آپدیت 1402/04/19
انواع موتورهای احتراق داخلی و خارجی
در مقاله موتورهای احتراقی در مورد ساختار کلی و دستهبندی این موتورها مطالبی بیان شد. در این مقاله به معرفی نمونههای مختلفی از موتورهای احتراق داخلی و خارجی پرداخته میشود. برخی از این نمونهها بسیار متداول هستند که البته در این مقاله نمونههای معرفی خواهد شد که شاید بیشتر بهعنوان ایده و طرح مطرح باشند.
چرا باید با انواع ایده موتورها آشنا شویم؟
ممکن است این سؤال پیش بیاید که چرا باید با ایدههایی که امروزه بسیار کم استفاده میشوند و یا کلاً منسوخ شدهاند آشنا شویم. برای پاسخ باید گفت درست است که برخی از ایدهها منسوخ شدهاند؛ اما افرادی با خلاقیت از همین ایدههای منسوخ تکنولوژیهای نو استخراج میکنند. حتی اگر به این دید هم توجه نشود تاریخ توسعه صنعت همواره یکی از موارد جذاب است که به سختیها و دشواریهای رسیدن به تکنولوژی موجود آشنا میشویم
موتورهای احتراق داخلی
معروفترین موتورهای احتراق داخلی موتور چهارزمانه، موتور دو زمانه و موتور وانکل هستند.
موتور چهارزمانه
معروفترین مدل موتور احتراق داخلی، موتور چهارزمانه است. بیش از 150 سال است که این مدل موتور به شکلهای مختلف استفاده میشود. در این بخش به معرفی معروفترین مدلهای موتور چهارزمانه خواهیم پرداخت. شکل 1 اجزا عمومی این موتور از نوع بنزینی را نشان میدهد.
شکل 1- اجزا عمومی موتور 4 زمانه بنزینی
معروفترین سیکلهای کاری موتور چهارزمانه سیکل اتو (Otto) که به سیکل تئوری شناخته میشود و سیکل کارنو (Carnot) که سیکل عملی یا واقعی شناخته میشود میتوان نام برد. باتوجهبه اینکه بیشتر موتورهای امروزی از این نوع هستند. در مقالههای بعدی در این مورد بیشتر توضیح داده خواهد شد.
یکی دیگر از مدل موتورهای چهارزمانه، موتور با سیکل اتکینسون است. این موتور بهینه شده موتور با سیکل اتو و کارنو است. شکل 2 این نمونه را نشان میدهد.
شکل 2- موتور احتراق داخلی چهارزمانه با سیکل اتکینسون – بنزینی
طرح موتور با سیکل اتکینسون در سال 1882 معرفی شد. این طرح نسبت به طرح کارنو بازده بیشتری دارد. شرکت تویوتا اولینبار از این طرح در خودرو هیبریدی خود در سال 2011 استفاده کرد که موجب شد مجدداً به این ایده توجه شود. فهرست خودروهایی که از این سیکل استفاده میکند را میتوانید در موتور با سیکل اتکینسون بیابید. باتوجهبه اهمیت این موتور در ساختار موتور خودروهای هیبریدی در یک مقاله مجزا به تشریح آن پرداخته خواهد شد.
موتورهایی بنزینی سیکل خود را در ساختار فشار ثابت انجام میدهند اما اگر موتورهای چهاز زمانه دیزل این سیکل را در فرایند حجم ثابت انجام میدهند. شکل 3 موتور چهارزمانه دیزل را نشان میدهد.
شکل 3- موتور چهارزمانه دیزل
موتورهای دیزل یکی از معروفترین موتورها در دنیای امروز هستند بسیاری از موتورهای مورداستفاده در صنعت نوع دیزل هستند. تمام خودرو های تجاری از موتور دیزل استفاده میکنند. قبل از ورود خودرو های هیبریدی به بازار خودرو های سواری در بسیاری از خودرو ها موتورهای دیزل جایگزین موتورهای بنزینی شده بودند. موتورهای دیزل نیز در مقالهای مجزا بررسی میشود.
تمامی موتورهای بالا، پیستون حرکت رفت و برگشتی دارد. موتور وانکل از ایده یک پیستون دوار استفاده کرده است.
شکل 4- موتور چهارزمانه از نوع وانکل – بنزینی
باتوجهبه فرم این موتورها تعداد بیشتری کورس را میتوان بهصورت همزمان داست؛ بنابراین راندمان این موتورها بسیار بالا است. مشکلات این موتور حرارت بالا، استهلاک بالا و نحوه روغنکاری آن است. بسیاری از شرکتها خودروساز از این موتور بهعنوان یک طرح استفاده کردند؛ اما معمولاً استفاده از این موتور با نام شرکت مزدا عجین شده است. در یک مقاله مجزا اجزا و ساختار عملکرد آن معرفی خواهد شد.
