Vilken typ av motor har högst verkningsgrad

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

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

Men i allmänhet, ju högre verkningsgrad, desto bättre

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 liksom är kapabel användas benämns verkningsgrad, vilket inte någonsin är kapabel existera 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 ett turbin likt drevs från ett exploderande gasblanding. Robert Street använde ett ångmaskin från James Watt vilket 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 samtliga arbetade utan kompression från gasen.

ett från dem mera framgångsrika fanns Eugenio Barsanti samt Felice Matteuccis ifrån 1854, var den explosiva gasen leddes in beneath kolven vid enstaka lodrätt cylinder. Även Étienne Lenoirs 1860 konstruerade motor driven från lysgas fanns från denna konstruktion. Motorn utvecklade endast någon alternativt några erhålla hästkrafter samt ägde enstaka 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.

För exempelvis en bilmotor är en verkningsgrad på 40-45% vanligtvis ansett som bra, medan en verkningsgrad på 60-65% är utmärkt

Nicolaus Otto samt Eugen Langen patenterade 1867 enstaka motor såsom trots för att den utifrån sin generella utformning ej plats förbättrad än Étienne Lenoirs ägde den ett förbättrad gasekonomi genom för att utveckla expansionsförhållandet genom motorns insug. Efter för att äga arbetat tillsammans med för att utveckla sin motor presenterades 1877 den förbättrade ottomotorn liksom arbetade efter fyrtaktsprincipen, samt kom för att bli en viktigt steg på grund av förbränningsmotorns fortsatta tillväxt.

då fyrtaktsprincipen skulle patenteras visade detta sig för att Alphonse Beau dem Rochas redan 1862 presenterat grundprincipen på grund av ett fyrtaktsmotor inom enstaka avhandling, samt för att hovurmakaren Chr. Reithmann redan 1873 konstruerat ett fyrtaktsmotor utan för att presentera sina påverkan. Nicolaus Otto skall egen äga byggt ett 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 plats den förste likt 1873 konstruerade ett insprutningsmekanism på grund av "gasolja" liksom denne 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 såsom sedan kom för att bli urtypen till dem vilket senare kom för att användas inom bilmotorer.

Den inledande tvåtaktsmotorn tillsammans med kompression skall äga konstruerats från George Brayton 1875, dock den inledande kommersiellt framgångsrika konstruerades från skotten Dugald Clerk 1879. Carl Benz konstruerade 1884 ett ventilstyrd tvåtaktsmotor tillsammans med ventilstyrd vevhusspolning, vilken 1891 från den brittiska firman Day & Sons omkonstruerades inom ett 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 flyg via impulsen ifrån utströmmande avgaser.

    Vanligen avses utförandet liksom gasturbin tillsammans med turbokompressor på grund av förbränningsluften.

  • Ramjetmotorn – enstaka reaktionsmotor tillsammans med enstaka dysa var anströmmande atmosfär ("fartvinden") komprimeras direkt – något likt kräver flyghastigheter ovan mach 0,75–1 till för att börja fungera.
  • Raketmotorn existerar ett speciell struktur från reaktionsmotor var såväl bränsle liksom oxidationsmedel medföres varvid således atmosfär ej behöver vare sig tillsättas utifrån varvid kompressorn kunna undvaras.
    Man kan skriva

    Bränslet samt oxidationsmedlet förmå 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 äger ej rönt praktiskt intresse.

Förbränningsprocessen

[redigera | redigera wikitext]

Förbränning innebär att:

• Ett bränsle samt en oxideringsmedel reagerar kemiskt tillsammans varandra inom ett koncentrationsstyrd process (eld) varvid värme utvecklas.
• Värmeutvecklingen innebär för att avgasernas tryck samt volym ökar.

  Härvid gäller (approximativt) den allmänna gaslagen var

• Hos explosionsmotorer, var effektiviteten varierar delvis beroende vid bränsle/luftblandning, får förbränningen gärna existera stökiometrisk detta önskar yttra mängderna från bränsle samt atmosfär existerar perfekt avpassade på grund av fullständig förbränning, vanligen 14:1 - 14 delar atmosfär, enstaka sektion bränsle.

  var nås både högst konsekvens samt minsta tänkbara mängd skadliga avgaser. inom vissa fall är kapabel viss effektökning erhålls dock nära måttlig understökiometrisk (fet) blandning samt bäst bränsleekonomi nära överstökiometrisk (mager) förbränning. Både fet samt mager blandning medför dock ökade mängder skadliga avgaser. Hos dieselmotorer existerar förbränningen bara undantagsvis annat än överstökiometrisk inom samt tillsammans 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.

Tändtemperatur

Detta sker då dem äger enstaka svagare bindning jämfört tillsammans med bindningen mellan kol- samt väteatomer. dem numeriskt värde kolväten såsom blir påverkan existerar båda radikaler.

2. Fortsatt nedbrytande process från kolväten genom för att kol-väte-bindningar bryts. Detta leder mot för att fria väteatomer bildas.

3. Väteatomerna reagerar tillsammans syrgas, radikaler bildas.

4. Radikaler reagerar tillsammans med kolväten likt fortsätter brytas ner samtidigt liksom nya radikaler bildas.

5. Steg 2 återupprepas.

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

7. Oxidering från mindre föreningar liksom metylradikaler samt formaldehyd.

8.Kolmonoxid oxideras.

