فرمول استالدئید استالدئید: خواص فیزیکی و حرارتی، تهیه و استفاده. خواص حرارتی استالدئید

در فرآیند جابجایی بارها در یک مدار بسته، منبع جریان ایجاد می کند کار خاص. می تواند مفید و کامل باشد. در حالت اول، منبع جریان در حین انجام کار، بارها را در مدار خارجی حرکت می دهد و در حالت دوم، بارها در کل مدار حرکت می کنند. در این فرآیند پراهمیتبازده منبع جریان را دارد که به عنوان نسبت مقاومت خارجی و کل مدار تعریف می شود. اگر مقاومت داخلی منبع و مقاومت خارجی بار برابر باشد، نیمی از کل توان در خود منبع تلف می شود و نیمی دیگر در بار آزاد می شود. در این حالت راندمان 0.5 یا 50 درصد خواهد بود.

راندمان مدار الکتریکی

ضریب کارایی مورد بررسی در درجه اول با کمیت های فیزیکی مشخص کننده نرخ تبدیل یا انتقال برق مرتبط است. در میان آنها، قدرت، اندازه گیری شده در وات، اول است. چندین فرمول برای تعیین آن وجود دارد: P = U x I = U2/R = I2 x R.

مدارهای الکتریکی ممکن است ولتاژ و مقدار شارژ متفاوتی داشته باشند و بر این اساس، کار انجام شده نیز در هر مورد متفاوت است. اغلب اوقات نیاز به تخمین سرعت انتقال یا تبدیل الکتریسیته وجود دارد. این سرعت نشان دهنده توان الکتریکی مربوط به کار انجام شده در یک واحد زمان معین است. در قالب یک فرمول، این پارامتر به شکل زیر خواهد بود: P=A/∆t. بنابراین کار به صورت حاصل ضرب توان و زمان نمایش داده می شود: A=P∙∆t. واحد کار مورد استفاده .

به منظور تعیین میزان کارایی یک دستگاه، ماشین، مدار الکتریکی یا سایر سیستم های مشابه در رابطه با توان و عملکرد، از راندمان استفاده می شود. این مقداربه عنوان نسبت انرژی مصرف شده مفید به کل انرژی ورودی به سیستم تعریف می شود. کارایی با نماد η نشان داده می شود و از نظر ریاضی به صورت فرمول تعریف می شود: η = A/Q x 100% = [J]/[J] x 100% = [%]، که در آن A کار انجام شده توسط مصرف کننده است. Q انرژی داده شده توسط منبع است. مطابق با قانون بقای انرژی، مقدار بازده همیشه برابر یا کمتر از واحد است. این بدان معنی است که کار مفید نمی تواند بیش از مقدار انرژی صرف شده برای انجام آن باشد.

به این ترتیب تلفات برق در هر سیستم یا دستگاهی و همچنین میزان مفید بودن آنها مشخص می شود. به عنوان مثال، در هادی ها، افت توان زمانی رخ می دهد که برقتا حدی به انرژی حرارتی تبدیل می شود. مقدار این تلفات به مقاومت هادی بستگی دارد بخشی جدایی ناپذیرکار مفید

یه تفاوت وجود دارد با فرمول بیان می شود∆Q=A-Q که تلفات توان را به وضوح نشان می دهد. در اینجا رابطه بین افزایش تلفات توان و مقاومت هادی به وضوح قابل مشاهده است. بارزترین نمونه یک لامپ رشته ای است که بازده آن از 15٪ تجاوز نمی کند. 85 درصد باقیمانده توان به حرارت، یعنی اشعه مادون قرمز تبدیل می شود.

بازده یک منبع فعلی چقدر است

کارایی در نظر گرفته شده از کل مدار الکتریکی، به شما امکان می دهد تا ماهیت فیزیکی کارایی یک منبع جریان را بهتر درک کنید ، فرمول آن نیز از مقادیر مختلفی تشکیل شده است.

در فرآیند حرکت بارهای الکتریکی در طول یک مدار الکتریکی بسته، مقدار مشخصی کار توسط منبع جریان انجام می شود که به عنوان مفید و کامل متمایز می شود. در حین انجام کار مفید، منبع جریان بارها را در مدار خارجی جابجا می کند. هنگامی که به طور کامل عملیاتی می شود، بارها، تحت تأثیر یک منبع جریان، در کل مدار حرکت می کنند.

آنها به صورت فرمول به صورت زیر نمایش داده می شوند:

• کار مفید - Apolez = qU = IUt = I2Rt.
• کار کامل- Atotal = qε = Iεt = I2(R +r)t.

بر این اساس، می توانیم فرمول هایی را برای توان مفید و کل منبع فعلی استخراج کنیم:

• قدرت مفید - Puse = Apoles /t = IU = I2R.
• توان کل - Pfull = Afull/t = Iε = I2(R + r).

در نتیجه، فرمول کارایی منبع جریان به شکل زیر است:

• η = Apoles/Atoll = Puse/Ptot = U/ε = R/(R + r).

حداکثر توان مفید در مقدار معینی از مقاومت مدار خارجی بسته به ویژگی های منبع جریان و بار حاصل می شود. با این حال، باید به ناسازگاری حداکثر توان خالص و حداکثر راندمان توجه شود.

مطالعه توان و بازده منبع جریان

کارایی یک منبع جریان به عوامل زیادی بستگی دارد که باید در یک توالی مشخص در نظر گرفته شوند.

برای تعیین، مطابق با قانون اهم، وجود دارد معادله زیر: i = E/(R + r)، که در آن E است نیروی محرکه برقیمنبع جریان و r مقاومت داخلی آن است. این ثابت ها، که به مقاومت متغیر R بستگی ندارند. با کمک آنها می توانید توان مفید مصرف شده توسط مدار الکتریکی را تعیین کنید:

• W1 = i x U = i2 x R. در اینجا R مقاومت مصرف کننده برق است، i جریان در مدار است که با معادله قبلی تعیین می شود.

بنابراین مقدار توان با استفاده از متغیرهای نهایی در نمایش داده می شود فرم زیر: W1 = (E2 x R)/(R + r).

از آنجایی که یک متغیر میانی است، در این مورد تابع W1(R) را می توان برای حداکثر آن تحلیل کرد. برای این منظور، لازم است مقدار R تعیین شود که در آن مقدار اولین مشتق توان مفید مرتبط با مقاومت متغیر (R) برابر با صفر خواهد بود: dW1/dR = E2 x [(R + r) )2 - 2 x R x (R + r) ] = E2 x (Ri + r) x (R + r - 2 x R) = E2(r - R) = 0 (R + r)4 (R + r) )4 (R + r)3

از این فرمول می توان نتیجه گرفت که مقدار مشتق فقط در یک شرط می تواند صفر باشد: مقاومت گیرنده برق (R) از منبع جریان باید به مقدار مقاومت داخلی خود منبع برسد (R => r). ). در این شرایط، مقدار ضریب بازده η به عنوان نسبت توان مفید و کل منبع جریان - W1/W2 تعیین خواهد شد. از آنجایی که در حداکثر نقطه توان مفید، مقاومت مصرف کننده انرژی منبع فعلی برابر خواهد بود مقاومت داخلیخود منبع فعلی، در این مورد بازده 0.5 یا 50٪ خواهد بود.

مشکلات فعلی قدرت و راندمان

واقعیت های مدرن مستلزم استفاده گسترده از موتورهای حرارتی است. تلاش های متعدد برای جایگزینی آنها با موتورهای الکتریکی تاکنون شکست خورده است. حل مشکلات مربوط به انباشت الکتریسیته در سیستم های خودمختار دشوار است.

مشکلات فناوری ساخت باتری های برق، با در نظر گرفتن استفاده طولانی مدت آنها، هنوز هم مطرح است. مشخصات سرعت خودروهای الکتریکی با خودروهای دارای موتور فاصله زیادی دارد احتراق داخلی.

اولین قدم ها برای ایجاد موتورهای هیبریدی می تواند به میزان قابل توجهی کاهش یابد انتشارات مضردر کلان شهرها، حل مشکلات زیست محیطی.

کمی تاریخچه

امکان تبدیل انرژی بخار به انرژی حرکت در دوران باستان شناخته شده بود. 130 قبل از میلاد: هرون فیلسوف اسکندریه اسباب بازی بخار - aeolipile - را به حضار ارائه کرد. کره پر از بخار تحت تأثیر جت های خارج شده از آن شروع به چرخش کرد. این نمونه اولیه از توربین های بخار مدرن در آن روزها مورد استفاده قرار نمی گرفت.

برای سال ها و قرن ها، پیشرفت های فیلسوف فقط یک اسباب بازی سرگرم کننده در نظر گرفته می شد. در سال 1629، D. Branchi ایتالیایی یک توربین فعال ایجاد کرد. بخار دیسک مجهز به تیغه را به حرکت درآورد.

از آن لحظه به بعد، توسعه سریع موتورهای بخار آغاز شد.

موتور گرمایی

تبدیل سوخت به انرژی حرکت قطعات و مکانیزم های ماشین در موتورهای حرارتی استفاده می شود.

قسمت های اصلی ماشین ها: بخاری (سیستم دریافت انرژی از بیرون)، سیال کار (عمل مفیدی انجام می دهد)، یخچال.

بخاری طوری طراحی شده است که اطمینان حاصل شود که سیال کار منبع کافی از انرژی داخلی را برای انجام کار مفید جمع می کند. یخچال انرژی اضافی را از بین می برد.

مشخصه اصلی راندمان راندمان موتورهای حرارتی نامیده می شود. این مقدار نشان می دهد که چه مقدار از انرژی صرف شده برای گرمایش صرف انجام کارهای مفید می شود. هرچه راندمان بالاتر باشد، عملکرد دستگاه سودآورتر است، اما این مقدار نمی تواند از 100٪ تجاوز کند.

محاسبه بازده

اجازه دهید بخاری از بیرون انرژی برابر با Q 1 دریافت کند. سیال کار کار A را انجام می دهد، در حالی که انرژی داده شده به یخچال Q2 است.

بر اساس تعریف، مقدار کارایی را محاسبه می کنیم:

η= A / Q 1 . بیایید در نظر بگیریم که A = Q 1 - Q 2.

از این رو، بازده موتور حرارتی، که فرمول آن η = (Q 1 - Q 2) / Q 1 = 1 - Q 2 / Q 1 است، به ما امکان می دهد نتایج زیر را بگیریم:

• راندمان نمی تواند از 1 (یا 100%) تجاوز کند.
• برای به حداکثر رساندن این مقدار، یا باید انرژی دریافتی از بخاری را افزایش داد یا انرژی داده شده به یخچال را کاهش داد.
• افزایش انرژی بخاری با تغییر کیفیت سوخت حاصل می شود.
• کاهش انرژی داده شده به یخچال به شما این امکان را می دهد که به آن برسید ویژگی های طراحیموتورها

موتور حرارتی ایده آل

آیا می توان موتوری ایجاد کرد که راندمان آن حداکثر (در حالت ایده آل برابر با 100٪) باشد؟ سعدی کارنو، فیزیکدان نظری فرانسوی و مهندس با استعداد، تلاش کرد تا پاسخ این سوال را بیابد. در سال 1824، محاسبات نظری او در مورد فرآیندهایی که در گازها رخ می دهند، عمومی شد.

ایده اصلی ذاتی در ماشین ایده آل را می توان برای اجرا در نظر گرفت فرآیندهای برگشت پذیربا گاز ایده آل ما با انبساط گاز همدما در دمای T 1 شروع می کنیم. مقدار حرارت مورد نیاز برای این کار Q 1 است. پس از آن، گاز بدون تبادل حرارت منبسط می شود، گاز به صورت همدما فشرده می شود و انرژی Q2 را به یخچال منتقل می کند. گاز به صورت آدیاباتیک به حالت اولیه خود باز می گردد.

راندمان موتور حرارتی کارنو ایده آل با محاسبه دقیق برابر با نسبتاختلاف دما بین دستگاه های گرمایشی و سرمایشی با دمایی که بخاری دارد. به نظر می رسد: η=(T 1 - T 2)/ T 1.

راندمان احتمالی یک موتور حرارتی که فرمول آن این است: η = 1 - T 2 / T 1، فقط به دمای بخاری و کولر بستگی دارد و نمی تواند بیش از 100٪ باشد.

علاوه بر این، این رابطه به ما اجازه می دهد تا ثابت کنیم که کارایی موتورهای حرارتی می تواند باشد برابر با یکفقط زمانی که یخچال به درجه حرارت برسد. همانطور که مشخص است، این مقدار دست نیافتنی است.

محاسبات نظری کارنو امکان تعیین حداکثر بازده موتور حرارتی با هر طرحی را فراهم می کند.

