راندمان حرارتی موتور یکی از شاخص های مهم برای ارزیابی عملکرد موتور است. هر چه راندمان حرارتی موتور بیشتر باشد، فناوری پیشرفته تر است. پس راندمان حرارتی موتور به چه معناست؟ بگذارید همه به خصوص دوستانی که قصد خرید ماشین را دارند نگاهی به آن بیندازند.
تصویر
راندمان حرارتی موتور به نسبت گرمای توان موثر موتور به گرمای سوخت مصرفی در واحد زمان اشاره دارد. به بیان ساده، به این معنی است که چه مقدار انرژی تولید شده پس از سوختن سوخت به نیروی محرکه خودرو تبدیل می شود.
بازده حرارتی با تقسیم مقدار حرارت واقعی استفاده شده بر مقدار حرارت موجود در سوخت محاسبه می شود. به عنوان مثال: یک لیتر بنزین پس از احتراق کامل 33580 کیلوژول گرما آزاد می کند که 11000 کیلوژول آن توسط موتور به خروجی کار تبدیل می شود. سپس بازده حرارتی این موتور در این زمان برابر است با:
(11000÷33580)×100%=32.8%
به طور کلی، راندمان حرارتی یک موتور خاص از زمانی که طراحی می شود تا زمانی که از کارخانه خارج می شود ثابت است. حداکثر راندمان حرارتی موتورهای بنزینی معمولاً بین 30 تا 40 درصد و موتورهای دیزلی کمی بیشتر و بین 35 تا 45 درصد است. در این مورد ممکن است برخی از دوستان بپرسند که چرا راندمان حرارتی 100% نیست؟ واقعیت خیلی بی رحمانه است برای مهندسان موتور بسیار دشوار است که راندمان حرارتی را 1٪ بر اساس 30٪ تا 40٪ افزایش دهند. پس 50 تا 60 درصد باقیمانده انرژی کجا می رود؟
تصویر
موتور ماشینی است که انرژی حرارتی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. طبق قوانین ترمودینامیک، انرژی حرارتی را نمی توان 100% به اشکال دیگر انرژی تبدیل کرد. در همه ماشین آلات، اصطکاک اجتناب ناپذیر است و گرمای مصرف شده توسط مقاومت اصطکاکی قابل حذف نیست. علاوه بر این، موتور باید دما و حجم خاصی را حفظ کند و نمی تواند به طور نامحدود افزایش یا کاهش یابد، بنابراین از دست دادن خنک کننده اجتناب ناپذیر است. همراه با عوامل دیگری مانند عدم امکان احتراق کامل سوخت، اتلاف گاز پمپ و غیره، راندمان حرارتی موتور نمی تواند 100٪ باشد.
هنگامی که موتور برای اولین بار متولد شد، حداکثر بازده حرارتی کمتر از 20٪ بود. پس از صد سال، با تلاش مستمر نسلهای مهندسین خودرو، حداکثر بازده حرارتی موتورهای خودرو تنها به بیش از 40 درصد افزایش یافته است. این در حال حاضر یک دستاورد قابل توجه است. با تکنولوژی فعلی، راندمان حرارتی موتور نزدیک به حد مجاز است. هر درصد افزایش یک پیشرفت تکنولوژیکی بزرگ است.
روش های بهبود راندمان حرارتی موتور چیست؟
1. برای موتورهای بنزینی مستقیم ترین روش افزایش ضریب تراکم موتور است. این نیز یکی از دلایل اصلی بالاتر بودن راندمان حرارتی موتورهای دیزلی نسبت به موتورهای بنزینی است.
2. مقاومت اصطکاک مکانیکی را با استفاده از پیستون های کم اصطکاک، رینگ های پیستون با قابلیت ارتجاعی کم و روان کننده های با عملکرد بهتر کاهش دهید.
3. بهینه سازی سیستم تامین سوخت و اتخاذ فشار بالاتر در داخل سیلندر تزریق مستقیم و غیره.
4. طراحی مسیرهای ورودی و خروجی سوپاپ را بهینه کنید و از فناوری زمان بندی و بالابر متغیر سوپاپ استفاده کنید.
5. طراحی محفظه احتراق را بهینه کنید تا امکان احتراق کامل سوخت فراهم شود.
6. طراحی سیلندر را بهینه کنید و نسبت سوراخ به ضربه مناسب داشته باشید.
7. برای موتورهای دیزلی نیز می توان از فناوری هایی مانند افزایش سرعت تزریق، تزریق چندگانه و فشار ورودی بالا استفاده کرد.
تصویر
راندمان حرارتی موتور ثابت نیست
بازده حرارتی موتور با تغییر شرایط کار تغییر می کند. در اکثر شرایط کاری، راندمان حرارتی موتور بسیار پایین است. به عنوان مثال، در رایج ترین شرایط ازدحام شهری، راندمان حرارتی موتور تنها حدود 20٪ است. هنگام رانندگی در بزرگراه، راندمان حرارتی می تواند به حدود 30٪ برسد. شرایط کاری با بالاترین راندمان حرارتی، بارهای زیاد و سرعت کم است، مانند زمانی که ماشین در حال رانندگی است هنگام بالا رفتن از شیب تند، دریچه گاز موتور کاملاً باز است و مقاومت ورودی هوا حداقل است. در این زمان دور موتور زیاد نیست و مقاومت اصطکاک مکانیکی کم است. راندمان حرارتی در این زمان نسبتاً بالا است.
اگر موتوری بازده حرارتی بالایی داشته باشد، آیا لزوماً در مصرف سوخت صرفه جویی می کند؟
لازم نیست. موتورهای با راندمان حرارتی بالاتر عموماً از نظر فناوری پیشرفته تر هستند و اقتصاد خود موتور قطعاً بهتر است. با این حال، اقتصاد موتور با اقتصاد کل خودرو برابری نمی کند. میزان مصرف سوخت خودرو تنها توسط موتور تعیین نمی شود، بلکه عوامل زیادی مانند گیربکس، شاسی و وزن بدنه نیز تعیین می شود. بنابراین، همه مدل های مجهز به موتورهای با راندمان حرارتی بالا، کم مصرف نیستند.
تصویر
از زمان ظهور موتور احتراق داخلی، به ویژه تحت روند صرفه جویی در انرژی و کاهش انتشار، بهبود بازده حرارتی به اولویت اصلی در تحقیق و توسعه تبدیل شده است. اگرچه در حال حاضر موتورهایی با راندمان حرارتی بالای 43 درصد در مدل های تولید انبوه وجود دارد، تقریباً 50 درصد باقیمانده راندمان حرارتی هنوز نیاز به بررسی دارد. این نیز اهمیت تحقیقات فشرده بسیاری از شرکت های خودروسازی در مورد موتورهای سوختی است.
