همانطور که از نام این موتورها که مخفف (International combustion engine) ICE یا موتور درون سوز مشخص است در این نوع موتور با یک محفظه بسته به نام محفظه احتراق روبرو هستیم که واکنش های شیمیایی سوختن و تولید مخلوطی از گرما و انرژی درون محفظه احتراق صورت می گیرد. بطور کلی وظیفه موتور احتراق داخلی تبدیل حرارت به انرژی مکانیکی است. این انرژی در قالب گشتاور دورانی و قدرت از موتور به سمت چرخهای خودرو انتقال می یابد.
کاربردهای موتور احتراق داخلی
موتورهای درون سوز عموماً در دستگاههای متحرک و بخصوص خودروها مورد استفاده قرار می گیرد و دلیل آن مصرف سوخت معقول و اندازه انرژی مناسب برای به حرکت درآوردن خودروها می باشد. این نوع موتور علاوه بر خودروها در موتور سیکلتها، قایق ها، هواپیما و لوکوموتیوها نیز استفاده می شود.
1 – انواع احتراق در موتور احتراق داخلی
در موتورهای احتراق داخلی فرآیند انجام احتراق که سبب تولید انرژی و به چرخش در آوردن قسمت های متحرک موتور می شود با هم متفاوت بوده و متد والترین آنها عبارتند از موتورهایی یا احتراق جرقه ای و احتراق تراکمی.
A – احتراق جرقه ای SI (Spark Ignition)
در هر سیکل یا چرخه از کار موتور فرآیند احتراق با استفاده از جرقه الکتریکی که توسط شمع زده می شود صورت می گیرد یک ولتاژ قوی بین دو الکترود شمع برقرار شده و باعث انفجار مخلوط سوخت و هوای فشرده شده می شود
B – احتراق تراکمی
فرآیند احتراق به واسطه فرآیند تراکم آغاز می شود. در مرحله تراکم هوا فشرده و دمای آن به شدت افزایش می یابد و سپس سوخت به داخل هوای داغ تزریق و احتراق انجام می شود.
2- انواع چرخه ترمودینامیکی موتور در موتور احتراق داخلی
دسته بندی دوم موتورهای احتراق داخلی براساس چرخه ترمودینامیکی (چگونگی تبدیل حرارت) یا سیکل کاری این موتورها است که می توان آنرا به دو دسته موتورهای چهارزمانه و دو زمانه تقسیم بندی نمود.
A- چرخه یا سیکل چهارزمانه 4 strock cucle
در این نوع از موتورها برای انجام هر چرخه ترمودینامیکی پیستون در داخل سیلندر چهار بار حرکت خطی انجام میدهد در مرحله اول مخلوط هوا و سوخت وارد سیلندر می شود. در مرحله دوم مخلوط هوا و سوخت متراکم و در محفظه احتراق جمع می شود. در مرحله سوم با جرقه الکتریکی مخلوط محترق و محصول آن منبسط می شود و در مرحله چهارم دود حاصل از احتراق از سیلندر خارج میشود. طی این چهار مرحله: 1- مکش 2- تراکم 3- تخلیه 4- میل لنگ دو دور می چرخد.
B – چرخه یا سیکل دو زمانه 2 strock cycle
در این نوع از موتورها برای انجام هر چرخه ترمودینامیکی پیستون در داخل سیلندر دو بار حرکت خطی انجام می دهد. هر چهار مرحله ی مکش تراکم احتراق و تخلیه در دو بار حرکت پیستون انجام شده و میل لنگ طی این سیکل فقط یک دور می چرخد.
3- مکانیزم حرکت پیستون
در موتورهای احتراق داخلی جابجائی پیستون در داخل سیلندر یا بصورت رفت و برگشتی و یا بصورت دورانی انجام میشود.
A – رفت و برگشتی Reciprocatikg
در این نوع موتور دارای یک یا چند سیلندر است که پیستون ها در داخل آن حرکت رفت و برگشتی انجام می دهند. حرکت پیستون ها همراه با باز و بسته شدن سوپاپ ها سبب انجام فرآیند احتراق شده و میل لنگ نیز حرکت رفت و برگشتی پیستون ها را به حرکت دورانی تبدیل می کند. نحوه قرارگیری سیلندرها در موتورهای رفت و برگشتی متفاوت است که از جمله میتوان به موتورهای خطی خوابیده، V شکل، رادیال اشاره نمود.
