Verbrennungsmotor

Ein Verbrennungsmotor (EIS oder IC -Motor) ist ein Wärmemotor in welcher Verbrennung von a Treibstoff tritt mit an auf Oxidationsmittel (normalerweise Luft) in a Brennkammer Das ist ein wesentlicher Bestandteil der Arbeitsflüssigkeit Durchflusskreis. In einem internen Verbrennungsmotor die Expansion der Hoch-Temperatur und hoch-Druck durch die Verbrennung erzeugte Gase gilt direkt Macht zu einer Komponente des Motors. Die Kraft wird normalerweise auf angewendet Kolben (Kolbenmotor), Turbinenschaufeln (Gasturbine), a Rotor (Wankel -Motor), oder ein Düse (Düsentriebwerk). Diese Kraft bewegt die Komponente über einen Abstand und transformiert chemische Energie hinein kinetische Energie Welches verwendet wird, um sich zu bewegen oder zu versorgen, egal wie der Motor befestigt ist. Dies ersetzte die externer Verbrennungsmotor Für Anwendungen, bei denen das Gewicht oder die Größe eines Motors wichtiger war.^[1][2][3]

Der erste kommerziell erfolgreiche interne Verbrennungsmotor wurde von erstellt von Étienne Lenoir Um 1860,^[4] und der erste moderne interne Verbrennungsmotor, bekannt als die Otto -Motor, wurde 1876 von geschaffen von Nicolaus Otto. Der Begriff Verbrennungsmotor bezieht sich normalerweise auf einen Motor, in dem Verbrennung ist wechselnd, wie das Vertrautere Vierakten und Zwei-Takt Kolbenmotoren zusammen mit Varianten wie dem sechs Takt Kolbenmotor und der Wankel -Drehmotor. Eine zweite Klasse von Verbrennungsmotoren verwendet eine kontinuierliche Verbrennung: Gasturbinen, Jet -Motoren Und die meisten RaketenmotorenJede davon sind interne Verbrennungsmotoren nach demselben Prinzip wie zuvor beschrieben.^[4][5] Feuerarme sind auch eine Form der Verbrennungsmotor,^[5] Obwohl sie so spezialisiert sind, dass sie häufig als separate Kategorie behandelt werden, zusammen mit Waffen wie Mörsern und Flugabwehrkanonen. Dagegen in externe Verbrennungsmotoren, wie zum Beispiel Dampf oder Stirling -Motoren, Energie wird an eine funktionierende Flüssigkeit geliefert, die nicht aus Verbrennungsprodukten besteht, gemischt oder kontaminiert. Arbeitsflüssigkeiten für externe Verbrennungsmotoren umfassen Luft, heißes Wasser, Druckwasser oder auch Flüssiges Natrium, erhitzt in a Kessel.

Während es viele stationäre Anwendungen gibt, werden die meisten ICES in mobilen Anwendungen verwendet und sind die primäre Stromversorgung für Fahrzeuge wie zum Beispiel Autos, Flugzeug und Boote. Ices werden normalerweise von Strom versorgt von fossile Brennstoffe wie Erdgas oder Petroleum Produkte wie Benzin, Dieselkraftstoff oder Heizöl. Erneuerbare Kraftstoffe wie Biodiesel werden in Kompressionszündungsmotoren (CI) verwendet und Bioethanol oder Etbe (Ethyl tert-butylether) aus Bioethanol in Spark Ignition (Si) -Motoren hergestellt. Bereit 1900 der Erfinder des Dieselmotors, Rudolf Diesel, benutzte Erdnussöl, um seine Motoren zu laufen.^[6] Erneuerbare Kraftstoffe werden üblicherweise mit fossilen Brennstoffen gemischt. Wasserstoff, was selten verwendet wird, kann entweder aus fossilen Brennstoffen oder erneuerbaren Energien erhalten werden.

Geschichte

Verschiedene Wissenschaftler und Ingenieure Beitrag zur Entwicklung interner Verbrennungsmotoren. 1791, John Barber entwickelte die Gasturbine. 1794 patentiert Thomas Mead a Benzinmotor. Ebenfalls im Jahr 1794 patentierte die Robert Street einen Verbrennungsmotor, der auch der erste war, der verwendet wurde flüssigen Brennstoffund baute um diese Zeit einen Motor. 1798, John Stevens Bauten den ersten amerikanischen Verbrennungsmotor. Im Jahr 1807, Französisch Ingenieure Nicéphore Niépce (Wer fuhr fort, um zu erfinden Fotografie) und Claude Niépce führte einen Prototypen -Verbrennungsmotor mit kontrollierten Staubexplosionen durch die. Pyréolophore, was ein Patent von gewährt wurde von Napoleon Bonaparte. Dieser Motor hat ein Boot auf dem angetrieben Saône Fluss in Frankreich.^[7][8] Im selben Jahr, schweizerisch Techniker François Isaac de Rivaz erfand einen internen Verbrennungsmotor auf Wasserstoffbasis und versorgte den Motor mit elektrischem Funken. Im Jahr 1808 passte De Rivaz seine Erfindung in ein primitives Arbeitsfahrzeug ein - "das weltweit erste interne Verbrennungsautomobile".^[9] Im Jahr 1823, Samuel Brown Patentierte der erste interne Verbrennungsmotor, der industriell angewendet wurde.

Im Jahr 1854 in der Vereinigtes Königreich, die italienischen Erfinder Eugenio Barsanti und Felice Matteucci Erhielt die Zertifizierung: "Motivkraft durch die Explosion von Gasen erhalten". 1857 kassierte das Great Seal Patent Office ihnen das Patent Nr. 1655 für die Erfindung eines "verbesserten Geräts zur Erlangung von Motiven aus Gasen".^{[10][11][12][13]} Barsanti und Matteucci erhielten zwischen 1857 und 1859 andere Patente für dieselbe Erfindung in Frankreich, Belgien und Piemont.^[14][15] Im Jahr 1860, Belgier Techniker Jean Joseph Etienne Lenoir produzierte einen gasbefeuerten Verbrennungsmotor.^[16] 1864, Nicolaus Otto patentierte den ersten atmosphärischen Gasmotor. Im Jahr 1872 Amerikaner George Brayton erfand den ersten kommerziellen, flüssigkeitsgerichteten Verbrennungsmotor. Im Jahr 1876, Nicolaus Otto begann mit zu arbeiten mit Gottlieb Daimler und Wilhelm Maybachpatentierte die Druckladung, den Vierzyklus-Motor. Im Jahr 1879, Karl Benz patentierte eine zuverlässige Zwei-Takt Benzinmotor. Später, im Jahr 1886, begann Benz die erste kommerzielle Produktion von Kraftfahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor, bei dem ein Dreirad-Vierzyklus-Motor und ein Chassis eine einzige Einheit bildeten.^[17] 1892, Rudolf Diesel entwickelte die erste Druckladung, Kompressionszündung. Im Jahr 1926, Robert Goddard startete die erste Flüssigkeits-Rakete. 1939 die Heinkel er 178 wurde der erste der Welt Düsenflugzeug.

Etymologie

Zu einer Zeit das Wort Motor (über Altes Französisch, aus Latein Ingenium, "Fähigkeit") bedeutete jedes Stück von Stück Maschinen- Ein Gefühl, der in Ausdrucksformen wie anhält, z. Belagerungsmotor. Ein "Motor" (aus Lateinisch Motor-, "Mover") ist jede Maschine, die mechanisch erzeugt Energie. Traditionell, Elektromotoren werden nicht als "Motoren" bezeichnet; Verbrennungsmotoren werden jedoch häufig als "Motoren" bezeichnet. (Ein elektrischer Motor bezieht sich auf a Lokomotive betrieben durch Strom.)

Beim Bootfahren wird ein im Rumpf installiertes Verbrennungsmotor als Motor bezeichnet, aber die Motoren, die auf dem Wechsel sitzen, werden als Motoren bezeichnet.^[18]

Anwendungen

Hubkolbenmotoren sind bei weitem die häufigste Stromquelle für Land und Wasser Fahrzeuge, einschließlich Automobile, Motorräder, Schiffe und in geringerem Maße, Lokomotiven (Einige sind elektrisch, aber die meisten verwenden Dieselmotoren^[19][20]). Rotationsmotoren des Wankel -Designs werden in einigen Automobilen, Flugzeugen und Motorrädern verwendet. Diese werden gemeinsam als Innenmotorfahrzeuge (ICEV) bezeichnet.^[21]

Wenn Hochleistungs-Gewicht-Verhältnisse erforderlich sind, erscheinen interne Verbrennungsmotoren in Form von Verbrennungsturbinenoder manchmal Wankel -Motoren. Angetriebene Flugzeuge Verwenden Sie in der Regel ein Eis, das möglicherweise ein Hubkolbenmotor ist. Flugzeuge können stattdessen verwendet werden Jet -Motoren und Hubschrauber kann stattdessen einsetzen Turbowellen; Beide sind Arten von Turbinen. Zusätzlich zur Antriebsantrieb, auch Fluggesellschaften kann ein separates Eis als Hilfsstromeinheit. Wankel -Motoren sind an viele angepasst unbemannte Luftfahrzeuge.

ICES fahren große elektrische Generatoren, die elektrische Netze betreiben. Sie werden in Form von gefunden Verbrennungsturbinen mit einem typischen elektrischen Ausgang im Bereich von etwa 100 MW. Kombinierte Zykluskraftwerke Verwenden Sie den Hochtemperaturauspuff, um Wasserdampf zu kochen und zu überhören, um a zu laufen Dampfturbine. Daher ist die Effizienz höher, da mehr Energie aus dem Kraftstoff extrahiert wird als das, was allein durch den Verbrennungsmotor extrahiert werden könnte. Kombinierte Zykluswerke erreichen Effizienz im Bereich von 50% bis 60%. In kleinerem Maßstab, Stationäre Motoren wie Gasmotoren oder Dieselgeneratoren werden zur Sicherung oder zur Bereitstellung elektrischer Strom für Bereiche verwendet, die nicht mit einem verbunden sind Stromnetz.

Kleine Motoren (Normalerweise 2 -Stroke -Benzin/Benzinmotoren) sind eine häufige Stromquelle für Rasenmäher, Streichschneider, Kettensägen, Blattbläser, Schnellscheiben, Schneemobil, Jet-Ski, Außenbordmotoren, Mopeds, und Motorräder.

Einstufung

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, interne Verbrennungsmotoren zu klassifizieren.

