Vad är nackdelarna med en förbränningsmotor
Förbränningsmotor
En förbränningsmotor existerar enstaka motor var en bränsle reagerar tillsammans enstaka oxidator, oftast atmosfär, samt kemisk energi omvandlas mot mekanisk energi.
Motorer tillsammans med enstaka extern förbränning, ångmaskin, ångturbin, Stirlingmotor etcetera, räknas ej likt motorer som använder förbränning utan gastrycksmotorer. Den termodynamiska grunden existerar Carnots teori rörande kretsprocesser, förändringen från gasers tillåtelse var början samt sluttillstånd existerar lika. Detta betyder för att arbetet existerar teoretiskt skillnaden mellan tillförd samt bortförd energi. Tillförd energi likt är kapabel användas benämns verkningsgrad, vilket inte någonsin förmå artikel 100 %.
Historik
[redigera | redigera wikitext]Förhistorian till förbränningsmotorerna går långt igen. Redan Denis Papin samt Christiaan Huygens gjorde experiment tillsammans motorer som använder förbränning, dock deras experiment ledde dock ingenvart. Maskintekniken vid tiden klarade ej från för att åstadkomma tillfredställande försegling mellan cylinder samt kolv. John Barber tog 1791 patent vid ett turbin vilket drevs från ett exploderande gasblanding. Robert Street använde ett ångmaskin från James Watt likt förebild till för att konstruera ett gasmotor inom vilken gasen exploderade på baksidan ett cylinder. tillsammans med utgångspunkt ifrån Streets maskin utvecklades en flertal liknande, vilket varenda arbetade utan kompression från gasen. enstaka från dem mera framgångsrika plats Eugenio Barsanti samt Felice Matteuccis ifrån 1854, var den explosiva gasen leddes in beneath kolven vid enstaka lodrätt cylinder. Även Étienne Lenoirs 1860 konstruerade motor driven från lysgas plats från denna konstruktion. Motorn utvecklade endast någon alternativt några erhålla hästkrafter samt ägde ett verkningsgrad vid 3 %. Trots detta plats detta den inledande någorlunda funktionella motorn samt den tillverkades inom stort antal inom både land i västeuropa, Tyskland samt Storbritannien. 1865 ägde omkring 300 motorer från den på denna plats typen tillverkats inom land i västeuropa. Nicolaus Otto samt Eugen Langen patenterade 1867 enstaka motor vilket trots för att den utifrån sin generella utformning ej fanns förbättrad än Étienne Lenoirs ägde den enstaka förbättrad gasekonomi genom för att utveckla expansionsförhållandet genom motorns insug. Efter för att äga arbetat tillsammans för att utveckla sin motor presenterades 1877 den förbättrade ottomotorn såsom arbetade efter fyrtaktsprincipen, samt kom för att bli en viktigt steg på grund av förbränningsmotorns fortsatta tillväxt. då fyrtaktsprincipen skulle patenteras visade detta sig för att Alphonse Beau dem Rochas redan 1862 presenterat grundprincipen på grund av enstaka fyrtaktsmotor inom ett avhandling, samt för att hovurmakaren Chr. Reithmann redan 1873 konstruerat ett fyrtaktsmotor utan för att presentera sina påverkan. Nicolaus Otto skall egen äga byggt enstaka fyrtaktsmotor 1861, dock avbrutit försöken tillsammans typen då den ej fungerade tillfredställande. Samtidigt började flera för att försöka vandra ovan ifrån gaser mot vätskor liksom drivmedel. Österrikaren Hock fanns den förste vilket 1873 konstruerade enstaka insprutningsmekanism på grund av "gasolja" såsom han fästa vid enstaka motor från Lenoirs konstruktion. Amerikanen George Brayton konstruerade 1874 enstaka vekförgasare på grund av enkel fotogen, samt Gottlieb Daimler försåg 1883 sin nytillverkade fyrtaktsmotor tillsammans enstaka primitiv ytförgasare. Daimlers medarbetare Wilhelm Maybach uppfann beneath 1883 den flottörreglerade munstycksförgasaren vilket sedan kom för att bli urtypen till dem såsom senare kom för att användas inom bilmotorer. Den inledande tvåtaktsmotorn tillsammans kompression skall äga konstruerats från George Brayton 1875, dock den inledande kommersiellt framgångsrika konstruerades från skotten Dugald Clerk 1879. Carl Benz konstruerade 1884 enstaka ventilstyrd tvåtaktsmotor tillsammans med ventilstyrd vevhusspolning, vilken 1891 från den brittiska firman Day & Sons omkonstruerades inom enstaka ventilfri struktur likt kom för att inom grunden bli bestående länge.[1]
Typer
[redigera | redigera wikitext]- Jetmotorn – enstaka reaktionsmotor till direkt drift från luftfarkost via impulsen ifrån utströmmande avgaser. Vanligen avses utförandet liksom gasturbin tillsammans med turbokompressor till förbränningsluften.
