درسنامه آموزشی دانش فنی پایه مکانیک خودرو کلاس دهم مکانیک خودرو

یکی از مصادیق پیشرفت‌های انقلاب شکوهمند اسلامی در چهل سال گذشته

علوم نانو، ارتقا از رتبۀ 58 به 16 در جهان

وضعیت کشورهای جهان در بخش علوم نانو، در سال 1996 میلادی

وضعیت کشورهای جهان در بخش علوم نانو در سال 2017 میلادی

خواص مواد

شاید تا به حال از خود پرسیده باشید که چرا مواد با هم متفاوت‌اند؟ چرا برخی مواد دارای خواص مکانیکی بهتری هستند؟ چرا یک ماده را به شکل‌های مختلف می‌توان درآورد و برخی دیگر را نه؟ سؤال‌هایی از این دست، ذهن را متوجه تفاوت‌های مواد از نظر خواص می‌کند و ما را در رابطه با علت این تفاوت‌ها، به تفکر بیشتر وادار می‌کند. ساختار مواد ارتباط بین اتم‌ها، یون‌ها و مولکول‌های تشکیل دهندهٔ آن ماده را مشخص می‌کند که این نحوهٔ اتصال
اتم‌ها و نوع پیوند بین آنها نیز یکی از عوامل تعیین‌کنندۀ خواص مواد است. خواص مواد به مواردی از قبیل شیمیایی، فیزیکی، مکانیکی، تکنولوژیکی، الکتریکی و مغناطیسی تقسیم می‌شوند.

خواص شیمیایی مواد

خواص شیمیایی یک ماده، مخصوص همان ماده است و با تغییر مواد، خواص شیمیایی آن نیز تغییر می‌کند. به عبارتی با کمک این ویژگی‌ها، می‌توان یک نوع ماده را از سایر مواد متمایز کرد. خواص شیمیایی ماده تنها با مشاهده قابل تشخیص نیستند؛ بلکه می‌توان اثرات آنها را علاوه بر مشاهده از طریق سایر حواس پنج‌گانه نیز شناخت.

مهم‌ترین خواص شیمیایی را در شکل 1 مشاهده می‌کنید.

واکنش پذیری

قابلیت انحلال یا ترکیب شدن مواد با یکدیگر را واکنش‌پذیری گویند. این خاصیت از خواص شیمیایی ماده است؛ به‌عنوان مثال هنگامی که فلز آهن در معرض هوا قرار گرفته باشد، با اکسیژن واکنش نشان می‌دهد و در اثر آن یک پوستۀ قهوه‌ای رنگ اکسید آهن روی سطح آن شکل می‌گیرد.

قابلیت اشتعال

سرعت ترکیب مواد با اکسیژن و مقدار گرمای تولید شده را که موجب سوختن آن می‌شود قابلیت اشتعال گویند. مواد حاصل از این سوختن برای مواد گوناگون متفاوت است. مواد به وجود آمده از سوختن بنزین در حالت ایده‌آل دی اکسیدکربن و بخار آب خواهد بود.

الکترولیز

جداسازی عناصر در پیوند‌های شیمیایی به کمک جریان الکتریکی را الکترولیز می‌گویند. به‌طور مثال در زمان شارژ باتری خودرو عمل الکترولیز صورت می‌پذیرد.

انحلال پذیری

قابلیت حل شدن در یک حلال از خواص شیمیایی ماده به شمار می‌رود. خاصیت چربی و رسوب زدایی قطعات مکانیکی توسط ترکیبات شیمیایی یا مواد شوینده نمونه‌ای از انحلال پذیری است.

خواص فیزیکی ماده

خواص فیزیکی مواد، به ساختمان اتمی آنها بستگی دارد. نوع پیوند میان اتم‌ها و چگونگی قرارگرفتن آنها در کنار یکدیگر از مواردی است که بر خاصیت مواد اثر مستقیم دارد. مهم‌ترین این خواص را در شکل 3 مشاهده می‌کنید.

نقطهٔ ذوب

نقطهٔ ذوب، درجهٔ حرارتی است که مادهٔ جامد در آن درجه حرارت به حالت مایع تبدیل می‌شود. برای مثال این درجهٔ حرارت در فشار یک اتمسفر برای یخ، صفر درجهٔ سانتی‌گراد است. مواد و عناصر به صورت خالص دمای ذوب ثابتی دارند.

انبساط حرارتی

بیشتر مواد جامد با افزایش درجهٔ حرارت، افزایش ابعاد (طول، عرض و ارتفاع) می‌دهند و با کاهش درجهٔ حرارت (سرد شدن) ابعاد آنها کاهش می‌یابد. هر ماده‌ای دارای ضریب انبساط حرارتی خطی، سطحی و حجمی مربوط به خود است که در بسیاری از کاربردهای مهندسی، این ضریب از اهمیت خاصی برخوردار است. به عنوان مثال تغییر طول سوپاپ بر اثر حرارت احتراق موتور یکی از آثار انبساط حرارتی است.

جرم مخصوص

جرم واحد حجم هر ماده را جرم مخصوص گویند. جرم مخصوص هر ماده مقدار ثابتی است که به نوع و ساختمان ماده بستگی دارد. مفهوم جرم مخصوص را می‌توان در عملکرد ابزار اندازه‌گیری مایعات خودرو (هیدرومتر) مشاهده کرد.

قابلیت هدایت جریان الکتریکی

میزان سهولت در عبور حرارت یا جریان الکتریکی، از خصوصیات مهم مواد است. چنانچه ماده‌ای قابلیت عبور جریان الکتریکی یا حرارتی را داشته باشد آن را رسانا و در صورتی که ماده‌ای این قابلیت را نداشته باشد به آن نارسانا گویند.

در حقیقت هر قدر ماده‌ای رساناتر باشد، الکترون‌های آزادِ حامل انرژی الکتریکی و حرارتی در آن ماده بیشتر است و در برابر عبور جریان الکتریکی مقاومت کمتری ایجاد می‌کنند.

هدایت گرمایی

توانایی انتقال گرما از نقطه‌ای به نقطۀ دیگر در یک ماده را قابلیت هدایت گرمایی گویند. هر قدر این قابلیت بیشتر باشد، ماده با اتلاف انرژی کمتری گرما را از خود عبور می‌دهد. یکی از مهم‌ترین موارد کاربرد قابلیت هدایت حرارتی استفاده از رادیاتورهای آلومینیومی یا مسی در خودرو است.

خواص مکانیکی مواد

مقاومت در برابر هر نوع نیروی خارجی مانند کششی، فشاری، پیچشی، خمشی، برشی، سایشی را خواص مکانیکی مواد گویند.

خواص مکانیکی زیر مجموعهٔ خواص فیزیکی محسوب شده و در علم مهندسی، قطعات طوری طراحی می‌شوند که بتوانند نیروهای مختلفی را تحمل کنند و اعمال نیرو و میزان آن تا جایی ادامه پیدا می‌کند که قطعه یا جزء مورد نظر به تغییر شکل دائم و یا شکست نرسد. رابطهٔ میان نیرو و تغییر شکل را بیشتر توسط خواص مکانیکی مواد می‌سنجند.

استحکام

استحکام میزان مقاومت یک جسم در برابر تغییر شکل دائمی، بر اثر اعمال نیروهای خارجی وارد بر جسم است. در این رابطه استحکام فشاری و کششی از مهم‌ترین مفاهیمی هستند که مورد بررسی قرار می‌گیرند.

استحکام کششی به بیان میزان مقاومت یا توانایی جسم در تحمل نیروهای کششی، بدون آنکه گسستگی یا شکست رخ دهد، گفته می‌شود. امکان افزایش استحکام کششی از طریق آلیاژسازی و عملیات حرارتی به وجود می‌آید.

استحکام فشاری به میزان توانایی یک جسم در تحمل نیروهای فشاری، بدون آنکه شکسته شود، گفته می‌شود.

به عنوان مثال می‌توان به وضعیت نیروهای فشاری و کششی اعمال شده به شاتون و پیستون موتور احتراقی اشاره کرد.

جدول 1 استحکام کششی تعدادی از مواد را نشان می‌دهد.

