كفاءة محرك الاحتراق الداخلي: ماذا وكيف وأنواع وحقائق مختلفة


في هذه المقالة سنناقش موضوع- كفاءة محرك الاحتراق الداخلي. تستخدم محركات الاحتراق الداخلي بشكل شائع في القاطرات لتشغيلها.

تستخدم محركات الاحتراق الداخلي أو محركات IC الطاقة الحرارية من الوقود المحترق وتحويلها إلى طاقة ميكانيكية. تعتمد سرعة القاطرات على مدى سرعة تكرار دورة الاحتراق داخل المحرك. في هذه المقالة سوف ندرس بالتفصيل عن محركات الاحتراق الداخلي.

ما هو محرك الاحتراق الداخلي؟

محركات الاحتراق الداخلي هي محركات حرارية يتم فيها حرق الوقود بمساعدة عامل مؤكسد. يتم تحويل الطاقة الحرارية الناتجة إلى طاقة ميكانيكية عن طريق دفع المكبس إلى الجزء السفلي من الاسطوانة

يتحرك المكبس ذهابًا وإيابًا مؤديًا حركة ترددية. يتم توجيه الحركة الترددية للمكبس إلى العمود المرفقي. يبدأ العمود المرفقي بالدوران ونتيجة لذلك تدور العجلات أيضًا. سنقوم بدراسة المزيد عن محركات الاحتراق الداخلي بالتفصيل في أقسام أخرى من هذه المقالة.

كيف يعمل محرك الاحتراق الداخلي؟

تعمل المحركات الداخلية عن طريق تحويل الطاقة الحرارية الناتجة بعد احتراق الوقود بوجود عامل مؤكسد إلى طاقة ميكانيكية. عندما يكون المكبس في أعلى مركز ميت ، يتم حرق الوقود ونتيجة لذلك يتم إطلاق قدر من الطاقة الحرارية.

تدفع هذه الطاقة المكبس إلى أسفل المركز الميت. يتحرك المكبس إلى المركز الميت العلوي مرة أخرى بسبب القصور الذاتي ، وهذه المرة يتم طرد غازات العادم من صمام الخروج. يتم توصيل المكبس بالكرنك من خلال قضيب التوصيل الذي يحول الحركة الترددية للمكبس إلى حركة دورانية.

الصورة: دورة كارنو

صورة ائتمانات: كريستيان كوينزاكارامخطط دورة كارنو الكهروضوئيةCC BY-SA 4.0

ما هي كفاءة محرك الاحتراق الداخلي؟

نحن نعرف الآن عمل محرك الاحتراق الداخلي. نحن نعلم أن المحرك الداخلي يمكنه إنتاج أعماله الخاصة.

الآن سنناقش حول كفاءة الكفاءة الداخلية. يتم تعريفه على أنه مقدار الشغل الذي أنتجه المحرك لإدخال الحرارة إلى المحرك.  

رياضيا ، الكفاءة تعطى

الكفاءة الحرارية لمحرك الاحتراق الداخلي

الكفاءة الحرارية لمحرك الاحتراق الداخلي هي نسبة الحرارة المفيدة إلى إجمالي مدخلات الحرارة المعطاة للنظام.

يوفر مصدر الحرارة الحرارة للمحرك الحراري ويمتص المشتت الحراري كل الحرارة المفقودة من المحرك. يتم استخدام الحرارة المفيدة كناتج عمل من المحرك. يتم إعطاء الكفاءة الحرارية لمحرك الاحتراق الداخلي في القسم الوارد أدناه-

الكفاءة الحجمية لمحرك الاحتراق الداخلي

يُطلق على حجم الأسطوانة اسم الحجم المسحوق وهو الحجم الأقصى لخليط وقود الهواء الذي يمكن تناوله.

الكفاءة الحجمية هي نسبة خليط وقود الهواء الكلي المأخوذ داخل الأسطوانة إلى الحجم الكلي للأسطوانة أو الحجم المكنس. رياضياً ، يتم إعطاء الكفاءة الحجمية لمحرك الاحتراق الداخلي في القسم أدناه-

الكفاءة الكلية لمحرك الاحتراق الداخلي

تأخذ الكفاءة الكلية لأي محرك حراري في الاعتبار جميع أنواع الكفاءات وهي الكفاءة الحرارية والكفاءة الميكانيكية والكفاءة الحجمية وما إلى ذلك.

رياضيا ، الكفاءة الكلية لمحرك الاحتراق الداخلي -

ما هي الكفاءة الميكانيكية لمحرك الاحتراق الداخلي؟

الكفاءة الميكانيكية هي الكفاءة التي تعمل بها المكونات الميكانيكية داخل الاحتراق الداخلي عمل المحرك.

