تاپیک مرجع موتورهای احتراق داخلی

EN-EZEL · 7 شهریور، ۱۳۸۸

خودروهای هیبریدی معمولا تلفیقی از موتور احتراق داخلی خودروهای متداول با باتری و موتور الکتریکی یک خودرو الکتریکی هستند . این تلفیق انتشارات ( گازهای خوروجی ) اندک همراه با توان ، برد عملیاتی و سوخت مصرفی مناسب خودروهای معمول ( گازوئسل وبنزین) را عرضه می کند و این خودروها هرگز نیاز به اتصال به برق ندارند.این انعطاف پذیری ذاتی خودروهای هیبریدی آنها را برای ناوگان حمل و نقل ومصرف شخصی مناسب کرده است خودرو هاي هيبريدي مي توانند سرعت و مسافت بيشتري نسبت به انواعي كه موتورهاي درون ساز دارند داشته باشند، با اين حسن بزرگ كه شارژباتري هايش هرگز تمام نمي شود بازدهي اين خودروهابسيار بالا بوده و ميزان توليد آلودگي شان كاهش يافته است. به همين دليل بسياري از كارخانه ها از سال 1999 توليد خودروهاي هيبريدي را به صورت انبوه آغاز كرده اند.

خودروهای هيبريدی (Hybrid Vehicles)

خودروهای هیبریدی معمولا تلفیقی از موتور احتراق داخلی خودروهای متداول با باتری و موتور الکتریکی یک خودرو الکتریکی هستند . این تلفیق انتشارات ( گازهای خوروجی ) اندک همراه با توان ، برد عملیاتی و سوخت مصرفی مناسب خودروهای معمول ( گازوئسل وبنزین) را عرضه می کند و این خودروها هرگز نیاز به اتصال به برق ندارند.این انعطاف پذیری ذاتی خودروهای هیبریدی آنها را برای ناوگان حمل و نقل ومصرف شخصی مناسب کرده است خودرو هاي هيبريدي مي توانند سرعت و مسافت بيشتري نسبت به انواعي كه موتورهاي درون ساز دارند داشته باشند، با اين حسن بزرگ كه شارژباتري هايش هرگز تمام نمي شود بازدهي اين خودروهابسيار بالا بوده و ميزان توليد آلودگي شان كاهش يافته است. به همين دليل بسياري از كارخانه ها از سال 1999 توليد خودروهاي هيبريدي را به صورت انبوه آغاز كرده اند.

تاريخچه خودروي هيبريدی

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

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

خودروهای هیبریدی به وسیله دو منبع انرژی – یک واحد تبدیل انرژی (همچون یک موتور احتراق یا پیل سوختی) و یک وسیله ذخیره انرژی (هم چون باتری هل یا فرا خازن ها)- توان می گیرند . واحد تبدیل انرژی امکان قدرت گرفتن از بنزین ، متانول ، گاز طبیعی فشرده ، هیدروژن یا سوخت های جانشین دیگر را دارد. خودروهای هیبریدی این پتانسیل را دارنئ که 2 تا 3 برابر راندمان بالاتری نسبت به خودروهای متداول داشته باشند. خودروهای هیبریدی می توانند دارای طراحی موازی طراحی سری یا ترکیبی از هر دو باشند. در یک طراحی موازی ، واحد تبدیل انرژی و سیستم محرکه الکتریکی مستقیما به چرخ های خودرو مرتبط شده اند. موتور اصلی برای رانندگی در بزرگراه ها استفاده می شود ، موتور الکتریکی توان اضافی را هنگام پیمودن سر بالایی ها ، شتاب گرفتن و مواقع دیگر که توان بالای خودرو نیاز باشد فراهم می آورد.در یک طراحی سری ، موتور اصلی به یک ژنراتور تولید کننده الکترسیته مرتبط است . الکتریسیته باتری هایی را شارژ می کند که موتور الکتریکی را که به چرخ ها توان می دهد به کار می اندازد. بر خلاف خودروهای الکتریکی ، خودروهای هیبریدی نیازی به اتصال به برق شهر ندارند. در عوض آنها با ترمز واکنشی یا ژنراتور شارژ می شوند.

اجزاء خودروهای هیبریدی

خودروهای هیبریدی یک ترکیب بهینه از اجزای مختلف هستند.یک نمونه خودرو هیبریدی را دیاگرام بالا می بینید.

کنترل کننده ها / موتور کشنده الکتریکی

سیستم های ذخیره کننده انرژی الکتریکی ، همچون باتری ها و فراخازن ها

واحد توان هیبریدی همچون موتور احتراق جرقه ای ، موتورهای انژکتور مستقیم احتراق تراکمی (دیزل) توربین های گازی و پیل های سوختی

سیستم های سوخت رسانی برای واحد توان هیبریدی

جعبه دنده (گیربکس)

برای کمک به گازهای خروجی و بهبود کارایی های خودرو ، اجزاء وسیستم های زیر بواسطه تحقیق و توسعه اصلاح شدند :

سیستم های کنترل گازهای خارجی

مدیریت انرژی وکنترل سیستم ها

مدیریت حرارتی اجزاء

وزن پایین وایرو دینامیک بدنه / شاسی

مقاومت غلطشی پایین (شامل طراحی بدنه وتایرها )

کاهش بار لوازم اضافی

کنترل کننده ها / موتورهای هیبریدی

موتورهای کارگران پر کار سیستمهای راننده خودروهای هیبریدی هستند ، یک موتور کشنده الکتریکی ، انرژی الکتریکی واحد ذخیره انرژی را به انرژی مکانیکی که چرخ های خودرو را به حرکت در می آورد.بر خلاف خودروهای معمول که برای بدست آوردن گشتاور کامل ، موتور باید سرعت بگیرد موتور الکتریکی گشتاور کامل رادر سرعت های پایین نیز فراهم می کند. همین مشخصه شتاب غیر خطی عالی به خودرو می دهد . مشخصه های مهم موتور خودروی هیبریدی شامل کنترل خوب رانندگی با خطای مجاز صدای کم وراندمان بالا می باشد. مشخصه های دیگر شامل انعطاف پذیری مربوط به نوسان ولتاژ و البته قابل قبول بودن قیمت تولید انبوه می شود. تکنولوژی موتور جلو برنده برای کاربردهای خودروی هیبریدی شامل آهنربای دائمی ، القای جریان متناوب و موتورهای مقاومت مغناطیسی متغییر می باشد.

باتری خودرو هیبریدی

باتری ها یک از اجزای ضروری خودروخهای هیبریدی هستند . گر چه تعداد کمی از تولیدات خودروهای هیبریدی با باتریهای پیشرفته در بازار عرضه شده اند اما هیچ کدام از باتری های رایج یک ترکیب قابل قبول اقتصادی از توان ، راندمان انرژی و طول عمر را برای حجم بالای تولید خودرو ارائه نداده اند. ویژگیهای مطلوب باتریهای با توان بالا برای کاربردهای خودروهای هیبریدی شامل این موارد است : پیک و توان مخصوص تکانه بالا ، انرژی مخصوص بالای توان تکانه ، پذیرش شارژ بالا برای بیشینه کردن بهره بری ترمز واکنشی و طول عمر طولانی . روش ها و طراحی های در حال توسعه برای هماهنگی مجموعه به صورت الکتریکی و حرارتی ، روشهای دقیق در حال پیشرفت برای تعیین وضع شارژ باتری ، باتریهای بادوام در حال پیشرفت و قابلیت بازاریابی ، چالش های تکنیکی دیگر هستند.

EN-EZEL · 7 شهریور، ۱۳۸۸

فراخازن های خودروهای هیبریدی

فراخازنها انرژی مخصوص بالاتری دارند و نوع قویتری از خازن های الکترولیتی هستند که انرژی را به عنوان شارژ الکتریسته ساکن ذخیره می کنند. فراخازنها سیسمتهای الکتروشیمیایی هستند که انرژی را در لایه ای از مایع قطبیده شده در سطح مشترک مابین یک الکترولیت رسانای یونی و یک الکترود رسانا ذخیره می کنند . ظرفیت ذخیره انرژی با افزایش مساحت سطح مشترک افزایش می یابد. فراخازنها به عنوان اولین ابزار برای کمک به توان موتور در شتاب گیری و سر بالایی رفتن هستند که به هملن خوبی بازیافت انرژی ترمزگسترش پیداکرده اند فراخازنها به صورت بالقوه به عنوان دومین شیوه ذخیره انرژی در خودروهای هیبریدی ، برای تامین توان بار گذاری باتری های شیمیایی سودمندند. الکتریسیته اضافی برای ثابت نگه داشتن ولتاژ در مواقعی که چگالی انرژی پایین است مورد نیاز است.

پیل های سوختی خودروهای هیبریدی

پیل های سوختی به واسطه یک واکنش الکتروشیمیایی که هیدروژن را با اکسیژن در هوای محیط ترکیب می کند ، الکتریسیته تولید می کنند.هیدروژن خالص یا هر سوخت فسیلی دیگری که اصلاح شده باشد می تواند برای تولید گاز هیدروژن مورد استفاده قرار گیرد. متانول یک انتخاب معمول برای سوخت است. تنها گاز خروجی پیل سوختی بخار آب است که توان بالقوه آن را به عنوان تمیزترین واحد توان هیبریدی می رساند. راندمان ، صدای کم ، قابلیت اطمینان و راندمان تبدیل انرژی تا 50% پیش بینی شده پیلل های سوختی ، نشان می دهد که به طور نسبه مشخصه های خودروی هیبریدی در قیاس با راندمان 20-25 درصد موتورهای بنزینی احتراق داخلی مناسب تر هستند.

انتشارات پایین و راندمان بالا

تفاوت در گازهای خروجی خودروهای الکتریکی هیبریدی بستگی به خودرو و پیکر بندی اجزا آن دارد. ولی به طور کلی خودروهای هیبریدی گازهای خروجی کمتری نسبت به خودروهای معمولی دارند چرا که در موتور این خودروها یک موتور الکتریکی به همراه یک موتور احتراق داخلی دارد و موتور الکتریکی در بسیاری از مواقع جبران کننده موتور احتراق داخلی است بنابراین مصرف سوخت و گازهای خروجی کاهش می یابد ، در ضمن این خودروها قادرند فقط با موتورالکتریکی کار کنند که باعث کاهش آلودگی می شود.هیبریدهابه سادگی کار کرد موتور را کنترل می کنند و این عمل خورو را دارای راندمان بیشتر و آلودگی کمتر می کند.

مقايسه عملکردی خودروهای برقی خالص و خودروهای هايبريد

خودروهاي برقي گرچه به عنوان اولين راهکار براي کاهش ميزان آلودگي معرفي گرديده اند اما به علت آنکه در سيکلهاي رانشي طولاني با مشکل ر وبرو مي شوند از اينرو حضور موفقي نداشته اند و در حقيقت با شکست مواجه گرديده اند .ايده خودروهاي هايبريد به علت استفاده از دو منبع انرژي در توليد سيستم محرکه رانشي نه تنها مشکل آلودگ ي و مصرف خودروهاي هايبريد به علت استفاده از دو منبع انرژي در توليد سيستم محرکه رانشي نه تنها مشکل آلودگ ي و مصرف سوخت را به حداقل رسانده است بلکه مشکلات ناشي از خودروهاي برقي خالص را حل نموده است .واين مزيت خودروهاي هايبريد برقي نسبت به خودروهاي برقي خالص مي باشد.

EN-EZEL · 8 شهریور، ۱۳۸۸

موتورهای دورانی (وانکل)

موتورهای دورانی (وانکل) زير مجموعه موتورهای احتراق داخلی می باشند. اما شيوه کار آنها با موتورهای رايج پيستونی کاملاً متفاوت است. در موتورهای پيستونی يک حجم يکسان و مشخص (حجم سيلندر) بصورت پی در پی تحت تأثير چهار فرآيند, مکش, تراکم, احتراق و تخليه قرار مي گيرد؛ حال اينکه در موتورهای دورانی هر کدام از اين چهار فرآيند در نواحی خاصی از محفظه سيلندر که تنها متعلق به همان فرآيند می باشد صورت می پذيرد. درست مثل اينکه برای هر فرآيند سيلندر مربوط به خودش را اختصاص داده باشيم و پيستون بصورت پيوسته از يکی به ديگری حرکت می کند تا چهار فرآيند سيکل اتو را کامل نمايد.

موتورهای دورانی که به موتورهای وانکل نيز معروف می باشند برای اولين بار به انديشه مبتکرانه دکتر فليکس وانکل (Felix Wankel) آلمانی در سال 1933 خطور يافت و در سال 1957 اولين نمونه اين نوع موتور ساخته شد.موتورهای دورانی همانند موتورهای پيستونی از انرژی فشار ايجاد شده بواسطه احتراق مخلوط سوخت و هوا استفاده می کنند؛ در موتورهای پيستونی فشار ناشی از احتراق به پيستونها نيرو وارد کرده و آنها را به عقب و جلو می راند. شاتون و ميل لنگ اين حرکت رفت و برگشتی پيستونها را به حرکت دورانی و قابل استفاده برای خودرو تبديل می کنند. در صورتيکه در موتورهای دورانی, فشار ناشی از احتراق، نيرويی را بر سطح يک روتور مثلث شکل که کاملاً محفظه احتراق را نشت بندی کرده است، وارد می کند. اين قطعه (روتور) همان چيزی است که بجای پيستون از آن استفاده می شود.

روتور در مسيری بيضی شکل حرکت می کند؛ بگونه ای که هميشه سه راس اين روتور را در تماس با محفظه سيلندر نگه داشته و سه حجم جداگانه از گازها, بين سه سطح روتور و محفظه سيلندر ايجاد می کند.همچنان که روتور حرکت می کند هر کدام از اين سه حجم پی در پی منبسط و منقبض می شوند؛ و همين انقباض و انبساط است که مخلوط هوا و سوخت را به داخل سيلندر می کشد, آنرا متراکم می کند, در طول فرآيند انبساط توان مفيد توليد می کند و گازهای سوخته را بيرون می راند.

قطعات يک موتور دورانی:

موتور های دورانی دارای سيستم جرقه و سوخت رسانی مشابه با موتورهای پيستونی می باشند.

- روتور:

روتور يک قطعه مثلث شکل با سه سطح برآمده يا محدب می باشد که هر کدام از اين سطوح همانند يک پيستون عمل می کند. همچنين هر کدام از اين سطح ها دارای يک گودی يا تورفتگی می باشد که حجم موتور را بيشتر می کند.در راس هر وجه يک تيغه فلزی قرار گرفته که عمل نشت بندی سه حجم محبوس بين روتور و جداره سيلندر را بر عهده دارد. همچنين در هر طرف روتور ( سطح فوقانی و تحتانی) رينگ های فلزی قرار گرفته اند که وظيفه نشت بندی جانبی روتور را به عهده دارد.

روتور دارای چرخدنده داخلی در مرکز يک وجه جانبی می باشد؛ اين چرخدنده با يک چرخدنده ديگر که روی محفظه سيلندر بصورت ثابت قرار دارد درگير می شود و اين درگيری است که مسير وجهت حرکت روتور را درون محفظه تعيين می نمايد.

- محفظه سيلندر :

محفظه سيلندر تقريباً بيضی شکل است و شکل محفظه احتراق نيز بگونه ای طراحی شده است که همواره سه لبه روتور در تماس با ديواره محفظه قرار گيرد و سه حجم نشت بندی شده را بسازد.هر قسمت از اين محفظه به يکی از فرآيندهای موتور اختصاص خواهد داشت. ( مکش- تراکم - احتراق- تخليه)

پورتهای مکش و تخليه هر دو، در ديواره محفظه تعبيه شده اند. و سوپاپی برای اين پورتها وجود ندارد. پورت تخليه مستقيماً به اگزوز راه دارد و پورت مکش به دريچه گاز.

لايه های اول و آخر دارای نشت بندی و ياتاقانهای مناسب جهت محور خروجی می باشد. آنها همچنين دو مقطع محفظه روتور را نشت بندی می کنند. سطح داخلی اين قطعات بسيار هموار است که اين خود به نشت بندی روتور متناسب با کارش کمک می کند. روی هر يک از قطعات دو انتها يک پورت ورودی تعبيه شده است لايه بعدی محفظه بيضی شکلی است که قسمتی از محفظه کل روتور می باشد اين لايه که در شکل بالا نشان داده شده است دارای پورت خروجی می باشد.

در مرکز هر روتور يک چرخدنده داخلی بزرگ قرار دارد که حول يک چرخدنده کوچک ثابت روی محفظه موتور می چرخد. اين دو چرخدنده مسير حرکتی روتور را تعيين می کنند. همچنين روتور روی بادامک دايروی محور خروجی واقع شده و آن را به گردش در می آورد.

- توليد توان:

موتورهای دورانی همانند موتورهای رايج پيستونی از سيکل چهار زمانه استفاده می کند. که به شکل کاملاٌ متفاوتی به خدمت گرفته شده است. قلب يک موتور دورانی روتور آن است، که بصورت کلی معادل پيستون در موتورهای پيستونی می باشد. روتور روی يک بادامک دايروی روی بزرگ محور خروجی سوار شده است. اين بادامک از خط مرکزی محور خروجی فاصله داشته و همانند يک ميل لنگ عمل می کند. چرخش روتور نيروی لازم جهت چرخش محور خروجی را تامين می کند. همزمان با چرخش روتور در محفظه, اين قطعه, بادامک را در يک مسير دايروی به حرکت در می آورد به قسمی که هر دور کامل روتور منجر به سه دور چرخش محور خروجی می گردد.

همچنان که روتور درون محفظه حرکت می کند, سه حجم جداگانه ايجاد شده توسط روتور، نيز تغيير می کند. اين تغيير سايز فرآيند پمپ کردن را ايجاد می کند. اجازه دهيد روی هر کدام از چهار فرآيند سيکل چهار زمانه بحث کنيم.

- مکش:

فاز مکش از زمانی شروع می شود که يکی از تيغه های روتور از روی پورت مکش عبور کند و پورت مکش در معرض محفظه سيلندر و روتور واقع شود, در اين لحظه حجم محفظه کمترين مقدار خود می باشد. با حرکت روتور حجم محفظه منبسط شده و فرآيند مکش اتفاق می افتد و در پی آن مخلوط سوخت و هوا به داخل محفظه کشيده می شود. هنگامی که تيغه بعدی روتور از جلوی پورت ورودی می گذرد محفظه بصورت کامل نشت بندی می شود تا فرآيند تراکم آغاز گردد.

- تراکم:

با ادامه حرکت روتور درون محفظه, حجم محبوس شده سوخت و هوا کوچکتر و فشرده تر می گردد. وقتی سطح روتور در اين حجم بطرف شمع می چرخد حجم مربوطه به کمترين مقدار خود نزديک می شود و اين درست هنگامی است که با جرقه شمع احتراق شروع می گردد.

- احتراق:

حجم محفظه احتراق گسترده و طولانی است بنابراين سرعت پخش شعله تنها با وجود يک شمع بسيار کم است و احتراق ناقصی بدست می دهد. از اين رو در اکثر موتورهای دورانی از دو شمع در طول اين ناحيه ستفاده می شود. هنگامی که شمعها جرقه می زنند مخلوط سوخت و هوا محترق شده و فشار بسيار بالايي را ايجاد می کنند که باعث تداوم چرخش روتور می گردد. فشار احتراق، روتور را در جهت خودش وادار به حرکت می کند و حجم ناحيه محترق شده، رفته رفته زياد می شود. در اينجاست که فرآيند انبساط و در نتيجه توان توليد می گردد تا جاييکه تيغه روتور به پورت خروجی برسد.

- تخليه:

هرگاه تيغه روتور از پورت خروجی عبور می کند، گازهای با فشار بالا رها شده و به سمت پورت خروجی جريان می يابند. با ادامه حرکت روتور حجم محبوس فشرده می گردد و گازهای باقيمانده را به طرف پورت خروجی می راند. وقتی اين حجم به کمترين مقدار خود نزديک می شود، تيغه روتور در حال گذار از پورت ورودی است و در اين زمان سيکل جديد شروع می گردد.

يک مورد بسيار جالب در رابطه با موتورهای دورانی اينست که هر يک از سه سطح روتور هميشه در يک قسمت سيکل درگير است. به عبارتی بهتر در هر دور کامل روتور، سه بار احتراق خواهيم داشت. اما به ياد داشته باشيد که در هر دور کامل روتور محور خروجی سه دور می چرخد و در نتيجه يک احتراق برای هر دور محور خروجی .

تفاوتها با موتور معمولی:

چند مورد زير، موتورهای دورانی را از موتورهای پيستونی متمايز می کند.

