موتورهای داخل خودرو: چگونه کار می کنند

به‌عنوان یک مهندس، می‌دانید که هر شاهکار تکنولوژیکی چشمگیر با سیستم پیچیده‌ای از قطعات که کاملاً با هم کار می‌کنند ممکن می‌شود.

موتور خودرو که از سوخت برای جابجایی خودروها، هواپیماها، تراکتورها، اتوبوس ها و موتورسیکلت ها استفاده می کند، می تواند بهترین مثال برای این موضوع باشد.

چه دانشجوی مهندسی باشید و چه یک حرفه ای باتجربه، چیز جدیدی در مورد این فناوری مهم و ذهن های درخشانی که آن را ممکن ساخته است، یاد خواهید گرفت.

پس دست و پنجه نرم کنید و در این سواری آموزشی در قلب موتور خودرو به ما بپیوندید!

مقدمه ای بر موتورهای خودرو

تعریف رسمی:

ماشین مصرف کننده سوخت که نیروی محرکه خودروها، هواپیماها، تراکتورها، اتوبوس ها و موتورسیکلت ها را فراهم می کند و در وسیله نقلیه حمل می شود.

بنابراین، اگر می خواهید در هزینه بنزین صرفه جویی کنید، بهترین چیزی که می توانیم به شما بگوییم این است که فقط موتور ماشین خود را خارج کنید. شوخی کردم!

موتور ماشین پیچیده ای است که با تبدیل حرارت ناشی از سوختن بنزین به نیرو، چرخ های خودرو را می چرخاند. که به چیزی سرعت می دهد.

چرخه احتراق چهار زمانه برای تبدیل بنزین به حرکت در موتورهای احتراق داخلی که رایج ترین نوع موتور است، استفاده می شود.

این چرخه دارای چهار بخش است: ورودی، فشرده سازی، سوزاندن و اگزوز.

انواع موتور

انواع مختلفی از موتورها وجود دارد، مانند موتورهای خطی با چهار سیلندر یا موتورهای V با شش یا هشت سیلندر.

چیدمان موتور تعیین می کند که چقدر بزرگ است، چقدر خوب کار می کند و چقدر قدرت دارد.

موتورهای خطی کوچکتر از موتورهای V هستند که طولانی تر و پیچیده تر هستند.

اجزای اصلی

بلوک سیلندر، سرسیلندر و میل لنگ مهم ترین قسمت های موتور خودرو هستند.

قلب موتور بلوک سیلندر است که معمولاً از آهن یا آلیاژ آلومینیوم ساخته شده است. سیلندرهایی دارد که پیستون‌ها را نگه می‌دارند و برای تولید انرژی بالا و پایین می‌روند.

محفظه احتراق نیز در بلوک سیلندر قرار دارد. جایی است که سوخت و هوا برای احتراق مخلوط می شوند.

سر سیلندر در بالای بلوک سیلندر قرار می گیرد. دارای شمع، میل بادامک و سوپاپ است.

میل‌بادامک‌ها نحوه باز و بسته شدن سوپاپ‌ها را کنترل می‌کنند که میزان سوخت، هوا و گاز خروجی را به داخل و خارج از محفظه احتراق کنترل می‌کند.

شمع مخلوط سوخت و هوا را روشن می کند تا احتراق اتفاق بیفتد.

میل لنگ معمولاً از چدن ساخته می شود و در قسمت پایین موتور قرار دارد.

قطعاتی مانند پیستون، میل لنگ، میل بادامک، زنجیر تایم، تابه روغن، فیلتر روغن و غیره را نگه می دارد. این قطعات با هم سوخت را به حرکت تبدیل می کنند.

هنگامی که یک ماشین خاموش می شود، موتور استارت نیروی مورد نیاز پیستون را برای حرکت به سمت پایین می دهد.

پیشرفت در موتورهای احتراقی

در چند سال گذشته، پیشرفت هایی در فناوری موتور مانند تزریق مستقیم سوخت، توربوشارژ و زمان بندی متغیر سوپاپ ها صورت گرفته است.

به دلیل این تغییرات، خودرو بنزین کمتری مصرف می کند، قدرت بیشتری دارد و آلودگی کمتری را خارج می کند.