تشمل المكونات الميكانيكية المكبس ، والصمامات ، واسطوانة دبوس المكبس ، وما إلى ذلك. يعمل المحرك عندما تعمل هذه المكونات الميكانيكية بانسجام مع بعضها البعض. الكفاءة الميكانيكية هي نسبة بين شيئين ، هما ناتج العمل ومدخلات العمل.

ما هي أقصى كفاءة لمحرك الاحتراق الداخلي؟

تختلف كفاءة محركات الاحتراق الداخلي المختلفة. تعتمد الكفاءات على الكفاءة الميكانيكية ونوع الوقود المستخدم ونوع المحرك وما إلى ذلك.

تتمتع محركات الاحتراق الداخلي الأكثر كفاءة بكفاءة تصل إلى 50٪ ، لكن المحركات المسموح بها على الطريق تتمتع بكفاءة تتراوح بين 20 إلى 30٪. محركات الاحتراق ليست فعالة كما كنا نعتقد أن معدل تحويل الطاقة منخفض للغاية.

كيف تحسب كفاءة محرك الاحتراق الداخلي؟

في الأقسام أعلاه رأينا ملف صيغة حساب الكفاءة من محرك الاحتراق الداخلي. في هذه الأقسام لم نناقش كيفية إيجاد الكميات المستخدمة في تلك الصيغة.

يتم تعريف العمل المنجز على أنه صافي الحرارة المفيدة المأخوذة من مدخلات الحرارة. لذلك يمكن إيجاد صافي الشغل ببساطة عن طريق طرح مدخلات الحرارة وخرج الحرارة. سيعطينا الفرق بين الاثنين ناتج العمل الصافي. عندما نقسم ناتج العمل على مدخلات الحرارة ، نحصل على قيمة الكفاءة. لقد ناقشنا بالفعل الصيغة في الأقسام أعلاه.

كفاءة محرك الاحتراق الداخلي مقابل المحرك الكهربائي

لقد ناقشنا بالفعل حول الكفاءات القصوى لمحركات الاحتراق الداخلي. السيارات ذات المحركات الكهربائية لا تحرق الوقود للتشغيل.

من ناحية أخرى ، تتمتع المحركات الكهربائية بكفاءة أعلى من محركات الاحتراق. معدل تحويل الطاقة للمحرك الكهربائي 85٪. لذلك يمكننا القول أن المحركات الكهربائية لها كفاءة تتراوح بين 80٪ -85٪ بينما يمكن أن تصل الكفاءة القصوى لمحرك الاحتراق الداخلي إلى 50٪ تقريبًا.

كفاءة محرك الاحتراق الداخلي مقابل التوربينات الغازية

توربينات الغاز عبارة عن أجهزة ميكانيكية تحول الطاقة الحرارية من البخار إلى الطاقة الميكانيكية. سيتم تحويل الطاقة الميكانيكية بعد ذلك إلى طاقة كهربائية تتم بمساعدة مولد.

تبلغ كفاءة توربينات الغاز حوالي 35-40٪. هذا أكثر من معظم محركات الاحتراق الداخلي. لكننا لا نستخدم التوربينات الغازية في القاطرات بسبب الحجم. محركات الاحتراق الداخلي صغيرة الحجم بينما التوربينات الغازية ضخمة وتستخدم في التطبيقات ذات السرعات العالية.

كيف تزيد من كفاءة محرك الاحتراق الداخلي؟

لزيادة كفاءة محركات الاحتراق الداخلي نستخدم الطرق التالية-

  • انخفاض رفض الحرارة
  • نسبة ضغط عالية
  • باستخدام خليط الوقود الخالي من الدهون
  • تشغيل المحرك في أفضل الظروف

لماذا لا تستخدم توربينات الغاز في المركبات إذا كانت ذات كفاءة أعلى؟

قد تكون كفاءة التوربينات الغازية أعلى. لقد ناقشنا الأرقام في الأقسام أعلاه بالفعل. لكن سبب عدم استخدامها في المركبات هو حجم التوربينات.

حجم التوربينات الغازية كبير جدًا. هذا هو سبب استخدام التوربينات في الطائرات وليس في المركبات. يتم استخدام التوربينات الغازية حيث يتعامل التطبيق بسرعة عالية. محركات الاحتراق الداخلي مضغوطة الحجم ومن ثم تُستخدم في المركبات ولا تستخدم التوربينات الغازية.

ابهيشيك

مرحباً .... أنا أبهيشيك خامبهاتا ، لقد تابعت درجة البكالوريوس في الهندسة الميكانيكية. طوال أربع سنوات من عملي في الهندسة ، قمت بتصميم وطيران طائرات بدون طيار. موطن قوتي هو ميكانيكا الموائع والهندسة الحرارية. استند مشروعي في السنة الرابعة إلى تحسين أداء المركبات الجوية غير المأهولة باستخدام تكنولوجيا الطاقة الشمسية. أود التواصل مع الأشخاص ذوي التفكير المماثل.

آخر المقالات