یک توربین گازی یک ماشین دوار است که از جهت اصول بسیار نزدیک به توربین بخار کار می کند. این ماشین شامل یه قسمت اساسی است: کمپرسور، اتاقک و توربین. هوا توسط کمپرسور فشرده شده و دمای آن بالا می رود. هوای فشرده شده سپس توسط احتراق سوخت پاشش شده در محفظه احتراق داغ تر شده و حجم آن اضافه می شود. این انرژی سبب چرخاندن توربین می شود که به وسیله کویل مکانیکی به کمپرسور متصل می باشد. گازهای داغ سپس برای تولید نیروی پیش ران به بیرون تخلیه می شود.
بیشتر بخوانید: موتور پیستونی
سیکل توربین گاز از سیستم احتراق پیوسته بهره می برد و در آن تراکم، احتراق و انبساط در مناطق مختلف موتور به صورت همزمان در حال رخ دادن می باشد و به همین دلیل شاهد نیروی پیوسته در خروجی خواهیم بود. به علاوه بر خلاف سیکل اتو که فرایند احتراق حجم ثابت بود، احتراق در سیکل برایتون در فشار ثابت رخ می دهد.
موتور وانکل (موتور دوار) از پیستون استفاده نمی کند. این موتور با استفاده از تقسیم چرخه به همان مراحل در یک موتور 4 زمانه کار می کند و در این موتور هر کدام از مراحل در قسمت های مختلفی از آن رخ می دهد. از لحاظ ترمودینامیکی این موتور از سیکل اتو تبعیت می کند، بنابراین بسیاری از افراد آن را در زمره موتورهای 4 زمانه طبقه بندی می کنند. در حالی که به دلیل نسبت چرخش 3:1 روتور نسبت به شفت خارج از مرکز می توان ادعا کرد که در هر بار چرخش روتور سه مرحله قدرت وجود دارد، اما در واقع فقط یک مرحله قدرت به ازای هر بار چرخش شفت وجود دارد. شفت متحرک (خارج از مرکز) طی هر مرحله قدرت یک بار (به جای دو بار میل لنگ در سیکل اتو) می چرخد و نسبت به موتورهای پیستونی نسبت قدرت به وزن بیشتری خواهد داشت. این نوع موتورها به صورت گسترده در مزدا RX-8 و مدل قبلی RX-7 استفاده می شد. از این موتور همچنین در هواپیماهای بدون سرنشین که در آن ها ابعاد و اوزان کوچک و نسبت های بالای نیرو به وزن مهم است، استفاده می شود.
سیکل دوار وانکل. شفت سه مرتبه در هر مرحله از چرخش روتور دور پوسته چرخیده و یک بار هم به ازای هر چرخش سیارکی دور محور خارج از مرکز می چرخد.
به فرایند تحویل هوای فشرده در قسمت ورودی یک موتور احتراق داخلی تنفس اجباری گفته می شود. یک موتور تنفس اجباری از کمپرسور هوا برای افزایش فشار، دما و چگالی هوا استفاده می کند. یک موتور بدون استفاده از تنفس اجباری به موتور تنفس طبیعی معروف است.
از تنفس اجباری در اتومبیل ها و صنعت هوانوردی برای افزایش قدرت و راندمان موتور استفاده می شود. به خصوص در موتورهای هوانورد به دلیل چگالی پایین هوا در ارتفاعات بسیار موثر و الزامی خواهد بود. تنفس اجباری با استفاده از سوپرشارژر که نیروی خود را مستقیم از شفت موتور می-گیرد و یا توربوشارژر که نیروی خود را از دود تخلیه شده می گیرد صورت می پذیرد.
تمامی موتورهای احتراق داخلی وابسته به احتراق یک سوخت شیمیایی هستند که معمولأ اکسیژن از هوای به دست می آید موجود (البته ممکن است که با تزریق نیتروس اکساید( NO2) چگالی اکسیژن بیشتری تهیه کرد و موتور را با قدرت بیشتری به کار گرفت). فرایند احتراق معمولأ منجر به تولید مقادیر زیادی گرما شده و همینطور شاهد تولید بخار و کربن دی اکسید و دیگر ترکیبات شیمیایی در دمای بالا خواهیم بود؛ دما به وسیله افزودنی های شیمیایی در سوخت و اکسید کننده (مبحث استوکیومتری را مشاهده نمایید) و همینطور نسبت تراکم و دیگر عوامل تنظیم می شود.
