Back to the topics list

motor s unutarnjim izgaranjem

Razumijevanje motora s unutarnjim izgaranjem

Motor s unutarnjim izgaranjem je mehanizam za proizvodnju energije koji je napravio revoluciju u transportu i strojevima. Radi na principu pretvaranja kemijske energije u mehaničku izgaranjem goriva poput benzina ili dizela.

Osnovne komponente i princip

Ključne komponente: U svojoj srži, motor s unutarnjim izgaranjem sastoji se od cilindra, klipa, ventila, koljenastog vratila i svjećice (kod benzinskih motora) ili mlaznice za gorivo (kod dizel motora).

Četverotaktni ciklus: Rad većine motora s unutarnjim izgaranjem temelji se na četverotaktnom ciklusu. Ti taktovi su usis, kompresija, snaga (ili izgaranje) i ispuh.

• Usisni takt: Usisni ventil se otvara, dopuštajući mješavini zraka i goriva (u benzinskim motorima) ili zraku (u dizelskim motorima) da uđe u cilindar dok se klip pomiče prema dolje.
• Takt kompresije: I usisni i ispušni ventili su zatvoreni. Klip se pomiče prema gore, komprimira smjesu zraka i goriva ili zrak, povećavajući time njegovu temperaturu i tlak.
• Radni hod: Kod benzinskih motora, iskra iz svjećice zapali smjesu komprimiranog zraka i goriva, dok se kod dizelskih motora gorivo ubrizgava u vrući komprimirani zrak, uzrokujući njegovo paljenje. Sila eksplozije gura klip prema dolje, stvarajući rotacijsko gibanje kroz koljenasto vratilo.
• Hod ispuha: Ispušni ventil se otvara, dopuštajući klipu da istisne plinove izgaranja dok se kreće prema gore, pripremajući motor za sljedeći ciklus.

Pretvorba energije: Proces izgaranja u cilindru stvara plin pod visokim pritiskom, koji djeluje silom na klip. Ovu linearnu silu radilica pretvara u rotacijsko gibanje, koje potom može pokretati kotače vozila ili druge strojeve.

Vrste motora s unutarnjim izgaranjem

Motori s unutarnjim izgaranjem mogu se kategorizirati na temelju vrste goriva, broja taktova ili načina na koji se zrak i gorivo pripremaju i uvode u komoru za izgaranje.

• Benzinski motori: Koristite svjećicu za paljenje mješavine zraka i goriva.
• Dizelski motori: Koristite ubrizgavanje goriva pod tlakom u vrući komprimirani zrak za pokretanje izgaranja.
• Dvotaktni motori: Završite ciklus snage u samo dva takta (kretanje klipa gore i dolje), kombinirajući usis i kompresiju u jednom taktu, a snagu i ispuh u drugom.
• Četverotaktni motori: Iskoristite gore navedena četiri različita takta za cijeli ciklus.

Gorivo i izgaranje

Vrste goriva: Motori s unutarnjim izgaranjem mogu raditi na različitim gorivima, uključujući benzin, dizel, biodizel, etanol, pa čak i vodik. Izbor goriva utječe na dizajn motora, učinkovitost i emisije.

Proces izgaranja: Proces izgaranja stvara toplinu i širi plinove unutar cilindra, stvarajući pritisak na klip. Idealan proces opisan je Ottovim ciklusom za benzinske motore, odnosno Dieselovim ciklusom za dizelske motore.

Ottov ciklus: teoretski Ottov ciklus može se opisati u četiri stupnja slično četverotaktnom motoru, ali u termodinamičkom smislu - s dva izohorična procesa (konstantni volumen) za dodavanje i odbijanje topline, i dva izentropska procesa (adijabatski reverzibilni) za kompresije i ekspanzije.

Diesel ciklus: Diesel ciklus se prvenstveno razlikuje po procesu dodavanja topline koji se odvija pri konstantnom tlaku i po višim omjerima kompresije, koji ne miješaju gorivo i zrak do trenutka izgaranja.

Učinkovitost i emisije

Učinkovitost motora s unutarnjim izgaranjem mjera je koliko dobro pretvara kemijsku energiju u gorivu u mehanički rad. Čimbenici koji utječu na učinkovitost uključuju dizajn motora, vrstu goriva i koliko je gorivo potpuno izgorjelo.

Emisije iz motora s unutarnjim izgaranjem uključuju ugljični dioksid (CO \(_2\) ), ugljikov monoksid (CO), dušikove okside (NO \(_x\) ) i neizgorene ugljikovodike. Ove emisije doprinose zagađenju zraka i globalnom zagrijavanju. Napredak u tehnologiji, poput sustava za ubrizgavanje goriva, katalizatora i alternativnih goriva, ima za cilj poboljšati učinkovitost i smanjiti štetne emisije.

Napredak i izgledi za budućnost

S rastućom zabrinutošću za okoliš i težnjom prema održivoj energiji, postoje značajna istraživanja usmjerena na poboljšanje učinkovitosti i smanjenje utjecaja motora s unutarnjim izgaranjem na okoliš. Inovacije uključuju hibridne motore koji kombiniraju motore s unutarnjim izgaranjem s električnim motorima, varijabilno vrijeme ventila i motore koji mogu raditi na više vrsta goriva ili biogoriva.

Štoviše, razvoj vodikovih gorivih ćelija predstavlja potencijalnu buduću alternativu tradicionalnim motorima s unutarnjim izgaranjem, nudeći obećanje prijevoza bez emisija pri korištenju vodika proizvedenog iz obnovljivih izvora energije.

Razumijevanje kroz primjer: model četverotaktnog motora

Primjer za ilustraciju rada motora s unutarnjim izgaranjem može biti jednostavna eksperimentalna postavka modela četverotaktnog motora. Takvi se modeli često koriste u obrazovnim postavkama za demonstraciju taktova usisa, kompresije, snage i ispuha na jasan i praktičan način, pomažući učenicima da vizualiziraju unutarnje procese motora.

Dok su stvarni motori složeniji, uključuju brojne dodatne komponente i sustave (kao što su sustavi hlađenja, podmazivanja i isporuke goriva), temeljni princip ostaje isti i može se razumjeti kroz ove osnovne modele.

Zaključak

Motor s unutarnjim izgaranjem igra ključnu ulogu u modernom društvu, pogoni vozila, strojeve i generatore. Unatoč težnji prema obnovljivim izvorima energije i električnim vozilima, motori s unutarnjim izgaranjem vjerojatno će ostati relevantni u doglednoj budućnosti, zahvaljujući stalnom napretku usmjerenom na poboljšanje njihove učinkovitosti i smanjenje njihovog ekološkog otiska. Razumijevanje osnovnih principa, vrsta i rada ovih motora pruža temelj za uvažavanje složenosti i inovacija u automobilskoj tehnologiji i šire.