En förbränningsmotor (ICE) är en värmemotor där förbränningen av ett bränsle med ett oxidationsmedel (vanligtvis luft) sker i en förbränningskammare som är en integrerad del av arbetsvätskeflödeskretsen.
I en förbränningsmotor utövar expansionen av gaserna med hög temperatur och högt tryck som produceras vid förbränning en direkt kraft på vissa komponenter i motorn. Kraften appliceras vanligtvis på kolvar, turbinblad, en rötor eller ett munstycke.
Denna kraft flyttar komponenten över en sträcka, omvandlar kemisk energi till användbar kinetisk energi och används för att driva, flytta eller framdriva allt som motorn är ansluten till. Detta ersätter den externa förbränningsmotorn för applikationer där vikten eller storleken på motorn är viktig.
Termen förbränningsmotor syftar vanligtvis på en motor där förbränningen är intermittent, som de mer populära fyrtakts- och tvåtaktskolvmotorerna, tillsammans med varianter som sextaktskolvmotorn och roterande Wankelmotorn.
Den andra klassen av förbränningsmotorer använder kontinuerlig förbränning:gasturbiner, jetmotorer och de flesta raketmotorer, som var och en är en förbränningsmotor enligt samma princip som tidigare beskrivits. Skjutvapen är också en form av förbränningsmotor, även om de är så specialiserade att de vanligtvis behandlas som en separat kategori.
I motsats till externa förbränningsmotorer, såsom ång- eller Stirlingmotorer, avges energi till en arbetsvätska som inte består av förbränningsprodukter, blandas med dem eller är förorenad av dem. Arbetsvätskor för externa förbränningsmotorer inkluderar luft, varmt vatten, trycksatt vatten eller till och med flytande natrium som värms upp i en panna.
Läs mer:Vad är extern förbränningsmotor?
ICE drivs vanligtvis av energitäta bränslen som bensin eller diesel, vätskor gjorda av fossila bränslen. Även om det finns många stationära applikationer, används de flesta ICE i mobila applikationer och är den dominerande strömförsörjningen för fordon som bilar, flygplan och båtar.
1823 patenterade Samuel Brown den första förbränningsmotorn som skulle användas industriellt i USA; en av hans motorer pumpade vatten på Croydon-kanalen från 1830 till 1836.
Den första kommersiellt framgångsrika förbränningsmotorn skapades av Étienne Lenoir omkring 1860 och den första moderna förbränningsmotorn skapades 1876 av Nicolaus Otto. 1872 uppfann amerikanen George Brayton den första kommersiella vätskedrivna förbränningsmotorn.
Étienne Lenoir föddes i Mussy-la-Ville 1822, som då låg i Luxemburg, men som nu är en del av Belgien. I början av 1850-talet immigrerade han till Paris, Frankrike, där han arbetade som ingenjör och experimenterade med elektricitet.
1860 patenterade han en gaseldad encylindrig förbränningsmotor, som han monterade på en trehjulig vagn. Även om det fungerade hyfsat bra, var det inte bränslesnålt, gjorde mycket ljud och överhettades ofta. Motorn skulle stängas av helt om det inte tillfördes vatten för att kyla ner den, och det krävdes en tank för att hålla det gasformiga bränslet.
1863 byggde han en trehjulig vagn som gick på bensin. Under en demonstration i Paris tillryggalade bilen en sträcka på 11 km på cirka 3 timmar, vilket motsvarar en medelhastighet på 3 km/h.
Inte för snabbt alls! Vad var så imponerande med en vagn än att gå så långsamt? Tja, det faktum att den drevs av en motor, snarare än en häst eller mula, gjorde den till en riktig innovation. Hans motorer var relativt framgångsrika med totalt cirka 500 byggda motorer men lämnade stort utrymme för mycket förbättringar.
