الكفاءة الحرارية لمحركات الديزل .

[anwaralsharrad]

الكفــــــــــــــاءة الحراريـــــــــــــة لمحركـــــــــــــات الديــــــــــــــــزل​

في الديناميكا الحرارية thermodynamics ، توصف الكفاءة الحرارية بأنها مقياس لأداة لابعدية تستخدم الطاقة الحرارية كما في محرك الاحتراق الداخلي لتوليد الطاقة الكهربائية والميكانيكية . والمصطلح يشير ببساطة إلى العلاقة بين الطاقة الكلية المحتوية والكامنة في الوقود ، وحجم الطاقة المستخدمة لأداء وانجاز عمل مفيد . ولمزيد من التوضيح حول هذه الجزئية نقول إن المحركات الحرارية تحول الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية أو عمل ، لكنهم عادة لا يستطيعون انجاز هذه المهمة بشكل مثالي ، حيث أن بعض طاقة الحرارة المدخلة سوف لن تحول إلى عمل كما هو مفترض ، لكنها سوف تبدد وتشتت كحرارة مهدرة ومهملة نحو المحيط الخارجي لبيئة التشغيل . هكذا فإن الكفاءة الحرارية لمحرك حراري هي النسبة المئوية من طاقة الحرارة heat energy التي تحول وتوجه إلى عمل منجز . وعدم الكفاءة هذه يمكن أن تنسب في بعض أسبابها إلى توفر أنواع معينة من المحركات لها حدود ومستويات منخفضة من الكفاءة بسبب عملية أو قابلية عدم الانعكاس irreversibility (لا يمكن إتمامها في الاتجاه العكسي) المتأصلة والمتلازمة لدورة المحرك المستخدم . سبب آخر يرجع للسلوك غير المتماثل للمحركات الطبيعية ، مثل الاحتكاك الميكانيكي mechanical friction والخسارة أو الفقدان خلال عمليات الاحتراق ، حيث تتسبب هذه في خسارة أكثر لعامل الكفاءة . على أية حال ودون الدخول في تفاصيل ميكانيكية ، محركات الديزل عملياً لها كفاءة أكثر لنحو 30-35% من نظيرتها محركات البنزين ، وذلك بسبب أن الوقود لا يقدم أو يقحم إلى حجرة الاحتراق حتى يكون مطلوباً لعملية الاشتعال .

المصدر ..
http://defense-arab.comdefense-arab...nse-arab.comdefense-arab.comdefense-arab.com/​

 

[محمد_نبيل]

شكرا على الموضوع يا أستاذ أنور. كنت دائما أقرأ فى المنتديات العسكرية أن محرك الابرامز "غازى توربينى" وأن هذا عيبه أنه شره فى استهلاك الوقود لكنه يحقق تسارع أكبر, لكن عندما بحثت الآن فوجئت بشىء غريب بالنسبة لى وهو أنه ممكن يعمل بأنواع مختلفة من الوقود كالديزل والكيروسين والبنزين ووقود الطائرات.

 

[سيف-الحق]

