موتورهای احتراقی و اجزاء آنها

دسته بندي : فنی و مهندسی » مکانیک
·

موتور: اولین اشخاصی که موتور چهار زمانه را ساختند اتو و لانگن در سال 1876 بودند. رودلف دیزل شخصی بود که موتور دیزل را در سال 1897 ساخت. موتور به دستگاهی گفته می شود که با دریافت یک نوع انرژی (مثلاً شیمیایی یا الکتریکی) آن را تبدیل به انرژی مکانیکی کند.موتورهای احتراق داخلی (درون سوز): موتورهایی هستند که ماده سوختنی در بالای پیستون و در داخل سیلندر به حرارت تبدیل می شود و تولید انرژی می کند. موتورهای احتراق خارجی (برون سوز): ماده سوختی در خارج از موتور می سوزد و توسط دستگاههایی به داخل سیلندر هدایت شده و باعث انجام کار مکانیکی در موتور می شوند مانند ماشینهای بخار و توربینهای گاز. موتورهای احتراق داخل 1- موتورهای احتراق داخلی اشتعالی: به موتورهایی اطلاق می شود که با سوختهای سنگین مثل گازوئیل، نفت، نفت سیاه کار می کنند و کار آنها آرام است زیرا ماده سوختی در دمای احتراق فرصتی لازم دارد که تمام سوخت مشتعل شود. 2- موتورهای انفجاری: موتورهایی را گویند که از سوختهای سبک مثل بنزین، بنزل، الکل استفاده می کنند و کار آنها توام با ضربه است. قطعات اصلی یک اتومبیل - موتور - شاسی - اتاق - دستگاههای انتقال نیرو - دستگاههای کنترل و هدایت دستگاههای انتقال نیرو: کلاچ، جعبه دنده (گیربکس)، میل گاردان، دیفرانسیل و چرخها. دستگاههای کنترل وهدایت: میله های فرمان، فرمان، سگدستها و ترمزطبقه بندی موتورها: معمولاً به ترتیب قرار گرفتن اجزاء ذیل موتورها طبقه بندی می شوند. 1- ترتیب قرار گرفتن سوپاپها 2- تعداد سیلندرها 3- سیکل کار 4- طریقه خنک کردن 5- ترتیب قرار گرفتن سیلندرها 1- از روی ترتیب قرار گرفتن سوپاپها:در موتور آی هد سوپاپهای دود و گاز در سر سیلندر قرار دارند و آویخته اند. در این موتورها محفظه ای احتراق را به حداقل می رساند و حتی در سطح پیستون گودیهایی ایجاد می کند که سوپاپ بتواند در آن گودی باز و بسته شود و با پیستون تماس پیدا نکند. - موتورهای تی هد: در این موتورها سوپاپهای دود در یک طرف سیلندر و سوپاپهای گاز در طرف دیگر سیلندر به طوری که در حداقل فضا سوپاپهای دود بتوانند باز و بسته شوند. و سوپاپها گاز نیز برای باز و بسته شدن از فضای موجود محفظه احتراق استفاده می نمایند. فضای بالای پیستون و فضای باز سوپاپها حجمی را می سازند که قدرت این موتور را بر اثر کم شدن تراکم (به علت ازدیاد حجم) کم می کند. - موتورهای اف هد: سوپاپهای گاز در سر سیلندر و سوپاپهای دود در بدنه های سیلندر هستند و در این موتور نیز حداقل فضایی برای باز و بسته شدن سوپاپ دود لازم است که این حجم محدود حداقل برای محفظه احتراق در نظر گرفته شده است و قدرت موتور نیز محدود می گردد. - موتورهای ...

