضر اصول کار موتورهای رایج است. از آن تاریخ به بعد تحول چندانی در ساختمان این موتوها از لحاظ کارکردی اتفاق نیافتاده است. بلکه مدلهای مختلف و انواع پیشرفته‌تری ساخته شده‌اند که با نمونه اولیه بسیار مشابهند. البته در سال 1957 موتوری توسط «وانکل» ساخته شد که اگرچه اصول موتورهای اتو را به کار می‌برد لیکن ساختمان آن متفاوت است.

انواع موتورهای احتراق داخلی

این موتورها را به دسته کلی موتور چهارزمانه و موتورهای دوزمانه می‌توان تقسیم کرد. اصول کاری این موتورها مشابه است. لیکن نحوه عمل آنها به علت تفاوت‌های ساختاری اندکی متفاوت است.

موتور چهارزمانه :

این موتورها در واقع همان موتورهایی هستند که توسط اتو اختراع شدند و وجه تسمیه آنها اینست که این موتورها برای هر انفجار (مرحله تبدیل انرژی سوخت به انرژی مکانیکی) می‌بایست چهار مرحله مکش ، تراکم ، انفجار و تخلیه را انجام دهند.

موتورهای دوزمانه :

مخترعین هم عصر اتو اعتقاد داشتند که وجود تنها یک مرحله توان در دو دور چرخش موتور ، زیان بزرگی است. بنابراین توجه خود را به موتوری معطوف کردند که در هر دور چرخش دارای یک انفجار بود. این کار با ترکیب کردن مراحل انفجار و دم و بازدم به عنوان یک مرحله و ترکیب تخلیه و تراکم به عنوان مرحله بعدی صورت می‌گیرد.

معیارهای دیگر جهت طبقه بندی موتورهای احتراق داخلی

روش دیگر برای طبقه بندی این موتورها (اعم از دوزمانه یا چهار زمانه) ذکر کردن تعداد سیلندرهای این موتورهاست. در این موتورها سیلندرها که در واقع واحدهای تولید انرژی مکانیکی می‌باشند در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند. بر این اساس موتورهای متنوعی ساخته شده‌اند که انواع متداول آنها می‌توانند یک سیلندر ، دو سیلندر ، سه سیلندر ، چهار سیلندر ، شش سیلندر ، هشت ، ده و دوازده و در مواردی بیست وچهار سیلندر باشد.
البته معیارهای دیگری نیز برای طبقه بندی این موتورها به کار می‌رود. مثلا اگر نحوه آرایش سیلندرها را معیار در نظر بگیریم می‌توانیم موتورها را به انواع: موتورهای خطی ، موتورهای V شکل یا خورجینی و موتورهای شعاعی تقسیم بندی کنیم و یا اینکه می‌توان برای طبقه بندی موتورها از حجم آنها استفاده کرد که عبارت است از حجم کل پیستونهای آنها زمانیکه در نقطه مرگ پایین باشند. روش دیگر برای طبقه بندی این موتورها ، نحوه مشتعل شدن سوخت در این موتورها است. بر این اساس موتورهای احتراق داخلی به دو دسته تقسیم می شوند.

موتور اشتعال جرقه‌ای :

این موتورها ، برای سوزاندن ماده سوختنی از سیستم برقی تولید کننده جرقه استفاده می کنند.

موتورهای دیزل :

این موتورها برای مشتعل کردن سوخت از حرارت بالای خود سیلندر استفاده می‌کنند.

طرز کار

نحوه کار موتورهای احتراق داخلی را به شکل خلاصه می‌توان انگونه بیان کرد.

مکش :

مخلوط آزمایش‌های مربوط به هوا و سوخت (در موتورهای دیزل فقط هوا) به درون سیلندر مکیده می شود.

تراکم :

مخلوط مذکور (هوای وارد شده در موتورهای دیزل) توسط پیستون فشرده می‌شود.