Lenoir blev fransk medborgare 1870 för att ha hjälpt fransmännen under det fransk-preussiska kriget. 1881 mottog han Légion d'honneur, en utmärkelse för excellens, för sina framsteg inom telegrafi. Även om Lenoir praktiskt taget uppfann bilen, var Lenoir utblottad under sina senare år. Han dog i Frankrike 1900.
I en förbränningsmotor (ICE) sker antändning och förbränning av bränslet i själva motorn. Förbränning, även känd som förbränning, är den grundläggande kemiska processen för att frigöra energi från en bränsle-luftblandning. Motorn omvandlar sedan en del av energin från förbränningen till arbete.
Motorn består av en fast cylinder och en rörlig kolv. De expanderande förbränningsgaserna trycker på kolven, som i sin tur roterar vevaxeln. Efter att kolven komprimerat bränsle-luftblandningen, antänder gnistan den, vilket orsakar förbränning. Expansionen av förbränningsgaserna trycker på kolven under kraftslaget.
I slutändan, genom ett system av växlar i drivlinan, driver denna rörelse fordonets hjul.
Två typer av förbränningsmotorer är för närvarande i produktion:bensinmotorn med gnisttändning och dieselmotorn med kompressionständning. De flesta av dem är fyrtaktare, vilket innebär att det krävs fyra kolvslag för att slutföra en cykel. Cykeln består av fyra olika processer:insug, kompression, förbränning och kraftslag samt avgas.
Bensinmotorer med gnisttändning och dieselmotorer med kompressionständning skiljer sig åt i hur de levererar och tänder bränsle. I en motor med gnisttändning blandas bränslet med luft och sugs sedan in i cylindern under insugningsprocessen. Efter att kolven har komprimerat bränsle-luftblandningen, tänder gnistan den och orsakar förbränning.
Expansionen av förbränningsgaserna trycker på kolven under kraftslaget. I en dieselmotor dras luften bara in i motorn och komprimeras sedan. Dieselmotorer sprutar sedan ut bränslet i lämplig, uppmätt mängd i den heta tryckluften, vilket antänder det.
Förbränningsmotorer är de mest använda och mest använda kraftgenererande enheterna som för närvarande finns. Exempel inkluderar bensinmotorer, dieselmotorer, gasturbinmotorer och raketframdrivningssystem.
IC-motorn har många applikationer som,
Det finns två typer av förbränningsmotorer som för närvarande tillverkas:bensinmotorn med gnisttändning och dieselmotorn med kompressionständning. De flesta av dessa är fyrtaktsmotorer, vilket innebär att fyra kolvslag behövs för att slutföra en cykel.
IC-motorer kan klassificeras utifrån bränsle som används, termodynamisk cykel, typ av tändning, typ av kylsystem, cylinderarrangemang, laddningsmetod etc. Nu studerar vi det i detalj.
Vi vet att IC-motorer omvandlar kemisk energi till mekanisk energi i cyklisk drift. Det finns många termodynamiska cykler t.ex. Carnot-cykel, Otto-cykel, Diesel-cykel, Rankine-cykel, etc. IC-motorer fungerar på tre cykler Otto-cykel och Diesel-cykel och Dual-cykel. Så enligt den kan IC-motorerna klassificeras i följande typer.
Den är också känd som en gnisttändningsmotor eller konstant volym värmetillsatsmotor, bensinmotor etc. I denna cykel sker värmetillsats (bränsleförbränning) och avstötning (avgas) vid konstant volym och expansion och kompression sker vid isentropisk. Dessa motorer ger låg effekt vid hög hastighet.
Detta är känt som en motor med kompressionständning, dieselmotor, konstanttrycksmotor etc. I denna cykel sker värmetillsats (bränsleförbränning) vid konstant tryck och värmeavstötning sker vid konstant volym. Denna motor ger hög effekt vid låg hastighet.
Dubbelcykeln är en kombination av Ottocykeln och dieselcykeln. I denna motor sker värmetillförsel både vid konstant volym och konstant tryck i något förhållande.
