محرك

المحرك أو الموتور هو آلة مصممة لتحويل شكل واحد أو أكثر من أشكال الطاقة إلى طاقة ميكانيكية . [ 1 ^{] [2]}

تشمل مصادر الطاقة المتاحة الطاقة الكامنة (مثل طاقة المجال الجاذبي للأرض كما يتم استغلالها في توليد الطاقة الكهرومائية )، والطاقة الحرارية (مثل الطاقة الحرارية الأرضية )، والطاقة الكيميائية ، والطاقة الكهربائية الكامنة ، والطاقة النووية (من الانشطار النووي أو الاندماج النووي ). تولد العديد من هذه العمليات الحرارة كشكل وسيط من أشكال الطاقة؛ وبالتالي فإن المحركات الحرارية لها أهمية خاصة. تحول بعض العمليات الطبيعية، مثل خلايا الحمل الحراري الجوي ، الحرارة البيئية إلى حركة (على سبيل المثال في شكل تيارات هوائية متصاعدة). تتمتع الطاقة الميكانيكية بأهمية خاصة في النقل ، ولكنها تلعب أيضًا دورًا في العديد من العمليات الصناعية مثل القطع والطحن والسحق والخلط.

تحول المحركات الحرارية الميكانيكية الحرارة إلى عمل من خلال عمليات ترموديناميكية مختلفة. ربما يكون محرك الاحتراق الداخلي هو المثال الأكثر شيوعًا للمحرك الحراري الميكانيكي حيث تتسبب الحرارة الناتجة عن احتراق الوقود في الضغط السريع لمنتجات الاحتراق الغازية في غرفة الاحتراق، مما يتسبب في تمددها ودفع المكبس ، الذي يدير العمود المرفقي . على عكس محركات الاحتراق الداخلي، ينتج محرك رد الفعل (مثل المحرك النفاث ) قوة دفع عن طريق طرد كتلة رد الفعل ، وفقًا لقانون نيوتن الثالث للحركة .

بصرف النظر عن المحركات الحرارية، تقوم المحركات الكهربائية بتحويل الطاقة الكهربائية إلى حركة ميكانيكية ، وتستخدم المحركات الهوائية الهواء المضغوط ، وتستخدم المحركات الآلية في الألعاب التي تعمل باللف الطاقة المرنة . في الأنظمة البيولوجية، تستخدم المحركات الجزيئية ، مثل الميوسينات في العضلات ، الطاقة الكيميائية لإنشاء القوى والحركة في النهاية (محرك كيميائي، ولكن ليس محركًا حراريًا).

تعتبر المحركات الحرارية الكيميائية التي تستخدم الهواء (غاز الغلاف الجوي المحيط) كجزء من تفاعل الوقود محركات تتنفس الهواء. تحتاج المحركات الحرارية الكيميائية المصممة للعمل خارج الغلاف الجوي للأرض (مثل الصواريخ والغواصات المغمورة بعمق ) إلى حمل مكون وقود إضافي يسمى المؤكسد (على الرغم من وجود مؤكسدات فائقة مناسبة للاستخدام في الصواريخ، مثل الفلور ، وهو مؤكسد أقوى من الأكسجين نفسه)؛ أو يحتاج التطبيق إلى الحصول على الحرارة بوسائل غير كيميائية، مثل عن طريق التفاعلات النووية .

تنبعث غازات العادم من جميع المحركات الحرارية التي تعمل بالوقود الكيميائي. وتنبعث المياه فقط من أنظف المحركات. وتعني الانبعاثات الصفرية الصارمة عمومًا عدم وجود أي انبعاثات بخلاف الماء وبخار الماء. فقط المحركات الحرارية التي تحرق الهيدروجين النقي (الوقود) والأكسجين النقي (المؤكسد) تحقق الانبعاثات الصفرية وفقًا لتعريف صارم (في الممارسة العملية، نوع واحد من محركات الصواريخ). إذا تم حرق الهيدروجين مع الهواء (جميع المحركات التي تتنفس الهواء)، يحدث تفاعل جانبي بين الأكسجين الجوي والنيتروجين الجوي مما يؤدي إلى انبعاثات صغيرة من NO _x . إذا تم حرق هيدروكربون (مثل الكحول أو البنزين) كوقود، ينبعث CO ₂ ، وهو غاز دفيئة . يمكن أن يتفاعل الهيدروجين والأكسجين من الهواء في الماء بواسطة خلية وقود دون إنتاج جانبي لـ NO _x ، ولكن هذا محرك كهروكيميائي وليس محركًا حراريًا.