قضیه اثبات شده توسط کارنو به شرح زیر است. رایگان موتور گرماییتحت هیچ شرایطی قادر به داشتن راندمان بیشتر از مقدار بازدهی یک موتور حرارتی ایده آل نیست.

نمونه ای از حل مسئله

مثال 1. اگر دمای بخاری 800 درجه سانتیگراد و دمای یخچال 500 درجه سانتیگراد کمتر باشد، بازده یک موتور حرارتی ایده آل چقدر است؟

T 1 = 800 o C = 1073 K، ∆T = 500 o C = 500 K، η - ?

طبق تعریف: η=(T 1 - T 2)/ T 1.

دمای یخچال به ما داده نمی شود، اما ∆T= (T 1 - T 2)، از این رو:

η= ∆T / T 1 = 500 K/1073 K = 0.46.

پاسخ: بازده = 46 درصد.

مثال 2. راندمان یک موتور حرارتی ایده آل را تعیین کنید اگر به دلیل یک کیلوژول انرژی بخاری، کار مفید 650 ژول انجام شود، اگر دمای کولر 400 کلوین باشد، چقدر است؟

Q 1 = 1 kJ = 1000 J، A = 650 J، T 2 = 400 K، η - ?، T 1 = ?

در این مشکل ما در مورددر مورد یک تاسیسات حرارتی که بازده آن را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد:

برای تعیین دمای بخاری از فرمول راندمان یک موتور حرارتی ایده آل استفاده می کنیم:

η = (T 1 - T 2) / T 1 = 1 - T 2 / T 1.

تکمیل شدن تبدیل های ریاضی، ما گرفتیم:

T 1 = T 2 /(1- η).

T 1 = T 2 / (1- A / Q 1).

بیایید محاسبه کنیم:

η= 650 J/ 1000 J = 0.65.

T 1 = 400 K / (1- 650 J / 1000 J) = 1142.8 K.

پاسخ: η= 65%، T 1 = 1142.8 K.

شرایط واقعی

یک موتور حرارتی ایده آل با در نظر گرفتن فرآیندهای ایده آل طراحی شده است. کار فقط در فرآیندهای همدما انجام می شود.

در واقع، ایجاد شرایطی برای انجام فرآیند تغییر حالت گاز بدون تغییرات دما غیرممکن است. هیچ ماده ای وجود ندارد که تبادل حرارت با اجسام اطراف را حذف کند. انجام فرآیند آدیاباتیک غیرممکن می شود. در مورد تبادل حرارت، دمای گاز لزوما باید تغییر کند.

کارایی موتورهای حرارتی ایجاد شده در شرایط واقعی، تفاوت قابل توجهی با راندمان موتورهای ایده آل دارد. توجه داشته باشید که فرآیندها در موتورهای واقعی به قدری سریع اتفاق می‌افتند که تغییر در انرژی حرارتی داخلی ماده کار در فرآیند تغییر حجم آن را نمی‌توان با هجوم گرما از بخاری و انتقال آن به یخچال جبران کرد.

سایر موتورهای حرارتی

موتورهای واقعی در چرخه های مختلف کار می کنند:

• چرخه اتو: یک فرآیند با حجم ثابت به صورت آدیاباتیک تغییر می کند و یک چرخه بسته ایجاد می کند.
• چرخه دیزل: ایزوبار، آدیاباتیک، ایزوکور، آدیاباتیک؛
• فرآیندی که در فشار ثابت اتفاق می افتد با یک آدیاباتیک جایگزین می شود و چرخه را می بندد.

ایجاد فرآیندهای تعادلی در موتورهای واقعی (برای نزدیکتر کردن آنها به موتورهای ایده آل) تحت شرایط فن آوری پیشرفتهممکن به نظر نمی رسد راندمان موتورهای حرارتی به میزان قابل توجهی کمتر است، حتی با در نظر گرفتن شرایط دمایی مشابه در یک تاسیسات حرارتی ایده آل.

اما شما نباید نقش خود را کاهش دهید فرمول محاسبهراندمان زیرا دقیقاً این نقطه شروع در روند کار برای افزایش راندمان موتورهای واقعی است.

راه های تغییر کارایی

هنگام مقایسه موتورهای حرارتی ایده آل و واقعی، شایان ذکر است که دمای یخچال دومی نمی تواند هیچ باشد. معمولا اتمسفر را یخچال می دانند. دمای جو را فقط در محاسبات تقریبی می توان پذیرفت. تجربه نشان می دهد که دمای مایع خنک کننده با دمای گازهای خروجی در موتورها برابر است، همانطور که در موتورهای احتراق داخلی (به اختصار ICE) چنین است.

ICE رایج ترین موتور حرارتی در جهان ما است. راندمان موتور حرارتی در این حالت به دمای ایجاد شده توسط سوخت سوزان بستگی دارد. تفاوت قابل توجه بین موتورهای احتراق داخلی و موتورهای بخار، ادغام عملکرد بخاری و سیال کاری دستگاه در یک هوا است. مخلوط سوخت. همانطور که مخلوط می سوزد، باعث ایجاد فشار بر روی قسمت های متحرک موتور می شود.

افزایش دمای گازهای کار به دست می آید و به طور قابل توجهی خواص سوخت را تغییر می دهد. متأسفانه نمی توان این کار را به طور نامحدود انجام داد. هر ماده ای که محفظه احتراق موتور از آن ساخته شده باشد، نقطه ذوب خاص خود را دارد. مقاومت حرارتی چنین موادی ویژگی اصلی موتور و همچنین توانایی تأثیر قابل توجهی بر راندمان است.

مقادیر راندمان موتور

اگر دمای بخار کار را که در ورودی آن 800 کلوین است و گاز خروجی را 300 کلوین در نظر بگیریم، بازده این دستگاه 62٪ است. در واقع، این مقدار از 40٪ تجاوز نمی کند. این کاهش به دلیل تلفات حرارتی هنگام گرم کردن بدنه توربین رخ می دهد.

بالاترین مقدار احتراق داخلی از 44٪ تجاوز نمی کند. افزایش این ارزش موضوعی در آینده نزدیک است. تغییر خواص مواد و سوخت مشکلی است که بهترین ذهن بشریت روی آن کار می کند.

راندمان (ضریب کارایی) درجه بازدهی در استفاده از انرژی سوخت در موتور است، انرژی حرارتی بیشتری از احتراق سوخت به آن تبدیل می شود انرژی مکانیکیچرخش شفت اصلی هر چه موتور در هر واحد توان خروجی سوخت کمتری مصرف کند.

مقاله شماره 1

کارایی موتور - تنظیم ایده های جهانی،
آیا چشم اندازی برای بهبود موتورها وجود دارد؟

موتورهای احتراق داخلی مدرن، چندین دهه پیش، با ظهور سیستم‌های تزریق مستقیم و توربوشارژ برای هوای ورودی به سیلندرها، به ارزش‌های بازده و راندمان سوخت امروزی رسیدند. بنابراین، امروزه شرکت های جهانی - تولید کنندگان موتورهای اتومبیل و سایر تجهیزات، هزینه های زیادی را صرف می کنند و سال ها تلاش می کنند تا با هزینه های بالا و پیچیدگی قابل توجه طراحی موتور، راندمان را تنها 2 تا 3 درصد افزایش دهند. تلاش ها و هزینه ها با نتایج به دست آمده کاملا غیر قابل مقایسه است. نتیجه همه اینها به قول معروف «کوه موش زایید» است.
به هر حال، به همین دلیل است که در همه کشورهای بزرگ یک صنعت کامل "تیونینگ موتور" وجود دارد، یعنی. تعداد زیادی از شرکت های کوچک، کارگاه های نیمه صنایع دستی و متخصصان فردی که متعهد می شوند به نحوی موتورهای استاندارد مارک های انبوه خودروها را به بازارهای بیشتری ارائه دهند. عملکرد بالاقدرت، گشتاور، و غیره. موتور را در معرض تنظیم دقیق، اصلاح، تقویت و غیره قرار دهید. ترفندهایی که عموماً به عنوان تنظیم موتور تعریف می شوند.

اما همه این اتفاقات و اقدامات فنی روی موتورها ماهیت بسیار استانداردی دارند و تمام این ایده های تیونینگ حداقل نیم صد سال قدمت دارند. یادآوری می کنم که توربوشارژ هوای ورودی به موتور در دهه 20 قرن گذشته با موفقیت مورد استفاده قرار گرفت و اولین پتنت ایالات متحده برای چنین دستگاهی توسط مهندس سوئیسی آلفرد بوچی قبلاً در سال 1905 دریافت شد ... و سیستم های تزریق مستقیم سوخت. به سیلندرها به طور گسترده در موتورهای پیستونی استفاده شد هوانوردی نظامیقبلاً در دوره اولیه جنگ جهانی دوم. آن ها تمام سیستم های فنی مدرن "پیشرفته" برای بهبود راندمان و بهره وری سوخت موتورها در حال حاضر حدود صد سال یا حتی بیشتر از آن قدمت دارند. با همه این ترفندها، راندمان کلی بهترین موتورهای بنزینی (با جرقه اشتعال اجباری) از 25 تا 30 درصد تجاوز نمی کند و راندمان بهترین موتورهای دیزلی در مقرون به صرفه ترین نسخه های سایز بزرگ (که دارای دستگاه های اضافی پیچیده زیادی هستند). ) برای چندین دهه نمی تواند از 40 -45٪ تجاوز کند. موتورهای دیزلی کوچک 10 درصد بازده کمتری دارند.

در این مقاله سعی خواهیم کرد به طور خلاصه و به زبان رایج وظایف اصلی را بیان کنیم و امکانات تئوری ایجاد یک موتور احتراق داخلی با راندمان مطمئن بالای 50% را مشخص کنیم.

* * * بنابراین، راندمان موتور، با قضاوت در کتاب های درسی برای دانشگاه های فنی، از دو مقدار تشکیل شده است: راندمان ترمودینامیکی و راندمان مکانیکی .

مقدار اول نشان می دهد که کدام قسمت از گرمای تولید شده در موتور به کار مفید تبدیل می شود و کدام قسمت به فضای اطراف هدر می رود. راندمان مکانیکی نشان می دهد که کدام قسمت کار فعالموتور، صرف هزینه برای غلبه بر مقاومت های مکانیکی مختلف و رانندگی تجهیزات اضافی در خود موتور بی فایده است.

اما به دلایلی در همه کتاب های درسی مفهوم «بهینه سازی سوخت» در مفهوم بازده کلی وارد نشده است. یعنی مقداری که نشان خواهد داد چه مقدار سوخت به طور مفید می سوزد و در نهایت به گرما و حجم گازهای در حال کار تبدیل می شود و چه مقدار سوخت به صورت بخار سوخت یا محصولات احتراق ناقص آن نمی سوزد و تخلیه می شود. این بخش نسوخته سوخت است که در خودروهای مدرن "با عملکرد بالا" در کاتالیزورهایی که در لوله های اگزوز نصب شده اند سوزانده می شود. آن ها اگزوز به دلیل استفاده از این سیستم ها کاملاً تمیز به نظر می رسد، اما این سیستم باعث بهبود راندمان سوخت و راندمان موتور نمی شود. اما برعکس، آن را کاهش می دهد - زیرا برای "پمپ کردن" بخش گازهای خروجیاز طریق "شبکه متراکم" از سطوح کاتالیزوری، موتور باید مانند یک پمپ جامد کار کند و بخش قابل توجهی از توان خود را صرف این موضوع کند. البته این مقوله به نوعی در فرمول های محاسبه بازده وجود دارد اما نه به وضوح و ترسو وجود دارد. به عنوان مثال، به شکلی مانند، برای مثال، در یکی از فرمول های کلی تعادل حرارتییک جزء "Q n.s. - گرمای حاصل از احتراق ناقص." اما همه این رویکردها از برخی ابهام رنج می برند، بنابراین من سعی خواهم کرد همه چیز را تا حد امکان واضح و منظم ارائه کنم.

