آشنائي با موتورهای درون سوز (موتورهای احتراق داخلی)

[Don Corleone]

ریشه لغوی

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

نگاه اجمالی

یک موتور احتراق داخلی وسیله است که انرژی محبوس در سوخت*های 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 می*گذراد.

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 پیشرفته*تری ساخته شده*اند که با نمونه اولیه بسیار مشابهند. البته در سال 1957 موتوری توسط «وانکل» ساخته شد که اگرچه اصول موتورهای اتو را به کار می*برد لیکن ساختمان آن متفاوت است.

انواع موتورهای احتراق داخلی

این موتورها را به دسته کلی موتور چهارزمانه و موتورهای دوزمانه می*توان تقسیم کرد. اصول کاری این موتورها مشابه است. لیکن نحوه عمل آنها به علت تفاوت*های 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) می*بایست 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 می*گیرد.
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 می*باشند در کنار یکدیگر قرار می*گیرند. بر این اساس موتورهای متنوعی ساخته شده*اند که انواع متداول آنها می*توانند 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 می*رود. مثلا اگر نحوه آرایش سیلندرها را معیار در نظر بگیریم می*توانیم موتورها را به انواع: موتورهای خطی ، موتورهای V شکل یا خورجینی و موتورهای شعاعی تقسیم بندی کنیم و یا اینکه می*توان 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 جرقه*ای :
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 می*کنند.
طرز کار

نحوه کار موتورهای احتراق داخلی را به شکل خلاصه می*توان انگونه بیان کرد.

مکش :
مخلوط آزمایش*های 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 می*شود.
توان :
مخلوط آزمایش*های مربوط به هوا و سوخت محترق شده و انرژی آزاد می*کند که باعث حرکت پیستون به سمت پایین می*شود.
تخلیه :
گازهای ناشی از احتراق از محفظه سیلندر تخلیه می*شود.
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 می*شوند. به هر حال پس از انجام مرحله انفجار (توان) انرژی آزاد شده از سوختن ماده سوختنی آزاد شده است و باعث حرکت پیستون می*گردد. 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 می*بایست به دقت و نحو مطلوب وظیفه خود را انجام دهند. اجزا و سیستم*های تشکیل دهنده یک موتور احتراق داخلی را می*توان به شرح زیر برشمرد.

سیلندر :
قسمت اصلی موتور است که محل بالا و پایین رفتن پیستون می*باشد.
سرسیلندر :
بر روی سیلندر قرار می*گیرد و محل قرار گیری سوپاپ*ها ، شمع*ها و ... می*باشد.
پیستون :
قطعه متحرکی است که در داخل سیلندر بالا و پایین می*رود و به میل لنگ متصل است.
میل لنگ :
تبدیل کننده حرکت رفت و برگشتی به حرکت چرخشی است.
سیستم هوارسانی :
به ساختارهایی گفته می*شوند که محفظه سیلندر را به هوای بیرون مربوط می*کند.
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 می*رود.
سیستم برقی :
جهت اشتعال سوخت و ایجاد جرقه کاربرد دارد. (موتورهای دیزل فاقد این سیستم می*باشد)
سیستم سوپاپ*ها :
جهت زمان بندی ورود آزمایش*های مربوط به هوا و خروج دود به کار می*روند. (موتورهای دوزمانه فاقد این سیستم اند)
سایر قطعات :
رینگ*های پیستون ، میل بادامک ، چرخ لنگر یا فلاپویل ، یاتاقان*ها ، کاورنر ، و وزنه*های تعادل.
کاربردها

موتورهای احتراق داخلی امروزه گسترده*ترین و پراستفاده*ترین انواع موتورها می*باشند. و بیشترین کاربرد این موتورها در اتومبیل*ها ، کامیون*ها و سایر وسایل نقلیه است. البته در کارهای ایستا نظیر پمپ کردن آب یا آسیابها هم از این موتورها استفاده می*شود. شاید زمانی که برق منطقه*ای قطع شده است مشاهده می*کنید 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 می*کنند. و ...

نقش موتورهای درون سوز در زندگی ما

طیف وسیع و گسترده*ای از وسایل متحرک اطراف ما برای تامین حرکت خود به موتورهای احتراق داخلی وابسته*اند. 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؟
از مهندسي مكانيك