1- قطعات متحرک کمتر:

موتورهای دورانی در مقايسه با موتورهای چهار زمانه پيستونی قطعات متحرک کمتری دارند. يک موتور دورانی دو روتوره سه قطعه متحرک اصلی دارد: دو روتور و محور خروجی. اين در حاليست که ساده ترين موتورهای پيستونی چهار سيلندر دست کم 40 قطعه متحرک دارد: پيستونها، شاتونها، ميل لنگ، ميل بادامک، سوپاپها، فنر سوپاپها، اسبکها، تسمه تايمينگ و ... . کم بودن قطعات متحرک می تواند دليلی بر قابليت اعتماد و اعتبار موتورهای دورانی باشد و به همين دليل است که کارخانه های سازنده وسايل هوانوردی ( هواپيما و کايت های با موتور احتراق داخلی) موتورهای دورانی را به موتورهای پيستونی ترجيح می دهند.

2- کارکرد نرم و بدون لرزه:

تمام قطعات موتور دورانی بطور پيوسته در حال چرخش آن هم در يک جهت می باشد که در مقايسه با تغيير جهت شديد قطعات متحرک در موتورهای پيستونی از ارجحيت خاصی برخوردار است.موتورهای دورانی بدليل تقارن خاص قطعات گردنده دارای بالانس داخلی است که هرگونه ارتعاشی را از بين می برد. همچنين انتقال قدرت در موتورهای دورانی نيز نرم تر است ؛ زيرا هر احتراق در طول 90 درجه چرخش روتور حاصل می شود. از آنجاييکه چرخش محور خروجی سه برابر چرخش روتور است پس هر احتراق در طول 270 درجه چرخش محورخروجی حاصل می گردد.اين يعنی يک موتور تک روتوره در سه ربع گردش محورخروجی خود قدرت انتقال می دهد؛ در مقايسه با موتور تک سيلندر پيستونی که احتراق در طول 180 درجه از دو دور گردش ميل لنگ يا يک ربع گردش محور خروجی آن رخ می دهد.

3- آهسته تر:

از آنجاييکه گردش روتور يک سوم گردش محور خروجی آن است, قطعات اصلی موتور آهسته تر از قطعات موتورهای پيستونی حرکت می کنند. که اين موضوع قابليت اطمينان به اين موتور را بالا می برد.

4- چالشها در طراحی موتورهای دورانی:

نوعاً ساخت موتورهای دورانی که بتواند استانداردهای آلودگی را پوشش دهد بسيار مشکل است. ( اما نه امکان ناپذير) هزينه ساخت آنها معمولاً بالاتر از موتورهای رايج پيستونی است؛ بيشتر به اين دليل که تيراژ توليد آنها نسبت به موتورهای پيستونی پايينتر است.

نوعاً مصرف سوخت اين گونه موتورها بالاتر از مصرف سوخت موتورهای پيستونی است زيرا مشکل کشيده و طولانی بودن محفظه احتراق و نسبت تراکم پايين اين موتورها راندمان ترموديناميکی آنها را محدود می کند.

EN-EZEL · 8 شهریور، ۱۳۸۸

مكانيزم احتراق گرين سوخت جامد

گرين سوخت جامد از سطح مي*سوزد. در سوختن نرمال از سطح گرين، لايه*لايه برداشته مي*شود. مؤلفه سرعت جبهه شعله*گرين در جهت عمود بر سطح آن، سرعت سوخت ناميده مي*شود. سرعت سوخت به كمك تركيب شيميايي سوخت تعيين و در يك رنج تقريبا و سيع بر حسب فشار محفظه و درجه حرارت گرين تغيير مي*كند. براي تعيين سرعت سوخت معمولا از رابطه تجربي زير استفاده مي*شود:

U=u0*b/(b+(20-t))*p

كه u0 سرعت سوختن گرين در درجه حرارت t=20c و تحت فشار 1kg/cm2 است. p فشار در محفظه بر حسب kgf/cm2ضرايب تعيين شده تجربي است. براي همه سوختهاي جامد امروزي u0دررنج 0.2-0.6cm/s و در رنج B=300-600c قرار دارد. در صورتي كه سرعت احتراق مشخص باشد، به راحتي مي*توان دبي جرمي سوخت را تعيين كرد.

G=VSU

كه V وزن مخصوص سوخت، معمولا در رنج 1.6-1.8kgf/lit و s سطح سوختن گرين است. در حين سوختن شكل*گرين تغيير مي*كند و سطح s ممكن است كاهش يا افزايش يابد كه در نتيجه باعث كاهش يا افزايش دبي جرمي، فشار و پيش*ران مي*شود.

با شكل مفروض اوليه گرين، نحوه تغيير اين پارامترها معمولا با روش اختلاف محدود مشخس مي*شود. براي مشخص كردن آن لازم است كه ابتدا نحوه تغيير سطح sرا در سوختن سطحبا ضخامت utتعقيب كرد.

كه vt وزن مخصوص سوخت، معمولاً در رنج kgf/lit 8/1-6/1 و –s سطح سوختن گرين است. در حين سوختن شكل گرين تغيير مي*كند و سطح s ممكن است كاهش يا افزايش يابد كه در نتيجه باعث كاهش يا افزايش دبي جرمي، فشار و پيش ران مي*شود.

با شكل مفروض اولية گرين، نحوة تغيير اين پارامترها معمولاً با روش اختلاف محدود مشخص مي*شود. براي مشخص كردن آن لازم است كه ابتدا نحوه تغيير سطح s را در سوختن سطح با ضخامت ut تعقيب كرد. در گرين*هاي پيچيده اين كار معمولاً گرافيكي انجام مي*شود و سرعت سوختن u در اين حالت به عنوان يك مقدار متغير برحسب فشار بررسي مي*شود.

انتخاب شكل اوليه گرين، براي تعيين محدودة معين تابع تغييرات فشار و پيش*ران برحسب زمان لازم است. به عنوان مثال كاهش تدريجي فشار در حين كاركرد موتور مي تواند جبران كنندة كاهش مشخصه*هاي مقاومت مصالح مواد در نتيجه گرم شدن محفظه باشد و در نتيجه وزن كاهش يابد. گاهي اوقات با بالا بردن پيش ران اوليه، سپس كاهش تدريجي آن مي*تواند به سرعت نهايي بيشتري در موشك بالستيك دست يافت. به رابطه 2-3 برمي*گرديم. مشهود است كه سرعت سوختن علاوه بر فشار، همچنين تابعي از درجه حرارت است. منظور درجه حرارت خود گرين است، يعني درجه حرارتي كه قبل از محترق شدن دارد و تا پايان كار ثابت مي*ماند. شعله باعث سوختن لاية سطحي مي*شود و جبهه آتش به عمق گرين سريع*تر از جريان حرارتي نفوذ مي كند. به همين دليل در رابطه 2-3 اثر درجه حرارت آب و هوايي (زمستان-تابستان) منظور شده است. در حالت كلي اين مقدار oC 40 در نظر گرفته مي*شود. براي بعضي از سوخت*ها، سرعت سوختن در رنج درجه حرارت ذكر شده ممكن است تا مقدار 30% تغيير كند. در نتيجه فشار و پيش ران نيز سريعاً تغيير مي*كند. بنابراين محفظه براساس بدترين شرايط از نظر مقاومت مصالح محاسبه مي*شود علاوه بر اين بايد توجه داشت كه بر اساس زمان احتراق سوخت، برد موشك*هاي بدون سيستم كنترل تغيير مي*كند. بنابراين، در هنگام شليك به هدف لازم است كه تصحيح مربوط به درجه حرارت گرين را اعمال كرد.

براي اين كه اثر درجه حرارت را كاهش دهيم، براي موشك*هاي بدون سيستم كنترل حتي از نازل*هاي مختلف استفاده مي*شود. به عبارت ديگر از نازل*هاي تابستاني با مقطع عبور بزرگ و رمستاني با مقطع عبور كوچك*تر استفاده مي*شود. در بعضي حالت*ها براي موشك*هاي تاكتيكي از گرين*هايي استفاده مي*شود كه از قبل دماي آن ثابت نگه داشته شده است و يا قبل از شليك آن را گرم مي*كنند، يا در كانتينرهايي با تنظيم كنندة درجه حرارت نگهداري مي*شوند. همچنين براي موشك*هاي بالستيكي مي*توان از اين نوع گرين*ها استفاده كرد.

در همه حالت*ها لازم است قبل از هرچيز، تركيب سوختي را انتخاب كرد كه رابطه ضعيفي بين سرعت سوختن و درجه حرارت آن وجود داشته باشد، كه در اين صورت مقدار بزرگي براي پارامتر B به دست مي*آيد.

مكانيزم اثر درجه حرارت گرين روي سرعت سوختن تقريباً مشخص است. بر اثر حرارت اعمالي به گرين سوخت، ذراتي از سوخت نزديك سطح سوختن در ابتداي گازي شكل مي*شود و واكنش*هاي شيميايي در آن انجام مي*گيرد. در اين فرايند نقش اساسي را شرايط انتقال حرارت از گاز به سطح گرين بازي مي*كند. در درجه حرارت*هاي پايين*تر، زمان گازي شدن قدري بيشتر و در نتيجه باعث كاهش سرعت سوختن مي*شود. به همين صورت نقش فشار نيز روشن مي*گردد. هرچه فشار بيشتر باشد، تعداد مولكول گاز داغ بيشتري به سطح گرين برخورد خواهد كرد و با شدت بيشتري انتقال حرارت صورت مي*گيرد. چون اين فرايند مرتبط با شرايط انتقال حرارت است، در نتيجه سرعت سوختن بايد همچنين توام با سرعت جريان گازي عبوري در طول سطح گرين افزايش يابد. در طول مسير جريان. با نزديك شدن به نازل، لحظه به لحظه مقادير جديد گاز اضافه مي*شود و سرعت جريان افزايش مي*يابد. بنابراين گرين از سمت نازل سريعتر مي*سوزد. بنابراين در حين طراحي گرين و مجموعة موتور بايد به اين مطلب توجه داشت.

EN-EZEL · 8 شهریور، ۱۳۸۸

موتورهای استرلینگ چگونه کار می کنند؟

موتور استرلینگ یک موتورحرارتی است که اختلاف زیادی با موتورهای احتراق داخلی در اتومبیل دارد که در سال 1816 توسط رابرت استرلینگ اختراع شد. موتور استرلینگ قابلیت بازدهی بیشتری نسبت به موتورهای بنزینی و دیزلی دارد.

اما امروزه موتورهای استرلنگ فقط در برخی کاربرد های خاص مانند زیر دریاییها یا ژنراتورهای کمکی در قایق ها که عملکرد بی صدا مهم است استفاده می شود. اگر چه موتورهای استرلینگ به تولید انبوه نرسید اما برخی اختراعات پرقدرت با این موتور کار می کند.

موتورهای استرلنگ از چرخه استرلنگ استفاده می کند که مشابه چرخه های استفاده شده در موتورهای احتراق داخلی نیست.

· گاز استفاده شده در داخل موتورهای استرلنگ هیچ وقت موتور را ترک نمی کند و مانند موتورهای دیزل و بنزینی سوپاپ دود که گازهای پر فشار را تخلیه می کند و محفظه احتراق وجود ندارد .به همین علت موتورهای استرلنگ بسیار بی صدا هستند .

· چرخه استرلینگ از یک منبع حراتی خارجی که می تواند هر چیزی از بنزین و انرژی خورشیدی تا حرارت ناشی از پوسیدگی گیاهان باشد استفاده کند و هیچ احتراقی داخل سیلندرهای موتور رخ نمی دهد .

صدها راه وجود دارد که یک موتورهای استرلنگ ایجاد کنیم .در این مقاله ما درمورد چرخه استرلینگ و چگونگی کار انوع مختلف این موتورمطالبی می آموزیم .

چرخه استرلینگ:

قاعده اصلی کار موتور استرلنگ این است که مقداری گاز داخل موتور محفوظ شده است .چرخه استرلینگ شامل یک سری رویداد است که فشار گاز داخل موتور را تغییر می دهد و سبب ایجاد کار می شود . چند خاصیت مهم گاز وجود دارد که برای عملکرد موتورهای استرلنگ مهم است :

· اگر مقداری گاز محبوس در یک حجم ثابت از فضا داشته باشید و شما به آن گاز حرارت بدهید , فشار گاز افزایش خواهد یافت .

· اگر مقداری گاز محبوس داشته باشید و آن را فشرده کنید (حجم آن را در فضا کاهش دهید ) ، دمای آن گاز افزایش خواهد یافت .

اجازه دهید به هر کدام از مراحل سیکل استرلینگ ، هنگامی که به موتور ساده شده استرلینگ نگاه می کنیم برویم .

موتور ساده شده ما از دو سیلندر استفاده می کند. یک سیلندر به وسیله ی یک منبع خارجی گرما، گرم می شود (مثل آتش) ودیگری به وسیله ی یک منبع سرد خارجی ، سرد می شود (مثل یخ ).محفظه گاز دو سیلندر به هم متصلند ، وپیستون ها به طور مکانیکی به وسیله ی یک اتصال که چگونگی حرکت انها را معین می کند به یکدیگر متصلند .

دو پیستون در انیمیشن بالا تمام مراحل سیکل را انجام می دهند .

سیکل استرلینگ 4 مرحله دارد :

1- حرارت به گاز داخل سیلندر گرم منتقل می شود (چپ) و سبب ایجاد فشار می شود این فشار پیستون را مجبور می کند تا به سمت پایین حرکت کند و این قسمتی از سیکل استرلینگ است که کار انجام می دهد .

2- هنگامی که پیستون راست به طرف پایین حرکت میکند پیستون چپ بالا می آید .این جابجایی گاز داغ را به داخل سیلندر سرد می راند ، که به سرعت گاز داخل منبع سرد را ، سرد می کند و فشار آن کاهش می یا بد .این عمل فشرده کردن گاز را در قسمت بعدی سیکل ساده تر می کند .

3- پیستون داخل سیلندر سرد (راست) شروع به فشرده کردن گاز می کند و گرمای تولید شده توسط این متراکم سازی به وسیله ی منبع سرد حذف می شود .

4- هنگامی که پیستون چپ پایین می رود پیستون سمت راست بالا می آید .این عمل گاز را به داخل سیلندر گرم می راند ،که به سرعت گرم شده و فشار ایجاد می کند .در این هنگام سیکل تکرار می شود .

موتوراسترلنگ فقط در طول مرحله اول سیکل نیرو تولید می کند . در این جا دو روش برای افزایش قدرت خروجی از سیکل استر لیتگ وجود دارد :

· افزایش قدرت خروجی در مرحله اول : در مرحله اول سیکل، فشار گاز گرم، پیستونی که کار انجام می دهد را می راند ، افزایش فشار در طول این قسمت از سیکل قدرت خروجی موتور را افزایش می دهد .یک راه افزایش فشار، افزایش دمای گاز است . هنگامی که ما بعدا به دو پیستون موتور استرلنگ در این مقاله نگاه کنیم خواهیم دید که چگونه یک وسیله که ریجناتورنامیده می شود قدرت خروجی موتور را به وسیله ی حرارت ذخیره شده ی لحظه ای بهبود می بخشد .

· کاهش قدرت استفاده شده در مرحله 3 :در مرحله سوم سیکل ، پیستون روی گاز کار انجام می دهد و از قسمتی ازکار ایجاد شده در مرحله اول استفاده می کند . کاهش فشار در طول این مرحله از سیکل، می تواند قدرت استفاده شده در این مرحله را کاهش دهد (و به طور موثر قدرت خروجی افزایش می یابد ). یک راه کاهش فشار سرد کردن گاز در دمای پایین تر است .

این بخش سیکل ایده آل استرلینگ را توضیح داد .کار واقعی موتور به دلیل محدودیتهای طراحی فیزیکی مقداری با سیکل ایده آل اختلاف دارد .

در دو قسمت بعدی ما نگاهی به دو نوع مختلف موتورهای استرلنگ می کنیم .تحلیل نوع جابجا شونده موتور ساده تر است بنابراین ما این نوع را شروع می کنیم .

نوع جابجا شونده موتور استرلینگ :

به جای داشتن دو پیستون ،نوع جابه جا شونده یک پیستون دارد که جابه جا می شود .جابه جا کننده برای کنترل موقعی که مخزن گاز گرم و یا موقعی که سرد است به کار می رود .این نوع موتور استرلینگ اغلب به صورت نمایشی در کلاس درس استفاده می شود .شما حتی می توانید قطعات آنرا برای سر هم کردن بخرید .

این موتور حتی با استفاده از حرارت کف دستتان می تواند حرکت کند .

به عبارتی حرکت موتور بالا مستلزم یک اختلاف دما بین بالا و پایین سیلندر بزرگ است . در این مورد ، اختلاف بین دمای دستتان و هوای اطراف آن برای چرخش موتور کافی است .

1- پیستون قدرت :که پیستون کوچکتر در بالای موتور است و به طور محکم محفوظ شده است وبه علت انبساط گاز داخل موتور بالا می آید .

2- جابه جا کننده :که پیستون بزرگ در تصویر است .این پیستون در داخل سیلندر بسیار آزاد است بنابراین هوا به سادکی بین قسمت گرم و سرد موتور هنگامی که پیستون بالا و پایین می رود می تواند حرکت کند .

جابه جا کننده بالا و پایین می رود تا گاز داخل موتور گرم و سرد شود .دو موقعیت برای این حالت وجود دارد :

· هنگامی که جابه جاکننده نزدیک بالای سیلندر بزرگ است بیشتر گاز داخل موتور توسط منبع گرم ، گرم و منبسط شده است و فشار ایجاد شده درداخل موتور، نیروی بالا برندگی پیستون را ایجاد می کند .

· هنگامی که جابه جاکننده نزدیک کف سیلندر بزرگ است بیشتر گاز داخل موتور سرد و متراکم شده است که سبب افت فشار می شود و پایین آمدن پیستون قدرت را ساده تر می کند و گاز فشرده می شود .

موتور مکررا گاز گرم وسرد می کند و از گاز منبسط و منقبض شده انرژی دریافت می کند .

ما نگاهی به موتور استرلینگ دو پیستونه خواهیم داشت .

موتور استرلینگ دو پیستونه:

در این موتور ،سیلندر به وسیله ی مشعل خارجی گرم می شود . سیلندر سرد با جریان هوا سرد شده و در آن بالا و پایین می رود تا به فرایند سرد شدن کمک کند . میل رابط هر پیستون به یک دیسک کوچک متصل است که در حال چرخیدن به یک فلایویل بزرگ متصل است و هنگامی که نیرویی توسط موتور تولید نمی شود باعث تداوم حرکت پیستون می شود .

مشعل دائما انتهای سیلندر را گرم می کند

1- در قسمت اول سیکل ، فشار تولید می شود و پیستون را به حرکت به سمت چپ مجبور می کند و کار صورت می گیرد . پیستون سرد چون در موقعیتی است که در حرکت خود تغییر جهت خواهد داد تقریبا ساکن باقی می ماند .

2- در مرحله بعدی ، هر دو پیستون حرکت می کنند ،پیستون گرم به سمت راست و پیستون سرد به سمت بالا حرکت می کند . این عمل گاز را بیشتر به سمت رجیناتور و پیستون سرد حرکت می دهد .رجیناتور وسیله ای است که به طور موقت حرارت را می تواند ذخیره کند و از شبکه سیمی که گاز گرم از بین آن عبور می کند ساخته شده است .سطح بزرگ شبکه سیمی، حرارت را جذب می کند وآن را به آرامی به محیط سرد می دهد .

3- پیستون در سیلندر سرد شروع به متراکم کردن گاز می کند .گرمای ایجاد شده توسط این تراکم به واسطه ی سطح سرد از بین می رود .

4- در آخرین مرحله سیکل هر دو پیستون حرکت می کنند ، هنگامی که پیستون گرم به سمت چپ حرکت می کند پیستون سرد به سمت پایین حرکت می کند .

این عمل گاز اطراف رجیناتور (جایی که در طول سیکل قبلی گرما را ذخیره کرده بود ) را به داخل سیلندرگرم می راند .در این لحظه سیکل دوباره تکرار می شود.

شما ممکن است از اینکه هیچ درخواستی برای تولید انبوه موتور استرلینگ نبوده است تعجب کرده باشید .

در بخش بعدی ما به برخی دلایل آن اشاره می کنیم.

چرا موتورهای استرلینگ متداول نیستند؟

دو ویژگی وجود دارد که ساخت موتورهای استرلینگ را برای استفاده در بسیاری از کاربردها مانند بسیاری از ماشین ها و کامیون ها غیر عملی می کند .

به دلیل اینکه منبع حرارت در خارج است برای موتور مقداری طول می کشد تا به تغییرات گرمایی داخل سیلندر عکس العمل نشان دهد. برای انتقال حرارت بین دیواره های سیلندر و گاز داخل موتور زمانی صرف می شود . این بدین معناست که :

· موتورقبل از اینکه کار مفید را ایجاد کند به مقدارزمانی نیاز دارد تا گرم شود .

· موتور نیروی خروجی اش را نمی تواند به سرعت تغییر دهد .

