موتور احتراق داخلی یک مکانیزم تولید برق است که تحولی در حمل و نقل و ماشین آلات ایجاد کرده است. این ماده بر اساس اصل تبدیل انرژی شیمیایی به انرژی مکانیکی از طریق احتراق سوخت هایی مانند بنزین یا گازوئیل کار می کند.
اجزای کلیدی: موتور احتراق داخلی در هسته خود از یک سیلندر، یک پیستون، سوپاپ ها، میل لنگ و شمع (در موتورهای بنزینی) یا انژکتور سوخت (در موتورهای دیزلی) تشکیل شده است.
چرخه چهار زمانه: عملکرد اکثر موتورهای احتراق داخلی بر اساس چرخه چهار زمانه است. این ضربات عبارتند از ورودی، فشرده سازی، قدرت (یا احتراق) و اگزوز.
تبدیل انرژی: فرآیند احتراق در سیلندر باعث ایجاد گاز پرفشار می شود که نیرویی به پیستون وارد می کند. این نیروی خطی توسط میل لنگ به حرکت چرخشی تبدیل می‌شود که می‌تواند چرخ‌های خودرو یا سایر ماشین‌آلات را به حرکت درآورد.
موتورهای احتراق داخلی را می توان بر اساس نوع سوخت، تعداد ضربات، یا نحوه تهیه و ورود هوا و سوخت به محفظه احتراق دسته بندی کرد.
انواع سوخت: موتورهای احتراق داخلی می توانند با سوخت های مختلفی از جمله بنزین، دیزل، بیودیزل، اتانول و حتی هیدروژن کار کنند. انتخاب سوخت بر طراحی، کارایی و آلایندگی موتور تأثیر می گذارد.
فرآیند احتراق: فرآیند احتراق باعث تولید گرما و انبساط گازهای داخل سیلندر و ایجاد فشار بر روی پیستون می شود. فرآیند ایده آل توسط چرخه اتو برای موتورهای بنزینی و چرخه دیزل برای موتورهای دیزلی توصیف شده است.
چرخه اتو: چرخه Otto نظری را می توان در چهار مرحله مشابه موتور چهار زمانه، اما در مفهوم ترمودینامیکی - با دو فرآیند ایزوکوریک (حجم ثابت) برای افزودن و رد گرما، و دو فرآیند همسانتروپیک (آدیاباتیک برگشت پذیر) برای فشرده سازی و انبساط
چرخه دیزل: چرخه دیزل عمدتاً در فرآیند افزودن گرما که در فشار ثابت رخ می دهد و نسبت تراکم بالاتر که سوخت و هوا را تا لحظه احتراق با هم مخلوط نمی کنند متفاوت است.
راندمان یک موتور احتراق داخلی معیاری است برای اینکه چگونه انرژی شیمیایی موجود در سوخت را به کار مکانیکی تبدیل می کند. عوامل موثر بر راندمان عبارتند از طراحی موتور، نوع سوخت و میزان سوختن کامل سوخت.
انتشارات ناشی از موتورهای احتراق داخلی شامل دی اکسید کربن (CO \(_2\) )، مونوکسید کربن (CO)، اکسیدهای نیتروژن (NO \(_x\) ) و هیدروکربن های نسوخته است. این گازهای گلخانه ای به آلودگی هوا و گرم شدن زمین کمک می کنند. پیشرفت‌های فناوری، مانند سیستم‌های تزریق سوخت، مبدل‌های کاتالیزوری و سوخت‌های جایگزین، با هدف بهبود کارایی و کاهش انتشارات مضر است.
با افزایش نگرانی های زیست محیطی و فشار به سمت انرژی پایدار، تحقیقات قابل توجهی بر روی بهبود کارایی و کاهش اثرات زیست محیطی موتورهای احتراق داخلی متمرکز شده است. نوآوری‌ها شامل موتورهای هیبریدی است که موتورهای احتراق داخلی را با موتورهای الکتریکی، زمان‌بندی متغیر سوپاپ‌ها و موتورهایی با قابلیت کار بر روی چندین نوع سوخت یا سوخت‌های زیستی ترکیب می‌کنند.
علاوه بر این، توسعه سلول‌های سوختی هیدروژنی نشان‌دهنده یک جایگزین بالقوه آینده برای موتورهای احتراق داخلی سنتی است که نوید حمل‌ونقل بدون آلایندگی را در هنگام استفاده از هیدروژن تولید شده از منابع انرژی تجدیدپذیر ارائه می‌دهد.
یک مثال برای نشان دادن کار یک موتور احتراق داخلی می تواند یک تنظیم آزمایشی ساده از یک مدل موتور چهار زمانه باشد. چنین مدل‌هایی اغلب در محیط‌های آموزشی استفاده می‌شوند تا ضربات ورودی، فشرده‌سازی، قدرت و اگزوز را به روشی واضح و عملی نشان دهند و به یادگیرندگان کمک کنند تا فرآیندهای داخلی موتور را تجسم کنند.
در حالی که موتورهای واقعی پیچیده‌تر هستند و شامل اجزا و سیستم‌های اضافی متعددی هستند (مانند سیستم‌های خنک‌کننده، روان‌کاری و تحویل سوخت)، اصل اساسی یکسان باقی می‌ماند و می‌توان از طریق این مدل‌های اساسی فهمید.
موتور احتراق داخلی نقشی اساسی در جامعه مدرن ایفا می کند و وسایل نقلیه، ماشین آلات و ژنراتورها را تامین می کند. با وجود فشار به سمت انرژی های تجدیدپذیر و وسایل نقلیه الکتریکی، موتورهای احتراق داخلی به لطف پیشرفت های مداوم با هدف بهبود کارایی و کاهش ردپای اکولوژیکی آنها، احتمالاً برای آینده قابل پیش بینی باقی خواهند ماند. درک اصول اولیه، انواع و عملکرد این موتورها، پایه ای برای درک پیچیدگی ها و نوآوری ها در فناوری خودرو و فراتر از آن فراهم می کند.