موضوع ممتاز ٫٫٫ حقا إنّ المحرّكات تعتبر أهمّ عنصر في أي آلية و بالأخص في الدبابات ٫٫ فكفاءة المحرّك تلعب دورا حاسما في أداء الدبابة ٫٫٫ إضافة على كلامك فإن المصمّمين لهم أفكار و إنجازات للتّقليل من فقد طاقة الوقود على شكل حرارة ٫٫ أهمّها و أكثرها عمليّة هي الشّاحن التوريني (TURBO CHARGER) الذي يقوم بسحب الغاز العادم من المحرّك و استغلال ضغطه في تدوير توربينة تقوم بدورها بسحب الهواء من الجو و ضغطه بقوّة كبيرة مباشرة إلى نظام وقود المحرّك و بهذا تكون نسبة من الطاقة المفقودة عبر العادم قد تمّ استرجاعها عبر التوربينة ٫٫ رغم كفاءتها الكبيرة لكنّها لا تستخلص كامل الطّاقة الحرارة و تبقى حرارة كبيرة تهدر عبر العادم ٫٫٫ هناك تقنية جديدة تعتمد نفس المبدأ تقريبا لكن بكفاءة أعلى حيث أنّ الغاز العادم يقوم بتغذية نظام تروبينات مستقل يستخلص أغلب الطّاقة منه و يحوّلها إلى حركة يتم استغلالها بطريقتين ٫٫ إمّا بربطها بعمود إدارة متّصل مباشرة بصندوق تروس الآلية ٫٫ أو بربطها بمولّد كهربائي يقو بتحويل تلك الحركة إلى تيار كهربائي يتم إستخدامه إمّا لتشغير محرّك كهربائي يعزّز المحرّك الأصلي أو لشحن نظام بطاريات يتم إستخدامه فيما بعد ٫٫ لكن هذه التقنية الأخيرة يتم إستخدامها في السّفن فقط لأنّ هذا النظام التوربيني كبير جدا لا يصلح للعمل على الآليات الصغيرة

 

[anwaralsharrad]

شكرا على الموضوع يا أستاذ أنور. كنت دائما أقرأ فى المنتديات العسكرية أن محرك الابرامز "غازى توربينى" وأن هذا عيبه أنه شره فى استهلاك الوقود لكنه يحقق تسارع أكبر, لكن عندما بحثت الآن فوجئت بشىء غريب بالنسبة لى وهو أنه ممكن يعمل بأنواع مختلفة من الوقود كالديزل والكيروسين والبنزين ووقود الطائرات.

نعم صحيح .. المحرك قادر على استخدام تشكيلة من أنواع الوقود بالإضافة للديزل والبنزين ، بما في ذلك الكيروسين والوقود النفاث الخاص بالطائرات JP-4 وJP-8 والديزل الخاص بالاستخدامات البحرية .. المحرك AGT-1500 يوفر للدبابة أبرامز سرعة انطلاق وتسارع عالية ، تبلغ من 0 وحتى 32 كلم/س خلال فقط 7.2 ثانية . كما أن نظام نقل الحركة الأوتوماتيكي من نوع X1100-3B يوفر سرعة تنقل مرتفعة للدبابة ، تبلغ 72 كلم/س على الطرق المعبدة ، و48 كلم/س على الطرق الريفية . كما يستطيع توفير سرعة ثابتة تبلغ 100 كلم/س على الأراضي جيدة التعبيد .

 

[anwaralsharrad]

موضوع ممتاز ٫٫٫ حقا إنّ المحرّكات تعتبر أهمّ عنصر في أي آلية و بالأخص في الدبابات ٫٫ فكفاءة المحرّك تلعب دورا حاسما في أداء الدبابة ٫٫٫ إضافة على كلامك فإن المصمّمين لهم أفكار و إنجازات للتّقليل من فقد طاقة الوقود على شكل حرارة ٫٫ أهمّها و أكثرها عمليّة هي الشّاحن التوريني (TURBO CHARGER) الذي يقوم بسحب الغاز العادم من المحرّك و استغلال ضغطه في تدوير توربينة تقوم بدورها بسحب الهواء من الجو و ضغطه بقوّة كبيرة مباشرة إلى نظام وقود المحرّك و بهذا تكون نسبة من الطاقة المفقودة عبر العادم قد تمّ استرجاعها عبر التوربينة ٫٫ رغم كفاءتها الكبيرة لكنّها لا تستخلص كامل الطّاقة الحرارة و تبقى حرارة كبيرة تهدر عبر العادم ٫٫٫ هناك تقنية جديدة تعتمد نفس المبدأ تقريبا لكن بكفاءة أعلى حيث أنّ الغاز العادم يقوم بتغذية نظام تروبينات مستقل يستخلص أغلب الطّاقة منه و يحوّلها إلى حركة يتم استغلالها بطريقتين ٫٫ إمّا بربطها بعمود إدارة متّصل مباشرة بصندوق تروس الآلية ٫٫ أو بربطها بمولّد كهربائي يقو بتحويل تلك الحركة إلى تيار كهربائي يتم إستخدامه إمّا لتشغير محرّك كهربائي يعزّز المحرّك الأصلي أو لشحن نظام بطاريات يتم إستخدامه فيما بعد ٫٫ لكن هذه التقنية الأخيرة يتم إستخدامها في السّفن فقط لأنّ هذا النظام التوربيني كبير جدا لا يصلح للعمل على الآليات الصغيرة