بنابراین، راندمان کلی موتور به 3 قسمت اصلی تقسیم می شود:

• راندمان سوخت؛
• راندمان حرارتی؛
• راندمان مکانیکی؛

ماهیت این مقادیر به شرح زیر است:

راندمان سوخت- نشان می دهد که چه مقدار سوخت به طور موثر در موتور سوزانده شده و به حجمی از گازهای در حال کار با دمای بالا و فشار بالا تبدیل شده است و چه بخشی از سوخت سوخته نشده است و به صورت محصولات احتراق ناقص، ذرات ذغالی شده (در به شکل دود، دوده و دوده) یا حتی عملاً به شکل بخار سوخت خالص، مستقیماً از موتور عبور کرده و به داخل لوله اگزوز پرواز می کند. وقتی در کنار یک ماشین قدیمی در حال کار خانگی، به خصوص یک کامیون، می ایستید و بوی تند بنزین استشمام می کنید، این نتیجه این نوع ناکارآمد احتراق جزئی سوخت است.
راندمان حرارتی - نشان می دهد که چه مقدار گرمای دریافتی از سوختن سوخت به کار مفید تبدیل می شود و چه مقدار بی فایده در فضای اطراف پخش می شود.
راندمان مکانیکی - نشان می دهد که چقدر کارهای مکانیکیبر روی شفت اصلی به گشتاور تبدیل می شود و به مصرف کننده منتقل می شود و آنچه تلف می شود بیهوده صرف اصطکاک می شود یا صرف مکانیزم های پشتیبان رانندگی می شود.

بیایید نگاهی کوتاه به تمام این موقعیت ها بیندازیم:
راندمان سوخت - هیچ داده روشنی در مورد این موضوع وجود ندارد، نه در موارد قدیمی کتاب های درسی شورویبا توجه به تئوری و محاسبات موتورهای احتراق داخلی، یافتن آن در منابع بی پایان اینترنت مدرن ممکن نبود.
داده های واضح و معنی دار در اطلاعات مربوط به محاسبه پس سوزهای کاتالیزوری سوخت نسوخته برای خودروهای مدرن یافت شد. از این گذشته، آنها باید به وضوح عملکرد پس سوز خود را برای حجم معینی از هیدروکربن های ورودی که در موتورها سوخته نشده اند محاسبه کنند. بنابراین، از این داده ها نتیجه می شود که موتورهای پیستونی (دیزلی نیز) به طور متوسط ​​بیش از 75٪ سوخت نمی سوزانند، اما 25٪ از بخار سوخت و محصولات احتراق ناقص وارد لوله اگزوز می شوند و به خدمات پس سوز نیاز دارند (بنابراین تا مسموم نشود محیط). آن ها در موتورهای امروزی، بیش از 75 درصد سوخت به طور کامل سوخته و به گرما تبدیل نمی شود. برای موتورهای 2 زمانه این مقدار حتی کمتر است.

راندمان حرارتی– به طور متوسط، موتورهای پیستونی این راندمان 35-40٪ را دارند. آن ها حدود 65 درصد از گرمای تولید شده به طور بیهوده از طریق سیستم خنک کننده و گازهای خروجی در محیط منتشر می شود.

راندمان مکانیکی - به طور متوسط ​​10٪ از کار موتور صرف اصطکاک بین قطعات آن و به حرکت درآوردن مکانیسم های کمکی موتور می شود.

در نتیجه، بر اساس مجموع تلفات حرارتی و مکانیکی، موتورهای پیستونی مدرن با اندازه و قدرت کوچک، بازدهی بیش از 30٪ ندارند.
در موتورهای بزرگ، مانند موتورهای دیزل دریایی یا موتورهای بزرگ در لوکوموتیوها و کامیون های راه آهن، صرفه جویی در انرژی آسان تر است، اما ما در مورد آنها صحبت نمی کنیم.

اما - مقدار بازده 30٪ سهم سوخت نسوخته را در نظر نمی گیرد، یعنی. احتراق کامل بخارات سوخت در موتور را در نظر نمی گیرد. من معتقدم که با در نظر گرفتن این پارامتر، مقدار بازده واقعی موتورهای بنزینی پیستونی بالاتر از 20٪ و موتورهای دیزل - کمی بیشتر، حدود 5-7٪ نخواهد بود.

نتیجه بهتر از موتور بخارروی زغال سنگ با راندمان 7-8 درصد، اما هنوز بسیار کم است.
بیایید به این فکر کنیم که چرا مفهوم راندمان "بهینه سازی سوخت" مشخص شده را شامل نمی شود؟ چرا مفهوم بهره وری به وضوح سهم سوختی را که بخش خود را در فرآیند احتراق و تولید گرما "سهم" نمی کند نادیده می گیرد؟ آن ها از مفهوم کارایی ناپدید می شود بیشترتلفات موتورها و ارقام مدرن معانی مدرنآیا کارایی بدون در نظر گرفتن این تلفات به وضوح بیش از حد برآورد شده است؟

حقیقت در معنای اصطلاح "عامل کارایی" نهفته است. آن ها این تعیین سهم کار مفید - "عمل" و سهم کار بی فایده است. نوعی کار یا تخصیص انرژی می رودمفید است، اما برخی (مثلاً برای غلبه بر اصطکاک، یا انرژی گرمایی از دست رفته با اگزوز) فایده ای ندارد، اما وجود دارد و این انرژی قابل لمس است و مورد توجه قرار می گیرد. اما تلفات ناشی از سوخت نسوخته به صورت گرمای بیهوده یا کار نامناسب ظاهر نمی شود. این "معایب تعادل" از دست دادن شغل یا از دست دادن گرما نیست. این از دست دادن سوخت خالص است. آن ها این تلفات نه بر حسب ژول و نه اتمسفر، بلکه بر حسب گرم و لیتر است. و چنین تلفاتی را نمی توان در دسته فشار از دست رفته یا گرمای از دست رفته، عمل بی فایده یا کار غیرضروری اندازه گیری کرد یا به حساب آورد.

بنابراین، به شدت طبق قوانین منطق رسمیضریب کارایی نباید این تلفات را در نظر بگیرد. برای این منظور باید شاخص و واجد شرایط دیگری وجود داشته باشد، اما چنین پارامتر واضح و قابل درک در استفاده گسترده وجود ندارد. بنابراین ما یک شاخص عمدا کوتاه و بسیار سعادتمند از راندمان موتورهای مدرن به دست می آوریم - یک شاخص کارایی که تنها بخشی از تلفات را در نظر می گیرد ...

اما در واقع، راندمان کلی موتورهای احتراق داخلی مدرن به طور قابل توجهی کمتر از راندمان فرضی جهانی 35-40٪ است. از این گذشته، فقط اثر مفید و انرژی هدر رفته و کار اضافی تولید شده به دلیل سوختن قسمت سوخت مورد توجه قرار می گیرد. اما اتلاف قسمت نسوخته سوخت از کل موجودی سوخت وارد شده به موتور به طور کامل مشخص نیست...

حسابرسی و موجودی تلفات در یخ پیستون ما سعی خواهیم کرد به طور خلاصه تمام تلفات انرژی موجود در سوخت را یک به یک با توجه به موقعیت های ذکر شده در بالا بررسی و تجزیه و تحلیل کنیم. و سپس به احتمالات خلاص شدن از شر این ضررها فکر کنید. آن ها بیایید سعی کنیم مفهوم را فرموله کنیم و ویژگی های کلی یک موتور کامل را ترسیم کنیم.

* * *
سطح اول از دست دادن- احتراق ناقص سوخت در محفظه های احتراق موتور. همه کارشناسان می دانند که سوخت در موتورهای مدرن به طور ناقص می سوزد و بخشی از آن با گازهای خروجی تخلیه می شود. به همین دلیل است که موتورهای احتراق داخلی مدرن هوا را با محصولات حاصل از احتراق ناقص هیدروکربن ها مسموم می کنند و برای به دست آوردن "اگزوز تمیز" یک پس سوز کاتالیزوری در لوله اگزوز خودروهای مدرن نصب می شود که سوخت را روی سطوح فعال خود "پس از سوزاندن" می کند. عناصر. در نتیجه سوختی که در سیلندرها گرم نمی شود در این کاتالیزورها اکسید می شود. اما اگزوز تمیزتر می شود. اما قیمت این کاتالیزورها با سطوح رودیوم و پلاتین بسیار بالاست و برای مدت محدودی کار می کنند.

وظیفه– به دست آوردن موتوری که سوخت را به طور کامل در محفظه های احتراق خود بسوزاند و انرژی پیوندهای شیمیایی سوخت را به طور کامل به گرما و حجم زیادی از گازهای ساده احتراق مانند بخار آب و CO2 تبدیل کند.

ابتدا بیایید بررسی کنیم که چرا سوخت در موتورهای پیستونی سنتی به طور کامل نمی سوزد. چه چیزی از فرآیند احتراق کامل جلوگیری می کند؟

مشکل اصلی در موتورهای پیستونی در مورد این موضوع کمبود اکسیژن برای احتراق و همچنین اجرای فرآیند احتراق در یک حرکت تکنولوژیکی با انبساط گازهای احتراق است. آخرین وضعیت را می توان به عبارت دیگر توصیف کرد - مخلوط کاری زمان کافی برای احتراق کامل ندارد. این «بیماری‌های عمومی» موتورهای پیستونی عملاً غیرقابل درمان هستند، بنابراین فکر مهندسی پس از بیش از 120 سال تلاش برای خلاص شدن از شر آنها، راهی برای انجام این کار پیدا نکرده است.

اجازه دهید این اشکال را با جزئیات در نظر بگیریم: بنابراین، هنگامی که پیستون در مرکز مرده بالایی (TDC) قرار دارد، مخلوط کاری فشرده (PCM) مشتعل می‌شود. فرآیند احتراق شروع می شود و برای مدتی ادامه می یابد. احتراق تقریبی مخلوط کاری در یک موتور مدرن با سرعت بالا حدود یک میلی ثانیه - 0.001 ثانیه طول می کشد. به طور کلی، هر 4 چرخه در 0.02-0.04 ثانیه رخ می دهد.

مشخص است که برای احتراق کامل و کامل بخارات سوخت، دمای بالا و فشار بالا مطلوب است. اما بلافاصله پس از عبور پیستون از TDC، با افزایش قابل توجهی در حجم فضای بالای پیستون، شروع به حرکت به سمت پایین می کند. آن ها همانطور که قسمت جلوی احتراق مخلوط کاری (WMC) در محفظه احتراق پخش می شود، اولین بخش های WMC سوخته در دمای بالا و فشار بالا می سوزند. اما آخرین بخش های سوزاندن RSM خود را در شرایط کاهش شدید فشار و کاهش دما می بینند. بر این اساس، راندمان احتراق به شدت کاهش می یابد یا حتی به طور کلی متوقف می شود. به همین دلیل بخشی از RSM زمان رایت ندارد یا به طور کامل نمی سوزد. بنابراین مقداری از بخار سوخت وارد لوله اگزوز می شود و گازهای خروجی مطمئناً حاوی محصولات حاصل از احتراق ناقص هیدروکربن های سوخت هستند. نتیجه این است که بخشی از سوخت نمی سوزد و انرژی خود را به گرما و سپس به چرخش محور اصلی موتور تبدیل نمی کند، بلکه فقط هوای اطراف را آلوده و مسموم می کند.

از بین بردن این اشکال تقریباً غیرممکن است، زیرا طراحی بسیار اساسی موتور پیستونی را شامل می شود مهمترین اصلاتصال در یک چرخه فن آوری "احتراق - انبساط" دو فرآیند مختلف: احتراق و گسترش محصولات احتراق. ترکیب این فرآیندها دشوار است، زیرا هر یک از آنها به طور بهینه در شرایط بهینه متقابل برای فرآیند دیگر رخ می دهد.

در واقع، فرآیند احتراق یک شارژ فشرده RSM به بهترین وجه در یک محفظه قفل شده با حجم ثابت رخ می دهد. در ترمودینامیک، این فرآیند به عنوان یک فرآیند "ایزوکوریک" تعریف می شود. آن ها شارژ PCM به طور کامل می سوزد و تمام انرژی پیوندهای شیمیایی هیدروکربن های سوخت در یک محفظه بسته را تحت شرایط افزایش شدید فشار و دما به گرما و فشار تبدیل می کند.
و فرآیند انبساط در شرایط دمای پایین (برای اطمینان از روانکاری سطوح کشویی و مالشی عناصر کار موتور) با حرکت جزئی بدنه اصلی (پیستون) به بهترین وجه انجام می شود.
همانطور که می بینیم، در موتورهای پیستونی هر دوی این شرایط نمی توانند به طور کامل برآورده شوند، بنابراین فرآیند ترکیبی "احتراق-انبساط" از یک "سناریوی سازش" پیروی می کند، زمانی که انرژی کمی برای هر یک از فرآیندها ایجاد می شود. شرایط مناسب، اما در نهایت آنها همچنان این امکان را فراهم می کنند که به نحوی روند این فرآیندهای مشترک را حداقل 50 درصد با کارایی اجرا کنند. در نتیجه، روند کار یک موتور پیستونی مدرن، یک فناوری از مصالحه های دشوار مداوم و تلفات قابل توجه است.

