เครื่องยนต์
- การดูดอากาศ(เชื้อเพลิงเข้าสู่ระบบ)
- การบีบอัด
- การจุดติดไฟ(เชื้อเพลิงถูกเผาไหม้)
- การปล่อย มลพิษ(ท่อไอเสีย)
เครื่องยนต์หรือมอเตอร์เป็นเครื่องจักรที่ ออกแบบมาเพื่อแปลง พลังงานรูปแบบหนึ่งหรือมากกว่านั้นให้เป็นพลังงานกล[ 1 ] [ 2 ]
แหล่งพลังงานที่มีอยู่ ได้แก่พลังงานศักยภาพ (เช่น พลังงานจาก สนามโน้มถ่วงของโลกที่ใช้ในการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำ ) พลังงานความร้อน (เช่น พลังงาน ความร้อนใต้พิภพ ) พลังงานเคมีพลังงานศักย์ไฟฟ้าและพลังงานนิวเคลียร์ (จากปฏิกิริยาฟิชชันหรือฟิวชันนิวเคลียร์ ) กระบวนการเหล่านี้หลายอย่างสร้างความร้อนเป็นรูปแบบพลังงานขั้นกลาง ดังนั้นเครื่องยนต์ความร้อน จึง มีความสำคัญเป็นพิเศษ กระบวนการทางธรรมชาติบางอย่าง เช่นเซลล์การพาความร้อน ในบรรยากาศ เปลี่ยนความร้อนจากสิ่งแวดล้อมให้เป็นการเคลื่อนที่ (เช่น ในรูปของกระแสลมที่พัดขึ้น) พลังงานกลมีความสำคัญอย่างยิ่งในการขนส่งแต่ยังมีบทบาทในกระบวนการทางอุตสาหกรรมหลายอย่าง เช่น การตัด การบด การโม่ และการผสม
เครื่องยนต์ความร้อนเชิงกลเปลี่ยนความร้อนเป็นงานผ่านกระบวนการทางเทอร์โมไดนามิกต่างๆเครื่องยนต์สันดาปภายในอาจเป็นตัวอย่างที่พบได้บ่อยที่สุดของเครื่องยนต์ความร้อนเชิงกล ซึ่งความร้อนจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงทำให้ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ที่เป็นก๊าซในห้องเผาไหม้มีความดันเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว ทำให้ก๊าซเหล่านั้นขยายตัวและขับเคลื่อนลูกสูบซึ่งจะหมุนเพลาข้อเหวี่ยงแตกต่างจากเครื่องยนต์สันดาปภายในเครื่องยนต์ปฏิกิริยา (เช่นเครื่องยนต์ไอพ่น ) สร้างแรงขับโดยการขับไล่มวลปฏิกิริยา ออกไป ตามกฎการเคลื่อนที่ข้อที่สามของนิวตัน
นอกเหนือจากเครื่องยนต์ความร้อนแล้วมอเตอร์ไฟฟ้าจะแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานกลมอเตอร์ลมใช้ลมอัดและมอเตอร์แบบไขลานในของเล่นไขลานใช้พลังงานยืดหยุ่นในระบบชีวภาพมอเตอร์ระดับโมเลกุลเช่นไมโอซินในกล้ามเนื้อใช้พลังงานเคมีเพื่อสร้างแรงและทำให้เกิดการเคลื่อนไหวในที่สุด (เป็นเครื่องยนต์เคมี แต่ไม่ใช่เครื่องยนต์ความร้อน)
เครื่องยนต์ความร้อนเคมีที่ใช้อากาศ (ก๊าซในบรรยากาศโดยรอบ) เป็นส่วนหนึ่งของปฏิกิริยาเชื้อเพลิง ถือเป็นเครื่องยนต์แบบใช้อากาศหายใจ ส่วนเครื่องยนต์ความร้อนเคมีที่ออกแบบมาเพื่อใช้งานนอกชั้นบรรยากาศของโลก (เช่นจรวด เรือดำ น้ำที่ดำดิ่งลึก) จำเป็นต้องมีส่วนประกอบเชื้อเพลิงเพิ่มเติมที่เรียกว่าสารออกซิไดเซอร์ (แม้ว่าจะมีสารออกซิไดเซอร์ชนิดพิเศษที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานในจรวด เช่นฟลูออรีนซึ่งเป็นสารออกซิไดเซอร์ที่ทรงพลังกว่าออกซิเจนเสียอีก) หรือการใช้งานนั้นจำเป็นต้องได้รับความร้อนด้วยวิธีการที่ไม่ใช่เคมี เช่น โดยวิธี การ ปฏิกิริยานิวเคลียร์
การปล่อยมลพิษและผลพลอยได้
เครื่องยนต์ความร้อนที่ใช้เชื้อเพลิงเคมีทั้งหมดปล่อยก๊าซไอเสีย เครื่องยนต์ที่สะอาดที่สุดจะปล่อยเพียงน้ำการปล่อย มลพิษเป็นศูนย์อย่างเคร่งครัด โดยทั่วไปหมายถึงการปล่อยมลพิษเป็นศูนย์นอกเหนือจากน้ำและไอน้ำ มีเพียงเครื่องยนต์ความร้อนที่เผาไหม้ไฮโดรเจนบริสุทธิ์ (เชื้อเพลิง) และออกซิเจนบริสุทธิ์ (ตัวออกซิไดซ์) เท่านั้นที่บรรลุการปล่อยมลพิษเป็นศูนย์ตามคำจำกัดความอย่างเคร่งครัด (ในทางปฏิบัติ เครื่องยนต์จรวดบางชนิด) หากไฮโดรเจนถูกเผาไหม้ร่วมกับอากาศ (เครื่องยนต์หายใจอากาศทั้งหมด) ปฏิกิริยาข้างเคียงระหว่างออกซิเจนในบรรยากาศและไนโตรเจน ในบรรยากาศจะผลิต NO ในปริมาณเล็กน้อยหากไฮโดรคาร์บอน (เช่นแอลกอฮอล์หรือน้ำมันเบนซิน) ถูกเผาไหม้เป็นเชื้อเพลิง จะปล่อย CO ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกไฮโดรเจนและออกซิเจนยังสามารถทำปฏิกิริยาและก่อตัวเป็นน้ำในเซลล์เชื้อเพลิงได้โดยไม่ผลิตNO แต่เซลล์เชื้อเพลิงเป็น อุปกรณ์ ทางเคมีไฟฟ้า ชนิดหนึ่ง ไม่ใช่เครื่องยนต์ความร้อน[ 3 ]
ศัพท์เฉพาะ
