In dit artikel zullen we het hebben over het onderwerp- efficiëntie van een verbrandingsmotor. Verbrandingsmotoren worden vaak gebruikt in locomotieven om ze te laten rijden.
De verbrandingsmotoren of verbrandingsmotoren gebruiken de thermische energie van verbrande brandstof en zetten deze om in mechanische energie. De snelheid van locomotieven hangt af van hoe snel de verbrandingscyclus zich in de motor herhaalt. In dit artikel zullen we dieper ingaan op interne verbrandingsmotoren.
Wat is een verbrandingsmotor?
Verbrandingsmotoren zijn verbrandingsmotoren waarin de brandstof wordt verbrand met behulp van een oxidatiemiddel. De resulterende thermische energie wordt omgezet in mechanische energie door de zuiger naar het onderste deel van de cilinder te duwen
De zuiger beweegt heen en weer en maakt een heen en weer gaande beweging. De heen en weer gaande beweging van de zuiger is gericht op de krukas. De krukas gaat draaien waardoor ook de wielen gaan draaien. We zullen in verdere secties van dit artikel meer in detail over interne verbrandingsmotoren bestuderen.
Hoe werkt een verbrandingsmotor?
Interne motoren werken door de thermische energie, geproduceerd na verbranding van brandstof in aanwezigheid van een oxidatiemiddel, om te zetten in mechanische energie. Wanneer de zuiger zich in het bovenste dode punt bevindt, wordt brandstof verbrand waardoor enige hoeveelheid thermische energie vrijkomt.
Deze energie duwt de zuiger naar het onderste dode punt. De zuiger beweegt opnieuw naar het bovenste dode punt vanwege traagheid, deze keer worden de uitlaatgassen uit de uitlaatklep verdreven. De zuiger is verbonden met een kruk via een drijfstang die de heen en weer gaande beweging van de zuiger omzet in een roterende beweging.
Afbeelding credits: Christian Quinzacara, Carnot cyclus pV diagram, CC BY-SA 4.0
Wat is het rendement van een verbrandingsmotor?
We kennen nu de werking van interne verbrandingsmotoren. We weten dat de interne motor zijn eigen werk kan produceren.
Nu zullen we het hebben over de efficiëntie van een interne efficiëntie. Het wordt gedefinieerd als de hoeveelheid werk die de motor heeft geleverd aan de warmtetoevoer naar de motor.
Wiskundig gezien wordt efficiëntie gegeven als-
Warmte-efficiëntie van verbrandingsmotor
Warmte-efficiëntie van een verbrandingsmotor is de verhouding tussen nuttige warmte en de totale warmte-invoer die aan het systeem wordt gegeven.
De warmtebron levert de warmte aan de verbrandingsmotor en een koellichaam absorbeert alle afvalwarmte van de motor. De nuttige warmte wordt gebruikt als het werkoutput van de motor. De warmte-efficiëntie van een verbrandingsmotor wordt gegeven in de onderstaande sectie-
Volumetrische efficiëntie van een verbrandingsmotor
Het volume van de cilinder wordt het slagvolume genoemd, het maximale volume lucht-brandstofmengsel dat kan worden opgenomen.
Volumetrische efficiëntie is de verhouding van het totale lucht-brandstofmengsel dat in de cilinder wordt genomen tot het totale volume van de cilinder of het slagvolume. Wiskundig wordt het volumetrische rendement van een verbrandingsmotor gegeven in de onderstaande sectie-
Algehele efficiëntie van verbrandingsmotor
Algehele efficiëntie van elke warmtemotor houdt rekening met alle soorten efficiëntie, namelijk thermisch rendement, mechanisch rendement, volumetrisch rendement enz.
Wiskundig gezien is de algehele efficiëntie van een verbrandingsmotor -
Wat is het mechanische rendement van een verbrandingsmotor?
Mechanische efficiëntie is de efficiëntie waarmee de mechanische componenten in de interne verbranding motor werk.
De mechanische componenten omvatten zuiger, kleppen, zuigerpencilinder enz. De motor werkt wanneer deze mechanische componenten in harmonie met elkaar samenwerken. Mechanische efficiëntie is een verhouding tussen twee dingen, ze zijn werkoutput en werkinput.