توان :

مخلوط آزمایش‌های مربوط به هوا و سوخت محترق شده و انرژی آزاد می‌کند که باعث حرکت پیستون به سمت پایین می‌شود.

تخلیه :

گازهای ناشی از احتراق از محفظه سیلندر تخلیه می‌شود.
البته این چهار مرحله در موتور چهارزمانه اتفاق می افتد و در موتورهای دو زمانه مراحل 1 و 2 و مراحل 3 و 4 با یکدیگر تواما انجام می‌شوند. به هر حال پس از انجام مرحله انفجار (توان) انرژی آزاد شده از سوختن ماده سوختنی آزاد شده است و باعث حرکت پیستون می‌گردد. از آنجایی که حرکت پیستون بصورت رفت و برگشتی است. برای تبدیل این حرکت به حرکت دورانی به یک قطعه دیگر در موتور به نام میل لنگ نیاز است که به پیستون یا پیستونها (بر حسب تعداد سیلندر موتور) متصل شده و حرکت رفت و برگشتی را به حرکت چرخشی تبدیل می کند.

ساختمان

موتورهای احتراق داخلی برای درست کار کردن به سیستم های مختلفی نیازمندند که همگی می‌بایست به دقت و نحو مطلوب وظیفه خود را انجام دهند. اجزا و سیستم‌های تشکیل دهنده یک موتور احتراق داخلی را می‌توان به شرح زیر برشمرد.

سیلندر :

قسمت اصلی موتور است که محل بالا و پایین رفتن پیستون می‌باشد.

سرسیلندر :

بر روی سیلندر قرار می‌گیرد و محل قرار گیری سوپاپ‌ها ، شمع‌ها و ... می‌باشد.

پیستون :

قطعه متحرکی است که در داخل سیلندر بالا و پایین می‌رود و به میل لنگ متصل است.

میل لنگ :

تبدیل کننده حرکت رفت و برگشتی به حرکت چرخشی است.

سیستم هوارسانی :

به ساختارهایی گفته می‌شوند که محفظه سیلندر را به هوای بیرون مربوط می‌کند.

سیستم سوخت رسانی :

وظیفه رساندن و تنظیم میزان سوخت مصرفی را بر عهده دارد.

سیستم خنک کننده :

وظیفه کنترل دمای کاری موتور را به عهده دارد.

سیستم روغن کاری :

جهت کم کردن سایش و انتقال حرارت موتور به کار می‌رود.

سیستم برقی :

جهت اشتعال سوخت و ایجاد جرقه کاربرد دارد. (موتورهای دیزل فاقد این سیستم می‌باشد)

سیستم سوپاپ‌ها :

جهت زمان بندی ورود آزمایش‌های مربوط به هوا و خروج دود به کار می‌روند. (موتورهای دوزمانه فاقد این سیستم اند)

سایر قطعات :

رینگ‌های پیستون ، میل بادامک ، چرخ لنگر یا فلاپویل ، یاتاقان‌ها ، کاورنر ، و وزنه‌های تعادل.

کاربردها

موتورهای احتراق داخلی امروزه گسترده‌ترین و پراستفاده‌ترین انواع موتورها می‌باشند. و بیشترین کاربرد این موتورها در اتومبیل‌ها ، کامیون‌ها و سایر وسایل نقلیه است. البته در کارهای ایستا نظیر پمپ کردن آب یا آسیابها هم از این موتورها استفاده می‌شود. شاید زمانی که برق منطقه‌ای قطع شده است مشاهده می‌کنید که یک مغازه یا کارخانه یا مجتمع مسکونی و ... دارای برق است. این برق را با استفاده از انرژی جنبشی یک موتور احتراق داخلی و استفاده از یک ژنراتور تولید می‌کنند. و نقش موتورهای درون سوز در زندگی ما
طیف وسیع و گسترده‌ای از وسایل متحرک اطراف ما برای تامین حرکت خود به موتورهای احتراق داخلی وابسته‌اند. تصور کنید اگر تنها یک شبکه حمل و نقل (که 100 درصد به موتورهای احتراق داخلی وابسته است) از کار بیافتد زندگی روزمره به چه شکلی در خواهد آمد؟
موتور های دیزل چگونه کار می کنند؟

