پیشرانه خودرو چیست؟

پیشرانه- خودرو یک وسیله نقلیه متحرک است که برای طراحی آن لازم است درک عمیقی از حرکت خودرو و عوامل تأثیرگذار بر آن داشته باشیم .

به گزارش وب‌سایت خبری «پیشرانه» پیشرانه جزو ارکان اصلی خودرو و قلب تپنده آن است، امروزه آنچه از تعریف پیشرانه خودرو می‌دانیم، دستگاهی است که انرژی شیمیایی (سوخت +هوا) را به کار مکانیکی تبدیل می‌کند در ابتدا به تاریخچه رشد و نمو آن می‌پردازیم.

تاریخچه پیشرانه خودرو

اولین ماشین بخار توسط مخترع فرانسوی دنی پاین در سال ۱۶۹۰ اختراع شد و سپس اولین موتور کاربردی توسط نیوکامن در سال ۱۷۱۲ برای پمپ کردن آب در معادن مورداستفاده قرار گرفت؛ اما ازآنجاکه موتورهای بخار دارای بازده پایین بودند در ادامه جیمزوات مخترع و پژوهشگر اسکاتلندی در سال ۱۷۸۱ توانست حرکت تناوبی موتور (رفت و برگشتی) را به حرکت دورانی (چرخشی) تبدیل کند و این دستاورد تحولی شگرف و بنیادین در حمل‌ونقل دریایی و زمینی به وجود آورد

موتورهای بخار جزء موتورهای برون سوز هستند که الگوی اصلی جهت ساخت و طراحی موتورهای درون‌سوز به شمار می‌روند. (موتورهای احتراق داخلی)

اما در سال ۱۸۶۱ نیکلاس اتو اولین موتور بنزینی که همان موتور احتراق داخلی است را به‌صورت چهار زمانه و دو زمانه اختراع کرد.

در موتور چهارزمانه مرحله اول مکش یا تنفس، مرحله دوم تراکم یا کمپرس، مرحله سوم انفجار یا قدرت مرحله چهارم تخلیه یا خروج دود است و موتورهای اولیه دارای بدنه از جنس فلز برنز بوده و سوخت آن‌ها الکل بود.

بالاخره در انتهای قرن نوزدهم کمپانی‌های نفتی شروع به استخراج نفت و همچنین  پالایش آن کرد در این میان مایعی  گمنام  در هنگام پالایش نفت خام پدید آمد که کاربردی نداشت اما با تعریف آن ماده برای سوخت موتور خودروها امروز ما به نام بنزین می‌شناسیم و در سال ۱۸۹۳ رادلف دیزل موتور دیزل را اختراع کرد.

انواع پیشرانه خودرو

اما مختصری به بررسی انواع موتور یا پیشرانه بپردازیم. موتورهای پیستونی چهار زمانه خطی به‌صورت ۴ سیلندر یا بیشتر و موتورهای پیستونی V شکل و در سیلندرهای بالا به‌صورت W که می‌تواند بنزینی و یا گازوئیلی باشد و پیشرانه وانکل که  مخترع آن فیلکس وانکل بود و از نوع موتورهای بنزینی چهار زمانه که با چرخش یک روتور در محفظه‌ای تقریباً گرد حرکت دورانی به وجود می‌آورد.

این موتور دارای بازده مناسب بود اما در بحث آلایندگی و دوام موضوع مهمی بود. به همین دلیل تحقیقات بسیاری انجام گرفت ازجمله شرکت مزدای ژاپن بیش از ۵۰ سال بر روی این نسل از موتورها پژوهش انجام داد و نهایتاً خودروهای سواری با تیپ RX مانند مزدا RX7 یا RX8 روانه بازارهای جهانی کرد.

موتور رادیال یا ستاره‌ای یا شعاعی: این موتورها بعد از جنگ جهانی اول برای موتور محرک هواپیماها  به تولید انبوه رسیدند  و دارای سیلندرهای فرد هستند تا ۱۳ سیلندر و به‌صورت هوا خنک طراحی‌شده‌اند. به مدل پیشرانه هوا است که تمامی شاتون ها به یک میل‌لنگ متصل است. عموماً قطر پیستون‌ها بزرگ و شاتون ها کوتاه است  این موتورها دارای توان بسیار مناسب و دور موتور بالا هستند اما امروزه این موتورها منسوخ‌شده و تولید نمی‌شود بااین‌وجود برای هواپیماهای کوچک و سبک و همچنین هواپیماهای سم‌پاشی کاربرد دارد.

حال اشاره‌ای به موتور استرلینگ که توسط مخترع اسکاتلندی به همین نام در سال ۱۸۱۶ اختراع شد این موتور تکمیل‌کننده سیستم موتور بخار بود که شامل دو بخش است بخش سرد موتور توسط پیستون، متراکم شده و سپس ورود به محفظه داغ‌تر، منبسط (افزایش حجم) شده و تولید کار می‌کند.

اصطلاحات  فنی در پیشرانه خودرو

توان موتور:

توان موتور را نباید با نیرو اشتباه گرفت توان موتور سرعت انجام کار است که واحد آن وات یا کیلووات یا اسب بخار است (یک اسب بخار معادل ۷۵ کیلوگرم بار است که در مدت یک ثانیه به میزان یک متر جابجا شود) هر اسب بخار معادل ۷۳۶ وات و هر کیلووات تقریباً ۱/۳۳ اسب بخار است یعنی اگر توان یک موتور ۱۰۰ کیلووات باشد معادل ۱۳۳ اسب بخار است.

واحد توان در استاندارد SI وات است و هر وات معادل یک ژول بر ثانیه مساوی ۷۴۶ وات است  و یک ژول بر ثانیه برابر ۷۴۶  وات خواهد بود.

گشتاور:

گشتاور یک کمیت برداری است یعنی دارای جهت است،  بدین معنی که در اثر اعمال نیرو برای چرخش جسم حول یک محور را گشتاور گویند واحد آن نیوتن بر متر است. برای مثال وقتی نیرو به  آچار را برای باز گردن پیچ وارد می‌کند پیچ به‌صورت خلاف عقربه‌های ساعت در راستای نیروی دست شما شروع به حرکت و چرخش می‌کند، به این عمل گشتاور گویند.

گشتاور = نیرو (برحسب نیوتن) × بازوی اعمال نیرو (طول برحسب متر)

در موتور توان و گشتاور بروی شاسی دینامومتر اندازه‌گیری و راستی آزمایی می‌شود و در یک دور موتور به بالاترین توان و گشتاور می‌رسد  مثلاً ۳۰۰۰ RPM برای گشتاور و ۴۵۰۰۰RPM برای توان موتور  در  خودروهای سواری اگر گشتاور بالا باشد در شتاب اولیه و سبقت بسیار مؤثر است و اگر توان بالا باشد در رسیدن به‌سرعت های بالا بسیار مؤثر است البته در خودروها نسبت دنده‌های گیربکس نیز عامل تأثیرگذار خواهد بود.

تعریف کار:

اگر به جسمی نیرو وارد کنیم و آن جسم حرکت کند  کار انجام‌گرفته است به‌طور مثال اگر به یک دیوار نیرو اعمال کنیم و حرکتی رخ ندهد، کاری هم انجام نگرفته است در موتور خودرو با انفجار مخلوط سوخت و هوا ناگهان تولید دود شده و این افزایش حجم گاز موجب حرکت پیستون شده و کار مکانیکی به وجود می‌آید بدین معنی که   کار =  نیرو × حرکت یا در خودرو انتگرال فشار ضرب‌در دیفرانسیل حجم