تاریخچه موتور خودرو

موتور در واقع خود ماشینی برای تبدیل یک نوع از انرژی به انرژی مکانیکی است. موتورهای حرارتی، مانند موتورهای احتراق داخلی، از سوخت برای ایجاد حرارت و تولید کار استفاده می کنند، موتورهای الکتریکی انرژی الکتریکی را به حرکت مکانیکی تبدیل می کنند، موتورهای پنوماتیک از هوای فشرده و موتورهای کوکی در اسباب بازی های کوکی از انرژی نهفته در فنر تحت فشار استفاده می کند. در سیستم های بیولوژیک، موتورهای مولکولی مانند میوسین ها در عضلات، از انرژی شیمیایی برای ایجاد نیرو و حرکت استفاده می کنند.

بیشتر بخوانید: موتور پیستونی

واژه شناسی موتور

واژه موتور (Engine) از لغت قدیمی فرانسوی engine مشتق شده که خود از کلمه لاتین ingenium از ریشه ingenious آمده است. سلاح های جنگی مربوط به دوره قبل از صنعت مانند سنگ انداز، منجنیق و دژکوب به موتورهای محاصره معروف بودند و دانش ساخت آن ها به عنوان یک راز محرمانه نظامی نگه داشته می شد. لغت gin در واژه cotton gin در واقع شکل مخفف شده engine است. اکثر دستگاه های مکانیکی اختراع شده در عصر انقلاب صنعتی به موتور معروف بودند  که به عنوان مثال می توان از موتور بخار (در فارسی اصطلاحأ ماشین بخار) نام برد. اگرچه موتورهای اولیه بخار مانند آن هایی که توسط توماس ساوری (Thomas Savery) ساخته شده موتور مکانیکی نبوده و پمپ به حساب می  آمدند. به همین روش، یک موتور آتش نشانی در شکل اولیه خود فقط یک پمپ آب بود و موتور توسط اسب ها به سمت محل آتش سوزی برده می شد.

در کاربردهای جدید واژه موتوربرای شرح دستگاه هایی نظیر موتورهای بخار و موتورهای احتراق داخلی به کار برده می شود که از سوخت برای ایجاد کار مکانیکی به شکل گشتاور یا نیروی مستقیم (معمولأ به شکل پیشرانه) استفاده می کنند. به بیان ساده تر، به دستگاه هایی که انرژی حرارتی را به انرژی حرکتی تبدیل  کنند، موتور گفته می شود. برای مثال می توان از موتورهای آشنای بنزینی و دیزلی و همینطور توربوشفت به عنوان موتورهای تولید گشتاور و توربوف ها و راکت ها به عنوان موتورهای تولید پیشرانه نام برد.

هنگامی که موتورهای احتراق داخلی اختراع شد، واژه موتور برای تمایز آن با موتور بخار که در آن موقع بسیار در راندن لوکوموتیوها و دیگر وسایل نظیر ترن های بخار مورد استفاده بود، به کار گرفته شد. واژه motor از فعل لاتین moto به معنای به حرکت درآوردن یا در حرکت نگاه داشتن گرفته شده است. بنابراین یک موتور دستگاهی است که در آن حرکت وجود دارد.

موتور (Motor و Engine) در انگلیسی استاندارد به جای هم قابل استفاده هستند. در بعضی مواقع در مهندسی این دو لغت معانی مختلفی دارند به طوریکه engine دستگاهی است که سوخت مصرف می کند و در آن ترکیبات شیمیایی عوض می شود ولی motor دستگاهی است که از الکتریسیته، هوا یا فشارهیدرولیکی استفاده می کند و ترکیب شیمیای منبع انرژی در آن تغییر نمی کند. اگرچه در علم راکت از لغت rocket motor استفاده می شود حتی با این که در آن از سوخت مصرف می شود.

یک موتور حرارتی را می توان به عنوان محرک اولیه، عضوی که جریان یا تغییر فشار سیال را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند، در نظرگرفت. یک اتومبیل دارای موتور (Engine) احتراق داخلی می تواند از موتورها (motor) و پمپ های مختلفی استفاده کند اما در نهایت تمام چنین  دستگاه هایی انرژی خود را از موتور (Engine) دریافت می کنند. راه دیگر نگاه به این موضوع این است که یک موتور (motor) قدرت را از منبع خارجی دریافت می کند و آن را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند در حالی که انجین (engine) نیرو را خود از طریق فشار (ایجاد شده به طور مستقیم توسط نیروی احتراق یا دیگر واکنش های شیمیایی یا به طور ثانویه از عمل چنین نیرویی بر موادی مانند هوا، آب یه بخار) به دست می آورد.