جدول 1 مواد گوناگون و استحکام هر یک از آن‌ها

ماده	استحکام (نیوتن بر مترمربع)
چوب	2 تا 12
پلیمر	60 تا 100
آلومینیوم و آلیاژهای آن	100 تا 600
مس و آلیاژهای آن	80 تا 1000
آهن و فولادکربنی	250 تا 1300
فولادهای آلیاژی	500 تا 1800

سختی

میزان مقاومت یک ماده در برابر نفوذ اجسام خارجی را سختی آن ماده می‌نامند، هر چقدر سختی یک ماده بیشتر باشد، مقاومت به نفوذ آن نیز بیشتر خواهد بود. سختی یکی از موارد استحکام (خواص مکانیکی) است و هر چقدر سختی بیشتر شود، استحکام نیز افزایش خواهد یافت. از طرفی می‌توان انتظار داشت که ماده سخت به راحتی در مواد دیگری که دارای سختی کمتری از آن هستند، نفوذ کند.

شکل پذیری

توانایی یک ماده در تغییر شکل با کمترین انرژی و بدون شکسته شدن را شکل‌پذیری گوییم. در حقیقت رابطهٔ مستقیمی میان ازدیاد طول و شکل‌پذیری وجود دارد و هر ماده‌ای که بتواند در برابر نیروهای وارده افزایش طول و یا مقدار خمش بیشتری داشته باشد را ماده شکل‌پذیر (نرم) گویند.

فولادها، تا یک پنجم طول خود قابلیت ازدیاد طول دارند و این در حالی است که چدن تنها یک درصد ازدیاد طول را تحمل می‌کند. ترموپلاستیک‌ها که خانواده‌ای از پلیمرها هستند، می‌توانند تا چند برابر طول خود کشیده شوند؛ بنابراین از مواد بسیار شکل پذیری به حساب می‌آیند. با توجه به جدول 2 می‌توان دریافت که چرا برای تولید قطعات ظریف که به استحکام چندانی نیاز ندارند، ترجیح می‌دهند از فلزات نرم (مس، آلومینیوم) و یا مواد پلیمری استفاده کنند.

جدول 2- مواد گوناگون و ازدیاد طول آنها

ماده	درصد ازدیاد طول آن
سرامیک	0
شیشه	0
فولاد	18-25
روی و آلیاژهای مس	10-100
مس	55

تردی (شکنندگی)

موادی را که تحمل تغییر شکل یا ضربه مکانیکی را ندارند و با وارد کردن نیروی کمی می‌شکنند، مواد ترد یا شکننده می‌نامند. با افزایش سختی مواد، تردی و شکنندگی آنها نیز افزایش می‌یابد؛ ولی شکل‌پذیری آنها به همان نسبت کاهش می‌یابد. شیشه از بارزترین مثال‌های مواد ترد است. سرامیک‌ها و ابزارهای براده برداری از جمله مواد ترد و شکننده هستند.

چقرمگی

مقاومت در برابر شکست بر اثر مصرف انرژی لحظه‌ای (مانند ضربه) را چقرمگی گویند. مادهٔ چقرمه ماده‌ای است که در برابر شکل‌پذیری در اثر نیرو یا شکست در اثر ضربه مقاومت بیشتری می‌کند. مواد ترد مثل شیشه از چقرمگی بسیار پایینی برخوردار هستند. هرگاه در اثر ضربه یک ترک کوچک ایجاد شود این ترک به سرعت در تمام سطح آن گسترش می‌یابد. هر چقدر ماده، بیشتر بتواند بدون آنکه بشکند انرژی ضربه را درون خود از بین ببرد، آن ماده چقرمه‌تر خواهد بود. استفاده از پلیمر، کامپیوزیت در سپر اتومبیل نیز به دلیل چقرمگی بالای آنها نسبت به فلزات است، در نتیجه می‌تواند ضربه را در درون خود مستهلک سازد. به‌طور خلاصه می‌توان گفت چقرمگی عکس تردی و شکنندگی است.

مواد فلزی

1. فلزات آهنی

1-1- آهن

آهن (Fe) فلزی است خاکستری که به‌صورت خالص در طبیعت یافت نمی‌شود و در پوسته زمین بیشتر به‌صورت ترکیب با عناصر دیگر به ویژه اکسیژن وجود دارد. آهن فراوان‌ترین عنصر تشکیل‌دهندهٔ هستهٔ زمین و چهارمین عنصر تشکیل‌دهندهٔ پوسته زمین است. آهن خالص به دلیل نرم بودن و نداشتن استحکام در صنایع کاربرد ندارد و معمولاً همراه با عناصر آلیاژی مانند کربن و سیلیسیم و گاه عناصری مانند گوگرد و فسفر به کار برده می‌شود.

1-2- فولاد

برای افزایش استحکام آهن از روش‌های تولید آلیاژهای متنوع استفاده می‌کنند. به همین منظور مهم‌ترین عنصر آلیاژی که بر استحکام آن تأثیر عمده‌ای دارد کربن است. شکل 17 طبقه‌بندی مواد آهنی را از نظر درصد کربن نشان می‌دهد، آلیاژهایی از آهن ساده کربنی، که معمولا کمتر از 2/06 درصد (در عمل 1/7 درصد) کربن دارد را فولاد می‌نامند.

از مهم‌ترین کاربرد فولاد آلیاژی در خودرو می‌توان به قطعاتی مانند شاتون، سوپاپ، میل پلوس، چرخ دنده، فنرها، شفت‌ها، پیچ و مهره‌ها اشاره کرد.

1-3- چدن

چدن‌ها دسته‌ای دیگر از آلیاژهای آهنی هستند که در حین تولید و یا با عملیات حرارتی توانایی تولید کربن آزاد (گرافیت) را دارند. چدن‌ها خواص کاملاً متنوعی نسبت به فولادها دارند که به روش ریخته‌گری تولید می‌شوند و مهم‌ترین وجه تمایز فولاد و چدن در نحوهٔ شکل‌پذیری آنهاست. مقدار کربن در چدن بین 2/06 تا 6/67 درصد وزنی است، که با ترکیب بیش از 4/5 درصد وزنی کربن، بسیار شکننده هستند. وجود گرافیت آزاد در چدن مشکل تغییر حجم قطعات در اثر گرما و سرما را کاهش می‌دهد و همچنین حرارت ذوب را در تولید و ریخته‌گری نسبت به فولاد پایین می‌آورد، از این جهت قطعات با خواص مشابه را با قیمت ارزان‌تری در اختیار صنعت می‌گذارد.

ساختمان و خواص چدن‌ها بسیار متنوع است، با وجود این می‌توان آنها را به گروه‌های زیر طبقه‌بندی کرد:

شکل 20- مزایا و معایب و کاربرد انواع چدن در خودرو

انواع چدن	ویژگی	مزایا	معایب	کاربرد در خودرو
چدن خاکستری	رنگ محل شکست خاکستری	- تولید مقاطع پیچیده و نازک - مقاومت سایشی بالا - تراش‌پذیری عالی - قدرت بالای جذب ارتعاش - قابلیت براده برداری بالا - ضریب اصطکاک کم	حساس‌بودن در برابر کشش و ضربه	- بلوکۀ سیلندر - محفظۀ دیفرانسیل
چدن سخت (سفید)	کربن در چدن‌های سخت به‌صورت گرافیت وجود ندارد. مقطع شکست به رنگ سفید نقره‌ای است.	- مقاومت در برابر - سایش بالا	براده برداری سخت	سطوح سخت شدۀ قطعات (مانند میل سوپاپ، میل لنگ، استکان تایپیت)
چدن نشکن (داکتیل)	حاوی کربن آزاد (گرافیت) کروی شکل است.	- دارای استحکام - ضربه‌پذیری خوب - چقرمگی - ماشین کاری عالی	مقاومت سایشی کمتر نسبت به چدن خاکستری و سفید	- هوزینگ دیفرانسیل - نگهدارندۀ محور چرخ (سگدست چرخ)

2. فلزات غیرآهنی

2-1- آلومینیوم

آلومینیوم (Al) فلزی سبک است که به وفور در طبیعت یافت می‌شود. آلومینیوم 8 درصد از کل پوستۀ زمین را تشکیل می‌دهد که وجود آن در طبیعت به صورت ترکیب با سایر عناصر به ویژه اکسیژن است. آلومینیوم به سرعت اکسید شده و تولید اکسید آلومینیوم ${\text{(A}}{{\text{l}}_2}{{\text{O}}_3})$ متراکم در سطح قطعات می‌کند که از خوردگی لایه‌های زیرین جلوگیری می‌کند. آلومینیوم به‌صورت خالص از استحکام بالایی برخوردار نیست به همین دلیل برای افزایش استحکام آن از عناصر دیگری مانند مس، روی، منیزیم و سیلیسیم برای تولید آلیاژ آلومینیوم استفاده می‌کنند. یکی از مهم‌ترین آلیاژهای این فلز آلیاژ آلومینیوم - منیزیم است که در ساخت بدنۀ هواپیما و در و پنجره سازی کاربرد فراوان دارد.