این نقایص باعث شده است که این موتور با موتورهای احتراق داخلی اتومبیل جایگزین نشود. هر چند که وجود موتور استرلینگی که به ماشین هیبریدی نیرو می دهد امکان پذیر است .

EN-EZEL · 8 شهریور، ۱۳۸۸

موتورهای استرلینگ چگونه کار می کنند؟

موتور استرلینگ یک موتورحرارتی است که اختلاف زیادی با موتورهای احتراق داخلی در اتومبیل دارد که در سال 1816 توسط رابرت استرلینگ اختراع شد. موتور استرلینگ قابلیت بازدهی بیشتری نسبت به موتورهای بنزینی و دیزلی دارد.

اما امروزه موتورهای استرلنگ فقط در برخی کاربرد های خاص مانند زیر دریاییها یا ژنراتورهای کمکی در قایق ها که عملکرد بی صدا مهم است استفاده می شود. اگر چه موتورهای استرلینگ به تولید انبوه نرسید اما برخی اختراعات پرقدرت با این موتور کار می کند.

موتورهای استرلنگ از چرخه استرلنگ استفاده می کند که مشابه چرخه های استفاده شده در موتورهای احتراق داخلی نیست.

• گاز استفاده شده در داخل موتورهای استرلنگ هیچ وقت موتور را ترک نمی کند و مانند موتورهای دیزل و بنزینی سوپاپ دود که گازهای پر فشار را تخلیه می کند و محفظه احتراق وجود ندارد .به همین علت موتورهای استرلنگ بسیار بی صدا هستند .

• چرخه استرلینگ از یک منبع حراتی خارجی که می تواند هر چیزی از بنزین و انرژی خورشیدی تا حرارت ناشی از پوسیدگی گیاهان باشد استفاده کند و هیچ احتراقی داخل سیلندرهای موتور رخ نمی دهد .

صدها راه وجود دارد که یک موتورهای استرلنگ ایجاد کنیم .در این مقاله ما درمورد چرخه استرلینگ و چگونگی کار انوع مختلف این موتورمطالبی می آموزیم .

چرخه استرلینگ:

قاعده اصلی کار موتور استرلنگ این است که مقداری گاز داخل موتور محفوظ شده است .چرخه استرلینگ شامل یک سری رویداد است که فشار گاز داخل موتور را تغییر می دهد و سبب ایجاد کار می شود . چند خاصیت مهم گاز وجود دارد که برای عملکرد موتورهای استرلنگ مهم است :

• اگر مقداری گاز محبوس در یک حجم ثابت از فضا داشته باشید و شما به آن گاز حرارت بدهید , فشار گاز افزایش خواهد یافت .

• اگر مقداری گاز محبوس داشته باشید و آن را فشرده کنید (حجم آن را در فضا کاهش دهید ) ، دمای آن گاز افزایش خواهد یافت .

اجازه دهید به هر کدام از مراحل سیکل استرلینگ ، هنگامی که به موتور ساده شده استرلینگ نگاه می کنیم برویم .

موتور ساده شده ما از دو سیلندر استفاده می کند. یک سیلندر به وسیله ی یک منبع خارجی گرما، گرم می شود (مثل آتش) ودیگری به وسیله ی یک منبع سرد خارجی ، سرد می شود (مثل یخ ).محفظه گاز دو سیلندر به هم متصلند ، وپیستون ها به طور مکانیکی به وسیله ی یک اتصال که چگونگی حرکت انها را معین می کند به یکدیگر متصلند .

دو پیستون در انیمیشن بالا تمام مراحل سیکل را انجام می دهند .

سیکل استرلینگ 4 مرحله دارد :

1- حرارت به گاز داخل سیلندر گرم منتقل می شود (چپ) و سبب ایجاد فشار می شود این فشار پیستون را مجبور می کند تا به سمت پایین حرکت کند و این قسمتی از سیکل استرلینگ است که کار انجام می دهد .

2- هنگامی که پیستون راست به طرف پایین حرکت میکند پیستون چپ بالا می آید .این جابجایی گاز داغ را به داخل سیلندر سرد می راند ، که به سرعت گاز داخل منبع سرد را ، سرد می کند و فشار آن کاهش می یا بد .این عمل فشرده کردن گاز را در قسمت بعدی سیکل ساده تر می کند .

3- پیستون داخل سیلندر سرد (راست) شروع به فشرده کردن گاز می کند و گرمای تولید شده توسط این متراکم سازی به وسیله ی منبع سرد حذف می شود .

4- هنگامی که پیستون چپ پایین می رود پیستون سمت راست بالا می آید .این عمل گاز را به داخل سیلندر گرم می راند ،که به سرعت گرم شده و فشار ایجاد می کند .در این هنگام سیکل تکرار می شود .

موتوراسترلنگ فقط در طول مرحله اول سیکل نیرو تولید می کند . در این جا دو روش برای افزایش قدرت خروجی از سیکل استر لیتگ وجود دارد :

• افزایش قدرت خروجی در مرحله اول : در مرحله اول سیکل، فشار گاز گرم، پیستونی که کار انجام می دهد را می راند ، افزایش فشار در طول این قسمت از سیکل قدرت خروجی موتور را افزایش می دهد .یک راه افزایش فشار، افزایش دمای گاز است . هنگامی که ما بعدا به دو پیستون موتور استرلنگ در این مقاله نگاه کنیم خواهیم دید که چگونه یک وسیله که ریجناتور نامیده می شود قدرت خروجی موتور را به وسیله ی حرارت ذخیره شده ی لحظه ای بهبود می بخشد .

• کاهش قدرت استفاده شده در مرحله 3 :در مرحله سوم سیکل ، پیستون روی گاز کار انجام می دهد و از قسمتی ازکار ایجاد شده در مرحله اول استفاده می کند . کاهش فشار در طول این مرحله از سیکل، می تواند قدرت استفاده شده در این مرحله را کاهش دهد (و به طور موثر قدرت خروجی افزایش می یابد ). یک راه کاهش فشار سرد کردن گاز در دمای پایین تر است .

این بخش سیکل ایده آل استرلینگ را توضیح داد .کار واقعی موتور به دلیل محدودیتهای طراحی فیزیکی مقداری با سیکل ایده آل اختلاف دارد .

در دو قسمت بعدی ما نگاهی به دو نوع مختلف موتورهای استرلنگ می کنیم .تحلیل نوع جابجا شونده موتور ساده تر است بنابراین ما این نوع را شروع می کنیم .

نوع جابجا شونده موتور استرلینگ :

به جای داشتن دو پیستون ،نوع جابه جا شونده یک پیستون دارد که جابه جا می شود .جابه جا کننده برای کنترل موقعی که مخزن گاز گرم و یا موقعی که سرد است به کار می رود .این نوع موتور استرلینگ اغلب به صورت نمایشی در کلاس درس استفاده می شود .شما حتی می توانید قطعات آنرا برای سر هم کردن بخرید .

این موتور حتی با استفاده از حرارت کف دستتان می تواند حرکت کند .

به عبارتی حرکت موتور بالا مستلزم یک اختلاف دما بین بالا و پایین سیلندر بزرگ است . در این مورد ، اختلاف بین دمای دستتان و هوای اطراف آن برای چرخش موتور کافی است .

در شکل بالا شما دو موقعیت را می توانید ببنید :

1- پیستون قدرت :که پیستون کوچکتر در بالای موتور است و به طور محکم محفوظ شده است وبه علت انبساط گاز داخل موتور بالا می آید .

2- جابه جا کننده :که پیستون بزرگ در تصویر است .این پیستون در داخل سیلندر بسیار آزاد است بنابراین هوا به سادکی بین قسمت گرم و سرد موتور هنگامی که پیستون بالا و پایین می رود می تواند حرکت کند .

جابه جا کننده بالا و پایین می رود تا گاز داخل موتور گرم و سرد شود .دو موقعیت برای این حالت وجود دارد :

• هنگامی که جابه جاکننده نزدیک بالای سیلندر بزرگ است بیشتر گاز داخل موتور توسط منبع گرم ، گرم و منبسط شده است و فشار ایجاد شده درداخل موتور، نیروی بالا برندگی پیستون را ایجاد می کند .

• هنگامی که جابه جاکننده نزدیک کف سیلندر بزرگ است بیشتر گاز داخل موتور سرد و متراکم شده است که سبب افت فشار می شود و پایین آمدن پیستون قدرت را ساده تر می کند و گاز فشرده می شود .

موتور مکررا گاز گرم وسرد می کند و از گاز منبسط و منقبض شده انرژی دریافت می کند .

ما نگاهی به موتور استرلینگ دو پیستونه خواهیم داشت .

موتور استرلینگ دو پیستونه:

در این موتور ،سیلندر به وسیله ی مشعل خارجی گرم می شود . سیلندر سرد با جریان هوا سرد شده و در آن بالا و پایین می رود تا به فرایند سرد شدن کمک کند . میل رابط هر پیستون به یک دیسک کوچک متصل است که در حال چرخیدن به یک فلایویل بزرگ متصل است و هنگامی که نیرویی توسط موتور تولید نمی شود باعث تداوم حرکت پیستون می شود .

مشعل دائما انتهای سیلندر را گرم می کند

1- در قسمت اول سیکل ، فشار تولید می شود و پیستون را به حرکت به سمت چپ مجبور می کند و کار صورت می گیرد . پیستون سرد چون در موقعیتی است که در حرکت خود تغییر جهت خواهد داد تقریبا ساکن باقی می ماند .

2- در مرحله بعدی ، هر دو پیستون حرکت می کنند ،پیستون گرم به سمت راست و پیستون سرد به سمت بالا حرکت می کند . این عمل گاز را بیشتر به سمت رجیناتور و پیستون سرد حرکت می دهد .رجیناتور وسیله ای است که به طور موقت حرارت را می تواند ذخیره کند و از شبکه سیمی که گاز گرم از بین آن عبور می کند ساخته شده است .سطح بزرگ شبکه سیمی، حرارت را جذب می کند وآن را به آرامی به محیط سرد می دهد .

3- پیستون در سیلندر سرد شروع به متراکم کردن گاز می کند .گرمای ایجاد شده توسط این تراکم به واسطه ی سطح سرد از بین می رود .

4- در آخرین مرحله سیکل هر دو پیستون حرکت می کنند ، هنگامی که پیستون گرم به سمت چپ حرکت می کند پیستون سرد به سمت پایین حرکت می کند .

این عمل گاز اطراف رجیناتور (جایی که در طول سیکل قبلی گرما را ذخیره کرده بود ) را به داخل سیلندرگرم می راند .در این لحظه سیکل دوباره تکرار می شود.

شما ممکن است از اینکه هیچ درخواستی برای تولید انبوه موتور استرلینگ نبوده است تعجب کرده باشید .

در بخش بعدی ما به برخی دلایل آن اشاره می کنیم.

چرا موتورهای استرلینگ متداول نیستند؟

دو ویژگی وجود دارد که ساخت موتورهای استرلینگ را برای استفاده در بسیاری از کاربردها مانند بسیاری از ماشین ها و کامیون ها غیر عملی می کند .

به دلیل اینکه منبع حرارت در خارج است برای موتور مقداری طول می کشد تا به تغییرات گرمایی داخل سیلندر عکس العمل نشان دهد. برای انتقال حرارت بین دیواره های سیلندر و گاز داخل موتور زمانی صرف می شود . این بدین معناست که :

• موتورقبل از اینکه کار مفید را ایجاد کند به مقدارزمانی نیاز دارد تا گرم شود .

• موتور نیروی خروجی اش را نمی تواند به سرعت تغییر دهد .

این نقایص باعث شده است که این موتور با موتورهای احتراق داخلی اتومبیل جایگزین نشود. هر چند که وجود موتور استرلینگی که به ماشین هیبریدی نیرو می دهد امکان پذیر است .

EN-EZEL · 8 شهریور، ۱۳۸۸

موتور های شبه توربین چگونه کار می کنند؟

طراحی موتور تحت تاثیر سه عامل است:نگرانی درباره ی مسایل زیست محیطی،افزایش قیمت سوخت و لزوم حفظ منابع سوخت های فسیلی . خودرو های هیدروژنی (که با سلول های سوختی و یا با احتراق داخلی هیدروژن کار می کنند) آن طور که پیش بینی می شد در آینده ی نزدیک در دسترس نخواهند بود.در نتیجه مهندسان زیادی علاقه به بهبود موتور های احتراق داخلی فعلی دارند.

● موتور شبه توربین

موتور شبه توربین ( Quasiturbine Engines) که در ۱۹۹۶ به ثبت رسید نتیجه ی چنین بهبودی است.در این مقاله موتور شبه توربین را معرفی می کنیم و به سوالات زیر پاسخ خواهیم داد:

▪ ایده ی این موتور از کجا آمده است؟

▪ اجزای موتور شبه توربین چیست؟

▪ چگونه کار می کند؟

▪ بازدهی آن نسبت به سایر موتور های احتراق داخلی چگونه است؟

مقاله را با یاد آوری اصول کار موتور شروع می کنیم:

● اصول کار موتور:

اساس کار موتور ساده است:اگر مقداری هوا و سوخت پر انرژی (مانند بنزین) را در یک فضای کوچک و بسته قرار دهید و مشتعل کنید،گاز به سرعت منبسط شده و مقدار زیادی انرژی آزاد می کند.

هدف نهایی یک موتور تبدیل انرژی انبساط این گاز به انرژی دورانی است و در مورد موتور خودرو هدف چرخاندن محور چرخ هاست.

برای مهار این انرژی موتور باید چرخه ی احتراقی را طی کند که در آن:

▪ مخلوط سوخت و هوا اجازه ی ورود به محفظه ی احتراق را داشته باشد.

▪ هوا و سوخت فشرده شود.

▪ سوخت مشتعل شود.

▪ دود به عنوان محصول احتراق خارج شود.

موتور چگونه کار می کند با جزییات بیشتر این چرخه را در موتور های پیستونی معمولی توضیح می دهد که در آن چرخه ی احتراق پیستونی را بالا و پایین می برد و این حرکت رفت و برگشتی توسط میل لنگ به حرکت دورانی تبدیل می شود.

اگرچه موتور پیستونی در خودرو ها متداول تر است اما موتور شبه توربین بیشتر مانند موتور دورانی عمل می کند.در موتور دورانی به جای استفاده از پیستون از یک روتور مثلثی استفاده می شود. فشار احتراق در فضای بین یک ضلع روتور مثلثی و استاتور(بدنه ی موتور) ایجاد می شود.

حرکت روتور به نحوی است که هر سه گوش آن با بدنه در تماس باقی می ماند و به این ترتیب سه حجم جدای گاز ایجاد می شود.وقتی روتور حرکت می کند این سه حجم پیوسته منبسط و منقبض می شوند.همین انبساط و انقباض است که هوا و سوخت را به داخل می کشد،آن را فشرده می کند و انرژی مفید آن را می گیرد و دود را به خارج می راند.(برای اطلاعات بیشتر موتورهای دورانی چگونه کار می کند را ببینید.)

● اصول موتور شبه توربین:

Saint-Hilaire موتور شبه توربین را در ۱۹۹۶ به ثبت رساند.ایده ی موتور شبه توربین از تحقیقات گسترده برای ارزیابی تمام موتورها و پیدا کردن نقاط ضعف و قوت آن ها و روش های بهتر کردنشان بدست آمد.در این تحقیقات گروه Saint-Hilaire دریافت که یک موتور بی همتا موتوری است که از بهتر کردن موتور ونکل(دورانی) بدست می آید.

مانند موتورهای دورانی،موتور شبه توربین نیز با یک روتور و استاتور(بدنه) کار می کند.اما روتور آن به جای سه لبه،از چهار جز که مانند زنجیر به هم متصل اند تشکیل شده است.روتور چهار گوش چیزی است که موتور شبه توربین را از موتور دورانی جدا می کند.دو نوع موتور شبه توربین وجود دارد که یکی روتور کالسکه ای دارد و دیگری بدون کالسکه ای است.همان طور که خواهیم دید در اینجا منظور از کالسکه قطعه ی ساده ای از این موتور است.

در ابتدا نگاهی به اجزای موتور شبه توربین ساده تر یعنی نوع بدون کالسکه ای می اندازیم.

● موتور شبه توربین ساده

موتور شبه توربین ساده خیلی شبیه موتور دورانی است:یک روتور درون بدنه ی تقریبا بیضی شکل می چرخد.اما فراموش نکنید که موتور شبه توربین روتور چهار جزیی دارد.گوشه های روتور با بدنه به خوبی آب بندی شده اند و نیز گوشه های روتور نسبت به بخش داخلی آب بندی اند.در نتیجه چهار محفظه ی مجزا تشکیل می شود.

در موتور پیستونی،یک دور تکرار چرخه ی چهار زمانه دو دور میل لنگ را می چرخاند.در نتیجه قدرت خروجی موتور چهارزمانه یک انرژی یک احتراق به ازای دو دور گردش میل لنگ ( ویا نصف انرژی یک احتراق به ازای یک رفت و برگشت پیستون) است.

اما یک موتور شبه توربین پیستون ندارد و چهار زمان یک چرخه پشت سر هم در بدنه ی بیضی شکل ردیف شده اند.همچنین نیازی به میل لنگ برای ایجاد حرکت دورانی نیست.

تصویر متحرک زیر هر زمان یک چرخه ی چهار زمانه را نشان می دهد.توجه کنید که در این مثال،شمع در یکی از مجراهای بدنه قرار گرفته است.

در این مثال ساده به راحتی می توان چهار زمان یک موتور احتراق داخلی را مشاهده کرد:

▪ مکش:سوخت و هوا به داخل کشیده می شود.

▪ تراکم:مخلوط سوخت و هوا فشرده می شود.

▪ احتراق:جرقه ی شمع سوخت را مشتعل می کند.

▪ تخلیه:گاز های مصرف شده از استاتورخارج می شوند.

موتور شبه توربین کالسکه ای نیز با همین ایده کار می کند با این تفاوت که قسمت کالسکه ای شکلی به روتور اضافه شده و اجازه ی رخ دادن انفجار نوری (photo detonation) را می دهد.انفجار نوری حالت احتراق بهتری است که نیاز به فشار زیاد و مقاومت فیزیکی بیشتری دارد که موتورهای پیستونی و دورانی توانایی تولید آن را ندارند.در ادامه درباره ی انفجار نوری می آموزیم.

● انفجار نوری (photo-detonation):

موتور های احتراق داخلی بر اساس نحوه ی مخلوط شدن سوخت و هوا و نیز چگونگی مشتعل شدن آن به چهار دسته تقسیم می شوند.در نوع اول سوخت و هوا پیش از ورود به سیلندر به صورت یک مخلوط همگن درمی آید و با جرقه ی شمع مشتعل می شوند که این همان موتور بنزینی معمولی است.

نوع دوم موتور تزریق مستقیم بنزینی است.در این نوع با تزریق مستقیم بنزین به داخل سیلندر،مخلوط نا همگنی خواهیم داشت.(در موتور های بنزینی انژکتوری،انژکتورها سوخت را در منیفولد ورودی می پاشند اما در این نوع بنزین مستقیما به سیلندر تزریق می شود.)وقتی شمع جرقه می زند،بیشتر سوخت می سوزد اما کمی از آن نسوخته باقی می ماند.

در نوع سوم سوخت و هوا در محفظه ی احتراق تا حدودی با هم مخلوط می شوند.سپس این مخلوط ناهمگن فشرده می شود و دمای آن بالا می رود تا اینکه خود به خود مشتعل شود.که موتورهای دیزل این گونه اند.

در نوع چهارم بهترین خصوصیات موتورهای بنزینی و دیزلی ترکیب شده اند.سوخت وهوا پیش از ورود به سیلندر کاملا مخلوط می شوند.سپس این مخلوط همگن به شدت فشرده می شود تا خود به خود بسوزد.این همان چیزی است که به آن انفجار نوری می گوییم.چون در این نوع موتور مخلوط همگن در اثر فشار مشتعل می شود به آن موتور HCCI Homogeneous Charge Compression Ignition نیز می گویند.

احتراق HCCI هیچ هیدروکربن نسوخته ای باقی نمی گذارد و در نتیجه بهره وری بالایی دارد.(به دلیل فشار و دمای بالا و نیز همگن بودن مخلوط ،تمام آن می سوزد.)

البته برای انفجار نوری فشار بالایی مورد نیاز است که این موضوع تنش قابل توجهی به موتور وارد می کند و موتور پیستونی نمی تواند ضربه ی شدید این نوع احتراق ( که نوعی خود سوزی است) را تحمل کند.همچنین موتورهای دورانی قبلی به دلیل داشتن اتاق احتراق کشیده و بزرگ نمی توانند فشار مورد نیاز برای انفجار نوری را ایجاد کنند.