بیشتر بخوانید: موتور احتراق داخلی

موتور در روزگار باستان

ماشین های ساده نظیر چماق و پارو (مثال هایی از اهرم) در ماقبل تاریخ وجود داشته اند. قدمت موتورهای پیچیده تر که با استفاه از نیروی انسان، حیوان، آب، باد و حتی بخار کار می-کردند به دوران باستان می رسد. نیروی انسان توسط استفاده از موتورهای ساده اولیه مانند چرخ تسمه، چرخ چاه یا آسیاب بادی و طناب و قرقره و چیدمان های مختلف آن ها متمرکز می-گشت؛ این نیرو معمولأ با قدرت بالاتر و سرعت کمتر توسط این موتورها منتقل می  شد. این وسایل در جرثقیل ها و کشتی ها در یونان باستان و همین طور در معادن، پمپ های آب و موتورهای محاصره در روم باستان استفاده می شد. نویسندگان آن زمان شامل ویتروویوس، فرونتینوس و پلینیوس کوچک از این موتورها به عنوان وسایلی پیش پاافتاده یاد می کردند بنابراین اختراع آن ها مربوط به زمان های بسیار قدیمی تر باید باشد. در قرن یکم میلادی، از گاو و اسب در آسیاب ها برای راندن ماشین هایی مشابه آن چه که در زمان های قدیمی تر از انسان استفاده می شد، به کار گرفته شد.

طبق گفته استرابو، یک آسیاب آبی در کابریا (Kaberia) در پادشاهی میتریدیس در قرن یکم قبل از میلاد ساخته شده بود. استفاده از چرخ های آبی در آسیاب ها در امپراطوری روم در قرن های بعدی بسیار متداول شد. بعضی از آن ها بسیار پیچیده بودند و برای نگهداری و هدایت آب از قنات ها، سدها و آبگیرها به همراه چرخ دنده  های ساخته شده از چوب یا فلز برای تنظیم سرعت چرخش استفاد می کردند. دستگاه های کوک تر اما پیچیده تر مانند ماشین آنتیکیترا (نوعی رایانه باستانی) از انبوهی از چرخ دنده ها و شماره گیرها برای استفاده در تقویم ها و پیش بینی وقایع ستاره شناسی استفاده می کرد. در شعری از آسونیوس در قرن 4 میلادی، او به یک دستگاه برش سنگ آبی اشاره می کند. هرون اسکندرانی نیز به دلیل اختراع ماشین های مختلف آبی و بادی خود در قرن اول میلادی شامل بخارگردان (Aeolipile) و دستگاه تحویل (vending machine) معروف است. این ماشین ها را بیشتر در اماکن مذهبی و در قربانگاه ها و درب های خودکار معابد استفاه می کردند.

موتور در قرون وسطی

مهندسین مسلمان قرون وسطا از چرخ دنده در آسیاب ها و ماشین های بالابر آب استفاده کردند و از سدها به عنوان منبعی برای نیروی آب مورد نیاز برای آسیاب های آبی و ماشین های بالابر آب استفاده کردند. در دنیای اسلام، چنین پیشرفت هایی باعث شد تا بسیاری از کارهایی که در دوران قبل با دست انجام می شد را بتوان با نیروی مکانیکی انجام داد.

در سال 1206، الجزاری (Al-Jazri) از یک سیستم شاتون و میل لنگ برای دو عدد از ماشین-های بالابر آب خود استفاده کرد. یک دستگاه بدوی توربین بخار نیز توسط تقی الدین (Taqi al-Din) در سال 1551 و جیووانی برانکا (Giovann Branca) در سال 1629 اختراع شده بود.

در قرن 13 میلادی، موتور ثابت راکت در چین اختراع شده بود. این شکل ساده از موتور احتراق داخلی رانده شده توسط باروت قادر نبود که قدرت کنترل شده ای را ارائه کند اما برای پرتاب مهمات در سرعت های بالا به سمت دشمن در منازعات بسیار مفید بود. بعد از اختراع این ابداع در کل اروپا تکثیر شد.