در نتیجه چنین "ازدواج سازشی" با زیان برای هر دو طرف درگیر در پرونده، نتیجه زیر را دریافت می کنیم:
— احتراق رخ می دهدتحت شرایط انبساط شدید محفظه احتراق و حتی در دمای بسیار پایین دیواره های سیلندر. در نتیجه سوخت به طور ناقص و بی اثر می سوزد و با گرم شدن دیواره های سرد سیلندر خنک شده مقداری از گرمای سوخت سوخته از بین می رود. آن ها احتراق در شرایط بسیار ناکارآمد رخ می دهد.
— گسترش رخ می دهدتحت شرایط دمای بالا ناشی از فرآیند احتراق همراه با انبساط. به همین دلیل است که دیواره های سیلندر باید خنک شوند، زیرا روغن برای روانکاری سطوح مالشی پیستون و سیلندر در دمای بیش از 220 درجه سانتیگراد "خاصیت لغزنده" خود را از دست می دهد و اصطکاک شروع به "خشک شدن" می کند و ذغال می شود. روغن به ذرات جامد تبدیل می شود که شروع به تداخل بیشتر در این فرآیند می کند.

بخشی از راه خروج از بن بست فرآیند "احتراق - انبساط" با ترتیب دادن "اشتعال زودهنگام" پیدا می شود به طوری که کوچکترین بخش ممکن از احتراق RCM در خط انبساط با سرعت بالا و افزایش زیاد حجم اتفاق می افتد. از محفظه احتراق اما این یک طرح اجباری است و مملو از مشکلات جانبی دیگری است. از آنجایی که "پیش اشتعال" شامل مشتعل کردن RSM و ایجاد است مرحله اولیهفشار کاری گازهای احتراق حتی قبل از اینکه پیستون به TDC برسد، یعنی. در مرحله نهایی سکته فشرده سازی. در نتیجه، اینرسی مکانیسم میل لنگ (CVM) باید بر این فشار ظهور RCM در حال سوختن غلبه کند و به دلیل اینرسی چرخش CCM یا کار سایر پیستون ها، RCM سوزان که شروع به انبساط کرده است، فشرده شود. نتیجه این مصالحه است افزایش شدیدبارهای روی میل لنگ، پیستون ها، میله های اتصال و پین های میل لنگ و همچنین کاهش راندمان. آن ها موتور میدان رویارویی بین نیروهای چند جهته است.

موضوع دشوار دیگر موتورهای پیستونی کمبود اکسیژن است.درست است ، فقط برای موتورهای بنزینی (موتورهایی که با احتراق اجباری جرقه کار می کنند) معمول است ، موتورهای دیزل (موتورهایی که با احتراق تراکمی کار می کنند) این اشکال را ندارند. اما موتورهای دیزلی در عوض با بسیاری از مشکلات دیگر مواجه شدند - وزن سنگین، حجیم بودن و ابعاد چشمگیر. در واقع هیچکس نتوانسته است یک موتور دیزل کارآمد با ابعاد قابل قبول با حجم کمتر از 1.2 لیتر بسازد... این موتور کوچکترین خودروی دیزلی آئودی-A2 است. و کاهش موتورهای دیزلی به ابعاد بسیار کوچک نتیجه غم انگیزی دارد. بنابراین - موتورهای دیزلی کوچک کارخانه تراکتور ولادیمیر D-120 (آنها روی تراکتورهای کوچک نصب می شوند) با قدرت 25-30 اسب بخار. دارای وزن 280-300 کیلوگرم. آن ها برای یک اسب بخار 10 کیلوگرم وزن وجود دارد. سایر تولیدکنندگان در سراسر جهان نیز وضعیت مشابهی دارند.
بنابراین، وقتی RCM "غنی" باشد، سوخت به طور کامل نمی سوزد. حاوی مقدار زیادی بخار سوخت و هوای کمی (اکسیژن) است. چنین RSM هیچ شانسی برای سوختن کامل ندارد. نتیجه این است که بخارات سوختی که به این دلیل نمی سوزند به سمت اگزوز می روند. اما چنین RSM به سرعت می سوزد، اگرچه نه به طور کامل. این بدان معنی است که بیشتر بخار سوخت همچنان می سوزد و فشار و دمای لازم را می دهد.

می توانید از راه دیگر بروید - یک "مخلوط بدون چربی" درست کنید، یعنی. مقدار زیادی هوا (اکسیژن) و بخار سوخت کمی در RSM وجود خواهد داشت. در نتیجه، در یک حالت ایده آل، چنین RSM قادر به سوختن کامل خواهد بود - تمام بخارات سوخت 100٪ با راندمان کامل می سوزند. اما این RSM دارد عیب بزرگ- بسیار آهسته تر از یک "مخلوط غنی" می سوزد و در شرایط یک موتور پیستونی واقعی، که در آن احتراق در خط افزایش سریع حجم اتفاق می افتد، چنین RCM به سادگی زمان لازم برای سوختن کامل را ندارد. از آنجایی که بخش قابل توجهی از احتراق چنین RSM به دلیل سرعت کم در شرایط افزایش شدید حجم محفظه احتراق و کاهش دما سقوط می کند. نتیجه این است که RCM دوباره حتی در نسخه "مخلوط لاغر" به طور کامل نمی سوزد و بخش قابل توجهی از آن بدون سوختن به اگزوز می رود.

و دوباره، راندمان سوخت این حالت عملکرد یک موتور پیستونی بسیار کم است.
عرضه کم اکسیژن به فرآیند احتراق PCM نیز در روش کنترل موتورهای کاربراتور - "روش کمی" نقش دارد. به منظور کاهش سرعت موتور و کاهش "تراست" آن، راننده دریچه گاز را می بندد و در نتیجه دسترسی هوا به کاربراتور را محدود می کند. در نتیجه باز هم کمبود هوا برای احتراق سوخت و باز هم بازده سوخت ضعیف است... موتورهای انژکتوری تا حدودی از این عیب فارغ هستند، اما بقیه مشکلات یک موتور پیستونی در آنها "به طور کامل" آشکار می شود.

لازم است دو فرآیند فن آوری کار بسیار متناقض - "احتراق - تشکیل گازهای کاری با فشار و دمای بالا" و "انبساط گازهای کاری با فشار و دمای بالا" را از هم جدا کنیم. سپس هر دوی این فرآیندها می توانند در دوربین های تخصصی و دستگاه هایی با بهینه ترین پارامترها انجام شوند. آن ها احتراق "ایزوکوریک" - در یک حجم قفل شده، با افزایش فشار و افزایش دما اتفاق می افتد. و انبساط را می توان در دماهای پایین انجام داد.

در اصل، ایده ایجاد چنین "تقسیم بزرگ" مدتها پیش توسط مخترعان و مهندسان مختلف از کشورهای مختلف تدوین شد. به عنوان مثال، پیشرفت های شرکت آلمانی DIRO Konstruktions GmbH & Co. KG، با موضوع موتور پیستونی با محفظه احتراق مجزا. اما تاکنون هیچ کس موفق نشده است مداری از لحاظ نظری زیبا و قابل اجرا برای پیاده سازی در فلز ارائه دهد. همان شرکت آلمانی DIRO Konstruktions GmbH & Co. KG حدود 15 سال پیش شروع به دریافت حق اختراع برای پیشرفت های خود کرد، اما هرگز در مورد موفقیت واقعی در ایجاد یک موتور واقعاً کارآمد نشنیده بود.

بنابراین، لازم است از یک فرآیند احتراق طولانی مدت شارژ RSM در یک حجم قفل شده - یک "فرایند ایزوکوریک" اطمینان حاصل شود. تحت این شرایط، سوزاندن یک "مخلوط بدون چربی" شناخته شده با ضریب بزرگهوای اضافی، هنگامی که بخارات سوخت به طور کامل می سوزند، حداکثر مقدار ممکن گرما و گازهای احتراق را تولید می کنند و در عین حال محصولات احتراق حداقل سمی را تخلیه می کنند. اما این تنها با اطمینان از زمان سوزاندن به اندازه کافی طولانی شارژ RSM "ضعیف" در یک حجم قفل شده تحت فشار و دمای قابل توجه قابل انجام است. که در یک موتور پیستونی عملا غیرممکن است.

* * *
سطح دوم تلفات- تلفات قابل توجه حرارت حاصل از احتراق "سوخت جذب شده توسط موتور".
تعادل حرارتی موتور بنزینی به شرح زیر است:
1) - تبدیل گرما به کار مفید: 35٪.
2) - گرمای از دست رفته با گازهای خروجی: 35٪.
3) - گرمای از دست رفته از طریق سیستم خنک کننده: 30٪.

وظیفه- به دست آوردن موتوری با حداقل تلفات حرارتی در طول محیط خارجی. در حالت ایده آل، هدف ایجاد موتوری با بازده حرارتی 80 درصد خواهد بود. اما حتی اگر بتوانیم به جای 35 درصد امروز به این رقم 65 تا 70 درصد برسیم، این یک جهش بزرگ به جلو خواهد بود. آن ها یک موتور با همان قدرت با چنین کارایی شروع به مصرف سوخت 2 برابر کمتر از قبل می کند.

تحلیل وضعیت نامطلوب امروز:ابتدا، بیایید ببینیم چرا در موتورهای پیستونی سنتی چنین تلفات حرارتی "به سمت" وجود دارد؟ چه چیزی منجر به چنین وضعیت غم انگیزی می شود؟

دسته اول تلفات حرارتی- از دست دادن حرارت با حذف از طریق دیواره سیلندرها با سیستم خنک کننده. به طور کلی برای افزایش مقدار راندمان حرارتی موتور به هیچ وجه نباید خنک شود. این کار بلافاصله دمای قطعات موتور را بالا می‌برد و روغن را جذب می‌کند (که لایه‌ای برای لغزش آسان روی سطوح اصطکاکی ایجاد می‌کند) و پیستون به راحتی در سیلندر حرکت نمی‌کند و موتور به زودی گیر می‌کند. در اینجا دوباره با تضادهای ترکیب دو فرآیند در یک چرخه - احتراق و انبساط مواجه می شویم. دما در هنگام شیوع احتراق در دوره اولیه احتراق RSM به 3000 درجه سانتیگراد می رسد. و حداکثر دمای روغن، زمانی که هنوز روغن کاری می شود و از اصطکاک نجات می یابد، 200 - 220 درجه است. هنگامی که این آستانه دما از بین رفت، روغن شروع به "سوختن" و زغال می کند. برای اطمینان از راندمان بالا، خنک کردن موتور عاقلانه نیست، بلکه برای اطمینان از حرکت بدنه اصلی کار - پیستون - روغن کاری حیاتی است ... یعنی. یک سیستم خنک کننده که به پیستون اجازه می دهد تا در سیلندر حرکت کند به طور چشمگیری بازده حرارتی موتور را کاهش می دهد. این کاهش آگاهانه و ضروری در کارایی است.

دسته دوم تلفات حرارتی- اتلاف حرارت با گازهای خروجی دمای گازهای خروجی در خروجی سیلندرها برای سایزها و موتورهای مختلف از 800 تا 1100 درجه سانتیگراد متغیر است. بنابراین، در موتوری که با سرعت بالا کار می کند، منیفولدهای اگزوز گاهی اوقات شروع به گرم شدن می کنند تا یک درخشش زرشکی ... این فقط یک چیز دارد - انرژی احتراق سوخت، به انرژی داخلی گازهای احتراق تبدیل می شود. درجه حرارت بالا، به طور غیر قابل برگشت و کاملا بی فایده از دست می رود. از طریق این کانال "تلفات حرارتی" است که موتورهای احتراق داخلی مدرن حدود 35٪ از انرژی احتراق سوخت را از دست می دهند. و تبدیل این انرژی به کار مفید بسیار دشوار است. این باعث افزایش فشار هوای ورودی به سیلندرها می شود. و این کارایی را اندکی افزایش می دهد. اما - باید بدانید که توربین "گیر" نمی کند درجه حرارت بالاو فشار اضافی گازهای خروجی از سیلندر. آن ها این یک موضوع کمی متفاوت است و پس انداز از نوع دیگری است.

بنابراین، معلوم می شود که موتور پیستونی نه تنها دما، بلکه فشار بالای گازهای کار را نیز ضعیف "پردازش" می کند. در واقع، گازهای کاری با فشار اضافی 8 تا 10 اتمسفر تخلیه می شوند. فقط باید به خاطر داشته باشید که اولین موتورهای بخار در آغاز قرن نوزدهم فشار کاری 3 یا 3.5 اتمسفر داشتند و مانند موتورهای اولین لوکوموتیوهای بخار در معادن زغال سنگ و کارخانه های متالورژی با موفقیت کار می کردند. .