فقط موتور شبه توربین کالسکه دار می تواند نیروی انفجار را تحمل کند و ضریب تراکم مورد نیاز برای خودسوزی را فراهم کند

EN-EZEL · 8 شهریور، ۱۳۸۸

موتور درون*سوز چیست؟

موتورهای درون سوز (موتورهای احتراق داخلی)

ریشه لغوی

موتور درون سوز یا موتور احتراق داخلی ترجمه عبارت انگلیسی Intrer combustion Engine است. و به موتورهایی گفته می*شود که سوخت در داخل محفظه موتور سوزانده می*شود.

نگاه اجمالی

یک موتور احتراق داخلی وسیله است که انرژی محبوس در سوخت*های فسیلی نظیر بنزین ، گازوئیل و یا نفت ، گاز مایع LPG را به انرژی مکانیکی تبدیل کرده و آنرا در انتهای شفت میل لنگ ، خارج از پوسته موتور ، به صورت چرخش صفحه فلایویل در اختیار مصرف کننده می*گذراد.

تاریخچه

اولین تجربه کارآ و قابل ذکر در زمینه ساخت موتوهای احتراق داخلی در سال 1876میلادی اتفاق افتاد. در این سال یک مخترع آلمانی به نام «ان.ای.اتو» موفق شد که یک موتور احتراق داخلی ، چهارزمانه را به ثبت برساند که اصول کار موتور در حال حاضر اصول کار موتورهای رایج است. از آن تاریخ به بعد تحول چندانی در ساختمان این موتوها از لحاظ کارکردی اتفاق نیافتاده است. بلکه مدلهای مختلف و انواع پیشرفته*تری ساخته شده*اند که با نمونه اولیه بسیار مشابهند. البته در سال 1957 موتوری توسط «وانکل» ساخته شد که اگرچه اصول موتورهای اتو را به کار می*برد لیکن ساختمان آن متفاوت است.

انواع موتورهای احتراق داخلی

این موتورها را به دسته کلی موتور چهارزمانه و موتورهای دوزمانه می*توان تقسیم کرد. اصول کاری این موتورها مشابه است. لیکن نحوه عمل آنها به علت تفاوت*های ساختاری اندکی متفاوت است.

* موتور چهارزمانه :

این موتورها در واقع همان موتورهایی هستند که توسط اتو اختراع شدند و وجه تسمیه آنها اینست که این موتورها برای هر انفجار (مرحله تبدیل انرژی سوخت به انرژی مکانیکی) می*بایست چهار مرحله مکش ، تراکم ، انفجار و تخلیه را انجام دهند.

* موتورهای دوزمانه :

مخترعین هم عصر اتو اعتقاد داشتند که وجود تنها یک مرحله توان در دو دور چرخش موتور ، زیان بزرگی است. بنابراین توجه خود را به موتوری معطوف کردند که در هر دور چرخش دارای یک انفجار بود. این کار با ترکیب کردن مراحل انفجار و دم و بازدم به عنوان یک مرحله و ترکیب تخلیه و تراکم به عنوان مرحله بعدی صورت می*گیرد.

معیارهای دیگر جهت طبقه بندی موتورهای احتراق داخلی

روش دیگر برای طبقه بندی این موتورها (اعم از دوزمانه یا چهار زمانه) ذکر کردن تعداد سیلندرهای این موتورهاست. در این موتورها سیلندرها که در واقع واحدهای تولید انرژی مکانیکی می*باشند در کنار یکدیگر قرار می*گیرند. بر این اساس موتورهای متنوعی ساخته شده*اند که انواع متداول آنها می*توانند یک سیلندر ، دو سیلندر ، سه سیلندر ، چهار سیلندر ، شش سیلندر ، هشت ، ده و دوازده و در مواردی بیست وچهار سیلندر باشد.

البته معیارهای دیگری نیز برای طبقه بندی این موتورها به کار می*رود. مثلا اگر نحوه آرایش سیلندرها را معیار در نظر بگیریم می*توانیم موتورها را به انواع: موتورهای خطی ، موتورهای V شکل یا خورجینی و موتورهای شعاعی تقسیم بندی کنیم و یا اینکه می*توان برای طبقه بندی موتورها از حجم آنها استفاده کرد که عبارت است از حجم کل پیستونهای آنها زمانیکه در نقطه مرگ پایین باشند. روش دیگر برای طبقه بندی این موتورها ، نحوه مشتعل شدن سوخت در این موتورها است. بر این اساس موتورهای احتراق داخلی به دو دسته تقسیم می شوند.

* موتور اشتعال جرقه*ای :

این موتورها ، برای سوزاندن ماده سوختنی از سیستم برقی تولید کننده جرقه استفاده می کنند.

* موتورهای دیزل :

این موتورها برای مشتعل کردن سوخت از حرارت بالای خود سیلندر استفاده می*کنند.

طرز کار

نحوه کار موتورهای احتراق داخلی را به شکل خلاصه می*توان انگونه بیان کرد.

* مکش :

مخلوط آزمایش*های مربوط به هوا و سوخت (در موتورهای دیزل فقط هوا) به درون سیلندر مکیده می شود.

* تراکم :

مخلوط مذکور (هوای وارد شده در موتورهای دیزل) توسط پیستون فشرده می*شود.

* توان :

مخلوط آزمایش*های مربوط به هوا و سوخت محترق شده و انرژی آزاد می*کند که باعث حرکت پیستون به سمت پایین می*شود.

* تخلیه :

گازهای ناشی از احتراق از محفظه سیلندر تخلیه می*شود.

البته این چهار مرحله در موتور چهارزمانه اتفاق می افتد و در موتورهای دو زمانه مراحل 1 و 2 و مراحل 3 و 4 با یکدیگر تواما انجام می*شوند. به هر حال پس از انجام مرحله انفجار (توان) انرژی آزاد شده از سوختن ماده سوختنی آزاد شده است و باعث حرکت پیستون می*گردد. از آنجایی که حرکت پیستون بصورت رفت و برگشتی است. برای تبدیل این حرکت به حرکت دورانی به یک قطعه دیگر در موتور به نام میل لنگ نیاز است که به پیستون یا پیستونها (بر حسب تعداد سیلندر موتور) متصل شده و حرکت رفت و برگشتی را به حرکت چرخشی تبدیل می کند.

ساختمان

موتورهای احتراق داخلی برای درست کار کردن به سیستم های مختلفی نیازمندند که همگی می*بایست به دقت و نحو مطلوب وظیفه خود را انجام دهند. اجزا و سیستم*های تشکیل دهنده یک موتور احتراق داخلی را می*توان به شرح زیر برشمرد.

* سیلندر :

قسمت اصلی موتور است که محل بالا و پایین رفتن پیستون می*باشد.

* سرسیلندر :

بر روی سیلندر قرار می*گیرد و محل قرار گیری سوپاپ*ها ، شمع*ها و ... می*باشد.

* پیستون :

قطعه متحرکی است که در داخل سیلندر بالا و پایین می*رود و به میل لنگ متصل است.

* میل لنگ :

تبدیل کننده حرکت رفت و برگشتی به حرکت چرخشی است.

* سیستم هوارسانی :

به ساختارهایی گفته می*شوند که محفظه سیلندر را به هوای بیرون مربوط می*کند.

* سیستم سوخت رسانی :

وظیفه رساندن و تنظیم میزان سوخت مصرفی را بر عهده دارد.

* سیستم خنک کننده :

وظیفه کنترل دمای کاری موتور را به عهده دارد.

* سیستم روغن کاری :

جهت کم کردن سایش و انتقال حرارت موتور به کار می*رود.

* سیستم برقی :

جهت اشتعال سوخت و ایجاد جرقه کاربرد دارد. (موتورهای دیزل فاقد این سیستم می*باشد)

* سیستم سوپاپ*ها :

جهت زمان بندی ورود آزمایش*های مربوط به هوا و خروج دود به کار می*روند. (موتورهای دوزمانه فاقد این سیستم اند)

* سایر قطعات :

رینگ*های پیستون ، میل بادامک ، چرخ لنگر یا فلاپویل ، یاتاقان*ها ، کاورنر ، و وزنه*های تعادل.

کاربردها

موتورهای احتراق داخلی امروزه گسترده*ترین و پراستفاده*ترین انواع موتورها می*باشند. و بیشترین کاربرد این موتورها در اتومبیل*ها ، کامیون*ها و سایر وسایل نقلیه است. البته در کارهای ایستا نظیر پمپ کردن آب یا آسیابها هم از این موتورها استفاده می*شود. شاید زمانی که برق منطقه*ای قطع شده است مشاهده می*کنید که یک مغازه یا کارخانه یا مجتمع مسکونی و ... دارای برق است. این برق را با استفاده از انرژی جنبشی یک موتور احتراق داخلی و استفاده از یک ژنراتور تولید می*کنند. و ...

نقش موتورهای درون سوز در زندگی ما

طیف وسیع و گسترده*ای از وسایل متحرک اطراف ما برای تامین حرکت خود به موتورهای احتراق داخلی وابسته*اند. تصور کنید اگر تنها یک شبکه حمل و نقل (که 100 درصد به موتورهای احتراق داخلی وابسته است) از کار بیافتد زندگی روزمره به چه شکلی در خواهد آمد؟

مباحث مرتبط با عنوان

* اصول کار موتور

* سیلندر

* سرسیلندر

* پیستون

* سیستم آزمایش*های مربوط به هوا رسانی

* سیستم سوخت رسانی

* سیستم خنک کننده

* سیستم روغن کاری

* سیستم برقی

* سیستم سوپاپ*ها

* کویل

* محفظه موتور

* مرحله انفجار

* مرحله تخلیه

* تراکم

* مرحله مکش

* موتور

* موتور اشتعال جرقه*ای

* موتور چهارزمانه

* موتورهای دوزمانه

* موتورهای دیزل

* میل لنگ

EN-EZEL · 8 شهریور، ۱۳۸۸

مقدمه ای بر چگونگی کار کرد موتورهای هوای فشرده

آيا شما اين هفته در پمپ بنزين بوده ايد؟ با توجه به اينکه ما در جامعه ی متحرکی زندگی می کنیم ، به احتمال زياد جواب شما به اين سوال بله است و حتماً از روند رشد صعودی قيمت بنزين در سالهای اخير مطلع شده ايد. مشاهده می کنيم بنزين که مهمترين منبع سوخت در تاريخچه ی خوروهاست ، گرانتر و دست نيافتی تر شده است (تحت تأثير عوامل محيطی). اين عوامل کارخانه های خودرو سازی را به سمت پيشرفت و تغيير نوع سوخت خودروها هدايت می کند ، که به دنبال آن ما از سال 2000 خودروهای هيبریيدی (Hybrid Cars ) را در جاده ها می بينيم و خودروهاييی که با سلول سوختی (Fuel-Cell-Powered ) کار می کنند نیيز سه تا چهار سال آينده وارد جاده ها خواهند شد.

انتظار می رود که موتور هوای فشرده ی e.Volution اين خودرو را به خودرويی ايده آل برای شهرهای آلوده تبديل کند.

با آن که قيمت بنزين در ايالات متحده هنوز به بالاترين مقدار خود نرسيده است (هر گالن 2.66 دلار در سال 1980) اما قيمت اين محصول در دو سال اخير افزايش چشم گيری داشته است به طوری که 30 درصد در سال 1999 و 20 درصد از دسامبر 1999 تا اکتبر 2000 افزايش قيمت داشته است (بر طبق گزارش دفتر آمار کار ايالات متحده). در اروپا هم قيمت بالا است ؛ بيشتر از 4 دلار در کشورهايی مثل انگلیيس و هلند.

اما قيمت تنها مشکل استفاده ی بنزين به عنوان منبع عمده سوخت ما نيست. بنزين به محيط زيست ما صدمه می زند و از آنجايی که منبع تجديد پذيری ندارد ، سرانجام به پايان خواهد رسيد.

يک انتخاب ممکن خودروهايی است که با هوا نيرو می گيرند (Air-Powered Cars) . حداقل دو پروژه ی در حال پيشرفت وجود دارد که آنها اين توانايی را به مدلهای جديد خودروها می دهند که با هوای فشرده حرکت کنند. در اين مقاله شما در مورد اين دو پروژه خواهيد خواند و اينکه چگونه سوخت گيری ما در آخر اين دهه تغيير خواهد کرد.

موتورهای هوای فشرده ی دو سيلندر

در ظرف مدت دو سال آينده شما می توانيد اولين خودر با موتور Air-Powered را در ميان شهرتان ببينيد. به احتمال زياد آن خوردرو e.Volution خواهد بود که در بريگنولز فرانسه توسط شرکت Zero Pollution Motors در حال ساخت است. علاقه به اين خودروها در سالهای اخير افزایش پيدا کرده است به طوری که دولت مکزيک اخيراً قرارداد خريد 40000 دستگاه e.Volution را برای جايگزينی با تاکسيهای بنزينی و ديزلی شهر آلوده ی مکزيکو سيتی ، به امضا رسانده است.

سازندگان e.Volution اين خودرو را به عنوان خودرويی بدون آلودگی يا با آلودگی کم به فروش می رسانند اگرچه هنوز بحثهايی راجع به اينکه اثرات محيطی اين خودرو چه خواهد بود وجود دارد. سازندگان مدعی هستند که چون ابن خودرو با هوای فشرده کار می کند بنابراين دوست محيط زيست تلقی می شود. منتقدان اين ايده معتقدند که اين خودروها تنها آلودگی را از اگزوز خودروها به جای ديگری منتقل می کند، مثل موتورهای الکتريکی . اين خودروها برای فشرده کردن هوا در مخزن ، نيازمند نيروی الکتريکی هستند و نيروی الکتريکی نيز نيازمند سوختهای فسيلی است.

e.volution با يک موتور دو سيلندر هوا ی فشرده کار می کند که دارای ايده ای منحصر به فرد است. اين موتور می تواند هم با هوای فشرده کار کند و يا به عنوان يک موتور درون سوز عمل کند. هوای فشرده در مخزنی که از فيبر کربن يا شيشه ساخته شده ، تحت فشار (psi) 4351 ذخيره شده است. اين هوای فشرده توسط انژکتورهای هوا به درون موتور تزريق شده و به اتاقکی که محل انبساط هوا است جاری می شود. هوا پيستونها را به پايين می راند و پيستونها نيز ميلنگ را به حرکت در می آورند که در نتيجه نيرو به وسيله ی نقليه منتقل می شود.

Zero Pollution Motorsهمچنين بر روی موتورهای هيبريدی خود که می توانند با سوختهای سنتی در ترکيب با هوا عمل کنند ، کار می کند. تغيير نوع انرژی توسط يک دستگاه الکترونيکی انجام می شود. زمانی که خودرو در سرعتی زير Km/h 60 حرکت می کند اين موتور با هوا کار می کند. در سرعتهای بالاتر موتور با سوخت هايی از قبيل بنزين ، گازوييل يا گاز طبيعی کار می کند.

تانکرهای سوخت در قسمت زيرين خودرو قرار گرفته اند که می توانند حدود 79 گالن (300 ليتر) هوا را نگهداری کنند که اين هوای فشرده می تواند e.Volution را برای طی مسافت 124 مايل (200 کیلومتر) با حد اکثر سرعتی معادل 60 مايل در ساعت (Km/h 96.5 ) تغذيه کند. وقتی که مخزن شما در حال خالی شدن است ، کافيست که شما در نزديکترين جايگاه پمپ هوا کنار بزنيد . استفاده از منبع الکتريکی خانگی برای دوباره پر کردن مخزن های هوا در حدود 4 ساعت وقت می گيرد ، اگرچه با استفاده از پمپهای فشار بالا می توان اين زمان را به 3 دقيقه کاهش داد.

موتور اين خودرو تنها نيازمند 8/0 ليتر روغن بوده که راننده بايد در هر 31000 مايل (50000 کيلومتر) ان را تعويض کند. اين خودرو به يک جعبه دنده ی اتوماتيک مجهز خواهد شد، با محرک عقب (rwd) و سيستم فرمان دنده شانه ای (Rock and Pinion) .فاصله ی بين محور جلو و عقب 89/2 متر ، وزن حدود 700 کيلو گرم (543/1 پوند) ، طول حدود 81/3متر ، ارتفاع 74/1 متر و عرض 71/1 متر خواهد بود.

نخستين نمايش عمومی e.Volution در نمايشگاه اتومبيل افريقای جنوبی (Auto Africa Expo 2000) در سال 2000 بود. Zero Pollution وعده داد که اين خودرو در سال 2002 در افريقای جنوبی به فروش برسد اما درباره ی زمان در دسترس بودن اين خودرو در بقيه نقاط دنيا چيزی اعلام نکرد.

موتور گرمايی برودتی (Cryogenic Heat Engine)

نوع ديگری از خودروهايی که از هوا نيرو می گيرند توسط پژوهشگران دانشگاه واشينگتن در حال پيشرفت است که از ايده ی موتور بخار استفاده می کند با اين تفاوت که احتراقی وجود ندارد. پژوهشگران دانشگاه واشينگتن از نيتروژن مايع به عنوان سوخت نمونه ی اوليه ی LN2000 استفاده می کنند.آنها از نيتروژن بدليل فراوانی آن در اتمسفر- نيتروژن بيشتر از 78 درصد از اتمسفر را تشکيل می دهد و قابل دسترسی بودن نيتروژن مايع استفاده می کنند. موتور LN2000 از پنج قسمت زير تشکيل می شود :

1. مخزن 24 گالنی استيل

2. پمپ که نيتروژن مايع را به پيش گرمکن منتقل می کند

3. پيش گرمکن که نيتروژن مايع را به وسيله ی هوای گرم اگزوز ، گرم می کند

4. مبدل حرارتی که نيتروژن مايع را به جوش آورده و گاز فشار بالا را می سازد

5. منبع انبساط که انرژی نيتروژن را به يک نيروی قابل استفاده تبديل می کند

6. نيتروژن مايع که در دمای 196- درجه ی سانتيگراد (320- درجه ی فارنهايت) نگهداری می شود ، توسط مبدل حرارتی تبخير شده ؛ مبدل حرارتی قلب موتور برودتی LN2000 به حساب می آيد هوايی که در اطراف خودرو جريان دارد برای گرم کردن و در نهايت به جوش آمدن هيدروژن مايع استفاده می شود در نتيجه نيتروژن مايع به گاز تبديل می گردد ، شبيه تبديل شدن آب به بخار در موتور بخار.

گاز نيتروژنی که در درون منبع انبساط مبدل حرارتی شکل می گيرد ، حدود 700 بار حجيمتر از حالت مايع خود است .اين فشار بالای تنظيم شده ی گاز، به درون منبع انبساط تزريق می شود ، جايی که نيروی گاز نيتروژن با راندن پيستون به نيروی مکانيکی تبديل می شود. تنها خروجی موتور نيتروژن است و از آنجايی که بخش عظيمی از اتمسفر را اين گاز تشکيل داده است در نتيجه موتور ، آلودگی بسيار کمی خواهد داشت. اگر چه اين خودرو آلودگی را تا آنجا که شما تصور می کنيد کم نخواهد کرد. با اينکه خودرو هيچ آلودگی ای خارج نمی کند ، آلودگی ممکن است به جای ديگری منتقل شده باشد. LN2000 نيز مانند e.Volution برای فشرده کردن هوا به الکتريسيته احتياج دارد ، که استفاده از الکتريسيته يعنی ايجاد آلودگی در جايی ديگر.

مقداری از گرمای باز مانده ی خروجی موتور ، به درون پيش گرمکن موتور باز گردانده می شود تا نيتروژن را قبل از ورود به مبدل حرارتی ، مقداری گرم کند و باعث افزايش راندمان شود . دو فن هم که در قسمت عقب خودرو قرار دارند ، هوا را از ميان مبدل گرمايی می کشند تا باعث سهولت تبادل گرمايی نيتروژن مايع شوند.

پژوهشگران دانشگاه واشينگتن طرح اوليه و خام خودرو خود را با استفاده از ايده ی خودرو Grumman-Olson Kubvan (1984) پيشرفت داده اند. اين خودرو از يک موتور 5 سيلندر شعاعی که 15 اسب بخار نيرو توليد و با نيتروژن مايع کار می کند ، تشکيل شده است. گيربکس آن نيز از نوع 5 دنده ی دستی می باشد . در حال حاضر اين خودرو قادر است مسافت 2 مايل (2/3کيلومتر) را با يک مخزن پر از نيتروژن مايع بپيمايد و حداکثر سرعت آن نيز mph 22 ( kmph 4/35) می باشد. از آنجايی که نيتروژن مايع باعث سبکتر شدن خودرو می شود ، پژوهشگران LN2000 معتقدند که يک مخزن 60 گالنی (227 ليتر) ، پتانسيل پيمايش 200 مايل (8/321 کيلومتر) را به اين خودرو می دهد.

با سير صعودی قيمت سوخت های فسيلی ، مانند دو سال گذشته ، شايد زمان زيادی باقی نمانده باشد که رانندگان به خودروهايی تمايل پيدا کنند که با سوختهای ديگری کار بکند. اگرچه خودروهايی که با هوا کار می کنند هنوز وابسته به شريک بنزينی خود هستند اما وقتی که کارايی اين خودروها به قدرت رسيد ، کمی قيمت آنها و دوستی آنها با محيط زيست ، آنها را جذاب آينده ی حمل و نقل جاده ها می سازد.

