موتور برون سوز یا احتراق خارجی نوعی ماشین گرمایی می‌باشد که در آن سیال عامل داخلی توسط انرژی حاصل از احتراق یک سیال عامل دیگر گرم شده و در طی یک چرخه ترمودینامیکی کار توسط سیال عامل داخلی انجام می‌گردد[۱]. انرژی حاصل از احتراق توسط مبدل حرارتی از سیال خارجی به سیال عامل داخلی منتقل می‌شود. مانند موتور بخار، توربین بخار و موتور استرلینگ.

موتور درون‌سوز

پویانمایی عملکرد یک موتور دوزمانه با لولهٔ اگزوز

موتور چهارزمانه (موتور اتو)
۱. مکش
۲. تراکم
۳. احتراق
۴. تخلیه

موتورهای درون‌سوز یا موتورهای احتراق داخلی به موتور‌هایی گفته می‌شود که در آن‌ها مخلوط سوخت و اکسیدکننده (معمولاً هوا یا اکسیژن) در داخل محفظهٔ بسته‌ای واکنش داده و محترق می‌شوند. بر اثر احتراق گازهای داغ با دما و فشار بالا حاصل می‌شوند و بر اثر انبساط این گازها قطعات متحرک موتور به حرکت درآمده و کار انجام می‌دهند.[۱]هرچند غالباً منظور از به‌کار بردن اصطلاح موتورهای درون‌سوز، موتورهای معمول در خودروها می‌باشند، با این حال موتورهای موشک و انواع موتورهای جت نیز مشمول تعریف موتورهای درون‌سوز می‌شوند.

موتور درون‌سوز، یک وسیلهٔ گردنده است که در خودروها، هواگردها، قایق موتوری، موتورسیکلتها و صنایع کاربرد دارد. بدون بهره‌گیری از موتورهای درون‌سوز، اختراع و ساخت هواپیماها ممکن نبود. تا پیش از پرواز نخستین هواپیمای جت در سال ۱۹۳۹۹، نیروی محرکه تمام هواپیماها در واقع توسط موتورهای درون‌سوز تأمین می‌شد.

نخستین موتور درون‌سوز چهارزمانه توسط نیکلاس اوگوست اوتو، مخترع آلمانی ویلیام وگنر و در سال ۱۸۷۶ ساخته‌شد.

انواع موتور درون‌سوز اتو

این موتورها را به دسته کلی موتور چهارزمانه و موتورهای دوزمانه می‌توان تقسیم کرد. اصول کاری این موتورها مشابه‌است. لیکن نحوه عمل آنها به علت تفاوت‌های ساختاری اندکی متفاوت است. البته ازنوع امروزی تر باید به چهار زمانه اشاره کرد که حتی تأثیر کمتری بر روی آلودگی هوا دارد.

موتور چهارزمانه: این موتورها برای هر انفجار (مرحلهٔ تبدیل انرژی سوخت به انرژی مکانیکی) بایستی چهار مرحله مکش، تراکم، انفجار و تخلیه را انجام دهند.

موتورهای دوزمانه: این موتورها در هر دور چرخش دارای یک انفجار هستند. این کار با ترکیب کردن مراحل انفجار و دم و بازدم به‌عنوان یک مرحله و ترکیب تخلیه و تراکم به‌عنوان مرحلهٔ بعدی صورت می‌گیرد

راندمان موتورهای دو زمانه به مراتب از موتورهای چهارزمانه بیشتر است.

موتور درون‌سوز دیزل

موتور دیزل گونه‌ای موتور درون‌سوز است که در آن از چرخه دیزل برای ایجاد حرکت استفاده می‌شود. فرق اصلی آن با موتور اتو ایجاد احتراق در اثر تراکم است. یعنی انفجار بر اثر تراکم سوخت و هوابدون نیاز به جرقه زنی می‌باشد (سیستم احتراق داخلی دیزل).

موتور درون‌سوز وانکل

موتور دورانی که مخترع آن دکتر فلیکس وانکل بود، گاهی موتور وانکل یا موتور دورانی وانکل نامیده می‌شود. اجزای اصلی آن روتور، محفظه روتور، محور خروجی، شمع جرقه زنی، قطعات آبندی می‌باشد. در موتور وانکل مانند موتورهای بنزینی چهار زمانه مخلوط هوا و بنزین وارد محفظهٔ بزرگی از موتور می‌شود سپس با کو چک شدن حجم آن مخلوط هوا و بنزین تحت فشار قرار گرفته و با ایجاد جرقه به وسیله شمع انفجار حاصل می‌شود، مولکول‌های گاز دراثر احتراق منبسط می‌گردند و فشار محفظهٔ تراکم به شدّت بالا می رودو نیروی حاصل از آن به رو تور اعمال شده وبه علّت اختلاف مرکز دوران بین روتورومیل لنگ نیروی چرخشی درروتور ایجاد می‌گردد. این نیروی چرخشی به بادامک محور لنگ که در داخل روتور قرار دارد، وارد شده و به فلایویل و سیستم انتقال قدرت می‌رسد.