· موتور الکتریکی

ریشه لغوی موتور یک کلمه انگلیسی است و معنای آن جنباننده یا محرک می‌باشد. لیکن در حال حاضر از کلمه موتور به عنوان وسیله تولید انرژی جنبشی استفاده می‌شود. {picture=tr> دید کلی موتور یکی از ارکان اصلی خودرو می‌باشد، که وظیفه اصلی حرکت آن بوسیله موتور با انجام یک سری اعمال خاص امکان پذیر می‌شود. بر این اساس تلاشهای زیادی در زمینه طراحی و ساخت انواع موتور صورت گرفته است که در حال حاضر نیز بیشتر سرمایه گذاریهای کارخانه‌های خودرو سازی در این زمینه انجام می‌شود. تمام موتورهایی که در زندگی بشر مورد استفاده قرار می‌گیرند انرژی جنبشی را به شکل یک حرکت دورانی (چرخشی) در اختیار مصرف کننده قرار می‌دهند. موتورها این انرژی را از طریق تبدیل انرژی‌های پتانسیل و یا انرژیهای دیگر بوجود می‌آورند که می‌توان بر حسب منبع انرژی اولیه ، موتورها را تقسیم بندی کرد که در ادامه به آنها اشاره خواهد شد.بطور کلی می‌توان گفت که در پیرامون ما هر وسیله‌ای که کاری انجام می‌دهد دارای یک موتور است که حرکت قطعات آن و نیروی مورد نیاز آن وسیله را تأمین می‌کند. مثلا لوازم خانگی مثل یخچال ، ضبط صوت ، پنکه‌های تصویه و ... همگی دارای یک موتور الکتریکی می‌باشند و یا اتومبیلهایی که در خیابانها رفت و آمد می‌کنند هر کدام یک موتور جهت تأمین انرژی جنبشی خود دارند. تاریخچه ایده ساخت موتور به زمانهای دور باز می‌گردد، چنانکه قبل از سالهای 1700 میلادی تلاشهایی جهت مسافت موتورها به شکل امروزی انجام پذیرفته بود (هر چند که موتورهای ساده آبی که انرژی جنبشی آب را به حرکت چرخشی تبدیل می‌کردند از زمانهای بسیار دورتر ساخته شده و مورد استفاده قرار می‌گرفتند). لیکن اولین تجربه موفقیت آمیز در این زمینه ، در سال 1769 اتفاق افتاد. در این سال جیمز وات توانست یک موتور بخار اختراع کند که قابلیت استفاده از انرژی محبوس در سوختهای مختلف نظیر چوب و ذغال سنگ را داشت. {picture=tr> سیر تحولی و رشد مخترعین زیادی سعی کردند که اصول فوق را در موتورها تحقق بخشند. ولی «ان.ای.اتو» مخترع آلمانی اولین کسی بود که موفق گردید. او در سال 1876 موتور خود را به ثبت رساند و دو سال بعد نمونه‌ای را که کار می‌کرد به معرض نمایش گذاشت. موتور مزبور همان چرخ چهارزمانه یعنی ، تکثیر ، تراکم ، توان و تخلیه را به کار می‌بست. دانشمندان هم عصر اتو عقیده داشتند که وجود تنها یک مرحله توان در دو دور چرخش زمان بزرگی است (یک موتور چهارزمانه در هر دو دور چرخش تنها یک بار سوخت را می سوزاند به اصطلاح دارای یکبار انفجار یا توان است). بنابراین نظر خود را به موتور دو زمانه (که در هر دو چرخش یک انفجار دارد) معطوف

شايد هيچگاه مهندساني چون اتو و ديزل كه پايه گذران موتورهاي كنوني درون سوز بودنند فكر نمي كردنند كه تا سال ها اختراعشان پاشنه آشيل صنعت خودرو خواهد بود و با ابتكارشان بيش از 500 ميليون خودرو ساخته شود اما عده معتقدنند كه موتورهاي درون سوز بايد راهي موزه شوند اما در آنسوي ميدان خودروسازان هنوز مقاوت مي كنند انها معتقدنند هنوز براي وداع زود است اما پيروان سينه چاك محيط زيست مي گويند موتورهاي پيل سوختي و هيبريدي بايد جايگزين موتورهاي دورن سوز شوند

صداي اخرين نفس هاي موتورهاي درون سوز شنيده مي شود اما صبر كنيد شايد هنوز راهي براي نجات وجود داشته باشد