- Ramjetmotorn – enstaka reaktionsmotor tillsammans ett dysa var anströmmande atmosfär ("fartvinden") komprimeras direkt – något såsom kräver flyghastigheter ovan mach 0,75–1 på grund av för att börja fungera.
- Raketmotorn existerar enstaka speciell form eller gestalt från reaktionsmotor var såväl bränsle liksom oxidationsmedel medföres varvid således atmosfär ej behöver vare sig tillsättas utifrån varvid kompressorn kunna undvaras. Bränslet samt oxidationsmedlet är kapabel utgöras från enstaka blandning från fasta ämnen, exempelvis svartkrut, samt motorn benämnes då fastbränsleraketmotor mot skillnad mot konstruktioner tillsammans med flytande bränsle samt oxidationsmedel. Även blandformer existerar tänkbara dock äger ej rönt praktiskt intresse.
Förbränningsprocessen
[redigera | redigera wikitext]Förbränning innebär att:
- Ett bränsle samt en oxideringsmedel reagerar kemiskt tillsammans med varandra inom enstaka koncentrationsstyrd process (eld) varvid värme utvecklas.
- Värmeutvecklingen innebär för att avgasernas tryck samt volym ökar. Härvid gäller (approximativt) den allmänna gaslagen var
- Hos explosionsmotorer, var effektiviteten varierar delvis beroende vid bränsle/luftblandning, får förbränningen gärna existera stökiometrisk detta önskar yttra mängderna från bränsle samt atmosfär existerar perfekt avpassade på grund av fullständig förbränning, vanligen 14:1 - 14 delar atmosfär, enstaka sektion bränsle. var nås både högst resultat samt minsta tänkbara mängd skadliga avgaser. inom vissa fall är kapabel viss effektökning erhålls dock nära måttlig understökiometrisk (fet) blandning samt bäst bränsleekonomi nära överstökiometrisk (mager) förbränning. Både fet samt mager blandning medför dock ökade mängder skadliga avgaser. Hos dieselmotorer existerar förbränningen bara undantagsvis annat än överstökiometrisk inom samt tillsammans med för att effekten styrs via bränslemängden.
Den kemiska reaktionen beror vid bränsle + syre + värme.
2 C8H18 + 25 O2 ⇒ 18 H2O + 16 CO2 + energi. Denna reaktion sker inom flera steg:
- 1. enstaka bindning mellan numeriskt värde kolatomer bryts. Detta sker då dem äger ett svagare bindning jämfört tillsammans med bindningen mellan kol- samt väteatomer. dem numeriskt värde kolväten vilket blir påverkan existerar båda radikaler.
- 2. Fortsatt nedbrytande process från kolväten genom för att kol-väte-bindningar bryts. Detta leder mot för att fria väteatomer bildas.
- 3. Väteatomerna reagerar tillsammans med syrgas, radikaler bildas.
- 4. Radikaler reagerar tillsammans med kolväten likt fortsätter brytas ner samtidigt såsom nya radikaler bildas.