B- دورانی Rotary
معروفترین موتورهای دورانی موتور وانکل (Vancle) است که توسط یک مهندس آلمانی طراحی شده است. در این مکانیزم موتور شامل اجزای زیر است: 1- بدنه ثابت (استاتور) 2- روتور یا پیستون 3- یک محور به نام میل لنگ. روتور در هنگام چرخش نسبت به بدنه استاتور هر چهار مرحله اصلی احتراق را انجام می دهد و در هر یک دور از چرخش روتور نسبت به استاتور سه بار احتراق انجام می شود.
4- سوخت مورد استفاده در موتور احتراق داخلی
می توان موتورهای احتراق داخلی را براساس نوع سوخت مصرفی نیز تقسیم بندی نمود. توضیح اینکه باتوجه به نوع سوخت مورد استفاده با تغییراتی نیز در طراحی موتور ایجاد نمود.
– بنزینی Gasoline اغلب در خودروهای سبک و نیمه سبک کاربرد دارد.
– سوخت دیزل یا گازوئیل Diesel fuel اغلب در خودروهای سنگین و نیمه سنگین کاربرد دارد.
– گاز طبیعی و گاز مایع CNG و LPG اغلب به عنوان سوخت جایگزین در خودروها استفاده می شود.
– سوخت ترکیبی Hybrid fuel ترکیب دو یا چند سوخت مختلف برای کاهش هزینه سوخت
– دوگانه سوز Dual fuel قابلیت استفاده از سوخت های مختلف بطور جداگانه
از دسته بندی دیگر موتورهای احتراق داخلی میتوان به تعداد و آرایش سیلندرها، فرآیند ورود هوا به موتور، چگونگی ورود سوخت و روش های خنک کاری موتور نیز اشاره نمود.
بازده موتورهای احتراق داخلی
موتورهای احتراق داخلی بسته به نوع طراحی، سوخت مصرفی و جنس قطعات بکاررفته بازدهی متفاوتی از خود نشان می دهد. در سیستم های بنزینی حتی با استفاده از توربو شارژها و فن آوریهای دیگر تنها 20% بازده دارند. حدوداً 36% از انرژی گرمایی حاصل از احتراق از طریق سیستم خنک کننده و 38% از طریق دود و حدوداً 6% نیز به دلیل اصطحکاک از بین می رود. تلاش مهندسان نیز برای افزایش بازده این موتورها موفقیت چندانی نداشته است.
انتشار آلودگی توسط موتور احتراق داخلی
موتورهای احتراق داخلی و بخصوص نوع رفت و برگشتی آن کاربرد وسیعی در صنعت خودروسازی دارد و انتشار آلودگی این موتورها نگرانی هایی را بدنبال داشته و مهندسان بدنبال راه حل هایی برای کاهش انتشار این آلودگی های می باشند. میزان زیادی از آلودگی به دلیل سوختن ناقص و تولید گاز منواکسیدکربن، دوده، اکسید نیتروژن، اکسید سولفور و هیدورکربورهای سوخته ایجاد می کند.
بهترین راه مقابله با انتشار آلودگی نزدیک شدن به نسبت استوکیومتری سوخت و هوای وارد شده به سیلندر می باشد. در موتورهای دیزلی نیز آلودگی هایی شامل ذرات ریز به اندازه 10 میکرون هستند که به شکل خطرناکی می تواند وارد سیستم تنفسی شوند. از ترکیبات مضر دیگر می توان به اکسیدهای گوگرد ، اکسیدهای نیتروژن را نام برد که میزان انتشار آنها به عواملی همچون سیستم سوخت رسانی، سیستم هوا رسانی، سیستم خروج دود و نوع سوخت مصرفی بستگی مستقیم دارد.
در پایان، میتوان گفت که مکانیک خودرو یکی از رشتههای بسیار جذاب و پرطرفدار است که به افراد این امکان را میدهد تا به دنیای پیچیده و تکنیکی خودروها وارد شوند و مهارتهای ارزشمندی کسب کنند. این مهارتها نه تنها میتواند در زندگی شخصی و حرفهای شما تغییرات مثبت ایجاد کند، بلکه فرصتهای شغلی خوبی را نیز فراهم میآورد. اگر شما هم علاقهمند به یادگیری اصول و مباحث مهم مکانیک خودرو هستید، شرکت در دوره آموزش مکانیک خودرو نشان برتر میتواند شروعی عالی برای شما باشد.
