موتور تک

موتور تک یا موتور احتراقی چیست؟

به دستگاهی که انرژی شیمیایی سوخت را به انرژی حرارتی تبدیل می کند تا قدرت مکانیکی به صورت خروجی ارائه دهد، موتور تک گفته می شود. موتور تک در دستگاه هایی مانند ژنراتور های برق، پمپ آب و دیگر دستگاه هایی که نیاز به انرژی مکانیکی دارند استفاده می شود.

انواع موتور احتراقی

• موتورهای احتراق داخلی (احتراق داخل سیلندر صورت می پذیرد).
• موتورهای احتراق خارجی (احتراق خارج از سیلندر صورت می پذیرد).

کاربرد اصلی موتور های احتراقی

• ژنراتورهای برق
• پمپ ها
• موتور برق
• گیربکس
• کشاورزی (علف تراش، اره برقی و غیره)
• ساختمانی و راه سازی
• امور صنعتی

مکانیزم کارکرد موتور های احتراقی چهار زمانه

مکانیزم موتور های درون سوز یا موتور های احتراق داخلی چهار زمانه در چهار مرحله مکش، تراکم، انفجار و تخلیه به صورت مداوم انجام می شود.

• مکش: در ابتدای کار موتور پیستون در بالا ترین مکان در سیلندر قرار می گیرد. به این منظور که با پایین آمدن پیستون هوا و سوخت مورد نظر در محفظه سیلندر جمع می شود. نام دیگر مکش به اصطلاح تنفس می باشد.
• تراکم: مرحله دوم کار موتور احتراقی تراک است که با بسته شدن سوپاپ ها و بالا آمدن پیستون به بالای سیلندر انجام می گیرد که به منظور تراکم یا فشرده سازی سوخت و هوا می گردد.
• انفجار: مرحله سوم موتور های احتراقی که انفجار می باشد در این حالت پیستون در بالاترین نقطه سیلندر قرار دارد و با توجه به متراکم شدن هوا و سخت با جرقه شمع در موتور های بنزینی و گازسوز و متراکم شدن هوا و سوخت در موتور های دیزلی انفجار و احتراق صورت می گیرد. با توجه به انفجار صورت گرفته و فشار وارد شده به پیستون باعث انتقال پیستون به پایین ترین نقطه خود در سیلندر می شود.
• تخلیه: آخرین مرحله مکانیزم موتور خروج دود از محفظه احتراق می باشد که با بالا آمدن پیستون، سوپاپ دود باز شده و با بالا آمدن پیستون دود حاصل از احتراق خارج می گردد.

مکانیزم کارکرد موتور های احتراقی دو زمانه

موتور های دو زمانه یا به اصطلاح به آنها موتور های پیستونی می گویند. که در این موتور ها طراحی به گونه ای انجام شده است که مراحل با یکدیگر ادغام شده است. در شروع سیکل دو زمانه پیستون در بالاترین حد سیلندر می باشد و در زمان پایین آمدن پیستون از یک طرف هوا و سوخت وارد محفظه احتراق می شود.

سپس پیستون با بالا آمدن در محفظه احتراق علاوه بر متراکم سازی هوا و سوخت احتراق هم صورت می گیرد و پس از خروج دود از پایین سیلندر سوخت وارد محفظه شده تا برای احتراق بعدی آماده شود.

تفاوت موتور چهار زمانه و دو زمانه

معمولا موتور های دو زمانه از ساختار ساده تری برخوردار هستند. این موتور ها با قطعات کم، وزن و اصطکاک پایین با تعمیر و نگهداری آسان تر دارای قیمت ارزان تر و قدرت بالاتری نیز می باشند.

اما یکی از مزایای موتور های چهار زمانه بازدهی بالاتر به همراه طول عمر بالا و آلایندگی کمتر می باشد.

