Vilken typ av motor har högst verkningsgrad

En förbränningsmotor existerar ett motor var en bränsle reagerar tillsammans med enstaka oxidator, oftast atmosfär, samt kemisk energi omvandlas mot mekanisk energi.

Motorer tillsammans med enstaka extern förbränning, ångmaskin, ångturbin, Stirlingmotor etcetera, räknas ej såsom motorer som använder förbränning utan gastrycksmotorer.

Den termodynamiska grunden existerar Carnots teori rörande kretsprocesser, förändringen från gasers status var uppstart samt sluttillstånd existerar lika. Detta betyder för att arbetet existerar teoretiskt skillnaden mellan tillförd samt bortförd energi. Tillförd energi såsom förmå användas benämns verkningsgrad, vilket inte någonsin är kapabel artikel 100 %.

Historik

[redigera | redigera wikitext]

Förhistorian på grund av förbränningsmotorerna går långt igen. Redan Denis Papin samt Christiaan Huygens gjorde experiment tillsammans med 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 enstaka turbin likt drevs från enstaka exploderande gasblanding.

Den här formeln för verkningsgrad är allmän och går att applicera på alla typer av processer

Robert Street använde ett ångmaskin från James Watt likt förebild på grund av för att konstruera enstaka gasmotor inom vilken gasen exploderade på baksidan ett cylinder. tillsammans med utgångspunkt ifrån Streets maskin utvecklades en flertal liknande, såsom varenda arbetade utan kompression från gasen. enstaka från dem mera framgångsrika fanns Eugenio Barsanti samt Felice Matteuccis ifrån 1854, var den explosiva gasen leddes in beneath kolven vid ett 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 såsom 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.

Till exempel är verkningsgraden för en permanentmagnetiserad elmotor $\eta = \frac{P_{axel}}{P_{EL}}$ Vilket är kvoten mellan tillförd och nyttig energi (som konstaterat ovan)

Efter för att äga arbetat tillsammans för att utveckla sin motor presenterades 1877 den förbättrade ottomotorn liksom arbetade efter fyrtaktsprincipen, samt kom för att bli en viktigt steg till förbränningsmotorns fortsatta tillväxt. då fyrtaktsprincipen skulle patenteras visade detta sig för att Alphonse Beau dem Rochas redan 1862 presenterat grundprincipen till ett fyrtaktsmotor inom ett avhandling, samt för att hovurmakaren Chr.

Reithmann redan 1873 konstruerat ett fyrtaktsmotor utan för att presentera sina effekt. Nicolaus Otto skall egen äga byggt enstaka fyrtaktsmotor 1861, dock avbrutit försöken tillsammans med typen då den ej fungerade tillfredställande. Samtidigt började flera för att försöka vandra ovan ifrån gaser mot vätskor likt drivmedel. Österrikaren Hock fanns den förste liksom 1873 konstruerade ett insprutningsmekanism till "gasolja" vilket han fästa vid enstaka motor från Lenoirs konstruktion.

Amerikanen George Brayton konstruerade 1874 ett 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 liksom sedan kom för att bli urtypen på grund av dem vilket 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 såsom kom för att inom grunden bli bestående länge.^[1]

Typer

[redigera | redigera wikitext]

• • Jetmotorn – ett reaktionsmotor på grund av direkt drift från flygplan via impulsen ifrån utströmmande avgaser.

    Vanligen avses utförandet vilket gasturbin tillsammans turbokompressor till förbränningsluften.

  • Ramjetmotorn – enstaka reaktionsmotor tillsammans med ett dysa var anströmmande atmosfär ("fartvinden") komprimeras direkt – något såsom kräver flyghastigheter ovan mach 0,75–1 till för att börja fungera.
  • Raketmotorn existerar ett speciell struktur från reaktionsmotor var såväl bränsle likt oxidationsmedel medföres varvid således atmosfär ej behöver vare sig tillsättas utifrån varvid kompressorn förmå 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 flytande bränsle samt oxidationsmedel. Även blandformer existerar tänkbara dock besitter ej rönt praktiskt intresse.

Förbränningsprocessen

[redigera | redigera wikitext]

Förbränning innebär att:

• Ett bränsle samt en oxideringsmedel reagerar kemiskt tillsammans 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 artikel stökiometrisk detta önskar yttra mängderna från bränsle samt atmosfär existerar perfekt avpassade till fullständig förbränning, vanligen 14:1 - 14 delar atmosfär, ett sektion bränsle.

  var nås både högst utfall samt minsta tänkbara mängd skadliga avgaser. inom vissa fall förmå 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 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. ett bindning mellan numeriskt värde kolatomer bryts. Detta sker då dem äger enstaka svagare bindning jämfört tillsammans bindningen mellan kol- samt väteatomer.

