kjøretøyets fremdrift oppnås vanligvis ved hjelp av motorer, også kjent som prime movers, dvs.mekaniske enheter som er i stand til å konvertere den kjemiske energien til et drivstoff til mekanisk energi. Forresten, det engelske begrepet «motor», er sannsynlig å ha en fransk opprinnelse I Det Gamle franske ordet «engin» som i sin tur antas å komme fra det latinske «ingenium» (deler samme rot av «ingé» eller «ingeniør»).
den kjemiske energien til drivstoffet omdannes først til varme gjennom forbrenning, og deretter omdannes varmen til mekanisk arbeid ved hjelp av et arbeidsmedium. Dette arbeidsmediet kan være en væske eller en gass. Faktisk øker varmen som produseres ved forbrenning sitt trykk eller dets spesifikke volum, og takket være ekspansjonen oppnås mekanisk arbeid.
i forbrenningsmotorer (ICE) er forbrenningsproduktene (f. eks. luft og drivstoff) brukes selv som arbeidsmedium, mens forbrenningsproduktene i eksterne forbrenningsmotorer overfører varme til et annet arbeidsmedium ved hjelp av varmeveksler. Videre, mens i IS forbrenningen foregår inne i sylinderen, i eksterne forbrenningsmotorer, oppnås forbrenningen i et separat kammer, vanligvis kalt brenner.
siden forbrenningsprosessen av EN ICE endrer egenskapene til arbeidsmediet, kan syklisk drift kun oppnås ved periodisk utskifting av arbeidsmediet selv, dvs. gjennom en åpen syklus. BEGREPET» syklus » for ICE refererer således til arbeidssyklusen til motoren som må byttes periodisk, og ikke til en termodynamisk syklus av arbeidsfluidet. Drivstoffene må ha egenskaper som er kompatible MED ICE-drift, noe som betyr at forbrenningsproduktene skal tillate bruk som arbeidsmedier(f. eks. forbrenning bør ikke danne aske som i skorsteinen din, noe som vil føre til at motormekanismen sitter fast).
Forbrenningsmotor
stempelmotorer velges vanligvis for fremdrift av bakkekjøretøy med noen unntak (elektriske motorer for trikker, trolleybusser eller elbiler), på grunn av deres gunstige effekttetthet og deres relativt lave produksjons-og servicekostnader (sammenlignet med for eksempel gassturbiner).
i stempel ICE, bevegelsen av et stempel i en sylinder, lukket i motsatt ende av sylinderhodet, frembringer en syklisk variasjon av sylindervolumet. Stempelet er koblet til en stang og en vev til akselen, den jevne rotasjonen som forårsaker en syklisk stempelbevegelse mellom to ekstreme posisjoner, Toppdødsenteret (TDC, nærmest sylinderhodet) og Bunndødsenteret (BDC, største avstand fra sylinderhodet). Disse to posisjonene tilsvarer henholdsvis minimum sylindervolum (klaring volum, Vc) og til maksimum sylindervolum (totalvolum, Vt). Forskjellen mellom maks og min volum kalles feid volum eller sylinderforskyvning og heter Vd. Og til slutt kalles forholdet mellom maks og min volum kompresjonsforhold (rc).
ice klassifisering
Forbrenningsmotorer kan klassifiseres i forskjellige kategorier. De to viktigste er basert på forbrenningsprosessen (gnisttenning vs kompresjonstenning) og på arbeidssyklus(2 slag mot 4 slag). Ytterligere klassifisering kan være basert på luftinntak (naturlig aspirert eller turboladet), drivstoff (indirekte eller direkte injeksjon) og kjølesystem (luftkjølt eller vannkjølt). I denne artikkelen vil bare forskjeller mellom forbrenningsprosesser bli presentert.
Gnisttenning og kompresjonstenning
Gnisttenning
i gnisttenningsmotorer brukes drivstoff med relativt lav reaktivitet, for eksempel bensin, Komprimert Naturgass (CNG) eller Flytende Petroleumsgass (GPL). Slike drivstoff blandes med luft for å danne den brennbare, homogene luft – / drivstoffblandingen, og komprimeres deretter inn i motoren for å nå temperaturer på ca. 700 K (400 °C) og trykk ca. 20 bar, uten spontan tenning.
denne oppførselen kan forklares på grunnlag av drivstoffmolekylets egenskaper: hydrokarbonbrensel som brukes I Gnisttenningsmotorer (SI) er laget av kortkjedede, stive og kompakte strukturmolekyler (SOM CH4 FOR CNG eller iso-oktan C8H18 for bensin), for selv ved høye temperaturer og trykk er tiden som trengs for å starte forbrenningsprosessen ganske lang. Dette konseptet må imidlertid ikke forveksles med evnen til et flytende brensel til å fordampe ved romtemperatur og danne en brennbar blanding i omgivende luft. Denne evnen er høy med bensin og bestemmer faren for eksplosjon hvis en antennelseskilde er tilveiebrakt.
i si-motorer kan forbrenningsprosessen således bare startes (i det minste for en klassisk forbrenning) med en ekstern energikilde som en elektrisk gnist. Energien som tilsettes til blandingen ved elektrisk utladning er liten (rundt 10 mJ-størrelse), men er likevel viktig for å starte forbrenningsprosessen.