در اینجا کل موضوع در همین جا نهفته است ابعاد هندسیحجم فشرده سازی و حجم انبساط. برای یک موتور پیستونی آنها برابر هستند و هیچ کاری نمی توان در مورد آن انجام داد. در حالت ایده آل، این حجم ها باید متفاوت باشند. ترفندی مانند چرخه اتکینسون، زمانی که در موتورهای پیستونی حجم تراکم کمتر از حجم انبساط است، بی تاثیر است، زیرا گشتاور موتور را به شدت کاهش می دهد.

اما افزایش حجم محفظه انبساط تنها امکان تبدیل تمام فشار اضافی به کار مفید را فراهم می کند، اما افزایش دمای گازهای داغ احتراق سوخت با این روش قابل استفاده نیست. تنها چیزی که به ذهن مهندسان رسید تزریق آب به داخل سیلندرها بود تا دمای بالا به کار تبدیل شود. در تئوری: آب که به بخار پرفشار تبدیل می شود، فشار مخلوط بخار و گاز حاصل را به شدت افزایش می دهد و در عین حال دمای آن را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد. اما در طول بیش از 80 سال تلاش در این مسیر، هیچ چیز موثر و کارآمدی در یک موتور پیستونی ایجاد نشد. مدار پیستون موتور احتراق داخلی بسیار خصمانه با این ایده بود و اجازه نمی داد یک حرکت بخار یا فاز بخار در چرخه کار موتور ادغام شود.

باید گفت که طبق قانون بنیادی ترمودینامیک که تقریباً 200 سال پیش توسط اس. حداقل دمای گازهای کار در پایان چرخه.
اما در یک موتور احتراق داخلی پیستونی حداکثر درجه حرارت بالاگازها در مرحله اول چرخه توسط سیستم خنک کننده مختل می شوند و حداقل دمای اضافی گازها در پایان چرخه به دلیل ناتوانی در ادغام یک جزء بخار در مدار موتور مختل می شود. در نتیجه امروزه از موتورهایی با راندمان حرارتی حدود 35 درصد استفاده می کنیم که خیلی بهتر از 60 یا 70 سال پیش نیست...

راه رهایی از این نقص:لازم است طرحی برای موتور ایجاد شود که اجازه دهد فرآیند احتراق سوخت در یک محفظه احتراق عایق حرارتی انجام شود (برای دستیابی به حداکثر دما در ابتدای چرخه عملیاتی)، و همچنین اجازه دهد فاز بخار در آن گنجانده شود. مرحله نهایی گازهای احتراق داغ (برای رسیدن به حداقل دما در پایان چرخه عملیاتی). همچنین، این طراحی موتور این امکان را فراهم می کند که بدون یک سیستم خنک کننده جداگانه و حجیم، که گرما را به محیط خارجی "بیرون می اندازد" انجام شود.

در عین حال، موتور نیازی به لوله اگزوز حجیم و سنگین نخواهد داشت، که در موتورهای پیستونی سنتی صدای غرش گازهای خروجی اگزوز را که با فشار اضافی 8-10 اتمسفر به بیرون پرواز می کنند، خنثی می کند. زیرا در طرح پیشنهادی فشار اضافی گازهای خروجی حداقل خواهد بود.

* * *
سطح سوم ضرر- تلفات قابل توجه توان برای غلبه بر نیروهای اصطکاک، و همچنین نیروهای اینرسی توده های متحرک متقابل، و همچنین تلفات برای حرکت مکانیزم های کمکی. این تلفات به عنوان تلفات مکانیکی تعریف می شوند. آنها به نمودار سینماتیکی موتور بستگی دارند. اما علاوه بر خود تلفات مکانیکی، نمودار سینماتیکی و طراحی آن بر شاخص عملکرد مهم دیگری نیز تأثیر می‌گذارد که مستقیماً با راندمان مرتبط نیست: این حالت و مقدار گشتاور است.

وظیفه به دست آوردن موتوری با حداقل تلفات مکانیکی است. همچنین با اندازه کوچک خود موتور، گشتاور ثابت بالایی دارد. گشتاور بالا و پایدار به شما امکان می دهد بدون چنین سیستم حجیم و پیچیده ای کار کنید وسیله نقلیهمثل گیربکس یک مثال حمل و نقل با موتورهای الکتریکی و موتورهای بخار است.

تحلیل وضعیت نامطلوب امروز:در یک موتور پیستونی استاندارد (تنه)، واکنش شاتون (قطعه عرضی این واکنش نسبت به محور سیلندر) به فشار گازهای کار پیستون را به طور مداوم به یک طرف سیلندر و سپس به طرف دیگر فشار می دهد. . این سیستم عامل موتور به روانکاری مداوم سطوح با اصطکاک بالا و هزینه غلبه بر این نیروهای اصطکاکی نیاز دارد. علاوه بر این، هنگامی که میل لنگ می‌چرخد، پیش‌بینی بازوی ایجاد کننده گشتاور به بردار حرکت پیستون همیشه از صفر به حداکثر تغییر می‌کند و در هر حرکت کاری به عقب برمی‌گردد. این حالت گشتاور دائماً ضربان دار برای راندن محرک ها کاربرد چندانی ندارد. و تنها در سرعت های بالای موتورهای پیستونی گشتاور به طور قابل توجهی افزایش می یابد. اما سرعت بالا (حدود 3-4 هزار دور در دقیقه) مورد نیاز اکثر مصرف کنندگان نیست. بنابراین باید یک گیربکس پیچیده و دست و پا گیر بسازیم که جزء لاینفک خودروها، موتورسیکلت ها و ... است.
  علاوه بر این، راندمان مکانیکی به دلیل افزایش قدرت موتور برای به حرکت درآوردن مکانیسم های کمکی آن - پمپ سیستم خنک کننده، فن خنک کننده، میل بادامک و سوپاپ های زمان بندی، ژنراتور الکتریکی و غیره به طور قابل توجهی کاهش می یابد. و تلفات قابل توجه توان ناشی از نیاز به فشرده سازی مخلوط کاری است، و هر چه نسبت تراکم بالاتر باشد، این تلفات بیشتر است. علاوه بر این، اتلاف قدرت قابل توجه می تواند ناشی از احتراق بیش از حد زودهنگام باشد، زمانی که موتور مجبور می شود، در پایان دومین ضربه "تراکم"، محصولات احتراق را که شروع به انبساط می کنند، فشرده کند.

راه رهایی از این نقص:لازم است یک طرح موتور ایجاد شود که در آن فشار گازهای کار، بدنه متحرک اصلی را بر روی بدنه ثابت فشار ندهد. در این حالت، موتور باید دارای طرحی باشد که به آن امکان می دهد بازوی گشتاور ثابتی در کل مسیر حرکت بخش اصلی موتور داشته باشد. در این مورد، در این مسیر، فشار گازهای کار باید تا زمانی که ممکن است حفظ شود، در حالت ایده آل - برای 100٪ تلاش کنید. یادآوری می کنم که موتورهای 4 زمانه از چرخه کاملموتور از 2 دور شفت، فشار روی پیستون فقط نیم دور عمل می کند و حتی در آن حالت در حالت انتقال این فشار با بازوی گشتاور ناپایدار.

نتیجه:

بنابراین، اجازه دهید شرایطی را که توسط آن ارائه شده است، فرموله کنیم رویکرد علمیبه منظور ایجاد موتوری با راندمان بالا:
1) اساسی فرآیندهای تکنولوژیکی"احتراق" و "انبساط" موتور باید از هم جدا شده و برای اجرا در محفظه های مختلف تکنولوژیکی فاصله داشته باشند. در این حالت، احتراق باید در یک محفظه قفل شده، تحت شرایط افزایش دما و افزایش فشار رخ دهد.
2) فرآیند احتراق باید برای مدت زمان کافی و در شرایط هوای اضافی انجام شود. این امکان احتراق 100٪ مخلوط کار را فراهم می کند.
3) حجم محفظه انبساط باید به میزان قابل توجهی بزرگتر از محفظه تراکم باشد، حداقل 50٪ این برای انتقال کامل فشار گازهای کار به کار روی بدنه اصلی ضروری است.
4) باید مکانیزمی برای انتقال دمای بالای گازهای خروجی برای کار روی بدنه اصلی ایجاد شود. فقط یکی برای این وجود دارد فرصت واقعی- تامین آب برای تبدیل دمای بالای گازهای حاصل از احتراق به فشار بخار حاصله.
5) بدنه کار و کل سینماتیک موتور باید به گونه ای چیده شود که تا حد امکان دوره طولانی ترچرخه موتور، بدنه کار فشار گازهای کار را درک می کرد و اهرم انتقال نیروی این فشار همیشه حداکثر ممکن بود.

پس از کار دقیق با این الزامات رویکردهای نظریفیزیک و مکانیک در مورد ایجاد یک موتور با راندمان بالا، معلوم می شود که ایجاد یک موتور پیستونی برای چنین کارهایی کاملاً غیرممکن است. موتور احتراق داخلی پیستونی هیچ یک از این الزامات را برآورده نمی کند. نتیجه زیر از این واقعیت حاصل می شود: لازم است به دنبال طرح های موتور کارآمدتر جایگزین مدار پیستون باشید. و مدار نزدیک به الزامات لازم معلوم می شود که مدار موتور دوار است.

در کار خود بر روی مفهوم یک موتور دوار کامل، من تلاش کردم تا هنگام ایجاد یک نمودار مفهومی موتور، نیاز به اجرای تمام پیش نیازهای نظری فوق را در نظر بگیرم. امیدوارم موفق به انجام این کار شده باشم.

مقاله شماره 2-1

فکر کردن در مورد نرخ فشرده سازی:
همه چیز در حد اعتدال خوب است

همه ما به این واقعیت عادت کرده ایم که یک موتور اقتصادی و قدرتمند باید نسبت تراکم بالایی داشته باشد. بنابراین، در خودروهای اسپرت، موتورها همیشه ضریب تراکم بالایی دارند و تنظیم (تقویت) موتور برای افزایش قدرت موتورهای استاندارد تولید انبوه، اول از همه مستلزم افزایش ضریب تراکم آنها است.
بنابراین، این ایده در افکار عمومی گسترده شده است - هر چه نسبت تراکم موتور بالاتر باشد، بهتر است، زیرا این منجر به افزایش قدرت موتور و افزایش کارایی آن می شود. اما - متأسفانه، این موضع فقط تا حدی درست است، یا بهتر است بگوییم، بیش از 50٪ درست نیست.
تاریخ فناوری به ما می گوید که وقتی اولین موتور احتراق داخلی لنوار (که بدون تراکم کار می کرد) در دهه 1860 ظاهر شد، از نظر کارایی به ندرت از موتورهای بخار برتری داشت و زمانی که (15 سال بعد) موتور احتراق داخلی 4 زمانه اتو ظاهر شد. ، با کار با فشرده سازی ، راندمان چنین مدلی از نظر کارایی بلافاصله از همه موتورهای موجود در آن زمان پیشی گرفت.
اما فشرده سازی فرآیند ساده و ساده ای نیست. علاوه بر این، دستیابی به نسبت تراکم بسیار بالا منطقی نیست و از نظر فنی نیز بسیار دشوار است.
اول: هر چه نسبت تراکم بیشتر باشد، حرکت پیستون در سیلندر بیشتر می شود. در نتیجه سرعت خطی حرکت پیستون در سرعت های بالا بیشتر است. در نتیجه، بارهای متناوب اینرسی که بر تمام عناصر مکانیسم میل لنگ اعمال می شود، بیشتر می شود. در همان زمان، سطح فشار در سیلندر نیز افزایش می یابد. بنابراین، برای موتوری با نسبت تراکم بالا و کورس طولانی، تمام عناصر و قطعات موتور باید از استحکام بیشتری برخوردار باشند، یعنی. ضخیم و سنگین به همین دلیل است که موتورهای دیزلی هرگز کوچک و سبک نیستند. به همین دلیل است که موتورهای دیزلی کوچک برای موتورسیکلت ها، موتورهای قایق های بیرونی، هواپیماهای سبک و غیره ساخته نشده اند. به همین دلیل است که موتورهای استاندارد خودرو که تحت تیونینگ جدی قرار گرفته اند، تحت تیونینگ جدی قرار گرفته اند و عمر مفید آنچنانی دارند.
دوم: هر چه نسبت تراکم بالاتر باشد، خطر انفجار با تمام آنچه که در پی دارد بیشتر است. عواقب ویرانگر. پر کردن با بنزین بی کیفیت می تواند به سادگی چنین موتوری را از بین ببرد. درباره انفجار در مقاله ویژه بخوانید. آن ها در درجه خاصی از تراکم، لازم است از بنزین گرانتر و ویژه یا مواد افزودنی ویژه به آن استفاده شود. در دهه پنجاه و شصت، خط اصلی موتورسازی، به ویژه در ایالات متحده آمریکا، افزایش نسبت تراکم بود که در اوایل دهه هفتاد در موتورهای آمریکایی اغلب به 11-13:1 می رسید. با این حال، این نیاز به بنزین مناسب با عدد اکتان بالا داشت که در آن سال ها تنها با افزودن سرب سمی تترااتیل به دست می آمد. معرفی استانداردهای زیست محیطی در اکثر کشورها در اوایل دهه هفتاد منجر به توقف رشد و حتی کاهش نسبت تراکم در موتورهای تولیدی شد.
با این حال، دستیابی به حداکثر درجه فشرده سازی ممکن نیست. واقعیت این است که راندمان حرارتی موتور با افزایش نسبت تراکم افزایش می یابد، اما نه به صورت خطی، بلکه با کاهش تدریجی. اگر زمانی که نسبت تراکم از 5 به 10 افزایش می یابد 1.265 برابر افزایش می یابد، سپس از 10 به 20 تنها 1.157 برابر افزایش می یابد. آن ها پس از رسیدن به آستانه معینی از نسبت تراکم، افزایش بیشتر آن منطقی نیست، زیرا بهره حداقل خواهد بود و مشکلات رو به رشد بسیار زیاد خواهد بود.