ویدئو: چگونه کار می کند؟

نکته: در صورت نیاز دکمه زیرنویس را روشن کنید. اگر با زبان انگلیسی آشنایی ندارید، در دکمه تنظیمات، «ترجمه خودکار» را انتخاب کنید. قبل از اینکه زبان مورد علاقه شما برای ترجمه در دسترس قرار گیرد، ممکن است لازم باشد ابتدا روی زبان ویدیو کلیک کنید.

انواع موتور خودرو

انواع مختلفی از موتورها در خودروها استفاده می شود که می توان آنها را بر اساس دو چیز دسته بندی کرد: نوع سوخت و نحوه تنظیم موتور (تعداد سیلندرها) (پیکربندی سیلندر).

موتورهای بنزینی و دیزلی رایج ترین انواع موتورهای خودرو هستند، اما موارد دیگری وجود دارد که یک موتور را از موتور دیگر متمایز می کند.

• موتورهای مستقیم یا خطی

تمام سیلندرهای یک موتور مستقیم/خطی در یک خط، رو به بالا و معمولاً عمود بر خودرو هستند.

این رایج ترین طرح برای هاچ بک های خانوادگی و خودروهای کوچکتر است.

• خرابی ها

موتورهای تخت دارای دو دسته سیلندر در دو طرف یک میل لنگ هستند.

• موتورهای V.

سیلندرها در یک موتور V در دو بانک مجزا قرار می گیرند که یک V در اطراف میل لنگ تشکیل می دهند.

• W-موتورها.

موتورهای W دارای سه ردیف سیلندر هستند که یک W در اطراف میل لنگ تشکیل می دهند.

نحوه تنظیم سیلندرها نیز می تواند متفاوت باشد.

خودروهای کوچک دارای موتورهای سه سیلندر هستند، اما توربوشارژرها امکان قرار دادن آنها را در هاچ بک های خانوادگی بزرگتر نیز فراهم کرده اند.

موتورهای شش سیلندر معمولاً در خودروهای اسپرت رده بالا و خودروهای پرفورمنس یافت می شوند. آنها را می توان در V یا در یک خط مستقیم تنظیم کرد.

سوپراسپرت ها و سالن های لوکس دارای موتورهایی با هشت سیلندر یا بیشتر مانند V8، V10 و V12 هستند.

برخی از گران‌ترین خودروهای گروه فولکس واگن دارای موتورهای W12 هستند.

موتورهای بنزینی و دیزلی

در کاربردهای خودرو، تفاوت اصلی بین موتورهای بنزینی و دیزلی در نحوه تولید انرژی، نوع سوخت مصرفی، راندمان حرارتی، طول عمر، دور در دقیقه (RPM) و گشتاور است.

• موتورهای بنزینی

احتراق با جرقه در موتورهای بنزینی برای مخلوط کردن گاز و هوا قبل از فشرده سازی و روشن کردن آن استفاده می شود.

در اکثر مواقع، موتورهای بنزینی دارای دور در دقیقه بالاتری نسبت به موتورهای دیزلی هستند، اما گشتاور کمتری دارند.

• موتورهای دیزلی

قبل از تزریق سوخت به هوا، موتورهای دیزلی آن را فشرده می کنند، که باعث می شود موتور از نظر حرارتی کارآمدتر باشد و احتمالاً عمر طولانی تری داشته باشد.

از آنجایی که گازوئیل چگالی انرژی بیشتری نسبت به بنزین دارد، موتورهای دیزلی سوخت کمتری نسبت به موتورهای بنزینی مصرف می کنند.

نحوه استفاده از این انواع موتورهای مختلف در خودروها در طول زمان تغییر کرده است و به نحوه استفاده از خودرو، میزان عملکرد خوب و میزان سوخت مورد نیاز آن بستگی دارد.

گسترش صنعت خودرو

توسعه موتور خودرو

در طول انقلاب صنعتی، رشد صنعت خودرو و نیاز به موتورهای با قدرت بیشتر منجر به ایجاد موتورهای احتراق داخلی (ICE) شد.