اشتُقت كلمة محرك من الكلمة الفرنسية القديمة engin ، من الكلمة اللاتينية ingenium - جذر كلمة مبتكر . كانت أسلحة الحرب ما قبل الصناعية، مثل المقاليع والمقلاع وكباش الضرب ، تُسمى محركات الحصار ، وكانت معرفة كيفية بنائها تُعامل غالبًا على أنها سر عسكري. كلمة gin ، كما في محلج القطن ، هي اختصار لكلمة engine . وُصفت معظم الأجهزة الميكانيكية التي تم اختراعها أثناء الثورة الصناعية بأنها محركات - المحرك البخاري هو مثال بارز. ومع ذلك، فإن المحركات البخارية الأصلية، مثل تلك التي اخترعها توماس سافري ، لم تكن محركات ميكانيكية بل مضخات. وبهذه الطريقة، كانت سيارة الإطفاء في شكلها الأصلي مجرد مضخة مياه، حيث يتم نقل المحرك إلى النار بواسطة الخيول. ^[3]

في الاستخدام الحديث، يصف مصطلح المحرك عادةً الأجهزة، مثل المحركات البخارية ومحركات الاحتراق الداخلي، التي تحرق الوقود أو تستهلكه لأداء عمل ميكانيكي عن طريق ممارسة عزم الدوران أو القوة الخطية (عادةً في شكل دفع ). يُشار عادةً إلى الأجهزة التي تحول الطاقة الحرارية إلى حركة ببساطة باسم المحركات . ^[4] تشمل أمثلة المحركات التي تمارس عزم الدوران محركات البنزين والديزل المألوفة للسيارات، بالإضافة إلى أعمدة التوربينات . تشمل أمثلة المحركات التي تنتج الدفع المحركات التوربينية المروحية والصواريخ .

عندما تم اختراع محرك الاحتراق الداخلي، تم استخدام مصطلح المحرك في البداية لتمييزه عن المحرك البخاري - والذي كان مستخدمًا على نطاق واسع في ذلك الوقت، لتشغيل القاطرات والمركبات الأخرى مثل بكرات البخار . مصطلح المحرك مشتق من الفعل اللاتيني moto والذي يعني "البدء في الحركة" أو "الحفاظ على الحركة". وبالتالي فإن المحرك هو جهاز ينقل الحركة.

المحرك والمحرك قابلان للتبادل في اللغة الإنجليزية القياسية. ^[5] في بعض المصطلحات الهندسية، تحمل الكلمتان معنيين مختلفين، حيث المحرك هو جهاز يحرق أو يستهلك الوقود بطريقة أخرى، ويغير تركيبه الكيميائي، والمحرك هو جهاز يعمل بالكهرباء أو الهواء أو الضغط الهيدروليكي ، والذي لا يغير التركيب الكيميائي لمصدر الطاقة الخاص به. ^{[6] [7]} ومع ذلك، يستخدم علماء الصواريخ مصطلح محرك الصاروخ ، على الرغم من أنها تستهلك الوقود.

قد يعمل المحرك الحراري أيضًا كمحرك أولي - وهو مكون يحول تدفق أو تغيرات ضغط السائل إلى طاقة ميكانيكية . ^[8] قد تستخدم السيارة التي تعمل بمحرك احتراق داخلي محركات ومضخات مختلفة، ولكن في النهاية تستمد جميع هذه الأجهزة قوتها من المحرك. طريقة أخرى للنظر إلى الأمر هي أن المحرك يتلقى الطاقة من مصدر خارجي، ثم يحولها إلى طاقة ميكانيكية، بينما يولد المحرك الطاقة من الضغط (المستمد مباشرة من القوة الانفجارية للاحتراق أو أي تفاعل كيميائي آخر ، أو ثانويًا من تأثير بعض هذه القوة على مواد أخرى مثل الهواء أو الماء أو البخار). ^{[9] [ مصدر أفضل مطلوب ]}

الآلات البسيطة ، مثل الهراوة والمجداف (أمثلة على الرافعة )، تعود إلى عصور ما قبل التاريخ . أما المحركات الأكثر تعقيدًا التي تستخدم القوة البشرية وقوة الحيوانات وقوة المياه وطاقة الرياح وحتى طاقة البخار فتعود إلى العصور القديمة. وقد تركزت القوة البشرية من خلال استخدام محركات بسيطة، مثل الرحوية أو الرافعة أو جهاز المشي ، ومع الحبال والبكرات وترتيبات الكتل والرافعات ؛ وكانت هذه القوة تنتقل عادةً مع مضاعفة القوى وتقليل السرعة . وقد استُخدمت هذه المحركات في الرافعات وعلى متن السفن في اليونان القديمة ، وكذلك في المناجم ومضخات المياه ومحركات الحصار في روما القديمة . ويعامل كتاب تلك الأوقات، بما في ذلك فيتروفيوس وفرونتينوس وبلينيوس الأكبر ، هذه المحركات على أنها شائعة، لذا قد يكون اختراعها أقدم. وبحلول القرن الأول الميلادي، استُخدمت الماشية والخيول في المطاحن ، لتشغيل آلات مماثلة لتلك التي يعمل بها البشر في العصور السابقة.