شوك الكتريكي براي يك مريض اورژانسي

از سوي سازمانهاي حفاظت از محيط زيست و دولت هايي كه تحت بحران انرژي به ستوه آمده

فشار سنگيني به مهندسان مراكز تحقيقاتي جهان وارد مي شود كه يا موتورهاي درون سوز را به موزه بفرستييد و يا اين موتورها را اصلاح اساسي كنيدد آخرين برسي ها نشان مي دهد فن‌آوري‌هاي جديد در زمينه موتورهاي بنزيني، نظير كوچك‌سازي، موتورهاي با تزريق مستقيم (GDI) و سيستم سوپاپ‌هاي كاملاً متغير راهايي براي ادامه حيات موتورهاي احترق داخلي در بحران سوخت و آلايندگي خودروها در 10 سال آينده است

آلايندگي و مصرف سوخت خودروها به دليل محدوديت‌هاي زيست محيطي، ظرف 10 سال آينده بايد به ميزان قابل توجهي بهبود يابد. فن‌آوري‌هاي جديد در زمينه موتورهاي بنزيني، نظير كوچك‌سازي موتورها به لحاظ اندازه (Downsizing) با استفاده از تقويت بالاي آنها (High Boosted)، موتورهاي با تزريق مستقيم (GDI) و سيستم سوپاپ‌هاي كاملاً متغير (Fully Variable Valve Train) هم‌اكنون در حال توسعه هستند. در مورد موتورهاي ديزل نيز بخش‌هايي كه انتظار مي‌رود توسعه يابند، شامل انژكتورهاي پيزو الكتريك، ف_ * ل*_ ت ر ذرات معلق و سيستم كاتاليستهاي DeNOx هستند.

اما آيا اين راه ها همان شوك الكتريكي معروف خواهد بود در اين باره پرفسور پيشينگر مدير مركز تحقيقات موتور آلمان به ايسنا مي گويد چند سال پيش همه پيش بيني مي‌كردند كه تا امروز موتورهاي پيل سوختي جايگزين موتورهاي درونسوز خواهند شد، اما اين امر تحقق پيدا نكرد. امروزه تا جايي كه قابل پيش‌بيني است و تا حدود 15 تا 20 سال آينده ( بيشتر از اين زمان قابل پيش‌بيني نيست) بايد گفت كه موتورهاي درونسوز حرف اول را خواهند زد، چرا كه اين موتورها بازده و عملكرد مناسبي دارند و از لحاظ هزينه توليدي نيز مقرون به صرفه هستند. از سوي ديگر اين موتورها از پتانسيل بالايي براي بهتر شدن بر خوردار هستنند درنتيجه بايد گفت كه بسياري از نتايجي كه با استفاده از موتورهاي پيل سوختي به دست مي‌آيد، در صورت توسعه دادن موتورهاي درون سوز نيز قابل دسترسي است و از آن جا كه اين موتورها توجيه اقتصادي نيز دارند، حداقل در افق 20 ساله حرف نخست را در صنعت خودرو خواهند زد.

اين سخنان شايد براي دلخوشي كافي باشد اما اولين موتورهاي برون سوز پيل سوختي از امسال به طور آزمايشي وارد بازار شده اند و طي ده سال آينده اگر بحران انرژي به همين روش پيش رود و قوانين زيست محيطي سخت تر شوند موتورهاي برون سوز پيل سوختي دشمن شماره يك حيات موتورهاي درون سوز خواهند شد

با سخت تر شدن قوانين زيست محيطي بايد آلودگي به مرز صفر برسد و اين عامل تحقيقاتي هزينه بري را طلب مي كند كه سبب افزايش قيمت موتورهاي درون سوز خواهد شد

اولين راهي كه مراكز اروپايي براي مقابله با بحران هاي ناشي از آلودگي هوا و انرژي پيگيري مي كنند اصلاح سيستم سوخت رساني و محفظه احتراق موتورهاي ديزلي و بنزيني است و به همين دليل در خودروهاي سواري روش جديد تزريق مستقيم سوخت به كمك كاتاليست پيگيري مي شود

روش gdiدر اين ميان يكي از موفق ترين راها بوده است

ابداع سيستم‌هاي جديد تزريق با فشار بالا و پيشرفت در سيستم كاتاليست‌هاي DeNOx منجر به اولين توليد انبوه موتورهاي پاشش مستقيم بنزيني با شارژ طبقه‌اي (stratified charge direct injection gasolineengine) شده كه كاهش مصرف سوخت بين 10 تا 15 درصد را به ارمغان آورده است.