معمول ترین سوخت های امروزی از هیدروکربن ها ساخته می شوند و اکثرا از نوع سوخت-های فسیلی (پالایشگاهی) هستند. سوخت های فسیلی شامل دیزل، بنزین و نفت و گاز می-باشند و در درجه بعد به صورت محدود از پروپان نیز استفاده می شود. به غیر از اجزای اولیه تحویل سوخت، در اکثر موتورهای احتراق داخلی که از بنزین استفاده می کنند می توان از گاز طبیعی و یا گازهای مایع بدون دست کاری زیادی استفاده کرد. موتورهای دیزل بزرگ را می-توان با هوای مخلوط شده با گاز و یک انژکتور پیلوت سوخت دیزل به کار برد. بیوسوخت های مایع و گاز مانند اتانول و بیودیزل (نوعی سوخت دیزل که از دانه های دارای تری گلیسیرید مانند سویا به دست می آید) نیز قابل استفاده هستند. موتورها را با کمی دستکاری می توان با گاز هیدروژن، گاز چوب و یا گاز ذغال و حتی دیگر گازهای تولید شده از زیست جرم ها به کار گرفت. آزمایشاتی در راستای استفاده از سوخت های جامد مانند سیکل تزریق منگنز نیز انجام شده است.
در حال حاضر، سوخت های استفاده شده عبارتند از:
حتی از پودرهای مایع فلزی و دیگر مواد محترقه نیز استفاده شده است. موتورهایی که از گاز به عنوان سوخت استفاده می کنند به موتورهای گازی و آنان که از هیدروکربن های مایع استفاده می کنند به موتورهای روغنی معروف هستند؛ اگرچه که موتورهای بنزینی نیز گاهی مواقع با نام موتورهای گازی شناخته می شوند. محدودیت اصلی یک سوخت انتقال راحت آن در سیستم سوخت رسانی به محفظه احتراق است و اینکه آیا این سوخت انرژی حرارتی لازم را داشته باشد.
موتورهای دیزل معمولأ سنگین تر و پر سروصداتر اما دارای قدرت بیشتر در سرعت های کمتر نسبت به موتور بنزیتی هستند. آن ها همچنین در اکثر اوقات مصرف سوخت بهتری داشته و در ماشین های سنگین جاده ای، بعضی از اتومبیل ها (با تعداد روبه رشد به علت مصرف سوخت بهتر نسبت به موتورهای بنزینی)، کشتی ها، لوکوموتیوهای ریلی و هواپیماهای سبک به کار گرفته می شوند. موتورهای بنزینی در دیگر خودروهای جاده ای نظیر اکثر ماشین-ها، موتورسیکلت ها و دوچرخه موتوری ها استفاده می شود. توجه کنید که در اروپا، ماشین های دیزلی با طراحی پیچیده از سال 1990 در حدود 45% از سهم بازار را به خود اختصاص داده اند. همچنین موتورهایی وجود دارد که با هیدروژن، متانول، اتانول، گاز مایع (LPG)، بیودیزل، پارافین و روغن تبخیری تراکتور (TVO) کار می کنند.
هیدروژن می تواند در نهایت جایگزین سوخت های فسیلی مرسوم در موتورهای احتراق داخلی گردد. تکنولوژی سلول های سوختی نیز در حال بروز است و ممکن است که موتورهای احتراق داخلی به کلی از چرخه تولید خارج شوند.