* * * با تحلیل دقیق فرصت های شغلی انواع متفاوتموتورها و به دنبال راه هایی برای بهبود کارایی آنها، امکاناتی غیر از افزایش مداوم نسبت تراکم وجود دارد. و نسبت به افزایش نسبت تراکم بالا بسیار کارآمدتر و با کیفیت تر خواهند بود.
ابتدا، بیایید بفهمیم که نسبت تراکم بالا در واقع چه می دهد. و او موارد زیر را می دهد:
- طول سکته مغزی کار بالا می دهد، زیرا در یک موتور پیستونی، کورس تراکم برابر با کورس انبساط است.
- فشار قوی در بار مخلوط کاری که در آن مولکول های اکسیژن و سوخت با هم می آیند. این باعث می شود فرآیند احتراق بهتر آماده شود و
سریعتر می رود

در مورد موقعیت اول، می توان نظرات زیر را بیان کرد: در واقع، کارایی موتورهای دیزل تا حد زیادی به این دلیل است که آنها یک سکته کار طولانی دارند. آن ها افزایش طول کورس انبساط تأثیر بسیار جدی تری بر بهبود راندمان و اقتصاد موتور نسبت به افزایش طول کورس تراکم دارد. این باعث می شود که از فشار گازهای کار بیشتر سود ببریم - گازها برای حرکت بیشتر پیستون کار می کنند. و اگر در موتورهای "بنزینی" قطر پیستون تقریباً برابر با طول حرکت کار باشد، با "نسبت تراکم" و "نسبت انبساط" مربوطه که به طول کورس پیستون گره خورده است، در موتورهای دیزلی این پارامتر به طور محسوسی بزرگتر در موتورهای دیزلی کلاسیک کم سرعت، ضربان پیستون 15 تا 30 درصد بیشتر از قطر پیستون است. در موتورهای دیزل دریایی، این تفاوت کاملاً آشکار می شود. به عنوان مثال، یک موتور دیزلی عظیم 14 سیلندر برای یک سوپرتانکر تولید شده توسط شرکت فنلاندی Wartsila، با حجم 25480 لیتر و قدرت 108920 اسب بخار. در 102 دور در دقیقه، قطر سیلندر 960 میلی متر و حرکت پیستون 2500 میلی متر است.

اجازه دهید به شما یادآوری کنم که چنین موتورهای دیزل دریایی با نفت خام کار می کنند که می توانند نسبت تراکم بسیار بالایی را با چنین ضربه پیستونی بزرگ تحمل کنند.

اما افزایش نسبت تراکم جنبه های ناخوشایند خود را نیز دارد - نیاز به استفاده از بنزین گران قیمت با اکتان بالا، افزایش وزن موتور و همچنین هزینه قابل توجهی از قدرت موتور در فرآیند فشرده سازی قوی دارد.
بیایید سعی کنیم بفهمیم که آیا رسیدن به چیزی نزدیک و حتی ممکن است یا خیر اثر بیشتردر افزایش قدرت و افزایش راندمان موتور به روش های دیگر، یعنی. بدون افزایش بیش از حد درجه فشرده سازی با افزایش منفی ذاتی چنین فرآیندی. معلوم می شود که چنین مسیری ممکن است. آن ها هر دوی آنها جنبه های مثبتمزایای افزایش نسبت تراکم را می توان از راه های دیگر و بدون دردسرهای ذاتی افزایش نسبت تراکم به دست آورد.

در نظر گرفتن مقام اول - طول ضربه کاری طولانی نکته اصلی برای راندمان، یک ضربه کار طولانی است به طوری که تمام گازهای کار حداکثر فشار را به پیستون منتقل می کنند. و در یک موتور پیستونی، کورس کار برابر با طول کورس تراکم است. اینگونه است که این عقیده به طور قاطع ثابت شد که آنچه مهمتر است درجه فشرده سازی است و نه درجه انبساط. اگرچه در یک موتور پیستونی این مقادیر برابر است. بنابراین تفکیک آنها چندان منطقی نیست.

اما در حالت ایده آل، بهتر است این طول های ضربه ای متفاوت باشد. از آنجایی که افزایش ضربه فشاری منجر به عواقب ناخوشایند زیادی می شود، آن را متوسط ​​کنید. اما مسیر توسعه، به عنوان مسئول حداکثر صرفه جویی و کارایی، باید تا حد امکان بزرگ شود. اما در موتور پیستونی انجام این کار تقریباً غیرممکن است (یا انجام آن بسیار دشوار و پیچیده است - به عنوان مثال موتور کوشول). اما طرح‌های موتور دوار زیادی وجود دارد که به شما این امکان را می‌دهد کار ویژهحل این معضل آن ها توانایی موتور برای داشتن درجه متوسطفشرده سازی و در عین حال طول قابل توجهی از سکته کار.

در نظر گرفتن مقام دوم - فعال سازی و راندمان بالای فرآیند احتراق سوخت. سرعت و کامل بودن آن بالاست. این شرط مهمکیفیت و کارایی موتور. اما معلوم می شود که نسبت تراکم (ارائه فشار بالا) تنها نیست و حتی بیشترین بهترین راهدستیابی به چنین نتیجه ای

در اینجا به خودم اجازه می دهم از یک کتاب دانشگاهی در مورد تئوری موتورها برای دانشگاه ها نقل قول کنم دوره شوروی: "موتورهای خودرو"، ویرایش. م.س.هواها. مسکو، "مهندسی مکانیک"، 1967.
همانطور که از نقل قول بالا مشخص است، کیفیت و سرعت احتراق بیشتر به دمای احتراق بستگی دارد و در به میزان کمتراز فشار آن ها اگر بتوان از دمای بسیار بالای محیط احتراق اطمینان حاصل کرد، بازده احتراق حداکثر خواهد بود و نیاز به فشار بسیار بالا قبل از فرآیند احتراق (در نسبت تراکم) از بین خواهد رفت.

از تمام رویکردهای نظری که در بالا توضیح داده شد، می توان یک نتیجه گرفت - یک موتور قدرتمند با راندمان بالا می تواند بدون نسبت تراکم بالا، با تمام مشکلات ذاتی آن، کار کند. برای انجام این کار، نسبت انبساط در موتور باید به طور قابل توجهی بیشتر از نسبت تراکم باشد، و احتراق شارژ مخلوط کاری تازه باید در یک محفظه احتراق بسیار گرم رخ دهد. در این حالت در طی فرآیند احتراق، فشار و دما به دلیل افزایش طبیعی آنها به دلیل انرژی فرآیند احتراق باید افزایش یابد. آن ها محفظه احتراق باید به صورت هرمتیک مهر و موم شده باشد و حجم آن در طی فرآیند احتراق تغییر نکند. در نتیجه: نباید افزایش سریعی در حجم محفظه احتراق وجود داشته باشد - با کاهش فشار و دما (همانطور که در موتور پیستونی اتفاق می افتد).
به هر حال، در طی احتراق مخلوط سوخت، فشار در یک محفظه احتراق قفل شده با حجم ثابت افزایش می یابد، یعنی بخش های سوختی که در "سری دوم" می سوزند (بیش از 60٪ جرم بار) در یک محفظه می سوزند. نسبت تراکم بسیار بالا (فشار حدود 100 اتمسفر) که فشار آن با احتراق قسمت اول سوخت ایجاد می شود. در اینجا لازم به ذکر است که فشار در انتهای کورس تراکم حتی برای موتورهای دیزلی (این قهرمانان فعلی از نظر بازده) بیش از 45-50 اتمسفر نیست.
اما هر دوی این شرایط فوق الذکر را نمی توان در یک موتور پیستونی با مکانیزم میل لنگ برآورده یا تضمین کرد. به همین دلیل است که موتورهای پیستونی با نسبت تراکم بالا و با تمام مشکلات ناشی از آن کار می کنند و تقریباً 100 سال است که قادر به غلبه بر سطح راندمان 40 درصد نبوده اند.

نکته اصلی این مقاله این است: - موتور بسیار کارآمد قدرت بالابا راندمان بالا، اگر سکته انبساط به طور قابل توجهی بیشتر از ضربه فشاری داشته باشد، می تواند نسبت تراکم متوسطی داشته باشد. و احتراق مخلوط کار در محفظه ای رخ می دهد که برای مدت زمان احتراق قفل می شود و سرد نمی شود (فرآیند آدیاباتیک ایزوکوریک) با افزایش دما و فشار ناشی از انرژی خود فرآیند احتراق.
ایجاد چنین طرحی در چارچوب ایده موتور پیستونی غیرممکن است، اما در زمینه ایده های موتورهای دوار، ایجاد چنین طرح هایی کاملاً امکان پذیر است. این کاری است که نویسنده این متن و این سایت انجام می دهد.

مقاله شماره 2-2

بازتاب در نرخ فشرده سازی-2:
نگاهی به تاریخ

13/01/26

در قسمت اول مقاله نشان دادم که افزایش مداوم نسبت تراکم در موتورهای پیستونی با مکانیزم میل لنگ تنها راه افزایش اندکی راندمان موتور است و محدودیت های مشخصی برای قابلیت های آن دارد. در نسبت تراکم نزدیک به 16، مخلوط کاری با بخارات بنزین حتی 100 اکتان در حالت انفجار شروع به سوختن می کند و قطعات و بدنه موتور بسیار حجیم و دیواره ضخیم می شوند (مانند موتورهای دیزلی) تا در برابر فشارهای افزایش یافته مقاومت کنند. بارهای اینرسی بزرگ اما نیروهای عظیم احتراق انفجاری حتی چنین قطعات حجیم و عظیمی را خیلی سریع از بین می برد.

اما راه های دیگری برای افزایش کارایی موتور وجود دارد - اینها عبارتند از:
الف) افزایش دمای احتراق مخلوط کاری (دما در محفظه احتراق) به منظور احتراق کامل و سریع بخارات بنزین. در عین حال خودنمایی می کند بیشترین مقدارگرما و سیال کاری فشار بیشتری به پیستون وارد می کند - یعنی. کارهای زیادی انجام دهید
موتورهای پیستونی با مکانیزم میله اتصال میل لنگ و فرآیند ترکیبی "احتراق - انبساط" (سکته سوم) نمی توانند این مسیر را دنبال کنند، زیرا روغن (روغنکاری دیواره های جفت سینماتیک "پیستون-سیلندر") در دمای 220 درجه در حال حاضر شروع به زغال اخته کرده و روانکاری را متوقف می کند. به همین دلیل است که سیلندر و پیستون موتور باید خنک شوند و این منجر به کاهش شدیدراندمان حرارتی موتور
ب) - افزایش حجم (درجه) انبساط بدنه کاری (طول حرکت انبساط) برای انبساط کامل گازهای بدنه. این باعث استفاده کامل از فشار اضافی آنها می شود. در موتورهای پیستونی مدرن گازهایی با فشار 5-8 اتمسفر تخلیه می شوند که تلفات قابل توجهی است. و این در حالی است که میانگین فشار موثر موتور پیستونی تنها 10 اتمسفر است. طول کوچک حرکت موتور پیستونی با مکانیزم میل لنگ (مکانیسم میل لنگ) از افزایش مقدار "واکنش" این فشار جلوگیری می کند.
اگر درجه انبساط گازهای سیال کاری را در موتور افزایش دهید، بدون نیاز به افزایش نسبت تراکم، راندمان آن به میزان قابل توجهی افزایش می یابد.

اولین موتور احتراق داخلی در تاریخ، موتور Lenoir بود. 1860

بنابراین، موضوع این مقاله: برای افزایش راندمان، افزایش درجه انبساط بدنه کاری (گازهای در حال کار) بدون افزایش نسبت تراکم ممکن و ضروری است. این باید منجر به افزایش قابل توجهی در راندمان موتور شود.