- 5. Steg 2 återupprepas.
- 6. Kolväten reagerar tillsammans med syre vilket leder mot för att dem fortsätter brytas ner samtidigt likt formyl samt formaldehyd bildas.
- 7. Oxidering från mindre föreningar likt metylradikaler samt formaldehyd.
- 8.Kolmonoxid oxideras.
Flödesdynamiken existerar betydelsefull på grund av förbränningen. upphöjd turbulens eftersträvas därför för att bränslet blandas väl tillsammans med syret samt på det sättet reaktionerna går snabbare.
Verkningsgraden beror många vid vilken typ från motor detta gäller. titta processcykler nedan. Kolvmotorer äger helt andra förhållanden än enstaka gasturbin alternativt raketmotor. titta respektive föremål eller textstycken.
Tändtemperatur. Tändtemperatur existerar den temperatur, nära vilken bränslet självantänds (reagerar tillsammans med syret). Den existerar olika på grund av varenda kolväteblandning. Man kvantifierar tändtemperaturen tillsammans med oktantalet. då bränslet komprimeras ovanför ett kolv inom ett cylinder sålunda stiger temperaturen i enlighet med allmänna gaslagen. Verkningsgraden ökar ju närmare man ligger tändtemperaturen då kompressionsmaximum nås. dock ifall tändtemperaturen uppnås innan kompressionen äger nått sitt maximum således uppstår en häftigt övertryck liksom kunna skada motorn. inom kolvmotorn sker ett deformering från vevaxel / cylindervägg kallad knackning. detta existerar viktigt för att äga sensorer såsom känner från ifall oktantalet existerar på grund av lågt, sålunda för att tändläget samt bränslemängden förmå justeras. nära direktinsprutning från bränslet inom cylindern kringgår man problemet genom för att styra antändningen mot då insprutningen sker. Man är kapabel då äga högre kompression samt därmed högre verkningsgrad. därför fungerar dieselmotorer samt sedan 2010-talet allt fler ottomotorer. Fördelen tillsammans med direktinsprutning existerar ngt lägre bensinkonsumtion & högre effektivitet, nackdelen existerar skadliga avgaspartiklar (därav lagstadgade partikelfilter).
Ekvivalenskvot (Φ) används inom samband tillsammans beräkningar från förbränning. Förbränning innebär för att en bränsle, mot modell bensin, reagerar tillsammans med syret inom luften. inom ett motor sprutar man in enstaka blandning från bensin samt atmosfär, samt ekvivalenskvoten anger ifall detta existerar lagom många atmosfär inom blandningen således för att syret räcker mot all bensinen (Φ=1) alternativt till många bensin (Φ>1) alternativt på grund av många atmosfär (Φ<1).
Ekvivalenskvoten Φ definieras som:
- Φ=(bränsle/luft)verklig/(bränsle/luft)stökiometrisk
där (bränsle/luft)verklig existerar den verkliga bränsle-luft-blandningen samt (bränsle/luft)stökiometrisk existerar detta förhållande likt råder nära stökiometrisk förbränning. Stökiometrisk förbränning innebär för att reaktionen "går jämnt upp", således för att detta varken blir bränsle alternativt syre ovan.
Bränslen
[redigera | redigera wikitext]- Petroleumbränslen. nära fraktionerad destillering förmå man främst skilja vid sex fraktioner (tabelen ungefärlig):
| Fraktion | Antal kolatomer i kolväte | kokpunkts- intervall (°C) | Användningsområde |
|---|---|---|---|
| Gaser | 1–4 | <50 | naturgas, gasol mot ottomotorer samt gasturbiner |
| Råbensin | 5–10 | 50–200 | bensin mot Ottomotorer |
| Råfotogen | 11–18 | 175–250 | Jetmotorbränsle, fotogen tidigare mot ottomotorer |
| Brännoljor | >15 | 250–300 | dieselolja mot dieselmotorer Krackning: skildring från bland annat bensin samt mindre kolväten |
| Smörjoljor | >16 | 300–370 | Smörjoljor samt smörjfetter Paraffin, vaselin |
| Destillationsrest | – | >370 | Tjockolja mot stora katedraldieslar inom ett större vattenfartyg ofta för transport eller krig |
- Biobränslen. Förnybara/klimatvänliga.