Verkningsgraden beror mycket på vilken typ av motor det gäller

dem numeriskt värde kolväten såsom blir utfall 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 syrgas, radikaler bildas.

4. Radikaler reagerar tillsammans kolväten såsom fortsätter brytas ner samtidigt vilket nya radikaler bildas.

5. Steg 2 återupprepas.

6. Kolväten reagerar tillsammans syre vilket leder mot för att dem fortsätter brytas ner samtidigt likt formyl samt formaldehyd bildas.

7. Oxidering från mindre föreningar vilket metylradikaler samt formaldehyd.

8.Kolmonoxid oxideras.

Flödesdynamiken existerar betydelsefull till förbränningen.

upphöjd turbulens eftersträvas sålunda för att bränslet blandas väl tillsammans syret samt på det sättet reaktionerna går snabbare.

Verkningsgraden beror många vid vilken typ från motor detta gäller. titta processcykler nedan.

Kolvmotorer har helt andra förhållanden än en gasturbin eller raketmotor

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 till varenda kolväteblandning. Man kvantifierar tändtemperaturen tillsammans med oktantalet.

Den är olika för varje kolväteblandning

då bränslet komprimeras ovanför ett kolv inom enstaka cylinder sålunda stiger temperaturen i enlighet med allmänna gaslagen. Verkningsgraden ökar ju närmare man ligger tändtemperaturen då kompressionsmaximum nås. dock angående tändtemperaturen uppnås innan kompressionen besitter nått sitt maximum därför uppstår en häftigt övertryck såsom kunna skada motorn. inom kolvmotorn sker ett deformering från vevaxel / cylindervägg kallad knackning.

detta existerar viktigt för att äga sensorer liksom känner från ifall oktantalet existerar till lågt, därför 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.

således fungerar dieselmotorer samt sedan 2010-talet allt fler ottomotorer. Fördelen tillsammans 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 enstaka motor sprutar man in enstaka blandning från bensin samt atmosfär, samt ekvivalenskvoten anger angående 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 liksom 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 är kapabel 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: beskrivning från bland annat bensin samt mindre kolväten
Smörjoljor	>16	300–370	Smörjoljor samt smörjfetter Paraffin, vaselin Krackning: skildring från bensin samt mindre kolväten
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.
    Men i allmänhet, ju högre verkningsgrad, desto bättre

    till ottomotorer samt på grund av således 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 är kapabel 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. till dieselmotorer.
  • Biojet framställd ur växtoljor. Test tillsammans med jetflyg beneath 2009.
• Raketbränslen

Oxidationsmedel

[redigera | redigera wikitext]

• Luft innehåller syrgas samt används inom varenda motorer som använder förbränning vilket bör jobba inom atmosfären.

  Moderna ottomotorer existerar försedda tillsammans med sensorer likt mäter atmosfärstrycket samt möjliggör justeringar inom motorstyrningen. kvantiteten syrgas kunna ökas angående luften överladdas tillsammans ett kompressor alternativt ett 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 på grund av för att kall luft denna samt därefter in inom brännkammaren tillsammans tillsammans 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 enstaka dieselmotor genom kompressionsvärmen. Stora tvåtakts fartygsdieslar besitter även enstaka topplocksventil på grund av avgaserna.

Tändtemperatur

Fyrtaktscykel tillsammans med ottomotor. plats sin takt åtgår på grund av insug samt avgasning. ett på grund av 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 dieselmotor. Kompressionen existerar sålunda upphöjd för att luftens temperatur överskrider bränslets flampunkt. Dieseloljan insprutas direkt inom cylindern samtidigt vilket kolven går neråt. Volymen ökar.

Sextaktscykel. Avgaserna inom fyrtaktsmotorn utnyttjas mot för att producera ånga liksom dels kyler motorn samt dels ger enstaka ytterligare arbetstakt.

Gasturbin. Liknar enstaka ångturbin tillsammans gemensam axel till 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 ett fåtal till högt mottryck.

Vidare läsning

[redigera | redigera wikitext]

Referenser

[redigera | redigera wikitext]

Noter

[redigera | redigera wikitext]

Övriga källor

[redigera | redigera wikitext]

Externa länkar

[redigera | redigera wikitext]