Sich erwidern

Durch Anzahl der Schlaganfälle:

• Zweitaktmotor
  • Angestellterzyklus^[22]
  • Tageszyklus
• Viertaktmotor (Otto -Zyklus)
• Sechs-Takt-Motor

Nach Art der Zündung:

• Kompressionsnottrippe
• Funkenzusammenstellung Motor (häufig gefunden als als Benzinmotoren)

Durch mechanischer/thermodynamischer Zyklus (diese Zyklen werden selten verwendet, aber häufig in gefunden Hybridfahrzeugezusammen mit anderen Fahrzeugen für Kraftstoffeffizienz^[23]):

• Atkinson -Zyklus
• Miller -Zyklus

Rotation

• Wankel -Motor

Kontinuierliche Verbrennung

• Gasturbine Motor
  • Turbojet, durch eine protopellierende Düse
  • Turbofandurch einen Kanal-Fan
  • Turboprop, durch einen unversehrten Propeller, normalerweise mit variabler Tonhöhe
  • Turbushaft, eine Gasturbine, die für die Erzeugung mechanischer Drehmoment anstelle des Schubs optimiert ist
• Ramjet,^[24] Ähnlich wie bei einem Turbojet verwendet aber die Fahrzeuggeschwindigkeit, um die Luft anstelle eines Kompressors zu komprimieren (RAM).
• Scramjet, Eine Variante des Ramjet, die Überschallverbrennung verwendet.
• Raketenantrieb

Motoren erwidern

Struktur

Die Basis eines erwiktenden internen Verbrennungsmotors ist die Motorblock, was typischerweise bestehen aus Gusseisen (aufgrund seiner guten Verschleißfestigkeit und niedrigen Kosten)^[25] oder Aluminium. Im letzteren Fall bestehen die Zylinderliner aus Gusseisen oder Stahl.^[26] oder eine Beschichtung wie z. Nikasil oder Alusil. Der Motorblock enthält die Zylinder. In Motoren mit mehr als einem Zylinder sind sie normalerweise entweder in 1 Reihe angeordnet (gerade Motor) oder 2 Zeilen (Boxermotor oder V Motor); Gelegentlich werden 3 Zeilen verwendet (W Motor) in zeitgenössischen Motoren und anderen Motorkonfigurationen sind möglich und wurden verwendet. Einzelzylindermotoren (oder Schlager) sind üblich für Motorräder und andere kleine Motoren, die in leichten Maschinen enthalten sind. Auf der Außenseite des Zylinders werden Passagen, die Kühlflüssigkeit enthalten, in den Motorblock gegossen, während in einigen schweren Motoren die Passagen die Arten von abnehmbaren Zylinderhülsen sind, die austauschbar sein können.^[25] Wassergekühlte Motoren enthalten Passagen im Motorblock, in dem Kühlflüssigkeit zirkuliert (die Regenjacke). Einige kleine Motoren sind luftgekühlt, und anstatt eine Wassermantelung zu haben, hat der Zylinderblock Flossen weg, um den Motor durch direkte Übertragung von Wärme in die Luft zu kühlen. Die Zylinderwände sind normalerweise von beendet Honen, um eine Kreuzschlüsselung zu erhalten, was in der Lage ist, mehr Öl zu behalten. Eine zu raue Oberfläche würde den Motor durch übermäßige Verschleiß am Kolben schnell schaden.

Das Kolben sind kurze zylindrische Teile, die ein Ende des Zylinders aus dem hohen Druck der Druckluft- und Verbrennungsprodukte versiegeln und kontinuierlich darin fließen, während der Motor in Betrieb ist. In kleineren Motoren bestehen die Kolben aus Aluminium; In größeren Anwendungen bestehen sie normalerweise aus Gusseisen.^[25] Die obere Wand des Kolbens wird als ihre bezeichnet Krone und ist normalerweise flach oder konkav. Einige Zweitaktmotoren verwenden Kolben mit a Deflektorkopf. Die Kolben sind unten und hohl offen, mit Ausnahme einer integralen Verstärkungsstruktur (das Kolbennetz). Wenn ein Motor funktioniert Gudgeon Pin. Jeder Kolben hat Ringe Um seinen Umfang ausgestattet, der hauptsächlich verhindern, dass die Gase in den Kurbelgehäuse oder das Öl in die Brennkammer eingehen.^[27] A Belüftungssystem Fährt die geringe Menge an Gas, die während des normalen Betriebs (die Blow-by-Gase) aus dem Kurbelgehäuse an den Kolben entkommt, so dass es nicht kontaminiert und das Öl entsteht.^[25] In zwei Takt-Benzinmotoren ist der Kurbelgehäuse Teil des Luft-Kraftstoff-Pfades, und aufgrund des kontinuierlichen Flusses benötigen zwei Taktmotoren kein separates Kurbelgehäuse-Lüftungssystem.

Das Zylinderkopf wird von zahlreichen am Motorblock befestigt Bolzen oder Bolzen. Es hat mehrere Funktionen. Der Zylinderkopf versiegelt die Zylinder an der Seite gegenüber den Kolben; es enthält kurze Kanäle (die Häfen) für Einnahme und Auspuff und die zugehörige Aufnahme Ventile Das ist offen, um den Zylinder mit frischen Luft- und Abgasventilen gefüllt zu lassen, die sich öffnen, damit die Verbrennungsgase entweichen können. 2-Takt-Kurbelgehäuse-Schnittmotoren verbinden die Gasanschlüsse jedoch direkt mit der Zylinderwand ohne Popet-Ventile. Der Kolben kontrolliert stattdessen ihre Öffnung und Okklusion. Der Zylinderkopf hält auch das Zündkerze Im Fall von Funkenzündungsmotoren und der Injektor für Motoren, die Direktinjektion verwenden. Alle CI -Motoren (Kompressionszündung) verwenden die Kraftstoffeinspritzung, in der Regel direkte Injektion, aber einige Motoren verwenden stattdessen Indirekte Injektion. SI (Spark Ignition) Motoren können a verwenden Vergaser oder Kraftstoffeinspritzung als Portinjektion oder direkte Injektion. Die meisten SI -Motoren haben aber eine einzelne Zündkerze pro Zylinder, aber Einige haben 2. EIN Zylinderkopfdichtung verhindert, dass das Gas zwischen dem Zylinderkopf und dem Motorblock auskommt. Das Öffnen und Schließen der Ventile wird von einem oder mehreren gesteuert Nockenwellen und Quellen - oder in einigen Motoren - a Desmodromischer Mechanismus Das verwendet keine Federn. Die Nockenwelle kann direkt den Stamm des Ventils drücken oder auf a wirken Kipphebelwieder direkt oder durch a Druckstange.

Der Kurbelgehäuse ist unten mit a versiegelt Sumpf Das sammelt das fallende Öl während des normalen Betriebs, um erneut gefahren zu werden. Der Hohlraum zwischen dem Zylinderblock und den Sumpfhäusern a Kurbelwelle Dadurch konvertiert die gegenseitige Bewegung der Kolben in Rotationsbewegung. Die Kurbelwelle wird relativ zum Motorblock von an Ort und Stelle gehalten Hauptlager, die es es ermöglichen, sich zu drehen. Schotte im Kurbelgehäuse bilden eine Hälfte jedes Hauptlagers; Die andere Hälfte ist eine abnehmbare Kappe. In einigen Fällen eine einzige Hauptlagerdeck wird eher als mehrere kleinere Kappen verwendet. EIN Pleuelstange ist mit Versatz von Abschnitten der Kurbelwelle verbunden (die Kurbelpins) am Ende und an den Kolben am anderen Ende durch den Gudgeon Pin und überträgt so die Kraft und übersetzt die Hubkolbenbewegung der Kolben in die kreisförmige Bewegung der Kurbelwelle. Das Ende der an dem Gudgeon -Stift befestigten Verbindungsstange wird sein kleines Ende und das andere Ende genannt, wo es mit der Kurbelwelle, dem großen Ende, verbunden ist. Das große Ende hat eine abnehmbare Hälfte, um die Montage um die Kurbelwelle zu ermöglichen. Es wird durch abnehmbare Schrauben an der Stange zusammengehalten.

Der Zylinderkopf hat einen Ansaugkrümmer und ein Auspuffkrümmer an die entsprechenden Ports angeschlossen. Der Ansaugkrümmer verbindet sich mit dem Luftfilter direkt oder zu einem Vergaser, wenn man vorhanden ist, was dann mit dem verbunden ist Luftfilter. Es verteilt die Luft eingehalten von diesen Geräten auf die einzelnen Zylinder. Der Auspuffkrümmer ist die erste Komponente in der Abgassystem. Es sammelt die Abgase von den Zylindern und treibt sie in die folgende Komponente im Pfad. Das Abgassystem eines Eiss kann auch a beinhalten Katalysator und Schalldämpfer. Der letzte Abschnitt im Weg der Abgase ist der Abgabestelle.

4-Takt-Motoren

Das Top Dead Center (TDC) eines Kolbens ist die Position, in der er den Ventilen am nächsten liegt; Bottomer Mitte (BDC) ist die entgegengesetzte Position, in der es am weitesten von ihnen entfernt ist. EIN streicheln ist die Bewegung eines Kolbens von TDC zu BDC oder umgekehrt zusammen mit dem zugehörigen Prozess. Während ein Motor in Betrieb ist, dreht sich die Kurbelwelle kontinuierlich konstant konstant Geschwindigkeit. In einem 4-Takt-Eis erfährt jeder Kolben in der folgenden Reihenfolge 2 Striche pro Revolution der Kurbelwelle. Beginnen Sie die Beschreibung bei TDC, diese sind:^[28][29]

1. Aufnahme, Induktion oder Absaugen: Die Ansaugventile sind aufgrund des auf den Ventilstiel drückenden Nockenlappen geöffnet. Der Kolben bewegt sich nach unten und erhöht das Volumen der Verbrennungskammer und lässt Luft in SI-Motoren, die nicht verwenden direkte Injektion. Die Luft- oder Luftstoffmischung wird als die Mischung genannt aufladen auf jeden Fall.
2. Kompression: Bei diesem Schlag sind beide Ventile geschlossen und der Kolben bewegt sich nach oben, wodurch das Volumen der Brennkammer reduziert wird, das sein Minimum erreicht, wenn sich der Kolben bei TDC befindet. Der Kolben spielt Arbeit auf der Ladung, wie sie komprimiert wird; Infolgedessen nehmen Druck, Temperatur und Dichte zu; Eine Annäherung an dieses Verhalten wird von der bereitgestellt ideal gas law. Kurz bevor der Kolben TDC erreicht, beginnt die Zündung. Bei einem SI -Motor erhält die Zündkerze einen Hochspannungsimpuls, der den Funken erzeugt, der ihm ihren Namen gibt und die Ladung entzündet. Bei einem CI -Motor injiziert der Kraftstoffeinspritzdüsen schnell Kraftstoff in die Brennkammer als Spray; Der Kraftstoff entzündet sich aufgrund der hohen Temperatur.
3. Leistung oder Arbeitsschlag: Der Druck der Verbrennungsgase drückt den Kolben nach unten und erzeugt mehr kinetische Energie ist erforderlich, um die Ladung zu komprimieren. Komplementär zum Kompressionstrich erweitern sich die Verbrennungsgase und infolgedessen nimmt ihre Temperatur, ihre Druck und ihre Dichte ab. Wenn sich der Kolben in der Nähe von BDC befindet, öffnet sich das Auspuffventil. Die Verbrennungsgase expandieren irreversibel aufgrund des übrig gebliebenen Drucks - überschüssiges Rückdruck, der Messdruck auf den Auspuffanschluss -; Dies nennt man die Abfall.
4. Auspuff: Das Abgasventil bleibt offen, während sich der Kolben nach oben bewegt, um die Verbrennungsgase zu vertreiben. Für natürlich abgesaugte Motoren kann ein kleiner Teil der Verbrennungsgase während des normalen Betriebs im Zylinder verbleiben, da der Kolben die Verbrennungskammer nicht vollständig schließt. Diese Gase lösen sich in der nächsten Ladung auf. Am Ende dieses Hubs schließt sich das Abgasventil, das Einlassventil öffnet sich und die Sequenz wiederholt sich im nächsten Zyklus. Das Einlassventil kann sich öffnen, bevor sich das Abgabventil schließt, um ein besseres Abfangen zu ermöglichen.