2-2- مس

مس (Cu) یکی از عناصر فلزی است که به دلیل کاربرد آن در صنایع الکتریکی بیشتر به صورت خالص به‌کار می‌رود و آلیاژهای آن مصرف کمتری دارند. مس در حالت خالص دارای ضریب هدایت الکتریکی بالاتری نسبت به آلومینیوم است. قابلیت شکل‌پذیری و چکش‌خواری مس نیز بسیار مطلوب است، به‌طوری که قطعات تولید شده از این عنصر به روش‌های کوره کاری (فورجینگ) و کشش عمیق را با هیچ عنصر دیگری نمی‌توان مقایسه کرد. از مس عموماً در سیستم برق خودرو مانند سیم پیچی الکتروموتور، تهیۀ کابل، قطعات الکتریکی و اتصالات مدار برقی استفاده می‌شود.

2-3- سایر فلزات غیرآهنی

جدول زیر سایر فلزات غیرآهنی و کاربرد آن را در خودرو بیان می‌کند.

جدول 3- فلزات غیرآهنی و کاربرد آنها در خودرو

عناصر		کاربرد	عناصر		کاربرد
Ni	نیکل	روکش فلزی، عنصر آلیاژی در ساخت فولاد فنر	Zr	زیرکونیم	سنسور اکسیژن خودرو
Cr-Zn	کرم، روی	روکش فلزی	Sb	انتی موان	باتری، یاتاقان، بوش
Sn	قلع	لحیم کاری	Mo	مولیبدن	باتری، یاتاقان
Pb	سرب	لحیم، باتری	V	وانادیوم	شاتون
Ag	نقره	پلاتین رله‌ها (کنتاکتورها)	Ti	تیتانیوم	شاتون، سوپاپ
W	تنگستن	فیلمان لامپ‌های رشته‌ای	Ge	ژرمانیوم	دیودها، ترانزیستور

2-4- آلیاژهای فلزی غیرآهنی پرکاربرد در خودرو

جدول 4- آلیاژهای فلزی غیرآهنی و نمونه‌هایی از کاربرد آنها در خودرو

آلیاژ	عناصر آلیاژی	کاربرد
آلیاژ آلومینیوم	آلومینیوم، سیلیسیم، مس، منیزیم، منگنز	سر سیلندر، بلوکه سیلندر، پوسته جعبه دنده، رینگ چرخ
زاماک	روی، مس، آلومینیوم، منیزیم	دستگیره در، زه چراغ‌ها
بابیت	قلع، سرب، روی	یاتاقان‌ها
برنز	مس، قلع	بوش‌ها
فسفر برنز	فسفر، برنز	بوش‌ها، یاتاقان‌ها، واشرها
برنج	مس، روی	رادیاتور، واشر آب بندی، سر سیم اتصالات الکتریکی

خواص تکنولوژیکی مواد فلزی

1- قابلیت چکش‌خواری فلزات

توانمندی تغییر شکل مواد را به کمک نیروی فشاری و ضربه، قابلیت چکش‌خواری می‌نامند. به عنوان مثال فولاد، مس و برنج را می‌توان تحت تأثیر نیروی فشاری و ضربه تغییر شکل داد و عملیاتی مانند نورد، خم‌کاری و کوره‌کاری (فورجینگ) را روی آنها انجام داد (شکل 25).

2- قابلیت ریخته‌گری فلزات

برخی از مواد را می‌توان به خوبی توسط فرایند ریخته‌گری تولید کرد. این مواد به دلیل خاصیت سیالیت خوبشان در حالت مذاب، مقاطع نازک را در قالب‌های ریخته‌گری به خوبی پر می‌کنند. پرکاربردترین این مواد که در خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرد چدن و آلومینیوم است (شکل 26).

3- قابلیت جوشکاری فلزات

موادی که بتوان آنها را به کمک حرارت (یا حرارت توأم با فشار) و نیز با استفاده از الکترود، به صورت مذاب به یکدیگر متصل کرد دارای قابلیت جوشکاری هستند، فولادها و بعضی فلزات غیرآهنی قابلیت جوشکاری دارند (شکل 27).

4- قابلیت براده برداری فلزات

موادی را که بتوان با سرعت زیاد و نیروی کم برای تولید قطعات، ماشین کاری (براده‌برداری) کرد را موادی با قابلیت براده برداری گویند (شکل 28).

5- قابلیت عملیات حرارتی

گرم کردن قطعات مکانیکی تا درجه حرارت معین و نگهداری در آن درجه حرارت در مدت زمان معین و سپس سرد کردن آن در محیط مشخص را عملیات حرارتی گویند. این عملیات جهت تغییر فاز، تغییر شکل یا اندازهٔ دانه‌های فلزی برای بهبود خواص مکانیکی، الکتریکی، مغناطیسی و شیمیایی قطعات است.

فلزات، سرامیک‌ها و آلیاژها این قابلیت را دارند که با گرم کردن و سرد کردن زمان‌بندی شده، خواص مکانیکی و فیزیکی مطلوب را در طول عملیات حرارتی به دست آورند. دلایل استفاده از عملیات حرارتی که روی قطعات ایجاد می‌شود عبارت‌اند از:

پوشش دهی

ایجاد پوشش روی ساخته‌های صنعتی از اهمیت بسیاری برخوردار است که علاوه‌بر زیباسازی سطوح قابل رؤیت، اهداف کلی از قبیل مقاومت در برابر خوردگی، زنگ‌زدگی و افزایش استحکام را در بر خواهد داشت. پوشش‌دهی عموماً به صورت غیرفلزی (رنگ‌ها که در مباحث بعدی به آنها پرداخته شده) و فلزی که عبارت‌اند از:

1- پوشش‌دهی گالوانیزۀ فولادها

گالوانیزه پوشش فلز روی (Zn) بر سطح فولاد است که بسته به شکل و کاربرد آن قطعه به روش‌های مختلفی صورت می‌گیرد.

2- پوشش دهی کروماته

عملیات کروماتۀ براق که عموماً به روش الکتروشیمیایی روی قطعات فولادی مانند انواع پیچ و مهره، واشرها، بست و براکت‌ها و... جهت جلوگیری از زنگ زدگی صورت می‌پذیرد و بر حسب نوع مواد و عملیات به رنگ‌های براق مختلف مانند نقره‌ای، زیتونی، مشکی و طلایی روی سطوح ایجاد می‌شود.

3- پوشش‌دهی داکرومات

در پوشش‌دهی کروماته بعضاً مشکلاتی برای قطعات و یا محیط زیست ایجاد می‌شود که امروزه با تغییراتی در روش و نوع مواد به‌کار رفته آثار این مشکلات کمتر شده، همچنین علاوه‌بر جلوگیری از زنگ‌زدگی و خوردگی به استحکام بخشی قطعه نیز کمک می‌کند. این پوشش‌دهی که نام آن داکرومات است، عموماً به دو رنگ نقره‌ای مات و مشکی مات دیده می‌شوند.

مواد غیر فلزی

پلیمرها (بَسپار)

پلیمرها مولکول‌های بزرگی هستند که از اتصال مولکول‌های کوچک (مونومر) به یکدیگر ایجاد می‌شوند. تعداد زیادی از پلیمرها دارای پایه آلی هستند که از ترکیب عنصر کربن با عناصری همچون هیدروژن، نیتروژن و کلر و فلوئور تولید می‌شود.