คำว่าengineมาจาก ภาษา ฝรั่งเศสโบราณenginซึ่งมาจากภาษาละตินingeniumซึ่งเป็นรากศัพท์ของคำว่าingeniousอาวุธสงครามก่อนยุคอุตสาหกรรม เช่นเครื่องยิงหินเครื่อง ยิง หินขนาดใหญ่และเครื่องกระทุ้งประตูถูกเรียกว่าเครื่องจักรล้อมเมืองและความรู้เกี่ยวกับวิธีการสร้างอาวุธเหล่านี้มักถูกเก็บเป็นความลับทางทหาร คำว่าginเช่นใน เครื่องแยก เมล็ดฝ้ายเป็นคำย่อของengineอุปกรณ์เชิงกลส่วนใหญ่ที่ประดิษฐ์ขึ้นในช่วงการปฏิวัติอุตสาหกรรมถูกเรียกว่า engine โดยเครื่องจักรไอน้ำเป็นตัวอย่างที่โดดเด่น อย่างไรก็ตาม เครื่องจักรไอน้ำดั้งเดิม เช่นของThomas Saveryไม่ใช่เครื่องจักรเชิงกล แต่เป็นปั๊ม ในลักษณะนี้เครื่องดับเพลิงในรูปแบบดั้งเดิมจึงเป็นเพียงปั๊มน้ำ โดยเครื่องจักรจะถูกขนส่งไปยังที่เกิดไฟไหม้โดยใช้ม้า[ 4 ]
ในการใช้งานสมัยใหม่ คำว่าเครื่องยนต์โดยทั่วไปหมายถึงอุปกรณ์ เช่น เครื่องยนต์ไอน้ำและเครื่องยนต์สันดาปภายใน ที่เผาไหม้หรือบริโภคเชื้อเพลิงเพื่อทำงานเชิงกลโดยการออกแรงบิดหรือแรงเชิง เส้น (โดยปกติอยู่ในรูปของแรงขับ ) อุปกรณ์ที่แปลงพลังงานความร้อนเป็นการเคลื่อนที่มักเรียกง่ายๆ ว่าเครื่องยนต์[ 5 ]ตัวอย่างของเครื่องยนต์ที่ออกแรงบิด ได้แก่ เครื่องยนต์เบนซินและดีเซลของรถยนต์ที่คุ้นเคย รวมถึงเครื่องยนต์เทอร์โบชาฟต์ตัวอย่างของเครื่องยนต์ที่สร้างแรงขับ ได้แก่เครื่องยนต์เทอร์โบแฟนและจรวด
เมื่อมีการประดิษฐ์เครื่องยนต์สันดาปภายใน คำว่ามอเตอร์ในตอนแรกใช้เพื่อแยกแยะออกจากเครื่องยนต์ไอน้ำ ซึ่งมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในขณะนั้น โดยใช้เป็นพลังงานขับเคลื่อนหัวรถจักรและยานพาหนะอื่นๆ เช่น รถบดถนนไอน้ำคำว่ามอเตอร์มาจากคำนามภาษาละตินmōtorซึ่งหมายถึง 'สิ่งที่เคลื่อนย้ายบางสิ่ง' ดังนั้นมอเตอร์จึงเป็นอุปกรณ์ที่ทำให้เกิดการเคลื่อนที่[ 6 ]
ในภาษาอังกฤษมาตรฐาน คำว่ามอเตอร์และเครื่องยนต์ สามารถใช้แทนกันได้ [ 7 ]ในศัพท์เฉพาะทางวิศวกรรมบางคำ คำทั้งสองมีความหมายต่างกัน โดยที่เครื่องยนต์เป็นอุปกรณ์ที่เผาไหม้หรือบริโภคเชื้อเพลิง ทำให้องค์ประกอบทางเคมีเปลี่ยนแปลงไป และมอเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่ขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าอากาศหรือ แรงดัน ไฮดรอลิกซึ่งไม่ทำให้องค์ประกอบทางเคมีของแหล่งพลังงานเปลี่ยนแปลงไป[ 8 ] [ 9 ]อย่างไรก็ตาม ในวงการจรวดใช้คำว่ามอเตอร์จรวดแม้ว่าจรวดจะบริโภคเชื้อเพลิงก็ตาม
เครื่องยนต์ความร้อนอาจทำหน้าที่เป็นตัวขับเคลื่อนหลักซึ่งเป็นส่วนประกอบที่แปลงการไหลหรือการเปลี่ยนแปลงความดันของของเหลวให้เป็นพลังงานกล[ 10 ]รถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์สันดาปภายในอาจใช้มอเตอร์และปั๊มต่างๆ แต่ในที่สุดอุปกรณ์ทั้งหมดเหล่านี้ก็ได้รับพลังงานจากเครื่องยนต์ อีกวิธีหนึ่งในการมองก็คือ มอเตอร์รับพลังงานจากแหล่งภายนอก แล้วแปลงเป็นพลังงานกล ในขณะที่เครื่องยนต์สร้างพลังงานจากความดัน (ซึ่งได้มาจากแรงระเบิดของการเผาไหม้หรือ ปฏิกิริยา เคมี อื่นๆ โดยตรง หรือได้จากแรงดังกล่าวต่อสารอื่นๆ เช่น อากาศ น้ำ หรือไอน้ำ) [ 11 ]
ประวัติศาสตร์
ยุคโบราณ
เครื่องจักรกลอย่างง่ายเช่นไม้กระบองและไม้พาย (ตัวอย่างของคานงัด ) มีมาตั้งแต่ยุคก่อนประวัติศาสตร์ส่วนเครื่องจักรที่ซับซ้อนกว่าซึ่งใช้พลังงานจากมนุษย์สัตว์น้ำลม และแม้แต่ไอน้ำนั้นมีมาตั้งแต่สมัยโบราณ การใช้พลังงานจากมนุษย์นั้นมุ่งเน้นไปที่เครื่องจักรอย่างง่าย เช่นกว้านเครื่องกว้านสมอหรือเครื่องวิ่งบนล้อเลื่อนโดยใช้เชือกรอกและ ระบบ รอกยกพลังงาน นี้มักถูกส่งต่อโดย การเพิ่มแรง และ ลดความเร็วเครื่องจักรเหล่านี้ถูกใช้ในเครนและบนเรือในสมัยกรีกโบราณรวมถึงในเหมืองปั๊มน้ำและเครื่องมือ攻城ในสมัยโรมันโบราณนักเขียนในสมัยนั้น เช่นวิตรูวิอุส ฟรอนตินัสและพลินีผู้เฒ่า ต่าง กล่าวถึงเครื่องจักรเหล่านี้ว่าเป็นเรื่องธรรมดา ดังนั้นการประดิษฐ์อาจมีอายุเก่าแก่กว่านั้น ในศตวรรษที่ 1 หลังคริสต์ศักราชวัวและม้าถูกนำมาใช้ในโรงสีขับเคลื่อนเครื่องจักรที่คล้ายกับเครื่องจักรที่ใช้พลังงานจากมนุษย์ในสมัยก่อน
