انواع موتور خودرو| بررسی انواع موتور ماشین- مجتمع تجاری سپهر
موتور خودرو یک دستگاه یا ماشین است که مسئول تبدیل انرژی‌های مختلف مانند سوخت بنزینی یا انرژی الکتریکی به نیروی مکانیکی است. این سیستم از اجزای متعدد تشکیل شده که در کنار یکدیگر، شرایط لازم را برای حرکت خودرو و طی کردن مسیر مورد نظر فراهم میکنند. هر موتور خودرو چندین عملکرد اصلی دارد که شامل ترکیب سوخت و هوا در محفظه احتراق، ایجاد جرقه برای به حرکت درآوردن سوپاپ‌ها و فشردن پیستون‌ها، چرخاندن میل‌لنگ و انتقال نیرو به جعبه‌دنده، در نهایت موجب شروع حرکت خودرو میشود. این روند در تمامی انواع موتور خودرو به صورت کلی مشابه است. با توجه به این توضیحات، در این مقاله مرکز تجاری سپهر به معرفی و بررسی انواع مختلف موتورهای خودرو خواهیم پرداخت. اگر شما هم علاقمند به شناخت انواع موتورهای خودرو هستید، تا پایان این مقاله همراه ما باشید.
موتورهای الکتریکی یا EV
خودروهای برقی، با بهره‌گیری از پیشرانه‌های الکتریکی، تحولی عظیم در صنعت خودروسازی ایجاد کرده‌اند. این فناوری که ریشه در اوایل قرن بیستم دارد، به دلیل طراحی ساده و بازدهی بالا، همواره مورد توجه مهندسان بوده است. با این حال، محدودیت‌های باتری‌های اولیه، مانع از فراگیر شدن خودروهای برقی تا دهه‌های اخیر شد.
پیشرفت چشمگیر فناوری باتری، به خودروهای برقی اجازه داد تا به سرعت جای خود را در بازار پیدا کنند. موتورهای الکتریکی به کار رفته در این خودروها، اغلب از نوع بدون جاروبک بوده و قادرند گشتاور آنی و بالایی تولید کنند. این ویژگی، همراه با بازدهی بسیار بالا، باعث شده تا خودروهای برقی از نظر مصرف انرژی، به مراتب بهینه‌تر از خودروهای بنزینی باشند.
یکی از ویژگی‌های متمایز خودروهای برقی، حذف گیربکس‌های متداول است. موتورهای الکتریکی به دلیل گشتاور بالا از همان دورهای ابتدایی، نیازی به گیربکس‌های چند سرعته ندارند. البته برخی از خودروهای برقی از گیربکس‌های ساده‌ای برای کاهش دور موتور و افزایش گشتاور استفاده میکنند.
برای مدیریت دمای بالای باتری و موتور، سیستم خنک‌کننده‌ای مشابه با موتورهای بنزینی در خودروهای برقی نیز به کار می‌رود. این سیستم با استفاده از مایع خنک‌کننده، دمای اجزای الکتریکی را در محدوده مطلوب نگه داشته و عمر مفید آنها را افزایش می‌دهد.
اگرچه خودروهای برقی از نظر آلودگی محلی مزایای بسیاری دارند، اما تولید برق مورد نیاز آنها در بسیاری از کشورها همچنان وابسته به سوخت‌های فسیلی است. به همین دلیل، برخی کارشناسان معتقدند که برای رسیدن به یک سیستم حمل‌ونقل کاملاً پاک، نیاز به توسعه منابع انرژی تجدیدپذیر است.
موتورهای احتراق داخلی (Internal Combustion Engine)
موتورهای احتراق داخلی که به‌طور معمول به‌عنوان موتورهای درون‌سوز نیز شناخته می‌شوند، موتورهایی هستند که در آنها فرآیند احتراق سوخت در یک محفظه کاملاً بسته انجام میشود. در این محفظه بسته، ترکیب سوخت و هوا موجب افزایش فشار و دما میشود که این تغییرات، به حرکت درآوردن اجزای سیستم را امکان‌پذیر می‌سازد. این موتورها معمولاً بر اساس نوع طراحی و هدف کاربردی خود، از سیکل‌های احتراق مختلفی نظیر کارنو (Carnot)، آتو (Otto) یا اتکینسون (Atkinson) استفاده میکنند، اگرچه این تفاوت‌ها در عملکرد نهایی و تجربه رانندگی معمولاً برای سرنشینان محسوس نیست.
