فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات:50
فهرست مطالب:
عنوان صفحه
1 مقدمه 1
1-1 تاریخچه موتورهای احتراقی 1
1-2 مزایای موتورهای احتراق داخلی نسبت به سایر موتورها 3
2 اصول ترمودینامیکی موتورها 5
2-1 چرخه واقعی موتورهای بنزینی 5
2-2 چرخه واقعی موتورهای دیزل 9
3 ساختار و واکنش شیمیائی سوخت ها 9
4 احتراق 17
4-1 اکسیداسیون کند ، اکسیداسیون سریع ، احتراق زنده 17
4-1-1 اکسیداسیون کند 17
4-1-2 اکسیداسیون سریع 17
4-1-3 احتراق زنده 18
4-2 فرآیند احتراق در موتور دیزل 19
4-2-1 مراحل احتراق 20
4-2-2 طراحی احتراق برای موتور دیزل 27
4-3 فرآیند احتراق در موتور بنزینی 29
4-3-1 مراحل احتراق 29
4-4 مقایسه عملکرد موتور دیزلی و بنزینی 33
4-4-1 مقایسه عمومی موتورهای دیزلی و بنزینی 33
4-4-2 مقایسه مشخصات کلی احتراق در موتورهای دیزلی و بنزینی 34
4-5 روشهای بالابردن راندمان موتورهای دیزلی و بنزینی 40
4-5-1 چه نوع موتورهایی را می توان توربو کرد 41
4-5-2 توربو کردن موتورهای بنزینی 41
4-5-3 توربو کردن موتورهای دیزل 47
4-6 موتورهای درونسوز جدید 48
4-7 کاربرد فن آوری لیزری در طراحی نسل جدید موتورهای درونسوز 49
1- مقدمه
1-1 تاریخچه موتورهای احتراق داخلی
تاریخچه موتورهای احتراق داخلی به سال 1876 باز می گردد , کــه نیکـولاس اتـو (1891 – 1832) اولین موتور جرقه ای را ساخت . این موتور در ابتدا بنا بر سیکل ویژه ای کار کرد و با بازدهی حداکثر برابر 11 % دارای وزن زیادی بود . اتو با ارائه سیکل عملکرد 4 زمانه , بازده را به 14 % افزایش و در کنار کاهش حجم موتور وزن آن را نیز به کمتر از 3/1 حالت قبل کاهش داد . در سال 1884 امتیاز ثبت شده یک شخص فرانسوی به نام آلفونس بیودی روشاس ( 1893 – 1815 ) مربوط به سال 1862 منتشر شد که معلوم ساخت او قبل از اتو اصول سیکل 4 زمانه را شرح داده است , البته چون روشاس نتوانسته بود ایده های خود را عملی سازد در نتیجه امروزه اتو به عنوان مخترع موتور شناخته می شود .
از آن پس اشخاص بسیاری در اواخر قرن نوزدهم دست به ابداع موتورهای دیگری زدند و جملگی به این نتیجه رسیدند که نسبت تراکم تاثیر مستقیمی بر روی بازده موتور دارد ولی به دلیل مشکل کوبش مقدار آن به کمتر از 4 محدود شده بود . در دهه 1880 با توسعه کاربراتور و سیستم جرقه , سرعت موتور در اتومبیل ها فراهم شد . در سال 1892 یک مهندس آلمانی به نام رودلف دیزل ( 1913 – 1858 ) نوع جدیدی از موتور را به ثبت رساند . در طرح وی , در مرحله تراکم , تنها هوا متراکم , و در انتهای این مرحله سوخت مایع به داخل هوای داغ پاشیده می شد .از آنجاییکه در این طرح , هوا دچار کوبش نمی شود , لذا وی توانست نسبت تراکم را بالا ببرد و بازده موتور را دو برابر کند . یکی دیگر از طرح های موتور, موتور دورانی است که اولین آنها توسط فلیکس وانکل در سال 1957 به نتایج رضایت بخشی رسید .