ตามที่สตรโบ กล่าวไว้ โรงสีพลังน้ำถูกสร้างขึ้นในคาเบเรียแห่งอาณาจักรมิธริเดสในช่วงศตวรรษที่ 1 ก่อนคริสต์ศักราช การใช้กังหานน้ำในโรงสีแพร่กระจายไปทั่วจักรวรรดิโรมันในช่วงหลายศตวรรษต่อมา บางแห่งมีความซับซ้อนมาก โดยมีท่อส่งน้ำเขื่อนและประตูระบายน้ำเพื่อกักเก็บและส่งน้ำ พร้อมด้วยระบบเฟืองหรือล้อฟันที่ทำจากไม้และโลหะเพื่อควบคุมความเร็วในการหมุน อุปกรณ์ขนาดเล็กที่ซับซ้อนกว่า เช่นกลไกแอนติคิเธราใช้ชุดเฟืองและหน้าปัดที่ซับซ้อนเพื่อทำหน้าที่เป็นปฏิทินหรือทำนายปรากฏการณ์ทางดาราศาสตร์ ในบทกวีของออโซนิอุสในศตวรรษที่ 4 หลังคริสต์ศักราช เขาได้กล่าวถึงเลื่อยตัดหินที่ขับเคลื่อนด้วยพลังน้ำเฮโรแห่งอเล็กซานเดรีย ได้รับการยกย่องว่าเป็นผู้สร้างเครื่องจักรที่ขับเคลื่อนด้วย ลมและไอน้ำจำนวนมากในศตวรรษที่ 1 หลังคริสต์ศักราช รวมถึงเครื่องเอโอลิไพล์และเครื่องขายสินค้าอัตโนมัติ ซึ่งมักเกี่ยวข้องกับการบูชา เช่น แท่นบูชาที่มีชีวิตชีวาและประตูวิหารอัตโนมัติ
ยุคกลาง
วิศวกรมุสลิมในยุคกลางใช้เฟืองในโรงสีและเครื่องจักรสูบน้ำ และใช้เขื่อนเป็นแหล่งพลังงานน้ำเพื่อจ่ายพลังงานเพิ่มเติมให้กับโรงสีน้ำและเครื่องจักรสูบน้ำ[ 12 ]ในโลกอิสลามยุคกลางความก้าวหน้าดังกล่าวทำให้สามารถใช้เครื่องจักรกับงานอุตสาหกรรมหลายอย่างที่เคยใช้แรงงานคน มาก่อน ได้
ในปี ค.ศ. 1206 อัล-จาซารีได้ใช้ ระบบ ข้อเหวี่ยง - ก้านสูบสำหรับเครื่องสูบน้ำสองเครื่องของเขา อุปกรณ์ กังหันไอน้ำ แบบพื้นฐาน ได้รับการอธิบายโดยทากี อัล-ดิน[ 13 ]ในปี ค.ศ. 1551 และโดยโจวันนี บรันกา[ 14 ]ในปี ค.ศ. 1629 [ 15 ]
ในศตวรรษที่ 13 มีการประดิษฐ์ เครื่องยนต์จรวด เชื้อเพลิงแข็งขึ้น ในประเทศจีน เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบง่ายที่สุดนี้ขับเคลื่อนด้วยดินปืน ไม่สามารถให้พลังงานได้อย่างต่อเนื่อง แต่มีประโยชน์ในการขับเคลื่อนอาวุธด้วยความเร็วสูงไปยังศัตรูในการรบและสำหรับดอกไม้ไฟหลังจากการประดิษฐ์ นวัตกรรมนี้ได้แพร่กระจายไปทั่วยุโรป[ 16 ]
การปฏิวัติอุตสาหกรรม
เครื่องยนต์ไอน้ำวัตต์เป็นเครื่องยนต์ไอน้ำชนิดแรกที่ใช้ไอน้ำที่มีความดันสูงกว่าความดันบรรยากาศ เล็กน้อย ในการขับเคลื่อนลูกสูบโดยอาศัยสุญญากาศบางส่วน โดยพัฒนาต่อยอดจากเครื่องยนต์ไอน้ำนิวโคเมน ในปี 1712 เครื่องยนต์ไอน้ำวัตต์ซึ่งพัฒนาขึ้นอย่างไม่ต่อเนื่องตั้งแต่ปี 1763 ถึง 1775 นับเป็นก้าวสำคัญในการพัฒนาเครื่องยนต์ไอน้ำ ด้วยประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงที่เพิ่มขึ้นอย่างมากการออกแบบ ของ เจมส์ วัตต์จึงกลายเป็นสัญลักษณ์ของเครื่องยนต์ไอน้ำ ซึ่งส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากความร่วมมือทางธุรกิจของเขากับแมทธิว โบลตันมันช่วยให้การพัฒนาโรงงานกึ่งอัตโนมัติที่มีประสิทธิภาพเป็นไปอย่างรวดเร็วในระดับที่ไม่เคยมีมาก่อนในสถานที่ที่ไม่มีพลังงานน้ำ การพัฒนาต่อมานำไปสู่หัวรถจักรไอน้ำและการขยายตัวอย่างมากของการขนส่งทางรถไฟ
สำหรับเครื่องยนต์ลูกสูบสันดาป ภายใน นั้น ได้รับการทดสอบในฝรั่งเศสในปี พ.ศ. 2350 โดยเดอ ริวาซและโดยอิสระโดยพี่น้องนีเอปซ์คาร์โนต์ได้พัฒนาทฤษฎีนี้ขึ้นในปี พ.ศ. 2367 ในปี พ.ศ. 2496-2490 ยูเจนิโอ บาร์ซานติและเฟลิเช มัตเตอุชชีได้ประดิษฐ์และจดสิทธิบัตรเครื่องยนต์ที่ใช้หลักการลูกสูบอิสระ ซึ่งอาจเป็นเครื่องยนต์ 4 จังหวะเครื่องแรก[ 17 ]
การประดิษฐ์เครื่องยนต์สันดาปภายในซึ่งต่อมาประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์นั้นเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2403 โดยEtienne Lenoir [ 18 ]
ในปี ค.ศ. 1877 วงจรออตโตสามารถให้กำลังต่อน้ำหนัก ที่สูง กว่าเครื่องยนต์ไอน้ำมาก และทำงานได้ดีกว่ามากสำหรับการใช้งานด้านการขนส่งหลายประเภท เช่น รถยนต์และเครื่องบิน
รถยนต์
รถยนต์คันแรกที่ประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์ ซึ่งสร้างโดยคาร์ล เบนซ์ได้กระตุ้นความสนใจในเครื่องยนต์ที่มีน้ำหนักเบาและทรงพลัง เครื่องยนต์สันดาปภายในแบบใช้น้ำมันเบนซินที่มีน้ำหนักเบา ทำงานตามวัฏจักรโอโตแบบสี่จังหวะ ประสบความสำเร็จมากที่สุดสำหรับรถยนต์ขนาดเล็ก ในขณะที่เครื่องยนต์ดีเซล ที่มีประสิทธิภาพทางความร้อนสูงกว่า นั้นใช้สำหรับรถบรรทุกและรถโดยสาร อย่างไรก็ตาม ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เครื่องยนต์ดีเซล เทอร์โบชาร์จได้รับความนิยมเพิ่มมากขึ้นในรถยนต์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งนอกสหรัฐอเมริกา แม้แต่ในรถยนต์ขนาดเล็กก็ตาม
