دانلود پایان نامه ارشد درمورد دمای بیشینه و بهینه‌سازی

3-7-2- اثرات طرّاحی و پارامترهای عملکردی موتور
نوع طرّاحی موتور و قطعات به‌کار رفته در آن و شرایط عملکردی موتور نقش بسیار مهمی در آلاینده‌های خروجی از موتور دارند. عواملی مانند نسبت تراکم، شکل اتاقک احتراق، هندسه‌ی پیستون و تاج آن، طراحی مجاری تنفسی و تخلیه، نسبت دنده‌ها و طرح بدنه‌ی خودرو مستقیماً بر مقدار آلاینده‌های خروجی تأثیر می‌گذارند. البته باید به این نکته نیز توجه داشت که طرح‌هایی که موجب بهبود بازده احتراق در موتور می‌شوند از لحاظ کاهش میزان آلایندگی نیز مؤثرند. کنترل اثرات طراحی و پارامترهای مهم عملکردی موتور که نقش مهمی در کنترل آلاینده‌های خروجی از موتور ایفا می‌کنند را می‌توان در عناوین زیر خلاصه کرد [32]:
اثرات پارامترهای تزریق سوخت: این پارامترها شامل تایمینگ تزریق سوخت، طول تزریق، منحنی نرخ تخلیه، فشار تزریق، تزریق پایلوت، تزریق ثانویه، تزریق چند مرحله‌ای، پیکربندی پاشش سوخت، هندسه‌ی نازل (شامل قطر، تعداد سوراخ و زاویه‌ی اسپری نازل) و کنترل‌پذیری سوخت می‌شوند.
پارامترهای مذکور در کل، بر ساختار و مشخصات اسپری از جمله توزیع اندازه‌ی قطرات، نفوذ اسپری، زاویه‌ی اسپری و در نهایت فرایند احتراق تأثیر می‌گذارند. تولید soot و NOx و سروصدای احتراق شدیداً بستگی به فرآیند احتراق دارد؛ بنابراین کنترل دقیق تزریق سوخت و تشکیل اسپری به منظور بهبود فرآیند احتراق ضروری است.
خنک‌کاری هوای ورودی: خنک‌کاری هوای ورودی به دلیل پایین آوردن دمای شارژ سیلندر باعث کاهش NOx می‌شود. همچنین به دلیل افزایش چگالی هوای ورودی و نسبت هوا به سوخت، باعث پایین آمدن آلاینده‌ی soot نیز می‌گردد [33].
اثر میزان بلندشدگی سوپاپ ورودی: شریواستاواو همکاران، از تغییرات ایجاد شده در سوپاپ ورودی برای بهینه‌سازی آلاینده‌های خروجی در موتورهای دیزل استفاده نموده‌اند [34]. مطابق نتایج آن‌ها، هنگامی نسبت چرخش افزایش می‌یابد که شتاب پیستون در حال کاهش باشد. وقتی که سرعت پیستون کاهش می‌یابد، ساختار جریان شروع به تضعیف شدن کرده و منجر به کاهش نسبت چرخش می‌شود. این نسبت با افزایش مدت زمان بازشدگی و بیشینه‌ی بلندشدگی سوپاپ به بیشترین مقدار خود رسیده و سبب تقویت ساختار جریان می‌شود. در دورهای بالا، چرخش در بالا بردن اختلاط سوخت و هوا مؤثر است. نتایج نشان داده است که افزایش در بیشینه‌ی بلندشدگی سوپاپ ورودی، سبب کاهش soot و افزایش NOx می‌شود.
اثرات هندسه‌ی تاج پیستون: هندسه‌ی تاج پیستون بر چرخش، آشفتگی و اختلاط جریان هوا با سوخت تأثیر می‌گذارد. بنابراین با طراحی بهینه‌ی هندسه‌ی تاج پیستون، می‌توان میزان تولید آلاینده‌های خروجی از موتور را به طرز چشم‌گیری کاهش داد. در شکل 3- 4، چند نمونه از معمول‌ترین تاج پیستون را برای موتورهای مختلف مشاهده می‌کنید:
شکل 3- 4: هندسه‌های مختلف برای تاج پیستون [34]
بازخورانی گازهای خروجی (EGR): مؤثرترین روش کاهش آلاینده‌های NOx، کاهش دمای احتراق در محفظه‌ی احتراق است. اگرچه این روش عملی می‌باشد، ولی باعث کاهش بازده حرارتی موتور می‌گردد. دلیل این امر را در مراحل اولیه‌ی درس ترمودینامیک این‌گونه گفته‌اند که، برای حداکثر بازده حرارتی موتور، Qin باید در بیشترین دمای ممکن به چرخه وارد شود.
3-7-3- تأثیر دور موتور، دمای هوای ورودی و میزان پاشش سوخت
همان‌گونه که قبلاً نیز توضیح داده شد، اگر دمای هوای ورودی به موتور کاهش یابد، به دلیل تأثیر در افزایش چگالی هوای ورودی و نسبت سوخت به هوا در موتور، میزان دوده نیز کاهش می‌یابد. از طرفی دمای بیشینه‌ی احتراق نیز با این عمل کاهش یافته و در نهایت میزان NOx نیز کاهش خواهد یافت. با افزایش میزان پاشش سوخت، بسته به اینکه نسبت سوخت و هوا به چه میزانی تغییر کند، میزان NOx ممکن است افزایش یا کاهش یابد امّا مقدار دوده افزایش می‌یابد. پایین آمدن دور موتور عموماً باعث افزایش زمان تأخیر در اشتعال شده، و دمای بیشینه‌ی احتراق افزایش می‌یابد. بنابراین میزان NOx تولیدی افزایش خواهد یافت [35]. در جدول 3- 4 یک جمع‌بندی کلّی از تأثیر پارامترهای مختلف بر کاهش یا افزایش آلاینده‌های NOx و soot بیان شده است.
جدول 3- 4: تغییرات آلاینده‌ها برحسب تغییرات پارامترهای مختلف موتور و سوخت آن [35]
تغییرات NOx
تغییرات Soot
تغییر پارامتر مورد نظر
کاهش
افزایش
افزایش عدد ستان سوخت
کاهش اندک
افزایش
کاهش میزان گوگرد سوخت
افزایش اندک
کاهش
استفاده از میکروجلبک ها در سوخت ورودی به اندازه‌ی بهینه