رازهای افزایش عمر و کارایی موتور خودرو

طرز کار موتور خودرو چیست؟

موتور خودرو نقش اصلی در حرکت خودرو را ایفا می‌کند و انرژی لازم برای حرکت آن را فراهم می‌سازد. این سیستم پیچیده از اجزای متعددی تشکیل شده که با همکاری یکدیگر، انرژی شیمیایی سوخت را به نیروی مکانیکی تبدیل می‌کنند و در نهایت چرخ‌های خودرو را به حرکت درمی‌آورند. در ادامه، مراحل کارکرد موتور خودرو به صورت ساده توضیح داده شده است:

1. مکش: پیستون به سمت پایین حرکت کرده و با باز شدن دریچه ورودی، ترکیب هوا و سوخت به داخل سیلندر وارد می‌شود.
2. تراکم: با بسته شدن دریچه‌ها، پیستون به بالا رفته و ترکیب هوا و سوخت فشرده می‌شود.
3. احتراق: شمع با ایجاد جرقه، مخلوط هوا و سوخت را مشتعل کرده و این فرآیند به تولید گازهای داغ و پر فشار منجر می‌شود.
4. قدرت: گازهای داغ پیستون را به سمت پایین می‌رانند و میل لنگ را به چرخش درمی‌آورند.
5. اگزوز: با باز شدن دریچه خروجی، گازهای تولید شده از سیلندر خارج می‌شوند.

این چرخه به صورت مداوم در سیلندرها تکرار شده و میل لنگ را می‌چرخاند، که از طریق جعبه دنده نیرو به چرخ‌ها منتقل می‌شود و خودرو به حرکت درمی‌آید.

موتورهای خودرو انواع مختلفی دارند، اما همگی بر اساس همین اصول عمل می‌کنند. موتورهای بنزینی که از بنزین به عنوان سوخت استفاده می‌کنند، رایج‌ترین نوع هستند. موتورهای دیزلی از گازوئیل بهره می‌برند و موتورهای هیبریدی از ترکیبی از موتورهای بنزینی و الکتریکی استفاده می‌کنند.

موتور خودرو و انواع آن

هنگامی که درباره پیشرانه خودرو صحبت می‌کنیم، ممکن است به پیچیدگی‌های فراوان و تاریخچه غنی این مفهوم توجه نکنیم. واژه‌ای که در نگاه اول ساده به نظر می‌رسد، در واقع نماینده دنیایی پیچیده از نظر مهندسی و تکنولوژی است. طراحی موتورهای خودرو شامل سیستم‌های احتراقی متنوع، انواع مختلف سوخت‌ها، ساختارهای مهندسی پیچیده و کاربردهای متفاوت است. این موضوع باعث می‌شود که تنوع موتورهای خودرو بیشتر از آن چیزی باشد که ممکن است در ابتدا به ذهن برسد. به دلیل این تنوع گسترده، لازم است نگاهی کوتاه به انواع پیشرانه‌های مورد استفاده در صنعت خودروسازی جهان بیندازیم و آن‌ها را دسته‌بندی و معرفی کنیم.

موتورهای احتراق داخلی

موتورهای احتراق داخلی یا درون‌سوز، همان‌طور که از نامشان مشخص است، بر اساس فرآیند احتراق مخلوط سوخت و هوا در یک محفظه بسته (محفظه احتراق) عمل می‌کنند. این نوع موتورها که با نام “Internal Combustion Engines” شناخته می‌شوند، به دلیل ساختار خاص خود به این نام معروف شده‌اند. بسته به طراحی و کاربرد، این موتورها ممکن است از چرخه‌های مختلف احتراقی مانند کارنو، اتکینسون یا آتو استفاده کنند. با این حال، این تفاوت‌ها در عملکرد یا ظاهر نهایی خودرو برای راننده و سرنشینان قابل تشخیص نیست.

این دسته از موتورها را می‌توان بر اساس شیوه سوخت‌رسانی، ساختار مهندسی و سیستم خنک‌کاری دسته‌بندی کرد.

موتور الکتریکی (EV)

خودروهایی که از موتورهای الکتریکی استفاده می‌کنند، به هیچ وجه فناوری جدیدی نیستند. در واقع، تاریخچه این موتورها به اوایل قرن بیستم بازمی‌گردد. موتورهای الکتریکی از نظر طراحی ساده‌تر و از لحاظ عملکرد، بسیار کارآمدتر از موتورهای احتراق داخلی هستند. اما به دلیل محدودیت‌های تکنولوژیکی در تولید باتری‌های با بازده بالا، استفاده گسترده از این نوع خودروها تا قرن بیست و یکم به تأخیر افتاد.

