موتور احتراق داخلی (درون‌سوز) سال‌های زیادی است که به عنوان قلب صنعت حمل و نقل شناخته می‌شود. از خودروها و کامیون‌ها گرفته تا هواپیما و کشتی‌ها، این نوع از موتور باعث پیشرفت جالب توجهی در این صنعت شده است. اختراع این موتور به ۱۸۶۱ برمی‌گردد. روزهایی که آگوست اتو آلمانی به دنبال ساخت سامانه‌ای بود که در آن بتوان مکش، تراکم، انفجار و تخلیه را پیاده‌سازی و اجرا کرد. انواع مختلف موتورهای درون‌سوز شخصیت‌های متفاوتی و عملکرد منحصربه‌فردی دارند. شما را دعوت می‌کنیم تا سفری به دنیای ICEs داشته باشید تا با تفاوت‌های هرکدام از این موتورها آشنا شوید.

موتورهای احتراق جرقه‌ای

نوع اول این موتورهای درون‌سوز، به موتورهای احتراق جرقه‌ای (Spark Ignition Engines) معروف‌اند. این موتورها معمولاً در دسته‌ی بنزینی قرار می‌گیرند و فرآیند آن‌ها به این شکل است که مخلوط سوخت هوا با جرقه‌ی شمع ایجاد احتراق می‌کند.

• موتورهای بنزینی

موتورهای بنزینی (Gasoline Engines) رایج‌ترین نوع موتورهای احتراق داخلی به حساب می‌آیند و فرآیند آن‌ها به این صورت است که ترکیب گازوئیل و هوا باعث احتراق می‌شود. ویژگی مهم این موتورها تطبیق‌پذیری آن‌هاست که از خودروهای جمع‌وجور (Compact Cars) تا سدان‌های لاکچری امکان استفاده از آن را دارند.

• موتورهای سوخت طبیعی

سوخت این نوع از موتورها گاز طبیعی است که جایگزینی پاک برای سوخت بنزینی است. این موتورها معمولاً در وسایل نقلیه‌ی سنگین مثل اتوبوس و کامیون استفاده می‌شوند.

موتورهای احتراق تراکمی

تراکم مهم‌ترین ویژگی در فرآیند موتورهای احتراق تراکمی (Compression Ignition Engines) است. به این معنی که تراکم مخلوط سوخت و هوا در محفظه احتراق، به دلیل فشار و دمای بالای سوخت و هوا منجر به اشتعال می‌شود که موتورهای دیزلی را می‌توان از این نوع در نظر گرفت.

• موتورهای دیزلی

همان‌طور که گفتیم، موتورهای دیزلی برای احتراق به تراکم مخلوط سوخت و هوا نیاز دارند. این نوع موتورها کارایی و گشتاور قدرتمندی دارند و برای خودروهای سنگین مثل کامیون، تراکتور و خودروهای تجهیزات ساختمانی ایده‌آل هستند.

موتورهای دوار

در موتورهای دوار (Rotary Engines) مثل موتور وانکل (Wankel Engine) و شبه‌ توربین به جای پیستون، روتور تعبیه شده است که حرکتی دورانی دارد. روتور قطعه‌ای مثلثی شکل با سه صفحه‌ی محدب است که هرکدام از صفحه‌ها کارکردی شبیه به یک پیستون دارند. در صنعت خودروسازی شرکت ژاپنی مزدا  در بعضی از مدل‌ها مثل mazda rx8 از موتور دوار استفاده کرده است. اندازه‌ی جمع‌وجور، عملکرد مطلوب و مصرف سوخت کمتر در مقایسه با موتورهای پیستونی ویژگی‌های مهم این نوع از موتورهای درون‌سوز هستند.

موتورهای هیبریدی

موتور خودروهای هیبریدی ترکیبی از موتور بنزینی یا دیزلی با موتور الکتریکی است که این ترکیب کمک زیادی به شتاب‌گیری موتور می‌کند و توان لازم را برای حالت رانندگی کاملاً الکتریکی مهیا می‌کند. باتری خودروهای هیبریدی در سرعت پایین، نیروی موردنیاز برای حرکت را تولید می‌کند. موتور بنزینی زمانی وارد عمل می‌شود که به نیروی بیشتری نیاز است. موتور هم برای چرخش چرخ‌ها تولید نیرو می‌کند هم برای شارژ باتری. مهم‌تر اینکه، خودروهای هیبریدی امکان جذب انرژی هم دارند.