این موتورها در ابتدا برای کارکردن با سوخت مایع ساخته شده بودند، اما آنها را تغییر دادند تا بتوانند با بنزین کار کنند.

در دهه 1900، موتورهای دو چرخه و چهار چرخه ساخته شدند و ساخت تعداد زیادی خودرو به یکباره امکان پذیر شد.

بهبود در تبدیل سوخت مایع و کاهش انتشار

مهندسان راه هایی برای تبدیل سوخت های مایع به بخار ابداع کردند تا بتوان از آنها استفاده کرد. این باعث بهبود بهره وری سوخت و خروجی موتور شد.

برای حل مشکل آلودگی خودروها نیز سیستم های کامپیوتری مدیریت موتور ساخته شد.

انتشار ICE آلاینده های معیاری مانند اکسیدهای نیتروژن (Nox) و ذرات معلق (PM) به لطف تحقیق و توسعه در 30 سال گذشته بیش از 99٪ کاهش یافته است.

تحقیق و توسعه موتور احتراقی پیشرفته

امروزه مردم در تلاش هستند تا موتورهای احتراق داخلی بهتر کار کنند و برای محیط زیست بهتر باشند.

تحقیق و توسعه بر روی موتورهای احتراقی پیشرفته بر فناوری‌های جدیدی مانند احتراق تراکمی بار همگن (HCCI) و موتورهای پیستونی مخالف (OPE) و همچنین ساخت نیروگاه‌های الکتریکی و هیبریدی بیشتر تمرکز دارد.

اگرچه تعداد وسایل نقلیه الکتریکی در حال افزایش است، ICE ها هنوز برای صنعت حمل و نقل مهم هستند و برای مدت طولانی مورد استفاده قرار خواهند گرفت.

اندازه موتور خودرو و جریان هوا

اکثر موتورهای خودرو بر حسب لیتر اندازه گیری می شوند که حجم کل سیلندرهای آنهاست.

اگر موتور را بزرگتر کنید، گاهی اوقات می تواند اسب بخار و گشتاور بیشتری تولید کند، اما همیشه اینطور نیست.

سنجش جریان هوا در موتورهای خودرو

پره‌سنج و سیم داغ دو روش رایج برای موتور برای اندازه‌گیری مقدار هوای ورودی هستند.

یک پره هوای فنری متصل به یک مقاومت متغیر توسط پره‌سنج برای اندازه‌گیری مقدار هوای ورودی به موتور استفاده می‌شود.

از طرف دیگر، سنسور جریان هوای جرمی سیم داغ از یک سیم مقاومتی استفاده می کند که به جریان هوا آویزان شده و تا دمای خاصی گرم می شود.

سپس هوای ورودی سیم را خنک می کند که جریان الکتریکی را به گونه ای تغییر می دهد که متناسب با مقدار هوای عبوری باشد.

از سوی دیگر، سنسور گرداب کارمان راهی برای اندازه گیری جریان هوای ورودی در موتور خودرو نیست.

در عوض، این روشی برای اندازه گیری سرعت جریان هوا با ایجاد گرداب در جریان هوا و سپس اندازه گیری تغییرات فشار ناشی از گرداب ها است.

تعمیر و نگهداری موتور خودرو

فیلترهای روغن موتور

فیلترهای روغن موتور بخش مهمی برای اطمینان از عملکرد خوب موتور خودرو هستند.

آنها برای خارج کردن خاک، روغن و ذرات فلز از روغن کار می کنند. این اجازه می دهد تا روغن روان جریان یابد، روغن را تمیز می کند و از قطعات فلزی محافظت می کند.

قیمت، طراحی، ساخت و توجه به جزئیات موارد مهمی هستند که در انتخاب فیلتر روغن موتور باید به آنها فکر کنید.

سیستم های مدیریت موتور خودرو

راه های زیادی برای تنظیم و تغییر سیستم مدیریت موتور برای بهبود عملکرد آن وجود دارد.

برخی از راه‌های تغییر سیستم‌ها عبارتند از کالیبره کردن مجدد ECM‌های کارخانه، تنظیم با پیگ‌بک‌ها، رهگیرها و سایر قطعات اضافی و طراحی، اصلاح و ساخت منیفولدهای ورودی.

