تبدیل انرژی

موتور احتراق داخلی، ماشینی است که در آن انرژی شیمیایی سوخت به انرژی حرارتی و انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی تبدیل می شود .به عبارت دیگر دو مرحله تبدیل انرژی در آن صورت می گیرد. در این فرایند تنها بخشی از انرژی شیمیایی سوخت )انرژی اولیه( که به حرارت تبدیل می شود منجر به کار مفید و تولید قدرت می گردد. بخش عمده این انرژی سبب غلبه برافت اصطکاکی قطعات و بخش های مختلف موتور می گردد. به طور مثال غلبه بر افت اصطکاک بین یاتاقان های ثابت و متحرک میل لنگ و یا غلبه بر اصطکاک بین رینگ های پیستون و دیواره سیلندر.

بخش دیگری از این انرژی صرف کار پمپ آب جهت به گردش درآوردن آب رادیاتور و در تابستان کار کمپرسور جهت تولید هوای خنک برای آسایش سرنشینان می شود. بخش زیادی از انرژی حرارتی نیز از اگزوز موتور به محیط بیرون خارج می گردد.

 

ترمودینامیک موتور

آزاد شدن گرما در حجم ثابت:

سیکلی که در آن گرما در حجم ثابت آزاد می شود سیکل اتو نامیده می شود. در این تحلیل فرض می شود احتراق به قدری سریع رخ داده که پیستون در حین احتراق حرکتی نکرده است. به زبان دیگر در این سیکل فرض می شود احتراق در حجم ثابت رخ داده است. در این حالت احتراق با یک جرقه شروع می شود، به همین دلیل موتوری که برمبنای سیکل اتو کار می کند، موتور اشتغال جرقه ای نام گرفته است. سیکل اتو یک فرایند چهارزمانه است و از مراحل تنفس، تراکم، انبساط و تخلیه تشکیل شده است. بنابراین در این گونه موتورها یک سیکل کامل در دو دور موتور انجام می شود.

سیکل اتو پس از اختراع موتور چهارزمانه توسط نیکلاس اتو در سال ١٨٧٦ به اسم او نام گرفت. اتو به عنوان مخترع موتورهای احتراق داخلی مدرن و نیز پایه گذارصنایع موتورسازی معروف است. موتور چهارزمانه ای که اتو برای اولین بار تولید نمود

دارای توان1.5kW (2hp)  در سرعت موتور 160rpm بود.

آزاد شدن گرما در فشار ثابت

این نوع سیکل به سیکل دیزل معروف است و به منظور شبیه سازی موتورهایی استفاده می شود که با کنترل احتراق در آن، ابتدای مرحله انبساط به شکل فشار ثابت صورت گیرد. موتورهای مبتنی بر سیکل دیزل، موتورهای اشتعال تراکمی نیز نامیده می شوند.

سیکل مذکور پس از اختراع موتوری با قابلیت پاشش مستقیم سوخت مایع به محفظه احتراق توسط رادلف دیزل در سال ١٨ ٩٧ به نام سیکل دیزل نام گرفت.

نسبت تراکم در موتورهای دیزل

نسبت تراکم در موتورهای دیزل نسبت به موتورهای اشتعال جرقه ای بیشتر است. این نسبت در موتورهای دیزل در حدود ١٥ الی ٢٠ می باشد. این نسبت تراکم باعث می شود دمای دیواره های سیلندر به اندازه ای باشد که موجبات خود اشتعالی مخلوط سوخت و هوا را فراهم آورد. مدت مرحله احتراق به وسیله زمان پاشش و نیز نحوه اختلاط افشانه سوخت کنترل می شود.

سیکل های دوگانه

عملکرد موتورهای اشتعال تراکمی امروزی به هیچ یک از سیکل های فشار ثابت و حجم ثابت شباهتی ندارد، بلکه در وضعیتی میان آن دو کار می کند که در آن بخشی از حرارت به صورت حجم ثابت و بخش دیگر آن به صورت فشار ثابت آزاد خواهد شد.

سیکل دوگانه

سیکل دوگانه، سیکل گازی است که به منظور مدل سازی دقیق موتورهایی که در آن احتراق کندتر از حالت حجم ثابت ولی تندتر از حالت فشار ثابت رخ می دهد مورد استفاده قرار می گیرد.

با استفاده از سیکل های دوگانه همچنین می توان روابط جبری برای پارامترهای کارایی موتور نظیر بازده حرارتی پیشنهاد داد.

پخش آزاد شدن گرما دردو گونه مختلف حجم ثابت و فشار ثابت از جمله مسائلی است که طراح موتور می تواند آن را با استفاده از نوع سوخت، نوع سیستم تزریق سوخت و هندسه موتور تحت کنترل قرار دهد.

با استفاده از کنترل نحوه آزاد شدن گرما می توان فشار بیشینه سیلندر را محدود نمود. به همین دلیل سیکل دوگانه را سیکل فشار محدود نیز می نامند.