- Gengas (koloxid, väte samt metan) framställd ur ved alternativt träkol beneath andra världskriget. på grund av ottomotorer samt till sålunda kallad blandgasdrift från dieselmotorer. är kapabel även användas på grund av drift från gasturbiner.
- Biogas (huvudsakligen metan) framställd genom rötning från biologiskt sopor. till gasturbiner samt ottomotorer. Metanol kunna även framställas ur skogsråvaror.
- Etanol (C2H5OH) framställd ifrån sockerarter. på grund av ottomotorer samt dieselmotorer.
- Biodiesel framställd ur växtoljor mot modell palmolja, tallolja samt rapsolja. på grund av dieselmotorer.
- Biojet framställd ur växtoljor. Test tillsammans med jetflyg beneath 2009.
- Raketbränslen
Oxidationsmedel
[redigera | redigera wikitext]- Luft innehåller syrgas samt används inom samtliga motorer som använder förbränning liksom bör jobba inom atmosfären. Moderna ottomotorer existerar försedda tillsammans sensorer såsom mäter atmosfärstrycket samt möjliggör justeringar inom motorstyrningen. kvantiteten syrgas kunna ökas ifall luften överladdas tillsammans med enstaka kompressor alternativt enstaka avgasturbo samt ännu mer angående den komprimerade samt därmed värmda luften kyls ned inom enstaka laddluftkylare.
- Flytande syre används bland annat inom raketmotorer var detta inledningsvis pumpas genom den varma dysan till för att kall luft denna samt därefter in inom brännkammaren tillsammans tillsammans med flytande väte.
- Nitrometan (CH3NO2) blandas in inom bensinen till vissa racermotorer till för att öka effekten.
- Lustgas (N2O) används till för att ge kortvariga effektökningar inom ottomotorer.
Processcykler
[redigera | redigera wikitext]Förbränningsmotorer utnyttjar olika processcykler.
Tvåtaktscykel. Detta struktur både tömmer samt fyller år cylindern inom en takten samt ger mekanisk energi inom andra takten. inom enstaka ottomotor sker antändningen tillsammans en tändstift, samt inom ett dieselmotor genom kompressionsvärmen. Stora tvåtakts fartygsdieslar besitter även ett topplocksventil till avgaserna.
Fyrtaktscykel tillsammans med ottomotor. fanns sin takt åtgår på grund av insug samt avgasning. ett till kompression. ett takt existerar explosionstakten var förbränningen sker snabbt utan större volymförändring dock upphöjd ökning av tryck. Fyrtaktsmotorn existerar allmänt tystare, effektivare dock större än motsvarande 2-taktsmotor.
Fyrtaktscykel tillsammans med dieselmotor. Kompressionen existerar således upphöjd för att luftens temperatur överskrider bränslets flampunkt. Dieseloljan insprutas direkt inom cylindern samtidigt liksom kolven går neråt. Volymen ökar.
Sextaktscykel. Avgaserna inom fyrtaktsmotorn utnyttjas mot för att producera ånga likt dels kyler motorn samt dels ger enstaka extra arbetstakt.
Gasturbin. Liknar enstaka ångturbin tillsammans gemensam axel på grund av kompressor samt turbin. är kapabel även existera numeriskt värde koncentriska axlar på grund av högtrycksdelarna respektive lågtrycksdelarna. Gasturbincykeln existerar enstaka kontinuerlig process var kompression, förbränning samt kraftutveckling sker vid olika ställen inom motorn. Förbränningen sker nära konstant tryck samt ej nära konstant volym såsom nära ottomotorn. Annars skulle kompressorn erhålla på grund av högt mottryck.