ลูกสูบแบบวางตรงข้ามในแนวนอน
ในปี ค.ศ. 1897 คาร์ล เบนซ์ ได้รับสิทธิบัตรสำหรับการออกแบบเครื่องยนต์เครื่องแรกที่มีลูกสูบวางตรงข้ามในแนวนอน การออกแบบของเขาสร้างเครื่องยนต์ที่ลูกสูบที่สอดคล้องกันเคลื่อนที่ในกระบอกสูบแนวนอนและถึงจุดศูนย์ตายบนพร้อมกัน จึงสมดุลกันโดยอัตโนมัติเมื่อเทียบกับโมเมนตัมของแต่ละตัว[ 19 ] [ 20 ]เครื่องยนต์ที่มีการออกแบบนี้มักถูกเรียกว่าเครื่องยนต์ "แบน" หรือ "บ็อกเซอร์" เนื่องจากรูปร่างและลักษณะที่ต่ำ เครื่องยนต์เหล่านี้ถูกใช้ในรถVolkswagen Beetle [ 21 ]รถCitroën 2CVรถยนต์Porsche และ Subaru บางรุ่นรถจักรยานยนต์BMWและHonda หลาย รุ่นเครื่องยนต์สี่และหกสูบแบบวางตรงข้ามยังคงถูกใช้เป็นแหล่งพลังงานในเครื่องบิน ขนาดเล็ก ที่ขับเคลื่อนด้วยใบพัด[ 22 ]
ความก้าวหน้า
การใช้งานเครื่องยนต์สันดาปภายในในรถยนต์อย่างต่อเนื่องนั้น ส่วนหนึ่งเป็นผลมาจากการปรับปรุงระบบควบคุมเครื่องยนต์ เช่น คอมพิวเตอร์บนรถที่ให้กระบวนการจัดการเครื่องยนต์ และการฉีดเชื้อเพลิงที่ควบคุมด้วยระบบอิเล็กทรอนิกส์ การอัดอากาศด้วยเทอร์โบชาร์จและซูเปอร์ชาร์จได้เพิ่มกำลังขับของเครื่องยนต์ขนาดเล็กที่มีน้ำหนักเบาและประหยัดเชื้อเพลิงมากขึ้นที่กำลังขับปกติ การเปลี่ยนแปลงที่คล้ายกันนี้ได้ถูกนำมาใช้กับเครื่องยนต์ดีเซลขนาดเล็ก ทำให้มีลักษณะการทำงานเกือบเหมือนกับเครื่องยนต์เบนซิน สิ่งนี้เห็นได้ชัดเจนเป็นพิเศษจากความนิยมของรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยเครื่องยนต์ดีเซลขนาดเล็กในยุโรป เครื่องยนต์ดีเซลปล่อยไฮโดรคาร์บอนและCO2 กว่า แต่ มีมลพิษ อนุภาคและNO มากกว่าเครื่องยนต์เบนซิน[ 23 ]เครื่องยนต์ดีเซลยังประหยัดเชื้อเพลิงมากกว่าเครื่องยนต์เบนซินที่เทียบเคียงได้ถึง 40% [ 23 ]
การเพิ่มพลังงาน
ในช่วงครึ่งแรกของศตวรรษที่ 20 แนวโน้มการเพิ่มกำลังเครื่องยนต์เกิดขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งในรถยนต์รุ่นต่างๆ ของสหรัฐอเมริกาการเปลี่ยนแปลงด้านการออกแบบได้รวมเอาวิธีการเพิ่มความจุของเครื่องยนต์ทุกวิธีที่ทราบกันดีอยู่แล้ว รวมถึงการเพิ่มแรงดันในกระบอกสูบเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพ การเพิ่มขนาดของเครื่องยนต์ และการเพิ่มอัตราการทำงานของเครื่องยนต์ แรงและแรงดันที่สูงขึ้นที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ทำให้เกิดปัญหาเรื่องการสั่นสะเทือนและขนาดของเครื่องยนต์ ซึ่งนำไปสู่การพัฒนาเครื่องยนต์ที่แข็งแรงและกะทัดรัดมากขึ้น โดยใช้การจัดเรียงกระบอกสูบแบบตัววีและแบบตรงข้าม แทนที่การจัดเรียงแบบเส้นตรงที่ยาวกว่า
ประสิทธิภาพการเผาไหม้
ประสิทธิภาพการเผาไหม้ที่เหมาะสมที่สุดในรถยนต์โดยสารจะเกิดขึ้นเมื่ออุณหภูมิของสารหล่อเย็นอยู่ที่ประมาณ110 °C (230 °F ) [ 24 ]
การกำหนดค่าเครื่องยนต์
การพัฒนาเครื่องยนต์รถยนต์ในยุคแรกๆ ทำให้มีเครื่องยนต์หลากหลายประเภทมากกว่าที่ใช้กันในปัจจุบัน เครื่องยนต์มีตั้งแต่ 1 ถึง 16 สูบ โดยมีความแตกต่างกันในด้านขนาดโดยรวม น้ำหนักปริมาตรกระบอกสูบและเส้นผ่านศูนย์กลาง กระบอกสูบ เครื่องยนต์ 4 สูบและกำลังตั้งแต่ 19 ถึง 120 แรงม้า (14 ถึง 90 กิโลวัตต์) เป็นรุ่นส่วนใหญ่ในยุคนั้น มีการผลิตเครื่องยนต์ 3 สูบแบบ 2 จังหวะหลายรุ่น ในขณะที่เครื่องยนต์ส่วนใหญ่มีกระบอกสูบแบบเรียงตรงหรือแบบอินไลน์ นอกจากนี้ยังมีเครื่องยนต์แบบ V และแบบ 2 และ 4 สูบวางนอนหลายรุ่น มีการใช้ เพลาลูกเบี้ยว เหนือฝาสูบ อย่างแพร่หลาย เครื่องยนต์ขนาดเล็กมักระบายความร้อนด้วยอากาศและติดตั้งไว้ที่ด้านหลังของรถ อัตราส่วนการอัดค่อนข้างต่ำ ในช่วงทศวรรษ 1970 และ 1980 ความสนใจในการประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิง เพิ่มมากขึ้น ทำให้กลับมาใช้เครื่องยนต์ V-6 และ 4 สูบขนาดเล็กอีกครั้ง โดยมีวาล์วมากถึง 5 ตัวต่อกระบอกสูบเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ Bugatti Veyron 16.4 ใช้เครื่องยนต์ W16ซึ่งหมายความว่า กระบอกสูบ V8 สอง ชุดถูกจัดวางเคียงข้างกันเพื่อสร้าง รูปทรงตัว W โดยใช้เพลาข้อเหวี่ยงเดียวกัน