نعم أخي الكريم .. الشاحن التوربيني (أو النفاث كما في اللهجة العامية) ، هو عبارة عن أداة تستخدم الحث الجبري لضغط الهواء إلى محرك الاحتراق الداخلي لينتج عنه بعد ذلك قدره حصانيه أعظم لحجم محرك معطى . فأثناء عمل محركات الاحتراق الداخلي التقليدية ، يتم سحب الهواء خلال أحد الأشواط عن طريق خفض المكبس وتوسيع الحجم المتاح داخل الأسطوانة مما يخلق منطقه ضغط منخفض low-pressure area . مقدار الهواء المستنشق والداخل في الأسطوانة حقيقة لا يكتمل ضغطه إلى مستوى مرتفع لقصر الوقت ، مما يخفض عملياً من الكفاءة الحجمية volumetric efficiency للماكينة التي تعمل بدورة مكونة من أربعة مراحل أو أشواط ، وهنا يأتي دور الشاحن التوربيني في تحسين كفاءة المحرك الحجمية بزيادة كثافة وضغط الهواء المستقطب إلى الاسطوانة في كل شوط سحب . الفرق بين الشاحن التوربيني turbocharger ومعزز الشحن supercharger يكمن في أن هذا الأخير يدور ويشتغل ميكانيكيا بواسطة حزام أو ترس متصل بعمود المرفق ، بينما الشاحن التوربيني يدور بتأثير غازات العادم وبالاستفادة من طاقتها . الميزة الرئيسة التي تحسب للشاحن التوربيني تشمل زيادة كفاءة الوقود fuel efficiency ، أو بمعنى أدق تحويل الطاقة الكيميائية الكامنة في محتوى مادة الوقود إلى طاقة أو عمل حركي . وهذه منجزة باستعادة الطاقة المهدرة والمبددة من العادم وإدخالها وتغذيتها للمحرك من جديد . باستعمال هذه الطاقة الضائعة عادة لزيادة كتلة الهواء ، فإنه يصبح من السهل ضمان أن كامل الوقود سوف يحترق قبل أن يصرف vented عند مباشرة شوط العادم (درجة الحرارة المتزايدة من الضغط المرتفع تعطي كفاءة أعلى) .

 

[الفريد]

موضوع ممتاز ٫٫٫ حقا إنّ المحرّكات تعتبر أهمّ عنصر في أي آلية و بالأخص في الدبابات ٫٫ فكفاءة المحرّك تلعب دورا حاسما في أداء الدبابة ٫٫٫ إضافة على كلامك فإن المصمّمين لهم أفكار و إنجازات للتّقليل من فقد طاقة الوقود على شكل حرارة ٫٫ أهمّها و أكثرها عمليّة هي الشّاحن التوريني (TURBO CHARGER) الذي يقوم بسحب الغاز العادم من المحرّك و استغلال ضغطه في تدوير توربينة تقوم بدورها بسحب الهواء من الجو و ضغطه بقوّة كبيرة مباشرة إلى نظام وقود المحرّك و بهذا تكون نسبة من الطاقة المفقودة عبر العادم قد تمّ استرجاعها عبر التوربينة ٫٫ رغم كفاءتها الكبيرة لكنّها لا تستخلص كامل الطّاقة الحرارة و تبقى حرارة كبيرة تهدر عبر العادم ٫٫٫ هناك تقنية جديدة تعتمد نفس المبدأ تقريبا لكن بكفاءة أعلى حيث أنّ الغاز العادم يقوم بتغذية نظام تروبينات مستقل يستخلص أغلب الطّاقة منه و يحوّلها إلى حركة يتم استغلالها بطريقتين ٫٫ إمّا بربطها بعمود إدارة متّصل مباشرة بصندوق تروس الآلية ٫٫ أو بربطها بمولّد كهربائي يقو بتحويل تلك الحركة إلى تيار كهربائي يتم إستخدامه إمّا لتشغير محرّك كهربائي يعزّز المحرّك الأصلي أو لشحن نظام بطاريات يتم إستخدامه فيما بعد ٫٫ لكن هذه التقنية الأخيرة يتم إستخدامها في السّفن فقط لأنّ هذا النظام التوربيني كبير جدا لا يصلح للعمل على الآليات الصغيرة