سوختها نیز تاثیر فراوانی در توسعه موتورها داشته اند . اولین موتورها با سوختن گاز , توان مکانیکی تولید می کردند . بنزین در اواخر قرن نوزدهم برای استفاده در کاربراتورها مورد استفاده قرار گرفت . بنزینهای اولیه کاملا فرار بودند و در نتیجه , امکان افزایش نسبت تراکم به بیش از 4 نبود ولی در عوض راه اندازی موتور راحت بود . ویلیام برتون ( 1954 – 1865 ) توانست با کراکینگ حرارتی نفتهای سنگین بنزینی تولید کند تا بتوان به تقاضاهای روز افزون بنزین پاسخ داد . البته به دلیل بالا بودن نقطه جوش , استارت حالت سرد موتور مشکلتر بود ، که این مشکل نیز با اختراع استارتر برقی در سال 1912 حل شد . تاثیر ضد کوبش << تترا اتیل سرب >> در سال 1923 ، توسط شرکت <<جنرال موتورز>> کشف شد . در دهه 1930 ، استفاده از کاتالیزور فعال به جای کراکینگ حرارتی ، باعث تولید بنزین دارای کیفیت بالا شد . مساله آلودگی هوا در دهه 1940 در لوس آنجلس بروز کرد . در سال 1952 کشف شد که مشکل مه دود از واکنش بین اکسیدهای نیتروژن و ترکیبات هیدروکربنی در مجاورت نور خورشید صورت می گیرد که موتورها از عوامل اصلی آن هستند . موتورهای دیزل نیز منبع اصلی دوده و ذرات ریز هستند . لذا برای حفظ محیط زیست ، در کشورهای پیشرفته ، استانداردهایی در زمینه محدود ساختن آلاینده های خروجی موتور ارائه شد ، همچنین در موتور از تجهیزاتی مانند <<مبدلهای کاتالیزوری>> و در سوخت از مواد افزودنی برای بهبود کیفیت آن و حفظ سرب ، برای این مهم استفاده شود . از دهه 1970 ، به دلیل افزایش بهای فرآورده های نفتی برای کاهش مصرف موتور ، تلاش زیادی برای بالا بردن بازده صورت گرفت . البته باید در نظر داشت که کنترل آلودگی موتور باعث بالا رفتن مصرف سوخت می شود . تلاش بسیاری نیز درباره سوخت های جایگزین بنزین و گازوئیل صورت گرفته ، که از بین آنها می توان به گاز طبیعی ، متانول و اتانول اشاره کرد .
ئیدروژن ، بنزین و گازوئیل مصنوعی حاصل از سنگ های نفتی و زغال سنگ نیز جایگزینی بلند محسوب می شود . بعد از گذشت بیش از یک قرن ممکن است به نظر برسد که موتورها به حداکثر توسعه خود رسیده اند ولی موتورها همچنان به توان و بازده بالاتر و آلودگی کمتر می رسند .
1-2 مزایای موتورهای احتراق داخلی نسبت به سایر موتورها :
موتور وسیله ای است که انرژی شیمیایی سوخت را به انرژی محسوس یا <<حرارتی>> تبدیل ، و از این انرژی محسوس برای انجام کارمفید استفاده می کند . در موتورهای احتراق داخلی ، این فرآیندها ، در داخل سیلندر موتور و در هنگام عمل مستقیم محصولات داغ احتراق بر روی پیستون صورت می پذیرد . در موتور بخار ، که رایج ترین موتور احتراق خارجی است ، انرژی لازم برای عملکرد موتور ، ابتدا باید محصولات داغ احتراق را ترک کند . سپس از دیواره های یک مبدل حرارتی یا دیگ بخار گذر کند و به سیال عامل ، که غالباً آب یا بخار است اعمال شود . سپس بخار باید از طریق لوله هایی به سیلندر موتور جریان یابد ، تا در نهایت انرژی آن تبدیل به کار بر روی پیستون شود . دمای بخار سطوح دیگ باید به اندازه کافی کمتر از گازهای کوره ، و یا نقطه ذوب اجزای فلزی کوره باشد . به خاطر این واقعیت ، در سیلندر موتورهای بخار ، تنها به دماهای نه چندان زیاد می توان رسید که این مساله بازده این گونه موتورها را محدود می کند . در موتورهای احتراق داخلی تنها کسر کوچکی از انرژی گازهای سیلندر به قسمتهای فلزی موتور منتقل می شود . دیواره های فضای احتراق موتوری که با هوا خنک می شود ، ممکن است در دمای یا بالاتر قرار بگیرد ، در حالیکه گازهای داخلی در دمای یا بالاتر قرار دارند . به خاطر بالا بودن دمای گاز و افت دمای قابل دسترس در موتورهای احتراق داخلی ، با استفاده از این نوع موتورها ، می توان به بازده های بالایی دست یافت .
بازده بالا و عدم وجود وسایل دست و پاگیری مانند کوره ، دیگ بخار و کندانسور ، موجب می شود که موتورهای احتراق داخلی نسبت به خروجی خود نسبتاً سبک و جمع و جور باشند . علاوه بر این مزایا ، موتورهای احتراق داخلی یکی از کارآمدترین وسایلی است که در خدمت بشر می باشد . موتورهای احتراق داخلی تقریباً تنها منبع قدرت هواپیماها و خودروها می باشند .
پروژه عملکرد سوخت های جایگزین در موتورهای احتراق داخلی
