معرفی انواع موتورهای احتراقی و آشنایی با طرز کار آن‌ها

به گزارش دنده6 : در طول تاریخ چند هزار ساله حیات انسان، اختراع و نوآوری باعث شده تعریف حمل‌ونقل متحول شود و موتور احتراقی یکی از شاخص‌ترین اختراعات بشر است. سابقه تولید این وسیله مکانیکی به چند صد سال قبل و اواخر قرن ۱۸ میلادی بازمی‌گردد اما تعریف واقعی از موتور احتراقی در سال ۱۸۷۶ و توسط نیکولاس اتو مخترع آلمانی ارائه شد و سپس گوتلیب دایملر و ویلهم میباخ در سال ۱۸۸۵ این اختراع هیجان‌انگیز را تکمیل نمودند.

از آن زمان تاکنون، موتورهای احتراقی به عنوان پایه و اساس موتورهای بنزینی نصب شده در طیف وسیعی از وسایل نقلیه عمل کرده‌اند. با اینکه خودروسازان تلاش‌های زیادی جهت توسعه خودروهای برقی و هیدروژنی می‌کنند اما نمی‌توان تأثیر عظیم موتور احتراقی روی پیشرفت بشر را فراموش نمود. البته که برای درک بهتر از این اختراع باید با طرز کار آن آشنا باشیم. باید دانست موتورهای احتراق داخلی مدرن در دو نسخه متمایز احتراق با جرقه شمع و احتراق با تراکم تولید می‌شوند. این موتورها دارای تفاوت‌های کوچک اما متمایزی هستند.

پیش از آنکه به نسخه‌های مختلف موتورهای احتراقی بپردازیم ابتدا چگونگی کارکرد آن‌ها را مرور می‌کنیم. در نگاه اول، موتور درون‌سوز یا احتراق داخلی وسیله‌ای بسیار پیچیده به نظر می‌رسد اما اگر با مفاهیم اولیه علمی آشنا باشید به راحتی خواهید توانست طرز کار آن را بفهمید. قدرتی که در موتور درون‌سوز به وجود می‌آید حاصل ترکیب گرما و فشار است که با استفاده از پیستون‌ها به وجود می‌آید. بلوک موتور در درون خود چندین سیلندر را جای داده و بالای آن نیز آب‌بندی محکمی وجود دارد. داخل سیلندرها نیز قطعه‌ای به نام پیستون جاگذاری می‌شود. پیستون‌ها از طریق میل‌لنگبه هم ارتباط دارند. حرکت چرخشی میل‌لنگ در نهایت از طریق چندین قطعه دیگر به چرخ‌ها می‌رسد تا وسیله نقلیه حرکت کند.

درون هر سیلندر را می‌توان یک آزمایشگاه کوچک دانست. یک سوپاپ ورودی اجازه می‌دهد سوخت و هوا وارد سیلندر شده و به زیر پیستون اسپری شود. پیستون نیز باعث فشرده و متراکم شدن این مخلوط می‌شود. مخلوط سوخت و هوا با فشار پیستون گرم می‌شود و در نهایت با جرقه شمع این مخلوط مشتعل می‌شود و یک انفجار کوچک رخ می‌دهد. نیروی حاصل از انفجار باعث بالا رفتن پیستون می‌شود و این نیرو به میل‌لنگ منتقل شده و قدرت موتور تولید می‌شود.

با اینکه مفهوم کلی موتورهای احتراقی کم‌وبیش یکسان است اما دو نمونه متمایز از آن‌ها وجود دارد که با چگونگی ایجاد گرمای ضروری برای انفجار کوچک موردنیاز حرکت پیستون‌ها تعریف می‌شوند. مرسوم‌ترین نوع موتورهای احتراقی از نوع اشتعال با شمع هستند. شمع قطعه کوچکی است که داخل سیلندرها قرار می‌گیرد. همان‌طور که گفته شد مخلوط سوخت و هوا درون سیلندر متراکم شده و اینجاست که شمع فعال شده و با جرقه خود باعث مشتعل شدن مخلوط می‌شود. اما نوع دیگر موتور احتراقی از نوع اشتعال با تراکم است. این نوع موتور در خودروهای دیزلی بکار می‌رود. تفاوت این نوع موتورها در ترتیب عملیات صورت گرفته و همچنین محلی است که گرمای موردنیاز تأمین می‌شود. در این نوع موتورها بجای اینکه مخلوط هوا و سوخت در خارج از سیلندر ایجاد شود، هوا در ابتدا درون سیلندر وارد شده و متراکم و گرم می‌شود. زمانی که هوا به حالت فرار درآمد، سوخت دیزل اسپری شده و انفجار و حرکت پیستون رخ می‌دهد.

موتورهای احتراقی را می‌توان بر اساس تعداد مراحل فرایند تولید انرژی نیز دسته‌بندی کرد. حتماً تابه‌حال نام موتورهای دو یا چهار زمانه را شنیده‌اید. موتور چهار زمانه دارای چهار مرحله برای تولید قدرت یا انرژی است. مرحله اول ورود هوا و یا سوخت، مرحله دوم متراکم سازی مخلوط توسط پیستون، مرحله سوم انفجار و حرکت پیستون و مرحله چهارم خروج دود ناشی از انفجار است. این چهار مرحله در هر دو نوع موتور یاد شده برای تولید قدرت ضروری است؛ اما موتور دو زمانه پیچیدگی مکانیکی کمتری دارد و عناصر موتور چهار زمینه را در مراحل کمتری ترکیب کرده است.

در موتور دو زمانه، مرحله اول به بالا رفتن پیستون و متراکم کردن سوخت و هوا و نهایتاً جرقه‌زنی و اشتعال اختصاص دارد درحالی‌که در مرحله دوم پیستون برگشته و دودها از سیلندر خارج می‌شوند. با اینکه امکان دارد هر دو نوع موتور موردبحث از نوع دو یا چهار زمانه باشند اما معمولاً موتورهایی که از شمع استفاده می‌کنند طراحی چهار زمانه دارند درحالی‌که موتورهایی با فرایند اشتعال ناشی از تراکم دارای طراحی دو زمانه هستند. موتورهای دو زمانه به لطف وزن کمتر و حرکات سریع‌تر می‌توانند در وسایلی همچون اسکوترها بکار روند هرچند نگرانی‌های زیست‌محیطی باعث شده‌اند این موتورها تا حد زیادی منسوخ شوند. از طرفی موتورهای چهار زمانه در دورهای پایین‌تر عملکرد بهتری داشته و مصرف سوخت آن‌ها نیز کمتر است.