موتور احتراق داخلی چیست؟

رینگو 25 اردیبهشت 1403

0 136 زمان تقریبی مطالعه 8 دقیقه

با تمام تاکیدات اخیر بر وسایل نقلیه الکتریکی، ما اغلب از فناوری که هنوز هم اکثر خودروها را در جاده‌ها نیرو می‌دهد نادیده می‌گیریم. موتور احتراق داخلی (ICE) تقریباً 150 سال است که در قلب صنعت خودرو قرار داشته است. همچنان منبع اصلی نیروی محرکه وسایل نقلیه در سراسر جهان است، خواه ماشین، کامیون، موتور سیکلت، RV، قایق، هواپیما و فراتر از آن.

موتورهای احتراقی احتمالاً طی چند دهه آینده به تدریج از کار خواهند افتاد و به دلیل استانداردهای جهانی هوای پاک و تلاش‌ها برای کاهش انتشار کربن از محیط زیست، جایگزین راه‌حل‌های تحرک آلایندگی صفر خواهند شد. با این حال، پیشرفت‌ها در طراحی ICE کمک کرده است تا خودروها قوی‌تر، کارآمدتر و تمیزتر از همیشه باشند، به‌ویژه زمانی که با پیشرانه‌های هیبریدی و پلاگین هیبریدی ادغام شوند.

تاریخچه مختصری از ICE

قبل از اینکه به مسائل فنی بپردازیم، درک چگونگی پیدایش ICE ضروری است. جدول زمانی از نقاط عطف مهم، توسعه ICE را از ابتدای پیدایش تا کاربرد در خودروها نشان می دهد:

در سال 1791، جان باربر توربین گازی را توسعه داد. (انگلستان)

در سال 1798، جان استیونز اولین موتور احتراق داخلی آمریکایی را ساخت. (ایالات متحده)

در سال 1807، فرانسوا ایساک دی ریواز “اولین خودروی احتراق داخلی جهان” را ساخت. (سوئیس)

در سال 1854، Eugenio Barsanti و Felice Matteucci گواهینامه “به دست آوردن نیروی محرکه از طریق انفجار گازها” دریافت کردند. (انگلستان)

در سال 1876، نیکولاس اتو، گوتلیب دایملر و ویلهلم مایباخ موتور چهار چرخه شارژ فشرده را توسعه دادند و به ثبت رساندند. (آلمان)

در سال 1886، کارل بنز اولین تولید تجاری وسایل نقلیه موتوری با موتور احتراق داخلی را آغاز کرد که در موتورواگن سه چرخ نصب شده بود. اگرچه دانشمندان، مخترعان و مهندسان مختلف در توسعه موتورهای احتراق داخلی مشارکت داشتند، مشارکت کارل بنز در سال 1886 عموماً به عنوان آغاز عصر مدرن خودرو در نظر گرفته می شود.

از ما بخرید

لاستیک خارجی

خرید لاستیک هدوی و لاستیک دانلوپ

لاستیک ایرانی

خرید لاستیک بارز و کویر تایر

ICE چگونه کار می کند؟

در ابتدایی ترین سطح، ICE یک سیستم مکانیکی است که سوخت را برای آزاد کردن انرژی (احتراق) در درون خود مشتعل می کند تا به یک جسم، مانند یک وسیله نقلیه، نیروی محرکه یا نیروی محرکه بدهد. احتراق در اصل یک انفجار یا در مورد موتورها، مجموعه ای از انفجارها است که انرژی شیمیایی را به انرژی جنبشی تبدیل می کند.

موتور از یک بلوک چدنی یا آلومینیومی استفاده می کند که معمولاً سه یا چند سیلندر ثابت را در خود جای می دهد. هر سیلندر حاوی یک پیستون متحرک است. انبساط گازهای با دمای بالا و فشار بالا ناشی از احتراق، این پیستون ها را در داخل سیلندر به جلو و عقب می راند، که به نوبه خود، میل لنگ را می چرخاند. حرکت چرخشی میل لنگ سپس یک سیستم دنده را در داخل یک گیربکس می چرخاند که در نهایت چرخ های خودرو را به حرکت در می آورد.

پیشرانه خودرو سیستمی از اجزاست که انرژی را از سیلندرها به چرخ دنده ها منتقل می کند. خروجی یک پیشرانه بر حسب اسب بخار و گشتاور اندازه گیری می شود. اسب بخار معمولاً با سرعت وسیله نقلیه مطابقت دارد، در حالی که گشتاور به شتاب و قدرت کشش (یعنی ظرفیت بکسل) مربوط می شود.

دو نوع اصلی موتورهای احتراق داخلی وجود دارد: یک موتور بنزینی با احتراق جرقه ای و یک موتور دیزلی با احتراق تراکمی. جرقه جرقه و احتراق تراکمی در نحوه تحویل و احتراق سوخت در موتور متفاوت است.

در موتور جرقه زنی، سوخت با هوا مخلوط می شود و سپس به سیلندر وارد می شود. پس از اینکه پیستون مخلوط سوخت و هوا را فشرده می کند، جرقه آن را مشتعل می کند و باعث احتراق می شود. در موتورهای دیزلی فقط هوا به موتور القا می شود و سپس فشرده می شود. این سیستم سوخت دیزل را به هوای داغ و فشرده پاشیده و باعث مشتعل شدن و احتراق آن می شود.