اجزای داخلی موتورهای احتراقی

قسمت های مهم موتور های احتراقی که در واقع مسئولیت اصلی موتور را بر عهده دارند تا بتوانند انرژی حاصل از سوخت را به انرژی مکانیکی و قدرت تبدیل کنند عبارت است از:

• شمع
  • احتراق صورت گرفته در موتور به وسیله شمع انجام می شود. به این صورت در مرحله انفجار در زمانی که مخلوط سوخت و هوا در محفظه سیلندر متراکم شده است شمع با جرقه زدن باعث آتش گرفتن سوخت در محفظه احتراق می شود که همین امر سبب انتقال نیرو به پیستون در جهت تولید انرژی مکانیکی بوده است. معمولا تعداد شمع ها در موتور های احتراقی با توجه به تعداد سیلندر ها می باشد.
• سوپاپ هوا و سوپاپ دود
  • وسیله ای برای ورود هوا و سوخت به سمت محفظه احتراق و پس از مرحله انفجار خروج دود به سمت اگزوز نیز می باشد. سوپاپ با توجه به زمان بندی دقیق که برای موتور تعیین شده است باز و بسته می شود. معمولا در موتور ها یک سوپاپ برای خروج دود و یک سوپاپ دیگر برای ورود هوا و سوخت می باشد. بعضی از کمپانی ها برای عملکرد بهتر موتور و بالا بردن راندمان و توان از دو سوپاپ دود و دو سوپاپ هوا نیز استفاده می کنند.
• مَنیفولد هوا و مَنیفولد دود
  • منیفولد هوا به محفظه ای گفته می شود که محل ورود هوا و بخارات سوخت در مدل های بنزینی و هدایت آن به محفظه سیلندر می باشد. در مدل های دیزلی ورودی فقط شامل هوا می باشد. منیفولد دود به محفظه ای اطلاق می شود که دود های حاصل از احتراق در محفظه سیلندر را به خروجی اگزوز هدایت می کند.
• انژکتور
  • به تجهیزی گفته می شود که میزان مشخصی از سوخت را به اندازه مشخص شده و با زاویه مناسب به داخل محفظه احتراق اسپری می کند.
  • نکته: در انژکتور های نسل جدید با توجه به دستورات تعریف شده در ECU زمان پاشش و میزان سوخت اسپری شده قابل تنظیم است.
  • برای مثال در زمان استارت و سرد بودن موتور میزان پاشش سوخت بیشتر بوده و موجب استارت راحت موتور می گردد.
• سیلندر
  • به محفظه ای گفته می شود که در واقع محل ورود مخلوط هوا و سوخت بوده و پیستون با حرکت رفت و برگشتی در محفظه سیلندر ایجاد توان لازم را می کند.
• پیستون
  • به قطعه ای گفته می شود که انرژی حاصل از انفجار مخلوط هوا و سوخت درون محفظه سیلندر را به وسیله شاتون به میلنگ منتقل می کند.
• بلوکه سیلندر
  • به قطعه ای گفته می شود که وظیفه نگهداری و محافظت و خنک کاری تجهیزات مربوط به موتور را که در بالا اشاره شده است را به عهده دارد.

انواع موتور احتراق داخلی از لحاظ سوخت

موتور های احتراقی با توجه به ساختار درونی ای که دارند از لحاظ سوخت به سه دسته مجزا تقسیم می شوند:

• موتور های بنزینی
• موتور های دیزلی یا گازوئیلی
• موتور های گازی یا گازسوز

موتور تک بنزینی

به گونه ای از موتور ها گفته می شود که با توجه به ساختاری که دارند با سوخت بنزین روشن می شوند. تنها تفاوت آن با دیگر موتور ها در اشتعال این است که موتور بنزینی با استفاده از جرقه شمع روشن می شود.

موتور تک سیلندر بنزینی

موتور متشکل شده از بلوکه سیلندر، پیستون و شافت انتقال حرکت است. با توجه به حرکت رفت و برگشتی پیستون توسط میل شاتون آن را به حرکت چرخشی یا دورانی تبدیل می کند.

معمولا موتور های بنزینی انرژی خود از احتراق درون سیلندر می گیرند که در بیشتر موتور های بنزینی تک سیلندر هوا و سوخت توسط کاربراتور ترکیب شده و وارد محفظه احتراق می شود.