براي دستيابي به بهترين مصرف سوخت، اين موتورها در بارهاي جزئي و مخلوط هوا و سوخت بسيار رقيق كار مي‌كنند.

در بارهاي زياد يا بار كامل به منظور تامين ماكزيمم قدرت خروجي، مخلوط هوا و سوخت بصورت همگن وارد محفظه احتراق مي‌شود. براي پايداري فرايند احتراق و اجتناب از تشكيل SOOT (دوده) در بارهاي جزئي، حالت مخلوط هوا و سوخت با حركت كنترل شده هواي ورودي تامين مي‌شود. مخلوط با حركت پيچشي رو به جلو (ForwardAir Tumble) در فاصله هوايي شمع پايدار مي‌شود.

شايان ذكر است كه پايداري فرآيند احتراق در موتورهاي GDI، به دليل نسبت هوا به سوخت بالا (رقيق سوز بودن)، از چالش‌هاي اساسي اين نوع موتورهاست. در اين حالت از يك انژكتور نوع چرخشي (Swirl-Type) استفاده مي‌شود. نسل بعدي سيستم‌هاي پاشش مستقيم عملكردي شبيه به فرآيند احتراق در موتورهاي ديزل خواهند داشت؛ يعني پاشش توام با فرايند احتراق.

از آنجائي كه كاتاليست‌هاي سه راهه تنها در شرايط استوكيومتريك عمل مي‌كنند، يك سيستم كاتاليستي DeNOx بايد به مجموعه افزوده شود تا كاهش آلاينده‌ها را در فرآيند شارژ طبقه‌اي، مطمئن سازد. به همين دليل سوخت مورد استفاده نيز بايد عاري از گوگرد باشد.»

درباره استفاده از موتورهاي تزريق مستقيم سوخت دكترپيشينگر معتقد است به نظر من توجه گسترده‌اي به موتورهاي تزريق مستقيم سوخت شده است و به طور مشخص اگر اين سيستم در كنار توربو شارژر قرار گيرد، بسيار مورد استقبال قرار خواهد گرفت. امروزه در اروپا مي‌بينيم كه بنزين در رقابت با ديزل قرار گرفته است. بسياري از شركت‌هاي خودروسازي در حال توسعه موتورهاي بنزيني با توربو شارژر به همراه سيستم تزريق مستقيم هستند كه اين موتورها از لحاظ قدرت و مصرف سوخت كارايي بالايي دارند.

گام دوم براي نجات

اصلاح موتورهاي ديزلي و افزايش استفاده آن در خودروها سواري از ديگر راهاي افزايش عمر موتورهاي درون سوز است

بنا بر مطالعات انجام ‌شده به طور متوسط استفاده از موتورهاي ديزلي بجاي بنزيني 30 درصد صرفه‌جويي در پي دارد.

خودروهاي ديزلي بين 20 تا 65 درصد سوخت كمتري مصرف مي‌كنند، امروزه در خودروهاي سواري ديزلي صرف چهار ليتر به ‌ازاي هر 100 كيلومتر معمول است ولي در خودورهاي سواري بنزيني مصرف شش ليتر در هر 100 كيلومتر ايده‌آل‌ترين حالت است.

برخلاف تصور عموم كه خودروهاي ديزلي دودزا هستند با استفاده گازوييل كم‌گوگرد اين سوخت بسيار پاكتر از بنزين است.

در حالي كه در اين خودروها ميزان CO2 به اندازه 24 و CO به‌ميزان 30 درصد با استفاده از موتورهاي كاهش مي‌يابد، اما هنوز هم تردد خودروي سواري ديزلي در ايران ممنوع است.

بازده حرارتي موتورهاي بنزيني در حدود 26 درصد است. حال‌ آنكه اين بازده در موتورهاي ديزلي جديد 42 درصد گزارش شده. موتورهاي ديزلي 20 درصد افزايش گشتاور و 25 درصد افت قدرت موتور نسبت به موتورهاي مشابه بنزيني دارند.