موتور در انقلاب صنعتی

ماشین بخار وات اولین نوع از ماشین های بخاری بود که از بخار با فشار بیشتر از اتمسفر برای راندن یک پیستون با کمک گرفتن از خلاء نسبی استفاده می کرد. با بهسازی طراحی ماشین بخار سال 1712 نیوکامن (Newcomen)، ماشین بخار وات از سال 1763 تا 1775 به صورت جسته گریخته توسعه داده شد و به این ترتیب قدم مهمی در توسعه ماشین ها بخار برداشته شد. به دلیل راندمان بالای سوخت، ماشین طراحی شده توسط جیمز وات معادل ماشین بخار شناخته شد.  این اختراع باعث توسعه سریع کارخانه های نیمه خودکار با کارایی بالا در مکان-هایی شد که قبل از آن تصور چنین پیشرفتی را هنگامی که فقط از نیروی آب استفاده می-کردند، نداشتند. پیشرفت های بعدی منجر به تولید لوکوموتیوهای بخار شد و باعث انقلابی در توسعه صنعت راه آهن گشت.

موتورهای احتراق داخلی پیستونی برای اولین بار در فرانسه در سال 1807 توسط de Rivaz و مستقل از آن توسط برادران نیپس (Niepce) به وجود آمد. این موتورها در سال 1824 توسط کارنو (Carnot) به صورت نظری توسعه یافتند. در بین سال های 1853-1857 بارزانتی و ماتوچی (Barsanti&Matteucci) یک موتور با پیستون آزاد را اختراع و ثبت امتیاز کردند که از آن به عنوان اولین موتور 4 سیلندر احتمالی نام برده می شود.

اختراع موتور احتراق داخلی که بعدأ به صورت تجاری نیز موفقیت آمیز بود توسط اتین لنووآ (Etienne Lenoir) در سال 1860 انجام گرفت.

در سال 1877 سیکل اتو (Otto) توانست میزان قدرت به نسبت وزن بسیار بالاتری از ماشین بخار تولید کند و در کاربردهای مربوط به حمل و نقل نظیرخودروها و هواپیماها بسیار مناسب تر بود.

موتور بولتن و وات (Boulton&Watt) در سال 1788

موتور اولین خودروها

اولین اتومبیل موفق تجاری به دلیل افزایش تقاضا در موتورهای سبک و قدرتمند توسط کارل بنز (Karl Benz) ایجاد شد. موتور سبک وزن احتراق داخلی بنزین سوز که بر اساس سیکل چهارگانه اتو کار می کرد، موفق ترین مدل برای خودروهای سبک به شمار می آید و موتورهای کارآمدتر دیزلی نیز در کامیون ها و اتوبوس ها استفاده می شود. اگرچه در سال های اخیر، موتورهای توربودیزل مخصوصا در خارج از آمریکا و حتی برای خودروهای سواری کوچک نیز بسیار محبوب شده اند.

یک موتور احتراق داخلی با سه اسب بخار قدرت با استفاده از گاز ذغال

موتورهای پیستونی افقی روبرو

در سال 1896، کارل بنز گواهی ثبت اختراعی برای طراحی خود برای اولین موتور با پیستون-های افقی رودرروی هم گرفت. طراحی این موتور بدین نحو بود که پیستون ها در سیلندرهای افقی حرکت کرده و هم زمان به حجم مرده بالایی می رسیدند و بنابراین همدیگر را با توجه به مومنتوم خود بالانس می کردند. موتورهای این چنینی به دلیل شکل و ارتفاع پایین آن ها به موتورهای تخت معروف هستند. از این موتورها در فولکس واگن مدل بیتل، سیتروئن مدل 2CV، بعضی از ماشین های پورشه و سوبارو، بسیاری از موتورهای بی ام و و هوندا و موتورهای هواپیماهای ملخی استفاده شده است.

پیشرفت موتورها

ادامه استفاده از موتورهای احتراق داخلی برای اتومبیل ها تا حدودی به دلیل پیشرفت در سیستم های کنترلی موتور (کامپیوترهای خودرو که فرایندهای مدیریت موتور را انجام می-دهند و سیستم کنترل الکترونیکی پاشش سوخت) می باشد. القای هوای اجباری به وسیله توربوشارژرها و سوپرشارژرها قدرت خروجی موتور و راندمان آن را افزایش داده است. تغییرات مشابهی برای موتورهای دیزلی نیز انجام شده و آن ها تقریبأ مشخصات قدرتی مشابه با انواع بنزینی دارد. این قضیه مخصوصأ در خودروهای کوچکتر دیزلی در اروپا بسیار مشهود است. موتورهای دیزلی بزرگتر هنوز هم در کامیون ها و ماشین های سنگین استفاده می شود اما آن ها نیازمند ماشینکاری مخصوصی هستند که در اکثر کارخانه ها فراهم نیست. موتورهای دیزلی هیدروکربن و مونواکسید کمتری تولید می کنند اما آلودگی ذرات و NO بیشتری نسبت به موتورهای بنزینی دارند. راندمان مصرف سوخت موتورهای دیزل نسبت به موتورهای مشابه بنزینی 40% بالاتر است.