در مجموع، موتورهای احتراق داخلی را می‌توان بر اساس ساختار مهندسی ، سیستم‌های خنک‌کنندگی و نوع سوخت مصرفی تقسیم‌بندی کرد.
آرایش مهندسی
ساختار و طراحی موتورهای احتراق داخلی به نوع کاربرد و سوخت استفاده‌شده بستگی دارد. رایج‌ترین نوع این موتورها، پیشرانه‌های پیستونی رفت و برگشتی (Reciprocating Piston Engine) هستند که در خودروهای بنزینی و دیزلی استفاده می‌شوند. این موتورها می‌توانند انواع مختلف آرایش‌های خطی، V شکل، W شکل یا تخت (Boxer) داشته باشند.
در کنار این‌ها، نمونه‌های خاصی از موتورهای روتاری (دورانی یا ونکل) و پیشرانه‌های جت (توربینی) نیز وجود دارند که طراحی آنها مبتنی بر دوران اجزای موتور حول محور مرکزی است. این نوع موتورها به دلیل هزینه‌های بالای تولید، نگهداری پیچیده و مشکلات مکانیکی، از تولید انبوه خارج شده‌اند و دیگر در صنعت خودروسازی به‌طور گسترده استفاده نمی‌شوند.
سیستم خنک‌کاری
برای موتورهای احتراق داخلی، دو نوع سیستم خنک‌کاری اصلی وجود دارد: هوا خنک و آب خنک.
در سیستم هوا خنک، جریان هوا به‌صورت طبیعی یا از طریق فن‌های مکانیکی یا الکتریکی به گردش در می‌آید تا از افزایش دمای موتور جلوگیری کند. این نوع خنک‌کاری بیشتر در موتورسیکلت‌ها استفاده میشود و به دلیل کارایی کمتر در خنک‌سازی موتورهای امروزی، دیگر در صنعت خودروسازی کاربرد ندارد.
اما در سیستم آب خنک، که رایج‌ترین نوع خنک‌کاری در موتورهای احتراق داخلی است، مایع خنک‌کننده (کولانت) از طریق پمپ آب به درون بلوک و سرسیلندر موتور هدایت میشود و با جذب حرارت اضافی، دما را در محدوده مطلوب حفظ می‌کند. این سیستم به دلیل کارایی بالاتر و پیچیدگی بیشتر، در اکثر خودروهای امروزی استفاده میشود.
نوع سوخت‌رسانی
پیشرانه‌های احتراق داخلی قادر به کارکرد با انواع مختلف سوخت‌های فسیلی و طبیعی هستند. رایج‌ترین سوخت‌ها برای این موتورها شامل بنزین، گازوئیل، گاز طبیعی فشرده (CNG)، بایو فیول (Bio-Fuel) و هیدروژن می‌باشند.
بنزین، گازوئیل و گاز طبیعی فشرده همگی از مشتقات نفت خام هستند که از چاه‌های نفت استخراج شده و پس از پالایش برای مصارف مختلف آماده می‌شوند. بایو فیول یا سوخت‌های زیستی، مخصوص موتورهای احتراق داخلی پیستونی یا موتورهای توربینی طراحی شده‌اند و به‌طور خاص برای استفاده در موتورها با سوخت‌های طبیعی‌تر مانند روغن‌های گیاهی تولید می‌شوند.
هیدروژن، که یک عنصر گازی طبیعی است، برای استفاده به عنوان سوخت نیاز به فرآیندهایی با انرژی بسیار بالا دارد تا در مقیاس بزرگ استخراج شود، به همین دلیل استفاده از آن هنوز محدود به پروژه‌های خاص و نیروگاه‌ها است.
در صنعت خودروسازی، رایج‌ترین نوع پیشرانه‌های درون‌سوز، موتورهای بنزینی و دیزلی هستند. تفاوت اصلی این دو سوخت در زنجیره کربنی آن‌هاست؛ به‌طوریکه گازوئیل دارای زنجیره کربنی طولانی‌تری نسبت به بنزین است. این ویژگی موجب میشود که گازوئیل نسبت به بنزین دیرتر بسوزد اما مدت‌زمان طولانی‌تری به کار ادامه دهد. در نتیجه، موتورهای دیزلی معمولاً گشتاور بالاتری دارند ولی توان خروجی کمتری ارائه میدهند. این در حالی است که بنزین به دلیل احتراق سریع‌تر و توانایی تولید قدرت بیشتر، در خودروهای سبک و با نیاز به شتاب و سرعت بالا کاربرد بیشتری دارد.