در اين ميان شركتهاي مختلف به فكر افزايش تكنولوژي ديزلي كردن خودروها هستنند به گونه اي كه حتي شركت جنرال موتورز كه تمايل چنداني به استفاده از اين روش نداشت به اين سمت كشيده شده است با گسترش مصرف سوخت خودروهاي بنزيني، شركت جنرال موتورز برنامه جديدي را براي گسترش خودروهاي ديزلي اجرا كرده است.

موتورهاي ديزلي تنها در عرض چند سال راه درازي را طي كرده‌اند. در حالي كه در سال 1990 تنها 15 درصد از خريداران اتومبيل در اروپاي غربي نسبت به خريد خودروهاي ديزلي تمايل داشتند، اين ميزان در سال 2004 به 43 درصد رسيده است.

گروه خودروسازي جنرال موتورز نيز با هدف پاسخگويي به نياز روزافزون مشتريان برنامه جديدي براي ارائه خودروهاي ديزلي با سوخت پاك و عملكرد مناسب فراهم كرده است. آخرين گروه از خودروهاي ديزلي درحدود 10 مدل با موتور‌هايي بين 1.3 تا 3 ليتر ظرفيت و با قدرت 70 تا 184 اسب بخار را شامل مي‌شود.

در اين ميان موتورهاي 1.9 ليتري معمولي از مطلوبيت بيشتري در ميان مصرف‌كنندگان برخوردار هستند و در حال حاضر اين موتورها در خودروهاي آسترا، وكترا، سيگنوم و زفيراي شركت اپل و كاديلاك BLS و ساب 3-9 و 5-9 مورد استفاده قرار مي‌گيرند.

اين در حاليست كه در خودروهاي وكترا و سيگنوم نيز علاوه بر آسترا و زفيرا يك موتور با قدرت 100 اسب بخار در كنار موتورهاي 120 و 150 اسب بخاري به بازار معرفي شده است.

اين سه موتور توليد نيرو كه با استقبال مناسبي مواجه شده‌اند از حداكثر گشتاور 260، 280 و 320 نيوتن بر متر در سرعت‌هاي مختلف برخوردارند كه اين امر كيفيت و راحتي رانندگي را افزايش مي‌دهد.

به طور مثال موتور 150 اسب بخار آسترا 1.9 CDIT اپل/ واكس‌هال از زمان آغاز حركت تا رسيدن به سرعت 100 كيلومتر در ساعت تنها به 8.9 ثانيه زمان نياز دارد و از حداكثر سرعتي معادل 208 كيلومتر در ساعت برخوردار است.

از سوي ديگر اين موتورها كاملا مقرون به صرفه هستند. موتور 120 اسب بخار خودروي ساب 3-9 ، 1.9 TID تنها از 5.7 ليتر ديزل در هر 100 كيلومتر استفاده مي‌كند كه اين امر امكان طي مسافت 1190 كيلومتر بدون سوخت گيري مجدد را براي اين خودرو فراهم مي‌كند.

طراحي اين موتور شبيه تمام موتورهاي 1.9 ليتري است - چهار سيلندر، ظرفيت 1910CC ، توربوشارژر با خنك كننده داخلي و روش‌هاي تزريق مستقيم - اما تامين سوخت سيلندرها نيز از طريق يك سيستم ريلي جديد با 1600 بار فشار انجام مي‌شود. اين موتور كه از 150 اسب بخار قدرت برخوردار است از تكنولوژي 4 سوپاپ متغير در هر سيلندر استفاده كرده و اين در حاليست كه موتورهاي ضعيفتر از يك سوپاپ داخلي و خارجي براي هر سيلندر برخوردار هستند.

تمام مدل‌هاي اپل، ساب و كاديلاك با موتورهاي 1.9 ليتري از ف_ * ل*_ ت ر محافظ ديزلي برخوردارند كه اين سيستم هوشمند احتياجي به افزودني‌هاي سوخت ندارد و در نتيجه از ويژگي‌هاي مثبتي نسبت به نقاط ضعف مدل‌هاي قبلي سود مي‌برد.