النصف الأخير من مشاركتك كانك تتحدث عن سيارات ذات المحركات الهجينة (وقود+ كهرباء 'جزء من كهرباء يتولد من محرك الوقود أثناء الحركة')

 

[سيف-الحق]

نعم أخي الكريم .. الشاحن التوربيني (أو النفاث كما في اللهجة العامية) ، هو عبارة عن أداة تستخدم الحث الجبري لضغط الهواء إلى محرك الاحتراق الداخلي لينتج عنه بعد ذلك قدره حصانيه أعظم لحجم محرك معطى . فأثناء عمل محركات الاحتراق الداخلي التقليدية ، يتم سحب الهواء خلال أحد الأشواط عن طريق خفض المكبس وتوسيع الحجم المتاح داخل الأسطوانة مما يخلق منطقه ضغط منخفض low-pressure area . مقدار الهواء المستنشق والداخل في الأسطوانة حقيقة لا يكتمل ضغطه إلى مستوى مرتفع لقصر الوقت ، مما يخفض عملياً من الكفاءة الحجمية volumetric efficiency للماكينة التي تعمل بدورة مكونة من أربعة مراحل أو أشواط ، وهنا يأتي دور الشاحن التوربيني في تحسين كفاءة المحرك الحجمية بزيادة كثافة وضغط الهواء المستقطب إلى الاسطوانة في كل شوط سحب . الفرق بين الشاحن التوربيني turbocharger ومعزز الشحن supercharger يكمن في أن هذا الأخير يدور ويشتغل ميكانيكيا بواسطة حزام أو ترس متصل بعمود المرفق ، بينما الشاحن التوربيني يدور بتأثير غازات العادم وبالاستفادة من طاقتها . الميزة الرئيسة التي تحسب للشاحن التوربيني تشمل زيادة كفاءة الوقود fuel efficiency ، أو بمعنى أدق تحويل الطاقة الكيميائية الكامنة في محتوى مادة الوقود إلى طاقة أو عمل حركي . وهذه منجزة باستعادة الطاقة المهدرة والمبددة من العادم وإدخالها وتغذيتها للمحرك من جديد . باستعمال هذه الطاقة الضائعة عادة لزيادة كتلة الهواء ، فإنه يصبح من السهل ضمان أن كامل الوقود سوف يحترق قبل أن يصرف vented عند مباشرة شوط العادم (درجة الحرارة المتزايدة من الضغط المرتفع تعطي كفاءة أعلى) .

 

[anwaralsharrad]

موضوع ممتاز ٫٫٫ حقا إنّ المحرّكات تعتبر أهمّ عنصر في أي آلية و بالأخص في الدبابات ٫٫ فكفاءة المحرّك تلعب دورا حاسما في أداء الدبابة ٫٫٫ إضافة على كلامك فإن المصمّمين لهم أفكار و إنجازات للتّقليل من فقد طاقة الوقود على شكل حرارة ٫٫ أهمّها و أكثرها عمليّة هي الشّاحن التوريني (TURBO CHARGER) الذي يقوم بسحب الغاز العادم من المحرّك و استغلال ضغطه في تدوير توربينة تقوم بدورها بسحب الهواء من الجو و ضغطه بقوّة كبيرة مباشرة إلى نظام وقود المحرّك و بهذا تكون نسبة من الطاقة المفقودة عبر العادم قد تمّ استرجاعها عبر التوربينة ٫٫

