1.     سوپاپها در اين سيستم نسبتاً بزرگ هستند و دارای اينرسی بالا. بنابراين موتور نمی تواند بوجود آنها در دورهای بالا کار کند.

تنفس و بازدم موتور بدليل محدود بودن سطح ورود و خروج سيلندرها نامناسب بوده (شارژ سيلندر پايين است، راندمان حجمی کم است) بنابراين توان خروجی موتور کم است

 اما موتورهای سه سوپاپه که در هر سيلندر آنها سه سوپاپ وجود دارد؛ دو سوپاپ برای ورود هوا و يکی برای خروج محصولات احتراق. اين موتورها کمی نسبت به نمونه دو سوپاپ توسعه يافته اند چرا که سطح تبادل گاز بويژه در ورودی افزايش يافته و تنفس موتور بهتر شده است ولی اين موتورها هم بدليل وجود يک سوپاپ دود که نسبتاٌ بزرگ است و اينرسی بالا دارد محدوديت دور دارند.

نسل توسعه اين موتورها 4 سوپاپه می باشد که در هر سيلندر آن دو سوپاپ برای ورود هوا و ذو سوپاپ برای خروج محصولات احتراقی وجود دارد. اين موتورها غلاوه بر تنفس راحت تر دارای بازدم مناسبی نيز می باشند و راندمان حجمی آنها نيز بالاتر از چند نمونه قبل می باشد. همچنين اين موتورها می توانند در دورهای بالاتر کار کنند چرا که سوپاپهای آنها به اندازه ای کوچک هستند که اين توانايی را به موتور بدهند. 

امروزه استفاده از موتورهای 4 سوپاپه بويژه بدليل ساختار مناسب آن (دو ميل بادامک در بالا دقيقاً روی سوپاپها) بسيار رواج يافته است و قدرت و بازده خروجی آنها نيز در مقايسه با موتورهای قديمی هم حجم بسيار بالاتر می باشد.

برخی از موتورهای مسابقه ای نيز پنج سوپاپ در هر سيلندر دارند. 3 سوپاپ برای هوا و دو سوپاپ برای دود که به مراتب راندمان آنها بالا می باشد. 

رودلف ديزل در سال 1892 (يعنی 16 سال پس از اختراع موتورهای بنزينی) ايده توسعه موتور ديزل را بنا نهاد. هدف او از اين ايده، ساخت موتوری با راندمان بالاتر نسبت به موتورهای بنزينی آن زمان بود که راندمان مناسبی نداشتند. امروزه موتورهای ديزلی در تمام رده خودروها اعم از سواری و سنگين بکار می روند.

اختلاف های عمده بين موتورهای بنزينی و گازوئيلی عبارتند از:

1   - موتورهای بنزينی مخلوط سوخت و هوا را مکش کرده و پس از متراکم نمودن، با جرقه شمع آن را محترق می سازند. موتورهای ديزلی تنها هوا را مکش نموده، آن را متراکم می کند سپس سوخت را با فشار بالا در اين هوای فشرده تزريق می نمايد. حرارت ناشی از هوای فشرده به محض ورود سوخت آن را محترق می سازد.

2   نسبت تراکم موتورهای بنزينی بين 8 تا 12 می باشد در حاليکه نسبت تراکم در موتورهای ديزل بين 14 تا 25 می باشد و هر چه نسبت تراکم بالاتر باشد موتور ديزل راندمان بهتری خواهد داشت.

3   موتورهای بنزينی يا از سيستم کاربراتوری استفاده می کنند که در آن هوا و سوخت قبل از ورود به سيلندر با هم مخلوط می شود يا از سيستم پاشش در پورت ورودی بهره می گيرند که در آن سوخت در ابتدای زمان مکش و در پورت ورودی (خارج از سيلندر) و با فشار پايين پاشيده می شود. اين در حاليست که موتورهای ديزل از پاشش سوخت با فشار بالا و درون محفظه احتراق استفاده می کنند. توجه کنيد که موتورهای ديزل شمع ندارند و تنها بواسطه حرارت ناشی از هوای متراکم شده سوخت را محترق می کنند. البته شایان ذکر است که در راستای بهبودعملکرد موتورهای بنزينی نيز تحقيقات بسياری صورت پذيرفته است تا پاشش سوخت بصورت مستقيم انجام پذيرد که موتور GDI حاصل اين تلاش می باشد.