همچنین می‌توان از سیستم‌های مدیریت موتور قابل برنامه‌ریزی جداگانه برای تغییر نحوه عملکرد موتور استفاده کرد.

برای به دست آوردن بهترین عملکرد، مهم است که تغییرات را به روشی مطمئن و قابل اعتماد انجام دهید.

قبل از ایجاد تغییرات در سیستم مدیریت موتور خود، باید با یک متخصص صحبت کنید یا در مورد موضوع مطالعه کنید.

ساعت موتور

ساعات کار موتور تعداد ساعاتی است که یک موتور از زمان تولید اولیه آن، حتی زمانی که وسیله نقلیه در حال حرکت نیست، کار کرده است.

این معیار برای اندازه‌گیری فرسودگی و پارگی خودروهای تجاری، به‌ویژه برای پیگیری زمان بی‌حرکتی مفید است، زیرا کیلومترشمار مسافت پیموده شده را در زمانی که خودرو از PTO برای ساعت‌ها بی‌حرکت در روز استفاده می‌کند، ثبت نمی‌کند.

ساعت موتور همچنین می تواند برای برنامه ریزی نگهداری پیشگیرانه و تعیین میزان استفاده از یک وسیله نقلیه استفاده شود.

رابطه بین ساعت‌های موتور و مایل‌ها را می‌توان برای ایجاد یک برنامه کامل برای جایگزینی وسایل نقلیه، بهبود برنامه‌های تعمیر و نگهداری و پیگیری عملکرد ناوگان استفاده کرد.

موتورهای مدرن بخشی به نام ماژول کنترل موتور (ECM) دارند که تعداد دفعات چرخش موتور و مدت زمان هر دور را محاسبه می کند.

ماژول های کنترل موتور خودرو

ماژول‌های کنترل موتور خودرو (ECM) از تعدادی تدابیر امنیتی استفاده می‌کنند تا مطمئن شوند که درست کار می‌کنند و مردم را از مزاحمت‌شان دور می‌کنند.

به عنوان مثال، آنها سخت افزار تأیید و مکانیسم های ایمنی را تعبیه می کنند، از استانداردهای امنیتی خودرو مانند SAE J3061 و ISO/SAE 21434 استفاده می کنند و فرآیندهای تأیید را طی می کنند.

ECM ها همچنین می توانند با استفاده از بررسی های قابل قبول برای یافتن سیگنال هایی که جعل شده اند یا تغییر کرده اند محافظت شوند.

این کار با مقایسه مقادیر حسگر با مقادیر سیم کشی سخت انجام می شود تا از درستی آنها مطمئن شوید. این باعث می‌شود که افراد بد تغییر در ECM را سخت‌تر کنند.

در نهایت، ECM های مدرن با قطعات کامپیوتری مانند ریزپردازنده ها ساخته می شوند که می توانند به سرعت ورودی های حسگر را دریافت، تفسیر و عمل کنند. این کمک می کند مطمئن شوید که سیستم به درستی کار می کند.

EPA سیاستی را برای اطمینان از رعایت ممنوعیت‌های قانون هوای پاک در مورد دستکاری و شکست دستگاه‌های پس از فروش در نظر گرفته است.

این ممنوعیت‌ها برای تمام عمر یک وسیله نقلیه باقی می‌ماند، فروش خودروهای دستکاری شده که در حال حاضر در جاده‌ها هستند را برای فروشندگان غیرقانونی می‌سازد، و نیاز به بازرسی منظم خودروها برای اطمینان از عملکرد صحیح سیستم‌های تشخیص آلاینده‌های موجود در آن دارد.

تیونرها که محصولاتی هستند که یک ECU را تغییر می دهند، ممکن است دستگاه های شکست پس از فروش غیرقانونی باشند و استفاده از آنها یا قرار دادن آنها ممکن است دستکاری غیرقانونی باشد.