2-Takt-Motoren

Das definierende Merkmal dieser Art von Motor ist, dass jeder Kolben einen Zyklus bei jeder Kurbelwellenrevolution beendet. Die 4 Prozesse der Einnahme, Komprimierung, Leistung und Abgas erfolgen in nur 2 Schlägen, so dass es nicht möglich ist, einen Schlaganfall ausschließlich für jeden von ihnen zu widmen. Ab TDC besteht der Zyklus aus:

1. Leistung: Während der Kolben abfällt die Verbrennungsgase erledigen Arbeiten wie in einem 4-Takt-Motor. Das Gleiche thermodynamisch Überlegungen zur Expansion gelten.
2. Scavenging: Um 75 ° der Kurbelwellenrotation vor dem BDC öffnet sich das Auspuffventil oder das Anschluss, und ein Abfall tritt auf. Kurz darauf öffnet das Einlassventil oder der Übertragungsanschluss. Die eingehende Ladung verdrängt die verbleibenden Verbrennungsgases an das Abgassystem, und ein Teil der Ladung kann auch in das Abgassystem eintreten. Der Kolben erreicht BDC und kehrt die Richtung um. Nachdem der Kolben ein kurzes Stück nach oben in den Zylinder zurückgelegt ist, schließt sich das Abgasventil oder Anschluss; Kurz das Einlassventil oder der Übertragungsanschluss schließt sich ebenfalls ab.
3. Kompression: Mit geschlossenem Aufnahme und Auspuff bewegt sich der Kolben weiter nach oben, um die Ladung zu komprimieren und Arbeiten auszuführen. Wie bei einem 4-Takt-Motor beginnt die Zündung kurz vor dem Erreichen des Kolbens TDC und die gleiche Überlegung der Thermodynamik der Komprimierung der Ladung gelten.

Während ein 4-Takt-Motor den Kolben als ein verwendet Positive Verschiebungspumpe Um das Scavenging 2 der 4 Schläge zu erreichen, verwendet ein 2-Takt-Motor den letzten Teil des Stromhubs und den ersten Teil des Kompressionshubs für die kombinierte Einnahme und den Abgas. Die Arbeit, die erforderlich ist, um die Ladung und Abgase zu verdrängen, stammt entweder aus dem Kurbelgehäuse oder einem separaten Gebläse. Zum Absuchen, die Ausweisung von verbranntem Gas und den Eintritt frischer Mischung werden zwei Hauptansätze beschrieben: Schleifenfänger und Uniflow -Scavenging. SAE News veröffentlichte in den 2010er Jahren, dass 'Loop Scavenging' unter keinen Umständen besser ist als Uniflow Scavenging.^[22]

Kurbelgehäuse gesenkt

Einige SI -Motoren sind Kurbelgehäuse abgeschrägt und verwenden keine Poppet -Ventile. Stattdessen wird der Kurbelgehäuse und der Teil des Zylinders unterhalb des Kolbens als Pumpe verwendet. Der Einlassport ist über a mit dem Kurbelgehäuse verbunden Reed-Ventil oder ein vom Motor angetriebener Rotationsscheibenventil. Für jeden Zylinder verbindet sich ein Übertragungsanschluss an einem Ende mit dem Kurbelgehäuse und am anderen Ende mit der Zylinderwand. Der Auspuffanschluss ist direkt an die Zylinderwand angeschlossen. Der Übertragungs- und Abgasanschluss wird vom Kolben geöffnet und geschlossen. Das Schilfventil öffnet sich, wenn der Kurbelgehäusedruck geringfügig unter dem Ansaugdruck liegt, um es mit einer neuen Ladung gefüllt zu lassen. Dies geschieht, wenn sich der Kolben nach oben bewegt. Wenn sich der Kolben nach unten bewegt, nimmt der Druck im Kurbelgehäuse nach unten und das Schilfventil wird sofort geschlossen, dann wird die Ladung in der Kurbelgehäuse komprimiert. Wenn sich der Kolben nach unten bewegt, deckt er auch den Auspuffanschluss und den Übertragungsanschluss und der höhere Druck der Ladung im Kurbelgehäuse durch den Zylinder durch den Übertragungsanschluss und blasen die Abgase. Schmierung wird durch Hinzufügen durchgeführt 2-Takt-Öl zum Kraftstoff in kleinen Verhältnissen. Petroil Bezieht sich auf die Mischung aus Benzin mit dem vorgenannten Öl. Diese Art von 2-Takt-Motor hat eine geringere Effizienz als vergleichbare 4-Takt-Motoren und freisetzt mehr verschmutzte Abgase Für die folgenden Bedingungen:

• Sie verwenden a Total-Loss-Schmiersystem: Das gesamte Schmieröl wird schließlich zusammen mit dem Kraftstoff verbrannt.
• Es gibt widersprüchliche Anforderungen für das Scavenging: Auf der einen Seite muss in jedem Zyklus genügend frische Ladung eingeführt werden, um fast alle Verbrennungsgase zu verdrängen, aber zu viel davon führt dazu, dass ein Teil davon in den Auspuff kommt.
• Sie müssen die Übertragungsanschlüsse als sorgfältig gestaltete und platzierte Düse verwenden, damit ein Gasstrom so erzeugt wird, dass er den gesamten Zylinder fegt Ladung erschöpft. 4-Takt-Motoren haben den Vorteil, dass fast alle Brennstoffe gewaltsam ausgewiesen werden, da die Brennkammer während der Abgas auf sein Mindestvolumen reduziert wird. In Kurbelgehäuse werden 2-Takt-Motoren abgehackt, Abgas und Einlass werden hauptsächlich gleichzeitig und mit der Brennkammer mit maximalem Volumen durchgeführt.

Der Hauptvorteil von 2-Takt-Motoren dieser Art ist die mechanische Einfachheit und eine höhere Power-to-Gewicht-Verhältnis als ihre 4-Takt-Kollegen. Obwohl es doppelt so viele Stromstriche pro Zyklus hat, ist in der Praxis weniger als doppelt so hoch wie die Leistung eines vergleichbaren 4-Takt-Motors erreichbar.

In den USA wurden 2-Takt-Motoren aufgrund der Umweltverschmutzung für Straßenfahrzeuge verboten. Offroad Nur Motorräder sind immer noch oft 2-Takte, aber selten legal. Viele tausend 2-Takt-Wartungsmotoren werden jedoch verwendet.

Gebläse gesenkt

Die Verwendung eines separaten Gebläses vermeidet viele Mängel des Kurbelgehäuse -Abgases, auf Kosten einer erhöhten Komplexität, was höhere Kosten und eine Erhöhung des Wartungsbedarfs bedeutet. Ein Motor dieses Typs verwendet Anschlüsse oder Ventile zur Einnahme und Ventile für den Auspuff, außer Ausnahme Gegenkolbenmotoren, die auch Ports für Auspuff verwenden können. Das Gebläse ist normalerweise von der Wurzeln Aber auch andere Typen wurden verwendet. Dieses Design ist in CI -Motoren alltäglich und wurde gelegentlich in SI -Motoren eingesetzt.

CI -Motoren, die ein Gebläse verwenden, verwenden normalerweise Uniflow Scavenging. In diesem Design enthält die Zylinderwand mehrere Ansauganschlüsse, die gleichmäßig über dem Umfang direkt über der Position platziert sind, die die Kolbenkrone bei BDC erreicht. Ein Abgasventil oder mehrere wie das von 4-Takt-Motoren wird verwendet. Der letzte Teil des Ansaugkrümmers ist eine Air -Hülle, die die Einlassports füttert. Die Einlassöffnungen werden in einem horizontalen Winkel zur Zylinderwand (d. H. Sie befinden sich in der Ebene der Kolbenkrone), um der eingehenden Ladung einen Wirbel zu verleihen, um die Verbrennung zu verbessern. Das größte IC -Hubkolben -IC sind CI -Motoren dieser Art mit niedriger Geschwindigkeit. Sie werden für den marinen Antrieb verwendet (siehe Marine Dieselmotor) oder Elektrische Stromerzeugung und die höchste thermische Effizienz bei internen Verbrennungsmotoren jeglicher Art erreichen. Einige Dieselelektrikum Lokomotivmotoren Betätigen Sie mit dem 2-Takt-Zyklus. Die mächtigsten von ihnen haben eine Bremskraft von rund 4,5MW oder 6.000HP. Das EMD SD90MAC Die Klasse von Lokomotiven ist ein Beispiel dafür. Die vergleichbare Klasse GE AC6000CW Wessen erstklassiger Mover hat fast die gleiche Bremsleistung einen 4-Takt-Motor.

Ein Beispiel für diese Art von Motor ist das Wärtsilä-Sulzer RT-FLEX96-C Turbogeladen 2-Takt-Diesel, verwendet in großen Behälterschiffen. Es ist die effizienteste und leistungsstärkste, wechselhafte Verbrennungsmotor der Welt mit a thermischen Wirkungsgrad über 50%.^[30][31][32] Zum Vergleich sind die effizientesten kleinen vier Taktmotoren rund 43% thermisch effizient (SAE 900648); Die Größe ist ein Vorteil für die Effizienz aufgrund des Anstiegs des Volumens zur Oberfläche.

Siehe das Externe Links Für ein Verbrennungsvideo in Zylinder in einem 2-Takt-Motorradmotor.

Historisches Design

Dugald Angestellter entwickelte 1879 den ersten Zwei-Zyklus-Motor. Sie verwendete einen separaten Zylinder, der als Pumpe fungierte, um das Kraftstoffgemisch auf den Zylinder zu übertragen.^[22]

1899 John Day Vereinfachtes Design des Angestellten in den Typ der 2 -Zyklus -Engine, der heute sehr weit verbreitet ist.^[33] Tageskreismotoren sind Kurbelgehäuse abgestimmt und zeitlich verabreicht. Der Kurbelgehäuse und der Teil des Zylinders unter dem Auspuffanschluss werden als Pumpe verwendet. Der Betrieb des Tageszyklusmotors beginnt, wenn die Kurbelwelle so gedreht wird, dass der Kolben von BDC nach oben (in Richtung Kopf) ein Vakuum im Kurbelgehäuse-/Zylinderbereich entsteht. Der Vergaser füttert dann das Kraftstoffgemisch in den Kurbelgehäuse durch a Reed-Ventil oder ein Drehscheibenventil (vom Motor angetrieben). Es gibt in Kanälen vom Kurbelgehäuse zum Anschluss im Zylinder gegossen, um die Einnahme und eine andere vom Auspuffanschluss bis zum Auspuffrohr zu liefern. Die Höhe des Ports in Bezug auf die Länge des Zylinders wird als "Port -Timing" bezeichnet.

Beim ersten Aufwärtshut des Motors würde kein Kraftstoff in den Zylinder aufgenommen, da der Kurbelgehäuse leer war. Auf dem Downhut komprimiert der Kolben nun den Kraftstoffmix, der den Kolben im Zylinder und die Lager aufgrund des Kraftstoffmixes mit Öl geschmiert hat. Wenn der Kolben nach unten bewegt, deckt er zuerst den Auspuff auf, aber beim ersten Hub gibt es keinen verbrannten Kraftstoff zum Abtast. Während sich der Kolben weiter nach unten bewegt, deckt er den Einlassport auf, der einen Kanal enthält, der zum Kurbelgehäuse verläuft. Da der Kraftstoffmix im Kurbelgehäuse unter Druck steht, bewegt sich die Mischung durch den Kanal und in den Zylinder.

Da im Zylinder des Kraftstoffs keine Obstruktion vorhanden ist, um sich direkt aus dem Auspuffanschluss zu bewegen, bevor der Kolben weit genug ansteigt, um den Hafen zu schließen, verwendeten frühe Motoren einen hoch gewölbten Kolben, um den Kraftstofffluss zu verlangsamen. Später wurde der Kraftstoff mit einem Expansionskammer -Design "Resonanz" in den Zylinder zurück in den Zylinder. Als der Kolben in der Nähe von TDC stieg, entzündete ein Funke den Treibstoff. Wenn der Kolben mit Strom nach unten gefahren wird, deckt er zunächst den Auspuffanschluss auf, in dem der verbrannte Kraftstoff unter hohem Druck ausgestoßen wird, und dann der Einlassanschluss, an dem der Prozess abgeschlossen wurde, und sich immer wieder wiederholt.