مع ذلك فإن من المفيد التوضيح أن محركات الشحن التوربيني في الأساس عبارة عن مكائن ذات سرع متواصلة ومضطردة constant speed ، فهم لا يستطيعون توفير نفس الأداء الفعال على قدم المساواة خلال تشكيلة واسعة من السرعات التي تشتغل محركات الدبابات وتعمل ضمنها . فقد تبين أنه من الصعب معها الحصول على مستوى كافي من ضغط التعزيز boost pressure في سرع المحرك المنخفضة ، عندما طاقة غازات العادم تكون مقللة (نتيجة عمل الشاحنات التوربينية في السرعة المتدنية) . بالنتيجة ، الضغط الفعال متوسط الكبح، ولذا عزم المحرك engine torque يمكن أن يكون منخفض نسبياً خلال سرعة المحرك المتدنية . علاوة على ذلك ، تعجيل وتسارع المحرك متأثر عكسيا بالقصور الذاتي للشاحن التوربيني . بالنتيجة ، استجابة وتجاوب المحركات ذات الشحن التوربيني عموما تكون أدنى وأقل من تلك المتحصلة في المحركات المتنفسة طبيعياً naturally aspirated (محركات الاحتراق الداخلي التي تعتمد على الضغط الجوي لحث الهواء على الدخول لغرفه الاحتراق على نقيض المحركات ذات الشواحن التي تعمل على ضغط كتله الهواء وحثها إجبارياً داخل غرفه الاحتراق بكميه أكبر) أو حتى من المحركات معززة الشحن superchargers المدارة ميكانيكياً .

 

[سيف-الحق]

النصف الأخير من مشاركتك كانك تتحدث عن سيارات ذات المحركات الهجينة (وقود+ كهرباء 'جزء من كهرباء يتولد من محرك الوقود أثناء الحركة')

ربّما يتشابهان في تخزين الطّاقة على شكل كهرباء في بطاريات خاصّة يتم إستخدامها فيما بعد لتشغيل المحرّكات الكهربائية ٫٫٫ لكن التقنية ككل مختلفة ٫٫ التوربينات التي تحملها السّفن معقّدة جدا و كبيرة الحجم مهمّتها استخلاص أغلب الطّاقة من الغاز العادم و إعادتها على شكل كهرباء أو طاقة حركيّة و هي تعمل بالتوازي مع محرّكات الديزل طبعا

 

[سيف-الحق]

مع ذلك فإن من المفيد التوضيح أن محركات الشحن التوربيني في الأساس عبارة عن مكائن ذات سرع متواصلة ومضطردة constant speed ، فهم لا يستطيعون توفير نفس الأداء الفعال على قدم المساواة خلال تشكيلة واسعة من السرعات التي تشتغل محركات الدبابات وتعمل ضمنها . فقد تبين أنه من الصعب معها الحصول على مستوى كافي من ضغط التعزيز boost pressure في سرع المحرك المنخفضة ، عندما طاقة غازات العادم تكون مقللة (نتيجة عمل الشاحنات التوربينية في السرعة المتدنية) . بالنتيجة ، الضغط الفعال متوسط الكبح، ولذا عزم المحرك engine torque يمكن أن يكون منخفض نسبياً خلال سرعة المحرك المتدنية . علاوة على ذلك ، تعجيل وتسارع المحرك متأثر عكسيا بالقصور الذاتي للشاحن التوربيني . بالنتيجة ، استجابة وتجاوب المحركات ذات الشحن التوربيني عموما تكون أدنى وأقل من تلك المتحصلة في المحركات المتنفسة طبيعياً naturally aspirated (محركات الاحتراق الداخلي التي تعتمد على الضغط الجوي لحث الهواء على الدخول لغرفه الاحتراق على نقيض المحركات ذات الشواحن التي تعمل على ضغط كتله الهواء وحثها إجبارياً داخل غرفه الاحتراق بكميه أكبر) أو حتى من المحركات معززة الشحن superchargers المدارة ميكانيكياً .