اگرچه که راه های فراوانی برای تولید هیدروژن آزاد وجود دارد، این روش ها نیازمند تبدیل مولکول های قابل احتراق به هیدروژن و صرف انرژی الکتریکی زیادی هستند. به غیر از اینکه انرژی الکتریکی از یک منبع تجدیدپذیر تهیه شده و استفاده دیگری نداشته باشد، استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت توجیهی ندارد. در بسیاری از موقعیت ها معایب هیدروژن در مقایسه با سوخت های کربنی مربوط به نگهداری آن می باشد. هیدروژن مایع چگالی بسیار پایینی (14 برابر کمتر از آب) دارد و نیازمند عایق کاری بسیاری می باشد؛ در حالی که هیدروژن گازی نیاز به حجم بسیار بالایی دارد. حتی هنگامی که مایع شده باشد، هیدروژن دارای انرژی مخصوص بالایی است اما به نسبت انرژی مخصوص حجمی 5 برابر کمتر از بنزین انرژی دارد. اگرچه، چگالی انرژی هیدروژن بسیار بالاتر از باتری های برقی است و همین امر آن را به رقیب جدی باتری های برقی در جایگزینی موتورهای با سوخت فسیلی می سازد. فرایند «هیدروژن مورد تقاضا» هیدروژن مورد نیاز را تولید می کند، اما مشکلات دیگری نیز مانند قیمت بالای سدیم بورهیدرید که به عنوان ماده خام مصرف می کند دارد.
از آنجا که هوا دردسترس ترین ماده در زمین است، معمولأ برای اکسیدکننده از اکسیژن موجود در اتمسفر استفاده می شود تا از ذخیره سازی اکسیدکننده در خودرو جلوگیری شود. این عمل منجر به افزایش نسبت های قدرت به حجم می شود. دیگر مواد برای مقاصد خاص استفاده می شوند که اغلب منجر به افزایش قدرت خروجی شده و برای استفاده در زیر آب و یا در فضا مفید هستند.
هوای فشرده که در اژدرها استفاده می شود.
موتور تک سیلندر بنزینی سال 1910
خنک کاری برای زدودن حرارت اضافی بسیار لازم است زیرا در حرارت های بالا موتور از کار افتاده (معمولا به دلیل خوردگی، ترک برداشتن و یا پیچ خوردن بدنه) و به آن خسارات جبران ناپذیری وارد می شود. دو روش عمده خنک کاری موتور شامل خنک کاری به وسیله هوا و آب می باشد. اکثر موتورهای امروزی از هر دو روش همزمان استفاده می کنند و در آن ها دمای مبرد آب هوا از طریق پره ها و فن های هواخنک پایین می آید. در بعضی از موتورهای بزرگ ثابت به دلیل عدم حرکت از جریان ثابت آب برای این کار استفاده می شود در حالیکه اکثر موتورهای ابزارها به وسیله هوا خنک می شوند. بعضی از موتورها (هوا یا آب خنک) همچنین یک خنک کن روغن نیز دارند. در بعضی از موتورها مخصوصأ برای خنک کاری تیغه-های موتور توربینی و خنک کاری موتور راکت مایع، سوخت به عنوان یک سیال مبرد استفاده می شود تا در حین پیش گرمایش برای تزریق به درون محفظه احتراق دمای موتور را نیز کاهش دهد.
موتورهای احتراق داخلی باید برای شروع به کار چرخانده شوند. در موتورهای رفت و برگشتی این امر با استفاده از چرخاندن میل لنگ (در موتور وانکل شفت) انجام می شود و در آن مراحل مکش، تراکم، احتراق و تخلیه انجام می شود. اولین موتورها به وسیله چرخاندن فلایویل (چرخ لنگر) خود روشن می شدند و اولین خودرو (دایملر مدل Reitwagen) با یک هندل دستی روشن می شد. تمامی موتورهای ICE توسط هندل های دستی روشن می شدند تا اینکه چارلز کترینگ استارت برقی را برای ماشین ها اختراع نمود. این روش امروژه نیز به طور گسترده حتی در مصارف غیر از اتومبیل نیز استفاده می شود.
با بزرگ تر و سنگین تر شدن موتورهای دیزل، شاهد استفاده از استارت های بادی شدیم. در این مدل استارت گشتاور بیشتری نسبت به موتورهای الکتریکی تولید می شود. استارت-های بادی با پمپاژ هوای فشرده درون سیلندرهای یک موتور آن را می چرخاند.