وفقًا لسترابو ، تم بناء طاحونة تعمل بالماء في كابيريا بمملكة ميثريداتس خلال القرن الأول قبل الميلاد. انتشر استخدام عجلات المياه في الطواحين في جميع أنحاء الإمبراطورية الرومانية على مدى القرون القليلة التالية. كان بعضها معقدًا للغاية، مع قنوات مائية وسدود ومصارف للحفاظ على المياه وتوجيهها، جنبًا إلى جنب مع أنظمة التروس أو العجلات المسننة المصنوعة من الخشب والمعادن لتنظيم سرعة الدوران. استخدمت الأجهزة الصغيرة الأكثر تطورًا، مثل آلية أنتيكيثيرا، سلاسل معقدة من التروس والموانئ لتكون بمثابة تقاويم أو للتنبؤ بالأحداث الفلكية. في قصيدة لأوسونيوس في القرن الرابع الميلادي، ذكر منشارًا لقطع الأحجار يعمل بالماء. يُنسب إلى هيرو الإسكندرية العديد من هذه الآلات التي تعمل بالرياح والبخار في القرن الأول الميلادي، بما في ذلك إيوليبيل وآلة البيع ، وغالبًا ما ارتبطت هذه الآلات بالعبادة، مثل المذابح المتحركة وأبواب المعابد الآلية.

استخدم المهندسون المسلمون في العصور الوسطى التروس في المطاحن وآلات رفع المياه، واستخدموا السدود كمصدر لقوة المياه لتوفير طاقة إضافية لطواحين المياه وآلات رفع المياه. ^[10] في العالم الإسلامي في العصور الوسطى ، جعلت مثل هذه التطورات من الممكن ميكنة العديد من المهام الصناعية التي كانت تتم سابقًا بالعمالة اليدوية .

في عام 1206، استخدم الجزري نظامًا من الكرنك وقضيب التوصيل لاثنين من آلاته لرفع المياه. ووصف تقي الدين ^[11] في عام 1551 وجيوفاني برانكا ^[12] في عام 1629 جهازًا بدائيًا يعمل بالتوربين البخاري. ^[13]

في القرن الثالث عشر، تم اختراع محرك الصواريخ الصلب في الصين. كان هذا الشكل الأبسط من محركات الاحتراق الداخلي، والذي يعمل بالبارود، غير قادر على توفير طاقة مستدامة، ولكنه كان مفيدًا لدفع الأسلحة بسرعات عالية نحو الأعداء في المعركة وفي الألعاب النارية . بعد الاختراع، انتشر هذا الابتكار في جميع أنحاء أوروبا.

كان محرك البخار وات أول نوع من المحركات البخارية يستخدم البخار عند ضغط أعلى بقليل من الضغط الجوي لدفع المكبس بمساعدة الفراغ الجزئي. تم تطوير محرك البخار وات بشكل متقطع من عام 1763 إلى عام 1775، وهو تحسين لتصميم محرك البخار نيوكومن عام 1712 ، وكان خطوة كبيرة في تطوير المحرك البخاري. من خلال تقديم زيادة كبيرة في كفاءة الوقود ، أصبح تصميم جيمس وات مرادفًا للمحركات البخارية، ويرجع ذلك جزئيًا إلى شريكه التجاري ماثيو بولتون . لقد مكن من التطوير السريع للمصانع شبه الآلية الفعالة على نطاق لا يمكن تصوره سابقًا في الأماكن التي لم تكن فيها الطاقة المائية متاحة. أدى التطوير اللاحق إلى ظهور قاطرات البخار والتوسع الكبير في النقل بالسكك الحديدية .

أما بالنسبة لمحركات الاحتراق الداخلي ذات المكبس ، فقد تم اختبارها في فرنسا عام 1807 بواسطة دي ريفاز وبشكل مستقل بواسطة الأخوين نيبس . وقد تم تطويرها نظريًا بواسطة كارنو عام 1824. ^{[ بحاجة لمصدر ]} في عامي 1853-1857، اخترع أوجينيو بارسانتي وفيليس ماتيوتشي محركًا يستخدم مبدأ المكبس الحر، وكان ربما أول محرك رباعي الأشواط. ^[14]

تم اختراع محرك الاحتراق الداخلي الذي حقق نجاحًا تجاريًا لاحقًا خلال عام 1860 بواسطة إتيان لينوار . ^[15]

في عام 1877، كانت دورة أوتو قادرة على إعطاء نسبة قدرة إلى وزن أعلى بكثير من المحركات البخارية وعملت بشكل أفضل بكثير في العديد من تطبيقات النقل مثل السيارات والطائرات.