เครื่องยนต์สันดาปภายในที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยสร้างมาคือWärtsilä-Sulzer RTA96-Cซึ่งเป็นเครื่องยนต์ดีเซลเทอร์โบชาร์จ 2 จังหวะ 14 สูบ ที่ออกแบบมาเพื่อขับเคลื่อนเรือEmma Mærskซึ่งเป็นเรือบรรทุกคอนเทนเนอร์ที่ใหญ่ที่สุดในโลกเมื่อเปิดตัวในปี 2549 เครื่องยนต์นี้มีมวล 2,300 ตัน และเมื่อทำงานที่ 102 รอบต่อนาที (1.7 เฮิรตซ์) จะผลิตพลังงานได้มากกว่า 80 เมกะวัตต์ และสามารถใช้เชื้อเพลิงได้มากถึง 250 ตันต่อวัน[ 25 ]
ประเภท
สามารถจัดประเภทเครื่องยนต์ได้ตามเกณฑ์สองประการ ได้แก่ รูปแบบของพลังงานที่เครื่องยนต์รับเข้ามาเพื่อสร้างการเคลื่อนที่ และประเภทของการเคลื่อนที่ที่เครื่องยนต์สร้างขึ้น
เครื่องยนต์ความร้อน
เครื่องยนต์สันดาปภายใน
เครื่องยนต์สันดาปเป็นเครื่องยนต์ความร้อนที่ขับเคลื่อนด้วยความร้อนจากกระบวนการเผาไหม้
เครื่องยนต์สันดาปภายใน
เครื่องยนต์สันดาปภายในเป็นเครื่องยนต์ที่การเผาไหม้เชื้อเพลิง (โดยทั่วไปคือเชื้อเพลิงฟอสซิล ) เกิดขึ้นกับตัวออกซิไดเซอร์ (โดยปกติคืออากาศ) ในห้องเผาไหม้ในเครื่องยนต์สันดาปภายใน การขยายตัวของ ก๊าซที่มี อุณหภูมิ สูงและ ความดันสูงซึ่งเกิดจากการเผาไหม้ จะส่งแรงไปยังส่วนประกอบต่างๆ ของเครื่องยนต์โดยตรง เช่นลูกสูบใบพัดกังหันหรือหัวฉีดและด้วยการเคลื่อนที่ไปตามระยะทาง จะสร้างงานเชิงกล[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]
เครื่องยนต์สันดาปภายนอก
เครื่องยนต์เผาไหม้ภายนอก (EC engine) เป็นเครื่องยนต์ความร้อน ที่ ของเหลวทำงานภายในถูกทำให้ร้อนโดยการเผาไหม้ของแหล่งภายนอก ผ่านผนังเครื่องยนต์หรือเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน จากนั้น ของเหลวจะขยายตัวและส่งผลต่อกลไกของเครื่องยนต์ ทำให้เกิดการเคลื่อนที่และงานที่ใช้งานได้[ 30 ] จากนั้นของเหลวจะถูกทำให้เย็นลง อัด และนำกลับมาใช้ใหม่ (วงจรปิด) หรือ (พบได้น้อยกว่า) ทิ้งไป และดึงของเหลวเย็นเข้ามา (เครื่องยนต์อากาศแบบวงจรเปิด)
" การเผาไหม้ " หมายถึงการเผาเชื้อเพลิงกับตัวออกซิไดเซอร์เพื่อให้เกิดความร้อน เครื่องยนต์ที่มีโครงสร้างและการทำงานคล้ายกัน (หรือแม้แต่เหมือนกัน) อาจใช้ความร้อนจากแหล่งอื่น เช่น พลังงานนิวเคลียร์ พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานความร้อนใต้พิภพ หรือปฏิกิริยาคายความร้อนที่ไม่เกี่ยวข้องกับการเผาไหม้ แต่ในกรณีเหล่านั้นจะไม่ถูกจัดประเภทเป็นเครื่องยนต์เผาไหม้ภายนอกอย่างเคร่งครัด แต่จะถูกจัดประเภทเป็นเครื่องยนต์ความร้อนภายนอกแทน
สารทำงานอาจเป็นก๊าซ เช่นในเครื่องยนต์สเตอร์ลิงหรือไอน้ำเช่นในเครื่องยนต์ไอน้ำ หรือของเหลวอินทรีย์ เช่น เอ็น-เพนเทน ในวัฏจักรแรงไคน์อินทรีย์สารทำงานสามารถมีองค์ประกอบใดก็ได้ ก๊าซเป็นสารทำงานที่พบได้บ่อยที่สุด แม้ว่า บางครั้งก็มีการใช้ ของเหลว เฟสเดียวก็ตาม ในกรณีของเครื่องยนต์ไอน้ำ สารทำงานจะเปลี่ยนสถานะระหว่างของเหลวและก๊าซ
เครื่องยนต์สันดาปแบบหายใจอากาศ
เครื่องยนต์สันดาปแบบใช้ลมหายใจคือเครื่องยนต์สันดาปที่ใช้ออกซิเจนในอากาศเพื่อออกซิไดซ์ ('เผาไหม้') เชื้อเพลิง แทนที่จะใช้สารออกซิไดเซอร์เหมือนในจรวดตามทฤษฎีแล้ว วิธีนี้ควรให้แรงขับจำเพาะ ที่ดี กว่าเครื่องยนต์จรวด
ในเครื่องยนต์แบบใช้อากาศหายใจ อากาศจะไหลผ่านอย่างต่อเนื่อง อากาศนี้จะถูกอัด ผสมกับเชื้อเพลิง จุดระเบิด และถูกปล่อยออกมาเป็นก๊าซไอเสียในเครื่องยนต์แบบปฏิกิริยาพลังงานจากการเผาไหม้ส่วนใหญ่ (ความร้อน) จะออกจากเครื่องยนต์ในรูปของก๊าซไอเสีย ซึ่งให้แรงขับเคลื่อนโดยตรง
- ตัวอย่าง
เครื่องยนต์แบบใช้ลมหายใจทั่วไป ได้แก่:
ผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
การทำงานของเครื่องยนต์โดยทั่วไปส่งผลเสียต่อคุณภาพอากาศและระดับเสียง โดยรอบ มีการให้ความสำคัญมากขึ้นกับคุณลักษณะที่ก่อให้เกิดมลพิษของระบบพลังงานในรถยนต์ สิ่งนี้ได้สร้างความสนใจใหม่ในแหล่งพลังงานทางเลือกและการปรับปรุงเครื่องยนต์สันดาปภายใน แม้ว่าจะมีรถยนต์ไฟฟ้าที่ใช้แบตเตอรี่จำนวนจำกัดออกมาบ้างแล้ว แต่ก็ยังไม่สามารถแข่งขันได้เนื่องจากต้นทุนและลักษณะการทำงานในศตวรรษที่ 21 เครื่องยนต์ดีเซลได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นในหมู่เจ้าของรถยนต์ อย่างไรก็ตาม เครื่องยนต์เบนซินและเครื่องยนต์ดีเซล แม้จะมีอุปกรณ์ควบคุมการปล่อยมลพิษแบบใหม่เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการปล่อยมลพิษ ก็ยังไม่ถูกท้าทายอย่างมีนัยสำคัญผู้ผลิตจำนวนมากได้แนะนำเครื่องยนต์ไฮบริด ซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยเครื่องยนต์เบนซินขนาดเล็กที่เชื่อมต่อกับมอเตอร์ไฟฟ้าและแบตเตอรี่ขนาดใหญ่ ซึ่งเริ่มเป็นที่นิยมมากขึ้นเนื่องจากคำนึงถึงสิ่งแวดล้อม