4   انژکتور در موتورهای ديزل يکی از قطعات پيچيده می باشد که همواره موضوع بحث بسياری از کارهای تجربی واقع شده است. در هر موتوری ممکن است در جای متفاوتی نصب شده باشد. انژکتور بايستی در برابر فشار و دمای بالای درون سيلندر مقاومت داشته و سوخت را بصورت مناسب به هوای فشرده وارد نمايد. ايجاد چرخش مناسب در ذرات سوخت و توزيع مناسب آن در سيلندر از ديگر مسائل موتور ديزل می باشد. بنابراين در بعضی از موتورهای ديزل سوپاپهای مکش خاص، محفظه پيش احتراق و ديگر تجهيزات برای چرخش مناسب هوا درون محفظه احتراق و بهبود فرآيند احتراق بکار گرفته شده است.

از ديگر موارد قابل توجه در موتورهای ديزل نسبت تراکم بالای آن می باشد که می تواند قدرت بيشتری را توليد نمايد. در حاليکه در موتورهای بنزينی بدليل مخلوط بودن سوخت و هوا در حين تراکم محدوديت در نسبت تراکم وجود دارد. چرا که پديده Knocking يا ضربه زدن (احتراق آنی تمام محتويات محفظه احتراق) رخ می دهد.

در بعضی از موتورهای ديزل يک رشته ملتهب درون سيلندر وجود دارد. هنگامی که موتور سرد است و فرآيند تراکم نمی تواند به اندازه کافی دمای هوا را جهت احتراق بالا ببرد، اين رشته ملتهب که بصورت الکتريکی گرم می شود به فرآيند احتراق کمک می کند تا رژيم استارت سرد و گرم شدن موتور سپری شود.

امروزه در موتورهای پيشرفته ديزل تمام وظايف به کمک يک سِستم مديريت موتور (ECM) کنترل می شود. اين سِستم ريز اطلاعات موتور از قبيل دور، دمای آب، دبی جرمی هوای ورودی،فشار ریل سوخت،فشار Boost، موقعيت نقطه مرگ بالا و ... را دريافت کرده و توسط انژکتورها،شير EGR، عملگر فشار Boost و ...... موتور را کنترل می نمايد. همچنين در موتورهای بزرگ تر از رشته ملتهب نيز استفاده نمی شود. ECM با دريافت دمای هوای محيط و شرايط موتور آنرا در شرايط آب و هوای سرد ريتارد کرده و انژکتورها سوخت را در زمانی ديرتر پاشش می کنند.

گازوئيل (سوخت موتورهای ديزلی) نسبت به بنزين سنگين تر و روغنی تر می باشد و قابليت تبخير آن نسبت به بنزين کمتر است. همچنين نقطه جوش گازوئيل از آب بالاتر می باشد. از آنجا که تعداد کربنهای گازوئيل بيشتر از بنزين می باشد ( بنزين C8H18 و گازوئيل C14H30 ) عمل پالايش آن نيز سريعتر از بنزين و بهمين دليل از بنزين ارزانتر است.

گازوئيل دارای دانسيته انرژی بالاتری نسبت به بنزين می باشد (حدود 1.2 برابر). اين مساله بعلاوه راندمان کاری بهتر موتور ديزل، بيانگر دليل پيمايش بيشتر موتور ديزل در مقايسه با موتور بنزينی مشابه می باشد.

ظرف دو سال گذشته فروش خودروهای ديزل رده سواری افزايش چشم گيری داشته است. در سال 2001 فروش این خودروها در اروپای غربی با توليد 5.45 ميليون خودرو 12% رشد داشته که حدود 36.1% فروش کل خودروهای رده سواری را در بر می گرفت. در سال 2002 این رقم به 5.92 ميليون خودرو رسيده که قريب به 9% رشد بيشتر را نشان می دهد و این ميزان حدود 40.8% فروش کل خودروهای رده سواری بوده است. دو شرکت عمده VW Audi Group , DimlerChrysler برای اولين بار خودروهای سواری ديزلی بيشتری نسبت به بنزينی در اروپای غربی فروخته اند و سومين شرکت، PSA، اکنون 50% از محصولات رده سواری خود را ديزل توليد می کند؛ این آمار بيانگر رشد روزافزون خودروهای سواری ديزل می باشد که دو عامل مهم را به يدک می کشد صرفه اقتصادی در مصرف سوخت ( گازوئيل به جای بنزين) و کارآمد بودن آن (راندمان بالا نسبت به موتورهای بنزينی).