Spätere Motoren verwendeten eine Art von Portierung, die vom Deutz -Unternehmen entwickelt wurden, um die Leistung zu verbessern. Es wurde das genannt Schnurle Reverse Flow System. DKW lizenzierte dieses Design für alle ihre Motorräder. Ihr DKW RT 125 war eines der ersten Kraftfahrzeuge, das dadurch über 100 mpg erreicht wurde.^[34]

Zündung

Interne Verbrennungsmotoren erfordern entweder eine Zündung der Mischung, entweder durch Funkenzündung (SI) oder Kompressionszündung (CI). Vor der Erfindung zuverlässiger elektrischer Methoden wurden Whirlz- und Flammenmethoden verwendet. Versuchsmotoren mit Laserzündung wurde gebaut.^[35]

Funkenzündungsprozess

Der Funken-Anmuthotor war eine Verfeinerung der frühen Motoren, die die Whirl-Rohrzündung verwendeten. Als Bosch das entwickelte Magneto Es wurde zum Hauptsystem, um Strom zu erzeugen, um eine Zündkerze zu erregen.^[36] Viele kleine Motoren verwenden immer noch Magnetozündung. Kleine Motoren werden von Hand mit einem begonnen Rückstoßstarter oder Handkurbel. Vor Charles F. Kettering von Delco durch die Entwicklung des Automobilstarters Alle Benzin -Motor -Autos verwendeten eine Handkurbel.^[37]

Größere Motoren betreiben normalerweise ihre Motoren starten und Zündsysteme mit der in a gespeicherten elektrischen Energie Blei -Säure -Batterie. Der geladene Zustand der Batterie wird von einem aufrechterhalten Automobilmaschine oder (zuvor) einen Generator, der Motorleistung verwendet, um elektrische Energiespeicher zu erstellen.

Die Batterie liefert elektrische Stromversorgung zum Starten, wenn der Motor a hat Motor starten System und liefert elektrische Leistung, wenn der Motor ausgeschaltet ist. Die Batterie liefert auch elektrische Leistung unter seltenen Laufbedingungen, bei denen die Lichtmaschine nicht mehr als 13,8 Volt aufrechterhalten kann (für ein gemeinsames 12 -V -Automobil -elektrisches System). Wenn die Lichtmaschinenspannung unter 13,8 Volt fällt, nimmt die Blei-Säure-Speicherbatterie zunehmend die elektrische Belastung auf. Bei praktisch allen laufenden Bedingungen, einschließlich normaler Leerlaufbedingungen, liefert der Lichtmaschinen die primäre elektrische Leistung.

Einige Systeme deaktivieren die Stromversorgung von Lichtmaschinen Feld (ROTOR) während weitläufiger Gasbedingungen. Das Deaktivieren des Feldes reduziert die mechanische Belastung der Lichtmaschinenscheibe auf nahezu Null und maximiert die Kurbelwellenleistung. In diesem Fall liefert die Batterie die gesamte primäre elektrische Leistung.

Benzinmotoren nehmen eine Mischung aus Luft und Benzin ein und komprimieren sie durch die Bewegung des Kolbens von der unteren Mitte bis zur oberen Mitte, wenn der Kraftstoff maximal komprimiert ist. Die Verringerung der Größe der Fläche des Zylinders und unter Berücksichtigung des Volumens der Verbrennungskammer wird durch ein Verhältnis beschrieben. Frühe Motoren hatten Kompressionsverhältnisse von 6 zu 1. Mit zunehmender Kompressionsverhältnisse stieg auch die Effizienz des Motors.

Bei frühen Induktions- und Zündsystemen mussten die Kompressionsverhältnisse niedrig gehalten werden. Mit Fortschritten in der Brennstofftechnologie und des Brennungsmanagements können Hochleistungsmotoren nach 12: 1-Verhältnis zuverlässig laufen. Bei niedrigem Oktanbrennstoff würde ein Problem auftreten, wenn das Kompressionsverhältnis zunahm, da der Kraftstoff aufgrund des entstandenen Temperaturanstiegs zündete. Charles Kettering entwickelt a Leadditive Dies ermöglichte höhere Komprimierungsverhältnisse, was zunehmend war für die Automobilanlage verlassen ab den 1970er Jahren, teilweise aufgrund Bleivergiftung Bedenken.

Das Kraftstoffgemisch wird bei verschiedenen Fortschritten des Kolbens im Zylinder entzündet. Bei niedriger Drehzahl ist der Funke zeitlich festgelegt, um in der Nähe des Kolbens zu sehen, der das oberste tote Zentrum erreicht. Um mehr Strom zu erzeugen, wird der Funke während der Kolbenbewegung früher weiterentwickelt. Der Funke tritt auf, während der Kraftstoff mit zunehmendem RPM immer noch zunehmend komprimiert wird.^[38]

Die notwendige Hochspannung, typischerweise 10.000 Volt, wird von einem geliefert Induktionsspule oder Transformator. Die Induktionsspule ist ein Fly-Back-System, das unter Verwendung des elektrischen Primärsystemstroms durch einen Synchron-Unterbrecher unter Verwendung des elektrischen Primärsystems verwendet wird. Der Unterbrecher kann entweder Kontaktpunkte oder ein Stromtransistor sein. Das Problem bei dieser Art von Zündung ist, dass die Verfügbarkeit von elektrischer Energie mit zunehmender RPM mit zunehmender Geschwindigkeit zunimmt. Dies ist insbesondere ein Problem, da die Menge an Energie, die für die Zündung eines dichteren Kraftstoffgemisches benötigt wird, höher ist. Das Ergebnis war oft eine Fehlzündung mit hoher Drehzahl.

Kondensatorentladungszündung wurde entwickelt. Es erzeugt eine steigende Spannung, die an die Zündkerze gesendet wird. CD -Systemspannungen können 60.000 Volt erreichen.^[39] CD-Zündungen verwenden Fortschritte Transformer. Der Step-up-Transformator verwendet Energie, die in einer Kapazität gespeichert ist, um zu erzeugen elektrischer Funke. Mit entweder System bietet ein mechanisches oder elektrisches Steuerungssystem eine sorgfältig zeitgesteuerte Hochspannung am richtigen Zylinder. Dieser Funke über die Zündkerze entzündet die Luftkraftstoffmischung in den Zylindern des Motors.

Während Benzin -Verbrennungsmotoren bei kaltem Wetter viel einfacher sind als die Dieselmotoren, können sie unter extremen Bedingungen immer noch kaltes Wetter auftreten. Die Lösung bestand jahrelang darin, das Auto in beheizten Bereichen zu parken. In einigen Teilen der Welt wurde das Öl über Nacht tatsächlich abgelassen und erhitzt und kehrte zum Kaltstart zum Motor zurück. In den frühen 1950er Jahren wurde das Benzin -Vergasereinheit entwickelt, wo bei kaltem Wetter Roh Benzin an das Gerät umgeleitet wurde, in dem ein Teil des Kraftstoffs verbrannt wurde, wodurch der andere Teil ein heißer Dampf wurde, der direkt an den Verteiler der Ansaugventil geschickt wurde. Dieses Gerät war bis elektrisch sehr beliebt Motorblockheizungen wurde Standard auf Benzinmotoren, die in kalten Klimazonen verkauft wurden.^[40]

Kompressionszündungsprozess

Für Zündung, Diesel, PPC und HCCI Motoren verlassen sich ausschließlich auf die hohe Temperatur und den Druck, den der Motor in seinem Kompressionsprozess erzeugt. Der auftretende Kompressionsniveau ist normalerweise zwei oder mehr als ein Benzinmotor. Dieselmotoren nehmen nur Luft auf und sprühen kurz vor der Spitzenkompression eine kleine Menge Dieselkraftstoff über einen Kraftstoffinjektor in den Zylinder, der es dem Kraftstoff ermöglicht, sofort zu entzünden. HCCI-Motoren nehmen sowohl Luft als auch Kraftstoff auf, stützen sich jedoch aufgrund höherer Drücke und Temperaturen weiterhin auf einen ohne Fremdhilfsmittelverbrennungsprozess. Dies ist auch der Grund, warum Diesel- und HCCI-Motoren anfälliger für Probleme mit kaltem Start sind, obwohl sie bei einem kalten Wetter genauso gut laufen. Leichte Dieselmotoren mit Indirekte Injektion in Automobilen und leichten LKWs beschäftigt Glühen (oder andere Vorheizen: siehe Cummins ISB#6BT) das vorwärmen die Brennkammer Kurz bevor ich anfing, bei kaltem Wetter die No-Start-Bedingungen zu reduzieren. Die meisten Dieselmotoren haben auch ein Batterie- und Ladesystem. Trotzdem ist dieses System zweitrangig und wird von Herstellern als Luxus für die einfache Start, das Ein- und Ausschalten des Kraftstoffs (was auch über einen Schalter oder ein mechanisches Gerät ausgeschaltet werden kann) und zum Ausführen von elektrischen Hilfskomponenten und Zubehörteilen hinzugefügt werden. Die meisten neuen Motoren verlassen sich auf elektrische und elektronische Motorsteuerungseinheiten (ECU), die auch den Verbrennungsprozess anpassen, um die Effizienz zu steigern und die Emissionen zu verringern.

Schmierung

Oberflächen in Kontakt und relative Bewegung auf andere Oberflächen erfordern Schmierung Verringerung von Verschleiß, Lärm und Steigerung der Effizienz durch Reduzierung der Stromverschwendung bei der Überwindung Reibung, oder um den Mechanismus überhaupt funktionieren zu lassen. Außerdem kann das verwendete Schmiermittel überschüssige Wärme reduzieren und Komponenten zusätzliche Kühlung liefern. Zumindest erfordert ein Motor in den folgenden Teilen Schmierung:

• Zwischen Kolben und Zylindern
• Kleine Lager
• Big Endlager
• Hauptlager
• Ventilgetriebe (die folgenden Elemente sind möglicherweise nicht vorhanden):
  • Tappets
  • Rockerarme
  • Pushrods
  • Zeitkette oder Zahnräder. Zahnriemen erfordern keine Schmierung.

In 2-Takt-Kurbelgehäusefest-Motoren, dem Inneren des Kurbelgehäuses und damit der Kurbelwelle, der Verbindungsstange und des Bodens der Kolben werden von den besprüht 2-Takt-Öl in der Luftkraftstoffölmischung, die dann zusammen mit dem Kraftstoff verbrannt wird. Der Ventilzug kann in einem mit Schmiermittel überfluteten Fach enthalten sein, damit neins Ölpumpe ist nötig.

In einem Splash -Schmiersystem Es wird keine Ölpumpe verwendet. Stattdessen taucht die Kurbelwelle in das Öl im Sumpf ein und spritzt aufgrund ihrer hohen Geschwindigkeit die Kurbelwelle, stellt Stangen und Boden der Kolben. Die Big -End -Kappen der Verbindungsstange haben möglicherweise eine angebrachte Kugel, um diesen Effekt zu verbessern. Der Ventilzug kann auch in einem überfluteten Fach versiegelt oder auf die Kurbelwelle offen geöffnet werden, wie er bespritztes Öl erhält und es ermöglicht, wieder in den Sumpf abzureisen. Die Spritzschrottung ist für kleine 4-Takt-Motoren üblich.

In einem gezwungen (auch genannt Druck-) Schmiersystem, Schmierung wird in einer geschlossenen Schleife durchgeführt, die trägt Motoröl Zu den vom System gewarteten Oberflächen und gibt das Öl dann in einen Stausee zurück. Die Hilfsausrüstung eines Motors wird in der Regel von dieser Schleife nicht gewartet. Zum Beispiel eine Generator kann verwenden Kugellager mit ihrem eigenen Schmiermittel versiegelt. Das Reservoir für das Öl ist normalerweise der Sumpf, und wenn dies der Fall ist, wird es a genannt nasse Sumpf System. Wenn es ein anderes Ölreservoir gibt, fängt das Kurbelgehäuse es immer noch an, aber es wird kontinuierlich von einer speziellen Pumpe abgelassen. Dies wird a genannt Trockener Sumpf System.

