موتور درون خطی: انواع، دستگاه، مزایا و معایب

2024 نویسنده: Erin Ralphs | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-02-19 15:00

موتور احتراق داخلی یکی از ساده ترین موتورها است. این واحدها به این دلیل نامیده می شوند که سیلندرها در یک ردیف قرار گرفته اند. پیستون ها باعث می شوند که یک میل لنگ در هنگام کارکردن موتور بچرخد. موتور خطی یکی از اولین موتورهایی بود که روی خودروها نصب شد. آنها در طلوع صنعت خودرو طراحی و ساخته شدند.

همه چیز چگونه شروع شد؟

جد موتورهای احتراق داخلی خطی مدرن یک موتور تک سیلندر بود. طراحی و ساخته شده توسط Etienne Lenoir در سال 1860. به طور کلی پذیرفته شده است که چنین است، اگرچه حتی قبل از Lenoir نیز تلاش هایی برای به دست آوردن حق ثبت اختراع برای این موتور وجود داشت. اما دقیقاً توسعه آن است که تا حد امکان شبیه به طرح هایی است که در حال حاضر در زیر کاپوت اکثر خودروهای سری ارزان قیمت نصب شده اند.

موتور فقط یک سیلندر داشت و قدرتش برابر با 1.23 اسب بخار بود که در آن زمان عظیم بود. برای مقایسه، "اوکا" 1111 مدرن دارای دو سیلندر است و قدرت آن از 30 تا 53 اسب بخار است.

بزرگتر و قدرتمندتر

ایده لنوار عالی بود. بسیاری از مهندسان و مخترعانسالها و تلاش خود را صرف بهبود هر چه بیشتر موتور کرد (البته در سطح توانایی های فنی که در آن زمان وجود داشت). تاکید اصلی بر افزایش قدرت بود.

در ابتدا توجه روی یک سیلندر متمرکز بود - آنها سعی کردند اندازه آن را افزایش دهند. سپس به نظر همه می رسید که با افزایش اندازه می توانید قدرت بیشتری دریافت کنید. و افزایش حجم در آن زمان ساده ترین بود. اما یک سیلندر کافی نبود. مجبور شدم بقیه جزئیات را بسیار افزایش دهم - شاتون، پیستون، بلوک.

همه آن موتورها بسیار ناپایدار بودند، جرم زیادی داشتند. در طول کار چنین موتوری، تفاوت زیادی در زمان بین چرخه های احتراق مخلوط وجود داشت. به معنای واقعی کلمه تمام جزئیات در چنین واحدی لرزید و لرزید، که مهندسان را مجبور به فکر راه حل کرد. و آنها سیستم را به یک متعادل کننده مجهز کردند.

جاده بن بست

به زودی برای همه روشن شد که تحقیقات به بن بست رسیده است. موتور Lenoir نمی توانست به طور معمول و درست کار کند، زیرا نسبت قدرت، وزن و اندازه وحشتناک بود. انرژی اضافی زیادی برای افزایش مجدد حجم سیلندر لازم بود. بسیاری ایده ساخت موتور را یک فروپاشی در نظر گرفتند. و اگر یک راه حل فنی نبود، مردم همچنان سوار اسب و گاری می شدند.

طراحان متوجه شدند که می توان میل لنگ را نه تنها با یک پیستون، بلکه با چندین پیستون به طور همزمان چرخاند. ساده ترین آنها ساخت یک موتور درون خطی بود - آنها چند سیلندر دیگر اضافه کردند.

جهان توانست اولین واحد چهار سیلندر را در پایان قرن نوزدهم ببیند. مقایسه قدرت آن با یک موتور مدرن غیرممکن است. با این حال، از نظر کارایی، از همه پیشینیان خود بالاتر بود. قدرت به دلیل افزایش حجم کار، یعنی با افزودن سیلندرها افزایش یافت. خیلی سریع، متخصصان شرکت های مختلف توانستند موتورهای چند سیلندر تا هیولاهای 12 سیلندر بسازند.

اصل عملیات

ICE چگونه کار می کند؟ جدا از اینکه هر موتور تعداد سیلندرهای متفاوتی دارد، یک موتور خطی شش یا چهار سیلندر نیز به همین صورت عمل می کند. این اصل بر اساس ویژگی های سنتی هر موتور احتراق داخلی است.

همه استوانه های بلوک در یک ردیف چیده شده اند. میل لنگ که به دلیل انرژی احتراق سوخت توسط پیستون هدایت می شود، تنها برای تمام قسمت های گروه سیلندر-پیستون است. همین امر در مورد سر سیلندر نیز صدق می کند. این تنها برای همه سیلندرها است. از بین تمامی موتورهای خطی موجود، می توان طرح های متعادل و نامتعادل را تشخیص داد. ما هر دو گزینه را در زیر در نظر خواهیم گرفت.