 سيستمهاي ذخيره سازي انرژي :

خودروهای هيبريدی از ساختارهاي مختلفي برخوردارند. اما الزاما" يك خودروي هيبريدي از يك سيستم ذخير ساز انرژي، يك واحد توليد قدرت و يك سيستم انتقال قدرت تشكيل شده است. انتخابهاي اوليه براي سيستم ذخيره ساز انرژي باطريها، خازنها و فلايويل‌ها هستند. اگر چه باطريها عمده‌ترين انتخاب در اين زمينه مي‌باشند اما تحقيق بر روي زمينه‌هاي ديگر ذخيره‌سازي انرژي آغاز شده است. باطری ها، بدلیل ارزان و تجاري بودن و نداشتن قسمتهاي متحرک اولين وسيله ذخيره انرژي و همانطور که گفته شد متداولترين است اما بزرگترین عیبشان عمر كوتاه آنها می باشد. البته باطريها با تكنولوژي جديد بسيار گران مي‌باشند و امروزه تعداد زيادي از باطريهاي جديد در حال توسعه هستند.

 انواع خودروهاي هيبريدي :

با توجه به ساختار كنترلي و طريقه اتصال اجزاء به يكديگر، خودروهاي هيبريدي به سه نوع سري، موازي و سری-موازی تقسيم‌بندي مي‌شوند.

 سيستم هيبريدي سري :

در اين دسته از خودروها موتور احتراق داخلي يك ژنراتور را مي‌چرخاند و اين ژنراتور، هم باطري را شارژ می كند و هم يك موتور الكتريكي را به حركت درمي‌آورد و بدین صورت انتقال قدرت صورت می گيرد. در اين ساختار موتور احتراقي مستقيم به سيستم انتقال قدرت وصل نمي‌شود.

اين سيستم به خاطر اين سري ناميده مي‌شود كه قدرت، به صورت سري به چرخ‌ها منتقل مي‌گردد و از آن براي رانش موتورهاي با قدرت كم و با رنج كاركرد بهينه استفاده می شود.

سيستم هيبريدي موازي :

در اين نوع سيستم، موتور احتراقي و موتور الكتريكي به صورت موازي چرخها را به حركت درمي‌آورند. در اين سيستم موتور الكتريكي توسط باطري و موتور احتراقي توسط منبع سوخت فسيلي مستقيما" تغذيه مي‌گردند. در اين حالت ژنراتور حذف شده و باطري با تغيير حالت موتور الكتريكي به ژنراتور شارژ مي‌گردد. از آنجائيكه این سيستم فقط يك موتور دارد موتور الكتريكي نمي‌تواند همزمان هم باطري را شارژ كند و هم باعث رانش چرخها گردد. .

سيستم هيبريدي سري ـ موازي:

اين طرح بگونه ای است كه مي‌توان از آن در شرايط مختلف به صورت هيبريد سري يا موازي استفاده نمود. در اين سيستم با بهره‌گيري از فن‌آوري پيشرفته امكان استفاده از سيستم احتراقي و سيستم الكتريكي بطور جداگانه و همزمان وجود دارد. به اين ترتيب در مواقع شهري كاملا" الكتريكي و بدون آلودگي و در سرعتهاي بالا و در محدودة برون شهري مي‌تواند بطور مستقل احتراقي و يا تركيبي از دو سيستم باشد. در مواقعي چون شتابگيري سريع، هر دو سيستم با هم عمل مي‌كنند. چنين ايده‌اي فقط بكمك يك فن‌آوري مدرن در يك خودرو سواري قابل اجراست. معمولا" چنين سيستمهايي از نوع تركيبي هستند و با بهره‌گيري از يك استراتژي كنترلي مناسب عملا" همراه با فراهم آوردن عملكرد مناسب، سطح شارژ باطريها نيز در حد خوبی نگهداري مي‌شود بدين ترتيب اين خودرو مي‌تواند چه در شهر و چه در جاده به يك خودروي متداول تبديل گردد. در اين سيستم دو موتور الكتريكي وجود دارد كه بسته به شرايط مي‌تواند تركيبي از آنها به كار آيند و قابليت تبديل به ژنراتور را نيز دارند.

اين سيستم در خودرو Prius و Estima شرکت تويوتا استفاده شده است.

منتظر بخش بعدی باشيد.