خودروهای هیبریدی، ترکیبی از گذشته و آینده
خودروهای هیبریدی، نسل جدیدی از خودروها هستند که از دو یا چند منبع نیرو برای حرکت استفاده میکنند. این خودروها معمولاً ترکیبی از یک موتور احتراق داخلی (بنزینی یا دیزلی) و یک یا چند موتور الکتریکی هستند. این ترکیب به خودروها اجازه می‌دهد تا هم از مزایای موتورهای احتراق داخلی (مانند برد بالا) و هم از مزایای موتورهای الکتریکی (مانند گشتاور بالا و آلودگی کمتر) بهره‌مند شوند.
انواع مختلف سیستم‌های هیبریدی
سیستم‌های هیبریدی به روش‌های مختلفی طراحی و پیاده‌سازی می‌شوند. رایج‌ترین نوع سیستم‌های هیبریدی، سیستم‌های سری، موازی و سری-موازی هستند. در سیستم‌های سری، موتور الکتریکی به عنوان ژنراتور عمل کرده و انرژی الکتریکی مورد نیاز برای حرکت خودرو را تامین می‌کند. در سیستم‌های موازی، هر دو موتور (احتراقی و الکتریکی) به طور مستقیم به چرخ‌ها متصل هستند و می‌توانند به طور همزمان یا جداگانه کار کنند. سیستم‌های سری-موازی ترکیبی از هر دو نوع سیستم هستند و انعطاف‌پذیری بیشتری را ارائه میدهند.
مزایای خودروهای هیبریدی
- کاهش مصرف سوخت: خودروهای هیبریدی به دلیل استفاده از موتور الکتریکی در شرایط مختلف رانندگی، مصرف سوخت کمتری نسبت به خودروهای بنزینی معمولی دارند.
- کاهش آلایندگی: با کاهش مصرف سوخت، میزان آلایندگی خودروهای هیبریدی نیز کمتر است.
- شتاب بهتر: موتورهای الکتریکی گشتاور بالایی را از دورهای پایین ارائه میدهند که باعث شتابگیری بهتر خودرو میشود.
- بازیابی انرژی: خودروهای هیبریدی می‌توانند در هنگام ترمز یا حرکت رو به پایین، انرژی جنبشی را به انرژی الکتریکی تبدیل کرده و در باتری ذخیره کنند.
کاربردهای خودروهای هیبریدی
خودروهای هیبریدی در طیف وسیعی از خودروها از جمله خودروهای سواری، شاسی‌بلند و حتی خودروهای اسپرت استفاده می‌شوند. برخی از خودروهای هیبریدی با عملکرد بالا، مانند پورشه ۹۱۸ اسپایدر، برای رقابت در مسابقات اتومبیل‌رانی طراحی شده‌اند.
با توجه به افزایش نگرانی‌ها در مورد آلودگی هوا و تغییرات آب و هوایی، انتظار می‌رود که خودروهای هیبریدی در آینده محبوبیت بیشتری پیدا کنند. بسیاری از خودروسازان بزرگ سرمایه‌گذاری قابل توجهی در توسعه فناوری‌های هیبریدی انجام میدهند.
انواع موتور خودرو بر اساس تعداد سیلندر
موتور خودرو، جزء اصلی هر خودرویی است و نقش مهمی در عملکرد، قدرت و مصرف سوخت آن ایفا می‌کند. یکی از مهمترین عوامل در طبقه‌بندی موتورهای خودرو، تعداد سیلندرهای آنها است. سیلندرها محفظه‌هایی هستند که در آنها مخلوط سوخت و هوا فشرده شده و مشتعل میشود. در ادامه به بررسی انواع موتور خودرو بر اساس تعداد سیلندر می‌پردازیم:
- موتور دو سیلندر: ساده‌ترین نوع موتور خودرو، موتور دو سیلندر است. این موتورها معمولا در خودروهای کوچک و سبک استفاده می‌شوند و به دلیل ساختار ساده، هزینه تولید پایین‌تری دارند. موتورهای دو سیلندر به دلیل تعداد سیلندر کم، لرزش بیشتری نسبت به موتورهای چند سیلندر دارند و صدای آنها نیز بلندتر است.
- موتور سه سیلندر: موتورهای سه سیلندر در سال‌های اخیر محبوبیت زیادی پیدا کرده‌اند. این موتورها نسبت به موتورهای دو سیلندر، عملکرد نرم‌تر و صدای کمتری دارند. همچنین، مصرف سوخت آنها نیز کمتر است.