أضافت أول سيارة ناجحة تجاريًا، والتي ابتكرها كارل بنز ، إلى الاهتمام بالمحركات الخفيفة والقوية. كان محرك الاحتراق الداخلي الخفيف الذي يعمل بالبنزين، والذي يعمل بدورة أوتو رباعية الأشواط، هو الأكثر نجاحًا للسيارات الخفيفة، في حين يتم استخدام محرك الديزل الأكثر كفاءة حراريًا للشاحنات والحافلات. ومع ذلك، في السنوات الأخيرة، أصبحت محركات الديزل ذات الشحن التوربيني شائعة بشكل متزايد في السيارات، وخاصة خارج الولايات المتحدة، حتى للسيارات الصغيرة جدًا.

في عام 1896، حصل كارل بنز على براءة اختراع لتصميمه أول محرك بمكابس متقابلة أفقيًا. أنشأ تصميمه محركًا تتحرك فيه المكابس المقابلة في أسطوانات أفقية وتصل إلى النقطة الميتة العليا في وقت واحد، وبالتالي توازن بعضها البعض تلقائيًا فيما يتعلق بعزم دورانها الفردي. غالبًا ما يشار إلى محركات هذا التصميم باسم محركات "مسطحة" أو "ملاكمة" نظرًا لشكلها وانخفاض ارتفاعها. تم استخدامها في فولكس فاجن بيتل وسيتروين 2CV وبعض سيارات بورشه وسوبارو والعديد من دراجات بي إم دبليو وهوندا النارية . لا تزال المحركات المتقابلة ذات الأربع والست أسطوانات تُستخدم كمصدر للطاقة في الطائرات الصغيرة التي تعمل بالمراوح .

يرجع الاستمرار في استخدام محركات الاحتراق الداخلي في السيارات جزئيًا إلى تحسين أنظمة التحكم في المحرك، مثل أجهزة الكمبيوتر الموجودة على متن السيارة والتي توفر عمليات إدارة المحرك، وحقن الوقود الذي يتم التحكم فيه إلكترونيًا. أدى حث الهواء القسري عن طريق الشحن التوربيني والشحن الفائق إلى زيادة ناتج الطاقة للمحركات ذات الإزاحة الأصغر والتي تكون أخف وزناً وأكثر كفاءة في استهلاك الوقود عند قوة الانطلاق العادية. تم تطبيق تغييرات مماثلة على محركات الديزل الأصغر، مما يمنحها نفس خصائص الأداء تقريبًا مثل محركات البنزين. يتضح هذا بشكل خاص مع شعبية السيارات الأصغر التي تعمل بمحركات الديزل في أوروبا. تنتج محركات الديزل انبعاثات هيدروكربونية وثاني أكسيد الكربون _أقل ، ولكنها تنتج تلوثًا أكبر للجسيمات وأكاسيد النيتروجين ^{، من محركات البنزين. [16] كما أن محركات الديزل أكثر كفاءة} _في استهلاك الوقود بنسبة 40٪ من محركات البنزين المماثلة. ^[16]

في النصف الأول من القرن العشرين، حدث اتجاه لزيادة قوة المحرك، وخاصة في النماذج الأمريكية. ^{[ بحاجة لتوضيح ]} تضمنت تغييرات التصميم جميع الطرق المعروفة لزيادة سعة المحرك، بما في ذلك زيادة الضغط في الأسطوانات لتحسين الكفاءة، وزيادة حجم المحرك، وزيادة معدل إنتاج المحرك للعمل. أدت القوى والضغوط الأعلى الناتجة عن هذه التغييرات إلى خلق مشاكل في اهتزاز المحرك وحجمه مما أدى إلى محركات أكثر صلابة وأكثر إحكاما مع تخطيطات على شكل حرف V وأسطوانات متقابلة تحل محل الترتيبات المستقيمة الأطول.

يتم الوصول إلى كفاءة الاحتراق المثلى في مركبات الركاب عند درجة حرارة سائل التبريد التي تبلغ حوالي 110 درجة مئوية (230 درجة فهرنهايت). ^[17]

في وقت سابق، أنتج تطوير محركات السيارات مجموعة أكبر بكثير من المحركات المستخدمة بشكل شائع اليوم. تراوحت المحركات من تصميمات ذات أسطوانة واحدة إلى 16 أسطوانة مع اختلافات مقابلة في الحجم الكلي والوزن وسعات المحرك وقطر الأسطوانة . تم اتباع أربع أسطوانات وتصنيفات طاقة من 19 إلى 120 حصانًا (14 إلى 90 كيلو واط) في غالبية الموديلات. تم بناء العديد من موديلات ثلاثية الأسطوانات ودورة ثنائية الشوط بينما كانت معظم المحركات ذات أسطوانات مستقيمة أو خطية. كان هناك العديد من موديلات النوع V وماركات أسطوانتين وأربع أسطوانات متقابلة أفقيًا أيضًا. تم استخدام أعمدة الكامات العلوية بشكل متكرر. كانت المحركات الأصغر حجمًا مبردة بالهواء بشكل شائع وتقع في الجزء الخلفي من السيارة؛ كانت نسب الضغط منخفضة نسبيًا. شهدت السبعينيات والثمانينيات اهتمامًا متزايدًا بتحسين الاقتصاد في استهلاك الوقود ، مما تسبب في العودة إلى تصميمات V-6 وأربع أسطوانات أصغر، مع ما يصل إلى خمسة صمامات لكل أسطوانة لتحسين الكفاءة. تعمل سيارة Bugatti Veyron 16.4 بمحرك W16 ، مما يعني أن تصميمي أسطوانات V8 يتم وضعهما بجوار بعضهما البعض لإنشاء شكل W يتشاركان نفس العمود المرفقي.