คุณภาพอากาศ
ก๊าซไอเสียจากเครื่องยนต์จุดระเบิดด้วยประกายไฟประกอบด้วยสิ่งต่อไปนี้: ไนโตรเจน 70 ถึง 75% (โดยปริมาตร), ไอน้ำ 10 ถึง 12%, คาร์บอนไดออกไซด์ 10 ถึง 13.5%, ไฮโดรเจน 0.5 ถึง 2%, ออกซิเจน 0.2 ถึง 2%, คาร์บอนมอนอกไซด์ 0.1 ถึง 6%, ไฮโดรคาร์บอน ที่ยังไม่เผาไหม้ และผลิตภัณฑ์ออกซิเดชัน บางส่วน (เช่น อัลดีไฮด์ ) 0.5 ถึง 1%, ไนโตรเจนโมโนออกไซด์ 0.01 ถึง 0.4%, ไนตรัสออกไซด์ <100 ppm, ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ 15 ถึง 60 ppm, สารประกอบอื่นๆ ในปริมาณเล็กน้อย เช่น สารเติมแต่งเชื้อเพลิงและสารหล่อลื่น รวมถึงสารประกอบฮาโลเจนและโลหะ และอนุภาคอื่นๆ[ 31 ]คาร์บอนมอนอกไซด์เป็นพิษสูงและสามารถทำให้เกิดพิษจากคาร์บอนมอนอกไซด์ได้ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องหลีกเลี่ยงการสะสมของก๊าซในพื้นที่ปิดตัวเร่งปฏิกิริยาในท่อไอเสียสามารถลดการปล่อยมลพิษที่เป็นพิษได้ แต่ไม่สามารถกำจัดได้ทั้งหมด นอกจากนี้ การปล่อยก๊าซเรือนกระจก โดยเฉพาะก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ที่เกิดจากการใช้เครื่องยนต์อย่างแพร่หลายในโลกอุตสาหกรรมสมัยใหม่ ยังส่งผลต่อปรากฏการณ์เรือนกระจก ทั่วโลก ซึ่งเป็นปัญหาสำคัญเกี่ยวกับภาวะโลกร้อน
เครื่องยนต์ความร้อนที่ไม่ใช้การเผาไหม้
เครื่องยนต์บางชนิดแปลงความร้อนจากกระบวนการที่ไม่เกิดการเผาไหม้ไปเป็นงานเชิงกล ตัวอย่างเช่น โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใช้ความร้อนจากปฏิกิริยานิวเคลียร์เพื่อผลิตไอน้ำและขับเคลื่อนเครื่องยนต์ไอน้ำ หรือกังหันก๊าซในเครื่องยนต์จรวดอาจถูกขับเคลื่อนด้วยไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ที่สลายตัว นอกเหนือจากแหล่งพลังงานที่แตกต่างกันแล้ว วิศวกรรมของเครื่องยนต์มักคล้ายคลึงกับเครื่องยนต์สันดาปภายในหรือภายนอก
เครื่องยนต์ที่ไม่ใช้การเผาไหม้อีกกลุ่มหนึ่ง ได้แก่เครื่องยนต์ความร้อนเทอร์โมอะคูสติก (บางครั้งเรียกว่า "เครื่องยนต์ TA") ซึ่งเป็นอุปกรณ์เทอร์โมอะคูสติกที่ใช้คลื่นเสียงที่มีแอมพลิจูดสูงในการสูบความร้อนจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง หรือในทางกลับกัน ใช้ความแตกต่างของความร้อนเพื่อเหนี่ยวนำให้เกิดคลื่นเสียงที่มีแอมพลิจูดสูง โดยทั่วไปแล้ว เครื่องยนต์เทอร์โมอะคูสติกสามารถแบ่งออกเป็นอุปกรณ์คลื่นนิ่งและอุปกรณ์คลื่นเคลื่อนที่[ 32 ]
เครื่องยนต์สเตอร์ลิงเป็นอีกรูปแบบหนึ่งของเครื่องยนต์ความร้อนที่ไม่ใช้การเผาไหม้ โดยใช้วัฏจักรเทอร์โมไดนามิกของสเตอร์ลิงในการแปลงความร้อนเป็นงาน ตัวอย่างเช่น เครื่องยนต์สเตอร์ลิงแบบอัลฟ่า ซึ่งก๊าซจะไหลผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างกระบอกสูบร้อนและกระบอกสูบเย็น ซึ่งติดอยู่กับลูกสูบที่เคลื่อนที่แบบไปกลับโดยมีเฟสต่างกัน 90° ก๊าซจะได้รับความร้อนที่กระบอกสูบร้อนและขยายตัว ทำให้ลูกสูบเคลื่อนที่และหมุนเพลาข้อเหวี่ยงหลังจากขยายตัวและไหลผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อนแล้ว ก๊าซจะปล่อยความร้อนที่กระบอกสูบเย็น และการลดลงของความดันที่เกิดขึ้นจะนำไปสู่การอัดตัวโดยลูกสูบอีกตัว (ลูกสูบแทนที่) ซึ่งบังคับให้ก๊าซกลับไปยังกระบอกสูบร้อน[ 33 ]
มอเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยสารเคมีโดยไม่ใช้ความร้อน
มอเตอร์ที่ไม่ใช้ความร้อนโดยทั่วไปจะขับเคลื่อนด้วยปฏิกิริยาเคมี แต่ไม่ใช่เครื่องยนต์ความร้อน ตัวอย่างเช่น:
- มอเตอร์ระดับโมเลกุล – มอเตอร์ที่พบในสิ่งมีชีวิต
- มอเตอร์โมเลกุลสังเคราะห์
มอเตอร์ไฟฟ้า