Auf dem Boden enthält der Sumpf eine Ölaufnahme, die von einem Netzfilter bedeckt ist, der an eine Ölpumpe angeschlossen ist, dann an eine an eine Ölfilter außerhalb des Kurbelgehäuses. Von dort wird es in die Hauptlager und den Ventilzug umgeleitet. Der Kurbelgehäuse enthält mindestens einen Ölgalerie (Eine Leitung in einer Kurbelgehäusewand), in die Öl aus dem Ölfilter eingeführt wird. Die Hauptlager enthalten eine Rille durch den gesamten oder die Hälfte seines Umfangs; Das Öl tritt in diese Rillen aus Kanälen ein, die an die Ölgalerie angeschlossen sind. Die Kurbelwelle hat Bohrungen, die Öl aus diesen Rillen nehmen und es in die großen Endlager liefern. Alle Big -End -Lager sind auf diese Weise geschmiert. Ein einzelnes Hauptlager kann Öl für 0, 1 oder 2 große Endlager liefern. Ein ähnliches System kann verwendet werden, um den Kolben, seinen Gudgeon -Stift und das kleine Ende seiner Verbindungsstange zu schmieren. In diesem System hat das Big End der Verbindungsstange eine Rille um die Kurbelwelle und einen mit der Rille angeschlossenen Bohrung, der Öl von dort an den Boden des Kolbens und von diesem Zylinder verteilt.

Andere Systeme werden auch verwendet, um Zylinder und Kolben zu schmieren. Die Stange kann eine Düse haben, um einen Ölstrahl auf den Zylinder und den Boden des Kolbens zu werfen. Diese Düse ist in Bewegung relativ zum Zylinder, das sie schmiert, aber immer darauf oder auf den entsprechenden Kolben hingewiesen.

In der Regel haben erzwungene Schmiersysteme einen höheren Schmiermittelfluss als das, was erforderlich ist, um zufriedenstellend zu schmieren, um die Abkühlung zu unterstützen. Insbesondere hilft das Schmiersystem, die Wärme von den heißen Motorteilen in die Kühlflüssigkeit (in wassergekühlten Motoren) oder Flossen (in luftgekühlten Motoren) zu bewegen, die es dann in die Umwelt übertragen. Das Schmiermittel muss so konzipiert sein, dass er chemisch stabil ist und geeignete Viskositäten innerhalb des Temperaturbereichs aufrechterhalten, dem er im Motor stößt.

Zylinderkonfiguration

Gemeinsame Zylinderkonfigurationen umfassen die Gerade oder Inline -Konfiguration, desto kompakter V Konfigurationund die breiter aber reibungsloser flache oder Boxerkonfiguration. Flugzeugmotoren kann auch a annehmen radiale Konfiguration, was eine effektivere Kühlung ermöglicht. Mehr ungewöhnliche Konfigurationen wie die H, U, X, und W wurden auch verwendet.

Mehrere Zylindermotoren haben ihren Ventilzug und ihre Kurbelwelle so konfiguriert, dass Kolben in verschiedenen Teilen ihres Zyklus sind. Es ist wünschenswert, dass die Zyklen der Kolben gleichmäßig verteilt sind (dies heißt sogar schießen) insbesondere in erzwungenen Induktionsmotoren; Dies reduziert Drehmomentpulsationen^[41] und macht Inline -Motoren mit mehr als 3 Zylinder statisch ausgewogen in seinen Hauptkräften. Jedoch einige Motorkonfigurationen Erfordern Sie seltsames Schießen, um ein besseres Gleichgewicht zu erreichen, als es mit einem gleichmäßigen Schuss möglich ist. Zum Beispiel ein 4-Takt I2 Motor hat ein besseres Gleichgewicht, wenn der Winkel zwischen den Kurbelpins 180 ° beträgt, da sich die Kolben in entgegengesetzte Richtungen bewegen und die Trägheitskräfte teilweise abbrechen. Dies ergibt jedoch ein seltsames Brennmuster, bei dem ein Zylinder 180 ° der Drehung der Kurbelwelle nach dem anderen abbricht, dann keine Zylinderbrände für 540 °. Mit einem gleichmäßigen Brennmuster würden sich die Kolben im Einklang bewegen und die damit verbundenen Kräfte würden hinzufügen.

Mehrere Kurbelwellenkonfigurationen benötigen nicht unbedingt a Zylinderkopf überhaupt, weil sie stattdessen an jedem Ende des Zylinders einen Kolben haben können Gegenkolben Entwurf. Da die Kraftstoffeinlässe und -auslässe an den entgegengesetzten Enden des Zylinders positioniert sind, kann man Uniflow Scavenging erreichen, was wie im Vier-Takt-Motor über einen weiten Bereich von Motorgeschwindigkeiten effizient ist. Die thermische Effizienz wird aufgrund des Mangels an Zylinderköpfen verbessert. Dieses Design wurde in der verwendet Junkers Jumo 205 Dieselflugzeugmotor mit zwei Kurbelwellen an beiden Enden einer einzelnen Zylinderbank und am bemerkenswertesten in der Napier Deltic Dieselmotoren. Diese verwendeten drei Kurbelwellen, um drei Banken von zu bedienen Doppel-Zylinder in einem gleichseitigen Dreieck mit den Kurbelwellen an den Ecken angeordnet. Es wurde auch in Einzelbanken verwendet Lokomotivmotorenund wird immer noch in verwendet Meeresantrieb Motoren und Marine -Auxiliary -Generatoren.

Dieselzyklus

Die meisten Dieselmotoren von LKW und Automobile verwenden einen Zyklus, der an einen Vier-Takt-Zyklus erinnert, aber mit einer Temperatursteigerung durch Komprimierung, die Zündung verursacht, anstatt ein separates Zündsystem zu benötigen. Diese Variation wird als Dieselzyklus bezeichnet. Im Dieselzyklus wird der Dieselkraftstoff direkt in den Zylinder injiziert, so dass die Verbrennung bei konstantem Druck auftritt, wenn sich der Kolben bewegt.

Otto -Zyklus

Das Otto -Zyklus ist der häufigste Zyklus für die Verbrennungsmotoren der meisten Autos, die Benzin als Kraftstoff verwenden. Es besteht aus den gleichen wichtigen Schritten, die für den Viertaktmotor beschrieben sind: Aufnahme, Komprimierung, Zündung, Expansion und Abgas.

Fünf-Takt-Motor

Im Jahr 1879, Nicolaus Otto Hersteller und verkaufte einen Doppelerweiterungsmotor (die Prinzipien der Doppel- und Dreifacherweiterung hatten in Dampfmaschinen ausreichend verwendet), mit zwei kleinen Zylinder an beiden Seiten eines größeren Zylinders mit niedrigem Druck, bei dem eine zweite Expansion des Abgasgases stattfand; Der Eigentümer gab es zurück und behauptete schlechte Leistung. 1906 wurde das Konzept in ein von EHV gebautes Auto (gebautes Auto) eingebaut (Eisenhuth Horslosen -Fahrzeugfirma);^[42] und im 21. Jahrhundert Ilmor Entworfen und erfolgreich getestet einen 5-Takt-Doppelausdehnungsintererbrennmotor mit hoher Leistung und niedrigem SFC (spezifischer Kraftstoffverbrauch).^[43]

Sechs-Takt-Motor

Das Sechs-Takt-Motor wurde 1883 erfunden. Vier Arten von Sechs-Takt-Motoren verwenden einen regulären Kolben in einem regulären Zylinder (Griffin Six-Takt, Bajulaz Six-Takt, Velozeta Six-Tact und Crower Sechs-Takt) und feuerten alle drei Drehwirtschaft. Diese Systeme erfassen die Abwärme des Vierakten Otto -Zyklus mit einer Injektion von Luft oder Wasser.

Das Bearebkopf und "Piston Charger" -Motoren wirken als Gegenkolbenmotoren, zwei Kolben in einem einzigen Zylinder, die alle zwei Revolutionen und nicht alle vier wie ein Viertaktmotor abfeuern.

Andere Zyklen

Die allerersten Verbrennungsmotoren haben das Gemisch nicht komprimiert. Der erste Teil des Kolbenablaufs zog eine Kraftstoff-Luft-Mischung an, dann schloss das Einlassventil und im Rest des Abwärtsschlags feuerte das Kraftstoff-Luft-Gemisch. Das Abgasventil öffnete sich für den Kolbenaufenthalt. Diese Versuche, das Prinzip von a zu imitieren Dampfmaschine waren sehr ineffizient. Es gibt eine Reihe von Variationen dieser Zyklen, insbesondere die Atkinson und Miller -Zyklen.

Splitzyklus Motoren trennen die vier Aufnahme-, Komprimierungs-, Verbrennungs- und Abgasstriche in zwei getrennte, aber gepaarte Zylinder. Der erste Zylinder wird zur Aufnahme und Kompression verwendet. Die Druckluft wird dann durch einen Crossover -Durchgang vom Kompressionszylinder in den zweiten Zylinder überführt, wo Verbrennung und Abgas auftreten. Ein Split-Cycle-Motor ist wirklich ein Luftkompressor auf der einen Seite mit einer Brennkammer auf der anderen Seite.

Frühere Split-Cycle-Motoren hatten zwei Hauptprobleme: Atmung des Motors (volumetrische Effizienz) und niedrige thermische Effizienz. Es werden jedoch neue Entwürfe eingeführt, die sich mit diesen Problemen befassen. Das Scuderi -Motor befasst sich mit dem Atemproblem, indem Sie den Clearance zwischen dem Kolben und dem Zylinderkopf durch verschiedene Turbo -Ladetechniken reduzieren. Das Scuderi -Design erfordert die Verwendung von nach außen geöffneten Ventilen, mit denen sich der Kolben ohne die Störung der Ventile sehr nahe am Zylinderkopf bewegen kann. Scuderi befasst sich mit der niedrigen thermischen Effizienz durch Feuer nach dem Top Dead Center (ATDC).

Das Brennen von ATDC kann durch Verwendung von Hochdruckluft im Übertragungsgang erreicht werden, um Schallfluss und hohe Turbulenz im Leistungszylinder zu erzeugen.

Der Viertakt-Kurbel-Rocker-Motor mit einem Kurvenzylinder wurde ebenfalls erfunden, um seine Effizienz zu untersuchen.^[44]

Verbrennungsturbinen

Düsentriebwerk

Düsenmotoren verwenden eine Reihe von Zeilen von Lüfterblättern, um Luft zu komprimieren, die dann a eintreten Brennzeichen wo es mit Kraftstoff (typischerweise JP -Kraftstoff) gemischt und dann entzündet wird. Das Verbrennen des Kraftstoffs erhöht die Temperatur der Luft, die dann aus dem Motor erschöpft ist und Schub entsteht. Eine moderne Turbofan Der Motor kann bei Effizienz von bis zu 48% arbeiten.^[45]

Es gibt sechs Abschnitte zu einem Turbofan -Motor:

• Fan
• Kompressor
• Brennzeichen
• Turbine
• Rührgerät
• Düse^[46]

Gasturbinen

Eine Gasturbinen komprimiert Luft und verwendet sie, um a zu drehen Turbine. Es ist im Wesentlichen ein Strahlmotor, der seine Ausgabe auf eine Welle leitet. Eine Turbine hat drei Stufen: 1) Luft wird durch einen Kompressor gezogen, in dem die Temperatur aufgrund von Kompression steigt, 2) Kraftstoff wird in der hinzugefügt Combusterund 3) Heiße Luft wird durch Turbinenschaufeln erschöpft, die eine mit dem Kompressor angeschlossene Welle drehen.

