عنوان: موتورهاي هيدروژني Hydrogen Internal Combustion Engine، مهندسي مکانیک

رشته:  پروژه پایانی دوره کارشناسی‌،مهندسی مکانيک 

فرمت فایل: WORD (قابل ویرایش)

تعداد صفحه: 13

شامل فایل پاورپوینت ppt در 27 اسلاید

اهداف
– خصوصيات احتراقي هيدروژن كه مربوط مي شود به استفاده اش به عنوان يك سوخت احتراقي.
– نسبت هوا به سوخت مخلوطهاي هيدروژن و چگونگي مقايسه آن با ديگر سوخت ها.
– انواع مشكلات خود اشتعالي كه در موتورهاي هيدروژني اتفاق مي افتد.
– انواع سيستم هاي جرقه كه ممكن است با موتورهاي احتراق داخلي هيدروژني استفاده شود.
– نتايج تهويه محفظه لنگ كه به هيدروژن مورد استفاده در يك موتور احتراق داخلي وابسته است.
– بازده حرارتي موتور هيدروژني.
– انواع آلودگي هايي كه با موتور هيدروژني همراه هستند.
– قدرت خروجي موتور هيدروژني.
– تاثير مخلوط شدن هيدروژن با ديگر سوخت هاي هيدروكربوري.

خصوصيات احتراقي هيدروژن
• محدوده وسيع قابليت احتراق
• انرژي مشتعل شدن كم
• ضخامت كم لايه خاموش شدن(quench )
• دماي خودسوزي بالا (اكتان زياد )
• سرعت سوختن زياد در نسبت استوكيو متريك
• ضريب پخش زياد
• چگالي خيلي كم

• محدوده وسيع قابليت اشتعال
هيدروژن در مقايسه با ديگر سوخت ها محدوده وسيعي در قابليت اشتعال دارد . يعني موتور ميتواند در نسبت هاي مختلفي از مخلوطهاي هوا به سوخت كار كند. يك مزيت مهم آناين است كه هيدرژن مي تواند در يك مخلوط رقيق هم روشن باشد. اين همان علت آن ست كه موتور هيدروژني واقعا به آساني روشن مي شود.
• انرژي مشتعل شدن كم
هيدروژن انرژي مشتعل شدن كمي دارد. ميزان انرژي مورد احتياج براي مشتعل شدن هيدروژن حدودا يك مرتبه بزرگي كمتر از بنزين است. اين موتور هيدروژني را توانا مي كند تا در مخلوطهاي رقيق روشن شود و روشن شدن سريع را اطمينان دهد.
• ضخامت كم لايه خاموش شدن(quench )
هيدروژن ضخامت لايه خاموش شدن كمي دارد ،كمتر از بنزين. در نتيجه ، شعله هاي هيدروژن نسبت به سوخت هاي ديگر قبل از اينكه خاموش شوند به ديواره سيلندر نزديكتر مي شوند. بنابراين يك شعله هيدروژن سخت تر از بنزين خاموش مي شود.
• دماي خودسوزي بالا (اكتان زياد )
هيدروژن دماي خود سوزي نسبتا بالايي دارد. اين وقتي مخلوط سوخت و هوا فشرده مي شود مهني خيلي مهمي دارد . در واقع ، دماي خود سوزي يك فاكتور مهم در تعيين نسبت تراكمي كه موتور ميتواند استفاده كند است ، چون ميزان بالا رفتن دما هنگام تراكم به نسبت تراكم مربوط مي شود.
• سرعت سوختن زياد در نسبت استوكيو متريك
تحت شرايط استوكيو متريك، سرعت سوختن هيدروژن تقريبا يك مرتبه بزرگي بزرگتر از بنزين است . اين به اين معني است كه موتورهاي هيدروژني به سيكل ايده آل ترموديناميكي نزديكتر هستند . در مخلوطهاي رقيق تر ، هر چند ، سرعت شعله به طور چشمگيري كم مي شود.
• ضريب پخش زياد
اين توانايي پراكنده شدن در هوا به طور قابل توجهي بزرگتر از بنزين است و اين مزيت است ، به دو دليل اصلي: اولا ، آن تشكيل تشكيل مخلوط يكنواخت را آسان مي كند. ثانيا، اگر نشتي هيدروژن اتفاق بيفتد ، هيدروژن به سرعت پراكنده مي شود . از اين رو ، خطر انفجار مي تواند كم يا جلوگيري شود .
• چگالي خيلي كم
اين دو عيب را در موقعي كه در موتورهاي احتراق داخلي استفاده مي شود بوجود مي آيد: اولا ، حجم زيادي براي ذخيره سازي هيدروژن كافي نياز است تا به خودرو محدوده لازم حركت را بدهد. ثانيا ، چگالي انرژي مخلوط هيدروژن-هوا ، و بنابراين قدرت خروجي كم مي شود .