EN-EZEL · 8 شهریور، ۱۳۸۸

موتورهای شش زمانه

مقدمه

عمليات سيکل های مختلف بيشتر موتورهای احتراق داخلی فعلی، دارای يک طرح رايج است به اين صورت که انفجار در يک سيلندر پس از تراکم انجام می شود. نتيجه آن است که انبساط گاز مستقيما روی پيستون اثر گذاشته (کار انجام می دهد) و ميل لنگ را 180 درجه بچرخاند.

با توجه به طراحی فنی و مکانيکی، موتور شش زمانه همانند موتورهای احتراق داخلی می باشد. اگر چه سيکل ترموديناميکی و يک سر سيلندر اصلاح شده همراه دو اتاق اضافی ان را به کلی متمايز می کند. يک محفظه ی احتراق و يک محفظه ی تراکم ( گرمکن هوا) هر دو از سيلندر جدا هستند. احتراق درون سيلندر رخ نمی دهد اما در محفظه ی احتراق کمکی هم فوری روی پيستون اثر نمی گذارد و زمان ان از 180 درجه ی چرخش ميل لنگ، در زمان انفجار (کار) جدا می باشد.

محفظه ی احتراق به طور کلی توسط محفظه ي گرمکن احاطه شده است. با تبادل گرما از طريق ديواره های محفظه ی احتراق که با محفظه ی گرمکن در ارتباط است، فشار محفظه ی گرمکن افزايش می يابد و قدرت مکملی برای کار توليد می شود.

مزاياي موتور شش زمانه :

ü رسيدن به راندمان حرارتی % 50 (%30برای موتورهای احتراق داخلی فعلی)

ü کاهش مصرف سوخت با بيش از %40

ü کاهش الودگی حرارتی، صوتی، شيميايی

ü دو کورس مفيد کار در طی شش کورس

ü پاشش مستقيم و بهينه ی سوخت احتراق در هر سرعتی از خودرو

ü سوخت چند گانه

در خودروهای با موتور شش زمانه شاهد کاهش چشمگير مصرف سوخت و انتشار الودگی خواهيم بود.

طراحی و عملکرد

در سيکل شش زمانه، دو محفظه ی اضافی اجازه می دهند هشت فرايند که نتايج يک سيکل کامل است همزمان عمل کنند يعنی در يک لحظه دو فرايند همزمان رخ مي دهد : دو سيکل چهار فرايندی برای هر کدام از سيکل ها، يک سيکل احتراق داخلی و يک سيکل احتراق خارجی نمودار پيوستگی هشت فرايند را در سيکل شش زمانه نشان می دهد.

اولين سيكل چهار فرايند احتراق خارجي

فرايند اول : مکش هوای خالص درون سيلندر (فرايند ديناميکی)

فرايند دوم : تراکم هوای خالص در محفظه ی گرمکن(فرايند ديناميکی)

فرايندسوم : نگه داشتن فشار هوای خالص در محفظه ی بسته جايی که بيشترين تبادل گرما با ديواره های محفظه ی احتراق رخ می دهد (فرايند استاتيک چون مستقيما روی ميل لنگ اثر نمی گذارد.) دمای هوا بالا می رود.

فرايندچهارم : انبساط هوای فوق داغ درون سيلندر، که کار انجام می دهد. (فرايند ديناميک). طی اين سيکل چهار فرايندی، هوای خالص هرگز در تماس مستقيم با سوخت و شمع نمی باشد.

دومين سيكل چهار فرايندي كه احتراق داخلي مي باشد.

فرايندپنجم : تراکم مجدد هوای خالص گرم درون محفظه ی احتراق (فرايند ديناميک)

فرايندششم : تزريق سوخت و احتراق در محفظه ی احتراق، بدون تاثير مستقيم روی ميل لنگ (فرايند استاتيک)

فرايندهفتم : گازهای احتراق منبسط می شوند و کار انجام می شود. (فرايند ديناميک)

فرايندهشتم : تخليه گازهای احتراق (فرايند ديناميک) در طی اين چهار فرايند، هوا مستقيما با منبع گرما (سوخت) تماس دارد.

سر سيلندر دو محفظه و چهار سوپاپ که دو تای ان متداول هستند، (برای مکش و تخليه). دو سوپاپ ديگر از مواد پايدار حرارت دادن مخصوص کارسنگين ساخته شده. سوپاپها در طی مرحله احتراق و گرم کردن هوا می توانند تحت فشار محفظه ها باز شوند. روی هر دو سوپاپ يک پيستون نصب شده که فشار روی سوپاپ ها را خنثی می کند.در سيکل شش زمانه، سرعت ميل بادامک يک سوم ميل لنگ است.

ديواره های محفظه ی احتراق هنگامی که موتور روشن است، سوزان هستند. محفظه ی گرم کن هوا، محفظه ی احتراق را احاطه کرده است. ضخامت کم ديواره اجازه تبادل حرارت با محفظه ی گرم کن را می دهد. محفظه ی گرم کن هوا از سر سيلندر عايق شده برای اينکه اتلاف حرارتی کاهش يابد. (برای معرفی ساده تر موتور، جز ئيات طرح توضيح داده نشده است.)

تمام گرمای محفظه ی احتراق به محفظه ی گرمکن منتقل می شود. کار به دو مرحله تقسيم می شود، که نتيجه ی ان فشار کمترروی پيستون و نرمی بهتر عملکرد می شود.زمانی که محفظه ی احتراق از سيلندر توسط سوپاپ ها عايق شده، قطعات محرک خصوصا پيستون نسبت به تنشهای ناشی از دما و فشار بسيار بالا در خطر نيست. انها همچنين از خودسوزی که در مخلوط سوخت و هوا در موتورهای ديزل يا گازی متداول مشاهده می شود جلوگيری می کند.

نسبت تراکم محفظه ی احتراق و گرم کن متفاوت می باشد. نسبت تراکم محفظه ی گرم کن بيشتر است که روی مرحله احتراق خارجی فعاليت می کند و منحصرا توسط هوای خالص پشتيبانی می شود. نسبت تراکم محفظه ی احتراق کمتر است که روی يک سيکل احتراق داخلی فعاليت می کند.

احتراق همه ی سوخت پاشيده شده ضمانت شده است ابتدا، با پشتيبانی هوای خالص از قبل گرم شده ی درون محفظه ی احتراق، سپس با ديواره های سوزان محفظه که مانند چندين شمع عمل می کند. برای اسان روشن شدن موتور در هوای سرد درون محفظه ی احتراق يک شمع گرمکن کار گذاشته شده است.

در مقايسه با يک موتور ديزل که يک ساختمان سنگين نياز دارد، اين موتور چند گانه سوز، که می تواند همچنين سوخت ديزل استفاده کند، امکان ساختن در مدل خيلی سبکتر را نسبت به يک موتور گاز سوز را دارد.

پاشش و احتراق سوخت در يک محفظه ی احتراق که طی 360 درجه از زاويه گردش ميل لنگ بسته است، اتفاق می افتد. اين خصوصيت باعث می شود که زمان برای اينکه سوخت به طور ايده ال بسوزد زياد شود به طوری که هر کالری نهان ان ازاد شود (اولين عامل کمک به کاهش الودگی). انژکتور توانايی پاشش دو سوخت را از يک شيپوره دارد.

ديواره های سوزان محفظه ی احتراق باقيمانده سوخت را که در طی پاشش ته نشين شده است می سوزاند. (دومين عامل کاهش الايندگی)

همچنين هنگامی که مراحل تخليه و مکش رخ می دهد، سوپاپ های محفظه ی احتراق و گرم کن به طور چشمگير زمان استراحت بيشتری را برای اصلاح و تعديل دارند که باعث کاهش صدا و بهبود راندمان می شود.

EN-EZEL · 8 شهریور، ۱۳۸۸

عوامل موثر در افزايش راندمان حرارتی و کاهش مصرف سوخت و آلايندگی:

1. گرمای هدر رفته از سر سيلندر موتورهای متداول در طی خنک کاری در موتورهای شش زمانه، با احاطه کردن محفظه ی احتراق توسط محفظه ی گرمکن بازيافت می شود.

2. بعد از مکش، هوا در محفظه ی گرمکن متراکم می شود و طی 360 درجه زاويه ميل لنگ در محفظه ی بسته است. (احتراق خارجی).

3. تبادل گرمای ديواره های خيلی نازک محفظه ی احتراق به محفظه ی گرمکن، دما و فشار گازهای منبسط شده و تخليه شده از محفظه ی احتراق را کاهش می دهد.

4. احتراق و انبساط بهتر گازهايی که طی 540 درجه گردش ميل لنگ، 360 درجه را در محفظه ی احتراق بسته هستند و 180 درجه برای منبسط شدن و مرحله کار.

5. ديواره های سوزان محفظه ی احتراق اجازه می دهد که هر سوختی و باقيمانده ته نشين ان به بهترين نحو و به طور مطلوب بسوزد.

6. تقسيم کار: دو انبساط (مراحل قدرت) طی شش زمان يا يک سوم کار مفيد که نسبت به موتورهای چهار زمانه بيشتر است.

7. بهتر پر شدن سيلندر در مکش به علت دمای پايين ديواره ی سيلندر و سر سيلندر.

8. برخلاف موتورهای چهار زمانه که تخليه و مکش بعد از هم رخ می دهند در موتورهای شش زمانه، مکش در مرحله ی اول رخ می دهد و تخليه در مرحله ی چهارم رخ می دهد که تلاقی گازهای خروجی با گازهای تازه ی مکش حذف می شود.

9. کاهش زياد قدرت سيستم خنک کاری به طوری که امکان دارد نياز به خنک کاری با آب نباشد و پمپ آب و فن ها هم کاهش پيدا کنند.

10. اينرسی کم به علت سبک بودن قطعات محرک

11. کاهش پيدا کردن دمای روغن. با احتراق در محفظه ی بسته، دمای بالا کمتر به روغن فشار می اورد و رقيق شدن کاهش می يابد، حتی در هوای سرد.

از انجايی که موتورهای شش زمانه يک سوم موتورهای چهار زمانه تخليه و مکش دارند، افت فشار روی پيستون در مکش و فشار خروجی اگزوز در تخليه به نسبت يک سوم کاهش پيدا می کند.

تلفات اصطکاک با تقسيم بهتر فشار روی قطعات متحرک، تعديل شده اند به اين دليل که کار در طی دو مرحله اجرا می شود و احتراق مستقيم حذف شده است.

مزاياي مهم موتورهاي شش زمانه :

* کاهش مصرف سوخت به مقدار کمتر از %40 :

قدرت مخصوص موتور شش زمانه از موتور بنزينی چهار زمانه کمتر نيست، افزايش راندمان حرارتی جبرانی برای تلفات سبب شده دو مرحله به ان اضافه شود.

* دو انبساط (کار) در شش حرکت:

از ان جايی که سيکل های کار در دو مرحله رخ می دهد (360 درجه از 1080 درجه) يا %8 بيشتر نسبت به موتور چهار زمانه (180 درجه از 720 درجه) گشتاور بيشتر دارد. اين امر منجر می شود که در سرعت پايين، عمليات بدون تاثير چشمگير روی مصرف سوخت به ارامی کار کند، در واقع احتراق تحت تاثير سرعت خودرو نمی باشد. اين مزايا در بهبود عملکرد خودرو در ترافيک خيلی مهم هستند.

* چند گانه سوز بودن:

چند گانه سوز بودن برابر برتری است. موتور شش زمانه ميتواند سوخت های مختلف مصرف کند، از هر نوعی (فسيل يا گياهی) از ديزل تا ال پی جی ( LPG ) يا روغن حيوانی. اختلاف در اشتعال پذيری يا نسبت ضد کوبش هم اکنون هيچ مسئله ای در احتراق ندارد.

ساختمان استاندارد يک موتور بنزينی و نسبت تراکم کم محفظه ی احتراق موتور های شش زمانه مانع از اين نمی شود که ان سوخت ديزل استفاده کند. همچنين سوخت الکل متيليک بفرمولCH3 OH برای ان بهتر است.

* کاهش چشمگیر در الایندگی:

از يک طرف به تناسب مصرف مخصوص سوخت، الودگی صوتی، حرارتی و شيميايی کاهش می يابند و از طرف ديگر موتورها خصوصياتی دارند که به کاهش چشمگير الاينده های هيدرو کربن، مونوکسيد کربن و نيترات ها (HC, CO and NOX )کمک می کند. از اين گذشته قابليت کار کردن اين موتورها با سوختهای گياهی و گازهايی با الايندگی کم، به انها کيفيتی می دهد که با سخت ترين استانداردها مطابقت می کند.

* سوخت مايع:

کاهش زياد مصرف مخصوص بايد استفاده از سيستم ال پی جی را جالب کند به دليل قيمت پايين ان و کمتر بودن الايندگی نسبت به بنزين. به علاوه با يک سيستم عامل يکسان ، حجم مخزن ها برابر مخزن های کنونی هست که مسافت بيشتری را می تواند با همان مخزن طی کند بنابراين می توان ان را کوچکتر در نظر گرفت.

* قيمت قابل قياس با موتور چهار زمانه:

موتور شش زمانه هيچ تغيير اساسی نياز ندارد . همه ی تجربه های تخصصی- صنعتی و روش های توليد بدون تغيير باقی می ماند.

قيمت ساخت سر سيلندر (محفظه ی احتراق و محفظه ی گرما) با ساده سازی چندين عنصر تعديل می شود، مخصوصا با سبک سازی قطعات متحرک، کاهش سيستم خنک کاری، ساده سازی پاشش مستقيم بدون شمع و غيره ... کاهش اندازه مخزن و جای ان در خودرو که قابل ملاحظه هستند.

نتيجه گيري

در اين زمان هيچ راه حلی برای جايگزينی موتورهای احتراق داخلی وجود ندارد. تنها پيشرفت های تکنولوژی حاضر، با زمان معقول و محدوديت های مالی می تواند به ان کمک کند. موتور شش زمانه در اين نگاه می گنجد. پذيرش صنعت خودروسازی می تواند يک تاثير عظيم روی محيط زيست و اقتصاد جهانی بگذارد. موتوری که 40% صرفه جويی در مصرف سوخت و 60 تا 90 درصد (بستگی به نوع سوخت دارد) کاهش الايندگی دارد.

مصرف سوخت برای خودروهای سايز متوسط بايد بين 4 تا 5 ليتر در 100 کيلومتر باشد و 3 تا 4 ليتر برای خودروهای کوچک می باشد.

خودروهای با موتور شش زمانه می توانند تا 3 تا 5 سال ديگر در بازار جهانی عرضه شوند.

قايق موتوری ها ( موتورهای درون و بيرون کشتی) ممکن است که پيشنهاد يک بازار فروش بزرگ برای اين موتورها ارائه دهند. مشخصات انها کاملا با فوايد موتورها وفق می باشد. ( اقتصادی، ايمنی ، ساده سازی و کاهش الودگی صوتی و شيميايی). از اين گذشته، استفاده از سوخت های مختلف به غير از گازوئيل می تواند خطرهای انفجار را به طور زياد کاهش دهد.

استفاده از سوخت های گياهی (غير فسيلی) گازهای طبيعی و ديگر سوختها در موتور پرقدرت و ساده، کار کردن با کمترين تنظيم و بدون الايندگی، در اين موتور می تواند مزايای زيادی داشته باشد که استفاده از ان را در دستگاههای ژنراتور، پمپ ها، موتور های ساکن، کشاورزی و صنعت ممکن سازد.

EN-EZEL · 8 شهریور، ۱۳۸۸

انواع موتورهاي احتراق داخلي

1- انواع موتورهاي احتراق داخلي سيلندر پيستوني

2- موتورهاي گازي

3- کاربردها

4- مشخصه هاي طراحي

1- انواع موتورهاي احتراق داخلي سيلندر پيستوني

موتورهاي پيستوني، همان موتورهاي احتراق داخلي مي باشند كه از اصول مربوط به موتورهاي ديزلي و بنزيني پيروي مي كنند. اگر چه موتورهاي پيستوني اختلاف خيلي كم با توربين هاي گازي دارند ولي اين اختلاف بسيار مهم است . موتورهاي رفت و برگشتي راندمان الكتريكي بالاتري دارند اما استفاده از انرژي حرارتي توليد شده توسط آنها دشواتر است . همچنين داراي دماي پايين تري مي باشد زيرا اين دما در سيستم خنك كاري موتور و گازها ي خروجي پراكنده مي شود.

بر اساس روش اشتعال موتورهاي احتراق داخلي آنها را به دو دسته طبقه بندي نموده اند :

- موتورهاي احتراق تراكمي (CI)

- موتورهاي احتراق جرقه اي (SI)

در يك موتور اتو ، مخلوطي از هوا و سوخت در هر سيلندر فشرده و توسط جرقه مشتعل ميشود ولي در يك موتور ديزل فقط هوا فشرده شده و سوختي كه در انتهاي مرحله تراكم در سيلندر پاشيده ميشود، توسط دماي بالاي هواي مشتعل مي گردد كه به احتراق تراكمي معروف است.

موتورهاي اتو قابيلت سازگاري با انواع سوختها نظير بنزين، گاز طبيعي، پروپان، گازهاي فاضلاب (sewage gas) و land fill را دارا بوده که اين موتورها اغلب به gas engines معروف مي باشند، (حتي اگر سوختهاي بنزيني مصرف كنند). موتورهاي ديزل در درجات بالاتري از فشار و دما كار مي كنند و به همين دليل به سوختهاي سنگين تري مانند:

Residual fuel oil, fuel oil ,Diesel oil (در موتورهاي بزرگ دو زمانه) نياز دارند.

طبقه بندي ديگر موتورهاي احتراق داخلي بر اساس اندازه و سايز موتور ميباشد :

کوچک : موتورهاي گازي ( 15-1000 کيلوات)، موتورهاي ديزل (75-1000 کيلووات)

متوسط : موتورهاي گازي و ديزل (1-6 مگاوات)

بزرگ : موتورهاي ديزل ( بزرگتر از 6 مگاوات)

انواع موتورهاي گازي قابل دسترس به شرح زير مي باشند:

الف) موتورهاي بنزيني خودرو كه به موتور گازي تبديل شده اند

معمولاً داراي خروجي كم (15-30 کيووات)، سبك و نسبت قدرت به وزن بالا دارند. اين تبديل تاثيرات بسيار کمي بر راندمان موتور خواهد گذاشت اما قدرت خروجي را حدود 18% كم مي كند. توليد انبوه (خط توليد) قيمت موتور را کاهش داده، اما عمر موتور معمولا به (10000-30000) ساعت ميرسد.

ب) موتورهاي گازوئيلي خوردو تبديل شده به موتور گازي

قدرت اين نوع موتورها تا حدود200 کيووات مي باشد. تغييرات و تبديلات انجام شده بر روي پيستون ها، سرسليندرها و مكانيزم سوپاپها ضروري مي باشد زيراکه اشتعال نه تنها تحت تاثير تراكم، بلكه تحت تاثير جرقه نيز خواهد بود، اين تبديلات قدرت موتور را كم نخواهد كرد زيرا امکان تنظيم مقدار هواي اضافي در اين موتورها وجود خواهد داشت.

ج) موتورهاي ايستگاهي که طراحي آنها بر پايه موتور گازسوز بنا نهاده شده است

(original designed) اين موتورها وظيفه سنگيني در صنايع يا كاربردهاي دريايي دارند.

قدرت خروجي آنها تا حدود 3000 کيلووات مي رسد. قيمت اوليه آنها بر اساس نيرومندي اين نوع موتورها بالا مي باشد اما هزينه هاي نگهداري آنها پايين است. عمر اين موتورها بالاي (15-20) سال بوده و قابليت كار پيوسته تحت بارهاي زياد High load را دارا هستند.

د) موتورهاي دو گانه سوز ايستگاهي

(Dual fuel engines) : در حقيقيت همان موتورهاي ديزل با توان خروجي بالا تا حدود 6000 کيلوات مي باشند. سوخت اصلي گاز طبيعي بوده كه نه بوسيله جرقه بلكه با پاشش گازوئيل در انتهاي مرحله تراكم، مشتعل مي شود. به عنوان نمونه، حدود90% انرژي سوختي از طريق گاز طبيعي و حدود10% بوسيله گازوئيل تامين ميشود. همچنين قابليت كاركرد با گازوئيل به تنهايي يا سوخت دوگانه مذكور را دارد، اما هزينه نگهداري آنها بالا ميباشد.