Wat is het maximale rendement van een verbrandingsmotor?
Verschillende verbrandingsmotoren hebben verschillende rendementen. Het rendement hangt af van het mechanische rendement, het type brandstof dat wordt gebruikt, het type motor enz.
De meest efficiënte verbrandingsmotoren hebben een rendement van 50%, maar de motoren die op de weg zijn toegestaan, hebben een rendement tussen de 20 en 30 procent. Verbrandingsmotoren zijn niet zo efficiënt als we dachten omdat de energieconversie erg laag is.
Hoe het rendement van een verbrandingsmotor berekenen?
In bovenstaande secties zagen we de formule voor het berekenen van efficiëntie van een verbrandingsmotor. In die paragrafen hebben we het niet gehad over het vinden van de hoeveelheden die in die formule worden gebruikt.
De verrichte arbeid wordt gedefinieerd als de netto nuttige warmte die wordt onttrokken aan de warmte-input. Het net kan dus eenvoudig worden gevonden door Warmte-input en warmte-afgifte af te trekken. Het verschil tussen de twee geeft ons de netto werkoutput. Wanneer we de werkoutput delen door de warmte-input, krijgen we de waarde van efficiëntie. We hebben de formule al in de bovenstaande secties besproken.
Efficiëntie van verbrandingsmotor versus elektromotor
We hebben het al gehad over het maximale rendement van verbrandingsmotoren. De elektrische motorvoertuigen verbruiken geen brandstof om te rijden.
Elektromotoren daarentegen hebben een hoger rendement dan verbrandingsmotoren. De energieomzettingsgraad van een elektromotor is 85%. We kunnen dus stellen dat de elektromotoren een rendement hebben van ongeveer 80% -85%, terwijl het maximale rendement van een verbrandingsmotor kan oplopen tot bijna 50%.
Efficiëntie van verbrandingsmotor versus gasturbine
Gasturbines zijn mechanische apparaten die warmte-energie omzetten van stoom in mechanische energie. De mechanische energie wordt vervolgens omgezet in elektrische energie, wat gebeurt met behulp van een generator.
Gasturbines hebben een rendement van ongeveer 35-40%. Dat is meer dan de meeste verbrandingsmotoren. Maar vanwege de grootte gebruiken we geen gasturbines in locomotieven. Verbrandingsmotoren zijn compact van formaat, terwijl de gasturbines enorm zijn en worden gebruikt in toepassingen met hoge snelheden.
Hoe de efficiëntie van de verbrandingsmotor te verhogen?
Om de efficiëntie van verbrandingsmotoren te verhogen, gebruiken we de volgende methoden:
- Lagere warmteafstoting
- Hoge compressieverhouding
- Een mager brandstofmengsel gebruiken
- De motor laten draaien onder optimale omstandigheden
Waarom worden gasturbines niet gebruikt in voertuigen als ze een hoger rendement hebben?
Het rendement van gasturbines kan hoger zijn. We hebben de cijfers in de bovenstaande secties al besproken. Maar de reden waarom ze niet in voertuigen worden gebruikt, is de grootte van een turbine.
De grootte van een gasturbine is erg groot. Daarom worden turbines gebruikt in vliegtuigen en niet in voertuigen. De gasturbines worden ingezet waar de toepassing met hoge snelheid te maken heeft. Verbrandingsmotoren zijn compact van formaat en worden daarom gebruikt in voertuigen en gasturbines niet.
Hallo….Ik ben Abhishek Khambhata, heb B. Tech in Werktuigbouwkunde gevolgd. Gedurende de vier jaar dat ik ingenieur ben, heb ik onbemande luchtvaartuigen ontworpen en gevlogen. Mijn sterke punten zijn vloeistofmechanica en thermische techniek. Mijn vierdejaarsproject was gebaseerd op de prestatieverbetering van onbemande luchtvaartuigen met behulp van zonnetechnologie. Ik wil graag in contact komen met gelijkgestemden.
Hallo medelezer,
We zijn een klein team bij Techiescience, dat hard werkt tussen de grote spelers. Als je het leuk vindt wat je ziet, deel dan onze inhoud op sociale media. Uw steun maakt een groot verschil. Bedankt!