Eine Gasturbine ist eine im Prinzip ähnliche Rotationsmaschine wie a Dampfturbine und es besteht aus drei Hauptkomponenten: einem Kompressor, einer Brennkammer und einer Turbine. Die Temperatur der Luft, nachdem er im Kompressor komprimiert wurde, wird durch Verbrennen von Kraftstoff erhöht. Die beheizte Luft und die Verbrennungsprodukte erweitern sich in einer Turbine und erzeugen die Arbeitsleistung. Um 2⁄3 der Arbeit treibt den Kompressor an: den Rest (ungefähr 1⁄3) ist als nützliche Arbeitsausgabe verfügbar.^[47]

Gasturbinen gehören zu den effizientesten Verbrennungsmotoren. Die Turbine der General Electric 7Ha und 9 ha kombinierter Kreislauf Elektrikpflanzen werden mit über 61% Effizienz bewertet.^[48]

Brayton -Zyklus

Eine Gasturbine ist eine Rotationsmaschine, die im Prinzip einer Dampfturbine im Prinzip ähnlich ist. Es besteht aus drei Hauptkomponenten: Kompressor, Brennkammer und Turbine. Die Luft wird durch den Kompressor komprimiert, bei dem ein Temperaturanstieg auftritt. Die Temperatur der Druckluft wird durch Verbrennung von injiziertem Brennstoff in der Brennkammer, die die Luft erweitert, weiter erhöht. Diese Energie dreht die Turbine, die den Kompressor über eine mechanische Kopplung versorgt. Die heißen Gase sind dann erschöpft, um Schub zu liefern.

Gasturbinenzyklus -Motoren verwenden ein kontinuierliches Verbrennungssystem, bei dem Kompression, Verbrennung und Ausdehnung gleichzeitig an verschiedenen Stellen des Motors auftreten - und die kontinuierliche Leistung gründen. Bemerkenswerterweise findet die Verbrennung bei konstantem Druck statt mit dem Otto -Zyklus konstantes Volumen statt.

Wankel -Motoren

Der Wankel -Motor (Rotationsmotor) hat keine Kolbenstriche. Es arbeitet mit der gleichen Trennung der Phasen wie der Viertaktmotor, wobei die Phasen an getrennten Stellen im Motor stattfinden. Im thermodynamisch Begriffe folgen der Otto -Motor Zyklus kann auch als "vierphasiger" Motor betrachtet werden. Während es wahr ist, dass drei Leistungsstriche typischerweise pro Rotorrevolution auftreten, tritt aufgrund des 3: 1 -Revolutionsverhältnisses des Rotors zur exzentrischen Welle nur ein Leistungsstrich pro Wellenrevolution auf. Die Antriebswelle (exzentrische) Welle dreht sich einmal während jedes Leistungshubs anstelle von zweimal (Kurbelwelle), wie im Otto-Zyklus, was ein größeres Leistungsgewicht als Kolbenmotoren verleiht. Diese Art von Motor wurde vor allem in der verwendet Mazda RX-8, der frühere RX-7und andere Fahrzeugmodelle. Der Motor wird auch in unbemannten Luftfahrzeugen verwendet, bei denen die geringe Größe und das Gewicht und das hohe Leistungsgewicht vorteilhaft sind.

Zwangsinduktion

Zwangsinduktion ist der Prozess der Lieferung von Druckluft zur Einnahme eines Verbrennungsmotors. Eine Zwangs -Induktionsmotor verwendet a Gaskompressor den Druck, die Temperatur und den Druck erhöhen und Luftdichte. Ein Motor ohne erzwungene Induktion wird als als angesehen Natürlich abgesaugter Motor.

Die Zwangsinduktion wird in der Automobil- und Luftfahrtindustrie verwendet, um die Motorleistung und Effizienz zu steigern. Es hilft insbesondere Luftfahrtmotoren, da sie in großer Höhe operieren müssen.

Erzwungene Induktion wird durch a erreicht Supercharger, wo der Kompressor direkt aus der Motorwelle oder in der Turbolader, aus einer Turbine, die vom Motorauspuff angetrieben wird.

Brennstoffe und Oxidationsmittel

Alle Verbrennungsmotoren darauf ankommen Verbrennung von a chemischer Kraftstofftypischerweise mit Sauerstoff aus der Luft (obwohl es möglich ist, injizieren Lachgas mehr des gleichen tun und einen Kraftschub gewinnen). Der Verbrennungsprozess führt typischerweise zur Herstellung einer großen Menge an Wärmeenergie sowie zur Herstellung von Dampf- und Kohlendioxid und anderen Chemikalien bei sehr hoher Temperatur; das Temperatur erreicht wird durch die chemische Zusammensetzung des Kraftstoffs und der Oxidationsmittel bestimmt (siehe Stöchiometrie) sowie durch die Kompression und andere Faktoren.

Brennstoffe

Die häufigsten modernen Kraftstoffe bestehen aus Kohlenwasserstoffe und werden hauptsächlich von abgeleitet von fossile Brennstoffe (Petroleum). Fossile Brennstoffe umfassen Dieselkraftstoff, Benzin und Erdölgasund die seltenere Verwendung von Propan. Mit Ausnahme der Kraftstoffversorgungskomponenten können die meisten internen Verbrennungsmotoren, die für den Benzinkonsum ausgelegt sind Erdgas oder verflüssige Erdölgase ohne wesentliche Modifikationen. Große Dieselmotoren können mit Luft gemischt mit Gasen und einem Pilot -Diesel -Kraftstoffzündungsinjektion laufen. Flüssig und gasförmig Biokraftstoffe, wie zum Beispiel Ethanol und Biodiesel (Eine Form von Dieselkraftstoff, die aus Ernte erzeugt wird, die ergeben Triglyceride wie zum Beispiel Sojabohne Öl) kann auch verwendet werden. Motoren mit geeigneten Modifikationen können ebenfalls ausgeführt werden Wasserstoff Gas, Holzgas, oder Holzkohlegassowie von sogenannten Herstellergas Hergestellt aus anderen bequemen Biomasse. Experimente wurden auch unter Verwendung von festen Kraftstoffen pulverisiert, wie die Magnesium -Injektionszyklus.

Zu den verwendeten Brennstoffen gehören:

• Petroleum:
  • Erdölgeist (nordamerikanisch Begriff: Benzin, britisch Begriff: Benzin)
  • Erdöl Diesel.
  • Autogas (Verflüssiger Erdölgas).
  • Komprimiertes Erdgas.
  • Kerosin (Luftfahrtbrennstoff)
  • Restbrennstoff
• Kohle:
  • Benzin kann aus Kohlenstoff (Kohle) unter Verwendung des Kohlenstoffs hergestellt werden Fischer -TROPSCH -Prozess
  • Dieselbrennstoff kann aus Kohlenstoff mit dem hergestellt werden Fischer -TROPSCH -Prozess
• Biokraftstoffe und Gemüseöle:
  • Erdnussöl und andere Pflanzenöle.
  • Woodgas, von einem an Bord Holzfassasie mit massivem Holz als Kraftstoff verwenden
  • Biokraftstoffe:
    • Biobutanol (ersetzt Benzin).
    • Biodiesel (ersetzt Petrodiesel).
    • Dimethylether (ersetzt Petrodiesel).
    • Bioethanol und Biomethanol (Holzalkohol) und andere Biokraftstoffe (sehen Flexibler Kraftfahrzeug).
    • Biogas
• Wasserstoff (hauptsächlich Raumfahrzeug Raketenmotoren)

Sogar fließende Metallpulver und Sprengstoff haben eine gewisse Verwendung gesehen. Motoren, die Gase für Kraftstoff verwenden, werden als Gasmotoren bezeichnet und diejenigen, die flüssige Kohlenwasserstoffe verwenden, werden Ölmotoren bezeichnet. Benzinmotoren werden jedoch auch häufig umgangssprachlich als "Gasmotoren" bezeichnet ("("Benzinmotoren"außerhalb Nordamerikas).

Die Hauptbeschränkungen für Kraftstoffe sind, dass es durch die leicht transportierbar sein muss Kraftstoffsystem zum Brennkammerund dass der Kraftstoff ausreicht Energie in Form von Wärme auf Verbrennung praktische Verwendung des Motors zu nutzen.

Dieselmotoren sind im Allgemeinen schwerer, lauter und bei niedrigeren Geschwindigkeiten stärker als bei niedrigeren Geschwindigkeiten als Benzinmotoren. Sie sind in den meisten Umständen auch Kraftstoffeffizienter und werden in schweren Straßenfahrzeugen eingesetzt, einige Automobile (zunehmend für ihre erhöhten Kraftstoffeffizienz über Benzinmotoren), Schiffe, Eisenbahn Lokomotiven, und Licht Flugzeug. Benzinmotoren werden in den meisten anderen Straßenfahrzeugen eingesetzt, einschließlich der meisten Autos. Motorräder, und Mopeds. Beachten Sie das in EuropaDie anspruchsvollen Autos mit Dieselmotor haben seit den 1990er Jahren etwa 45% des Marktes übernommen. Es gibt auch Motoren, die weiterlaufen Wasserstoff, Methanol, Ethanol, Flüssiggas (LPG), Biodiesel, Paraffin und Traktoröl verdampfen Öl (TVO).

Wasserstoff

Wasserstoff könnte irgendwann Ersetzen Sie konventionelle fossile Brennstoffe in traditionellen internen Verbrennungsmotoren. Alternative Brennstoffzelle Technologie kann sein, um ihr Versprechen zu erteilen, und die Verwendung der internen Verbrennungsmotoren könnte sogar auslaufen.

Obwohl es mehrere Möglichkeiten zur Herstellung von freiem Wasserstoff gibt, müssen diese Methoden brennbare Moleküle in Wasserstoff umwandeln oder elektrische Energie verbrauchen. Es sei denn Energiekrise. In vielen Situationen ist der Nachteil von Wasserstoff im Vergleich zu Kohlenstoffbrennstoffen seine Lagerung. Flüssiger Wasserstoff hat eine extrem niedrige Dichte (14 -mal niedriger als Wasser) und erfordert eine ausgedehnte Isolierung - der gasförmige Wasserstoff benötigt schweres Tankage. Selbst beim Verflüssigung hat Wasserstoff eine höhere spezifische Energie, aber die volumetrische energetische Lagerung ist immer noch ungefähr fünfmal niedriger als Benzin. Die Wasserdichte von Wasserstoff ist jedoch erheblich höher als die von elektrischen Batterien, was es zu einem schwerwiegenden Anwärter als Energieträger macht, fossile Brennstoffe zu ersetzen. Der Prozess "Wasserstoff auf Bedarf" (siehe Direkte Borhydrid -Brennstoffzelle) schafft Wasserstoff nach Bedarf, hat aber andere Probleme, wie den hohen Preis der Natriumborhydrid Das ist der Rohstoff.

Oxidationsmittel

Da die Luft an der Erdoberfläche reichlich vorhanden ist, ist der Oxidationsmittel typischerweise atmosphärischer Sauerstoff, der den Vorteil hat, dass sie nicht im Fahrzeug gelagert werden. Dies erhöht das Verhältnis von Power-to-Gewicht- und Power-to-Volumen-Verhältnissen. Andere Materialien werden für besondere Zwecke verwendet, um häufig die Leistung zu erhöhen oder den Betrieb unter Wasser oder im Weltraum zu ermöglichen.