أكبر محرك احتراق داخلي تم بناؤه على الإطلاق هو Wärtsilä-Sulzer RTA96-C ، وهو محرك ديزل توربيني ثنائي الشوط مكون من 14 أسطوانة، تم تصميمه لتشغيل Emma Mærsk ، أكبر سفينة حاويات في العالم عند إطلاقها في عام 2006. تبلغ كتلة هذا المحرك 2300 طن، وعند تشغيله بسرعة 102 دورة في الدقيقة (1.7 هرتز) ينتج أكثر من 80 ميجاوات، ويمكنه استخدام ما يصل إلى 250 طنًا من الوقود يوميًا.

يمكن تصنيف المحرك وفقًا لمعيارين: شكل الطاقة التي يستقبلها من أجل إحداث الحركة، ونوع الحركة التي ينتجها.

محركات الاحتراق هي محركات حرارية تعمل بحرارة عملية الاحتراق .

محرك الاحتراق الداخلي هو محرك يحدث فيه احتراق الوقود ( الوقود الأحفوري عمومًا ) مع مؤكسد (عادةً الهواء) في غرفة الاحتراق . في محرك الاحتراق الداخلي، يطبق تمدد الغازات ذات درجة الحرارة العالية والضغط العالي ، والتي تنتج عن الاحتراق، قوة مباشرة على مكونات المحرك، مثل المكابس أو شفرات التوربينات أو الفوهة ، وبتحريكها على مسافة، يولد عملًا ميكانيكيًا . ^{[18] [19] [20] [21]}

محرك الاحتراق الخارجي (محرك EC) هو محرك حراري يتم فيه تسخين سائل العمل الداخلي عن طريق احتراق مصدر خارجي، من خلال جدار المحرك أو المبادل الحراري . ثم ينتج السائل ، عن طريق التمدد والتأثير على آلية المحرك، حركة وعملًا صالحًا للاستخدام . [ ^22] ثم يتم تبريد السائل وضغطه وإعادة استخدامه (دورة مغلقة)، أو (أقل شيوعًا) التخلص منه، وسحب السائل البارد (محرك هواء بدورة مفتوحة).

يشير مصطلح " الاحتراق " إلى حرق الوقود باستخدام مؤكسد لتوفير الحرارة. قد تستخدم المحركات ذات التكوين والتشغيل المتشابهين (أو حتى المتطابقين) مصدرًا للحرارة من مصادر أخرى مثل التفاعلات النووية أو الشمسية أو الحرارية الأرضية أو الطاردة للحرارة التي لا تتضمن الاحتراق؛ ولكنها لا تُصنف بعد ذلك على أنها محركات احتراق خارجية، بل محركات حرارية خارجية.

يمكن أن يكون السائل العامل عبارة عن غاز كما في محرك ستيرلينج ، أو بخار كما في محرك البخار أو سائل عضوي مثل الن-بنتان في دورة رانكين العضوية . يمكن أن يكون السائل من أي تركيبة؛ الغاز هو الأكثر شيوعًا، على الرغم من استخدام سائل أحادي الطور في بعض الأحيان. في حالة المحرك البخاري، يتغير السائل بين السائل والغاز.

محركات الاحتراق التي تتنفس الهواء هي محركات احتراق تستخدم الأكسجين الموجود في الهواء الجوي لأكسدة ("حرق") الوقود، بدلاً من حمل مؤكسد ، كما هو الحال في الصواريخ . من الناحية النظرية، من المفترض أن يؤدي هذا إلى نبضة نوعية أفضل من محركات الصواريخ.

يتدفق تيار مستمر من الهواء عبر المحرك الذي يتنفس الهواء. يتم ضغط هذا الهواء وخلطه بالوقود وإشعاله وطرده كغاز عادم . في محركات رد الفعل ، تخرج غالبية طاقة الاحتراق (الحرارة) من المحرك كغاز عادم، والذي يوفر الدفع بشكل مباشر.