มอเตอร์ไฟฟ้าใช้พลังงานไฟฟ้าเพื่อผลิตพลังงานกลโดยปกติผ่านการทำงานร่วมกันของสนามแม่เหล็กและตัวนำไฟฟ้ากระบวนการย้อนกลับ คือการผลิตพลังงานไฟฟ้าจากพลังงานกลนั้น ทำได้โดยเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือไดนาโมมอเตอร์ขับเคลื่อนที่ใช้ในยานพาหนะมักจะทำงานทั้งสองอย่าง มอเตอร์ไฟฟ้าสามารถทำงานเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและในทางกลับกันได้ แม้ว่าจะไม่สามารถทำได้เสมอไป มอเตอร์ไฟฟ้ามีอยู่ทั่วไป พบได้ในการใช้งานที่หลากหลาย เช่น พัดลมอุตสาหกรรม เครื่องเป่าลม และปั๊ม เครื่องมือกล เครื่องใช้ในครัวเรือนเครื่องมือไฟฟ้าและฮาร์ดไดรฟ์อาจใช้พลังงานจากกระแสตรง (เช่น อุปกรณ์พกพาที่ใช้ แบตเตอรี่หรือยานยนต์) หรือกระแสสลับจากโครงข่ายไฟฟ้าส่วนกลาง มอเตอร์ขนาดเล็กที่สุดอาจพบได้ในนาฬิกาข้อมือไฟฟ้า มอเตอร์ขนาดกลางที่มีขนาดและคุณลักษณะมาตรฐานสูงให้พลังงานกลที่สะดวกสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม มอเตอร์ไฟฟ้าขนาดใหญ่ที่สุดใช้สำหรับขับเคลื่อนเรือขนาดใหญ่ และเพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ เช่น คอมเพรสเซอร์ในท่อส่ง โดยมีกำลังหลายพันกิโลวัตต์ มอเตอร์ไฟฟ้าสามารถจำแนกได้ตามแหล่งพลังงานไฟฟ้า โครงสร้างภายใน และการใช้งาน
หลักการทางกายภาพของการสร้างแรงเชิงกลโดยปฏิสัมพันธ์ระหว่างกระแสไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กเป็นที่รู้จักกันมาตั้งแต่ปี ค.ศ. 1821 มอเตอร์ไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ถูกสร้างขึ้นตลอดศตวรรษที่ 19 แต่การนำมอเตอร์ไฟฟ้ามาใช้ประโยชน์เชิงพาณิชย์ในวงกว้างนั้น จำเป็นต้องมีเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและระบบจำหน่ายไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพ
เพื่อลดการใช้พลังงาน ไฟฟ้า จากมอเตอร์และรอยเท้าคาร์บอน ที่เกี่ยวข้อง หน่วยงานกำกับดูแลต่างๆ ในหลายประเทศได้ออกและบังคับใช้กฎหมายเพื่อส่งเสริมการผลิตและการใช้มอเตอร์ไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น มอเตอร์ที่ออกแบบมาอย่างดีสามารถแปลงพลังงานขาเข้ามากกว่า 90% ให้เป็นพลังงานที่มีประโยชน์ได้นานหลายทศวรรษ[ 34 ]เมื่อประสิทธิภาพของมอเตอร์เพิ่มขึ้นแม้เพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์ การประหยัดพลังงานในหน่วยกิโลวัตต์ชั่วโมง (และด้วยเหตุนี้จึงประหยัดค่าใช้จ่าย) ก็มีมหาศาลประสิทธิภาพการใช้พลังงานไฟฟ้า ของ มอเตอร์เหนี่ยวนำอุตสาหกรรมทั่วไปสามารถปรับปรุงได้โดย: 1) ลดการสูญเสียทางไฟฟ้าใน ขดลวด สเตเตอร์ (เช่น โดยการเพิ่มพื้นที่หน้าตัดของตัวนำปรับปรุง เทคนิค การพันขดลวดและการใช้วัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้า สูง เช่นทองแดง ) 2) ลดการสูญเสียทางไฟฟ้าใน ขดลวด โรเตอร์หรือตัวเรือน (เช่น โดยการใช้วัสดุที่มีค่าการนำไฟฟ้าสูง เช่น ทองแดง) 3) ลดการสูญเสียทางแม่เหล็กโดยใช้เหล็ก แม่เหล็กคุณภาพดีกว่า 4) ปรับปรุง หลัก อากาศพลศาสตร์ของมอเตอร์เพื่อลดการสูญเสียจากแรงต้านอากาศ 5) ปรับปรุงแบริ่งเพื่อลดการสูญเสียจากแรงเสียดทานและ 6) ลดความคลาดเคลื่อน ในการผลิตให้เหลือน้อยที่สุด ( สำหรับรายละเอียดเพิ่มเติมในหัวข้อนี้ โปรดดูที่ ประสิทธิภาพระดับพรีเมียม )
ตามธรรมเนียมแล้วคำว่า "เครื่องยนต์ไฟฟ้า"หมายถึงหัวรถจักรไฟฟ้า ของรถไฟ มากกว่าที่จะหมายถึงมอเตอร์ไฟฟ้า
มอเตอร์ที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานทางกายภาพ
มอเตอร์บางชนิดได้รับพลังงานจากพลังงานศักยภาพหรือพลังงานจลน์ ตัวอย่างเช่นรถกระเช้า ไฟฟ้า ลิฟต์แรงโน้มถ่วงและสายพานลำเลียง บางประเภท ใช้พลังงานจากน้ำหรือหินที่เคลื่อนที่ และนาฬิกาบางเรือนมีน้ำหนักที่ตกลงมาเนื่องจากแรงโน้มถ่วง พลังงานศักยภาพในรูปแบบอื่นๆ ได้แก่ ก๊าซอัด (เช่นมอเตอร์ลม ) สปริง ( มอเตอร์แบบกลไกนาฬิกา ) และ แถบ ยางยืด[ 35 ]
เครื่องมือล้อมเมืองทางทหาร ในอดีตได้แก่ เครื่องยิงหินขนาดใหญ่ เครื่องยิงหิน แบบเทรบูเชต์และ (ในระดับหนึ่ง) เครื่องกระทุ้งประตูซึ่งขับเคลื่อนด้วยพลังงานศักยภาพ[ 36 ]
มอเตอร์ลม