2- موتورهاي گازي

موتورهاي گاز سوز با سوخت گاز طبيعي جهت احتراق مخلوط سوخت و هوا در داخل سيلندر، همانند موتورهاي بنزيني از سيستم جرقه که از طريق شمع بوسيله ايجاد يک جرقه قوي در فاصله زماني معين مي باشد، عمل ميکنند. انواع سوختهاي گازي و مايعي فرار در محدوده لندفيل تا پروپان و تا بنزين مي باشند که در يک سيستم صحيح سوخت رساني و با نسبت تراکم مناسب، کار کنند.

موتورهاي گاز طبيعي سوز که براي توليد الکتريسيته طراحي و ساخته ميشوند به موتورهاي ايستگاهي معروفند که 4 زمانه هستند و تا 5 مگاوات در دسترس مي باشند.

بر اساس توان خروجي، احتراق موتورها بر 2 روش و تکنيک به شرح زير استوار است:

- محفظه باز : در اين سيستم نوک شمع درست در محل محفظه احتراق قرار دارد و مستقيما مخلوط فشرده سوخت و هوا را مشتعل ميکند. اين روش بيشتر براي موتورهايي استفاده ميشود که احتراق در آنها در محدوده نقطه استوکيومتري تا مخلوط رقيق هوا / سوخت قرار دارد.

- محفظه پيش احتراق : در اصل يک فرايند احتراق مرحله اي پيش مي آيد که در آن شمع در بالاي سرسيلندر نصب ميشود. در اين موتورها مخلوط غني سوخت و هوا که رابطه مستقيم با سرعت انتقال شعله به محفظه احتراق اصلي را دارد، وارد سرسيلندر ميگردد. اين تکنيک جهت شعله ور کردن مطلوب مخلوط هوا با سوختهاي سبک و رقيق در موتورهاي که قطر سيلندر بزرگي دارند بکار گرفته ميشوند.

ساده ترين موتورهاي گازي بر اساس تنفس طبيعي هوا و سوخت از طريق کاربراتور و يا ميکسر به داخل سرسيلندر کار ميکنند. موتورهاي پيشرفته از نظر عملکرد مجهز به توربوشارژ براي ورود مقدار هواي بيشتر به سرسيلندر مي باشند. همانند بنزيني ها نسبت تراکم موتورهاي گاز طبيعي سوز نسبت به ديزل ها کم و در حدود 9:1 تا 12:1 مي باشد که اين محدوده خود تابع شرايطي چون ابعاد و تجهيزات جانبي چون توربوشارژ است. اين نسبت تراکم خود دليلي بر راندمان پايينتر گازسوز نسبت به ديزل است.

يکي از دلايل نسبت احتراق پايين جلوگيري از اشتعال خود بخود و پديده ضربه مي باشد که ميتواند صدماتي به بدنه بلوک موتور وارد آورد.

استفاده از تکنولوژي جرقه قدرتمند و مخلوط رقيق سوخت و هوا در موتورهاي گاز طبيعي سوز عامليست در کاهش دماي بالاي اشتعال در سرسيلندر و نيز کاهش ذرات آلاينده همچون Nox .

3- کاربردها

امروزه موتورهاي پيستوني تجهيزات مناسبي جهت توليد توان الکتريکي پراکنده در مراکز صنعتي، تجاري و کاربريهاي آموزشي در کشورهاي اروپايي و آمريکا مي باشند. موتورهاي پيستوني سريع روشن مي شوند، سريع باردهي ميگردند و در کنار قابليت اعتماد بالا راندمان خروجي خوبي دارند. در بيشتر شرايط و موقعيتها، مجموعه اي از موتورها در کنار هم باردهي و قابليت دسترسي را بالا ميبرند. موتورهاي احتراق داخلي نسبت به توربينهاي گازي در ابعاد برابر از نقطه نظر توان خروجي، راندمان الکتريکي بالاتري دارند و بنابراين مصرف سوخت کمتر و عملکرد مناسبتري دارند. همچنين در محدوده توان 3 مگاوات الي 5 مگاوات، هزينه اوليه موتورهاي پيستوني از توربينهاي گازي کمتر است. در مورد تعمير و نگهداري، توربينهاي گازي نسبت به موتورهاي رفت و برگشتي، هزينه کمتري دارند. اما توجه به اين نکته لازم و ضروري است که همواره متخصصان بومي در هر مکاني جهت تعميرات و نگهداري انواع موتور هاي رفت و برگشتي حضور دارند.

پتانسيلهاي استفاده از موتور هاي پيستوني در توليد انرژي الکتريکي پراکنده و غير متمرکز به جهت دوري از تلفات افت انتقال و توزيع که در شبکه سراسري برق کشور وجود دارد شامل موارد اضطراري، پيک زايي، پشتيباني از شبکه برق سراسري و کاربرد در تکنولوژي سيستمهاي توليد همزمان برق و حرارت جهت توليد آب گرم، بخار کم فشار براي کاربرد در گرمايش زمستاني و سرمايش تابستاني در سيستمهاي چيلرهاي جذبي ميباشد. اين موتورها امکان استفاده به عنوان نيروي محرک انواع پمپهاي آب، انواع کمپرسورهاي هوا و گاز مبرد سيستمهاي تهويه مطبوع و سردخانه را دارا مي باشند.

4- مشخصه هاي طراحي

مجموعه عواملي که موتورهاي گازسوز را در صدر جدول محرکها اوليه جهت توليد الکتريسيته به شکل پراکنده و غيرمتمرکز قرار ميدهد به شرح زير است:

ü محدوده توان الکتريکي : 10 -5 مگاوات در دسترس ميباشد.

ü انرژي حرارتي خروجي ( تلفات قابل استحصال ) : آب داغ و بخار کم فشار.

ü استارت سريع : قابليت استارت سريع موتورهاي رفت و برگشتي در شرايط اضطراري و پيک.

ü قابليتهاي نحوه استارت : موتورها جهت استارت تنها به يک باتري نيازمندند.

ü عملکرد در بار جزيي : راندمان بالا و اقتصادي در بارهاي جزيي.

ü قابليت اعتماد و عمر : اثبات شده است که موتورها از نظر تعمير و نگهداري در رده مطلوبي قرار دارند.

ü نشر آلاينده ها : موتورهاي گازسوز، يعني انرژي سبز.

EN-EZEL · 8 شهریور، ۱۳۸۸

پردازنده هاي سوخت چگونه کار مي کنند؟

اگر مقاله مربوط به سلولهاي سوختي (fuel cells) را خوانده باشيد، مي دانيد که اين سلولها از هيدروژن و اکسيژن الکتريسيته توليد و تنها بخار آب ساتع مي کنند. مشکل اصلي سلولهاي سوختي هيدروژني ، ذخيره و توزيع هيدروژن است. براي اطلاعات بيشتر قسمت " how the hydrogen economy works" را ملاحظه بفرماييد.

هيدروژن، گازي با دانسيته انرژي زياد نيست؛ يعني در مقايسه با يک سوخت مايع مثل بنزين يا متانول انرژي کمي در واحد حجم دارد. لذا قرار دادن مقدار کافي هيدروژن در سلول سوختي يک ماشين هيدروژني به منظور طي مسافتي معقول و منطقي دشوار به نظر مي رسد. هيدروژن مايع، دانسيته انرژي خوبي دارد ، اما بايد در دماي بسيار پايين و فشار زياد نگهداري و ذخيره شود که نگهداري و حمل آن را مشکل مي سازد.

سوختهاي رايج و معمولي مثل گاز طبيعي ، پروپان ، بنزين وسوختهاي غير رايج مانند متانول و اتانول ، همه در ساختار مولکوليشان هيدروژن دارند. اگر يک فناوري وجود داشت که هيدروژن را از اين سوختها جدا و از آن براي سوخت رساني به سلول سوختي استفاده مي کرد مي توان گفت مشکل ذخيره و توزيع هيدروژن به کلي برطرف مي شد.

اين فناوري در حال توسعه، پردازنده سوخت يا مبدل (reformer) نام دارد. در اين قسمت مي آموزيم که مبدل گازي (steam reformer) چگونه کار مي کند.

هدف پردازنده هاي سوخت

وظيفه پردازنده هاي سوخت، تأمين هيدروژن خالص وابسته براي سلول سوختي ، با استفاده از يک سوخت است که آماده و دردسترس بوده و براحتي قابل حمل است. پردازنده هاي سوخت بايد قادر باشند که اين عمل را به روش بهينه و کارآمد با کمترين آلودگي انجام دهند؛ در غير اين صورت آنها مزاياي استفاده از سلول سوختي را از بين مي برند.

براي اتومبيلها، مسأله اصلي ذخيره انرژي است.. براي اجتناب از مخزنهاي سنگين و فشرده ، يک سوخت مايع به گاز ارجحيت دارد. شرکتهاي مختلف روي پردازنده هايي براي سوختهاي مايع مانند بنزين و متانول کار مي کنند. بهترين سوختي که در کوتاه مدت توصيه مي شود متانول است. در حال حاضر اين سوخت بسيار شبيه بنزين، ذخيره و توزيع مي شود.

براي خانه ها و ايستگاههاي توليد برق، سوختهايي چون گاز طبيعي و پروپان مناسبترند. بسياري از خانه ها و ايستگاههاي توليد برق قبلاً به منابع گاز طبيعي، لوله کشي و متصل شده اند. بعضي خانه ها نيز که لوله کشي نشده اند ، مخزن پروپان دارند.

بنابراين معقول به نظر مي رسد که اين سوختها را به هيدروژن تبديل کرده تا در سلولهاي سوختي ساکن استفاده شوند.

متانول و گاز طبيعي هردو مي توانند در يک مبدل گازي (steam reformer) به هيدروژن تبديل شوند.

مبدل گازي (steam reformer)

دو نوع مبدل گازي وجود دارد؛ يکي متانول و ديگري گاز طبيعي را بازسازي مي کند.

بازسازي متانول

فرمول مولکولي متانول CH3OH است. هدف مبدل اين است که حداکثر هيدروژن (H) ممکن را از اين مولکول جدا کند طوري که ميزان نشر آلاينده هايي چون کربن مونواکسيد را به حداقل برساند.اين فرآيند با تبخير متانول مايع و آب آغاز مي گردد. گرمايي که در فرآيند بازسازي توليد شده بود، براي اين منظور (تبخير) استفاده مي شود. ترکيب بخار آب و متانول (متانول گازي) از يک اتاقک داغ حاوي کاتاليزگر عبور داده مي شود.

هنگامي که مولکول هاي متانول به کاتاليزگر برخورد مي کنند به مونواکسيد کربن (CO) و گاز هيدروژن (H2) تجزيه مي شوند:

CH3OH => CO + 2H2

بخار آب نيز به گاز هيدروژن و اکيسژن تجزيه مي شود. اين اکسيژن با CO ترکيب مي شود تا CO2 بسازد. با اين روش، مقدار بسيار کمي CO آزاد مي شود چرا که بيشتر آن به CO2 تبديل شده است:

H2O + CO => CO2 + H2

بازسازي گاز طبيعي

گاز طبيعي که بيشترين ماده ترکيبي آن متان(CH4) است ، با عملکردي مشابه پردازش مي گردد. متان موجود در گاز طبيعي با بخار آب واکنش داده و گازهاي مونواکسيد کربن وهيدروژن، آزاد مي کند:

CH4 + H2O => CO + 3H2

همانند عملي که در بازسازي متانول انجام شد، بخار آب به گاز هيدروژن و اکسيژن تجزيه مي شود. اکسيژن با CO ترکيب شده و CO2 حاصل مي گردد:

H2O + CO => CO2 + H2

هيچ کدام از اين ترکيبها ايده آل نيستند؛ مقداري از متانول يا گاز طبيعي و مونواکسيد کربن بدون اينکه واکنش دهند باقي مي مانند. اين مواد در مجاورت يک کاتاليزگر با مقدار کمي هوا(براي تأمين اکسيژن) سوزانده مي شوند. اين عمل، بسياري از ملکولهاي CO باقي مانده را به CO2 تبديل مي کند.

بسياري روشهاي ديگر ممکن است استفاده شود تا آلاينده هاي ديگري همچون گوگرد که ممکن است در گاز اگزوز باشند را پاک کنند.

به دو دليل حذف کردن مونواکسيد کربن از گاز اگزوز اهميت دارد: اول اينکه اگر CO از سلول سوختي عبور کند ، کيفيت عملکرد و طول عمر سلول سوختي کاهش مي يابد . دوم اينکه اين گاز يک آلاينده کنترل شده است که بسياري از ماشينها مجازند تنها مقدار بسيار کمي از آن را توليد کنند.

پردازنده سوخت و سلول سوختي (ترجمه از عليرضا فغاني نيا)

براي توليد برق، سيستم هاي مختلفي بايد با هم کار کنند تا جريان الکتريکي خروجي را تأمين نمايند. يک سيستم معمولي از يک مصرف کننده الکتريکي (مثل اتاق خودرو يا موتور الکتريکي) يک سلول سوختي و يک پردازنده سوخت تشکيل شده است.

خودرويي که با سلول سوختي کار مي کند را بررسي مي کنيم. وقتي که شما پدال گاز(هيدروژن) را فشار مي دهيد، فعل و انفعالاتي به طور همزمان رخ مي دهند.

● کنترل کننده موتور الکتريکي شروع به برقراري جريان در موتور الکتريکي کرده و موتور الکتريکي نيز گشتاور بيشتري ايجاد مي کند

● در سلول سوختي، هيدروژن بيشتري واکنش مي دهد، الکترونهاي بيشتري توليد شده، در موتور و کنترل کننده الکتريکي جريان مي يابند و نياز بيشتر به انرژي را برطرف مي کنند.

● پردازنده سوخت، متانول بيشتري را درون سيستم - که هيدروژن توليد مي کند- پمپ مي کند. پمپ ديگري جريان هيدروژني را که به سلول سوختي مي رود افزايش مي دهد.

فعل و انفعالات متوالي مشابه اي نيز هنگامي که دراتاق، مصرف انرژي بالا مي رود رخ مي دهد. مثلاً وقتي سيستم تهويه روشن مي شود برق خروجي سلول سوختي بايد سريعاً افزايش يابد وگرنه چراغها کم نور مي شوند تا اينکه سلول سوختي نياز انرژي را تأمين کرده و افت ولتاژ را جبران نمايد.

جنبه هاي منفي پردازنده هاي سوخت (ترجمه از عليرضا فغاني نيا)

پردازنده هاي سوخت زيانهايي نيز دارند. زيانهايي همچون آلودگي و تأثير روي بازده کلي.

آلودگي

اگرچه پردازنده هاي سوختي مي توانند گاز هيدروژن را براي سلول سوختي با آلودگي بسيار کمتر از يک موتور درون سوز تأمين نمايند، مقدار قابل توجهي دي اکسيد کربن (CO2) توليد مي کنند. اگرچه اين گاز يک آلاينده کنترل شده نيست، گمان مي رود که در گرم شدن زمين (global warming) نقش داشته باشد.

اگر در يک سلول سوختي هيدروژن خالص استفاده شود ، تنها محصول فرعي آن ، آب (بخار آب) است. CO2 يا هيچ گاز ديگري توليد نمي شود. اما چون خودرو هايي با پردازنده هاي سوخت از سلول سوختي انرژي مي گيرند، مقدار کمي از آلاينده هاي کنترل شده (مثل مونواکسيد کربن) را توليد مي کنند، نمي توان نام وسايل نقليه پاک و غير آلاينده (ZEVs : zero emission vehicles) را با با توجه به قوانين آلودگي کاليفرنيا بر آنها نهاد. هم اکنون فناوري هاي اصلي که تحت عنوان ZEV ها شناخته مي شوند ، خودرو هاي الکتريکي با باتري و خودرو هاي هيدروژني هستند.

به جاي تلاش در جهت بهبود پردازنده هاي سوخت براي حذف آلاينده هاي کنترل شده از آنها، برخي شرکتها روي شيوه هاي جديدي براي ذخيره يا توليد هيدروژن در وسيله نقليه کار مي کنند. Ovonic روي مخزني از جنس هيدريد فلزي کار مي کند تا هيدروژن را مثل اسفنجي که آب را جذب مي کند، جذب کند. با اين وسيله نيازي به مخزنهاي پرفشار نيست و مي توان ظرفيت هيدروژن وسيله نقليه را افزايش داد.

Powerball Technologies درنظر دارد از گلوله هاي پلاستيکي کوچکي که مملو ازسديم هيدريد مي باشند استفاده کند. اين توپها وقتي باز شده و به داخل آب انداخته شوند هيدروژن توليد مي کنند. محصول فرعي اين واکنش سديم هيدرواکسيد مايع بوده که يک ماده شيميايي صنعتي رايج است.

بازده

زيان ديگر پردازنده هاي سوخت اين است که بازده کلي ماشيني که با سلول سوختي کار مي کند را کاهش مي دهند. پردازنده سوختي ازگرما وفشاربراي کمک به انجام واکنشهايي که هيدروژن آزاد مي کنند استفاده مي کند.

بسته به نوع سوختي که به کار مي رود و بازده سلول سوختي و پردازنده سوخت، بهبود بازده روي خودرو هاي بنزيني معمولي به طور آشکار کم است. اين مقايسه بازده هاي ماشين بنزيني و ماشين با سلول سوختي و ماشين برقي را ملاحظه بفرماييد.

EN-EZEL · 8 شهریور، ۱۳۸۸

سوپر شارژر ها چگونه کار می کنند ؟

از زمان اختراع موتور احتراق داخلی، مهندسان خودرو، عاشقان سرعت و طراحان خودرو های مسابقه در حال جست و جوی راه ها یی برای افزایش قدرت آن بوده اند. یک راه برای افزودن قدرت ساختن یک موتور بزرگ تر است. اما موتور های بزرگ تر که سنگین تر و ساخت و نگهداری آنها گران تر است همیشه بهتر نیستند.

یک راه دیگر برای افزودن قدرت کارآمد تر کردن موتور های به اندازه ی معمولی است. می توان این کار را با دمیدن هوای بیشتر به درون اتاقک احتراق انجام داد. با هوای بیشتر همچنین می توان سوخت بیشتری اضافه کرد. سوخت بیشتر به انفجار بزرگ تر و افزایش توان می انجامد. به کار گرفتن یک سوپر شارژر یک راه به درد بخور برای به دست آوردن هوای دمیده شده ی پر فشار است. در این مقاله ما توضیح خواهیم داد که سوپر شارژر ها چه هستند، چگونه کار می کنند و چگونه با توربو شارژر ها مقایسه می شوند.

تفاوت سوپرشارژر و توربوشارژر

سوپر شارژر به هر وسیله ای گفته می شود که فشار هوای مکیده شده را به بیش از فشار جو می رساند. توربو شارژر ها هم این کار را انجام می دهند. در واقع کلمه ی توربو شارژر کوتاه شدهی کلمه ی توربو سوپر شارژر، اسم رسمی خود است.

یک سوپر شارژر دو پیچی

تفاوت بین این دو سیستم، منبع انرژی آن ها است. توربو شارژر ها توان خود را از توربینی می گیرند که به وسیله ی جریان جرمی اگزوز به حرکت در می آید. ولی سوپر شارژر ها به وسیله ی تسمه یا زنجیر به صورت مکانیکی از طریق میل لنگ نیرو می گیرند.

اصول سوپر شارژر ها

یک موتور معمولی 4 زمانه یک زمان را صرف فرآیند مکش می کند. این فرآیند 3 مرحله دارد:

*

* حرکت پیستون به سمت پایین خلاء ایجاد می کند.

* هوا در فشار جو به درون اتاق احتراق مکیده می شود.

همین که هوا به درون موتور کشیده می شود، می بایست با سوخت ترکیب شود تا ترکیب هوا و سوخت را تشکیل دهد. بسته ای از انرژی پتانسیل که می تواند به وسیله ی یک فرآیند شیمیایی به نام احتراق به انرژی جنبشی مفید تبدیل شود. شمع، واکنش شیمیایی را با مشتعل کردن سوخت آغاز می کند. وقتی که سوخت بسوزد، مقدار زیادی انرژی آزاد می شود. نیروی این انفجار که بالای سرسیلندر متمرکز می شود. پیستون را به پایین می راند و یک حرکت رفت و برگشتی ایجاد می کند که آن هم آخر کار به چرخ ها منتقل می شود.

اضافه کردن سوخت بیشتر به مخلوط سوخت و هوا انفجار قوی تری ایجاد می کند. اما ما نمی توانیم به سادگی سوخت بیشتری به داخل موتور پمپ کنیم، زیرا مقدار معینی از اکسیژن برای سوزاندن مقدار سوخت داده شده لازم است. ترکیب شیمیایی صحیح ـ 14 بخش هوا با یک بخش سوخت ـ برای کارکرد بهینه یک موتور لازم است. کلام آخر این که برای وارد کردن سوخت بیشتر باید هوای بیشتری وارد کرد.