پلیمرها به دو صورت طبیعی و مصنوعی وجود دارند؛ به عنوان مثال برای پلیمر طبیعی می‌توان سلولز (چوب) و کائوچو و برای پلیمر مصنوعی لاستیک‌های مصنوعی، باکلیت‌ها و نایلون‌ها را نام برد.

از پلیمرهای بسیار رایج می‌توان به پلاستیک‌ها مانند پلی پروپیلن PP، پلی اتیلن PE، پلی آمید PA و پلی وینیل کلراید (P.V.C) اشاره کرد.

1- پلاستیک‌ها

پلاستیک‌ها مواد مصنوعی هستند که به دلیل خواصی مانند سبکی، عایق بودن حرارت و جریان الکتریکی، در صنعت کاربردهای فراوانی دارند. پلاستیک‌ها از نقطه نظر ساختاری از دستهٔ پلیمرها هستند که از منابعی مانند گیاهان، نفت خام و ضایعات حیوانی به دست می‌آید.

مهندسان و طراحان، پلاستیک‌ها را به دلیل وجود ترکیبی از خواص متنوع مانند سبکی، سختی و انعطاف‌پذیری، مقاومت در مقابل خوردگی، رنگ‌پذیری، شفافیت، سهولت شکل‌پذیری مورد توجه قرار می‌دهند.

پلاستیک‌ها به سه دستهٔ ترموپلاست‌ها، ترموست‌ها و الاستومرها (لاستیک) تقسیم می‌شوند.

1-1- ترموپلاست‌ها (گرما نرم)

این گروه از پلاستیک‌ها در اثر اعمال حرارت تغییر شکل می‌دهند، با اعمال نیرو، شکل مورد نظر را پیدا می‌کنند و با سرد شدن شکل جدید خود را حفظ می‌کنند. 90 درصد پلاستیک‌ها در حال حاضر از این گروه مواد هستند. این گروه از پلاستیک‌ها به راحتی قابلیت بازیافت دارند و استفادۀ مجدد از آنها بدون آنکه خواص آنها تغییر کند، امکان پذیر است. از مهم‌ترین پلاستیک‌های این گروه می‌توان به پلی اتیلن (PE) و پلی وینیل کلراید (P.V.C) اشاره کرد.

2-1- ترموست‌ها (گرماسخت)

به پلیمرهایی گفته می‌شود که علاوه‌بر پیوندهای طولانی در اثر اعمال حرارت در آنها پیوندهای عرضی با واکنش‌های شیمیایی ایجاد می‌شود و در نتیجه وزن مولکولی متوسط آنها بالا رفته و به حالت یکپارچه در می‌آیند. معمولاً این رزین‌های مایع پس از ترکیب با سخت‌کننده یا خشک‌کن و یا عامل تسریع‌کننده واکنش (کاتالیست)، شروع به واکنش غیرقابل برگشت کرده و سخت می‌گردند.

از مهم‌ترین ترموست‌ها می‌توان فنل فرمالدئید که با نام تجاری باکالیت شناخته می‌شود، نام برد. این پلیمر بسیار سخت و شکننده، ولی مقاوم به حرارت و جریان الکتریکی است و در صنایع برق و الکترونیک به عنوان عایق کاربرد وسیعی دارد. این ماده در ساخت و تولید کلیدها و پریزهای برق مصرف زیاد دارد.

3-1- الاستومرها (لاستیک)

الاستومر به پلیمری گفته می‌شود که خاصیت کشسانی (ارتجاعی) داشته باشد، بدین مفهوم که در اثر نیرو تغییر شکل پیدا می‌کند و پس از رفع نیرو به شکل اولیۀ خود بر می‌گردد. به الاستومر، کائوچو (Caoutchouc) نیز گفته می‌شود.

لاستیک‌ها به شکل خام خواص مطلوبی ندارند ولی با کمک فرایندهای مختلف آن را به محصول قابل استفاده تبدیل می‌کنند.

لاستیک طبیعی یا کائوچو دارای ساختار زنجیره‌ای بسیار بلند و پیچیده است؛ ولی لاستیک‌های مصنوعی دارای ساختارهای بسیار کوتاه هستند که با پلیمریزاسیون مونومرها (پلیمر کردن در اثر فشار و سرد کردن) به دست می‌آید. لاستیک طبیعی به خاطر کاربردهای خیلی زیادش جایگاه مهمی در بازار دارد. برخی از کاربردهای آن شامل ساختن تایر برای استفاده در ماشین‌های مسابقه، کامیون‌ها، اتوبوس‌ها و هواپیماهاست. برای بالا بردن استحکام لاستیک تایر، گوگرد را به لاستیک طبیعی (کائوچو) اضافه می‌کنند و حرارت می‌دهند که به این عمل ولکانیزاسیون گویند.

2- کامپوزیت‌ها

کامپوزیت‌ها، موادی چندجزئی هستند که خواص آن پس از ساخت، از هر کدام از اجزای تشکیل‌دهندهٔ آن بهتر است. ضمن اینکه اجزای مختلف آن خواص خود را نیز حفظ می‌کنند و کارایی یکدیگر را بهبود می‌بخشند. معمولاً کامپوزیت‌ها از یک جزء زمینه و یک جزء تقویت‌کننده تشکیل شده‌اند. یکی از مرسوم‌ترین و پرکاربردترین کامپوزیت‌ها، فایبرگلاس است. فایبرگلاس یک کامپوزیت با زمینه پلیمری است که توسط الیاف شیشه تقویت شده است. کامپوزیت‌ها به سه دستهٔ کامپوزیت‌های زمینه فلزی، سرامیکی، پلیمری تقسیم‌بندی می‌شوند.

کاربرد کامپوزیت‌ها در صنعت خودرو سازی

به علت مزایایی که قطعات کامپوزیتی نسبت به قطعات فلزی دارند و صرفه‌جویی‌های اقتصادی که در اثر استفاده از آنها ایجاد می‌شود، هر روز قطعات بیشتری از خودرو به قطعات کامپوزیتی تبدیل می‌شود. کامپوزیت‌های مورد استفاده در صنعت خودرو بیشتر از نوع کامپوزیت‌های زمینهٔ پلیمری هستند. این کامپوزیت‌ها از مواد ترموست و ترموپلاستیک تشکیل شده‌اند که توسط الیاف شیشه یا کربن و هر مادة دیگری، جهت هدف خاصی تقویت می‌شوند.

3- فوم

فوم جسمی است که از دو فاز مختلف گاز و جامد تشکیل شده است. در مورد فوم‌های پلیمری فاز جامد از پلیمر ساخته شده است و داخل آنها فضای تو خالی کوچکی است که در حین ساخت، توسط گاز در داخل پلیمر ایجاد می‌شود.

فوم در زبان انگلیسی به معنای کف است و در دانش پلیمر به موادی اطلاق می‌شود که از یک مادهٔ پلیمری به عنوان بستر و حباب‌های گاز به عنوان جزء دوم، تشکیل شده است. به‌طور کلی می‌توان فوم‌ها یا اسفنج‌ها را موادی با ساختار سلولی نامید که چگالی آن به دلیل حضور یک گاز درون بستر پلیمری کاهش یافته است. نوع حباب‌های (سلول) فوم شدیدا خواص مکانیکی و حرارتی فوم‌های پلیمری را تغییر می‌دهد.

چسب‌ها

یکی از قدیمی‌ترین روش‌های اتصال اجسام به یکدیگر استفاده از چسب بوده است. آثار گذشته نشان می‌دهد که حدود سه هزار سال قبل از چسب استفاده می‌شده است. چسب ماده‌ای پلیمری است که می‌تواند بین دو سطح جامد توسط لایهٔ نازکی، اتصال چسبی به وجود آورد. سطوح اتصال ممکن است از طریق جذب فیزیکی (برای مثال نیروهای بین سطحی) و یا جذب شیمیایی به یکدیگر اتصال یابند.

هر چند در گذشته صحافان از چسب، برای چسباندن قطعات چوبی و یا اشیای کاغذی استفاده می‌کردند؛ اما به تدریج دامنۀ کاربرد آن گسترش یافت. به‌طوری که امروزه به جای استفاده از میخ، پیچ، بست، لحیم و جوش دادن در ساخت، تولید و مونتاژ قطعات از چسب‌های گوناگون و ویژه‌ای استفاده می‌شود.

