Bevezetés:
A motorok olyan gépek, amelyek az energiát mozgássá vagy mechanikus munkává alakítják. Az energiát általában vegyi tüzelőanyag (pl. Benzin), gőz vagy áram formájában, a mechanikai munkát pedig forgó tengelymozgás formájában szállítják. A motorokat általában a következőkre osztják:
- a felhasznált energia típusától függően, például gőz, sűrített levegő vagy benzin
- a fő részek dugattyún és forgón történő mozgásának módja szerint
- annak a helynek megfelelően, ahol a kémiai energia hőenergiává alakul, benzin- és dízelmotorok belső égésű motorjaivá
- vízhűtéses vagy léghűtéses motorhűtési módszer szerint
- a dugattyús löketek száma szerint egy teljes ciklusban két- vagy négyüteműig
- az Ottó (benzinmotor) vagy a dízelmotor ciklusának típusa szerint.
A motorok speciális típusai a szélgépek, gázturbinák, gőzturbinák, rakéta- vagy sugárhajtóművek.
Belső égésű motor - négyütemű:
Ma a belső égésű motorok a világ szinte minden autóját meghajtják. Az üzemanyag-keverék elégetése során keletkező gázok energiáját használják fel mozgáshoz. A benzinmotor úgy működik, hogy levegő és benzin keverékét juttatja a hengerekhez, amelyekben a dugattyúk találhatók. Az elegyet préseléssel bepároljuk. Az elektromos gyújtógyertya szikrát hoz létre, amely meggyújtja ezt a keveréket, és a keletkező gázok mozgatják a hengerekben lévő dugattyúkat. Az elégetett keveréket kiutasítják. Ez létrehoz egy ciklust. Kétütemű motoroknál ciklusonként csak egy vezérműtengely szükséges.
Belső égésű dízelmotor:
Sok autót és vonatot erőteljes dízelmotorok hajtanak; belső égésű motorok is, de nem benzint, hanem dízelt égetnek. A motor hasonlóan működik, mint a benzinmotor, de nincs elektromos gyújtógyertyája, de fel van szerelve egy befecskendező szivattyúval, amely fúvókákon keresztül dízelt juttat a hengerekbe. A dugattyú összenyomja a levegőt, ami nagyon magas hőmérsékletre (500 oC fölé) melegíti, amelynél a diszpergált dízel meggyullad - ezért ezt a motort dízelnek hívják.
Repülőgép hajtómű:
Sugárhajtású motor (alapvetően gázturbina) hajtja a legtöbb nagy sebességű repülőgépet. Gyorsan forgó ventilátorok a motor elején szívják a levegőt, amely nagy nyomás alatt több kamrába jut. Ott a sűrített levegő keveredik az üzemanyaggal; ez a keverék meggyullad, a forró égési gázok kitágulnak és a kimeneti fúvókába áramlanak. Ugyanakkor egy turbinát forgatnak, amely a ventilátorokat a motor elé hajtja. A levegő nemcsak a motor fő részén, hanem a körülötte lévő elkerülő csatornán is átáramlik. Ez növeli a motoron áthaladó teljes levegőmennyiséget, növelve annak tolóerejét. Ezenkívül a csatorna csökkenti a motor zaját.
Gőzgép (gőzgép):
A gőzgép például egy mozdonyban található. A kazán fát vagy szenet éget, ami hőt termel. Forró levegő és füst halad át a víztartály csövén. A hő gőzzé változtatja a vizet. A gőz a csöveken át bejut a hengerbe, ahol az egyik, a másik oldalon a dugattyút nyomja, és ezzel elmozdítja azt. A dugattyú mozgása átkerül a hajtókerekekre. Gőz és füst távozik a szelepen, és kilép a kéményen keresztül.