رایج‌ترین نوع پیشرانه از چرخه چهار زمانه استفاده می‌کند، به این معنی که برای تکمیل یک چرخه عملیاتی که باعث احتراق می‌شود، به چهار ضربه پیستون نیاز است. این چرخه شامل چهار مرحله است: مکش (یا القاء)، فشرده سازی و احتراق، ضربه قدرت و اگزوز.

در اینجا چیزی است که در هر مرحله اتفاق می افتد:

سکته ورودی/القایی – مخلوط هوا و سوخت محفظه احتراق را پر می کند. شیر ورودی مخلوط را در داخل سیلندر بسته و آب بندی می کند.

ضربه فشرده سازی/احتراق – مخلوط هوا و سوخت محبوس شده توسط پیستون داخل سیلندر فشرده می شود و گرما تولید می کند. جرقه ناشی از شمع گاز را مشتعل می کند. آزاد شدن این انرژی گرمایی باعث احتراق در انتهای ضربه فشرده می شود.

پاور سکته – گازهای داغ در حال انبساط حاصل از احتراق، سر پیستون را از سر سیلندر دور می کند. این نیرو به میل لنگ منتقل می شود و باعث چرخش آن می شود.

سکته اگزوز – گازها از محفظه احتراق خارج می شوند و به اتمسفر رها می شوند.

البته موتورهای احتراقی انواع، اندازه‌ها و پیکربندی‌های مختلفی دارند که هر کدام تفاوت‌های ظریف و متفاوتی دارند. موتورها به طور کلی با اندازه اندازه گیری شده در لیتر، تعداد سیلندرها و نحوه چیدمان آن سیلندرها تعریف می شوند.

در وسایل نقلیه مدرن، آنها معمولاً در یک الگوی V (V6 و V8)، یک الگوی خطی (I4 و I6)، یا یک الگوی افقی متضاد، یا از نوع باکسر (مسطح-4، مسطح-6) هستند. در هر کدام، آهنگ چهار زمانه فرآیند اساسی است که توسط آن انرژی برای ایجاد نیروی محرکه آزاد می شود.

روغن موتور در ICE ها برای به حداقل رساندن اصطکاک بین پیستون ها، سیلندرها و سایر قطعات متحرک استفاده می شود و در نتیجه از گرم شدن بیش از حد جلوگیری می کند. هنگامی که ICE روغن کافی نداشته باشد، اجزای آن در معرض سوختن، شکستن یا سایر آسیب های غیرقابل برگشت قرار می گیرند. به همین دلیل است که اگر خودرویی با موتور ICE دارید، بررسی روغن و تعویض منظم روغن بسیار مهم است.

سوخت یک ICE چیست؟

متداول‌ترین سوخت‌ها برای ICEها از سوخت‌های فسیلی، عمدتاً بنزین یا گازوئیل می‌آیند. اکثر واحدهای ICE می توانند با گاز طبیعی کار کنند و با اصلاحات مناسب، موتورهای ICE می توانند سوخت های زیستی تمیزتری مانند اتانول و بیودیزل را بسوزانند. سوخت های زیستی کمیاب تر عبارتند از روغن بادام زمینی، روغن سویا، روغن نباتی، الکل چوب و بیوگاز.

برخی از خودروسازان مانند پورشه نیز در حال آزمایش سوخت های مصنوعی ساخته شده از انرژی های تجدیدپذیر هستند.

بهبود موتورهای احتراقی

در طول 30 سال گذشته، تحقیق و توسعه به تولیدکنندگان کمک کرده است تا میزان انتشار ICE مانند اکسیدهای نیتروژن و ذرات معلق را تا بیش از 99 درصد کاهش دهند تا با استانداردهای انتشار EPA مطابقت داشته باشند. تلاش‌های تحقیق و توسعه مداوم نیز عملکرد ICE را از طریق اسب بخار و گشتاور بیشتر بهبود بخشیده است.

رویکردهای اصلی برای بهبود کارایی و عملکرد ICE عبارتند از:

تمرکز بر استراتژی‌های احتراق که تولید گازهای گلخانه‌ای را در سیلندر موتور به حداقل می‌رساند.

به دست آوردن درک بهتری از چگونگی تاثیر خواص سوخت بر فرآیند احتراق

توسعه فناوری‌های پس از درمان مقرون‌به‌صرفه که آلاینده‌های خروجی اگزوز موتور و اگزوز را به حداقل می‌رساند.

ادغام ICE ها در سیستم های برقی مانند پیشرانه های هیبریدی (HEV) و هیبریدی پلاگین (PHEV)

خلاصه

موتورهای احتراق داخلی به عنوان نیروی محرکه دنیای محرکه ما عمل کرده اند و قابلیت رانندگی و دوام را برای بیش از 250 میلیون وسیله نقلیه در ایالات متحده و چندین برابر این تعداد در سراسر جهان فراهم می کنند. به این ترتیب، ICE شاید تنها مهم ترین پیشرفت در تاریخ صنعت خودرو باشد.

با این حال، پرده به احتمال زیاد بر روی ICE بسته می شود زیرا جهان به دنبال جایگزین هایی برای استفاده از سوخت های فسیلی و انتشارات مضر ناشی از سوزاندن آنها است. آنها هنوز هم برای دهه های آینده وجود خواهند داشت، به خصوص اگر صنعت خودرو بفهمد که چگونه سوخت مصنوعی را مقیاس بندی کند. اما به طور فزاینده ای، آینده الکتریکی است.

مجله رینگو را به طور منظم برای آخرین بررسی های خودرو و اخبار صنعت بررسی کنید!