رودولف دیزل ایده موتور های دیزل را توسعه داد و در سال 1892 حق ثبت اختراع آلمان را بدست آورد . هدف او بوجود آوردن موتوری با بازده بالا بوده است . موتور های بنزینی در سال 1876 اختراع شد ، که خصوصاً در آن موقع بازده بالایی نداشتند .

Rudolf Diesel،مخترع موتور دیزل

تفاوت موتور های دیزلی و موتور های بنزینی:
یک موتور بنزینی مخلوط هوا و گاز را مکش می کند و آنرا متراکم می کند و بعد مخلوط را با جرقه مشتعل می کند یک موتور دیزلی فقط هوا را می گیرد و آنرا متراکم می کند و بعداً سوخت را به داخل هوای متراکم تزریق می کند . گرمای حاصل از متراکم شدن هوا موجب مشتعل شدن خود به خودی سوخت می شود .
نسبت تراکم موتور های بنزینی8:1 تا 12:1 است، در حالیکه نسبت تراکم موتور های دیزلی 14:1 به بالا مثلاً 25:1 است . نسبت تراکم بالای موتور های دیزلی منجر به بهتر شدن بازده می شود .
موتور های بنزینی معمولاً از کاربراتور استفاده می کنند که هوا و سوخت را قبل از ورود به داخل سیلندر مخلوط می کند یا دریچه تزریق سوخت دارند که فقط سوخت را پیش از مرحله مکش می پاشد(بیرون سیلندر). موتور های دیزل از تزریق سوخت مستقیم استفاده می کنند یعنی سوخت را مستقیماً به داخل سیلندر می پاشند .
انیمیشن زیر سیکل دیزل را در یک کنش نشان می دهد، شما می توانید آن را با ایمیشن موتورهای بنزینی مقایسه کنید و تفاوت آنرا ببینید .

توجه کنید که موتور های دیزل شمع ندارند . آنها هوا را می مکند ( مکش می کنند ) و آنرا متراکم می کنند و سپس سوخت را مستقیماً به داخل محفظه احتراق تزریق می کنند ( تزریق یا پاشش مستقیم) و در نتیجه گرمایی حاصل از متراکم شدن هوا موجب مشتعل شدن سوخت در یک موتور دیزل می شود . در بخش بعدی ما مرحله تزریق سوخت دیزل را بررسی خوایم کرد.

تزریق سوخت در موتور های دیزل:

انژکتور در موتور های دیزل از اجزای بسیار پیچیده ای تشکیل شده است و موضوع بسیاری از آزمایشات بزرگ بوده است . ممکن است در هر موتور خاصی در یک مکان مختلف جای گرفته باشد . انژکتور بایستی قادر باشد تا دما و فشار داخلی سیلندر را تحمل کرده و سوخت را به قطرات ریز تبدیل کند . گردابی کردن قطرات در داخل سیلندر که باعث پخش متناسب آنها می شود ، نیز یک چالش است . بنابراین بعضی موتور های دیزلی سوپاپ مکش مخصوصی قبل از محفظه احتراق به کار می گیرند یا از وسایل دیگری برای گردابی (چرخشی) کردن هوا در داخل محفظه احتراق استفاده می کنند و یا در غیر این صورت جرقه زنی و فرآیند احتراق بهبود می دهند . یکی از تفاوتهای بزرگ بین موتور های دیزلی و بنزینی در فرآیند تزربق سوخت است . اکثر موتور خودرو ها از دریچه تزریق ( انژکتور) یا یک کاربراتور استفاده می کنند که نسبت به تزریق مستقیم ترجیح دارد . بنابراین در یک موتور خودرو ، همه سوخت در داخل سیلندر در طی مرحله مکش بارگذاری شده و سپس متراکم می شود . مقدار تراکم مخلوط سوخت و هوا محدود به نسبت تراکم موتور است . اگر موتور هوا را بیش از اندازه متراکم کند ، مخلوط سوخت و هوا به طور خود به خودی مشتعل می شود و سبب ضربه زدن می شود . موتور های دیزل تنها هوا را متراکم می کنند، بنابراین نسبت تراکم می تواند خیلی بالا باشد. نسبت تراکم بالا، قدرت بیشتری تولید می کند .
بعضی موتور های دیزل شامل یک شمع گرمکن* از انواع آن است. موقعی که یک موتور دیزل سرد است، مرحله کمپرس ممکن است دمای هوا را به اندازه کافی برای مشتعل کردن سوخت بالا نبرد . شمع گرمکن (glow plug ) یک سیم گرمکن الکتریکی است (مانند سیم های داغی که شما در یک برشته کن می بیننید) که محفظه احتراق را گرم می کند و دمای هوا را موقعی که موتور سرد کار می کند را افزایش می دهد بنابراین موتور می تواند روشن شود .
همه وظایف در موتور های جدید توسط ارتباط ECM ** با مجموعه از سنسور های پیچیده ای که هر چیزی را از دور موتور تا دمای روغن و مایع خنک کننده را اندازه گیری می کنند ، حتی وضعیت موتور(i.e. T.D.C.) کنترل می شود . امروزه گرمکن ها به ندرت در موتور های بزرگ استفاده می شود . ECM دمای هوای محفظه را حس می کند و تایمینگ موتور را در هوای سرد ریتارد می کند ، بنابراین انژکتور سوخت را دیرتر تزریق می کند. هوا در داخل سیلندر بیشتر متراکم می شود در نتیجه گرمای زیادی ایجاد شده، که به روشن شدن موتور کمک می کند .
موتور های کوچک و موتورهای که کنترل کامپیوتری پیشرفته ندارند از گرمکن برای حل این مشکل(روشن شدن در هوای سرد) استفاده می کنند .

نمونه از موتور دیزل شش سیلندر آتگو

البته تنها تفاوت بین موتور های دیزلی و موتور های بنزینی دلایل مکانیکی نیست ،بلکه از لحاظ سوخت مصرفی شان نیز دارای تفاوت هستند .

سوخت دیزل:

اگر شما سوخت دیزل (گازوئیل) با بنزین مقایسه کنید ، شما می دانید که آنها متفاوت هستند . آنها مطمئناً بوی متفاوتی دارند . سوخت دیزل (گازوئیل) سنگین تر و روغنی تر است . گازوئیل نسبت به بنزین دیرتر تبخیر می شود، در واقع نقطه جوش آن نسبت به آب بالاتر است. معمولاً وقتی صحبت از سوخت دیزل می شود تمام توجهات معطوف به گازوئیل می شود .

نونه ای از سوخت دیزل

پانوشت:

شمع گرمکن(Glow plug) :گرمکن الکتریکی کوچکی که در محفظه احتراق اولیه موتور های دیزلی نصب می شود تا محفظه احتراق را پیش گرم کند و موتور در هوای سرد آسانتر روشن شود .
ECM (مخفف electronic control module مدول کنترل الکترونیکی): جعبه فلزی حاوی واحد پردازنده ی مرکزی (سی پی یو) یا کامپیوتری که اطلاعات را از کلید ها و حسگر ها (ورودیها) دریافت می کند و سپس مدار اولیه را باز و بسته می کند ؛ممکن است مدول مجزایی باشد یا یکی از کارکرد های مدول کنترل موتور یا سیستم انتقال توان باشد.

منابع:
1-http://www.parsikhodro.com
2-پارسی خودرو
3-http://www.articles.ir
4-http://daneshnameh.roshd.ir
/الف