موارد استفاده کنید

وظیفه:	شرح:
اتومبیل و سایر وسایل نقلیه	ماشین‌ها، کامیون‌ها و اتوبوس‌ها رایج‌ترین مکان‌هایی هستند که از موتورهای خودرو استفاده می‌کنند. این موتورها به وسیله نقلیه نیروی لازم برای حرکت به جلو را می دهند. آنها بخش مهمی از حمل و نقل مدرن هستند.
نیروی محرکه هواپیما	یکی دیگر از مکان‌های مهمی که موتورهای خودرو در آن مورد استفاده قرار می‌گیرند، در هواپیماها است که نیروی رانش مورد نیاز برای برخاستن و پرواز را تامین می‌کنند. اکثر موتورهای هواپیما از موتورهای اتومبیل قوی تر و کارآمدتر هستند زیرا باید بتوانند نیروی بیشتری ایجاد کنند و بر مقاومت هوا غلبه کنند.
تجهیزات کشاورزی	موتورهای خودروها اغلب در تراکتورها و انواع دیگر تجهیزات کشاورزی استفاده می شوند. این موتورها باید به اندازه کافی قوی و بادوام باشند تا بتوانند بارهای سنگین و کار سختی را که با کشاورزی همراه است تحمل کنند.
تولید برق	مواقعی وجود دارد که می توان از موتورهای خودرو نیز برای تولید نیرو استفاده کرد. بیشتر اوقات از این موتورها در مجموعه ژنراتورها استفاده می شود که در هنگام قطع برق برای تامین برق منازل و مشاغل استفاده می شود.
نیروی محرکه دریایی	قایق‌ها و انواع دیگر کشتی‌های آبی نیز می‌توانند با موتور خودرو کار کنند. موتورهای دریایی معمولاً به گونه‌ای ساخته می‌شوند که عمر طولانی‌تری داشته باشند و در برابر خوردگی بهتر از موتورهای خودرو مقاومت کنند، زیرا باید در محیط‌های سخت دریایی کار کنند.
مسابقه	روش دیگری که از موتورهای اتومبیل استفاده می شود در مسابقات اتومبیلرانی است، جایی که آنها اتومبیل های با عملکرد بالا را که می توانند بسیار سریع حرکت کنند، نیرو می دهند. بیشتر موتورهای مسابقه ای بهینه سازی شده اند تا بیشترین بهره را از آنها ببرند و می توانند قدرت بسیار بیشتری نسبت به یک موتور ماشین معمولی تولید کنند.
چمن زن و سایر ابزارهای کوچک	در نهایت، موتورهای اتومبیل را می توان برای نیرو دادن به ماشین های چمن زنی، اره برقی و سایر ابزارهای کوچک استفاده کرد. بیشتر اوقات، این موتورها به اندازه همتایان بزرگتر خود قوی نیستند، اما همچنان باید به اندازه کافی قابل اعتماد و کارآمد باشند تا بتوانند استفاده روزانه را انجام دهند.

منابع:

https://en.wikipedia.org/wiki/Automotive_engine

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/B0080431526000863

نتیجه

در خاتمه، موتور خودرو یک تکه فناوری شگفت انگیز است که نحوه سفر و زندگی ما را تغییر داده است.

مهندسان در ساخت این ماشین‌های شگفت‌انگیز، از اولین موتورهای احتراق داخلی تا پیشرفته‌ترین پیشرانه‌های هیبریدی و الکتریکی امروزی، پیشتاز بوده‌اند.

اما موتور خودرو همچنین نماد چیز عمیق‌تری است: میل طبیعی ما برای عبور از محدودیت‌های ممکن، شکستن موانع و رویای فردای بهتر.

همانطور که به آینده نگاه می کنیم، واضح است که موتور خودرو همچنان بخش مهمی از زندگی ما خواهد بود

این موتوری است که ماشین هایی را که ما را به محل کار، مدرسه و جاهای دیگر می برد، نیرو می دهد.

اما همچنین یادآور این است که خلاقیت انسان چقدر قدرتمند است، مردم چقدر مایل به آزمایش چیزهای جدید هستند و ذهن انسان چقدر می تواند انجام دهد.

بنابراین دفعه بعد که ماشین خود را روشن کردید، لحظه ای به مهندسی شگفت انگیزی که همه چیز را ممکن می کند فکر کنید و به یاد داشته باشید که امکانات واقعا بی پایان هستند.