- موتور چهار سیلندر: رایج‌ترین نوع موتور خودرو، موتور چهار سیلندر است. این موتورها تعادل خوبی بین قدرت، مصرف سوخت و هزینه تولید برقرار میکنند. موتورهای چهار سیلندر در انواع خودروها از جمله خودروهای سواری، شاسی بلند و وانت استفاده می‌شوند.
- موتور شش سیلندر: موتورهای شش سیلندر قدرت و گشتاور بیشتری نسبت به موتورهای چهار سیلندر دارند و در خودروهای لوکس و شاسی بلندهای بزرگ استفاده می‌شوند. این موتورها عملکرد نرم‌تری داشته و صدای کمتری تولید میکنند.
- موتور هشت سیلندر و بیشتر: موتورهای هشت سیلندر و بالاتر معمولاً در خودروهای اسپرت و سوپر اسپرت استفاده می‌شوند. این موتورها قدرت بسیار بالایی دارند و شتاب اولیه بسیار خوبی را ارائه میدهند.
نحوه عملکرد موتورهای پیستونی
صرف نظر از تعداد سیلندر، کلیه موتورهای پیستونی به صورت زیر کار میکنند:
- مکش: مخلوطی از سوخت و هوا به داخل سیلندر کشیده میشود.
- فشرده‌سازی: پیستون به سمت بالا حرکت کرده و مخلوط سوخت و هوا را فشرده می‌کند.
- احتراق: شمع یا انژکتور سوخت، مخلوط فشرده شده را مشتعل می‌کند.
- انبساط: گازهای حاصل از احتراق به سمت پایین پیستون را هل میدهند و انرژی تولید میکنند.
عوامل موثر بر انتخاب تعداد سیلندر
- قدرت و گشتاور: تعداد سیلندرها به طور مستقیم بر قدرت و گشتاور موتور تاثیر می‌گذارد. هر چه تعداد سیلندرها بیشتر باشد، قدرت و گشتاور موتور نیز بیشتر خواهد بود.
- مصرف سوخت: موتورهای با تعداد سیلندر کمتر معمولاً مصرف سوخت کمتری دارند.
- لرزش و صدا: موتورهای با تعداد سیلندر کمتر، لرزش و صدای بیشتری تولید میکنند.
- هزینه تولید: هزینه تولید موتورهای با تعداد سیلندر بیشتر، بالاتر است.
مقایسه موتورهای کاربراتوری و انژکتوری، مزایا، معایب و عملکرد
موتورهای احتراق داخلی به عنوان قلب تپنده خودروها، در دو نوع اصلی کاربراتوری و انژکتوری تولید می‌شوند. هر یک از این دو نوع، مزایا و معایب خاص خود را دارند که در انتخاب نوع موتور خودرو بسیار موثر است.
موتورهای کاربراتوری، به عنوان نسل قدیمی‌تر، از یک مکانیزم مکانیکی برای ترکیب سوخت و هوا استفاده میکنند. این موتورها ساختار ساده‌تر و هزینه تولید پایین‌تری دارند. اما در مقابل، تنظیم دقیق مخلوط سوخت و هوا در این موتورها بسیار دشوار بوده و مصرف سوخت آنها بالا است. همچنین، عملکرد موتورهای کاربراتوری تحت تأثیر عوامل محیطی مانند دما و ارتفاع قرار می‌گیرد. از دیگر معایب این موتورها می‌توان به آلودگی بیشتر محیط زیست اشاره کرد.
موتورهای انژکتوری، با استفاده از سیستم‌های الکترونیکی پیشرفته، مقدار دقیق سوخت را به صورت مستقیم به داخل سیلندرها تزریق میکنند. این سیستم، امکان کنترل دقیق‌تر نسبت هوا به سوخت را فراهم کرده و در نتیجه، مصرف سوخت را کاهش داده و آلایندگی را به حداقل می‌رساند. موتورهای انژکتوری همچنین عملکرد بهتری در شرایط مختلف آب و هوایی دارند و شتاب اولیه آنها بیشتر است. با این حال، هزینه تولید و تعمیر این موتورها نسبت به موتورهای کاربراتوری بیشتر است.
در یک نگاه کلی، می‌توان گفت که موتورهای انژکتوری نسبت به موتورهای کاربراتوری مزایای بیشتری دارند:
- مصرف سوخت کمتر: سیستم تزریق سوخت دقیق، مصرف سوخت را بهینه می‌کند.