fra den første kjernen antent av gnisten sprer forbrenningen seg deretter gjennom blandingen: lag etter lag beveger flammefronten seg gjennom kammeret, hovedsakelig takket være en konvektiv varmeveksling mellom brenngasser og frisk blanding, til de siste sonene (kalt «endegass») langt fra gnisten er nådd.
flammens fronthastighet er omtrent 20-40 m/s, og økes kraftig med turbulensen inne i blandingen(turbulensen øker overflaten mellom frisk og brent gass, og dermed øker varmevekslingen og flammens forplantningshastighet). Siden turbulensintensiteten øker med motorturtallet og flammens fronthastighet er proporsjonal med turbulensintensiteten, øker flammens fronthastighet med motorturtallet, og kompenserer dermed reduksjonen av tiden som er tilgjengelig for forbrenning. TAKKET være DET er DET nesten ingen begrensning når DET gjelder motorhastighet for SI-motorer fra forbrenningssynspunktet (Formel 1-motoren kan kjøre opp til 20 000 omdreininger per minutt).
imidlertid kan luft / drivstoffblandingen, når den opprettholdes ved høye temperaturer og trykk i lengre tid, til slutt gjennomgå automatisk tenning. Av denne grunn kan det oppstå unormale forbrenninger når endegass auto antennes spontant før flammefronten kommer. Denne unormale forbrenningen forårsaker en plutselig økning av sylindertrykk etterfulgt av trykkbølger inne i forbrenningskammeret som overføres gjennom motorstrukturen til omgivelsene. Dette kalles «Knock» og kan forårsake skader på stempel og sylinder på grunn av termisk utmattingsspenninger. FOR å unngå forekomst av knock MÅ si-motoren overholde flere begrensninger angående maksimal flammebanelengde (som begrenser maksimal sylinderdiameter kalt boring til ca. 100 mm) og maksimal tillatt temperatur og trykk på enden (frisk) gass (som begrenser både kompresjonsforholdet og boosttrykket).
videre kan høye verdier av flammehastighet bare oppnås hvis luft / drivstoffforholdet er ganske nær det støkiometriske forholdet:derfor, når EN si-motor må betjenes ved delbelastning, er det umulig å redusere bare drivstoff og samtidig opprettholde uendret luftmassen inn i sylinderen. Deretter er bruk av en enhet for å redusere luftmassestrømmen nødvendig for lastkontroll (en inntaksgass er ofte valgt), selv om det forårsaker effektivitetsstraff ved delbelastning.
Støkiometri er definert som punktet der i blandingen alt oksygen forbrukes og alt drivstoff brennes. For bensin er forholdet gitt etter masse 14,7: 1(14,7 gram luft for 1 gram drivstoff).
Komprimering tenning
når drivstoff med høyere reaktivitet brukes, slik som diesel, de kan ikke blandes med luft og deretter komprimeres inn i sylinderen fordi ellers forbrenningsprosessen ville starte spontant under kompresjonsslaget. Faktisk er diesel en blanding av hydrokarboner som kan representeres av cetan, C16H34, med et langt rettkjedemolekyl hvor de foreløpige reaksjonene av oksidasjonsprosessen går ganske raskt ved høye temperaturer og trykk.
derfor injiseres diesel som høytrykksvæskespray i den allerede trykkluften, umiddelbart før ønsket forbrenningsstart (ved klassisk dieselforbrenning). De små drivstoffdråpene (rundt 10 µ i diameter), omgitt av varm trykkluft (rundt 900 K), fordamper raskt og forbrenningsprosessen starter spontant med en ekstremt kort tenningsforsinkelse.
forskjellig FRA SI-motorer kan forbrenningsprosessen i dieselmotor ikke selvjustere egenskapene til tilgjengelig tid for å utføre forbrenning relatert til økning av motorhastigheten (dvs. tid forespurt for drivstofffordampning, blanding og tenningsforsinkelse vil ikke skalere ned med økende motorhastighet). Derfor kan disse motorene ikke betjenes med hastigheter høyere enn 5000 rpm.
til slutt, forskjellig FRA si-motorer, er det ingen strenge krav til luft / drivstoffforhold for denne typen forbrenning. Ved delbelastning reduseres den injiserte brenselmengden samtidig som den opprettholder samme mengde innledet luft, uten behov for gasspjeld og deretter uten ekstra tap.
Kilde: Prof. Federico Millo, Politecnico di Torino
Romain Nicolas mening:
de to vanligste typene forbrenning (Gnist tenning og komprimering tenning) er i dag kjent siden en lang tid og godt mestret. Vi når imidlertid grensene for disse prosessene ettersom grensene for forurensing og drivstofforbruk som er fastsatt av standarder, blir lavere og lavere. Det blir mer og mer kostbart å nå disse standardene, og noen alternative forbrenningsprosesser og motorarkitekturer blir testet i laboratorier og forskningssentre. Tror Du At Gnisttenning og kompresjonstenningsmotorer som vi kjenner dem i dag, vil bli erstattet av noen alternative løsninger som CAI, PCCI, dual fuel combustion eller andre?