بهره گیری از موتور استرلینگ به منظور بهبود عملکرد و مصرف سوخت یک موتور احتراق داخلی از طریق بازیابی حرارت گازهای خروجی

از مجموع انرژی تولید شده در موتورهای احتراق داخلی در بهترین حالت حدود ۳۰ تا ۴۰ درصد به کار مکانیکی مفید تبدیل می­شود و مابقی از طریق گازهای خروجی و سیستم­های خنک­کاری موتور به محیط اطراف منتقل می­شود. بازیابی حرارت خروجی از اگزوز موتورهای احتراق داخلی می­تواند به عنوان یک راه حل برای رفع این مشکل درنظر  گرفته شود. در پژوهش پیش­رو، مدلسازی یک موتور استرلینگ برای بازیابی حرارتی موتور احتراق داخلی با استفاده از روش مرتبه دوم انجام می­­شود. در روش مذکور مدلسازی با فرض انجام فرایندها به صورت آدیاباتیک و دخیل کردن عملکرد واقعی مبدل­های حرارتی، مقاومت جریان عبوری، انتقال حرارت دیواره ها، اثر شاتل، هیسترزی و نشت سیال عامل شرایط عملکرد واقعی موتور استرلینگ GPU-۳ شبیه ساز می­گردد. برای این کار از یک الگوریتم حل اختصاصی استفاده می­شود. به منظور استفاده از موتور استرلینگ برای بازیابی حرارتی موتور احتراق داخلی، فرض استفاده از کولر موتور استرینگ در مسیر سیال خنک کننده موتور احتراق داخلی و هیتر موتور استرلینگ در مسیر دودهای خروجی ناشی از احتراق موتور احتراق داخلی درنظر گرفته می­شود. تغییرات دما و دبی جرمی دود خروجی از موتور احتراق داخلی در سرعت­های مختلف، تغییرات عملکرد موتور استرلینگ را موجب می­شود. موتور استرلینگ در حالت بیشینه، قابلیت افزودن توان ۱۰ تا ۵/۸ اسب بخار و گشتاور ۲۰ تا ۲۲  نیوتن متر در دروهای ۱۰۰۰ تا ۶۰۰۰ دور بر دقیقه موتور به احتراق داخلی را دارا می­باشد. این افزایش توان در شرایطی که هیچ سوخت اضافه­ای سوزانده نشده است، باعث کاهش شاخص مصرف سوخت ویژه ترمزی از ۳/۴۶% تا ۳/۸% می­شود. همچنین با استفاده از موتور استرلینگ در شرایط مختلف کاری علاوه بر افزایش گشتاور موتور احتراق داخلی، می­توان برخی از افت­های گشتاوری در دورهای ابتدایی و انتهایی موتور احتراق داخلی و نوسانات گشتاور در دورهای میانی موتور احتراق داخلی را به خوبی اصلاح نمود.

Keywords:

Heat recovery , Stirling engine , Second order analysis , Adiabatic model , Hybrid of Stirling engine and internal combustion engine , بازیابی حرارت خروجی , موتور استرلینگ , تجزیه و تحلیل مرتبه دوم , مدل آدیاباتیک , ترکیب موتور استرلینگ و موتور احتراق داخلی