Vissa motorer fungerar på Stirling- och Ericsson-cykeln men dessa används inte kommersiellt.
De flesta av oss känner till dessa motorer. Det är bensinmotorer och dieselmotorer. Numera används även gasformigt bränsle som gasol, CNG, väte, etc. i IC-motorer. Dessa motorer kallas icke-traditionella motorer.
Laddningen innebär hur insläppet av bränsle-luftblandningen sker. Detta kan klassificeras enligt följande.
I denna motor sker insläpp av luft-bränsleblandningen (SI Engine) eller enbart luft (CI-motor) på grund av tryckskillnaden inuti cylindern och atmosfärstrycket.
I denna motor används en separat kompressor för att släppa in laddningen inuti cylindern. Denna kompressor körs med motorkraft (ansluten till vevaxeln med remdrift).
Denna motor använder en turbin som drar in luft i cylindern och körs med avgaskraft. Det är också som överladdning men kompressorn drivs av en turbin som roteras av avgaser.
I IC-motor kan tändning av laddning ske på två sätt. I den första används ett separat tändstift eller någon annan anordning för att antända bränslet (Spark Ignition Engine) och den andra är bränsleantändning på grund av värme som genereras under kompression eller bränsle (Compression Ignition Engine).
Så enligt dessa metoder finns två motorer tillgängliga med gnisttändningsmotor eller SI-motor (bensinmotor) och motor med kompressionständning eller CI-motor (dieselmotor).
I bensinmotorer använde vi ett tändstift för att antända bränslet. Denna gnista vid tändstiftet, produceras av ett tändsystem. Enligt tändsystemet finns det två typer av motorer. Den första är batteritändningsmotorn (använd ett batteri för att generera gnista) och en annan är en magnettändningsmotor (använd en liten generator för att generera gnista).
I denna typ av motor används en kolv som rör sig i fram- och återgående rörelse genom att använda tryckkraft som genereras av förbränning av bränsle. Vevaxeln omvandlar denna fram- och återgående rörelse till roterande rörelse. De flesta av bilmotorerna är av fram- och återgående typ.
Läs mer: Vad är reciprocating Engine?
I en roterande motor används en rotor. Tryckkraften som genereras av förbränning av bränsle utövas på denna rotor, som ytterligare roterar hjulet. Wankelmotorn är en typ av roterande motor. Dessa motorer används för närvarande inte i bilmotorer.
Två typer av kylning används i IC-motorer, luftkylning och vattenkylning. Så motorerna är luftkylda motorer eller vattenkylda motorer. Båda dessa kylsystem har sina egna fördelar, som vi kommer att diskutera senare. Motorolja fungerar också som kylmedium.
Vi vet att slaglängden är det maximala avståndet en kolv kan färdas inuti en cylinder eller mellan TDC till BDC. Om en motor går från TDC till BDC kallas det ett slag. Om det återgår till BDC kallas det två slag. En vevaxel gör ett varv i två slag. Enligt den har tre typer av motorer uppfunnits.
I denna motor gör vevaxeln ett varv i ett kraftslag. Denna motor ger mer kraft jämfört med andra. Den används i skyttar, fartyg, generatorer, etc.
Läs mer: Vad är tvåtaktsmotor? och vad är en fyrtaktsmotor?
Denna motor ger två vevaxelrotationer i ett kraftslag. De ger låg effekt men hög effektivitet. Den används i bilar, lastbilar, cyklar etc.
Dessa motorer är under utveckling. Som namnet antyder kommer den att ge tre vevaxlar rotation i ett kraftslag.
Dessa motorer kan bättre förstås av diagram jämfört med ord.
En förbränningsmotor (ICE eller IC-motor) är en värmemotor där förbränningen av ett bränsle sker med ett oxidationsmedel (vanligtvis luft) i en förbränningskammare som är en integrerad del av arbetsvätskeflödeskretsen.