أمثلة

تتضمن محركات التنفس الهوائي النموذجية ما يلي:

• محرك ترددي
• محرك بخاري
• توربين غازي
• محرك نفاث يتنفس الهواء
• محرك توربيني
• محرك التفجير النبضي
• نبضة نفاثة
• رام جيت
• سكرامجت
• محرك دورة الهواء السائل / محركات رد الفعل SABRE .

إن تشغيل المحركات عادة ما يكون له تأثير سلبي على جودة الهواء ومستويات الصوت المحيطة . كان هناك تركيز متزايد على ميزات إنتاج التلوث لأنظمة الطاقة في السيارات. وقد أدى هذا إلى خلق اهتمام جديد بمصادر الطاقة البديلة وتحسينات محرك الاحتراق الداخلي. وعلى الرغم من ظهور عدد قليل من المركبات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات ذات الإنتاج المحدود، إلا أنها لم تثبت قدرتها التنافسية بسبب التكاليف وخصائص التشغيل. ^{[ بحاجة لمصدر ]} في القرن الحادي والعشرين، كانت محركات الديزل تتزايد شعبيتها بين أصحاب السيارات. ومع ذلك، فإن محرك البنزين ومحرك الديزل، مع أجهزة التحكم في الانبعاثات الجديدة لتحسين أداء الانبعاثات، لم يواجها تحديًا كبيرًا بعد. ^{[ بحاجة لمصدر ]} قدم عدد من الشركات المصنعة محركات هجينة، تنطوي بشكل أساسي على محرك بنزين صغير مقترن بمحرك كهربائي وبمجموعة بطاريات كبيرة، وقد بدأت هذه المحركات تصبح خيارًا شائعًا بسبب وعيها بالبيئة.

يتكون غاز العادم من محرك الاشتعال بالشرارة مما يلي: النيتروجين 70 إلى 75٪ (من حيث الحجم)، بخار الماء 10 إلى 12٪، ثاني أكسيد الكربون 10 إلى 13.5٪، الهيدروجين 0.5 إلى 2٪، الأكسجين 0.2 إلى 2٪، أول أكسيد الكربون : 0.1 إلى 6٪، الهيدروكربونات غير المحترقة ومنتجات الأكسدة الجزئية (مثل الألدهيدات ) 0.5 إلى 1٪، أول أكسيد النيتروجين 0.01 إلى 0.4٪، أكسيد النيتروز <100 جزء في المليون، ثاني أكسيد الكبريت 15 إلى 60 جزء في المليون، آثار مركبات أخرى مثل إضافات الوقود ومواد التشحيم، وكذلك الهالوجين والمركبات المعدنية، والجسيمات الأخرى. ^[23] أول أكسيد الكربون سام للغاية، ويمكن أن يسبب التسمم بأول أكسيد الكربون ، لذلك من المهم تجنب أي تراكم للغاز في مكان ضيق. يمكن للمحولات الحفازة أن تقلل من الانبعاثات السامة، ولكنها لا تقضي عليها. كما أن انبعاثات الغازات المسببة للانحباس الحراري العالمي، وخاصة ثاني أكسيد الكربون ، الناتجة عن الاستخدام الواسع النطاق للمحركات في العالم الصناعي الحديث تساهم في ظاهرة الاحتباس الحراري العالمي - وهو مصدر قلق أساسي فيما يتعلق بالاحتباس الحراري العالمي .

تحول بعض المحركات الحرارة الناتجة عن العمليات غير الاحتراقية إلى عمل ميكانيكي، على سبيل المثال، تستخدم محطة الطاقة النووية الحرارة الناتجة عن التفاعل النووي لإنتاج البخار وتشغيل محرك بخاري، أو قد يتم تشغيل توربين غازي في محرك صاروخي عن طريق تحلل بيروكسيد الهيدروجين . وبصرف النظر عن مصدر الطاقة المختلف، غالبًا ما يتم تصميم المحرك بنفس طريقة تصميم محرك الاحتراق الداخلي أو الخارجي.

تتضمن مجموعة أخرى من المحركات غير الاحتراقية محركات حرارية صوتية حرارية (تسمى أحيانًا "محركات TA") وهي أجهزة صوتية حرارية تستخدم موجات صوتية عالية السعة لضخ الحرارة من مكان إلى آخر، أو على العكس من ذلك تستخدم فرقًا حراريًا لتحريض موجات صوتية عالية السعة. بشكل عام، يمكن تقسيم المحركات الصوتية الحرارية إلى أجهزة موجة ثابتة وموجة متنقلة. ^[24]