نعم ٫٫ كلامك صحيح ٫٫ السوبر شارجر له أداء ثابت مع كل سرعات دورات المحرّك لأنّ التوربينة أصلا تدور ميكانيكيا مع عمود إدارة المحرّك ٫٫ توج أنواع أخرى من السوبر شارجر تستخد محرّك كهربائي لإدارة التوربينة و أداؤها ممتز و أكثر ثباتا ٫٫٫ امّا التربو شارجر التقليدي المعتمد على ضغط الغاز العادم فميزته البساطة في التصميم رغم كفائته المتدنيّة عند السرعات المنخفضة كما ذكرت أنت سابقا

 

[morocco-empire]

نعم ٫٫ كلامك صحيح ٫٫ السوبر شارجر له أداء ثابت مع كل سرعات دورات المحرّك لأنّ التوربينة أصلا تدور ميكانيكيا مع عمود إدارة المحرّك ٫٫ توج أنواع أخرى من السوبر شارجر تستخد محرّك كهربائي لإدارة التوربينة و أداؤها ممتز و أكثر ثباتا ٫٫٫ امّا التربو شارجر التقليدي المعتمد على ضغط الغاز العادم فميزته البساطة في التصميم رغم كفائته المتدنيّة عند السرعات المنخفضة كما ذكرت أنت سابقا

الحل هو turbocharger variable geometry

 

[anwaralsharrad]

الحل هو turbocharger variable geometry

بالتأكيد أخي ، الشاحن التوربيني ذو الهندسة المتغيرة عرض وطبق كأحد حلول المشكلة .. فجراء عدم قابلية الشاحنات التوربينية ذات الهندسة الثابتة البسيطة simple fixed-geometry على تأمين مستوى ملائم من ضغط التعزيز والتنشيط على مدى جميع مراحل سرعات المحرك ، والذي ظهرت نتائجه إما في عزم الدوران المخفض نسبياً عند السرعات المقللة ، أو في القوة المقيدة والمحددة في السرعة المرتفعة ، فقد أمكن لاحقاً الالتفاف على نواحي القصور والتقييد هذه باستعمال شاحنات توربينية ذات هندسة متغيرة variable geometry ، والتي بشكل عام هي مجموعة أو مزيج من المكائن التوربينية ذات الهندسة الثابتة التي تستعمل الصمامات المتحركة لتحسين الكفاءة والفاعلية عند متطلبات الأداء المختلفة ، بالإضافة لأدوات أخرى مثل المراوح المتحركة ذات الزوايا المتغيرة لتنظيم عملية التدفق . وبينما ساعدت هذه الخطوة نحو الحفاظ على ضغط فعال متوسط الكبح وبالنتيجة على مستوى عزم دوران مرتفع في كلاً من سرعات المحرك المرتفعة والمنخفضة ، إلا أنهم في المقابل قدموا المزيد من تعقيدات التصميم !! بالمناسبة ، شاحنات توربينية ذات هندسة متغيرة طورت في منتصف السبعينات لصالح نسخة تجريبية من محرك الديزل Teledyne Continental AVCR-1360 ، ورفعت ناتجة من 1500 إلى 1750 حصان . كما ساهمت طريقة أخرى بديلة في زيادة الضغط الفعال متوسط الكبح وكذلك عزم الدوران في سرعات المحرك المنخفضة ، واعتمدت هذه على استخدام نافخ إزاحة إيجابي positive displacement blower (مدعو أيضاً باسم Roots blowers وهو عبارة عن مضخة دائرية للإزاحة الجانبية . هي مستخدمة كثيراً في معززات شحن المحركات ، حيث يتم قيدها مباشرة مع عمود مرفق المحرك عن طريق حزام متصل) بإدارة ميكانيكية مع شاحن توربيني بسيط .

 

[morocco-empire]

هناك أيضا خيار بيتوربو biturbo
توربو صغير يعمل في low RPM وا توربو كبير يعمل في high rpm