มอเตอร์ลมเป็นเครื่องจักรที่แปลงพลังงานศักยภาพในรูปของอากาศอัดให้เป็นงานเชิงกลโดยทั่วไปแล้ว มอเตอร์ลมจะแปลงอากาศอัดให้เป็นงานเชิงกลผ่านการเคลื่อนที่เชิงเส้นหรือการเคลื่อนที่แบบหมุน การเคลื่อนที่เชิงเส้นอาจมาจากไดอะแฟรมหรือตัวกระตุ้นลูกสูบ ในขณะที่การเคลื่อนที่แบบหมุนนั้นมาจากมอเตอร์ลมแบบใบพัดหรือมอเตอร์ลมแบบลูกสูบ มอเตอร์ลมประสบความสำเร็จอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมเครื่องมือพกพา และมีการพยายามอย่างต่อเนื่องที่จะขยายการใช้งานไปยังอุตสาหกรรมการขนส่ง อย่างไรก็ตาม มอเตอร์ลมต้องเอาชนะข้อบกพร่องด้านประสิทธิภาพก่อนที่จะได้รับการพิจารณาว่าเป็นตัวเลือกที่ใช้งานได้จริงในอุตสาหกรรมการขนส่ง
มอเตอร์ไฮดรอลิก
มอเตอร์ไฮดรอลิกได้รับพลังงานจากของเหลวที่มีแรงดัน เครื่องยนต์ประเภทนี้ใช้ในการเคลื่อนย้ายของหนักและขับเคลื่อนเครื่องจักร[ 37 ]
ไฮบริด
มอเตอร์บางหน่วยสามารถมีแหล่งพลังงานได้หลายแหล่ง ตัวอย่างเช่น มอเตอร์ไฟฟ้าของ รถยนต์ไฮบริดแบบเสียบปลั๊กสามารถรับพลังงานไฟฟ้าจากแบตเตอรี่หรือจากเชื้อเพลิงฟอสซิลผ่านเครื่องยนต์สันดาปภายในและเครื่องกำเนิดไฟฟ้าได้[ 38 ]
ผลงาน
ต่อไปนี้คือปัจจัยที่ใช้ในการประเมินสมรรถนะของเครื่องยนต์
ความเร็ว
ความเร็วหมายถึงการหมุนของเพลาข้อเหวี่ยงในเครื่องยนต์ลูกสูบ และความเร็วของโรเตอร์คอมเพรสเซอร์/กังหัน และโรเตอร์มอเตอร์ไฟฟ้า โดยทั่วไปจะวัดเป็นรอบต่อนาที (rpm)
แรงขับ
แรงขับคือ แรงที่กระทำต่อเครื่องบินอันเป็นผลมาจากใบพัดหรือเครื่องยนต์ไอพ่นที่เร่งความเร็วของอากาศที่ไหลผ่าน นอกจากนี้ยังเป็นแรงที่กระทำต่อเรืออันเป็นผลมาจากใบพัดที่เร่งความเร็วของน้ำที่ไหลผ่านด้วย
แรงบิด
แรงบิดคือโมเมนต์ การหมุน บนเพลา และคำนวณได้โดยการคูณแรงที่ทำให้เกิดโมเมนต์ด้วยระยะห่างจากเพลา
พลัง
กำลังคือมาตรวัดความเร็วในการทำงาน
ประสิทธิภาพ
ประสิทธิภาพ คือ สัดส่วนของพลังงานที่มีประโยชน์ที่ได้ออกมา เทียบกับพลังงานทั้งหมดที่ป้อนเข้าไป
ระดับเสียง
เสียงรบกวนจากยานพาหนะส่วนใหญ่มาจากเครื่องยนต์ที่ความเร็วต่ำ และจากยางและอากาศที่ไหลผ่านตัวรถที่ความเร็วสูงขึ้น[ 39 ]มอเตอร์ไฟฟ้าเงียบกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายใน เครื่องยนต์ที่สร้างแรงขับ เช่น เทอร์โบแฟน เทอร์โบเจ็ต และจรวด ปล่อยเสียงรบกวนมากที่สุดเนื่องจากลักษณะการทำงานของกระแสไอเสียความเร็วสูงที่สร้างแรงขับซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับอากาศนิ่งโดยรอบ เทคโนโลยีลดเสียงรบกวนประกอบด้วยท่อ เก็บเสียง (ตัวลดเสียง) ในระบบไอดีและไอเสียของเครื่องยนต์เบนซินและดีเซล และแผ่นซับเสียงในช่องรับอากาศของเทอร์โบแฟน
เครื่องยนต์ตามการใช้งาน
เครื่องยนต์ประเภทที่โดดเด่นเป็นพิเศษ ได้แก่:
- เครื่องยนต์อากาศยาน
- เครื่องยนต์รถยนต์
- เครื่องยนต์จำลอง
- เครื่องยนต์รถจักรยานยนต์
- เครื่องยนต์ ขับเคลื่อนเรือเช่นเครื่องยนต์ติดท้ายเรือ
- คำว่า "เครื่องยนต์นอกถนน"หมายถึงเครื่องยนต์ที่ไม่ได้ใช้โดยยานพาหนะที่วิ่งบนถนน
- หัวรถจักรของรถไฟ
- เครื่องยนต์ ขับเคลื่อนยานอวกาศเช่นเครื่องยนต์จรวด
- เครื่องยนต์ลากจูง
ดูเพิ่มเติม
- เครื่องยนต์อากาศยาน
- การเปลี่ยนเครื่องยนต์รถยนต์
- มอเตอร์ไฟฟ้า
- ระบบระบายความร้อนเครื่องยนต์
- การเปลี่ยนเครื่องยนต์
- เครื่องยนต์เบนซิน
- เครื่องยนต์ HCCI
- เครื่องยนต์เฮสเซลแมน
- เครื่องยนต์หัวร้อน
- เครื่องยนต์ไอริส
- ไมโครมอเตอร์
- แฟลเจลลา – มอเตอร์ทางชีวภาพที่จุลินทรีย์บางชนิดใช้
- นาโนมอเตอร์
- มอเตอร์โมเลกุล
- มอเตอร์โมเลกุลสังเคราะห์
- มอเตอร์ควอนตัมอะเดียแบติก
- เชื้อเพลิงหลายชนิด
- เครื่องยนต์ปฏิกิริยา
- เครื่องยนต์โซลิดสเตท
- ลำดับเหตุการณ์ของเทคโนโลยีเครื่องยนต์ความร้อน
- ลำดับเหตุการณ์ของเทคโนโลยีมอเตอร์และเครื่องยนต์
ลิงก์ภายนอก
- สิทธิบัตรสหรัฐอเมริกาเลขที่ 194,047
- ภาพเคลื่อนไหวเครื่องยนต์แบบละเอียด
- เครื่องยนต์ 4 จังหวะที่ทำงานได้ – ภาพเคลื่อนไหวที่เก็บถาวรไว้เมื่อวันที่ 25 เมษายน 2019 ในWayback Machine
- ภาพประกอบเคลื่อนไหวแสดงเครื่องยนต์ประเภทต่างๆ
- 5 วิธีในการออกแบบเครื่องยนต์สันดาปภายในใหม่
- บทความเกี่ยวกับเครื่องยนต์ SI ขนาดเล็ก
- บทความเกี่ยวกับเครื่องยนต์ดีเซลขนาดกะทัดรัดเก็บถาวรเมื่อวันที่ 20 พฤษภาคม 2022 ที่Wayback Machine
- ประเภทของเครื่องยนต์
- มอเตอร์ส (1915) โดยเจมส์ สเลา เซอร์เบ