Elektromos motorok:
Az elektromos motorok nagyon egyszerű és megbízható gépek. Legtöbbjük forgó gép, amely a mechanikai energiát elektromos energiává alakítja, vagy fordítva. Fix állványból és futó futóból állnak. Az állvány és a távtartó elektromosan vezető anyagból készül. Amint az áram áthalad a mágnes armatúráján, a mágneses reakció nyomatékot generál és a mágnes armatúrája forog. Az elektromos generátor működése és a motor tekercs mezőinek összekapcsolása pontosan megegyezik a generátorokéval. A mágneses armatúra forgása feszültséget vált ki az armatúra menetében. Ez az indukált feszültség az armatúra külső alkalmazott feszültségével ellentétes irányban van, ezért fordított vagy ellentétes elektromotoros erőnek nevezzük. Ahogy a motor gyorsabban forog, a fordított elektromotoros erő addig növekszik, amíg majdnem meg nem egyezik az alkalmazott feszültséggel. Az áram ekkor kicsi, és a motor fordulatszáma állandó marad, amíg a motor behúzódik, és csak az armatúra elforgatásához szükséges munkánál nem okoz semmilyen mechanikai munkát. Terhelés alatt az armatúra lassabban forog, csökkenti az elektromotoros erőt és nagyobb áramot enged az armatúrában. A motor így több áramot képes fogadni a forrásból, és több mechanikai munkát hoz létre.
Mivel a forgási sebesség szabályozza az armatúra áramát, a motor beindításához speciális eszközökre van szükség. Amikor az armatúra nyugalomban van, valójában nincs ellenállása, és normál üzemi feszültség alkalmazása esetén nagy áram folyik rajta keresztül, ami károsíthatja a generátort vagy az armatúra tekercselését. Az armatúra károsodásának megakadályozása érdekében soros csatlakozású ellenállásokkal csökkentik az áramot, amíg a motor nem kezd elegendő elektromotoros erőt generálni. Minél gyorsabban mozog a motor, az ellenállás fokozatosan csökken, akár manuálisan, akár automatikusan.
A motor futási sebessége függ az armatúrára ható mágneses tér erősségétől, valamint az armatúrában lévő áramtól. Minél erősebb a mező, annál kisebb a fordulatszám, amely kellően nagy visszatérő elektromotoros erő létrehozásához szükséges, mint az alkalmazott feszültség ellensúlya. Emiatt a motorok fordulatszáma az áram változtatásával szabályozható.
Hidrogén:
Az elektromosság képes a vizet gázokra bontani: hidrogénre és oxigénre. Amikor a hidrogén és az oxigén érintkezésbe kerülnek, visszaégnek a vízbe és energiát termelnek. De a hidrogén túl ritka ahhoz, hogy égjen. Sokkal előnyösebb az üzemanyagcellák segítségével visszaalakítani villamos energiává. Az üzemanyagcella kémiai eljárással elektromos áramot hoz létre. Ezek a "cellák" különböző méretűek lehetnek. Néhány olyan kicsi, hogy kicseréli a kis elemeket, de néhányat az erőművekben villamos energia előállítására lehet felhasználni. A DaimlerChrysler ezzel a hajtással buszt épített, és a Ford ígéri az első sorozatgyártású autót ezzel a hajtással.
Nitrogén:
A Washington Egyetem kutatói új autót fejlesztenek káros károsanyag-kibocsátás nélkül. Az elv ugyanaz, mint a gőzgép esetében, kivéve az égés hiányát. Ehelyett folyékony nitrogént sűrítenek, amelyet aztán a hőcserélőben gőzzé alakít a körülvevő meleg levegő. Ez a hőcserélő autóhűtőként működik, de a motor levegővel történő hűtése helyett a környezeti levegő hőmérsékletét használja nitrogén melegítésére és forralására. A keletkező nitrogéngázt egy gőzgépként működő motorhoz juttatják, amely a nyomást mechanikai munkává alakítja. Az egyetlen hulladék a nitrogén, amely a Föld légkörének nagy részét alkotja.