• Druckluft wurde häufig in verwendet Torpedos.^[49]
• Komprimiert Sauerstoffsowie einige komprimierte Luft wurden in den Japanisch eingesetzt Typ 93 Torpedo. Etwas U -Boote Tragen Sie reinen Sauerstoff. Raketen sehr oft verwenden flüssiger Sauerstoff.^[50]
• Nitromethan wird zu einigen Rennen hinzugefügt und Modell Brennstoffe zur Erhöhung der Leistung und zur Kontrolle der Verbrennung.
• Lachgas wurde - mit zusätzlichem Benzin - in taktischen Flugzeugen und in speziell ausgestatteten Autos verwendet, um kurze Stromausbrüche von Motoren zu ermöglichen, die ansonsten auf Benzin und Luft laufen. Es wird auch im Raumschiff Burt Rutan Rocket verwendet.
• Wasserstoffperoxid Die Macht wurde für U -Boote im Zweiten Weltkrieg entwickelt. Es wurde möglicherweise in einigen nicht nuklearen U-Booten verwendet und in einigen Raketenmotoren verwendet (insbesondere in der Schwarzer Pfeil und die Messerschmitt mich 163 Raketenkämpfer).
• Andere Chemikalien wie Chlor oder Fluor wurden experimentell verwendet, wurden jedoch nicht als praktisch befunden.

Kühlung

Das Abkühlen ist erforderlich, um übermäßige Wärme zu entfernen-Hochtemperatur kann einen Motorausfall verursachen, normalerweise durch Verschleiß (aufgrund von Hochtemperatur-induziertem Versagen der Schmierung), Riss- oder Verzerrungen. Zwei häufigste Formen der Motorkühlung sind luftgekühlt und wassergekühlt. Die meisten modernen Automotoren sind sowohl Wasser als auch luftgekühlt, da das Wasser/Flüssigkeits-Kühlmittel zu luftgekühlten Flossen und/oder Ventilatoren getragen wird, während größere Motoren mit stationärem und stationärem Wassergekühlt einzigartig wassergekühlt sein können und eine ständige Versorgung haben können Wasser durch Wassermainer oder Süßwasser, während die meisten Elektrowerkzeugmotoren und andere kleine Motoren luftgekühlt sind. Einige Motoren (Luft oder wassergekühlt) haben ebenfalls eine Ölkühler. In einigen Motoren, besonders für Kühlung von Turbinenmotorenklingen und Kühlung von FlüssigkeitsraketenmotorenDer Kraftstoff wird als Kühlmittel verwendet, da es gleichzeitig vorgewärmt wird, bevor es in eine Verbrennungskammer injiziert wird.

Beginnend

Verbrennungsmotoren müssen ihre Zyklen beginnen. Bei rezipierenden Motoren wird dies erreicht, indem die Kurbelwelle (Wankel -Rotorwelle) gedreht wird, wodurch die Zyklen von Einnahme, Kompression, Verbrennung und Abgas induziert werden. Die ersten Motoren wurden mit einer Wende von ihnen begonnen Schwungräderwährend das erste Fahrzeug (der Daimler Reitwagen) mit einer Handkurbel begonnen wurde. Alle Autos mit Eismotoren wurden mit Handkurbeln gestartet, bis Charles Kettering entwickelte den elektrischen Starter für Automobile.^[51] Diese Methode ist jetzt die am häufigsten verwendete, selbst unter Nicht-Automobilen.

Als Dieselmotoren sind größer geworden und ihre Mechanismen schwerer, Luftstarter in Gebrauch gekommen sein.^[52] Dies ist auf das mangelnde Drehmoment bei elektrischen Startern zurückzuführen. Luftstarter arbeiten, indem er Druckluft in die Zylinder eines Motors pumpt, um sie zu starten.

Mit zweirädernem Fahrzeugen können ihre Motoren auf eine von vier Arten beginnen:

• Durch Pedaling, wie auf einem Fahrrad
• Durch Drücken des Fahrzeugs und dann die Kupplung, die als "Run-and-Bump-Start" bezeichnet wird
• Indem Sie ein einzelnes Pedal nach unten treten, der als "Kick -Start" bekannt ist
• Von einem elektrischen Starter, wie in Autos

Es gibt auch Starter, bei denen eine Feder durch eine Kurbelbewegung komprimiert und dann zum Starten eines Motors verwendet wird.

Einige kleine Motoren verwenden einen Pull-S-Sope-Mechanismus namens "Rückstoßstart", während sich das Seil zurückspottet, nachdem es herausgezogen wurde, um den Motor zu starten. Diese Methode wird üblicherweise in Pushed Rasenmähern und anderen Einstellungen verwendet, bei denen nur ein kleines Drehmoment erforderlich ist, um einen Motor umzudrehen.

Turbinenmotoren werden häufig von einem Elektromotor oder von Druckluft gestartet.

Messungen der Motorleistung

Motortypen variieren in verschiedenen Arten stark:

• Energieeffizienz
• Kraftstoff-/Treibmittelverbrauch (Bremsspezifischer Kraftstoffverbrauch Für Wellenmotoren, Schubspezifischer Kraftstoffverbrauch für Jet -Motoren)
• Power-to-Gewicht-Verhältnis
• Schub -zu -Gewicht -Verhältnis
• Drehmomentkurven (für Wellenmotoren), Stoßverfall (Jet -Motoren)
• Kompressionsrate Für Kolbenmotoren, Gesamtdruckverhältnis für Jet -Motoren und Gasturbinen

Energieeffizienz

Einmal entzündet und verbrannt, die Verbrennung Produkte - hohe Gase - haben mehr verfügbar Wärmeenergie als das ursprüngliche komprimierte Brennstoff-Luft-Gemisch (das höher hatte chemische Energie). Diese verfügbare Energie manifestiert sich als höher Temperatur und Druck das kann in konvertiert werden kinetische Energie durch den Motor. In einem Hubkolbenmotor treiben die Hochdruckgase in den Zylindern die Kolben des Motors.

Sobald die verfügbare Energie entfernt wurde, sind die verbleibenden heißen Gase entlüftet (Oft durch Öffnen von a Ventil oder die Auspuffauslage freigeben) und ermöglicht es dem Kolben, in seine vorherige Position zurückzukehren (Top Dead Center oder TDC). Der Kolben kann dann in die nächste Phase seines Zyklus fortfahren, die zwischen Motoren variiert. Jede thermische Energie, die nicht in Arbeit übersetzt wird, wird normalerweise als Abfallprodukt angesehen und entweder durch Luft- oder Flüssigkühlsystem aus dem Motor entfernt.

Interne Verbrennungsmotoren werden berücksichtigt Wärmemotoren (Da die Freisetzung chemischer Energie in der Verbrennung den gleichen Effekt hat wie Wärme in den Motor übertragen) und als solcher ihre theoretische Effizienz durch idealisiert angenähert werden Thermodynamische Zyklen. Die thermische Effizienz eines theoretischen Zyklus darf die der der Carnot -Zyklus, deren Effizienz durch die Differenz zwischen dem unteren und oberen bestimmt wird Betriebstemperaturen des Motors. Die obere Betriebstemperatur eines Motors ist durch zwei Hauptfaktoren begrenzt. Die thermischen Betriebsgrenzen der Materialien und der automatische Anhaltungswiderstand des Kraftstoffs. Alle Metalle und Legierungen eine thermische Betriebsgrenze haben und es gibt erhebliche Untersuchungen zu Keramik Materialien, die mit größerer thermischer Stabilität und wünschenswerten strukturellen Eigenschaften hergestellt werden können. Eine höhere thermische Stabilität ermöglicht eine größere Temperaturdifferenz zwischen dem unteren (Umgebungs-) und oberen Betriebstemperaturen, wodurch eine größere thermodynamische Effizienz ist. Auch wenn die Zylindertemperatur steigt, wird der Kraftstoff anfälliger für die automatische Anweisung. Dies wird verursacht, wenn sich die Zylindertemperatur dem Blitzpunkt der Ladung nähert. Zu diesem Zeitpunkt kann die Zündung spontan vor dem Zündkerzen vor dem Feuer auftreten, was zu übermäßigen Zylinderdrücken führt. Die Auto-Anzeichnung kann durch Verwendung von Kraftstoffen mit hohem Auto-Anmutungswiderstand gemindert werden (Oktanzahl), wie immer noch eine Obergrenze auf die zulässige Spitzenzylindertemperatur legt.

Das Thermodynamische Grenzen Angenommen, der Motor arbeitet unter idealen Bedingungen: eine reibungslose Welt, ideale Gase, perfekte Isolatoren und Betrieb für unendliche Zeit. Anwendungen in der realen Welt führen zu Komplexitäten, die die Effizienz verringern. Zum Beispiel läuft ein echter Motor am besten bei einer bestimmten Last, die als seine bezeichnet wird Leistungsband. Der Motor in einem Autofahren auf einer Autobahn arbeitet normalerweise erheblich unter seiner idealen Last, da er für die höheren Lasten ausgelegt ist, die für die schnelle Beschleunigung erforderlich sind. Darüber hinaus Faktoren wie z. Luftwiderstand Reduzieren Sie die Effizienz des Gesamtsystems. Motor Kraftstoffverbrauch wird in gemessen Meilen pro Gallone oder in Litern pro 100 Kilometer. Das Volumen des Kohlenwasserstoffs nimmt einen Standard -Energiegehalt an.

Selbst wenn sie mit Turboladern und Aktieneffizienzhilfen unterstützt werden, behalten die meisten Motoren eine Durchschnitt Effizienz von ca. 18–20%.^[53] Die neuesten Technologien in Formel -1 -Motoren haben einen Anstieg der thermischen Effizienz über 50%verzeichnet.^[54] Es gibt viele Erfindungen, die darauf abzielen, die Effizienz von IC -Motoren zu erhöhen. Im Allgemeinen werden praktische Motoren immer durch Kompromisse zwischen verschiedenen Eigenschaften wie Effizienz, Gewicht, Leistung, Wärme, Reaktion, Abgasemissionen oder Rauschen beeinträchtigt. Manchmal spielt die Wirtschaft auch eine Rolle bei der Herstellung des Motors selbst, sondern auch bei der Herstellung und Verteilung des Kraftstoffs. Die Erhöhung des Effizienz des Motors bringt einen besseren Kraftstoffverbrauch mit sich, aber nur, wenn die Kraftstoffkosten pro Energiegehalt gleich sind.

Messungen der Kraftstoffeffizienz und der Treibmitteleffizienz

Für stationäre und Wellenmotoren einschließlich Propellermotoren wird der Kraftstoffverbrauch durch Berechnung der gemessen Bremsspezifischer Kraftstoffverbrauch, was den Massenstrom des Kraftstoffverbrauchs geteilt durch die erzeugte Leistung misst.

Bei internen Verbrennungsmotoren in Form von Strahlmotoren variiert die Leistungsausgabe drastisch mit der Fluggeschwindigkeit und es wird ein weniger variabler Maß verwendet: Schubspezifischer Kraftstoffverbrauch (TSFC), das ist die Masse des Treibmittels, die für die Erzeugung benötigt werden Impulse Das wird entweder in einer Pfund-Kraftstunde oder in den Gramm des Treibmittels gemessen, um einen Impuls zu erzeugen, der einen Kilonewton-Sekunde misst.

Für Raketen kann TSFC verwendet werden, aber typischerweise werden traditionell andere äquivalente Maßnahmen verwendet, wie z. spezifischer Impuls und Effektive Abgasgeschwindigkeit.

Luft- und Geräuschverschmutzung

Luftverschmutzung

Interne Verbrennungsmotoren wie rezipierende Verbrennungsmotoren produzieren Luftverschmutzung Emissionen aufgrund einer unvollständigen Verbrennung von kohlenstoffhaltig Treibstoff. Die Hauptderivate des Prozesses sind Kohlendioxid CO
₂, Wasser und einige Ruß-auch genannt Partikel (PM). Die Auswirkungen von Inhalationspartikeln wurden bei Menschen und Tieren untersucht und umfassen Asthma, Lungenkrebs, kardiovaskuläre Probleme und vorzeitiger Tod. Es gibt jedoch einige zusätzliche Produkte des Verbrennungsprozesses, die enthalten Stickoxide und Schwefel und einige nicht unkombustierte Kohlenwasserstoffe, abhängig von den Betriebsbedingungen und dem Kraftstoff-Luft-Verhältnis.