تراز

به دلیل طراحی پیچیده میل لنگ مهم است. نیاز به بالانس بستگی به تعداد سیلندرها دارد. هر چه تعداد آنها در یک ICE خاص بیشتر باشد، تعادل باید بیشتر باشد.

یک موتور نامتعادل فقط می تواند همان طراحی باشد که در آن بیش از چهار سیلندر وجود نداشته باشد. در غیر این صورت، ارتعاشاتی در حین کار ظاهر می شود که نیروی آن می تواند میل لنگ را از بین ببرد. حتی موتورهای شش سیلندر ارزان قیمتبا بالانس بهتر از چهار گران قیمت خطی بدون شفت بالانس خواهد بود. بنابراین، برای بهبود تعادل، یک موتور چهار پیستون خطی ممکن است گاهی اوقات به نصب شفت‌های ثابت نیز نیاز داشته باشد.

موقعیت موتور

واحدهای چهار سیلندر سنتی معمولاً به صورت طولی یا عرضی زیر کاپوت خودرو نصب می شوند. اما واحد شش سیلندر فقط به صورت طولی قابل نصب است و نه بیشتر (به استثنای برخی از مدل های ولوو و خودروهای شورولت اپیکا).

موتور احتراق داخلی خطی که دارای طراحی نامتقارن نسبت به میل لنگ است نیز دارای ویژگی هایی است. اغلب شفت با ریخته‌گری‌های جبران‌کننده ساخته می‌شود - این ریخته‌گری‌ها باید نیروی اینرسی ناشی از عملکرد سیستم پیستون را کاهش دهند.

Inline-six امروزه از محبوبیت کمتری برخوردار است - تقصیر همه مصرف سوخت قابل توجه و ابعاد کلی بزرگ است. اما حتی با وجود بلوک سیلندر طولانی، موتور کاملاً متعادل است.

مزایا و معایب واحد

علاوه بر چند تفاوت، موتورهای احتراق داخلی خطی دارای همان مزایا و معایب بسیاری از موتورهای V-V و موتورهای دیگر هستند. موتور چهار سیلندر رایج ترین، ساده ترین و قابل اطمینان ترین است. جرم نسبتا سبک است، هزینه های تعمیر نسبتا کم است. تنها عیب آن عدم وجود محورهای تعادل در طراحی است. این بهترین موتور احتراق داخلی برای خودروهای مدرن، حتی طبقه متوسط است. همچنین موتورهای خطی با ظرفیت کم با کمتر وجود داردتعداد سیلندرها به عنوان مثال، SeAZ Oka 1111 دو سیلندر اقتصادی.

واحدهای شش سیلندر دارای تعادل کامل هستند و در اینجا کمبود "چهار" جبران می شود. اما برای تعادل هزینه ای دارد. بنابراین، با وجود ویژگی های قابل توجه بهتر در مقایسه با "چهار"، این موتورهای احتراق داخلی با ترتیب سیلندرها در موتور کمتر رایج هستند. میل لنگ طولانی است، هزینه تولید بسیار بالا است، و ابعاد نسبتاً بزرگ است.

محدودیت فنی

اکنون قرن نوزدهم نیست، اما واحدهای برق مدرن هنوز با کمال فنی فاصله دارند. و در اینجا حتی توربین های مدرن و سوخت با اکتان بالا کمکی نمی کنند. راندمان یک موتور احتراق داخلی حدود 20٪ است و تمام انرژی دیگر صرف اصطکاک، اینرسی و انفجار می شود. فقط یک پنجم بنزین یا گازوئیل به کار مفید می رسد.

قبلاً ویژگی های اساسی موتورها را با بیشترین بازده توسعه داده است. در عین حال، محفظه های احتراق و گروه پیستون حجم و ابعاد به طور قابل توجهی کمتری دارند. به دلیل اندازه فشرده، قطعات اینرسی کمتری دارند - این احتمال آسیب ناشی از انفجار را کاهش می دهد.

ویژگی های طراحی پیستون های فشرده محدودیت های خاصی را ایجاد می کند. با درجه فشرده سازی بالا، به دلیل اندازه کوچک، انتقال فشار پیستون به شاتون کاهش می یابد. اگر پیستون ها قطر بیشتری داشته باشند، به دلیل پیچیدگی بسیار زیاد، رسیدن به یک کار متعادل دقیق غیرممکن است. حتی یک موتور مدرن BMW هم اینها را داردکاستی‌ها، اگرچه توسط مهندسان آلمانی توسعه داده شد.

نتیجه گیری

متاسفانه موتورسازی به حد تکنولوژیک خود رسیده است. بعید است که دانشمندان اکتشافات فنی جدی انجام دهند و از یک موتور احتراق داخلی به کارایی بیشتری دست یابند. پس همه امیدواریم که عصر وسایل نقلیه الکتریکی فرا برسد.