بهینه سازی توان خروجی، بازده حرارتی و نسبت تراکم در یک موتور حرارتی اتکینسون

با توجه به وجود فناوری های پیشرفته در اصلاح چرخه های ترمودینامیکی، بهینه سازی عملکرد چرخه های متداول ضروری به نظر می آید. در این راستا می توان به یکی از چرخه های ترمودینامیکی در موتورهای احتراق داخلی، به نام چرخه اتکینسون اشاره کرد که با هدف افزایش بازده حرارتی و کوچک سازی حجم موتور در صنعت خودروسازی به کار رفت. با افزایش رشد روز افزون صنعت خودروسازی و تلاش برای رسیدن به بهترین کارآیی، می توان بر مبنای پارامترهای متغیری همچون نسبت تراکم، نسبت فشار، نسبت انبساط به بهبود پارامترهای عملکردی توان خروجی، بازده حرارتی و مصرف سوخت ویژه ترمزی پرداخت. استفاده از روش معیار دانسیته توان (به نسبت توان خروجی به ماکزیمم حجم در چرخه تعریف می شود) جهت مقایسه بازده حرارتی، توان خروجی و کوچک سازی حجم نهایی موتور موجب بهبود عملکرد چرخه اتکینسون گردید. در این تحقیق ابتدا مخلوط ورودی به سیلندر را گاز ایده آل در نظر گرفتیم که از قانون گازهای کامل پیروی می کند. سپس بعد از معرفی معیار دانسیته توان ماکزیمم، چرخه هوای استاندارد اتکینسون را بر مبنای مقایسه معیار دانسیته توان ماکزیمم و توان ماکزیمم تجزیه و تحلیل شد. نتایج بررسی ها نشان می دهد که دانسیته توان ماکزیمم دارای عملکرد بهتری در مقایسه با ملاک توان ماکزیمم .در ادامه به مقایسه چرخه اتو متداول و چرخه فوق انبساطی اتکینسون پرداخته می شود و بازده حرارتی را در حالت دانسیته توان، تحلیل و عوامل بازگشت ناپذیر بازده های انبساط و تراکم ( )، تلفات اصطکاکی ( ) و اتلاف حرارتی ( ) را به طور جداگانه در مقایسه چرخه اتو و اتکینسون در نظر می گیریم. چرخه اتکینسون در شرایط عملکردی مشابه دارای بازده حرارتی بیشتر و مصرف سوخت ویژه ترمزی کمتری نسبت به چرخه اتو می باشد. نسبت های تراکمی که بیشترین کار از چرخه اتو را می دهد همیشه بیشتر از چرخه اتکینسون در شرایط عملکردی مشابه است. در بخشی دیگر، با توجه به کاهش منابع سوخت های فسیلی و بهبود در ساختار داخلی موتور و سوخت ها، می توان به بهبود در عملکرد چرخه های ترمودینامیکی، از جمله چرخه اتکینسون با استفاده از سوخت جایگزین بیواتانول اشاره کرد. نقش گرمای ویژه متغیر با درجه حرارت سیال عامل در مقایسه سوخت بنزین و بیواتانول مورد توجه قرار گرفت و دمای اگزوز، مصرف سوخت ویژه ترمزی، توان خروجی و بازده حرارتی با در نظر گرفتن نسبت انبساط در چرخه اتکینسون و با به دست آوردن روابط مربوطه، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. به طور کلی با در نظر گرفتن عوامل فوق در این تحقیق می توان نتایج به دست آمده را با شرایط واقعی کارکرد موتور نزدیک کرد و به طور کیفی و کمی در ارزیابی و طراحی پارامترهای عملکردی چرخه های موتورهای بنزینی و به ویژه در بهینه سازی چرخه فوق انبساطی اتکینسون به کاربرد.