کاربراتور وسیله ای می باشد که سوخت و هوا را با هم ترکیب کرده و وارد محفظه احتراق می کند. معمولا موتور هایی که با کاربراتور کار می کنند از دقت بالایی برخورد نیستند و میزان آلایندگی آنها بیشتر می باشد.

امروزه با پیشرفت علم در اکثر موتور ها از تجهیز الکتریکی ای به نام انژکتور استفاده می شود. این تجیز از دقت بالایی برخوردار است که می تواند سوخت و هوا را به صورت یکسان با یکدیگر ترکیب کند.

در حال حاظر با توجه به هزینه ی بالای نصب انژکتور در موتور تک سیلندر و کوچک از کاربراتور استفاده می شود.

کاربرد موتور های بنزینی

• موتور برق ها
• اره برقی
• ماشین چمن زنی
• علف تراش
• قایق های موتوری
• موتور سیکلت ها

موتور تک دیزلی

به موتور های درون سوز پرتابل و پر کاربردی که سوخت آنها برای احتراق از سوخت دیزل یا گازوئیل استفاده می کنند موتور های دیزلی گفته می شوند.

کاربرد موتور های دیزلی

• دیزل ژنراتور ها
• موتور برق های دیزلی
• پمپ آب دیزلی
• تجهیزات راهسازی و ساختمانی ( کمپکتور، بتونیر، ماله پروانه و غیره)
• بخش کشاورزی (سمپاش، علوفه خردکن و غیره)

موتور دیزل تک سیلندر

معمولا موتور دیزلی تک سیلندر تجهیزات الکتریکی هستند که کاربرد های مختلفی از جمله در موتور برق ها، تجهیزات کشاورزی مانند سمپاس و علوفه خرد کن نیز به کار برده می شوند.

موتور تک گازسوز

به موتور احتراق داخلی که برای تولید انرژی مکانیکی نیاز به سوخت گاز CNG دارد.

عملکرد موتور گازسوز

مکانیزم کارد کرد موتور های گاز سوز مانند موتور های بنزینی بوده است. هر 4 سیکل روند طبیعی موتور ها یکسان بوده است. به این صورت که در موتور های گاز سوز شمع برای جرقه در مرحله سوم یعنی انفجار نیز وجود دارد.

تنها تفاوت در عملکرد موتور های گازسوز نسبت به موتور های بنزینی در این می باشد که موتور های بنزینی مخلوط سوخت و هوا در انژکتور یا کاربراتور (البته بستگی به موتور دارد) می باشد اما در موتور های گازسوز این ترکیب در میکسر گاز انجام می شود.

کشور ایران 16 درصد مخازن شناخته شده ی دنیا را بعد از روسیه دارد. بعد از پالایش آنها، این منابع به صورت ng در مولد های قدرت تبدیل به گاز طبیعی فشرده CNG و گاز مایع LPG می شوند. معمولا در موتور های گازسوز از سوخت LPG در سایز های کوچک تا توان 10 کیلووات استفاده شده و در سایز های بزرگتر از موتور های CNG سوز استفاده می شود که از مزایای آنها می توان به موارد زیر اشاره نمود:

• ترکیب شدن بهتر هوا با گاز طبیعی
• احتراق بالا در هوای سرد در نتیجه روشن شدن با سرعت بالا
• آلاینده پایین، تولید دود بسیار ناچیز و کربن مونواکسید کم
• قیمت سوخت کم و ارزان
• بالای 85 درصد صرفه جویی اقتصادی از مصرف گاز

تاریخچه موتور های احتراقی

در سال 1876 میلادی فردی به نام نیکلاوس آگوست اتو به زبان آلمانی (Nikolaus August Otto) اولین تجربه خود را در ساخت موتور های احتراقی چهار زمانه به ثبت رساند. این موتور هار زمانه دقیقا کارکرد موتور های امروزی را داشت که بعد از گذشت سال ها تحول چندانی در ساختار این موتور اتفاق نیافتاده است.