خودروهای دوچرخ نیز به یکی از شیوه های زیر موتور خود را روشن می کنند:
همچنین در بعضی از استارت ها از یک فنر فشرده شده برای به حرکت درآوردن میل لنگ استفاده می شود.
بعضی از موتورهای کوچک از مکانیسم کشش طناب استفاده می کنند و طناب در هنگام کشیده شدن به سمت بیرون برای استارت موتور به سر جای خود باز می گردد. این روش در موتورهای چمن زن و دیگر موتورهای کوچکی که به گشتاور کمی برای روشن شدن نیاز دارند استفاده می شود.
موتورهای توربینی معمولأ به وسیله یک موتور الکتریکی و یا استفاده از هوای فشرده روشن می شوند.
کمیت های قابل اندازه گیری برای تعیین عملکرد موتور
انواع موتور را می توان به روش های مختلفی دسته بندی کرد:
برای موتورهای ثابت شافتی و همین طور موتورهای ملخی، مصرف سوخت به وسیله محاسبه مصرف سوخت مخصوص ترمزی محاسبه می شود که در آن نرخ جرمی جریان سوخت مصرفی به قدرت تولید شده تقسیم می شود.
برای موتورهای احتراق داخلی در جت ها، قدرت خروجی با سرعت هوا تغییرات شدیدی دارد و به همین دلیل از یک روش دیگر اندازه گیری می شود: مصرف سوخت مخصوص پیشران (TSFC) که عبارت است از میزان جرم سوخت مورد نیاز برای تولید نیروی پیشران که با واحد نیروی پاند- ساعت یا میزان گرم سوخت مورد نیاز برای تولید قدرت در واحد یک کیلونیوتن – ثانیه محاسبه می شود.
برای راکت ها، TSFC را می توان استفاده کرد اما به طور سنتی از دیگر اندازه گیری ها مانند نیروی پیشران مخصوص یا سرعت موثر خروجی استفاده می شود.
موتورهای احتراق داخلی مانند موتورهای احتراق داخلی رفت و برگشتی به دلیل احتراق ناقص سوخت کربنی در هوا آلودگی پخش می کنند. مهمترین خروجی احتراق دی اکسید کربن، آب و ذرات دوده (PM) می باشد. اثرات تنفس دوده در انسان ها و حیوانات بررسی شده و شامل آسم، سرطان ریه، مشکلات قلبی عروقی و مرگ زودهنگام می باشد. علاوه بر موارد فوق در اگزوز موتور شاهد اکسیدهای نیتروژن، سولفور و مقداری هیدروکربن نسوخته بسته به شرایط عملکردی و نسبت سوخت به هوای ورودی هستیم.
تمامی سوخت در موتور سوخته نمی شود. یک مقدار کوچک از سوخت بعد از احتراق نیز باقی می ماند و مقداری از آن منجر به تولید موادی مانند فرمالدئید یا استالدئید یا دیگر هیدروکربن هایی که در مخلوط ورودی سوخت وجود نداشتند، می شود. احتراق ناقص معمولأ به دلیل نبود اکسیژن کافی برای رسیدن به نسبت عالی استوکیومتریکی می باشد. شعله توسط دیواره سیلندر نسبتأ سرد خاموش (Quench) می گردد و مقداری سوخت دست نخورده در خروجی موتور باقی می گذارد. در هنگام کار با سرعت های پایین، این پدیده در موتورهای دیزلی (احتراق تراکمی) که با گاز طبیعی کار می کنند دیده می شود. این پدیده راندمان را کاهش داده و به موتور ضربه می زند و حتی در مواقعی آن را از کار بازمی دارد. احتراق ناقص همچنین منجر به تولید کربن مونواکسید (CO) می شود. از دیگر مواد شیمیایی موجود در اگزوز می توان به بنزن و بوتادین 1،3 اشاره کرد که جزء مواد آلوده کننده سمی و خطرناک هوا حساب می شوند.
با افزایش میزان هوای موجود در موتور می توان آلودگی های ناشی از احتراق ناقص را کمتر کرد اما با این کار احتمال واکنش اکسیژن و نیتروژن بیشتر شده و منجر به تولید اکسیدهای نیتروژن (ناکس NOx) در خروجی خواهد شد.
