Loading AI tools
Från Wikipedia, den fria encyklopedin
En förbränningsmotor är en motor där ett bränsle reagerar med en oxidator, oftast luft, och kemisk energi omvandlas till mekanisk energi.
Motorer med en extern förbränning, ångmaskin, ångturbin, Stirlingmotor etcetera, räknas ej som förbränningsmotorer utan gastrycksmotorer. Den termodynamiska grunden är Carnots teori rörande kretsprocesser, förändringen av gasers tillstånd där start och sluttillstånd är lika. Detta betyder att arbetet är teoretiskt skillnaden mellan tillförd och bortförd energi. Tillförd energi som kan användas benämns verkningsgrad, vilket aldrig kan vara 100 %.
Förbränning innebär att:
Den kemiska reaktionen beror på bränsle + syre + värme.
2 C8H18 + 25 O2 ⇒ 18 H2O + 16 CO2 + energi. Denna reaktion sker i flera steg:
Flödesdynamiken är viktig för förbränningen. Hög turbulens eftersträvas så att bränslet blandas väl med syret och därigenom reaktionerna går snabbare.
Verkningsgraden beror mycket på vilken typ av motor det gäller. Se processcykler nedan. Kolvmotorer har helt andra förhållanden än en gasturbin eller raketmotor. Se respektive artiklar.
Tändtemperatur. Tändtemperatur är den temperatur, vid vilken bränslet självantänds (reagerar med syret). Den är olika för varje kolväteblandning. Man kvantifierar tändtemperaturen med oktantalet. När bränslet komprimeras ovanför en kolv i en cylinder så stiger temperaturen enligt allmänna gaslagen. Verkningsgraden ökar ju närmare man ligger tändtemperaturen när kompressionsmaximum nås. Men om tändtemperaturen uppnås innan kompressionen har nått sitt maximum så uppstår ett häftigt övertryck som kan skada motorn. I kolvmotorn sker en deformering av vevaxel / cylindervägg kallad knackning. Det är viktigt att ha sensorer som känner av om oktantalet är för lågt, så att tändläget och bränslemängden kan justeras. Vid direktinsprutning av bränslet i cylindern kringgår man problemet genom att styra antändningen till när insprutningen sker. Man kan då ha högre kompression och därmed högre verkningsgrad. Så fungerar dieselmotorer och sedan 2010-talet allt fler ottomotorer. Fördelen med direktinsprutning är ngt lägre bränsleförbrukning & högre effektivitet, nackdelen är skadliga avgaspartiklar (därav lagstadgade partikelfilter).
Ekvivalenskvot (Φ) används i samband med beräkningar av förbränning. Förbränning innebär att ett bränsle, till exempel bensin, reagerar med syret i luften. I en motor sprutar man in en blandning av bensin och luft, och ekvivalenskvoten anger om det är lagom mycket luft i blandningen så att syret räcker till all bensinen (Φ=1) eller för mycket bensin (Φ>1) eller för mycket luft (Φ<1).
Ekvivalenskvoten Φ definieras som:
där (bränsle/luft)verklig är den verkliga bränsle-luft-blandningen och (bränsle/luft)stökiometrisk är det förhållande som råder vid stökiometrisk förbränning. Stökiometrisk förbränning innebär att reaktionen "går jämnt upp", så att det varken blir bränsle eller syre över.
Fraktion | Antal kolatomer i kolväte |
kokpunkts- intervall (°C) |
Användningsområde |
---|---|---|---|
Gaser | 1–4 | <50 | naturgas, gasol till ottomotorer och gasturbiner |
Råbensin | 5–10 | 50–200 | bensin till Ottomotorer |
Råfotogen | 11–18 | 175–250 | Jetmotorbränsle, fotogen tidigare till ottomotorer |
Brännoljor | >15 | 250–300 | dieselolja till dieselmotorer Krackning: framställning av bland annat bensin och mindre kolväten |
Smörjoljor | >16 | 300–370 | Smörjoljor och smörjfetter Paraffin, vaselin |
Destillationsrest | – | >370 | Tjockolja till stora katedraldieslar i fartyg |
Förbränningsmotorer utnyttjar olika processcykler.
Tvåtaktscykel. Detta system både tömmer och fyller cylindern i ena takten och ger mekanisk energi i andra takten. I en Ottomotor sker antändningen med ett tändstift. I en dieselmotor genom bränsleinsprutning. Stora tvåtakts fartygsdieslar har även en topplocksventil för avgaserna.
Fyrtaktscykel med ottomotor. Var sin takt åtgår för insug och avgasning. En för kompression. En takt är explosionstakten där förbränningen sker snabbt utan större volymförändring men hög tryckökning. Fyrtaktsmotorn är allmänt tystare, effektivare men större än motsvarande 2-taktsmotor.
Fyrtaktscykel med dieselmotor. Kompressionen är så hög att luftens temperatur överskrider bränslets flampunkt. Dieseloljan insprutas direkt i cylindern samtidigt som kolven går nedåt. Volymen ökar.
Sextaktscykel. Avgaserna i fyrtaktsmotorn utnyttjas till att skapa ånga som dels kyler motorn och dels ger en extra arbetstakt.
Gasturbin. Liknar en ångturbin med gemensam axel för kompressor och turbin. Kan även vara två koncentriska axlar för högtrycksdelarna respektive lågtrycksdelarna. Gasturbincykeln är en kontinuerlig process där kompression, förbränning och kraftutveckling sker på olika ställen i motorn. Förbränningen sker vid konstant tryck och ej vid konstant volym som vid ottomotorn. Annars skulle kompressorn få för högt mottryck.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.