در نیمه اول قرن بیستم، به خصوص در مدل های ساخت ایالات متحده روند افزایش قدرت موتور صعودی شد. طراحی ها به سمت افزایش ظرفیت موتور از هر طریق هدایت شد که شامل افزایش فشار در سیلندرها به منظور بهبود کارایی، افزایش اندازه موتور و افزایش نرخ تولید کار موتور می شد. نیروها و فشارهای بالاتر ناشی از این تغییرات باعث ایجاد لرزش و مشکلات ابعادی در موتورهای با چیدمان خطی شد و همین امر سبب پیدایش موتورهای خورجینی و چیدمان های جدید شد.

چیدمان موتور در قدیم

در قدیم دامنه طراحی های انواع مختلف موتور وسیع تر از امروز بود. موتورها از 1 سیلندر تا 16 سیلندر و با ابعاد، اوزان، جابجایی موتور و شعاع سیلندر مختلف موجود بودند. در اکثر مدل ها از طراحی 4 سیلندر و با قدرتی بین 19 تا 120 اسب بخار (14~90kW) استفاده می-شد. چندین مدل 3 سیلندر با چرخه های دومرحله ای ساخته شد اما اکثر موتورها از سیلندرهای خطی استفاده می کردند. مدل های خورجینی و تخت دو و چهار سیلندر نیز موجود بود. سیستم میل بادامک بالای موتور بسیار استفاده می  شد. موتورهای کوچکتر معمولأ به وسیله هوا خنک و در پشت خودرو نصب می شدند؛ نسبت تراکم در مقایسه با امروز بسیار پایین بود. در دهه 1970 و 1980 شاهد توجه فراوانی به مسئله اقتصاد سوخت بودیم که منجر به بازگشت به مدل های کوچکتر 4 و 6 سیلندر ولی با تعداد سوپاپ بالا حتی تا 5 عدد برای هر سیلندر به منظور افزایش راندمان شد. بوگاتی ویرون مدل 16.4 با موتور W شکل 16 سیلندر کار می کند یعنی از دو ساختار 8 سیلندر در کنار هم برای ساخت موتور W شکل با استفاده از میل لنگ مشترک استفاده شده است.

بزرگترین موتور احتراق داخلی ساخته شده Wartsila-Sulzer RTA96-C، یک موتور 14 سیلندر 2 مرحله ای توربوشارژ دیزلی است که برای راه انداختن Emma Maersk بزرگترین کشتی کانتینر جهان در سال 2006 طراحی شد. این موتور وزنی معادل 2300 تن داشته و با سرعت RPM102 (1.7 Hz) کار کرده و بیش از 80 مگاوات قدرت تولید می کند و روزانه در حدود 250 تن سوخت مصرف می کند.

انواع موتور

یک موتور را می توان تحت دو عنوان دسته بندی نمود: نوع انرژی استفاده شده برای تولید حرکت و نوع حرکت خروجی

1- موتور احتراق داخلی

موتور احتراق داخلی موتوری است که در آن احتراق یک سوخت (معمولأ سوخت فسیلی) با استفاده از یک اکسایش گر (معمولأ هوا) در داخل محفظه احتراق رخ می دهد. در یک موتور احتراق داخلی، انبساط گازهای داغ و پرفشار که توسط فرایند احتراق به وجود آمده، به صورت مستقیم باعث فشار به جزیی از موتور مانند پیستون یا پره های توربین یا یک نازل شده و با حرکت آن در یک فاصله، منجر به تولید کار مکانیکی می گردد.

انیمیشن نشان دهنده مراحل 4 گانه در یک چرخه موتور احتراقی 4 زمانه

1. مکش (ورود سوخت)
2. تراکم
3. شعله (سوختن سوخت)
4. دهش (خروج دود)

2- موتورهای احتراق خارجی

موتور احتراق خارجی (موتور EC) یک موتور حرارتی است که در آن به یک سیال عامل داخلی توسط احتراق یک منبع خارجی از طریق دیواره های موتور یا مبدل حرارتی گرما داده می شود. این سیال سپس در فرایند انبساط در موتور باعث تولید حرکت و کار قابل استفاده می گردد. سیال سپس خنک شده، منقبض شده و دوباره استفاده می گردد (سیکل بسته) یا در حالت کمتر مرسوم دور ریخته شده و سیال خنک جدید وارد مدار می شود (سیکل باز موتور هوایی).