ناکس یک ماده خطرناک برای گیاه و جانور است و منجر به تولید ازن می شود. ازن (O3) به صورت مستقیم در آلودگی های موتور وجود ندارد اما به صورت ثانویه و در اتمسفر به وسیله واکنش ناکس خروجی از موتور و ترکیبات فرار ارگانیک در حضور نور خورشید تشکیل می شود. ازن در سطح زمین برای سلامت انسان ها و طبیعت مضر است. بنابراین این ماده را نباید با اوزون موجود در لایه بالایی اتمسفر که از ما در برابر اشعه های مضر فرابنفش محافظت می کند اشتباه گرفت.
سوخت های کربنی شامل سولوفور و دیگر ناخالصی ها هستند که این امر منجر به تولید مونواکسید سولفور (SO) و دی اکسید سولفور (SO 2) در اگزوز می شود که عامل اصلی پدیده باران های اسیدی می باشند.
در ایالات متحده اکسید نیتروژن، PM، کربن مونواکسید، دی اکسید سولفور و ازن تحت قانون اجرایی هوای پاک دارای محدودیت های هستند تا به سلامت انسان و محیط زیست آسیبی وارد نکنند. دیگر آلودگی ها نظیر بنزین و بوتادین 1،3 به عنوان آلودگی های خطرناک طبقه بندی شده اند و باید تا حد ممکن از انتشار آن ها جلوگیری به عمل آید.
ناکس، مونواکسید کربن و دیگر آلودگی ها را با استفاده از سیستم چرخش گاز اگزوز که مقداری از گازهای خروجی را به ورودی موتور بازمی گرداند کنترل می کنند. راه دیگر استفاده از مبدل های کاتالیستی می باشد که مواد شیمیایی موجود در آلودگی ها را به دیگر مواد شیمیایی کم ضررتر تبدیل می نماید.
موتورهای احتراق داخلی حجم زیادی از آلودگی صوتی ایجاد می کنند. ترافیک خودروها و کامیون ها در جاده و خیابان و همچنین هواپیماها به دلیل موتور جت خود مخصوصأ آن ها که مافوق صوت پرواز می کنند، صدا تولید می کنند. بیشترین صدا در موتورهای موشک تولید می شود.
موتورهای احتراق داخلی در حالت خلاص نیز سوخت مصرف کرده و آلودگی منتشر می-کنند بنابراین بهتر است که مدت زمان کار کردن موتور در حالت خلاص کاهش یابد. بسیاری از شرکت های تولیدکننده اتوبوس به رانندگان توصیه می کنند که در هنگام توقف در پایانه ها موتور اتوبوس خود را خاموش کنند.
در انگلستان، قوانین تنبیهی ثابت آلودگی های ترافیک جاده ای نسخه سال 2002 به شماره 1808 ایده جریمه کار در حالت خلاص را به وجود آورد. به این معنی که هنگامی خودرو توسط مقامات مسئول نگه داشته می شود، باید که خودروی خود را در هنگام توضیحات و ارائه مدارک خاموش کند و اگر از این دستور سرپیچی کند می توان او را طبق مقررات جریمه نمود. تنها عده کمی از مقامات محلی این قانون را اجرا کرده اند که یکی از آن-ها شورای شهر آکسفورد می باشد.
در بسیاری از کشورهای اروپایی، حالت خلاص توسط سیستم خودکار روشن – خاموش خودرو غیرفعال می شود.
برای کسب اطلاعات بیشتر در خصوص خرید انواع قطعات لوازم یدکی کیا و لوازم یدکی هیوندای میتوانید با کارشناسان ما در بخش تماس با ما تماس بگیرید.
ااطلاعات شرکت
آدرس :
تهران، خ امیرکبیر، خ ملت، کوچه کاوه، پلاک 43، واحد 2
روابط عمومی
021-33532382
پست الکترونیک:
info@partestan.com
فکس:
021-36619921
لینک های کاربردی
پارتستان من
تمامی حقوق وب سایت متعلق به گروه پارتستان می باشد.
© 2018 PARTESTAN . ALL RIGHTS RESERVED
