موتور وسیله ای مکانیکی است که انرژی سوخت را به کار مکانیکی تبدیل می کند. موتورها در سراسر جهان برای کاربردهای مختلف استفاده می شوند. انواع مختلفی از موتورها با توجه به ماهیت کاربرد وجود دارد. دو نوع از معروف ترین موتورها عبارتند از موتور احتراق خارجی (EC) و موتور احتراق داخلی (IC). در این مقاله به موتور EC را پرداخته شده است.
موتور احتراق خارجی چیست؟
موتور احتراق خارجی موتور (EC) یک موتور رفت و برگشتی است که در آن از یک منبع حرارت خارجی برای گرم کردن سیال عامل (داخلی) از طریق مبدل حرارتی یا دیواره های موتور استفاده می شود. همانطور که سیال گرما می گیرد، منبسط می شود، نیرو تولید می کند و وسیله نقلیه را به حرکت در می آورد.
به عبارت ساده، موتوری که در آن احتراق سوخت در خارج از سیلندر اتفاق می افتد، موتور احتراق خارجی نامیده می شود.
این نوع موتورها از گاز، بخار یا مایع به عنوان سیال عامل استفاده می کنند. در این موتور، مخلوط سوخت و هوا در محفظه احتراق خارجی پر می شود. با سوختن مخلوط سوخت و هوا، مقدار زیادی گرما تولید می شود.
مبدل حرارتی یا دیواره موتور برای انتقال حرارت تولید شده از محفظه احتراق خارجی به سیال عامل داخلی استفاده می شود. هنگامی که مایع داخلی گرم می شود، منبسط می شود و روی مکانیزم های موتور اثر می گذارد و به حرکت و کار منجر می شود.
موتور بخار از متداول ترین موتورهای احتراق خارجی است. به محض اینکه بخار وارد موتور می شود پیستون را می چرخاند و انرژی حرارتی را به نیروی مکانیکی تبدیل می کند. در مورد موتور بخار، بخار خارج از موتور (یعنی بویلر) تولید می شود. بنابراین به آن موتور EC می گویند.
در زمان حاضر، موتورهای EC در کاربرد های حمل و نقل به دلیل ناکارآمدی طراحی حرکت استفاده نمی شوند، اما همچنان در نیروگاه ها مورد استفاده قرار می گیرند. این نوع موتورها بیشتر در نیروگاه های برق آبی استفاده می شوند.
نیروگاه های زغال سنگ به روش مشابهی کار می کنند: زغال سنگ از معادن به نیروگاه ها منتقل می شود و در بویلرها سوزانده می شود. از لوله ها برای تامین آب بویلر استفاده می شود. با ورود آب به بویلر، زغال سنگ در حال سوختن آب را گرم کرده و آن را به بخار تبدیل می کند، که این بخار توربین را برای تولید برق به حرکت در می آورد.
طرز کار موتور احتراق خارجی
موتور احتراق خارجی نوعی موتور است که در آن از یک منبع حرارت خارجی برای سوزاندن سیال عامل داخلی استفاده می شود. موتور استرلینگ و موتور بخار رایج ترین انواع موتورهای EC هستند. یک موتور EC به روش زیر کار می کند:
- اول از همه، سیال مشتعل (مانند زغال سنگ) به منبع گرمای خارجی (مانند بویلر) عرضه می شود.
- تامین آب از مخزن به بویلر.
- با ورود آب به بویلر، زغال سنگ مشتعل شده و گرما را به آب می رساند.
- با افزایش دمای آب، به بخار تبدیل می شود.
- پس از تبدیل آب به بخار، بخار از یک کمپرسور عبور می کند که آن را فشرده و فشار آن را افزایش می دهد.
- هنگامی که بخار بسیار فشرده به سیلندر موتور می رسد، منبسط شده و پیستون را مجبور به حرکت به جلو و عقب می کند.
- یک میل لنگ به پیستون متصل است. پیستون حرکت خود را به میل لنگ می دهد.
- میل لنگ حرکت پیستون را به حرکت چرخشی تبدیل می کند و فلایویل را می چرخاند.
- وقتی فلایویل می چرخد، قدرت بیشتری به تایرهای خودرو می دهد و به حرکت خودرو کمک می کند.