Kohlendioxidemissionen aus Verbrennungsmotoren tragen zum Menschen durch Menschen bei Klimawandel. Erhöhen des Motors des Motors Kraftstoffeffizienz kann die Menge an reduzieren, aber nicht beseitigen CO
₂ Emissionen als Kraftstoffverbrennung auf Kohlenstoffbasis erzeugt CO
₂. Seitdem entfernt CO
₂ Aus dem Motorabzug ist unpraktisch, es besteht ein zunehmendes Interesse an Alternativen. Nachhaltige Kraftstoffe wie Biokraftstoffe, Synfuels, und Elektromotoren Batterien sind Beispiele.

Nicht der gesamte Kraftstoff wird durch den Verbrennungsprozess vollständig verbraucht. Nach der Verbrennung ist eine kleine Menge Kraftstoff vorhanden, und einige davon reagieren auf Sauerstoff, wie z. Formaldehyd oder Acetaldehydoder Kohlenwasserstoffe, die ursprünglich nicht im Eingangsbrennstoffgemisch vorhanden sind. Unvollständige Verbrennung resultiert normalerweise aus unzureichender Verbrennung Sauerstoff Um das perfekte zu erreichen stöchiometrisch Verhältnis. Die Flamme wird von den relativ kühlen Zylinderwänden "gelöscht" und hinterlässt unanständigen Kraftstoff, der mit dem Auspuff ausgestoßen wird. Beim Laufen mit niedrigeren Geschwindigkeiten wird das Löschen häufig in Dieselmotoren (Kompressionszündung) beobachtet, die auf Erdgas laufen. Das Löschen verringert die Effizienz und erhöht das Klopfen, was manchmal dazu führt, dass der Motor zum Stillstand kommt. Unvollständige Verbrennung führt auch zur Produktion von Kohlenmonoxid (CO). Weitere Chemikalien sind freigelassen Benzol und 1,3-Butadien das sind auch gefährliche Luftschadstoffe.

Die Erhöhung der Luftmenge im Motor reduziert die Emissionen von unvollständigen Verbrennungsprodukten, fördert aber auch die Reaktion zwischen Sauerstoff und Stickstoff- in der Luft zu produzieren Stickoxide (NEIN_x). NEIN_x ist sowohl für die Gesundheit von Pflanzen als auch für Tiergesundheit gefährlich und führt zur Produktion von Ozon (Ö₃). Ozon wird nicht direkt emittiert; Vielmehr ist es ein sekundärer Luftschadstoff, der durch die Reaktion von in der Atmosphäre hergestellt wird NEIN_x und Flüchtige organische Verbindungen in Gegenwart von Sonnenlicht. Ozon auf Bodenebene ist schädlich für die menschliche Gesundheit und die Umwelt. Obwohl dieselbe chemische Substanz, sollte das Ozon auf Bodenebene nicht verwechselt werden Stratosphärische Ozon, oder der Ozonschicht, was die Erde vor schädlichen ultravioletten Strahlen schützt.

Kohlenstoffbrennstoffe enthalten Schwefel und Verunreinigungen, die schließlich erzeugen Schwefelmonoxide (So ​​und Schwefeldioxid (ALSO₂) im Auspuff, der fördert saurer Regen.

In den Vereinigten Staaten, Stickstoffoxide, PM, Kohlenmonoxid, Schwefeldioxid und Ozon werden als reguliert als Kriterien Luftschadstoffe unter dem Clean Air Act zu Ebenen, in denen die menschliche Gesundheit und das Wohlbefinden geschützt sind. Andere Schadstoffe wie Benzol und 1,3-Butadien werden als reguliert als gefährliche Luftschadstoffe deren Emissionen müssen je nach technologischer und praktischer Überlegungen so weit wie möglich gesenkt werden.

NEIN_x, Kohlenmonoxid und andere Schadstoffe werden häufig durch kontrolliert Abgasrezirkulation was einen Teil des Auspuffs zurück in die Motoraufnahme zurückgibt, und Katalysatoren, die Auspuffchemikalien in harmlose Chemikalien umwandeln.

Nichtstraßenmotoren

Die von vielen Ländern verwendeten Emissionsstandards haben besondere Anforderungen für Nichtstraßenmotoren die von Geräten und Fahrzeugen verwendet werden, die nicht auf den öffentlichen Straßen betrieben werden. Die Standards sind von den Straßenfahrzeugen getrennt.^[55]

Lärmbelästigung

Bedeutende Beiträge zu Lärmbelästigung werden von Verbrennungsmotoren hergestellt. Auto- und LKW-Verkehr, der auf Autobahnen und Straßensystemen betrieben wird, erzeugen Geräusche, ebenso wie Flugzeugflüge aufgrund von Düsengeräuschen, insbesondere von überschonisch fähigen Flugzeugen. Raketenmotoren erzeugen das intensivste Geräusch.

Leerlauf

Interne Verbrennungsmotoren konsumieren weiterhin Kraftstoff und geben im Leerlauf Schadstoffe ab, sodass es wünschenswert ist, Perioden des Leerlaufs auf ein Minimum zu halten. Viele Busunternehmen weist jetzt die Fahrer an, den Motor auszuschalten, wenn der Bus an einem Terminal wartet.

In England der Straßenverkehr Fahrzeugemissionen Bestimmungen fester Strafe 2002 (Statutory Instrument 2002 Nr. 1808) ^[56] stellte das Konzept eines "vor"Stationärer Leerlauf -Straftat"Das bedeutet, dass ein Fahrer bestellt werden kann"von einer autorisierten Person ... nach der Erzeugung von Beweisen für seine Genehmigung, dass sie den Betrieb des Motors dieses Fahrzeugs stoppen" und ein "Person, die sich nicht einhält, ist einer Straftat schuldig und haftet bei einer zusammenfassenden Verurteilung einer Geldstrafe, die auf der Standardskala nicht übersteigt, Level 3". Nur wenige lokale Behörden haben die Vorschriften umgesetzt, von denen eines davon ist Oxford Stadtrat.^[57]

In vielen europäischen Ländern ist im Leerlauf standardmäßig deaktiviert durch Stop-Start-Systeme.

Kohlendioxidbildung

Eine gute Möglichkeit, die Masse des Kohlendioxids zu schätzen, der freigesetzt wird, wenn ein Liter Dieselbrennstoff (oder Benzin) verbrannt wird, kann wie folgt gefunden werden:^[58]

Als gute Näherung ist die chemische Dieselformel C
_nH
_2n. Beachten Sie, dass in Wirklichkeit Diesel eine Mischung aus verschiedenen Molekülen ist. Da Kohlenstoff eine Molmasse von 12 g/mol hat und Wasserstoff (Atomic) eine Molmasse von etwa 1 g/mol hat, ist die Fraktion nach Gewicht von Kohlenstoff in Diesel ungefähr 12⁄14.

Die Reaktion der Dieselverbrennung ist gegeben durch:

2C
_nH
_2n + 3nO
₂ ⇌ 2nCO
₂ + 2nH
₂O

Kohlendioxid hat eine Molmasse von 44 g/mol, da es aus 2 Atomen Sauerstoff (16 g/mol) und 1 Atom Kohlenstoff (12 g/mol) besteht. Also ergibt 12 g Kohlenstoff 44 g Kohlendioxid.

Diesel hat eine Dichte von 0,838 kg pro Liter.

Wenn Sie alles zusammenstellen, kann die Masse von Kohlendioxid, die durch Verbrennen von 1 Liter Diesel erzeugt wird, berechnet werden als:

$oder$

Die mit dieser Schätzung erhaltene Abbildung liegt nahe an den in der Literatur gefundenen Werten.

Bei Benzin beträgt der geschätzte Wert der Kohlenstoffemission durch Verbrennung von 1 Liter Benzin mit einer Dichte von 0,75 kg/l und einem Verhältnis von Kohlenstoff zu Wasserstoffatomen von etwa 6 bis 14:

${\ displayStyle 0,75 kg/l \ cdot {{\ frac {6 \ cdot 12} {6 \ cdot 12+14}} \ cdot 1} \ cdot {\ frac {44} {12}} = 2.3kg/l}$

Siehe auch

Verweise

Literaturverzeichnis

• Anyebe, E.A. (2009). Verbrennungsmotor und -Operationen, Handbuch für Automobiltechnologie. Vol. 2.
• Denton, T. (2011). Mechanische und elektrische Systeme Automobile. Automobile mechanische und elektrische Systeme: Automobiltechnologie: Fahrzeugwartung und -reparatur. Taylor & Francis. ISBN 978-1-136-27038-3.
• Heywood, J. (2018). Grundlagen der internen Verbrennungsmotor 2E. McGraw-Hill-Ausbildung. ISBN 978-1-260-11611-3.
• Nunney, Malcolm J. (2007). Leichte und schwere Fahrzeugtechnologie (4. Aufl.). Elsevier Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-8037-0.
• Ricardo, Harry (1931). Der Hochgeschwindigkeitsinterne-Verbrennungsmotor.
• Singal, R.K. Verbrennungsmotoren. Neu -Delhi, Indien: Kataria -Bücher. ISBN 978-93-5014-214-1.
• Stone, Richard (1992). Einführung in Verbrennungsmotoren (2. Aufl.). Macmillan. ISBN 978-0-333-55083-0.
• Yamagata, H. (2005). Die Wissenschaft und Technologie von Materialien in Automotoren. Woodhead Publishing in Materialien Die Wissenschaft und Technologie von Materialien in Automotoren. Elsevier Science. ISBN 978-1-84569-085-4.
• Patente:
  • Es 433850, Ubierna laciana, "Perfeccionamientos en motores de explosion, con cinco tiem-pos y doble Expansion", veröffentlicht 1976-11-01 
  • Es 230551, Ortuno Garcia Jose, "Un Nuevo Motor de Explosion", veröffentlicht 1957-03-01 
  • Es 249247, Ortuno Garcia Jose, "Motor de Carreras Distintas", veröffentlicht 1959-09-01 

Weitere Lektüre

• Sänger Charles Joseph;Raper, Richard (1978).Charles, Sänger;et al.(Hrsg.). Eine Geschichte der Technologie: die Verbrennungsmotor. Clarendon Press. S. 157–176. ISBN 978-0-19-858155-0.
• Setright, LJK (1975). Einige ungewöhnliche Motoren.London: Die Institution der Maschinenbauingenieure. ISBN 978-0-85298-208-2.
• Suzuki, Takashi (1997). Die Romantik der Motoren.USA: Society of Automotive Engineers. ISBN 978-1-56091-911-7.
• Hardenberg, Horst O. (1999). Das Mittelalter des Verbrennungsmotors.USA: Society of Automotive Engineers.
• Gunston, Bill (1999). Entwicklung von Kolben -Aero -Motoren. PSL. ISBN 978-1-85260-619-0.

Externe Links

• Verbrennungsvideo -Verbrennung in Zylinder in einem optisch zugänglichen 2-Takt-Motor
• Animierte Motoren - erklärt eine Vielzahl von Typen
• Intro in Automotoren -Ausschnittbilder und ein guter Überblick über die Verbrennungsmotor
• Walter E. Auto Lab - Forschung an der Universität von Michigan
• Youtube -Animation der Komponenten und aufgebautes 4-Zylinder-Motor
• Youtube -Animation der internen beweglichen Teile eines 4-Zylinder-Motors
• Motortechnologien der nächsten Generation Abgerufen am 9. Mai 2009
• Wie Automotoren funktionieren
• Eine Datei über ungewöhnliche Motoren [1]
• Aircraft Engine Historical Society (AEHS) - [2]