بررسی عملکرد انواع موتورهای احتراق داخلی

موتورهای درون سوز یا احتراق داخلی را به شکل دیگری هم می‌توان دسته‌بندی کرد. براساس دوزمانه یا چهار زمانه بودن‌شان یا تعداد سیلندر به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند که هرکدام توان و نیروی متفاوتی دارند و برای خودروهای مختلفی با کارکردهای منحصربه‌فرد استفاده می‌شوند. موتورهای سه سیلندر، شش سیلندر، هشت سیلندر و دوازده سیلندر هرکدام براساس توان تولیدی‌شان در صنعت خودروسازی و حمل‌ونقل در وسایل مختلفی با اندازه، کارکرد، توان مورد نیاز و عملکرد متفاوت مورد استفاده قرار می‌گیرند.

• موتورهای چهارزمانه

در موتورهای چهار زمانه (Four-Stroke Engines) همان فرآیندی در احتراق طی می‌شود که نخستین بار آگوست اتو از آن استفاده کرد. یعنی مکش (Intake)، تراکم (Compression)، احتراق (Power) و در نهایت تخلیه (Exhaust). در هر چرخه‌ی ترمودینامیکی این نوع موتورها، پیستون چهار بار حرکت خطی پیستون انجام می‌دهد. به عبارت دیگر دو حرکت رفت و برگشتی یا دو دور گردش موتور در هر چرخه. هر موتور چهار زمانه از سیلندر، شاتون، سوپاپ‌ها، پیستون، مجراهای ورودی و خروجی، شمع و انژکتور، مانیفولد هوا و دود و بلوکه‌ی سیلندر تشکیل شده است. در ادامه عملکرد هر کورس موتور چهار زمانه شرح داده خواهد شد:

مکش

در اولین کورس موتور چهار زمانه با مکش مواجهیم. در این مرحله حرکت پیستون از بالا به پایین اتفاق می‌افتد که به دلیل آب‌بند بودن پیستون درون سیلندر و با سرعت پایین رفتن آن و در نهایت بیشتر شدن حجم بالای پیستون، فشار در این ناحیه از فشار هوای محیط کمتر می‌شود و در نتیجه خلاء نسبی شکل می‌گیرد. با باز شدن سوپاپ هوا و ورود مخلوطی از سوخت و هوا درون سیلندر فضای خالی بالای پیستون پر می‌شود. در این مرحله است که میزان لازم بنزین اتمیزه می‌شود و از طریق کاربراتور یا انژکتور در مسیر هوای مصرفی موتور پاشش خواهد شد و در نهایت بنزین با مانیفولد هوا به داخل سیلندر ارسال می‌شود.

• موتورهای دوزمانه

در این موتورها چرخه‌ی قدرت در دو مرحله‌ نکمیل می‌شود که در نتیجه ساختار آنها را سبک‌تر و ساد‌ه‌‌تر از موتورهای چهار زمانه می‌کند. فرآیند احتراق در موتورهای دو زمانه (Two-Stroke Engines) به صورت مکش سوخت همراه با تراکم و در مرحله‌ی دوم احتراق به علاوه‌ی خروج دود است. موتورهای دوزمانه معمولاً در موتورسیکلت‌ استفاده می‌شود.

آینده‌ی موتورهای احتراق داخلی

با افزایش محبوبیت خودروهای الکتریکی همچنان استفاده از موتورهای احتراق داخلی جایگاه ویژه‌ای در زیرساخت‌های حمل‌ونقل ایفا می‌کنند. بدون تردید پیشرفت‌های فناوری، مثل پیشرانه‌های هیبریدی و الکتریکی، به کارآمدتر کردن ICEs و سازگاری با محیط‌ زیست کمک می‌کنند، اما همچنان آینده‌ی موتورهای احتراق داخلی با وجود نگرانی‌های زیست‌محیطی و رفتن به سمت سوخت‌های جایگزین و سبز، در هاله‌ای از ابهام است. تا آن زمان همچنان موتورهای شش سیلندر و هشت سیلندر، گازوئیلی و دیزلی یا دوار هیبریدی نقش مهمی در صنعت خودروسازی ایفا خواهند کرد.