به فرایند سوختن سوخت با یک اکسایش گر به منظور فراهم نمودن حرارت "احتراق" گفته می شود. ممکن است موتورهایی با چیدمان و عملکرد مشابه (و حتی در مواقعی یکسان) از یک منبع حرارتی دیگر مانند هسته ای، خورشیدی، زمین گرمایی یا واکنش های حرارت ده غیر از احتراق استفاده کنند؛ اما در این حالت لزومأ تحت عنوان موتورهای احتراق خارجی طبقه بندی نشده و به آن ها موتورهای حرارتی خارجی گفته می شود.

سیال عامل می تواند گاز در موتورهای استرلینگ (Stirling) یا بخار در موتورهای بخار یا یک سیال آلی مانند پنتان در سیکل آلی رانکین (Rankine) باشد. سیال می تواند هر نوع ترکیبی داشته باشد؛ متداول ترین نوع سیال گازها هستند اگرچه حتی مایعات تک فاز نیز در مواقعی استفاده می شوند. در مورد ماشین های بخار، سیال بین گاز و مایع تغییر فاز می دهد.

3- موتورهای احتراقی تنفسی

موتورهای احتراقی تنفسی، موتورهای احتراقی هستند که به جای حمل مستقیم اکسایش گر مانند راکت از اکسیژن موجود در هوا برای سوزاندن سوخت استفاده می کنند. به صورت نظری این امر منجر به ایجاد نیروی پیشران مخصوص بیشتری نسبت به راکت خواهد شد.

یک جریان پیوسته از هوا در درون موتور تنفسی وجود دارد. این هوا فشرده شده، با سوخت مخلوط شده و بعد از اشتعال به صورت گازهای خروجی به بیرون رانده می شود.

مثال ها موتورهای مرسوم تنفسی شامل موارد زیر می گردد:

• موتورهای رفت و برگشتی
• موتورهای بخار
• توربین های گازی
• موتورهای جت تنفسی
• موتورهای جت ملخی
• موتورهای انفجار لحظه ای
• تپ جت
• رم جت
• جت اسکرام
• موتورهای هوای مایع / موتورهای واکنشی SABRE

4- موتورهای حرارتی غیراحتراقی

بعضی از موتورها گرمای حاصل از فرایندهای غیراحتراقی را به کار مکانیکی تبدیل می کنند، برای مثال یک نیروگاه هسته ای از گرمای به دست آمده از واکنش هسته ای برای تولید بخار و هدایت آن به یک موتور بخار استفاده می کند یا یک توربین گاز در یک موتور راکت ممکن است توسط تجزیه پرکسیدهیدروژن کار نماید. بدون در نظر گرفتن منبع انرژی های مختلف، خود موتور بسیار شبیه موتور احتراق داخلی یا خارجی طراحی می شود. گروه دیگر موتورهای غیراحتراقی شامل موتورهای حرارتی ترموآکوستیک(گرماآوایی یا موتورهای TA) می شود که در حقیقت دستگاه هایی ترموآکوستیک برای بهره جستن از امواج صوتی بلندمرتبه برای پمپاژ گرما از یک محل به محل دیگر هستند و یا به صورت بالعکس از اختلاف گرما برای تولید امواج بلند مرتبه صوتی استفاده می کنند.

5- موتورهای غیرحرارتی شیمیایی

موتورهای غیرحرارتی معمولأ انرژی خود را از یک واکنش شیمیایی غیرحرارت زا تأمین می-نمایند. مثال ها شامل موارد زیر است:

• موتور مولکولی – موتورهای موجود در گونه های زنده
• موتور مولکولی مصنوعی

6- موتور الکتریکی

یک موتور الکتریکی از انرژی برق معمولأ از طریق تعامل بین میدان های مغناطیسی و هادی های جریان برق برای تولید انرژی مکانیکی استفاده می کند. فرایند عکس، تولید انرژی الکتریسیته از انرژی مکانیکی توسط ژنراتور یا دینام صورت می گیرد. موتورهای نصب شده بر روی خودروها معمولأ هر دو وظیفه را به عهده می گیرند. موتورهای الکتریکی می توانند به عنوان ژنراتور و بالعکس به کار روند اگرچه که در همه موارد این اتفاق عملی نیست. موتورهای الکتریکی در همه جا حضور دارند، از فن های صنعتی گرفته تا پمپ و دمنده، ابزارآلات برقی، لوازم خانگی، کامپیوترها و غیره همه از موتور الکتریکی استفاده می کنند. ممکن است آن ها با جریان مستقیم (برای مثال یک دستگاه قابل حمل که از باتری استفاه می کند) و یا با جریان متناوب از شبکه توزیع برق کار کنند. کوچکترین موتورهای الکتریکی در ساعت مچی ها پیدا می شود. موتورهای سایز متوسط در ابعاد و مشخصات استاندارد در مصارف صنعتی استفاده می شود. موتورهای عظیم برقی در مقیاس چندین هزار کیلوواتی برای ایجاد نیروی پیشرانش در کشتی های بزرگ و در کمپرسورهای خطوط اصلی گاز استفاده  می-شوند. موتوهای الکتریکی بر اساس منبع قدرت الکتریکی، ساختار درونی و کاربرد خود دسته بندی می شوند.

اصل فیزیکی برای تولید نیروی مکانیکی از تراکنش بین جریان برق و میدان مغناطیسی در سال 1821 کشف شده بود. موتورهای الکتریکی با رندمان بالا در طی قرن 19ام ساخته شدند اما استفاده تجاری گسترده از موتورهای الکتریکی نیازمند وجود ژنراتورهای کارآمد برق و شبکه های توزیع برق در مقیاس بزرگ بود.

به منظور کاهش مصرف انرژی برق در موتورها و همچنین کربن تولیدی به واسطه آن، قوانین و مقررات مختلفی در بسیاری از کشورها معرفی شده و از آن ها به منظور ترغیب سازنده و استفاده از موتورهای الکتریکی با راندمان بالاتر استفاده شده است. یک موتور با طراحی مناسب برای دهه های متمادی می تواند تا 90% از انرژی ورودی خود را استفاده و به انرژی مکانیکی تبدیل کند. هنگامی که راندمان یک موتور حتی در حد چند درصد اضافه شود، میزان انرژی صرفه جویی شده در واحد کیلووات ساعت (و همینطور از لحاظ هزینه) بسیار هنگفت خواهد شد. راندمان انرژی الکتریکی ی موتور القایی معمولی صنعتی را می توان از طرق زیر اضافه نمود: 1- کاهش تلفات الکتریکی در باله های استاتور (به عنوان مثال با افزیش سطح مقطع هادی، بهبود فن آوری باله ها و استفاده از مواد با هدایت بالاتر الکتریسیته مانند مس)، 2- کاهش افت الکتریکی درسیم پیچ و بدنه روتور (به عنان مثال با استفاده از مواد با هدایت بالاتر الکتریسیته مانند مس)، 3- کاهش افت مغناطیسی با استفاده از فلزات با کیفیت، 4- بهبود ایرودینامیکی موتور به منظور کاهش افت های مکانیکی، 5- بهبود یاتاقان ها به منظور کاهش افت اصطکاکی و 6- کم کردن تلرانس های تولیدی.

موتور الکتریکی

7- موتورهای با نیروی فیزیکی

بعضی موتورها با انرژی پتانسیل یا جنبشی نیرودار می گردند برای مثال، بعضی از ترن های کششی، هواپیماهای جاذبه ای و کانوایرهای طنابی از انرژی موجود در آب روان یا سنگ ها استفاده می کنند یا در بعضی از ساعت ها از وزنه ای که بر اثر جاذبه تکان می خورد استفاده می کنند. دیگر انواع انرژی پتانسیل شامل گازهای متراکم (مانند موتورهای پنوماتیکی)، فنرها (ماشین های کوکی) و نوارهای کشسانی می باشد.

ماشین های تاریخی محاصره که شامل سنگ اندازها، منجنیق ها و قلعه شکن ها می شد، از انرژی پتانسیل بهره می بردند.

8- موتور پنوماتیک

یک موتور پنوماتیک ماشینی است که انرژی نهفته در هوای متراکم را به کار مکانیکی تبدیل می کند. موتورهای پنوماتیکی معمولأ هوای فشرده را از طریق استفاده از حرکت خطی یا چرخشی به کار مکانیکی تبدیل می کنند. حرکت خطی می تواند ناشی از یک دیافراگم یا یک پیستون باشد، در حالی که حرکت چرخشی می تواند توسط استفاده از یک موتور پره شکل یا پیستونی فراهم شود. موتورهای پنوماتیک موفقیت گسترده ای در صنعت ابزارآلات دستی پیدا کرده اند و استفاده از آن ها به طور پیوسته در صنعت حمل و نقل در حال افزایش است. اگرچه، قبل از استفاده گسترده در صنعت حمل و نقل باید موتورهای پنوماتیک بر ضعف راندمان خود غلبه کنند.