این کار یک سوپر شارژر است. سوپر شارژر ها بدون ایجاد کردن خلاء با فشرده کردن هوا در فشاری بالا تر از فشار جو، مکش را افزایش می دهند. این کار هوای بیشتری را به درون موتور می فرستد و موتور را تقویت می کند. با توجه به هوای اضافه تر، سوخت بیشتری به مخلوط هوا و سوخت افزوده می شود و قدرت موتور افزایش می یابد.

سوپرشارژینگ به طور متوسط 46 درصد به قدرت موتور و 31 درصد به گشتاور اضافه می کند. در ارتفاع های بالا که عملکرد موتور به خاطر چگالی و فشار کم هوا افت می کند، سوپر شارژر هوا را با فشار بیشتر به موتور می دهد که موتور بتواند به صورت بهینه ای کار کند.

برخلاف توربو شارژر ها که از گاز های اگزوز که از احتراق به دست آمده، برای به کار انداختن کمپرسور استفاده می کنند، سوپر شارژر ها قدرت خود را مستقیما از میل لنگ می گیرند. بیشتر آن ها با یک تسمه به حرکت در می آیند که ان تسمه به دور یک قرقره می پیچد که آن قرقره به یک چرخ دنده ی محرک متصل است. چرخ دنده ی محرک به نوبه ی خود چرخ دنده کمپرسور را می چرخاند. روتور کمپرسور در طرح های مختلفی عرضه می شود، اما وظیفه ی ان به درون کشیدن هواست، هوا را فشرده می کند و به منیفولد ورودی می فرستد.

سوپر شارژر مرکز گریز ProCharger D1SC

برای فشرده کردن هوا یک سوپر شارژر باید خیلی سریع بچرخد ـ سریع تر خود موتور. بزرگ تر بودن چرخ دنده ی محرک نسبت به چرخ دنده ی کمپرسور باعث می شود که کمپرسور سریع تر بچرخد. سوپر شارژر ها می توانند در سرعت های بلایی نظیر 50000 تا 65000 دور بر دقیقه کار کنند.

اگر کمپرسور 50000 دور بر دقیقه بچرخد. تقویتی برابر شش تا نه پوند بر اینچ مربع ایجاد می کند که به معنی شش تا نه psi بالاتر از فشار اتمسفریک در یک ارتفاع خاص است. فشار جو در سطح دریا 14.7 psi است، بنابر این یک تقویت معمولی به وسیله ی یک سوپر شارژر حدود 50 درصد به هوای ورودی بر موتور می افزاید.

اگر هوا فشرده شود داغ می شود، بدین معنا که چگالی خود را از دست می دهد و در زمان انفجار نمی تواند خیلی منبسط شود. این یعنی این که وقتی به وسیله ی شمع آتش زده می شود نمی تواند قدرت زیادی ایجاد کند. برای این که یک سوپر شارژر در ماکسیمم بازده کار کند، هوای فشرده که از بخش خروجی تخلیه می شود. می بایست قبل از ورود به منیفولد ورودی خنک شود. یک اینتر کولر این وظیفه را به عهده دارد. اینتر کولر ها به دو صورت عرضه می شوند: اینتر کولر های هوا به هوا و اینتر کولر های هوا به آب. هر دو ی آن ها مانند رادیاتور ها کار می کنند. هوا یا آب به مجموعه ای از لوله ها فرستاده می شوند و وقتی که هوای داغ خارج شده با لوله ها برخورد می کند خنک می شود. کاهش دمای هوا چگالی آن را افزایش می دهد که باعث می شود. مخلوط متراکم تری از هوا و سوخت وارد اتاق احتراق شود.

انواع سوپر شارژر

سه نوع سوپر شارژر وجود دارد: روتز (Roots)، دو پیچی(twin screw) و مرکز گریز. تفاوت اصلی آن ها در چگونگی حرکت دادن هوا به سمت منیفولد مکش موتور است. سوپر شارژر های روتز و دو پیچی از انواع لب های گیر اندازنده(meshing lobe) استفاده می کنند و یک سوپر شارژر مرکز گریز از پروانه برای به درون کشیدن هوا استفاده می کند. گرچه تمام این سه نوع موجب تقویت هستند ولی بازدهی های متفاوتی دارند. بسته به این که شما بخواهید خودرو را کمی تقویت کنید یا در یک مسابقه رقابت کنید انواع مختلف سوپر شارژر در اندازه های مختلف وجود دارند.

سوپر شارژر اتون، یک سوپر شارژر روتز بهینه سازی شده

سوپر شارژر روتز قدیمی ترین طرح است. Philander و Francis روتز در سال 1860 طرح را به عنوان ماشینی که می تواند به خنک کاری مته های معدن کمک کند به ثبت رساندند. در سال 1900 Gottleib Daimler یک سوپر شارژر روتز را در موتور خودرو یی به کار گرفت.

با چرخش لب های گیر اندازنده، هوایی که میان لب ها گیر کرده است از سمت ورودی به سمت خروجی می روند. مقادیر بزرگی از هوا به منیفولد ورودی می روند و انباشته می شوند تا فشار مثبت ایجاد کنند. به همین جهت سوپر شارژر های روتز در واقع چیزی بیشتر از دمنده های هوا نیستند، و واژه ی دمنده ی هوا همچنان اغلب برای تمام سوپر شارژر ها به کار می رود.

یک هورد پیک آپ دهه 1940 با یک سوپر شارژر روتز

سوپر شارژر های روتز معمولا بزرگ هستند و در بالای موتور قرار داده می شوند. سوپر شارژر های روتز در ماشین های عضلانی و اتومبیل های مسابقه و شکاری قرار داده می شوند زیرا بیرون کاپوت قرار می گیرند. به هر حال آن ها از نا کار آمد ترین سوپر شارژر ها هستند: اول اینکه به وزن خودرو اضافه می کنند و دوم این که به جای آن که هوا را به صورت یک جریان نرم و پیوسته بفرستند در انفجار های گسسته می فرستند.

سوپر شارژر های دو پیچی

یک سوپر شارژر دو پیچی هوا را به وسیله یک جفت لب گیر اندازنده که شبیه مجموعه ای از چرخ دنده های حلزونی می باشند می کشد. هوای درون یک سوپر شارژر دو پیچی مانند یک سوپر شارژر روتز در فضای ایجاد شده به وسیله ی لب های گردنده محبوس می شود. اما در یک سوپر شارژر دو پیچی هوا درون پوشش موتور فشرده می شود و این به خاطر آن است که روتور ها باریک شدگی مخروطی دارند؛ یعنی هرچه از سمت ورودی به سمت خروجی برویم فضا ها برای هوا کوچک تر می شوند و هرچه فضا ها کوچک شوند هوا در فضای کوچکتری فشرده می شود.

سوپر شارژر دو پیچی

آنچه گفته شد سوپر شارژر های دو پیچی را کار آمد تر می سازد، اما آن ها گران تر هستند چون روتور های پیچ مانند نیازمند دقت بیشتری در فرآیند تولید هستند. برخی انواع سوپر شارژر ها ی دو پیچی مانند سوپر شارژر های روتز بالای موتور می نشینند، آن ها همچنین صدای زیادی هم تولید می کنند. هوای فشرده ای که خروجی سوپر شارژر را ترک می کند. یک صدای ناله یا سوت ایجاد می کند که باید به وسیله روش های فرو نشاندن صدا آرام شود.

سوپر شارژر های مرکز گریز

یک سوپر شارژر مرکز گریز به یک پروانه در سرعت های بسیار بالا توان می دهد تا هوا را به درون پوشش کوچک کمپرسور بکشاند. یک پروانه می تواند تا سرعت های 50000 تا 60000 دور بر دقیقه برسد. همان طور که هوا به مرکز پروانه کشیده می شود، نیروی مرکز گریز آن را وادار می کند که به صورت شعاعی به بیرون پخش شود. هوا پروانه را در سرعت بالایی ترک می کند اما فشار هوا در آن نقطه کم است. یک پخشگر(diffuser) ـ دسته ای از پره های ثابت که پروانه را احاطه کرده اند ـ هوای با سرعت بالا و فشار کم را به هوای با سرعت کم و فشار بالا تبدیل می کند. وقتی هوا به پره ها برخورد می کند، سرعت ملکول های آن کم و فشارش زیاد می شود.

سوپر شارژر مرکز گریز ProCharger D1SC

سوپر شارژر مرکز گریز

سوپر شارژر ها ی مرکز گریز کارآمد ترین و رایج ترین سیستم های مکش تقویت شده هستند. سبک و کوچک هستند به علاوه به جلوی موتور متصل می شوند نه به بالای آن. همچنین وقتی که موتور دور می گیرد یک ناله ی واضح از آن به گوش می رسد، ویژگی که سر ها را به سوی خیابان می چرخاند.

هر دوی مونت کارلو و مینی کوپر اس با سوپر شارژر هم عرضه می شوند.

هر کدام از این سوپر شارژر ها می توانند به عنوان یک ارتقای پس از فروش برای یک خودرو در نظر گرفته شوند. شرکت های متعددی مجموعه ها یی از تمام قطعات ضروری برای نصب یک سوپر شارژر را به عنوان یک پروژه ی do-it-course عرضه می کنند. در دنیای خودرو های عجیب و غریب و fuel racer ها چنین سفارشی سازی یک جزء لازم از ورزش است. خودرو سازان متعددی نیز سوپر شارژر ها را در مدل های تولید خود در نظر می گیرند.

مزایای سوپر شارژر ها

بزرگ ترین فایده ی سوپر شارژر افزایش توان موتور است. نصب کردن یک سوپر شارژر روی یک ماشین یا کامیون باعث می شود رفتار ان مانند یک خودرو با موتوری بزرگ تر شود.

اما چه اگر کسی بخواهد میان سوپر شارژر و توربو شارژر انتخاب کند؟ این سوال به سختی مورد بحث مهندسان و دوست داران خودرو است. اما به طور کلی سوپر شارژر ها برتری مختصری نسبت به توربو شارژر ها دارند.

سوپر شارژر ها از پس افت(lag) رنج نمی برند ـ یعنی زمانی میان فشار دادن پدال و عکس العمل موتور. ولی توربو شارژر ها از پس افت رنج می برند به خاطر این که زمان کوتاهی طول می کشد تا گاز های اگزوز به سرعت کافی برای چرخاندن پروانه یا توربین برسند. سوپر شارژر ها هیچ پس افتی ندارند به خاطر اینکه به طور مستقیم توسط میل لنگ گردانده می شوند. برخی سوپر شارژر ها در دور های پایین بازدهی بیشتری دارند در حالی که برخی دیگر در دور های بالا بازدهی بیشتری دارند. برای مثال سوپر شارژر های روتز و دو پیچی در دور های پایین توان بیشتری ایجاد می کنند. اما سوپر شارژر های مرکز گریز هرچه دور پروانه بیشتر شود کارآمد تر می گردند، لذا در دور های بالاتر توان بیشتری ایجاد می کنند.

نصب کردن یک توربو شارژر نیازمند اصلاحات و تغییرات زیادی در سیستم اگزوز است. اما سوپر شارژر ها می توانند به بالا یا پهلوی موتور پیچ شوند، که این نصب آن ها را ارزان تر و تعمیر و سرویس کاری را آسان تر می سازد.

در نهایت هیچ راه ویژه ای برای خاموش کردن سوپر شارژر ها مورد نیاز نیست. زیرا آن ها به وسیله ی روغن موتور روغن کاری نمی شوند. آن ها به صورت معمولی خاموش می شوند. توربو شارژر ها باید حدود 30 ثانیه یا کمتر بی بار باشند تا خاموش شوند. در صورت روغن روان سازی برای خنک شدن فرصتی خواهد داشت. با این گفته یک گرم کردن مناسب برای سوپر شارژر ها مهم به نظر می رسد، به گونه ای که در دماهای معمولی کار با بیشترین بازده کار می کنند.

سوپر شارژر ها معمولا بر روی موتور های احتراق داخلی هواپیما ها افزوده می شوند. این کار منطقی است اگر در نظر داشته باشیم که هواپیما ها بیشتر زمان خود را در ارتفاع های زیاد می گذرانند که اکسیژن کمتری برای احتراق وجود دارد. با آمدن سوپر شارژر ها هواپیما ها قادر بودند تا در ارتفاع های بالا تری پرواز کنند بدون این که از کارایی موتور کاسته شود.

یک سیستم ابتدابی برای یک هواپیما همراه یک سوپر شارژر مرکز گریز یا کمپرسور

سوپر شارژر ها یی که در هواپیما ها به کار بسته می شوند درست مانند آن ها یی کار می کنند که در خودرو ها نصب شده اند. آنها توان خود را مستقیما از موتور می گیرند و یک کمپرسور را برای دمیدن هوای پر فشار به اتاقک احتراق به کار می اندازند. توضیحات بالا ساز و کار ساده ای از یک هواپیمای سوپر شارژ شده را نشان می دهد.

اول بار سوپر شارژر ها در اواخر جنگ جهانی دوم در هواپیما ها به کار برده شدند. یک مثال در خور توجه Supermarine Spitfire است، هواپیمایی که به وسیله نیروی هوایی سلطنتی به کار گرفته شد و یک موتور سوپر شارژ شده ی رولز رویس مرلین را در خود جا داده بود.

معایب سوپر شارژر ها

بزرگ ترین نقطه ی ضعف سوپر شارژر ها ویژگی است که ریشه در تعریف آن ها دارد: از آنجایی که میل لنگ آن را می گرداند، به طور قطع قسمتی از توان موتور را می گیرد. یک سوپر شارژر می تواند تا حدود 20% توان موتور را مصرف کند. در عین حال چون سوپر شارژر می تواند تا حدود 46% بر توان موتور بیفزاید، بیشتر مردم فکر می کنند ارزشش را دارد.

سوپر شارژینگ بر تنش موتور می افزاید، که محتاج این است که موتور برای تحمل تقویت بیشتر و انفجار های بزرگ تر قوی باشد. بیشتر تولید کنند گان این منظور را با انتخاب قطعات قوی تری تامین می کنند. طراحی یک موتور برای سوپر شارژینگ قیمت آن را افزایش می دهد. همچنین سوپر شارژر ها هزینه ی نگه داری بیشتری دارند و بیشتر تولید کنند گان سوخت با کیفیت و عدد اوکتان بالا را برای چنین خودرو ها یی توصیه می کنند.

علی رغم نقاط ضعف سوپر شارژر ها، سوپر شارژینگ هنوز هم کم هزینه ترین راه برای افزایش توان موتور است. سوپر شارژر ها می توانند بین 50 تا 100 توان موتور را افزایش دهند تا برای مسابقه، کشیدن بار های سنگین یا فقط افزودن هیجان به رانندگی معمولی مناسب شود.

Volkswagen اخیرا یک موتور Twinchargerدار را روی یک Golf GT.T عرضه کرده است. Twincharger هم از توربو شارژر و هم از سوپر شارژر بهره می برد. در دور های پایین سوپر شارژر هوا را به درون سیلندر فشار می دهد و گشتاور را ارتقا می بخشد و در دور های بالا وقتی گاز های اگزوز در مقادیر کافی تولید شدند، توربو شارژر تاثیر خود را آغاز می کند. GT که فقط در اروپا در دسترس است. در 7.9 ثانیه 62 مایل بر ساعت سرعت می گیرد. همچنین می تواند به 136 مایل در ساعت برسد در حالی که هنوز با هر گالن سوخت 39 مایل راه می پیماید.

iran-eng.com

ramtinteymouri · 11 شهریور، ۱۳۸۸

در این مقاله سعی شده که آخرین پیشرفتها در زمینه توسعه احتراقی سیستم های هوشمند با هدف نزدیک شدن به موتور احتراق داخلی که میزان محصولات احتراقدر آن به ازای کار در محدوده وسیعی از سرعتها و بار موتور به صفر نزدیک شده باشد، بررسی شود.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

Amin · 8 مهر، ۱۳۸۸

نقش رادیاتور در پروسه انتقال حرارت موتور

ر اثر احتراق در موتورهای احتراق داخلی گرمای زیادی تولید می‌شود که حتی می‌تواند فلزات مجموعه سیلندر و پیستون را ذوب کند .

سیستم خنککاری بهمنظور پیشگیری از بالا رفتن دمای موتور بهکار می‌رود. این سیستم برای مراقبت در برابر عملکرد مؤثر در تمام سرعت‌های موتور و کنترل شرایط مختلف مورد استفاده است. دما در طول مدت احتراق مخلوط سوخت و هوا در محفظه احتراق موتور بسیار بالا می‌رود و به بیش از ۲۰۰۰ درجه می‌رسد. میزان قابل توجهی از این حرارت توسط دیواره‌های سیلندر و پیستون‌ها جذب می‌شود بنابراین باید خنک‌کاری به اندازه‌ای صورت پذیرد که دما بیش از حدود ۲۳۰ درجه نشود.

دماهای بالاتر باعث کاهش ضخامت فیلم روغن میشود و خواص روغن بهشدت افت می‌کند که این مسئله موجب افزایش استهلاک قطعات و ازدیاد دمای آنها خواهد شد.

در موتورهای احتراق داخلی مقدار محدودی از انرژی سوخت برای قوای محرکه موتور استفاده می‌شود. تقریبا حدود ۲۸ درصد انرژی سوخت به کار مفید تبدیل می‌شود. ۳۰ درصد بهواسطه خنککاری، ۳۲ درصد بهوسیله خروج گازهای داغ و ۱۰ درصد باقیمانده توسط اصطکاک و عوامل دیگر بههدر می‌رود. میزان حقیقی و دقیق انرژی تبدیلشده به کار مفید در پروسه احتراق موتور به مشخصه‌های فیزیکی اجزای موتور بستگی دارد.

همان‌طور که گفته شد، دما در طول احتراق در سیلندر موتورهای درونسوز به بیش از ۲۰۰۰ درجه می‌رسد. این دما بیش از نقطه ذوب مواد مورد استفاده در ساختار موتور است بنابراین با بالارفتن دما به موتور خسارت وارد می‌شود و باید دمای کار موتور در محدودهای خاص حفظ شود. در یک نمونه سیستم خنککاری آبی موتور این دما در محدوده ۹۵-۷۵ قرار دارد که برای خنککاری هوایی این میزان کمی بیشتر است.

خنککاری در موتور دو علت دارد:

۱) نگه داشتن دمای اجزای موتور در دمایی که روغنکاری مؤثر در آن ممکن باشد.

۲) نگه داشتن دمای اجزای مختلف موتور در یک محدوده خاص بهطوری که به سلامت قطعات موتور صدمه نزند.

نحوه عملکـرد موتور در انتخاب و طراحی سیستم خنککاری تأثیر می‌گذارد و این کاملا به نوع گازهای احتراق و اجزای موتور وابسته است. وقتی موتور سرد است، کارایی پایینی دارد بنابراین سیستم خنککاری معمولا شامل وسایلی است که زمینه فعالیت خنککـاری نرمـال را بـرای حفظ گرمـای مناسب موتور مهیـا می‌کننـد.

هنگام راهاندازی موتور دمای قطعات داخلی آن، بهسرعت افزایش می‌یابد؛ پس وقتی موتور به دمای بهرهبرداری می‌رسد باید سیستم خنککاری فعالیتش را آغاز کند.

نمایه سیستم خنککاری موتور برای حداقل کردن حجم و وزن رادیاتور است که در وسایل نقلیه از اهداف مهم تلقی می‌شود. باید درجه حرارت متوسط آبی که از رادیاتور عبور می‌کند حتیالامکان بالا نگه داشته شود تا اختلاف آن با درجه حرارت متوسط زیاد باشد.

البته این درجه حرارت نباید از نقطه جوش آب در فشار اتمسفر تجاوز کند زیرا در آن صورت قسمتی از آب تبخیر میشود و فشار داخل رادیاتور بهشدت افزایش می‌یابد. گرچه با طراحی درپوش مناسب برای رادیاتور آب داخل تحت فشار است تا دیرتر به نقطه جوش برسد، هوا نیز باید پس از عبور از رادیاتور به اطراف بدنه موتور جریان یابد.

جهت عکس جریان به دو دلیل مناسب نیست: اولا هوا به روغن و ذرات آغشته به روغن که به هر حال روی بدنه موتور وجود دارد آلوده می‌شود و این ناخالصی‌ها روی منافذ رادیاتور رسوب میکند و از راندمان آن می‌کاهد و ثانیا بر اثر تماس با بدنه گرم موتور درجه حرارت آن بالا میرود و موجب کاهش قدرت خنک کنندگی رادیاتور می‌شود.

برای درک نیاز موتور به سیستم خنککاری، اثرات افزایش یا کاهش دمای کارکرد موتور در ذیل آمده است:

● اثرات افزایش دمای کارکرد موتور

▪ بهرهبرداری در دماهای بالا، بارهای زیاد با سرعت بالا بدون عملیات خنککاری باعث اکسیداسیون روغن روغنکاری می‌شود. در این شرایط ممکن است با بالا رفتن دما، لعاب و رسوب شکل گیرد؛ بهطوری که رینگ پیستون نتواند کار خود را انجام دهد؛ ضمن این که خراش خوردن رینگ نیز باعث اختلال عملکرد آن می‌شود. به همین ترتیب اکسیداسیون روغن می‌تواند باعث خوردگی و سایش بعضی از انواع یاتاقان‌ها شود.