1823 patenterade Samuel Brown den första förbränningsmotorn att tillämpas industriellt i USA; en av hans motorer pumpade vatten på Croydon-kanalen från 1830 till 1836.
Den första kommersiellt framgångsrika förbränningsmotorn skapades av Étienne Lenoir runt 1860 och den första moderna förbränningsmotorn skapades 1876 av Nicolaus Otto. År 1872 uppfann amerikanen George Brayton den första kommersiella flytande förbränningsmotorn .
Motorn består av en fast cylinder och en rörlig kolv. De expanderande förbränningsgaserna trycker på kolven, som i sin tur roterar vevaxeln. Efter att kolven komprimerat bränsle-luftblandningen, antänder gnistan den, vilket orsakar förbränning. Expansionen av förbränningsgaserna trycker på kolven under kraftslaget.
IC-motorn har många applikationer som:
Det finns tre huvudtyper av förbränningsmotorer som används idag:
Utvecklingen av förbränningsmotorn bidrog till att befria män från det hårdaste manuella arbetet, möjliggjorde flygplan och andra transportformer och bidrog till att revolutionera kraftproduktionen.
Si-motorn är en förbränningsmotor som arbetar enligt principen om gnisttändning. Den använder bensin och använder Otto-cykeln. Dieselmotorn (Ci) är också en förbränningsmotor, som använder dieselbränsle och arbetar på en dieselcykel.
Förbränningsmotorer (ICE) är den vanligaste formen av värmemotorer, eftersom de används i fordon, båtar, fartyg, flygplan och tåg. De är namngivna som sådana eftersom bränslet antänds för att utföra arbete inuti motorn. Samma bränsle- och luftblandning släpps sedan ut som avgaser.
AFR är massförhållandet mellan luft och bränsle som finns i en förbränningsmotor. För bensinmotorer är det stökiometriska, A/F-förhållandet 14,7:1, vilket betyder 14,7 delar luft till en del bränsle. Det beror på typen av bränsle.
Temperaturen på de brinnande gaserna i motorcylindern når upp till 1500 till 2000°C, vilket är över smältpunkten för materialet i cylinderkroppen och motorhuvudet. (Platina, en metall som har en av de högsta smältpunkterna, smälter vid 1750 °C, järn vid 1530 °C och aluminium vid 657 °C.)
Den viktigaste skillnaden mellan mager och rik bränsleblandning är att vi använder en mager blandning för maximal effektivitet medan vi använder en rik blandning för maximal effekt i en motor. Vi använder termerna magra och rika bränsleblandningar för att beskriva förbränningsprocesser i motorer och industriugnar.
En rik blandning är en bränsle/luftblandning som innehåller en alltför stor andel bränsle. En rik blandning ger tillräckligt med bränsle för att förbruka allt syre i cylindern. En rik blandning har för mycket bensin och inte tillräckligt med luft.
Bensin ökade till framträdande plats 1892 medan diesel tog lite längre tid med vissa källor som pekade på 1893 när den först användes och erkändes som en bränslekälla. Så med det i åtanke var bensin tekniskt sett den första, eftersom den vann popularitet och kommersiell framgång snabbare än sin dieselmotsvarighet.
Kolven är en grundläggande del av förbränningsmotorerna. Den har en fram- och återgående rörelse och omvandlar värmeenergi till mekanisk kraft. Den färdas upp och ner i en cylinder när motorn producerar kraft. Syftet med kolven är att stå emot expansionen av gaser och skicka den till vevaxeln.
ICE-fordon betyder ett konventionellt fordon som enbart drivs av en förbränningsmotor.
Förbränningsmotorn har en verkningsgrad på ca 35-45 %. Jämfört med den externa förbränningsmotorn har en verkningsgrad på cirka 15-25 %. Bränslekostnaden för förbränningsmotorn är relativt hög. Jämfört med bränslekostnaden för den externa förbränningsmotorn är relativt låg.