يمكن أن تكون محركات ستيرلينج شكلاً آخر من أشكال المحركات الحرارية غير الاحتراقية. فهي تستخدم دورة ستيرلينج الديناميكية الحرارية لتحويل الحرارة إلى عمل. ومن الأمثلة على ذلك محرك ستيرلينج من النوع ألفا، حيث يتدفق الغاز، عبر جهاز الاسترداد ، بين أسطوانة ساخنة وأسطوانة باردة، متصلتين بمكابس ترددية خارج الطور بمقدار 90 درجة. يتلقى الغاز الحرارة عند الأسطوانة الساخنة ويتمدد، مما يدفع المكبس الذي يدير العمود المرفقي . بعد التمدد والتدفق عبر جهاز الاسترداد، يرفض الغاز الحرارة عند الأسطوانة الباردة ويؤدي انخفاض الضغط الناتج إلى ضغطه بواسطة المكبس الآخر (الإزاحة)، مما يجبره على العودة إلى الأسطوانة الساخنة. ^[25]

عادةً ما يتم تشغيل المحركات غير الحرارية عن طريق تفاعل كيميائي، ولكنها ليست محركات حرارية. ومن الأمثلة على ذلك:

• المحرك الجزيئي – المحركات الموجودة في الكائنات الحية
• محرك جزيئي اصطناعي .

يستخدم المحرك الكهربائي الطاقة الكهربائية لإنتاج الطاقة الميكانيكية ، وعادة ما يكون ذلك من خلال تفاعل المجالات المغناطيسية والموصلات التي تحمل التيار . ويتم إنجاز العملية العكسية، أي إنتاج الطاقة الكهربائية من الطاقة الميكانيكية، بواسطة مولد أو دينامو . غالبًا ما تؤدي محركات الجر المستخدمة في المركبات كلتا المهمتين. يمكن تشغيل المحركات الكهربائية كمولدات والعكس صحيح، على الرغم من أن هذا ليس عمليًا دائمًا. المحركات الكهربائية موجودة في كل مكان، حيث توجد في تطبيقات متنوعة مثل المراوح الصناعية، والمنفاخات والمضخات، وأدوات الآلات، والأجهزة المنزلية، والأدوات الكهربائية ، ومحركات الأقراص . قد تعمل بالتيار المستمر (على سبيل المثال جهاز محمول يعمل بالبطارية أو مركبة آلية)، أو بالتيار المتناوب من شبكة توزيع كهربائية مركزية. يمكن العثور على أصغر المحركات في الساعات الكهربائية. توفر المحركات متوسطة الحجم ذات الأبعاد والخصائص القياسية للغاية طاقة ميكانيكية ملائمة للاستخدامات الصناعية. تُستخدم أكبر المحركات الكهربائية على الإطلاق لدفع السفن الكبيرة، ولأغراض مثل ضواغط خطوط الأنابيب، مع تصنيفات تصل إلى آلاف الكيلووات . يمكن تصنيف المحركات الكهربائية حسب مصدر الطاقة الكهربائية، وحسب بنيتها الداخلية، وحسب تطبيقها.

كان المبدأ الفيزيائي لإنتاج القوة الميكانيكية من خلال تفاعلات التيار الكهربائي والمجال المغناطيسي معروفًا منذ وقت مبكر من عام 1821. وتم تصنيع المحركات الكهربائية ذات الكفاءة المتزايدة طوال القرن التاسع عشر، لكن الاستغلال التجاري للمحركات الكهربائية على نطاق واسع يتطلب مولدات كهربائية فعالة وشبكات توزيع كهربائية.

لتقليل استهلاك الطاقة الكهربائية من المحركات والبصمات الكربونية المرتبطة بها ، قامت العديد من السلطات التنظيمية في العديد من البلدان بإدخال وتنفيذ تشريعات لتشجيع تصنيع واستخدام المحركات الكهربائية ذات الكفاءة العالية. يمكن للمحرك المصمم جيدًا تحويل أكثر من 90٪ من طاقة المدخلات إلى طاقة مفيدة لعقود من الزمن. ^[26] عندما يتم رفع كفاءة المحرك حتى ببضع نقاط مئوية، فإن المدخرات، بالكيلووات في الساعة (وبالتالي في التكلفة)، تكون هائلة. يمكن تحسين كفاءة الطاقة الكهربائية لمحرك الحث الصناعي النموذجي من خلال: 1) تقليل الخسائر الكهربائية في لفائف الجزء الثابت (على سبيل المثال، عن طريق زيادة مساحة المقطع العرضي للموصل ، وتحسين تقنية اللف ، واستخدام مواد ذات موصلية كهربائية أعلى ، مثل النحاس )، 2) تقليل الخسائر الكهربائية في ملف الدوار أو الصب (على سبيل المثال، عن طريق استخدام مواد ذات موصلية كهربائية أعلى، مثل النحاس)، 3) تقليل الخسائر المغناطيسية باستخدام فولاذ مغناطيسي أفضل جودة ، 4) تحسين الديناميكا الهوائية للمحركات لتقليل الخسائر الميكانيكية للانحراف، 5) تحسين المحامل لتقليل خسائر الاحتكاك ، و6) تقليل تحمّلات التصنيع . لمزيد من المناقشة حول هذا الموضوع، انظر الكفاءة الممتازة ).