انواع چسب‌ها و کاربرد آن‌ها در خودرو

ردیف	نام چسب	نوع طبقه بندی	کاربری	تصویر
1	نوار چسب برق	الاستومر	اتصالات سیم‌های برق
2	چسب دوقلو	ترموست	اتصال قطعات
3	چسب فوری	ترموست	اتصالات قطعات
4	چسب سیلیکونی	ترموپلاست	درزبندی و آب‌بندی قطعات
5	چسب پولی اورتان	الاستومر	ارتعاش‌گیر قطعات بدنه خودرو
6	چسب قفل‌کننده اتصالات (هوازی)	ترموست	پیچ و مهره‌های خودرو در تماس با هوا
7	چسب قفل‌کننده اتصالات پیچ ومهره‌ای (بی هوازی)	ترموست	پیچ و مهره‌های خودرو بدون تماس با هوا

رنگ خودرو

افزایش روزافزون تعداد خودروها و تنوع رنگ آنها باعث شده رنگ خودروها از نظر کمی و کیفی وسعت بیشتری پیدا کند. همان طور که در اهداف پوشش‌دهی ذکر شد، هدف اصلی جلوگیری از زنگ زدگی و خوردگی قطعات آهنی است، در پوشش دهی‌های غیرفلزی که عموماً به رنگ‌ها معطوف می‌شود علاوه بر این هدف، زیبایی سطوح حتی در قطعات غیر آهنی مورد توجه است.

انواع رنگ در صنعت خودرو

به‌طور کلی در صنعت خودرو رنگ‌ها به دو گروه اصلی زیر تقسیم می‌شوند:

الف) رنگ‌های ترموپلاست
ب) رنگ‌های ترموست

رنگ‌های ترموپلاست

این نوع رنگ‌ها شامل رنگ‌های روغنی، رنگ‌های تینر فوری و رنگ‌های آب حلال‌اند، که با فرایند حرارت نرم شده است. رزین رنگ‌های ترموپلاست با حرارت نرم شده و خاصیت پلاستیکی پیدا می‌کنند و در حلال نیز قابل انحلال هستند. عامل خشک‌کن آن‌ها نیز فیزیکی بوده و از طریق تبخیر تینر موجود در رنگ خشک می‌شوند. در حالی که در رنگ‌های آب حلال، آب موجود در آنها تبخیر شده و باعث خشک‌شدن آنها می‌گردد.

رنگ‌های ترموست

این نوع رنگ‌ها به اصطلاح شامل رنگ‌های دو جزئی هستند. رزین این نوع رنگ‌ها، در فرایند شیمیایی که شامل افزودن خشک‌کن یا هاردنر به رنگ است، از خود واکنش نشان می‌دهد و در دمای 18 درجه سانتی گراد به بالا باعث خشک‌شدن سطح رنگ می‌گردد. هر چه حرارت بالاتر رود سرعت خشک‌شدن آنها بیشتر خواهد شد که باید در این مورد به توصیه‌های شرکت تولیدکننده رنگ توجه داشت.

این نوع رنگ‌ها با گرم کردن مجدد نرم نمی‌شوند و نسبت به حل شدن در حلال از خود مقاومت بیشتری نشان می‌دهند.

امروزه در صنعت خودرو بیشتر از رنگ‌های ترموست از جمله رنگ‌های متالیک و سالید (روغنی) استفاده می‌شود. قابل توجه است که رنگ‌های استفاده شده در صنعت خودرو همگی از نوع کوره پخت هستند و در دمای بالای 160 درجه سانتی‌گراد با واکنش شیمیایی انجام شده بین اجزای خود خشک می‌شوند. این در حالی است که رنگ‌های تعمیراتی استفاده شده در کارگاه‌های خدمات پس از فروش از نوع رنگ‌های هوا خشک بوده که به رنگ تعمیراتی (دو جزئی) معروف‌اند.

جدول 5- تفاوت رنگ‌های متالیک و روغنی

رنگ متالیک	رنگ سالید (روغنی)
چهارلایه، سه بار پخت شده	سه لایه، سه بارپخت شده
لایه شفاف در آن به‌کار می‌رود.	لایه شفاف ندارد.

اجزای تشکیل‌دهندهٔ رنگ

اجزای تشکیل‌دهنده رنگ را می‌توان به چهار بخش زیر تقسیم نمود:

1- رزین: ماده‌ای که رنگ دانه‌ها را به هم متصل کرده و به لایة رنگ جلا و قوام می‌دهد.

2- رنگ دانه: به پودرهای رنگین قابل انحلال در آب یا حلال گویند که پوشش رنگی را ایجاد می‌کند و به دو گروه معدنی و آلی تقسیم می‌گردند.

2-1- رنگ دانه‌های معدنی: از کانی‌های طبیعی تشکیل شده‌اند مانند فیروزه، عقیق، گل ماش و غیره.
2-2- رنگ دانه‌های آلی: از مواد خام پتروشیمی تهیه می‌شوند که با توجه به کاربردشان به گروه‌های زیر تقسیم می‌شوند.
2-2-1- رنگ دانه‌های رنگین: این نوع رنگ دانه‌ها در پوشش نهایی به‌کار گرفته شده و به رنگ قدرت پوشش می‌دهند.
2-2-2- رنگ دانه‌های اضافی یا پرکننده‌ها: در پوشش میانی استفاده می‌شود و وظیفة آ‌ن‌ها مقاومت در برابر  سائیدگی است.
2-2-3- رنگ دانه‌های ضد زنگ: در مراحل زیرسازی استفاده می‌شود و وظیفة آن‌ها جلوگیری از زنگ زدگی است.

3- حلال: عامل حل‌شدن رزین رنگ را حلال گویند.

4- تینر: مایعی که برای رقیق‌تر کردن رنگ استفاده می‌شود.

انواع آسترها و پرکننده‌ها

رنگ‌های آستر در پوشش زیرکار، مورد استفاده قرار گرفته و بر روی سطح فلز پاشیده می‌شوند تا رنگ اصلی به خوبی به سطح فلز خام بچسبد و دوامش بیشتر شود. آسترهای مورد استفاده در صنعت خودروسازی عبارت‌اند از:

1- آستر واش پرایمر (اچ پرایمر)

آستر واش پرایمر یک آستر اسیدی است که از زنگ‌زدگی فلز جلوگیری می‌کند و باعث چسبندگی بهتر رنگ به سطح آستر میانی می‌گردد.

2- آستر میانی

وظیفهٔ این آستر جلوگیری از زنگ‌زدگی سطح فلز و ایجاد چسبندگی میان آستر واش پرایمر و پوشش‌های بعدی است این نوع آستر از رنگ دانه‌های ضدزنگ با کیفیت عالی و رنگ دانه‌هایی که روغن را بسیار کم به خود جذب می‌کنند، تشکیل شده و برای پر کردن خش‌های ظریف سمباده‌کاری نیز مناسب است.

3- آستر پرکننده

از این نوع آسترها که شامل آستر میانی و آستر سیلر است، می‌توان به منظور برطرف و پر کردن برخی خش‌های جزئی باقی مانده از سمباده‌کاری و بعضی ناهمواری‌های جزئی استفاده کرد.

پُرکننده‌ها (بتونه‌ها)

از بتونه‌ها که شامل بتونهٔ سنگی، بتونهٔ فوری و بتونهٔ روغنی است، به منظور پر کردن خش‌های عمیق و ناهمواری‌هایی که در سطح فلز و یا رنگ به وجود آمده، استفاده می‌شود.

رنگ رویه

از رنگ رویه به منظور زیباسازی سطح نهایی (نما) اتومبیل استفاده می‌شود که شامل انواع مختلفی از جمله آکریلیک رنگ‌های نیتروسلولزی، روغنی آکریلیک، لعابی آکریلیک، یورتان آکریلیک و رنگ ملامینی هستند.