9- موتورهای هیدرولیک

موتور هیدرولیک نیروی خود را از یک سیال تحت فشار می گیرد. این نوع موتور می تواند برای جابجایی اجسام سنگین یا ایجاد حرکت استفاده شود.

اثرات محیط زیستی موتورها

عملکرد موتورها معمولأ تاثیر نامطلوبی بر کیفیت هوا و آلودگی صوتی محیط دارد. در حال حاضر توجه ویژه ای به مشخصه های تولید آلودگی در سیستم های قدرت اتومبیل ها اعمال می شود. این امر منجر به ایجاد منابع قدت جدید و بهبودهایی در موتورهای احتراق داخلی شده است. اگرچه امروزه شاهد تردد ماشین هایی با موتورهای برقی هستیم، اما هنوز آن ها نتوانسته اند که توجیه محکمی در رقابت پذیری اقتصادی از خود نشان دهند. در قرن 21ام استفاده ازموتورهای دیزلی در بین صاحبان اتومبیل ها رواج پیدا کرده است. اگرچه هنوز موتورهای بنزینی و دیزلی با تمامی پیشرفت های به دست آمده طی این چند سال، تحت چالش جدی قرار نگرفته  اند. تعدادی از تولیدکنندگان موتورهای هیبرید خود را به بازار معرفی کرده اند، که در آن ها اکثرأ یک موتور دیزلی همراه با یک موتور برقی و یک بانک بزرگ باتری همراه شده است اما این مدل ها نیز راهی طولانی در تقسیم سهم بازار با موتورهای دیزلی و بنزینی دارند.

گازهای خروجی از موتور اشتعال جرقه ای شامل این موارد می شود: نیتروژن بین 70 تا 75% (حجمی)، بخار آب بین 10 تا 12%، دی اکسیدکربن بین 10 تا 13%، هیدروژن بین 5/0 تا 2%، اکسیژن بین 2/0 تا 2%، مونواکسیدکربن بین 1/0 تا 1%، هیدروکربن های نسوخته و محصولات نیمه اکسیده (مانند آلدهیدها) بین 5/0 تا 1%، مونواکسیدنیتروژن بین 01/0 تا 4/0%، اکسید نیتروس کمتر از pm100، دی اکسیدسولفور بین 15 تا ppm60، ردی از دیگر ترکیبات مانند افزودنی های بنزین و روانکارها، همچنین ترکیبات هالوژنی و فلزی و دیگر ذرات. مونواکسیدکربن به شدت سمی است و می تواند باعث مسمومیت شود، بناراین بسیار ضروری است که از تجمع این گاز در فضاهای بسته جلوگیری شود. مبدل های کاتالیستیک می توانند گازهای سمی خروجی را کاهش دهند اما قادر به حذف کامل آن ها نیسند. همچنین به دلیل استفاده بسیار گسترده از موتورها در جوامع مدرن صنعتی، گازهای گلخانه ای منتشر شده به خصوص دی اکسیدکربن منجر به بروز پدیده گلخانه ای در جهان و عامل اصلی هشدار در مورد گرم شدن جهان می باشد.

سرعت موتور

با توجه به این نکته که در اکثر موتورها سرعت را با چرخش بیان می کنند، سرعت موتور با واحد دور بر دقیقه (RPM) اندازه گیری می شود. موتور را می توان دور پایین، دور متوسط و یا دور بالا طبقه بندی کرد هر چند که این نام گذاری ها همه نسبی بوده و به نوع موتور توضیح داده شده بستگی دارد. معمولأ موتورهای دیزلی در دورهای پایین تری (1500 تا RPM4000 در موتورهای دیزلی خودروها) در مقایسه با موتورهای بنزینی (2200 تا RPM6000 در موتورهای بنزینی خودروها) کار می کنند. موتورهای الکتریکی و توربوشفت ها توانایی دستیابی به سرعت های بالاتری (RPM10000 یا بیشتر) را دارند و معمولأ تنها محدودیت آن ها استاندارد مواد و عمر مفید مورد انتظار در قطعاتی نظیر روتور می باشد که باید بتوانند تحمل نیروهای گریز از مرکز ناشی از سرعت های دورانی بسیار بالا را تحمل کنند.