موتور دو زمانه
در کنار موتورهای چهارزمانه، نسل دیگری از موتورها نیز وجود دارند که به موتورهای دو زمانه شناخته میشوند. موتورهای دو زمانه عموماً در موتورهای با ابعاد کوچک مانند موتور سیکلتها استفاده میشوند. شکل 5 نمونه ای از این موتورها را نشان میدهد.
شکل 5- موتور دو زمانه
موتورهای دو زمانه اولیه سوپاپ کنترلی برای ورود و خروج به موتور نداشتند؛ بنابراین میزان آلایندگی در این مدلها بسیار بالابود.
موتورهای احتراق خارجی
معروفترین موتورهای احتراق خارجی، موتور بخار، موتور استرلینگ و موتور جت هستند
موتور بخار
شاید بتوان این موتور را قدیمیترین نوع موتور دانست شکل 6 این نمونه را نشان میدهد.
شکل 6- نوعی موتور بخار
همانطور که مشاهده میشود موتور بخار بر اساس فشار بخار و جهت ورود آن به طرفین پیستون کار میکند. موتورهای لوکوموتیوهای اولیه از این نوع بودند.
موتور استرلینگ
یکی دیگر از موتورهای معروف از نوع احتراق خارجی موتور استرلینگ است. شکل 7 نمونهای از این موتور را نشان میدهد.
شکل 7 – موتور استرلینگ
موتور استرلینگ در واقع از نظر ساختار نوعی موتور بخار است که بارده آن بالاتر و ساختار عملکرد آن بهتر شده است. موتور استرلینگ در طرحهای مختلف ایجاد شده. امروزه فقط در طرحها و ماکتهای آزمایشی از این مدل استفاده میشود. شکل 8 و 9 نمونههای از موتور استرلینگ را نشان میدهد.
شکل 8- موتور استرلینگ دو قلو
شکل 9- موتور استرلینگ دوطرفه
موتور جت
معروفترین موتور احتراق خارجی که امروزه هنوز استفاده میشود موتور جت است. در واقع این موتور از نیروی رانشی احتراق برای حرکتدادن استفاده میکند. شکل 10 نمونهای از این موتور را نشان میدهد.
شکل 10- موتور جت
موتورهای جت امروزه بهعنوان موتور وسایل نقلیه هوایی بکار برده میشوند. البته گاهی در مسابقات ثبت رکورد سرعت حرکت روی زمین هم از این موتورها روی خودرو استفاده میکنند.
موتورهای خاص
یکی دیگر از طرحها که مدتها مورداستفاده قرار گرفته بود طرح موتور پیستونی از نوع شعاعی است. نوع سیکل آن میتواند دو زمانه یا چهارزمانه باشد. شکل 11 این نمونه را نشان میدهد.
شکل 11- موتور از نوع شعاعی
موتورهای رادیال در واقع همان موتور پیستونی است که تعدادی سیلندر در کنار هم قرار گرفته و همه پیستونها به یک میللنگ متصل هستند. حرکت پیستونها میللنگ را به دوران در میآورد.
جالب است بداند نمونه خاصی از موتورهای ستارهای با نام موتور دوار وجود داشت که بجای متحرک بودن میللنگ و ثابتبودن سیلندرها، میل وسط ثابت و سیلندرها حول محور میل وسط متحرک بودند که نیروی دورانی موتور نیز از گردش این سیلندرها به دست میآمد.
شکل 12- موتور دوار
این موتورها در جنگ جهانی اول بهعنوان موتور هواپیماهای اولیه استفاده میشد؛ اما به دلیل سنگینی مجموعه متحرک آن بهسرعت جای خود را به موتورهای شعاعی داد.
موتور CO2
یکی دیگر از موتورهای خاص موتور CO2 است این موتور نوع موتور است که نه در دسته موتورهای احتراق داخلی و نه در دسته موتورهای احتراق خارجی قرار میگیرد در واقع با استفاده از فشار CO2 این موتور کار میکند . شکل 13 این نمونه موتور را نشان میدهد.
شکل 13- موتور با فشار گاز CO2
بررسی طرحها و مدلهای مختلف میتواند راهی برای ایدههای نو در طراحی باشد.
نویسنده: مهندس بهروز خطیبی