نسبت هوا به سوخت
محاسبات نشان مي دهد كه نسبت شيميايي يا استوكيو متريك هوا به سوخت براي احتراق كامل هيدروژن در هوا از نظر جرمي حدود 34:1 است . اين خيلي بزرگتر از نسبت هوا به سوخت بنزين ( 14.7:1) است.
چون هيدروژن در شرايط معمولي گازي است ، از يك سوخت مايع فضاي بيشتري در اتاقك احتراق اشغال مي كند . در نتيجه فضاي كمتري از اتاقك احتراق مي تواند توسط هوا پر شود . در شرايط استوكيومتريك ، هيدروژن حدودا 30% فضاي اتاقك احتراق را مي گيرد. در مقايسه ، بنزين حدودا 1 تا 2 درصد است . شكل زير حجم هاي مختلف را براي اتاقك احتراق و انرژي را براي موتورهاي بنزيني و هيدروژني مقايسه مي كند.

مشكل احتراق پيش رس و راه حل آن
مشكل اوليه كه در تكميل عملكرد موتورهاي هيدروژني با آن برخورد مي شود ، احتراق پيش رس است . اين مشكل در موتورهاي هيدروژني كه احتراق جرقه اي هستند بسيار بزرگتر از موتورهاي احتراق تراكمي هيدروژني است ، به دلايل : انرژي مشتعل شدن كم و محدوده وسيعتر قابليت اشتعال و كم بودن ضخامت لايه خاموش شدن هيدروژن .
احتراق پيش رس وقتي اتفاق مي افتد كه مخلوط در اتاقك احتراق قبل از روشن شدن بوسيله شمع ، روشن شود . و روشن شدن سخت موتور را در يك بازدهي منفي منتج شود . شرايط بازگشت شعله به منيفولد ورودي ( backfire ) نيز ميتواند ايجاد شود ، اگر ، احتراق پيش رس نزديك سوپاپ ورودي اتفاق بيفتد و شعله حاصل در داخل سيستم مكش برگردد.
يك تعدا از مطالعات در جهت تعيين علت احتراق پيش رس در موتورهاي هيدروژني بودهاند. بعضي از نتايج اشاره مي كنند كه احتراق پيش رس بوسيله نقاط داغ در اتاقك احتراق ناشي مي شود ، مثل روي يك شمع يا سوپاپ خروجي يا روي رسوبات كربن . مطالعات دوباره نشان داده اند كه برگشت شعله ميتواند وقتي كه حالت قيچي كردن سوپاپ هاست ( overlap) اتفاق بيفتد.
همچنين اين باور است كه تفكافت (pyrolysis) ( تغيير شيميايي بوسيله حرارت ) روغن كه در اتاقك احتراق يا در درز هاي ، درست بالاي رينگ بالايي معلق مي شوند مي توانند به احتراق پيش رس كمك كنند. اين روغن تفكافت شده مي تواند از طريق دميدن از محفظه لنگ از طريق راهنماي وسوپاپ و يا از سيستم تهويه مثبت محفظه لنگ وارد اتاقك احتراق شود .

سيستم سوخت رساني
سيستم سوخت رساني هيدروژن مي تواند در سه نوع زير جدا شود: پاشش مركزي (كاربراتوري) ، پاشش در پشت سوپاپ ورودي و تزريق مستقيم.
سيستم هاي سوخت رساني پاشش مركزي و پشت سوپاپ در هنگام كورس مكش مخلوط هوا ، سوخت را تشكيل مي دهند. در مورد پاشش مركزي يا كاربراتوري ، پاشش سوخت در ورودي مانيفولد هوا است. در مورد پاشش پشت سوپاپ ، آن در دريچه وروردي تزريق مي شود.
قدرت خروجي در دو نوع قبل 85% موتور بنزيني است.
نوع تزريق مستقيم به سيلندر از نظر تكنولوژيكي پيچيده تر است و تشكيل مخلوط سوخت و هوا را داخل سيلندر احتراق بعد از اينكه سوپاپ ورود هوا بسته شده است انجام مي شود.
قدرت خروجي 115%موتور بنزيني است.