انواع موتورهای احتراق خارجی
موتور احتراق خارجی دارای دو نوع اصلی زیر است:
1. موتور بخار
2. موتور استرلینگ
1) موتور بخار
اصطلاح “موتور بخار” نشان دهنده موتور رفت و برگشتی است نه توربین های بخار. این نوع موتور EC از بخار به عنوان وسیله ای برای تولید کار مکانیکی استفاده می کند. یک موتور بخار انرژی حرارتی بخار را به انرژی دورانی تبدیل می کند.
موتور بخار موتوری است که در آن محیط کار از ماده مشتعل جدا می شود. یک چرخه ترمودینامیکی ایده آل به نام “چرخه رانکین” برای تجزیه و تحلیل این فرآیند استفاده می شود.
این موتور با استفاده از انرژی گرمایی بخار، پیستون را در سیلندر به جلو و عقب می راند. این حرکت رفت و برگشتی پیستون به میل لنگ و شاتون منتقل می شود. میل لنگ حرکت پیستون را به حرکت چرخشی تبدیل می کند تا توان سیستم فرمان خودرو را تامین کند.
2) موتور استرلینگ
موتور استرلینگ یکی از معروف ترین انواع موتورهای احتراق خارجی است. در هوای سرد به سرعت شروع به کار می کند. انعطاف پذیری بالایی دارد.
این نوع موتورها دارای عملکرد بی صدا هستند. قابلیت استفاده از منابع گرمایی مختلف مانند هسته ای، زمین گرمایی و بیولوژیکی را دارند.
قطعات موتور احتراق خارجی و طرز کار آن ها
موتور احتراق خارجی دارای بخش های اصلی زیر است:
1. سیلندر
2. پیستون
3. فلایویل
4. شاتون
5. میل لنگ
6. منبع گرمای خارجی
7. میل بادامک (میل سوپاپ)
1) سیلندر
سیلندر بخشی از موتور EC است که سوخت کاری (یعنی گاز) در آن محبوس شده است. هنگامیکه که گرما را از منبع گرمای خارجی دریافت می کند، سیال عامل را گرم می کند، آن را می سوزاند و کار مفید ایجاد می کند.
2) پیستون
این جزء رفت و برگشتی موتور احتراق خارجی در داخل سیلندر عمل رفت و برگشت را انجام می دهد.
هنگامی که سوخت در سیلندر مشتعل می شود، نیروی تولید شده پیستون را به سمت جلو و عقب حرکت می دهد. این حرکت پیستون باعث چرخش میل لنگ می شود.
3) میل لنگ
هنگامی که میل لنگ حرکت رفت و برگشتی را توسط پیستون دریافت می کند، این حرکت را به حرکت چرخشی تبدیل می کند و فلایویل را می چرخاند.
4) فلایویل
هنگامی که فلایویل نیرو را از میل لنگ می گیرد، حرکت چرخشی دریافتی را به نیروی مکانیکی تبدیل می کند و چرخ های خودرو را به حرکت در می آورد.
5) مبل بادامک
وظیفه اصلی میل بادامک کنترل باز و بسته شدن دریچه های ورودی و خروجی است. این قسمت از موتور از درست باز و بسته شدن دریچه های ورودی و خروجی و تامین سوخت مطمئن می شود.
مزایای موتور احتراق خارجی
1. این موتورها قابلیت استفاده از همه نوع سوخت را دارند.
2. موتورهای احتراق خارجی صدای بسیار کمی تولید می کنند.
3. نرخ آلودگی پایینی دارند.
4. بهترین گزینه برای تولید بالای برق هستند.
معایب موتور احتراق خارجی
1. برای تولید کم برق مناسب نیستند.
2. مشکل نشت سیال عامل دارند.
3. اندازه موتور EC نسبت به موتور IC بزرگ تر است.
4. به روغن کاری بیشتری نسبت به IC نیاز دارند.
5. این موتورها دمای عملیاتی بالایی دارند. بنابراین نیاز به مراقبت بیشتر و لوازم جانبی بالایی دارند.
کاربردهای موتور احتراق خارجی
1. موتورهای احتراق خارجی در دریانوردی و لوکوموتیو استفاده می شوند.
2. استفاده در وسایل نقلیه فضایی آزمایشی
3. استفاده در نیروگاه ها