چرم طبیعی

چرم طبیعی از دباغی پوست خام جانوران، به‌ویژه گاو به دست می‌آید. دباغی فرایندی است که پوست فسادپذیر را به یک مادهٔ طبیعی پایدار، دائمی و انعطاف‌پذیر برای کاربردهای گوناگون تبدیل می‌کند. انواع چرم را می‌توان چرم‌های حیوانی، گیاهی و مصنوعی نام برد.

چرم طبیعی حیوانی از پوست حیواناتی چون گوسفند، گاو، بز، شترمرغ، مار و... به دست می‌آید. چرم گیاهی از دباغی و سایر عناصری که در پوست تنه و میوۀ برخی درختان (مانند مازو) یافت می‌شود، تهیه می‌گردد.

چرم مصنوعی از مواد شیمیایی ساخته و دباغی می‌شود. به‌طور مثال چرم‌های مصنوعی پی وی سی (P.V.C) از ترکیب یک لایۀ روکش و یک لایۀ اسفنج از جنس پی وی سی که روی پارچه پوشش داده شده، ساخته می‌شود.

نانو مواد

نانو مواد می‌تواند در زمینه‌های وسیعی از کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار گیرد. از مهم‌ترین خواص مواد نانو ابعاد کوچک آنها است (یک نانومتر برابر یک هزارم میکرومتر است). موادی نانو نامیده می‌شوند که یکی از ابعاد خطی آنها کمتر از 100 نانومتر باشد.

هنگامی‌که اندازه ذرات به کمتر از 100 نانومتر می‌رسد، خواص فیزیکی و شیمیایی آن‌ها تغییر می‌کند. به عنوان مثال نقطه ذوب تحت تأثیر اندازه و شکل مواد تغییر می‌کنند. نانو فناوری در زمینه‌های مختلف مانند خودرو، صنایع غذایی، داروسازی، پزشکی، الکترونیک، کامپیوتر، انرژی، محیط زیست، هوا- فضا و سایر رشته‌ها کاربرد دارد.

کاربرد فناوری نانو در خودروها

1- لاستیک‌های خودرو: موارد استفاده از فناوری نانو در لاستیکی، نانو فیلرها و نانو کامپوزیت‌ها است. این مواد به لاستیک‌ها خواص ویژه‌ای می‌بخشد. علاوه‌بر بهبود خواص فیزیکی باعث افزایش مقاومت سایشی، افزایش استحکام، بهبود خاصیت مکانیکی، افزایش حد پارگی و حد شکستگی نیز می‌گردد.

2- استفاده از فناوری نانو در ضد آب کردن شیشه خودرو: پوشش نانویی در حال تولید است که با اسپری کردن به سطح شیشه فرورفتگی‌های بسیار ریز سطح آن را پر کرده و سطح صاف و بدون پستی و بلندی ایجاد می‌کند، در نتیجه قطرات ریز آب و گرد و غبار روی شیشه باقی نمی‌ماند و موجب افزایش دید راننده، استهلاک کمتر برف پاک‌کن‌ها و نیاز کمتر به شست‌وشوی شیشه و بهبود دید در شب به خاطر کاهش انعکاس نور می‌شود.

3- رنگ خودرو: استفاده از نانو تکنولوژی در رنگ باعث افزایش کیفیت رنگ و کاهش مصرف آن می‌گردد. استفاده از فناوری نانو باعث ایجاد خواصی مانند افزایش ضد خوردگی، افزایش چسبندگی، سازگاری با محیط زیست، صاف و براق بودن سطح رنگ می‌شود.

4- استفاده از نانو مواد در روغن‌ها و روان کننده‌ها: بعضی از نانو مواد معدنی، می‌توانند به عنوان روان‌کننده استفاده شوند. این روغن‌ها نسبت به روغن‌های متداولی که دارای افزودنی‌های روان‌کننده هستند، خاصیت روان‌کنندگی بسیار مؤثرتری دارند. از طرفی این مواد نسبت به روغن‌های قدیمی خوردگی و فرسایش کمتری را در سطح تماس قطعات ایجاد می‌کنند.

5- در مخازن ذخیرهٔ هیدروژن برای پیل‌های سوختی: با استفاده از نانو لوله‌های کربنی در این مخازن می‌توان مقدار زیادی هیدروژن را در فضای کم ذخیره کرد و استفاده از نانو لوله‌های کربنی در الکترودهای این پیل امکان تبادل الکترون بیشتری را فراهم می‌آورد.

گازها

1- هوا

به مجموعه گازهای محیط پیرامون هوا گویند. هوایی که ما تنفس می‌کنیم تقریباً مخلوطی از گازهای نیتروژن (78 درصد)، اکسیژن  (21 درصد)، آرگون  (0٫9 درصد) و کربن دی‌اکسید (0٫03 درصد) است. هوا به صورت  لایه‌ای به ضخامت 60 تا 100 کیلومتر دور تا دور کرهٔ زمین را فراگرفته که به آن «جو» گویند.

عمده کاربرد هوا در سیستم‌های صنعتی با فشرده‌سازی آن صورت می‌گیرد. در خودرو هوای فشرده عموماً در لاستیک و در ماشین‌های سنگین برای ترمزهای بادی و عملکرد سیستم تعلیق بادی کاربرد دارد. هوای فشردهٔ مورد نیاز توسط کمپرسور هوا تولید می‌شود.

گازهای هالوژن

این گازها در بین غیرفلزات فعال‌ترین به شمار می‌روند به‌طوری‌که تمایل به ترکیب‌شدن با خود و سایر عناصر را دارا هستند. از این رو در طبیعت به حالت آزاد وجود ندارند؛ ولی به‌صورت ترکیب، فراوانند. عناصر این گروه شامل فلوئور، کلر، برم، ید، استاتین (Astatin) می‌باشند.

فلوئور و کلرگاز، برم مایع و ید جامد است که قابلیت تبدیل سریع به حالت بخار را دارا هستند. این گازها سمی بوده ولی ترکیبات آنها بسیار مفید و با ارزش است. از این گازها درصنایع پزشکی و دارویی، تولید پلاستیک و لامپ‌ها استفاده می‌شود.

گازهای نجیب یا بی اثر

عنصرهای هلیوم، نئون، آرگون، کریپتون، زنون (گزنون)، رادون گازهای نجیب نامیده می‌شوند که بی‌اثر، بی‌بو و بی‌رنگ هستند. و در دمای اتاق به صورت گاز تک اتمی بوده و به مقادیر کم در اتمسفر یافت می‌شوند. در بین این گازها، رادون، رادیواکتیو است و خطرناک می‌باشد.

از گاز نئون در پر‌کردن لامپ‌های الکتریکی، لامپ آزمایش شمع اتومبیل و لامپ‌های اخطار‌دهنده در خطوط برق با ولتاژهای بالا استفاده می‌شود.

گاز گزنون در سطح وسیعی در وسایل تولید نور از قبیل لامپ‌های الکترونی، لامپ‌های چرخان، فلاش عکاسی استفاده می‌شود. از گاز آرگون در جوشکاری و از مخلوط آن با کریپتون و اندکی گاز بخار جیوه در پر کردن لامپ‌های فلورسنت استفاده می‌شود.

گاز اکسیژن

اکسیژن عنصری گازی شکل، بی‌بو، بی‌مزه و بی‌رنگ است. این ماده در پوستهٔ زمین به‌صورت اکسید فلزات یافت می‌شود و در جو زمین به‌صورت آزاد مولکولی وجود دارد و باعث زندگی موجودات زنده می‌شود. اکسیژن در دمای 182/9- درجهٔ سانتی‌گراد در فشار جو یا تحت فشار حدود 200 اتمسفر در دمای نرمال (بین 20 تا 25 درجه سانتی‌گراد) به مایع تبدیل می‌شود. رنگ آن در حالت مایع، آبی روشن است. اگر دما تا 218/4- درجهٔ سانتی‌گراد پایین بیاید، اکسیژن مایع به صورت جامد در می‌آید. اکسیژن مایع به عنوان سوخت سفینه‌های فضایی استفاده می‌شود.

گازهای مبرد

ماده‌ای که در یک چرخهٔ سرمایشی تراکمی – تبخیری، برای ایجاد سرما به‌کار می‌رود، مبرد گویند.