▪ اگر دمای کارکـرد خیلـی زیاد شـود، نقاطی از پیستون‌ها و قسمت‌هایی از میللنگ که در یاتاقان می‌چرخند، منبسط می‌شوند که این موضوع باعث خروج آنها از لقی مجاز میشود و این تغییرات صدمات جدی در یاتاقان‌ها و رینگ‌ها بهبار میآورد.

▪ سطوح داخل محفظه احتراق از قبیل پای سوپاپ خروجی و شمع ممکن است آنقدر گرم شود که جرقه زودتر اتفاق بیفتد؛ این شرایط جرقه پیشرس نامیده می‌شود که اگر برای مدتی ادامه یابد، خسارت عمده به موتور می‌زند.

▪ اگر مخلوط تازه وارد شده به سیلندر خیلی گرم شود، چگالی آن کاهش خواهد یافت و در نتیجه قدرت آن کاسته می‌شود؛ بهخصوص در موتورهای بنزینی.

▪ با افزایش دمای مخلوط هوا و سوخت در محفظه احتراق و منیفولد ورودی، اصطکاک مکانیکی افزایش مییابد و از قدرت خروجی موتور می‌کاهد.

● اثرات کاهش دمای کارکرد موتور

۱) افزایش خنک‌کاری باعث کاهش راندمان حرارتی، همچنین مانع تبخیر مناسب سوخت می‌شود که موجب رقیق شدن روغن می‌گردد.

۲) تبخیر نامناسب سوخت ، فیلم روغن بر روی دیواره‌های سیلندر را از بین می‌برد و باعث افزایش فرسایش سطح داخلی سیلندر می‌شود.

۳) به طور کلی خنککاری بیش از حد باعث کاهش قدرت، ضرر اقتصادی مصرف بیشتر سوخت و کاهش طول عمر قطعات موتور میشود.

● ملاحظات طراحی رادیاتور

طراحی رادیاتور باید براساس درجه حرارت هوا در گرمترین منطقهای که وسیله ممکن است در آن کار کند، صورت گیرد. در آب و هوای سردتر مقدار آب در گردش رادیاتور به وسیله ترموستات تنظیم می‌شود؛ به نحوی که فقط سنجش از قدرت خنککنندگی رادیاتور مورد استفاده قرار گیرد. افزایش دمایی بین ۸ تا ۱۲ درجه برای هوای جاری در رادیاتور منظور می‌شود. افزایش دمای بیشتر متداول نیست؛ بهخصوص که در هوای گرم موجب تبخیر بنزین در پمپ بنزین و لوله‌های رابط در موتور بنزینی می‌شود و از رسیدن سوخت به موتور جلوگیری بهعمل می‌آید.

به منظور پیشگیری از سروصدای زیاد و مصرف بیش از اندازه توان موتور به وسیله پروانه، افت فشار سمت هوا کمتر از kpa ۱ منظور می‌شود. توان مصرفی پروانه باید به قدری باشد که در دور کم موتور و قدرت زیاد بتواند هوای کافی از رادیاتور عبور دهد. برای این که حجم رادیاتور کوچک باشد معمولا از لوله‌های تخت پرهدار استفاده می‌شود. هرچه تعداد پره بر واحد طول لوله بیشتر باشد، مبدل جمع و جورتر خواهد بود اما گرفتگی سوراخ پره‌ها با ذرات معلق موجود در هوا و حشرات سبب می‌شود که تعداد پرهها بین ۴۰۰ و ۶۰۰ پره در هر متر باشد.

● رادیاتور و نحوه انتقال حرارت از سیال گرم به هوا

رادیاتور دستگاهی است در سیستم خنککننده موتور که حجم زیادی از آب این سیستم را در تماس نزدیک با هوا نگه میدارد تا انتقال حرارت از آب به هوا بهخوبی و بهسـرعت امکـانپذیر باشـد. همچنین می‌توان گفت رادیاتور وسیلهای است که برای نگهداری مقدار زیادی آب در مجاورت حجم بزرگی از هوا بهکار می‌رود؛ به طوری که حرارت بتواند از آب به رادیاتور و از رادیاتور به هوا منتقل شود.

اجزای رادیاتور از مخزن بالایی و مخزن پایینی و هسته (شبکه) رادیاتور تشکیل شده که خود شبکه از لوله‌ها و پره‌ها بهوجود آمده است. همچنین به مخزن بالایی یک گلویی که به لوله هوا ارتباط دارد، متصل است.

سیال خنککننده توسط پمپ به جداره‌های سیلندر جریان می‌یابد. در صورت بالا رفتن درجه حرارت سیال ترموستات مسیر را باز می‌کند و سیال گرم از طریق لوله ورودی رادیاتور که در مخزن ورودی آن تعبیه شده است، وارد رادیاتور میشود و پس از خنک شدن به مخزن خروجی جریان مییابد و پس از خروج توسط لوله خروجی رادیاتور، سیکل خود را ادامه می‌دهد.

انتقال حرارت در رادیاتور خودرو به این صورت است که آب گرم در طول مسیر حرکت در رادیاتور، گرمای خود را به لوله‌ها منتقل میکند و این گرما از محل اتصال لوله و پره، به پره‌ها منتقل میشود و سپس گرمای انتقالیافته به پره‌ها نیز توسط جریان هوای اجباری از آنها دفع می‌شود.

● انواع رادیاتور

شبکه رادیاتورها شامل دو نوع فین تیوب و کروگیت است:

۱) رادیاتور فین تیوب (fin-Tube) : در این نوع رادیاتور امتداد لوله‌ها عمود بر راستای پره‌هاست و لوله‌ها از داخل پره‌ها عبور می‌کنند.

۲) رادیاتورهای کروگیت (crougate): در این نوع رادیاتورها لوله‌ها از داخل پره‌ها عبور نمی‌کنند بلکه پره‌ها به صورت موجدارند و لوله‌ها در امتداد پره‌ها روی نوک فین قرار داده می‌شوند.

در حالت کلی مونتاژ رادیاتورهای کروگیت راحتتر و سریعتر از نوع فین تیوب است و امکان اتوماسیون آن وجود دارد ولی رادیاتورهای فین تیوب به دلیل درگیر شدن لوله و پره با یکدیگر، استحکام مکانیکی بیشتری دارند. رادیاتورها از لحاظ جنس به دو نوع

آلومینیمی و مسی و برنجی تقسیم میشوند که تکنولوژی ساخت هر یک می‌تواند Soldering و Brazing باشد. نویسنده :

پرویز کلهر - کارشناس مهندسی و کنترل کیفیت شرکت رادیاتور ایران

منبع :

ماهنامه اندیشه گستر سایپا

**M!Zare** · 12 فروردین، ۱۳۸۹

معرفی:

موتورهای دورانی وانکل گونه ای از موتورهای احتراق داخلی هستند منتها به گونه ای که از یک طراحی دورانی بهره گرفته تا نیروی احتراق را به نیروی محرکه تبدیل نمایند.

این موتور همانند موتور های رفت و برگشتی reciprocating دارای 4 مرحله اصلی میباشد. مکش-تراکم-انفجار-تخلیه.که این چهار مرحله در فضایی ما بین روتور مثلثی شکل(که همان نقش پیستون را ایفا میکند) و محفظه روتوری بیضی شکل-تخم مرغ گونه- (همانند سیلندر) انجام میشوند.با این طراحی قدرت بالایی را میتوان به نرمی انتقال داد.

از هنگام معروف شدن، این موتورها با نام موتور های دوار مرسوم شدند که می بایست ذکر کرد این نام مخصوص این طراحی نیست بلکه طراحی های مختلف را شامل میشود ولی به دلیل مرسوم شدن این موتور ها را با نام دوار هم ذکر میکنند.

برای مشاهده این محتوا لطفاً ثبت نام کنید یا وارد شوید.

anjello · 5 خرداد، ۱۳۸۹

سلام

مطلب اموزشی درمورد

مقايسه موتورهاي توربو شارژ و سوپر شارژ

امیدوارم به دردتون بخوره

دانلود فایل

EN-EZEL · 11 خرداد، ۱۳۸۹

نقش موتورهای احتراق داخلی در موتورهای رم جت

موتورهای جت معمولی متحرک، همگی دارای پایه و اساس و ساختار اصلی واحدی هستند. برای مثال موتورهای توربوجت، توربوفن، فن جت، توربوپراپ و ... اگر چه در کاربرد و سیستم های جانبی به کار رفته در آن ها متفاوت هستند، اما هسته همه این موتور ها بر پایه همان ساده ترین نوع موتور جت متحرک یعنی توربوجت استوار است. همان گونه که می دانیم، هر یک از انواع موتورهای جت برای رفع نیاز پرواز در سرعت های مشخصی ساخته شده اند و هر یک دارای محدوده های سرعت مخصوص به خود هستند. برای مثال موتورهای توربوپراپ برای پرواز در سرعت های زیر صوت و نزدیک به نیم ماخ ساخته شده و این در حالی است که موتورهای توربوفن هم برای پرواز در سرعت های زیر صوت طراحی شده اند، اما سرعت های نزدیک به یک ماخ. موتورهای توربوجت که به دلیل مصرف سوخت بالایشان بیشتر در هواپیماهای جنگنده و انواع ابتدایی هواپیماهای مسافربری جت استفاده می شد، اگر چه کارایی پرواز از سرعت های زیر صوت و تا بالای سرعت صوت را هم دارا بودند، اما در حقیقت صرفه از نظر مصرف سوخت آن ها فقط و فقط محدود به سرعت های بالای سرعت صوت و تا حدود سرعت دو ماخ می شد.

مقایسه موتور توربوجت با موتور رم جت

به زودی مشخص شد که قطعه های متحرک در موتورهای جتی که می بایست برای سرعت های بالای سه ماخ ساخته شوند، دیگر جایی ندارند. چرا که همین قطعه های متحرک به دلایل متعدد اجازه دستیابی به سرعت های بالاتر را نمی دادند. یکی از مشکلات مهم این گونه موتورها حجم بسیار بالای هوای ورودی در سرعت های بالای یک و نیم ماخ بود که برای نخستین بار در موتورهای J-79 ساخت شرکت جنرال الکتریک به وسیله استفاده از سیستم استاتورهای متغیر که هوای ورودی را کنترل می کردند حل شد. اما این موتورها همچنان در سرعت های بالاتر دارای مشکلاتی بودند. با پی بردن به این مسائل، ایده موتورهایی که فاقد هر گونه قطعه متحرکی هستند پی گیری شد.

موتورهای رم جت چگونه کار می کنند؟

در موتورهای جت معمولی، مثلاً از نوع توربوجت، وجود کمپرسور و توربین و شفت متصل کننده این قطعات ضروری به نظر می رسد. در موتورهای احتراق داخلی، مثل موتورهای پیستونی و جت کارکردن موتور وابسته به میزان کمپرس شدن هواست. این مسئله به گونه ای است که کمپرس هر چند که بسیار ناچیز باشد اگر وجود نداشته باشد موتور روشن نمی شود. از سوی دیگر هر چند ضریب کمپرس یا همان تراکم بالا تر باشد صرفه مصرف سوخت موتور هم بیشتر می شود. به همین دلیل است که موتورهای جت امروزی که برای بیشترین صرفه اقتصادی از نظر سوخت ساخته می شوند، دارای ضریب های تراکمی نزدیک به 44:1 هستند. موتورهایی نظیر موتورهای توربوجت با مکش هوا و فشرده کردن آن به وسیله طبقه فن های متوالی و سپس انفجار و عبور گازهای حاصله از توربین کار می کنند. در حقیقت کمپرسور وسیله کمپرس کردن هوا به شمار آمده و توربین نیز ادامه کار کمپرسور را به وسیله تبدیل انرژی گازهای داغ به انرژی مکانیکی تضمین می کند.

در سرعت های بالای سه ماخ که موتورهای توربوجت کارایی خود را تقریباً از دست می دهند و دستیابی به سرعت های بالاتر توسط چنین موتورهایی امکان ناپذیر است، ما با پدیده ای به نام (رم افکت - Ram Effect) مواجه هستیم.

رم افکت به معنای فشرده شدن و تراکم خودبخودی هوا در اثر حرکت وسیله متحرک با سرعت بسیار بالا است.

پدیده رم از سرعت های نزدیک به 500 کیلومتر بر ساعت خود را نمایان می کند اما تا سرعت های بالای سرعت صوت و گاه تا سرعت های بالای سه ماخ به حداکثر کارایی خود نمی رسد. در این چنین سرعت هایی، فشرده شدن هوا به حدی است که به راحتی می تواند ضریب تراکم لازم برای کارکرد یک موتور جت احتراق داخلی را فراهم آورد. اگر به موتور توربوجت مان بازگردیم، می بینیم که با وجود پدیده رم، دیگر وجود کمپرسور بی معنی است. اگر کمپرسوری وجود نداشته باشد، پس توربینی هم برای چرخاندن این کمپرسور لازم نیست. حذف مجموعه کمپرسور و توربین و شفت اصلی، در حقیقت حذف کلیه مجموعه متحرک موتور جت است چون غیر از این قطعات، قطعه های اصلی دیگری در موتور حرکت ندارند. نتیجه کار یک لوله تو خالی با یک ورودی، محفظه احتراق و خروجی است که همان موتور رم جت نام دارد و نام این موتورها هم از شیوه کارکردشان گرفته شده است. در سرعت های بالا، هوا با سرعت زیادی وارد ورودی موتور می شود. در این قسمت، بخشی به نام دیفیوزر تعبیه شده است که این بخش عمدتاً یک شی مخروطی شکل در دهانه موتور است. این وسیله وظیفه دارد تا با تولید امواج ضربه ای، هوای ورودی را به سرعت زیر صوت برساند چرا که می دانیم که در چنین موتورهایی احتراق در سرعت مافوق صوت ممکن نیست. با تقلیل سرعت هوا، همان پدیده رم افکت بار دیگر نمایان می شود و انرژی جنبشی هوا، تبدیل به فشار و حرارت بیشتر می شود و همین مسئله تراکم هوای لازم برای احتراق را به وجود می آورد. طراحی دیفیوزر و ورودی موتورهای رم جت از بالاترین اهمیت برخوردار است و باید به گونه ای کاملاً مهندسی و مطالعه شده طراحی گردد تا بتواند از پدیده رم افکت نهایت استفاده را ببرد. پس از فشرده شدن هوا در این قسمت و تقلیل سرعت آن به سرعت زیر صوت، هوا وارد محفظه ی احتراق می شود. در محفظه ی احتراق هوا با سوخت مخلوط گشته و احتراق به وسیله شمع شروع می شود. پس از این قسمت، قسمتی بسیار حائز اهمیت در موتورهای رم جت وجود دارد که شعله نگه دار یا FlameHolder نامیده می شود. اهمیت این بخش از آن جهت است که این قسمت وظیفه همسان و هماهنگ سازی شعله احتراق برای بهترین کارایی موتور را دارد. پس از احتراق، هوای مشتعل شده از شعله نگه دار عبور کرده و سپس از خروجی موتور خارج می شود و بدین ترتیب نیروی جلو برنده یا همان تراست را به وجود می آورد. در موتورهای توربوجت معمولی حدود 85% انرژی گازهای خروجی صرف گرداندن توربین می شد، در حالی که در موتورهای رم جت کلیه نیرو و انرژی گازهای خروجی به نیروی تراست تبدیل می شود و این خود یکی از نشانه های کارائی بسیار بالا در سرعت های مافوق صوت است. ناگفته نماند چون در موتورهای رم جت دیگر محدودیت های دمای ورودی توربین وجود ندارد، این موتورها می توانند در دماهای بالاتری، در حدود 2100 درجه سانتیگراد نسبت به موتورهای جت دیگر کار کنند.

موتور رم جت چگونه ساخته شد

موتورهای رم جت یک نقص بسیار بزرگ دارند: این موتورها قادر نیستند در سرعت های پایین یا در شرایط ساکن روشن شوند و برای استارت نیاز به سرعت اولیه دارند، یعنی همان سرعت عملیاتی.

بیشتر موتورهای رم جت از سرعت های بالای سرعت صوت شروع به کار می کنند، اگرچه موتورهایی هم وجود دارند که در سرعت های حدود 700 کیلومتر بر ساعت هم می توانند روشن شوند، اما کارایی چندانی ندارند. این موتورها اغلب توسط هواپیمای مادر به سرعت عملیاتی رسیده و به محض آنکه شرایط کارکرد موتور آماده شود، موتور روشن می شود. به همین علت موتورهای رم جت بیشتر در موشک ها به کار می روند و هنوز کاربرد وسیعی در زمینه هواپیمایی ندارند . در موشک های مجهز به موتوهای رم جت نیز ابتدا موشک به وسیله راکت بوستر به سرعت مورد نظر رسیده و سپس موتور رم جت روشن می شود. موشک کراگ روسی که برای نخستین بار در سال 1967 به پرواز در آمد، از نمونه موشک های مجهز به موتور رم جت است. این موشک توسط چهار بوستر کمکی راکتی به سرعت مطلوب رسیده و سپس موتور رم جت با سوخت مایع شروع به کار می کند و قادر است با سرعتی بیش از چهار برابر سرعت صوت اهدافی را از فاصله پنجاه کیلومتری هدف بگیرد. موتورهای توربو رم جت از مشتقات اصلی موتورهای رم جت هستند. این موتورها ترکیبی از موتورهای توربوجت و رمجت می باشند که از موتور توربوجت که به صورت هسته اصلی درون موتور رم جت قرار گرفته است برای سرعت گرفتن تا سرعت های مافوق صوت استفاده شده و پس از آن موتور توربوجت از کار ایستاده و موتور رم جت شروع به فعالیت می نماید. از مورد توجه ترین مثال این گونه موتورها می توان به موتور تاریخی و انقلابی J-58 ساخت شرکت پرات اند ویتنی اشاره کرد که در هواپیمای مشهور SR-71 Blackbird به کار برده شد و موفقیت های بزرگی به دست آورد. این موتور قدرتمند قادر بود پرنده سیاه را به راحتی به سرعت بالای سه ماخ برساند.

آینده پیشرانه های رم جت

مدتی است که هواپیمای جدید تحقیقاتی ساخت ناسا با نام X-43 جنجال زیادی به پا کرده است. این هواپیما مجهز به موتور جدیدی به نام موتور سکرم جت یا Scramjet یا همان Supersonic Combustion RamJet به معنای موتور رم جت با احتراق مافوق صوت است. قبلاً گفتیم که در موتورهای رم جت، برای تکمیل فرآیند احتراق هوای ورودی می بایست به سرعت های زیر صوت برسد. در موتورهای جدید سکرم جت که به دلیل دمای بالای کارکرد از سوخت هیدروژن استفاده می کنند، احتراق در سرعت بالای صوت انجام می پذیرد و تنها تفاوت این نوع موتورها با موتورهای رم جت در همین مسئله است. احتراق در سرعت بالای صوت امکان کارکرد در سرعت های هایپر سونیک یا سرعت های بالای پنج ماخ را برای این گونه موتور ها فراهم کرده است. چنانکه می دانیم هواپیمای بدون سرنشین X-43A در آخرین پرواز آزمایشی خود به سرعت بالای 11 ماخ دست یافت. موتورهای سکرم جت که آینده روشن موتورهای رم جت هستند، قطعاً انقلابی ترین حادثه حمل و نقل هوایی با سرعت های بالا را در چند سال آینده رقم خواهند زد.

مبنای کارکرد اسکرم جت

تمامی موتورهای اسکرمجت یک دهانه ورودی دارند که هوای ورودی را متراکم میکند .. افشانکهای سوخت ، محفظه احتراق و شیپوره ، بخشهای دیگر موتور اسکرم جت هستند . برای داشتن یک جریان همگن در احتراق ، جداکننده ای نیز بین ورودی و محفظه احتراق به کار می رود .

اسکرم جت در واقع یک رمجت است . در رمجت، جریان هوای ورودی فراصوت (به موتور ) در ورودی به جریان فروصوت تبدیل میشود . سپس از میان یک شیپوره عبور داده شده تا برای تولید پیشرانش به سرعت فراصوت برسد .این کاهش شتاب موجب ازدست دادن مقداری از آنتالپی کلی شده که به نوبه خود کارایی موتور رمجت را پایین میآورد .

با برقراری جریان فراصوت به جای جریان فروصوت ،مقدار کمتری از آنتالپی کل از دست می رود و بنابر این کارایی اسکرم جت در مقابل رمجت افزایش می یابد . در واقع طراحی اسکرم جت برای کاهش هرچه بیشتر نیروی پسا و افزایش نیروی برا است .

EN-EZEL · 11 خرداد، ۱۳۸۹