امروزه با پیشرفت‌های صورت گرفته در تولید باتری‌های کارآمد، تولید خودروهای برقی به شکل گسترده‌تری انجام می‌شود. این موتورها بسته به طراحی، ممکن است یک تا چهار موتور الکتریکی داشته باشند که معمولاً از نوع بدون جاروبک (BLDC) هستند. ویژگی‌های بارز این موتورها شامل تولید گشتاور فوری از حالت سکون، طول عمر بالا و بازدهی فوق‌العاده در تبدیل انرژی الکتریکی به نیروی حرکتی است. بازدهی این موتورها به‌طور قابل ملاحظه‌ای بیشتر از موتورهای احتراق داخلی است و گاهی تا سه برابر بیشتر می‌شود.

یکی از ویژگی‌های برجسته این موتورها توانایی تولید گشتاور حداکثری از دور صفر است، به همین دلیل بسیاری از خودروهای الکتریکی نیازی به گیربکس‌های چند سرعته معمول ندارند. با این حال، بیشتر آن‌ها از گیربکس‌های کاهنده دور و افزاینده گشتاور با یک تا سه دنده استفاده می‌کنند.

نکته قابل توجه دیگر در مورد موتورهای الکتریکی و باتری‌های آن‌ها این است که بیشتر آن‌ها از سیستم خنک‌کاری با آب بهره می‌برند. مشابه موتورهای احتراق داخلی، این سیستم‌ها با استفاده از کولانت مخصوص به کنترل دمای باتری و موتور کمک می‌کنند و در نتیجه، طول عمر و کارایی موتور را بهبود می‌بخشند.

با این حال، بزرگ‌ترین چالش پیش روی موتورهای الکتریکی، تأمین نیروی الکتریسیته مورد نیاز آن‌هاست. بیشتر انرژی الکتریکی در جهان از نیروگاه‌هایی تولید می‌شود که از سوخت‌های فسیلی استفاده می‌کنند، بنابراین ادعای پاک بودن کامل این موتورها همچنان موضوع بحث‌برانگیزی در میان دانشمندان و مهندسان است. دیدگاه رایج در حال حاضر این است که جهان هنوز به‌طور کامل آماده نیست تا به صورت انبوه از خودروهای برقی استفاده کند.

موتور هیبرید

موتور هیبرید به سیستمی گفته می‌شود که از بیش از یک منبع قدرت برای حرکت خودرو استفاده می‌کند. به عبارت دیگر، خودرویی که از ترکیبی از موتورهای مختلف بهره می‌برد، به عنوان هیبرید یا “ترکیبی” شناخته می‌شود.

متداول‌ترین نوع خودروهای هیبرید، مدل‌های بنزینی-برقی هستند و پس از آن، مدل‌های دیزلی-برقی نیز وجود دارند. این خودروها از یک موتور احتراق داخلی (معمولاً بنزینی) و یک سیستم الکتریکی مستقل استفاده می‌کنند که می‌تواند به صورت سری، موازی یا ترکیبی از هر دو حالت کار کند.

عوامل مختلفی از جمله اندازه باتری، نحوه تعامل موتور بنزینی با موتور الکتریکی و چگونگی انتقال نیرو به چرخ‌ها، بر اساس نوع طراحی و هدف استفاده خودرو تعیین می‌شوند. به همین دلیل، طراحی و ساختار فنی خودروهای هیبرید بسیار متنوع است و ممکن است در هر مدل به شکلی متفاوت اجرا شود.

هدف اصلی از توسعه خودروهای هیبرید، کاهش مصرف سوخت و میزان آلایندگی است. این کار با استفاده از نیروی الکتریکی برای بهینه‌سازی بازده و بازیابی انرژی از دست رفته، به خصوص انرژی جنبشی، انجام می‌شود. البته در برخی خودروهای اسپرت با عملکرد بالا، مانند مک‌لارن P1، پورشه ۹۱۸ اسپایدر، فراری لافراری و بوگاتی، سیستم هیبرید بیشتر به منظور افزایش قدرت و کارایی استفاده می‌شود و هدف اصلی آنها کاهش مصرف سوخت نیست.

از اوایل دهه ۲۰۰۰ به بعد، موتورهای هیبرید به عنوان یکی از بهترین راه‌حل‌ها برای حفظ توان بالا همراه با کاهش مصرف سوخت و آلودگی معرفی شده‌اند. بسیاری از متخصصان بر این باورند که در آینده نزدیک، خودروهای هیبرید به عنوان یک گزینه برتر نسبت به خودروهای کاملاً الکتریکی شناخته خواهند شد.

نتیجه‌گیری

افزایش عمر و کارایی موتور خودرو نیازمند ترکیبی از اقدامات و راهکارهای مختلف است. از نگهداری منظم تا استفاده از مواد و تجهیزات با کیفیت و رعایت شرایط محیطی مناسب، همه به بهبود عمر و کارایی موتور کمک می‌کنند. این اقدامات نه تنها به افزایش عمر مفید موتور کمک می‌کنند بلکه به بهره‌وری و کاهش هزینه‌های ناشی از تعمیرات نیز کمک می‌کنند.