در اغلب چرخه‌های تبریدی (سرمایشی) مبرد، چرخۀ تغییر فاز از مایع به گاز و برعکس را به طور پی‌درپی طی می‌کند که همین تغییر فاز باعث جذب گرما در مبرد و انتقال آن از محیط تبریدی به بیرون از آن می‌شود. از سیالات مبردی که در چنین فرایندهایی شرکت می‌کنند می‌توان به هیدروفلوئوروکربن (R134a) که امروزه به‌دلیل گازهای گلخانه‌ای و تخریب لایۀ اوزون جایگزین گاز کلروفلوئوروکربن (R12) شده است، اشاره کرد. شکل 47 کاربرد گازهای مبرد در کولر خودرو را نشان می‌دهد.

6- سوخت‌های گازی

نوعی از سوخت است که به حالت گازی در طبیعت وجود دارد و در دو نوع گاز طبیعی فشرده (CNG) و گاز مایع (LPG) که به عنوان سوخت در خودروها استفاده می‌شود.

1-6- گاز طبیعی فشرده (CNG)

این نوع سوخت در طبیعت وجود دارد و متان ${\text{C}}{{\text{H}}_4}$ بیش از 80 درصد آن را تشکیل می‌دهد. بقیهٔ آن را هیدروکربورهای سنگین‌تر مانند اتان ${{\text{C}}_2}{{\text{H}}_6}$ پروپان ${{\text{C}}_3}{{\text{H}}_8}$ و نیتروژن تشکیل می‌دهد. ناخالصی‌هایی به میزان یک درصد ممکن است در آن وجود داشته باشد. شناخته شده‌ترین سوخت‌های گازی متان، اتان، پروپان و بوتان هستند. این گازها سبک‌ترین و فرارترین گازهای سوختی کربنی هستند.

با توجه به فراوانی منابع گاز، کیفیت مطلوب سوختن و کم بودن میزان آلایندۀ خروجی و نهایتاً قیمت ارزان آن نسبت به سایر منابع انرژی، به عنوان اصلی‌ترین شکل انرژی جایگزین مطرح است.

مزایای این گازها کیفیت سوختن خوب، عدد اکتان بالا، راندمان بازدهی خوب سوخت، کاهش انتشار منواکسید کربن و هیدروکربورهای نسوخته است و معایب آن مسافت پیمایش کوتاه به علت چگالی انرژی پایین و محدودیت حجم مخازن، وزن بالای مخازن ذخیره است.

برای مصرف گاز طبیعی در خودروها با توجه به چگالی انرژی کم آن باید تا فشار 200bar متراکم و در مخازن فلزی یا (کامپوزیت) نگهداری کنند.

6-2- گاز مایع (LPG)

گاز مایع که به صورت مخفف ال پی جی (LPG) نامیده می‌شود عمدتاً از دو ترکیب هیدروکربنی پروپان ${\text{(}}{{\text{C}}_3}{{\text{H}}_8})$ و بوتان ${{\text{C}}_4}{{\text{H}}_{10}}$ تشکیل شده است. گاز مایع معمولاً در برخی نقاط دنیا به نام ترکیب عمدهٔ آن، پروپان، نیز شناخته می‌شود.گاز مایع فاقد رنگ، بو و مزه است و به‌طور کلی زیان‌آور نیست ولی در صورتی که حجم زیادی از آن استشمام گردد باعث بیهوشی خواهد شد. به منظور آگاهی از نشت گاز مایع ترکیبات گوگرد‌دار ${\text{(}}{{\text{H}}_2}{\text{S)}}$ به گاز مایع افزوده می‌شود.

از جمله مزایای گاز مایع در دسترس بودن (در کشورهای تولید‌کننده)، ایمنی، نیاز به تغییرات جزئی در موتور خودروها و بازدهی مناسب سوخت است. جهت مایع کردن، این گاز را در فشار حدود 8 تا 10 اتمسفر در مخازن فلزی با استحکام مناسب ذخیره می‌کنند.

مایعات

سوخت‌های مایع

سوخت‌های مایع از مهم‌ترین مواد تولید‌کنندهٔ انرژی بوده و کاربردهای بسیار گسترده و متنوعی دارند. سوخت مایع از مشتقات نفت خام است که طیف گسترده‌ای از دیگر سوخت‌ها از پالایش آن به دست می‌آید.

سوخت‌های مایع عمدتاً به دو گروه بنزین و گازوئیل تقسیم می‌شوند.

مزایای سوخت مایع نسبت به سایر سوخت‌ها:

- با مخارج نسبتاً کم و به سادگی می‌توان آنها را به موارد مصرف حمل کرد.
- خود به خود مشتعل نمی‌شوند و اگر فرار نباشند، در اثر ماندن فاسد نمی‌شوند.
- ارزش گرمایی آنها زیاد است و می‌توان در حجم کم، مقدار زیادی انرژی ذخیره کرد.
- دمای تبخیر مناسب

بنزین

بنزین از پالایش نفت خام و تقطیر آن و یا قطران ذغال سنگ به همراه مواد افزودنی برای بهبود خواص آن به‌دست می‌آید که به‌طور طبیعی حدود 15 درصد از نفت خام را تشکیل می‌دهد. بنزین نیز مشابه سوخت‌های گازی از هیدروکربن‌های با مولکول‌های سنگین‌تر تولید می‌شود.

ارزش حرارتی نسبتاً بالای بنزین آن را به عنوان سوختی بسیار مناسب در موتورهای خودرو معرفی کرده است. عدد اکتان بنزین که همان مقاومت در مقابل احتراق خود به خود است در بنزین معمولی به طور متوسط در حدود 87 و در بنزین سوپر 95 است.

از بنزین در تمام موتورهای بنزینی درون سوز استفاده می‌شود که جهت ذخیره‌سازی بنزین در خودرو از مخازن فلزی و یا پلاستیکی استفاده می‌کنند که نوع مواد استفاده شده در ساخت آن‌ها، باید با بنزین سازگاری داشته باشد.

گازوئیل

گازوئیل نیز از پالایش نفت خام به دست می‌آید و به لحاظ مصرف در خودرو بعد از بنزین دومین جایگاه را به خود اختصاص داده است. این سوخت در مقایسه با بنزین ارزان‌تر و ایمن‌تر است و دارای چگالی انرژی بالاتری است. در سوخت گازوئیل عدد ستان که یک معیار اندازه‌گیری جهت نشان دادن زمان تأخیر احتراق سوخت است نسبت به سوخت‌های دیگر مورد استفاده در موتورهای درون سوز، کمتر است (با افزایش عدد ستان تأخیر احتراق کمتر می‌شود).

مصرف انرژی در فرایند تولید گازوئیل از همه سوخت‌ها کمتر است. انتشار HC و CO آن نیز نسبتاً کم است، در حالی که انتشار NOX و PM مربوط به آن زیاد است. برای کنترل انتشار آلاینده‌ها در گازوئیل، محتوی گوگرد در سوخت را کاهش می‌دهند که در نتیجه انتشار ${\text{S}}{{\text{O}}_2}$ و PM به‌طرز چشمگیری کاهش پیدا می‌کند. از گازوئیل در تمام خودروهای سنگین و نیمه سنگین و سواری استفاده می‌شود که برای ذخیره‌سازی گازوئیل در خودرو از مخازن فلزی استفاده می‌شود.

سوخت‌های زیستی

آلایندگی سوخت‌های فسیلی و محدود بودن آنها باعث شده که استفاده از انرژی‌های تجدید پذیر سوخت‌های زیستی (biofuel) مورد توجه قرار گیرد. سوخت زیستی یک سوخت گازی، مایع یا جامد است که محتوای انرژی آن از منابع زیستی توده یا بیومس (Biomass) به دست می‌آید و ماهیت آن به گیاهان بر می‌گردد.

بیودیزل، اتانول مایع، متانول و سوخت‌های دیزل گازی مانند هیدروژن و متان نمونه‌هایی از سوخت‌های زیستی هستند. سوخت دیزلی زیستی (بیودیزل) و اتانول زیستی، از مهم‌ترین سوخت‌های زیستی هستند که می‌توان از آنها در صنعت حمل و نقل استفاده کرد. از منابع اولیه سوخت‌های زیستی می‌توان به ضایعات چوبی، تفاله‌های محصولات کشاورزی، نیشکر، غلات، روغن گیاهان و سبزیجات اشاره کرد.