در حالت بهینه، باید داشته باشید: درجه فشرده سازی می تواند بسیار کوچک باشد - حدود 3 بار، این مربوط به فشار در شارژ مخلوط کاری فشرده 4 اتمسفر است، اما درجه انبساط (طول ضربه کار) خط) باید از این بیشتر باشد درجه کوچکفشرده سازی حدود 6-8 بار.
این فرمول سوال ممکن است برای همه متخصصان طراحی موتورهای سنتی که به نسبت تراکم بالا در موتورهای پیستونی عادت دارند عجیب و غیر منطقی به نظر برسد. اما دقیقاً این وضعیت متناقض در واقعیت است که با مطالعه دقیق طرح های موتورهای احتراق داخلی که در سپیده دم ظهور چنین موتورهایی ایجاد و کار می کردند ، نشان می دهد. در دوران ایجاد اولین موتورهای احتراق داخلی.

بنابراین، اولین تصور غلط، که برای تقویت افسانه در مورد نیاز به ایجاد نسبت تراکم بالا در موتور کار می کند، با این واقعیت توجیه می شود که اولین موتورهای احتراق داخلی، که 150 سال پیش ساخته شدند، از قبل فشرده سازی نکردند. مخلوط کاری قبل از احتراق آن و بنابراین بازدهی کاملاً ناچیزی داشت - تقریباً مشابه موتورهای بخار اولیه.
در واقع، اولین موتور احتراق داخلی عملیاتی طراحی شده توسط ژان لنوار (به ثبت اختراع در سال 1859) دارای پیش فشرده سازی مخلوط کاری نبود و با راندمان 4٪ کار می کرد. فقط 4٪ - این همان موتورهای بخار پرخور و حجیم آن زمان است.
اما اولین نمونه از یک موتور 4 زمانه توسط نیکولاس اتو که در سال 1877 ساخته شد، با فشرده سازی اولیه مخلوط کاری کار کرد و در حین کار بازدهی 22 درصد را نشان داد که برای آن زمان یک دستاورد خارق العاده بود. در عین حال، نسبت تراکم و نسبت انبساط (مانند همه موتورهای احتراق داخلی پیستونی فعلی با میل لنگ) با یکدیگر برابر بودند.
بر اساس این داده ها:
- راندمان موتور Lenoir بدون فشرده سازی - 4٪.
- راندمان موتور اتو با تراکم - 22٪.
نتایج ساده و واضحی به دست می آید - موتوری که با فشرده سازی اولیه مخلوط کاری کار می کند در حالت اساسا کارآمدتر عمل می کند و هرچه نسبت تراکم بالاتر باشد بهتر است. این خروجی برای 140 است سالهای اخیربه یک حقیقت تبدیل شده است و در طول 100 سال گذشته، موتورسازی به سمت افزایش نسبت تراکم حرکت کرده است که امروزه به مقادیر حدی خود رسیده است.

اما در ارائه این اطلاعات یک نکته بزرگ وجود دارد اما...
به نظر می رسد که همان نیکولاس اتو، قبل از ایجاد موتور 4 زمانه معروف خود با تراکم در سال 1877، کمی زودتر - در سال 1864، صدها اختراع دیگر خود را ایجاد، تولید و با موفقیت فروخت - یک موتور احتراق داخلی جوی که بدون کارکرد فشرده سازی اولیه راندمان این موتور 15 درصد بود... چنین بازده بالایی در این تئوری نمی گنجد که پیش فشرده سازی قوی مخلوط کاری برای دستیابی به راندمان قابل توجه موتور کاملاً ضروری است.
چیزی در این موضوع اشتباه بود، چیزی برای درک حقایق بسیار مهم گم شده بود، و من تصمیم گرفتم این وضعیت را مطالعه کنم. و اینها نتیجه گیری هایی است که به آنها رسیدم:
- کاملاً وحشتناک - اندک - کارایی موتور Lenoir به دست آمد زیرا کاملاً نرخ گسترش غیرقابل قبول کوچک استگازهای کاری؛
- و موتور اتمسفر اتو که بدون تراکم کار می کند، بازده بسیار مناسبی معادل 15 درصد از این واقعیت دارد که خیلی درجه بیشتربرنامه های افزودنیگازهای کاری؛
درست است ، این موتور اتو گشتاور بسیار ضعیف و حالت چرخش بسیار ناهموار محور اصلی داشت و بنابراین به سرعت با موتورهای 4 زمانه جایگزین شد. اما ارزش کارایی آن بسیار مناسب بود.

بیایید نگاهی دقیق به ابعاد قطعات کار موتور Lenoir بیندازیم و محاسبات تقریبی انجام دهیم. قطر پیستون 120 میلی متر و کورس پیستون 100 میلی متر است. توصیفات موتور آن زمان اطلاعاتی را حفظ کرد که تقریباً نیمی از طول "خط انبساط" برای مکش گاز و هوا اختصاص داده شده بود. سپس شیر تغذیه بسته شد و شمع برق جرقه داد. آن ها کمتر از نیمی از طول سکته کار برای فرآیند انبساط یا بهتر است بگوییم برای فرآیند ترکیبی "احتراق - انبساط" باقی مانده است... جرقه مخلوط گاز و هوا را مشتعل کرد، فلاش رخ داد، دما و فشار گازها در سیلندر به شدت افزایش یافت و فشار کاری پیستون را بیشتر وادار کرد. حداکثر اوج فشار گاز عملیاتی روی پیستون بود 5 اتمسفر. اما باید درک کنیم که مخلوط کاری تحت شرایط افت فشار روزافزون مشتعل شده است - از این گذشته، پیستون به حرکت خود ادامه داد و خلاء زیر فشار اتمسفر ایجاد کرد... در چنین شرایطی، فقط یک مخلوط بسیار "غنی"، فوق اشباع از گاز، می تواند مشتعل شود. بر این اساس، احتراق در این حالت بسیار ناقص بود، و حتی محصولات احتراق به سختی می توانستند به طور کامل منبسط شوند - از این گذشته، طول سکته کار بسیار کوتاه بود. آن ها برای یک پیستون با قطر 120 میلی متر. طول ضربه کار کمتر از 50 میلی متر بود. می توان با خیال راحت فرض کرد که گازهای خروجی فشار بسیار بالایی داشتند و حتی با گاز روشنایی نسوخته اشباع شده بودند. بر این اساس، موتوری با چنین پارامترهایی قدرتی معادل 0.5 اسب بخار در سرعت محور 120-140 دور در دقیقه داشت. این موتور در سیکل 2 زمانه کار می کرد. در ابتدا، در امتداد خط سکته کار، پیستون گاز و هوای روشن کننده را می کشید (مخلوط کاری). سپس شیر تغذیه بسته شد. یک شمع برقی جرقه زد - و مخلوط کاری شعله ور شد و گاز داغ ناشی از افزایش فشار پیستون را بیشتر هل داد. سپس هنگامی که سکته مغزی معکوسپیستون محصولات احتراق را از سیلندر خارج کرد و سپس همه چیز دوباره تکرار شد.
آن ها در یک چرخه کاری - در "خط توسعه" - سه فرآیند کاری ترکیب شد:
- مصرف مخلوط کاری؛
- احتراق مخلوط کاری؛
- گسترش بدنه کاری؛

نتیجه- موتور Lenoir دارای راندمان کم و چنین قدرت پایینی بود که در درجه اول به دلیل طول بسیار کوتاه حرکت کار (زمانی که گازهای کار به سادگی فرصت کار را نداشتند) و سازماندهی بسیار ناکارآمد فرآیندهای کار، زمانی که بسیار مخلوط کاری "غنی" در شرایط انبساط حجم فعال در فشاری به میزان قابل توجهی کمتر از اتمسفر مشتعل شد. آن ها این موتور باید به عنوان موتوری که با PRE-EXPANSION (خلاء) مخلوط کاری کار می کند تعیین می شد.

بعدی - بیایید به نمودار عملکرد موتور دیگری نگاه کنیم که بدون فشرده سازی اولیه مخلوط کاری کار می کرد، اما بازده 15٪ داشت. این موتور تنفس طبیعی اتو از سال 1864 است. این یک موتور بسیار غیر معمول بود. در سینماتیک خود، چیزی کاملاً زشت و نامناسب برای کار به نظر می رسید، اما با یک طرح سینماتیک «دست و پا چلفتی»، طبق یک طرح بسیار منطقی برای سازماندهی فرآیندهای کاری عمل می کرد و بنابراین بازدهی 15٪ داشت.
سیلندر این موتور به صورت عمودی نصب شده بود و پیستون موتور بالا و پایین می رفت. علاوه بر این، این موتور میل لنگ نداشت و پیستون دارای یک قفسه دندانه دار بسیار دراز به سمت بالا بود که دندانه های خود را با چرخ دنده درگیر کرده و آن را می چرخاند.

موتور اتمسفریک اتو مدل 1864. در سمت راست در عکس یک پیستون با یک قفسه دندانه دار بلند وجود دارد که تصوری از طول ضربه کار می دهد. در همان زمان، هنگامی که مخلوط کاری در زیر پیستون منفجر شد و پیستون فوراً به سمت بالا پرواز کرد، چرخ دنده در حالت بیکار چرخید، زیرا مکانیزم خاصآن را از چرخ فلای ماشین جدا کرد. سپس، هنگامی که پیستون و قفسه به نقطه فوقانی شدید رسیدند و فشار گازهای کار در پیستون از کار افتاد، پیستون و قفسه تحت وزن خود شروع به حرکت به سمت پایین کردند. در این لحظه، چرخ دنده به شفت فلایویل وصل شد و سکته کار شروع شد. بنابراین، موتور در تکانه های ناگهانی عمل می کرد و رژیم گشتاور بسیار ضعیفی داشت. موتور همچنین قدرت کمی داشت، زیرا نیرو فقط توسط وزن پیستون و قفسه (یعنی گرانش کار می کرد) و همچنین فشار هوای اتمسفر ایجاد می شد، زمانی که گازهای خنک کننده و پیستون برجسته خلاء در سیلندر ایجاد می کردند. به همین دلیل موتور را جوی نامیدند، زیرا در آن همراه با نیروی گرانش، نیروی فشار اتمسفر نیز کار می کرد.

اما از سوی دیگر، فرآیندهای کاری در طراحی این موتور بسیار موفق سازماندهی شد.
بیایید به نحوه سازماندهی و عملکرد فرآیندهای کاری در این موتور نگاه کنیم.
در ابتدا مکانیزم خاصی پیستون را تا 1/10 ارتفاع سیلندر بالا برد که در نتیجه فضای کمیاب زیر پیستون ایجاد شد و مخلوطی از هوا و گاز به داخل آن مکیده شد. سپس پیستون متوقف شد. سپس مخلوط با شعله باز از طریق لوله مخصوص مشتعل شد. هنگامی که گاز قابل اشتعال منفجر شد، فشار زیر پیستون به طور ناگهانی به 4 اتمسفر افزایش یافت. این عمل پیستون را به سمت بالا پرتاب کرد، حجم گاز سیلندر افزایش یافت و فشار زیر آن کاهش یافت، زیرا حجم داخلی پیستون هیچ ارتباطی با جو نداشت و در آن لحظه به صورت هرمتیک آب بندی شد. هنگامی که پیستون در اثر انفجار به بالا پرتاب شد، مکانیزم خاصی قفسه را از شفت جدا کرد. پیستون ابتدا تحت فشار گاز و سپس با اینرسی بالا رفت تا جایی که خلاء قابل توجهی در زیر آن ایجاد شد. در این مورد، ضربه کار حداکثر طول داشت و تا زمانی ادامه یافت که تمام انرژی سوخت سوخته (به شکل فشار اضافی سیال کار) به طور کامل برای بلند کردن پیستون صرف شود. لطفا توجه داشته باشید که عکس موتور نشان می دهد که طول کورس قدرت (ارتفاع سیلندر) چندین برابر بیشتر از قطر پیستون است. این مدت زمان سکته کاری او بود. در حالی که در موتورهای پیستونی مدرن قطر پیستون تقریباً برابر با کورس کار است. فقط در موتورهای دیزل - این قهرمانان مدرن کارایی - سکته مغزی تقریباً 20-30 درصد بزرگتر از قطر سیلندر است. و اینجا - 6 یا حتی 8 برابر بیشتر ...
سپس پیستون به سرعت پایین آمد و حرکت پیستون تحت بار وزن خود و تحت تأثیر فشار اتمسفر شروع شد. پس از اینکه فشار گاز فشرده شده در سیلندر در مسیر رو به پایین پیستون به فشار اتمسفر رسید، دریچه اگزوز باز شد و پیستون با جرم خود، گازهای خروجی را جابجا کرد. در تمام این مدت یک قفسه دندانه دار در حال چرخاندن چرخ دنده ای بود که توسط یک شفت به چرخ فلایو متصل شده بود. به این ترتیب نیروی موتور تولید می شد. پس از بازگشت پیستون به نقطه پایین تر مسیر حرکت، همه چیز دوباره تکرار شد - یک مکانیسم خاص آن را به آرامی بلند کرد و بخش جدیدی از مخلوط کاری مکیده شد.