حسب الاتفاقية، يشير المحرك الكهربائي إلى قاطرة كهربائية للسكك الحديدية ، وليس محركًا كهربائيًا.

تعتمد بعض المحركات على الطاقة الكامنة أو الحركية، على سبيل المثال ، استخدمت بعض القطارات المعلقة وطائرات الجاذبية والحبال الناقلة الطاقة من تحريك المياه أو الصخور، كما تحتوي بعض الساعات على وزن يقع تحت تأثير الجاذبية. تشمل الأشكال الأخرى للطاقة الكامنة الغازات المضغوطة (مثل المحركات الهوائية ) والينابيع ( محركات الساعة ) والأشرطة المطاطية .

شملت محركات الحصار العسكرية التاريخية المقاليع الكبيرة ، والمناجنيات ، و(إلى حد ما) كباش الضرب التي كانت تعمل بالطاقة الكامنة.

المحرك الهوائي هو آلة تحول الطاقة الكامنة في شكل هواء مضغوط إلى عمل ميكانيكي . تقوم المحركات الهوائية عمومًا بتحويل الهواء المضغوط إلى عمل ميكانيكي من خلال الحركة الخطية أو الدورانية. يمكن أن تأتي الحركة الخطية إما من محرك الحجاب الحاجز أو المكبس، بينما يتم توفير الحركة الدورانية إما من خلال محرك هوائي من نوع الريشة أو محرك هوائي بمكبس. لقد وجدت المحركات الهوائية نجاحًا واسع النطاق في صناعة الأدوات اليدوية ويتم إجراء محاولات مستمرة لتوسيع استخدامها في صناعة النقل. ومع ذلك، يجب أن تتغلب المحركات الهوائية على أوجه القصور في الكفاءة قبل أن يُنظر إليها كخيار قابل للتطبيق في صناعة النقل.

يستمد المحرك الهيدروليكي قوته من سائل مضغوط . ويستخدم هذا النوع من المحركات لتحريك الأحمال الثقيلة وتشغيل الآلات. ^[27]

يمكن أن تحتوي بعض وحدات المحرك على مصادر متعددة للطاقة. على سبيل المثال، يمكن للمحرك الكهربائي للسيارة الكهربائية الهجينة القابلة للشحن الحصول على الكهرباء إما من بطارية أو من مدخلات الوقود الأحفوري عبر محرك احتراق داخلي ومولد.

يتم استخدام ما يلي في تقييم أداء المحرك.

تشير السرعة إلى دوران العمود المرفقي في محركات المكبس وسرعة دوارات الضاغط/التوربين ودوارات المحرك الكهربائي. يتم قياسها بعدد الدورات في الدقيقة (rpm).

الدفع هو القوة التي تمارس على الطائرة نتيجة لقيام مروحتها أو محركها النفاث بتسريع الهواء الذي يمر عبرها. وهو أيضًا القوة التي تمارس على السفينة نتيجة لقيام مروحتها بتسريع الماء الذي يمر عبرها.

عزم الدوران هو لحظة دوران على عمود ويتم حسابه عن طريق ضرب القوة التي تسبب اللحظة في مسافتها من العمود.

القوة هي مقياس السرعة التي يتم بها إنجاز العمل.

الكفاءة هي نسبة إنتاج الطاقة المفيدة مقارنة بالمدخلات الإجمالية.

الضوضاء التي تصدرها المركبات تأتي في الغالب من المحرك عند سرعات منخفضة ومن الإطارات والهواء المتدفق عبر المركبة عند سرعات أعلى. ^[28] المحركات الكهربائية أكثر هدوءًا من محركات الاحتراق الداخلي. تصدر المحركات المنتجة للدفع، مثل المحركات التوربينية المروحية والمحركات النفاثة والصواريخ، أكبر قدر من الضوضاء بسبب الطريقة التي تتفاعل بها تيارات العادم عالية السرعة المنتجة للدفع مع الهواء الساكن المحيط. تتضمن تقنية تقليل الضوضاء كاتمات صوت نظام السحب والعادم (مثبطات الصوت) في محركات البنزين والديزل وبطانات تخفيف الضوضاء في مداخل المحركات التوربينية المروحية.

تشمل أنواع المحركات الجديرة بالملاحظة بشكل خاص ما يلي:

• براءة اختراع أمريكية رقم 194,047
• رسوم متحركة مفصلة للمحرك
• محرك رباعي الأشواط يعمل – رسوم متحركة أرشيف 2019-04-25 على موقع Wayback Machine
• رسوم متحركة لمحركات مختلفة
• 5 طرق لإعادة تصميم محرك الاحتراق الداخلي
• مقالة عن محركات SI الصغيرة.
• مقالة عن محركات الديزل المدمجة.
• أنواع المحركات
• المحركات (1915) بقلم جيمس سلاو زيرب.