تاريخچة خودروي هيبريدي

يك مهندس آمريكائي به نام H.Piper در 23 نوامبر 1905 يك ماشين هيبريدي ساخت كه قادر بود در طي 10 ثانيه تا 25 مايل شتاب بگيرد. موتور اين خودرو تركيبی از موتور بنزيني و موتور الكتريكي بود كه امروزه به عنوان موتور هيبريدي شناخته مي‌شود. Piper در سه سال و نيم بعد، اختراع خود را ثبت نمود؛ اما پيشرفت سريع موتورهای احتراق داخلی با قدرت و گشتاور بالا در آن دوره، همچنين قابليت استارت بدون هندل آنها  و از همه مهمتر پايين بودن قيمت سوختهای فسيلی و مطرح نبودن آلودگی محيط زيست، سبب عدم توجه به اين نوع خودروها شد. در پي بحرانهاي نفتي سالهاي 1970 دوباره اين خودروها مورد توجه قرار گرفتند ولي تا سال 1990 که كار اصولي با مشاركت PNGV (Partnership for a New Generation Vehicle) در آمريكا آغاز گرديد، این خودروها به طور جدی پيگيری نشدند.

امروزه خودروهاي هيبريدي مورد توجه كمپانيهاي بزرگ جهان قرار گرفته اند كه از آن جمله مي‌توان به شركتهايي مانند: تويوتا، هندا، ميتسوبيشي، فورد، فيات، جنرال موتورز، دايملر كرايسلر، نيسان و پژو و ... اشاره نمود. توفيق اين محصولات به حدي چشمگير بوده كه از دسامبر سال 1997 تا ابتداي سال 2000 بيش از چهل هزار محصول پريوس كمپاني تويوتا به فروش رسيده است.

ويژگيها

خودروهاي هيبريدي، نوع تعميم يافته خودروهاي برقي خالص مي‌باشند كه معايب خودروهاي برقي خالص تا حدود زيادي در آنها برطرف گرديده است و مي توان گفت معايب خودروهاي احتراق داخلي نيز تا حدودي در آنها برطرف شده است. از مزاياي مهم اين خودروها نسبت به خودروهاي احتراق داخلي، كاركرد در دور و بار ثابت بوده و به اصطلاح در نقطة بهينة خود كار مي‌كنند كه اين امر باعث بالا رفتن بازده موتور و كاهش آلودگي و پايين آمدن مصرف سوخت مي‌گردد و ديگر اينكه به هنگام ترمزگيري و يا شتاب منفي، انرژي به صورت الكتريكي در باطری ها ذخيره مي‌شود و همين امر باعث كاركرد كمتر موتور احتراقي خواهد شد و در نتيجه منجر به كاهش آلودگي و پايين آمدن مصرف سوخت مي‌گردد. به عنوان مثال تويوتا پريوس (Toyota Prius) با موتور ۴ سيلندر ۱۵۰۰ سی سی مصرف سوختی معادل ۲/۴ ليتر در ۱۰۰ کيلومتر دارد.  مزيت ديگر اين خودروها نسبت به خودروي برقي خالص، قابليت پيمودن مسيرهاي طولاني در هر بار شارژ كردن باطری مي‌باشد.

تايرهای خودرو در مجموع 4 نقش مهم در خودرو ايفا می کنند که عبارتند از:

1-   تحمل وزن خودرو 2- کاهش ضربه ناشی از نيروهای وارده از طرف جاده 3- امکان ايجاد حرکت در جهت دلخواه 4- انتقال نيروی ترمز و يا شتابگيری به جاده.

در اولين گام به بررسی ساختار داخلی تاير می پردازيم:

ساختار تاير

از قسمت های اصلی ساختار تاير می توان به آج-(Tread) بدنه-(Body) لايه های محافظ-(Belt) زهوار(Bead) ديواره های کناری( Side Walls) و لايه داخلی (Inner Liner) اشاره کرد، قسمت های ديگری نيز با توجه به نوع و کاربرد تاير می توانند به اين ساختار افزوده شوند.