یک ویژگی دیگر وجود دارد - که به افزایش قابل توجه کارایی کمک کرد. این ویژگی در موتور Lenoir یافت نشد و همچنین در موتورهای 2 و 4 زمانه مدرن وجود ندارد، در چنین طراحی غیرمعمول موتور، به دلیل انبساط بسیار کامل سیال کاری گرم شده، راندمان این موتور به میزان قابل توجهی بود. بالاتر از راندمان موتور Lenoir و بنابراین به 15٪ رسید. علاوه بر این، احتراق مخلوط کاری در موتور اتمسفر اتو در فشار اتمسفر رخ می دهد، در حالی که در موتور Lenoir این فرآیند در شرایط افزایش نادر بودن رخ می دهد، یعنی. تحت شرایط افزایش افت نیروهای فشار، زمانی که فشار به طور قابل توجهی کمتر از اتمسفر بود.
همچنین لازم به ذکر است که امروزه شمع ران ها – چکش های دیزلی – بر اساس اصل مشابه این موتور عمل می کنند. درست است که عرضه و احتراق سوخت در آنها متفاوت است، اما نمودار اصل کلی حرکت عنصر کار یکسان است.

در موتور اتمسفر اتو، در لحظه ای که مخلوط کاری مشتعل می شد، پیستون ثابت می ماند و هنگامی که اولین بخش های سوخت سوختند، فشار فزاینده ای در حجم احتراق ایجاد شد، یعنی. بخش هایی از سوخت که در مراحل دوم، سوم و بعدی سوختند - آنها در شرایط افزایش فشار سوختند، یعنی. فشرده سازی مخلوط کاری به دلیل افزایش فشار ناشی از فلاش و آزاد شدن گرما از اولین بخش های بار سوزانده شده است. در همان زمان، اینرسی سیستم فشار بر روی گاز در حال سوختن از بالا - یک پیستون، یک قفسه بلند و فشار اتمسفر، مقاومت قوی در برابر اولین ضربه حرکت رو به بالا ایجاد کرد که منجر به افزایش قابل توجه فشار در سوختن شد. محیط گاز آن ها در موتور اتو اتمسفر، احتراق مخلوط کاری در شرایط فشرده سازی شدید حجم اصلی بخشی از بار گاز قابل احتراق که هنوز شروع به سوختن نکرده بود، رخ داد. اگرچه هیچ فشرده سازی اولیه توسط پیستون وجود نداشت. این فشرده‌سازی واقعی مقدار قابل‌توجهی از اکثریت بخار سوخت بود که در طی احتراق شارژ مخلوط کاری (همراه با یک حرکت طولانی کار) ظاهر شد که در کارایی قابل‌توجه موتور جوی اتو مدل 1864 نقش داشت.

اما موتورهای پیستونی مدرن، مانند موتور لنوآر 150 سال پیش، در شرایطی که پیستون (و با قدرت بسیار قوی توسط شاتون و میل لنگ به حرکت در می‌آید) مجبور می‌شوند شارژ تازه‌ای از مخلوط کاری را تحت شرایط افزایش شدید حجم ایجاد کنند. از پایین سیلندر دور می شود و حجم "محفظه احتراق" را افزایش می دهد. برای مرجع، سرعت حرکت پیستون در موتورهای مدرن 10-20 متر در ثانیه و سرعت انتشار جلوی شعله در بار بسیار فشرده بخار سوخت 20-35 متر در ثانیه است. اما در موتورهای مدرن، برای از بین بردن این وضعیت ناخوشایند، می توانید سعی کنید شارژ مخلوط کاری را "اوایل" مشتعل کنید - یعنی. تا زمانی که پیستون متحرک به مرکز مرده بالا (TDC) در خط تکمیل ضربه قبلی یا در موقعیتی نزدیک به این نقطه برسد. اما در موتور Lenoir این غیرممکن بود، زیرا پس از رسیدن پیستون به TDC، فرآیند مکیدن بخش تازه ای از گاز و هوای قابل احتراق آغاز شد و احتراق آن تنها در شرایط افزایش شدید حجم "محفظه احتراق" امکان پذیر بود. و افت شدید فشار در بخش تازه مخلوط کاری زیر اتمسفر. به همین دلیل است که موتور Lenoir بازده بسیار پایینی داشت.

می توان فرض کرد که اگر موتور اتو تنفس طبیعی دارای جرقه الکتریکی باشد (مانند موتور Lenoir قبلی)، بازده آن به خوبی می تواند به 20٪ برسد. واقعیت این است که وقتی شارژ مخلوط کاری در سیلندر با یک شعله باز از طریق یک لوله مخصوص در حین فلش مشتعل شد، بخشی از بار سوزان از طریق این لوله به اتمسفر پرواز کرد و این تلفات محسوس بود... چنین تلفاتی را می توان حذف کرد، آنگاه بازده این موتور به وضوح بالاتر خواهد بود.
اما اتو دانشی در زمینه مهندسی برق (مانند Lenoir) نداشت، بنابراین چنین سیستم احتراق اولیه ای را نصب کرد که کارایی موتور تنفس طبیعی خود را کاهش داد.

نتیجه گیری از این مقاله به شرح زیر است:

1) - یک نظر ثابت در مورد امکان دستیابی به راندمان بسیار بالا موتور عمدتاً به دلیل حداکثر درجه ممکن پیش فشرده سازیمخلوط کاری فقط برای طرح های موتور پیستونی معتبر است ، جایی که پیستونی که به سرعت از "پایین" سیلندر به سمت میل لنگ حرکت می کند (به دلیل رانندگی اجباری از میل لنگ) با سرعت بسیار زیاد حجم "محفظه احتراق" را منبسط می کند و فشار مشتعل شده (و همچنین سوختن) را کاهش می دهد. شارژ مخلوط کاری در موتور پیستونی Lenoir که بدون فشرده سازی اولیه مخلوط کاری کار می کند، این نقطه ضعف موتورهای پیستونی به ویژه برجسته بود. که منجر به راندمان بسیار پایین آن شد.
در انواع موتورهای پیستونی مدرن، برای از بین بردن دقیق این نقص طراحی "عمومی" در سازماندهی فرآیندهای کار، از درجه فشرده سازی اولیه بسیار بالایی دقیقاً استفاده می شود تا بار تازه مخلوط کاری را وادار به سوختن در حد کافی کند. فشارها و دماها (با وجود افزایش سریع حجم محفظه احتراق و افت فشار متناظر در این محفظه)، که کلید احتراق نسبتاً کامل شارژ مخلوط کاری و ایجاد یک سیال کاری با فشار بالا است. و دمای بالا
2) - در تاریخ فناوری، طرح‌هایی از موتورها با سایر طرح‌های سینماتیکی و روشی متفاوت برای سازمان‌دهی فرآیندهای کاری وجود دارد، که در آن حتی بدون فشرده‌سازی قوی اولیه شارژ تازه مخلوط کاری، می‌توان به مقادیر بازده خوبی حتی با یک طراحی بسیار ابتدایی یک نمونه موتور اتمسفر اتو مدل 1864 با بازده 15 درصد است.
3) - می توان یک موتور احتراق داخلی بسیار کارآمد ایجاد کرد که در آن فرآیندهای احتراق یک بار تازه از مخلوط کاری و ایجاد یک سیال کاری با پارامترهای بالا با فشرده سازی طبیعی بار سوزان رخ می دهد. به دلیل خود نیروهای احتراقتحت شرایط یک محفظه احتراق با حجم ثابت. علاوه بر این، فرآیند پیش فشرده سازی به مقادیر بالا (20-30 اتمسفر) که برای موتورهای پیستونی مدرن معمول است، مستلزم صرف مقدار قابل توجهی انرژی موتور و استفاده از قطعات عظیم، حجیم و سنگین است.
در این حالت، سهم اصلی در دستیابی به راندمان بالا توسط پارامتر بزرگ حجم انبساط (سکته کاری طولانی) انجام می شود که به طور قابل توجهی بزرگتر از حجم تراکم خواهد بود.

این دقیقاً موتور است، که نیازی به پیش فشرده سازی پرهزینه و دست و پا گیر شارژ جدید مخلوط کاری با ارزش بالا ندارد، نویسنده این مقاله در حال حاضر در حال ایجاد آن است. در این موتور فشرده سازی اولیه تا مقادیر کم انجام می شود و فشرده سازی اصلی شارژ مخلوط کاری در یک محفظه احتراق با حجم ثابت به دلیل نیروهای مرحله اول خود احتراق رخ می دهد. در حالت ایده آل، این احتراق انفجاری خواهد بود: فلاش - انفجار. در مرحله بعد، سیال کاری با فشار بالا تا پایان ظرفیت خود در بخش گسترش حجم زیاد گسترش خواهد یافت.

ضریب کارایی (کارایی)مشخصه عملکرد سیستم در رابطه با تبدیل یا انتقال انرژی است که با نسبت انرژی مفید مصرفی به کل انرژی دریافتی سیستم تعیین می شود.

بهره وری- یک کمیت بدون بعد که معمولاً به صورت درصد بیان می شود:

ضریب عملکرد (بازده) یک موتور حرارتی با فرمول تعیین می شود: که در آن A = Q1Q2 است. راندمان حرارتیموتور همیشه کمتر از 1 است.

چرخه کارنویک فرآیند گاز دایره‌ای برگشت‌پذیر است که شامل دو فرآیند همدما و دو فرآیند آدیاباتیک به‌طور متوالی است که با سیال کار انجام می‌شود.

یک چرخه دایره ای، که شامل دو ایزوترم و دو آدیابات است، با حداکثر بازده مطابقت دارد.

مهندس فرانسوی سادی کارنو در سال 1824 فرمول حداکثر راندمان یک موتور حرارتی ایده آل را به دست آورد که در آن سیال کار یک گاز ایده آل است که چرخه آن از دو ایزوترم و دو آدیابات یعنی چرخه کارنو تشکیل شده است. چرخه کارنو چرخه واقعی کار یک موتور حرارتی است که به دلیل گرمای وارد شده به سیال عامل در یک فرآیند همدما کار را انجام می دهد.

فرمول راندمان چرخه کارنو، یعنی حداکثر بازده یک موتور حرارتی، به شکل زیر است: ، که در آن T1 دمای مطلق بخاری است، T2 دمای مطلق یخچال است.

موتورهای حرارتی- اینها ساختارهایی هستند که در آنها انرژی حرارتی به انرژی مکانیکی تبدیل می شود.

موتورهای حرارتی هم از نظر طراحی و هم از نظر هدف متنوع هستند. اینها عبارتند از موتورهای بخار، توربین های بخار، موتورهای احتراق داخلی و موتورهای جت.

با این حال، با وجود تنوع، اصولاً عملکرد موتورهای حرارتی مختلف دارای ویژگی های مشترک است. اجزای اصلی هر موتور حرارتی عبارتند از:

• بخاری؛
• سیال کار؛
• یخچال

بخاری انرژی حرارتی را آزاد می کند، در حالی که سیال کاری را که در محفظه کار موتور قرار دارد گرم می کند. سیال کار می تواند بخار یا گاز باشد.

با پذیرش مقدار گرما، گاز منبسط می شود، زیرا فشار آن بیشتر از فشار خارجی است و پیستون را حرکت می دهد و کار مثبت تولید می کند. همزمان فشار آن کاهش یافته و حجم آن افزایش می یابد.

اگر گازی را فشرده کنید، از همان حالات عبور می کند، اما در جهت عکس، سپس ما همین کار را انجام خواهیم داد قدر مطلق، اما کار منفی. در نتیجه، تمام کار در هر چرخه صفر خواهد بود.

برای اینکه کار یک موتور حرارتی با صفر متفاوت باشد باید کار فشرده سازی گاز باشد کار کمترپسوندها

برای اینکه کار تراکم کمتر از کار انبساط شود، لازم است که فرآیند فشرده سازی در دمای پایین تری انجام شود، برای این کار باید سیال کار خنک شود، به همین دلیل است که یخچال در طرح گنجانده شده است از موتور حرارتی سیال عامل در تماس با یخچال گرما را به یخچال منتقل می کند.