- آلودگی کمتر: کاهش آلایندگی به دلیل احتراق کامل‌تر سوخت.
- عملکرد بهتر: شتاب بهتر، قدرت بیشتر و عملکرد یکنواخت در شرایط مختلف.
- تنظیم دقیق: امکان تنظیم دقیق نسبت هوا به سوخت و سایر پارامترهای موتور به صورت الکترونیکی.
با توجه به مزایای ذکر شده، موتورهای انژکتوری به تدریج جایگزین موتورهای کاربراتوری شده‌اند و امروزه در اکثر خودروهای جدید از این نوع موتورها استفاده میشود.
در نهایت، انتخاب بین موتور کاربراتوری و انژکتوری به عوامل مختلفی مانند بودجه، نوع کاربری خودرو و شرایط محیطی بستگی دارد. اگر به دنبال خودرویی با مصرف سوخت پایین و آلایندگی کم هستید، موتور انژکتوری انتخاب بهتری خواهد بود. اما اگر هزینه برای شما مهم‌تر است و به دنبال خودرویی با تعمیر و نگهداری آسان هستید، میتوانید به سراغ خودروهای با موتور کاربراتوری بروید.
نتیجه‌گیری و چشم‌انداز آینده موتورهای خودرو
پیش‌بینی تحولات آینده صنعت خودروسازی و پیشرانه‌های آن به مرور زمان نه تنها ساده‌تر نشده، بلکه پیچیدگی‌های بیشتری را به همراه داشته است. موتورهای احتراق داخلی که تاریخچه‌ای بیش از صد سال دارند، در طول این مدت پیشرفت‌های چشمگیری در بهره‌وری فنی و کاهش آلاینده‌ها و مصرف سوخت داشته‌اند. با این حال، مهندسان همچنان در تلاش‌اند تا با استفاده از تکنولوژی‌های نوین، این پیشرانه‌های نسبتاً کم‌بازده را با نمونه‌های جدیدتر، کارآمدتر و پاک‌تر جایگزین کنند.
قرار بود صنعت خودروسازی جهانی تا سال ۲۰۳۰ به‌طور گسترده‌ای به سمت استفاده از موتورهای الکتریکی حرکت کند و موتورهای سوخت فسیلی را کنار بگذارد. اما در بررسی دقیق‌تر و ورود به فرآیند طراحی و تولید انبوه خودروهای برقی، به این نتیجه رسیدند که هیچ کشوری در حال حاضر قادر به تأمین انرژی الکتریکی مورد نیاز برای میلیون‌ها خودرو برقی به‌طور همزمان نیست. تنها کشورهایی که وابستگی زیادی به نیروگاه‌های هسته‌ای دارند، ممکن است قادر به تأمین این مقدار انرژی باشند که خود به نوبه خود خطرات زیست‌محیطی و تهدیدهایی برای سلامت انسان‌ها ایجاد می‌کند.
این مسائل و چالش‌ها، همراه با عدم توافق کامل میان خودروسازان و مصرف‌کنندگان، موجب شد که خودروهای هیبریدی در سال‌های اخیر رشد چشمگیری پیدا کنند. این خودروها که ترکیبی از فناوری‌های احتراق داخلی و موتورهای الکتریکی هستند، توانسته‌اند تعادلی مناسب بین قدرت، کارایی و کاهش آلایندگی ایجاد کنند.
در سال‌های اخیر، برندهای برجسته‌ای همچون جنرال موتورز، هیوندای، فولکس‌واگن و رنو-نیسان اعلام کرده‌اند که هنوز برای جایگزینی کامل خودروهای سوخت فسیلی با خودروهای الکتریکی آماده نیستند. بنابراین، تحول گسترده‌ای که انتظار می‌رود تا سال ۲۰۳۰ در صنعت خودروسازی رخ دهد، احتمالاً به دلیل پیشرفت‌های علمی و فناوری، به تأخیر افتاده و ممکن است در حدود سال ۲۰۵۰ محقق شود.
امیدواریم این مقاله موجب افزایش شناخت شما از از اطلاعات موتور خودرو شده باشد. اگر علافه مند به افزایش اطلاعات خود در مورد دیگر موارد یک خودرو مثل لوازم یدکی خودرو (به خصوص لوازم یدکی خودروهای چینی)هستید میتوانید از محصولات و مقالات سایت سپهر دیدن کنید.
نظرات کاربران