از سوي ديگر با استفاده از سيستم نوين استفاده شده دراين موتورها با وجود نصب ف_ * ل*_ ت ر تغييري در ميزان مصرف سوخت به وجود نخواهد آمد و اين ميزان افزايش نخواهد يافت.

سيستم پاك كننده در كنار يك دودگير در نزديكي موتور و يك سيستم پاك كننده ديگر در زير خودرو با هدف كاهش ساير آلاينده‌ها مانند مونواكسيد كربن (CO)، هيدروكربن‌ها (HC) و ذرات دوده به فعاليت مي‌پردازد.

در زمينه اطلاعات فني موتور‌هاي 1.9 ليتري ديزلي لازم به ذكر است كه هر سه موتور 100 ، 120 و 150 اسب بخار 4 سيلندر بوده و در حالي كه دو موتور اول 8 سوپاپ دارند در موتور 1.9 CDIT با قدرت 150 اسب بخار از 16 سوپاپ استفاده شده است
قوانين اروپايي روي آلاينده‌هاي خطرناك اگزوز كه در سال 2000 نسبتا سختگيرانه به اجرا درآمد بار ديگر در سال 2005 سختگيرانه‌تر شد. محدوديت‌هاي استاندارد آلايندگي EURO IV براي آلاينده‌هاي HC و NOX و ذرات معلق حدود 50 درصد سطح كنوني اين گازهاي مضر است. (استاندارد آلايندگي اروپا در سال 2004 مطابق با استاندارد EURO III است). مرحله بعد در استانداردهاي اروپايي كهEURO V ناميده مي‌شود احتمالا با تمركز روي ذرات معلق، به بهينه‌سازي بيشتري نياز دارد.

از سوي ديگر در استاندارد آمريكايي TIER 2 كاهش مرحله به مرحله NMOG (گازهاي اورگانيك غير متان) و كاهش متوسط NOX ناشي از ناوگان اتوبوسراني از سال 2004 تا 2007 مد نظر است. از سال 2003 به بعد در كاليفرنيا بايد حداقل 10 درصد فروش هر سازنده خودور، خودروهايي با آلايندگي صفر يا معادل آن باشد. نگراني در مورد اثر گازهاي گلخانه‌اي، خودروسازان اروپايي را وادار كرده است كه تا سال 2008 خودروهايي توليد كند كه متوسط CO2 منتشره از آنها زير 140 gr/Km باشد. يعني كاهش مصرف سوخت بايد به ميزان بيش از 25 درصد در مقايسه با سطح تعيين شده در سال 1995 باشد. همچنين كاهش بيشتر به سطح 120 gr/Km تا سال 2012 نيز در سال 2003 تحت بحث و بررسي قرار گرفت.

از طرفي همزمان با طرح مباحث آلايندگي، مشتريان نيازمند ايمني و آسايش بيشتري نسبت به سابق خواهند بود كه اين مساله تنها با افزايش وزن خودرو ميسر خواهد شد و واضح است كه اين موضوع با مصرف كمتر انرژي منافات دارد. همچنين ضمن حفظ حداقل عملكرد خودرو، در عين حال نبايد هزينه مالكيت خودرو افزايش يابد. با توجه به افزايش فشارهاي زيست محيطي به غير از دو راه گفته شده براي افزايش طول عمر موتورهاي درون سوز چند روش ديگر نيز مورد توجه است http://nafisfile.com/?ref=4793javascript:nicTemp();

هدف اصلي در توسعه موتورهاي اشتعال جرقه‌اي، بهبود مصرف سوخت و در نتيجه كاهش انتشار گاز CO2 است. از ديدگاه ترموديناميكي، دستيابي به راندمان بيشتر، با عملكرد موتور در بارهاي زياد و كاهش در افت تبادل گاز و حرارت در بارهاي جزئي ممكن است.

راه‌حل‌هاي فني براي اين منظور عبارتند از: كوچك‌سازي سايز موتورها و استفاده از سوپر شارژ، فن‌آوري سوپاپ‌هاي كاملا متغير

* كوچك‌سازي (D