نیروی موتور (تراست)

تراست (Thrust) نیروی به وجود آمده در اثر متقابل دو جرم است که به دلیل سرعت خود بر یکدیگر نیروی برابر اما در خلاف جهت همدیگر وارد می کنند. این نیرو F را می توان با واحد نیوتن (N در واحد بین المللی) یا به صورت کمتر مرسوم با واحد پوند نیرو (lbf در واحد انگلیسی) اندازه گرفت.

گشتاور چیست و نحوه محاسبه آن

گشتاور نیروی وارد شده بر یک اهرم خیالی متصل به شفت خروجی یک موتور است. فرمول گشتاور به شرح زیر می باشد:

Ꚍ= |r x F| = rF sin(r,F)

که در آن r طول اهرم، F نیروی اعمال شده بر آن و rxF حاصل ضرب برداری آن است. گشتاور را معمولآ با واحد نیوتن متر (N.m در سیستم بین المللی (یا با واحد قدیمی تر فوت-پوند ft.lb در بعضی از کشورها) اندازه گیری می نمایند.

توان و نحوه اندازه گیری آن

توان مقدار کار انجام شده یا انرژی تولید شده در واحد زمان می باشد. فرمول توان به صورت زیر می باشد:

P = dW / dt

با تغییرات کوچکی می توان به فرمول زیر رسید:

P = F . v

این فرمول با نیروها و سرعت های خطی را می توان به صورت تقریبأ خوبی برای هر دو موتورهای نیروده و گشتاوری استفاده کرد.

برای موتورهای پیشران، معمولأ نیروی خام جریان جرم درونی در نظر گرفته می شود که منجر می شود چنین موتورهایی نرخ قدرت مخصوص خود را در هر کدام از واحدهای فوق الذکر داشته باشند.

اگر موتور مورد بحث نیروی خود را به یک شفت تحویل می دهد، سپس خواهیم داشت:

P = Ꚍꟺ

این امر دلیل این است که چرا در تمامی موتورهایی که قدرت در آن ها به یک شفت دوار تحویل داده می شود قدرت تحویلی خود را همیشه همراه با سرعت دورانی مخصوص در آن قدرت بیان می کنند.

بسته به نوع موتور مورد استفاده، نرخ های راندمان مختلفی به دست خواهد آمد. برای موتورهای حرارتی، راندمان نمی تواند بیشتر از راندمان کارنو (Carnot) باشد

صدای موتور

در مبحث درجات بلندی صدا، موتورهای مختلف مانند موتورهای خودرو و کامیون ها به دلیل قابلیت جابجایی خود نقش عمده ای در آلودگی صوتی ایجاد می کنند. صدای موتور به خصوص در سرعت های پایین که ایرودینامیک و صدای لاستیک ها زیاد نیست، بسیار مشهود است. به طور کلی، موتورهای بنزینی و دیزلی در مقایسه با توربوشفت هایی با توان و قدرت یکسان، صدای کمتری تولید می کنند؛ موتورهای الکتریکی نیز نسبت به موتورهای مشابه که از سوخت های فسیلی استفاده می کنند آلودگی صوتی کمتری دارند. موتورهای پیش ران مانند توربوفن ها، توربوجت ها و راکت ها بیشترین آلودگی صوتی را دارا هستند زیرا روش تولید انرژی در آن ها مستقیمأ منجر به تولید سروصدا خواهد شد. روش های مختلفی برای کاهش میزان صدای موتورها امتحان شده است. موتورهای بنزینی و دیزل به نمد صداخفه کن مجهز شده اند؛ توربوفن های جدیدتر دارای فن های بزرگتر از اندازه (معروف به تکنولوژی بای پس بالا) به منظور کاهش نسبت دود خروجی داغ پرصدا از توربوشفت یکپارچه در جریان دود خروجی بوده و در مدل های قدیمی تر بای پس پایین از کیت های صداخفه کن استفاده می شود. هیچ روش شناخته شده ای برای کاهش آلودگی صوتی راکت ها بدون تأثیر منفی در کاهش نیروی پیش رانش آن ها وجود ندارد.

شما مشتریان گرامی میتوانید قطعات لوازم یدکی هیوندای و یا دیگر خودروها را با قیمت مناسب و کیفیت بالا از مجموعه پارتستان تهیه کنید برای اینکار فقط کافیست تا با کارشناسان ما تماس حاصل فرمایید تا شما را راهنمایی کنند.