بیودیزل یکی از انواع سوخت‌های گیاهی است که می‌توان آن را از روغن‌های گیاهی و چربی حیوانات تولید و از آن به جای گازوئیل در موتورهای گازوئیلی استفاده کرد. بیودیزل از ترکیب شیمیایی روغن‌های گیاهی یا حیوانی با هیدروکسید سدیم و متانول (یا اتانول) حاصل می‌شود.

اتانول زیستی نوعی سوخت الکلی جایگزین برای بنزین است که از محصولات نشاسته‌ای و قندی مانند گندم، ذرت، نیشکر و چغندر قند تولید می‌شود.

آب مقطر

آبی است که ناخالصی آن به شیوه‌های مختلف گرفته شده باشد. معمولاً در آب طبیعی حجم بالایی از نمک‌های محلول، کربنات‌ها و غیره وجود دارد. وجود ناخالصی‌ها در آب باعث ایجاد رسوب در رادیاتور خودرو و مسیر خنک‌کاری بدنۀ موتور می‌شود که این عمل باعث کاهش عمر مفید و راندمان سیستم خنک‌کاری خودرو می‌گردد. آب مقطر در باتری اسیدی و سیستم خنک‌کاری خودروها استفاده می‌شود.

روش‌های ساده تهیه آب مقطر عبارت‌اند از:

- جوشاندن و تقطیرکردن

ضد یخ - ضد جوش

ضد یخ یک ترکیب شیمیایی است که در زمستان مانع از یخ زدن آب درسیستم خنک‌کاری موتور می‌شود. این مایع علاوه‌بر کاهش دمای انجماد، نقطهٔ جوش آب سیستم خنک‌کاری موتور را نیز افزایش می‌دهد.

ضد یخ یک ترکیب شیمیایی بر پایه اتیلن گلیکول یا پروپیلن گلیکول است که مهم‌ترین خواص آن ضدخورندگی، ضدزنگ و ضد رسوب می‌باشد. مخلوط 40 تا 70 درصد ضد یخ با آب مقطر در چهار فصل سال به عنوان مایع خنک کاری موتور مناسب است.

مایع شیشه شوی

برای تمیز نگه داشتن و پاک کردن چربی و گرد و غبار از روی شیشۀ خودرو از مایع شیشه شوی استفاده می‌شود که علاوه‌بر تمیز کردن، مانع از یخ زدن شیشه و آب درون مخزن آب پاش تا دمای 20 - درجه می‌شود.

از دیگر مزایای استفاده از مایع شیشه شوی عدم خزه بستن داخل محفظهٔ آب و رسوب کردن و همچنین تمیز نگه داشتن مدار شست و شوی شیشه است.

روان کارهای قطعات

آسان سازی حرکت نسبی سطوح در تماس با یکدیگر را روانکاری می‌گویند و به لایه‌ای که میان دو سطح موجب یکنواختی و آسانی حرکت شود و از ایجاد آسیب بر روی سطوح جلوگیری کند را روانکار گویند.

برای جلوگیری از فرسایش و از کار افتادگی زودرس قطعات خودرو و همچنین دسترسی به بیشترین بازدۀ مکانیکی، یک روانکار مناسب مورد نیاز است. نوع روانکار، مقدار و زمان مناسب تعویض، عواملی مهم در عمل روانکاری هستند. امروزه برای یک روانکاری مناسب علاوه‌بر موارد ذکر شده باید رعایت قوانین و الزامات زیست‌ محیطی را نیز در نظر گرفت.

آمار نشان می‌دهد که تنها با انتخاب رنگ روانکار مناسب، علاوه‌بر حفظ محیط زیست، می‌توان عمر کارکرد قطعات را افزایش داد.

وظایف روانکار در موتور خودرو

- خنک کردن قطعات: جذب حرارت ناشی از عمل احتراق و اصطکاک و انتقال گرما به مخزن روغن و یا خنک کننده روغن
- دفع ذرات سایش و آلاینده‌ها: جذب ذرات ریز دوده، گرد و خاک و ذرات ناشی از سایش و هدایت آنها به فیلتر و مخزن روغن
- جلوگیری از زنگ زدن قطعات
- کاهش ضربه: جذب ضربه ناگهانی بر روی یاتاقان‌ها در اثر انفجار
- آب‌بندی: پر کردن فاصله بین رینگ‌های پیستون و بدنه سیلندر و سایر قطعات و جلوگیری از خروج گازها هنگام تراکم

انواع روانکار

روانکارها به سه گروه عمدۀ روانکارهای گازی، جامد و مایع تقسیم می‌شوند.

روانکارهای گازی

در مواقعی که درجهٔ حرارت فوق العاده بالا (800 درجهٔ سانتی‌گراد و بالاتر) یا پایین (حدود 200 - درجهٔ سانتی گراد) است، روانکارهای گازی به کار می‌روند.

روانکارهای جامد

در بعضی از موارد که هدف انتقال الکتریسیته توأم با حرکت مکانیکی و اصطکاک می‌باشد، جهت کاهش اصطکاک دو قطعه‌ای که در تماس با هم هستند از گرافیت که خاصیت رسانایی خوبی هم دارد، استفاده می‌شود.

روانکارهای مایع

عموماً روانکارهای مایع به دو دستهٔ کلی تقسیم می‌شوند:
الف) روغن‌ها
ب) گریس‌ها

روغن‌ها

روغن‌های موتور معمولاً به سه گروه 1- معدنی 2- سنتتیک 3- نیمه سنتتیک دسته ‌بندی می‌شوند.

هر سه نوع روغن‌های فوق الذکر به نوعی از نفت خام مشتق می‌شوند با این تفاوت که روغن‌های سنتتیک از انجام یک سری واکنش‌های دقیق و کنترل شده روی محصولات مختلف پتروشیمی تولید می‌شوند و در نتیجه دارای کارایی و قیمت تمام شدهٔ بالایی هستند، ولی روغن‌های معدنی از انجام عملیات تفکیک روی نفت خام و حداکثر یک واکنش شیمیایی کنترل شده حاصل می‌گردند. روغن‌های معدنی قیمت کمتری نسبت به روغن‌های سنتتیک دارند، از این رو به دلیل استفادهٔ زیاد از آنها نسبت به روغن‌های سنتتیک تولید بیشتری دارند.

گریس‌ها

گریس محصولی است که از افزودن یک عامل سفت‌کننده در روانکار مایع به دست می‌آید. در شکل 57 مزایا و معایب گریس‌ها مشخص گردیده است.

مزایا:
- به کارگیری راحت‌تر گریس
- منتفی شدن چکه و نشتی روان‌ساز
- راندمان بالاتر در شرایط دما و فشار بالا
- دفعات روانکاری کمتر
- سیستم آب‌بندی ساده تر
- چسبندگی خوب به قطعات

معایب: 
- نفوذ سخت‌تر به قطعات و مجاری دستگاه‌ها
- هزینه نگهداری و بسته‌بندی بالاتر
- خنک کاری نمی‌کنند
- نیاز به نیروی کار بیشتر برای تعویض و سرویس

مایع ترمز

مایع ترمز، سیالی غیرقابل تراکم است که جهت انتقال فشار در سیستم ترمز به کار می‌رود.

تبخیر روغن ترمز باید بسیار ناچیز باشد و با قطعات فلزی و پلاستیکی که با آن‌ها در تماس است سازگاری داشته باشد. مایع ترمز نسبت به رطوبت حساس بوده و با جذب رطوبت نقطهٔ جوش آن پایین می‌آید و خاصیت خود را از دست می‌دهد. نقطهٔ جوش معمول این روغن‌ها بیش از 185 درجهٔ سانتی گراد است. این روغن‌ها در ایران در دو استاندارد دات 3(DOT3) و دات 4(DOT4) (زرد و آبی) تولید و مصرف می‌شوند.

مایع هیدرولیک فرمان

مایع هیدرولیک فرمان سیالی است که جهت انتقال فشار در سیستم فرمان‌های هیدرولیک خودروها استفاده می‌شود.