Flödesdynamiken existerar betydelsefull till förbränningen.

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

Verkningsgraden beror många vid vilken typ från motor detta gäller. titta processcykler nedan. Kolvmotorer besitter helt andra förhållanden än ett gasturbin alternativt raketmotor.

Verkningsgraden för en godtycklig eller verklig motor har en övre gräns som ges av kvoten mellan temperaturskillnaden, \displaystyle T_{\mathrm{max}} - T_{\mathrm{min}}, och den varma temperaturen, \displaystyle T_{\mathrm{max}}

titta respektive föremål eller textstycken.

Tändtemperatur. Tändtemperatur existerar den temperatur, nära vilken bränslet självantänds (reagerar tillsammans syret). Den existerar olika till varenda kolväteblandning. Man kvantifierar tändtemperaturen tillsammans med oktantalet. då bränslet komprimeras ovanför enstaka kolv inom enstaka cylinder därför 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 vilket förmå skada motorn. inom kolvmotorn sker ett deformering från vevaxel / cylindervägg kallad knackning. detta existerar viktigt för att äga sensorer liksom känner från angående oktantalet existerar på grund av lågt, sålunda för att tändläget samt bränslemängden är kapabel justeras.

nära direktinsprutning från bränslet inom cylindern kringgår man problemet genom för att styra antändningen mot då insprutningen sker. Man kunna då äga högre kompression samt därmed högre verkningsgrad. således fungerar dieselmotorer samt sedan 2010-talet allt fler ottomotorer. Fördelen tillsammans med direktinsprutning existerar ngt lägre bensinkonsumtion & högre effektivitet, nackdelen existerar skadliga avgaspartiklar (därav lagstadgade partikelfilter).

Ekvivalenskvot (Φ) används inom samband tillsammans med beräkningar från förbränning. Förbränning innebär för att en bränsle, mot modell bensin, reagerar tillsammans med syret inom luften. inom ett motor sprutar man in enstaka blandning från bensin samt atmosfär, samt ekvivalenskvoten anger angående detta existerar lagom många atmosfär inom blandningen sålunda för att syret räcker mot all bensinen (Φ=1) alternativt på grund av många bensin (Φ>1) alternativt till 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 kunna 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.
  Vad en bra verkningsgrad är beror på vilket system, process eller komponent som det gäller och vad det används för

  Förnybara/klimatvänliga.

  • Gengas (koloxid, väte samt metan) framställd ur ved alternativt träkol beneath andra världskriget. på grund av ottomotorer samt till sålunda kallad blandgasdrift från dieselmotorer. är kapabel även användas till drift från gasturbiner.
  • Biogas (huvudsakligen metan) framställd genom rötning från biologiskt sopor.

    på grund av gasturbiner samt ottomotorer. Metanol kunna även framställas ur skogsråvaror.

  • Etanol (C₂H₅OH) framställd ifrån sockerarter. på grund av ottomotorer samt dieselmotorer.
  • Biodiesel framställd ur växtoljor mot modell palmolja, tallolja samt rapsolja. på grund av dieselmotorer.
  • Biojet framställd ur växtoljor. Test tillsammans med jetflyg beneath 2009.
• Raketbränslen

Oxidationsmedel

[redigera | redigera wikitext]

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

  Moderna ottomotorer existerar försedda tillsammans med sensorer såsom mäter atmosfärstrycket samt möjliggör justeringar inom motorstyrningen. kvantiteten syrgas är kapabel ökas angående luften överladdas tillsammans med ett kompressor alternativt enstaka avgasturbo samt ännu mer ifall den komprimerade samt därmed värmda luften kyls ned inom ett laddluftkylare.

• Flytande syre används bland annat inom raketmotorer var detta ursprunglig pumpas genom den varma dysan på grund av för att kall luft denna samt därefter in inom brännkammaren tillsammans tillsammans med flytande väte.
• Nitrometan (CH₃NO₂) blandas in inom bensinen på grund av vissa racermotorer på grund av för att öka effekten.
• Lustgas (N₂O) används till för att ge kortvariga effektökningar inom ottomotorer.

Processcykler

[redigera | redigera wikitext]

Förbränningsmotorer utnyttjar olika processcykler.

Tvåtaktscykel. Detta struktur både tömmer samt fyller år cylindern inom en takten samt ger mekanisk energi inom andra takten. inom enstaka ottomotor sker antändningen tillsammans en tändstift, samt inom ett dieselmotor genom kompressionsvärmen. Stora tvåtakts fartygsdieslar besitter även ett topplocksventil på grund av avgaserna.

Fyrtaktscykel tillsammans ottomotor. plats sin takt åtgår till insug samt avgasning. ett till kompression. ett takt existerar explosionstakten var förbränningen sker snabbt utan större volymförändring dock upphöjd ökning av tryck.

Tändtemperatur är den temperatur, vid vilken bränslet självantänds (reagerar med syret)

Fyrtaktsmotorn existerar allmänt tystare, effektivare dock större än motsvarande 2-taktsmotor.

Fyrtaktscykel tillsammans med dieselmotor. Kompressionen existerar därför 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 vilket dels kyler motorn samt dels ger ett ytterligare arbetstakt.

Gasturbin. Liknar ett ångturbin tillsammans med gemensam axel på grund av kompressor samt turbin. kunna 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 liksom nära ottomotorn. Annars skulle kompressorn ett fåtal på grund av 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]