آج (tread): اين قسمت به عنوان رابط بين سطح جاده و تاير، با ترکيبی از لاستيک های طبيعی و مصنوعی به عنوان لايه خارجی وظيفه محافظت از بدنه را در برابر سايش و صدمات احتمالی بر عهده دارد.طرح های مختلف آج (tread pattern) برای تخليه بهتر آب از زير تاير و افزايش قابليت تاير در برخورد با شرايط گوناگون سطح جاده ساخته می شود. می توان به طر ح های رگه ای (Rib) – عرضی (Lug) – ترکيبی از عرضی و رگه ای(Rib & Lug) و بلوکی (Block) اشاره کردکه هر يک مزاياو معايب خاص خود را دارند.برای مثال طرح رگه ای در تايرهايی جهت استفاده در جاده های هموار برای حرکت سريع کاربرد دارد.مقاومت بالا در برابر لغزش و صدای کم از جمله ويژگی های اين طرح است. و همچنين در مورد طرح عرضی می توان گفت تاير با اين آج نسبت به طرح رگه ای، کشش (traction) بهتری دارد اما صدای آن زياد است و مقاومت کمی هم در برابر لغزش دارد و بطور کلی بيشتر مناسب خودروهايی است که در مسيرهای ناهموار تردد می کنند.طرح بلوکی نيز بيشتر در تايرهای ويژه برف کاربرد دارد زيرا باعث کاهش لغزش در جاده های برفی می شود.

لايه های سرپوش(Cap plies): برخی تايرها با دارا بودن 2 يا چند لايه از جنس پلی استر جهت نگهداشتن هر چه بهتر بقيه اجزای داخلی تاير خصوصاً در سرعت های بالا انتخاب مناسبی برای خودروهای پرسرعت خواهند بود.

 تسمه محافظ((Belts: در تايرهای راديال، لايه های محافظ فولادی مانند حلقه ای پيرامون تاير، بين آج و بدنه قرار می گيرند و علاوه بر ايجاد اتصال بين اين دو قسمت و جذب ضربات ناشی از سطح جاده، مانعی در مقابل سوراخ شدن بدنه ايجاد می کنند. البته در تايرهای باياس پلای نيز لايه های محافظی از جنس نايلون و (بعضاً در خودروهای سواری از جنس پلی استر) وجود دارد.

 بدنه تاير(Car Cass): بدنه متشکل از لايه هايی از رشته های مقاوم و مستحکم است که مجموعاً قابليت تحمل فشار داخلی تاير و همچنين جذب نيروهای وارده از سطح جاده را داراست معمولاً در خودروهای سواری جنس اين لايه از الياف پلی استر است و در خودروهای سنگين از فولاد استفاده می شود. زاويه نصب اين لايه ها نسبت به محيط تاير در نوع راديال بين 88 تا 90 درجه و در نوع باياس پلای 30 تا 40 درجه است. استحکام يک تاير معمولی با تعداد لايه های بدنه توصيف می شود. برای مثال، بيشتر خودروهای سواری از تايرهايی با بدنه 2 لايه استفاده می کنند در حاليکه تايرهای هواپيماهای جت بيش از 30 لايه دارند.

 زهوار(Bead Bundle): زهوار حلقه ای از سيم های فولادی با استحکام بالاست که با لاستيک پوشانده شده اند و جهت حفظ وضعيت تایر در رينگ و جلو گيری از خروج تاير بکار می رود.

 ديواره های کناری (Side Walls): پايداری جانبی تاير توسط اين ديواره ها فراهم می شود و مشخصات تاير و نام سازنده آن نيز بر روی اين قسمت نوشته می شود.

آستر داخلی(Inner Liner): اين لايه لاستيکی که جايگزينی برای تيوب درتايرهای بدون تيوب (Tubeless) است جهت جلوگيری از نفوذ هوا به بيرون از تاير بکار می رود.

 تمام اجزای تاير بايد بوسيله ماشين سازنده تاير(tire-building machine) در محل دقيق خود قرار گيرند تا نهایتاً تايری با اندازه و سايز موردنظر بدست آيد.

 تا اين مرحله تاير تمام اجزای موردنياز خود را داراست ولی آنها هنوز به صورت کاملا" ثابت و محکم جايگيري نشده اند، در ضمن هيچ گونه علامتی روی ديواره و يا طرحی روی آج وجود ندارد. در اين مرحله به اين مجموعه، تاير نارس((Green tire می گويند. در مرحله آخر تاير در ماشين کيورينگ (Curing machine) قرار می گيرد تا با کارکردی تقريباً مشابه فر اجاق گاز، تمام علامت ها و الگوی آج بوسيله قالب های مربوط روی تايرايجاد شود، گرمای بکار رفته در حين انجام اين کار باعث محکم شدن هرچه بيشتر اتصال بين اجزای تاير می شود، کمی بعد از اين جوشکاری (vulcanizing) و گذراندن مراحل بررسی کيفيت تاير توليدی، محصول آماده عرضه است.