موتور دو زمانه

موتور درون‌سوزی که ۲ فرایند اصلی دارد. (۱- مکش سوخت + انفجار یا احتراق سوخت) .(۲- تراکم سوخت+خروج دود)

موتور چهار زمانه

موتور درون‌سوزی با چهار فرایند اصلی ۱-مکش سوخت ۲- تراکم ۳-احتراق ۴- خروج دود است.

موتور شش زمانه

موتور درون‌سوزی بر اساس موتور چهار زمانه با افزایش فرایند و کارکرد نسبت به آن و با ۶ عمل در چرخه فرایند.

چرخه اتکینسون موتورهای دوار بدون پیستون

به موتورهایی که پیستون ندارند و بجای آن روتور دارند که بصورت دورانی حرکت می‌کند اطلاق می‌شود مانند موتور وانکل و موتور شبه توربین. این نوع موتورها در پهپادهایی استفاده می‌شود که در منطقه‌ای وسیع به شعاع 300km تا 500km مورد نیاز باشد استفاده می‌شود.

موتور شبه توربین

موتور شبه توربین خیلی شبیه موتور دورانی است، یک روتور درون بدنهٔ تقریباً بیضی شکل می‌چرخد. موتور شبه توربین روتور چهار جزیی دارد. گوشه‌های روتور با بدنه به خوبی آب بندی شده‌اند و نیز گوشه‌های روتور نسبت به بخش داخلی آب بندی اند. در نتیجه چهار محفظهٔ مجزا تشکیل می‌شود

موتورهای احتراق پیوسته

به موتورهایی که عمل احتراق به صورت منظم و پیوسته انجام می‌شود مانند موتورهای راکت و انواع موتور جت و توربین گازی

موتورهای احتراق ناپیوست

به موتورهایی گفته می‌شود که عمل احتراق به صورت متناوب انجام می‌شود مانند موتورهای پیستونی و پالس جت و موتور وانکل

توربین گازی موتور جت (شامل توربوجت، توربوفن، توربوشفت، توربوپراپ، رم‌جت، موشک،

شیوهٔ کار

موشک یک موتور درون‌سوز است که برای کارکردن، نیازی به هوای بیرون ندارد. موشک هم سوخت و هم ماده اکسیدکننده را با خود حمل می‌کند. این دو ماده با هم در اتاقک احتراق می‌سوزند و گازهای داغی تولید می‌کنند که از طریق دهانه خروجی تخلیه می‌شوند. درون اتاقک احتراق، گازهای داغ بر تمام جهات فشار می‌آورند.

اگر اتاقک کاملاً مسدود باشد، فشار در تمام جهت‌ها یکسان خواهدبود و موشک حرکت نخواهدکرد. اما اتاقک احتراق چنان ساخته می‌شود که این گازها با سرعت زیاد از دهانهٔ خروجی تخلیه شوند. این کار باعث می‌شود که فشار گاز در تمام جهت‌ها یکسان نباشد؛ چون فشار واردشده به طرف جلو بسیار بیشتر از طرف عقب است، موشک به سمت جلو حرکت می‌کند. این حرکت، از قانون سوم نیوتن پیروی می‌کند: «برای هر عمل، عکس‌العملی وجود دارد برابر و در جهت مخالف». در موشک، گازهای در حال فوران از دهانهٔ خروجی، عمل و فشار رو به جلو، یا پیشرانه، عکس‌العمل است. چون موشک سوخت و اکسیدکننده را با خود حمل می‌کند، و از آن‌جا که قانون سوم نیوتن در همه جا صدق می‌کند، پس موشک می‌تواند هم در جو زمین و هم در خلاء فضا حرکت کند.

سامانه جرقه‌زنی موتور اتو

سامانه جرقه‌زنی وظیفه دارد در زمان معین یک جرقه الکتریکی برای سوختن آمیزه‌ای از سوخت و هوا در موتورهای احتراقی ایجاد کند در موتور درون‌سوز نوع رفت و برگشتی یا همان پیستونی، جرقه در انتهای کورس تراکم کمی پیش از رسیدن پیستون به نقطه مرگ بالا زده می‌شود. اجزا این سامانه شامل شمع، وایر شمع، دلکو، کویل، باتری می‌باشد.

ویژگی‌ها

بر خلاف موتورهای خودروی برقی، موتور درون‌سوز دارای صدها قطعه متحرک است. مواد مصرفی موتورهای درون‌سوز نیز مانند روغن، روغن گیربکس و مایع خنک‌کننده برای طبیعت موادی آلاینده هستند.

موتور درون‌سوز