For at flytte et fly gennem luften skal der genereres fremdrift af en eller anden form for fremdriftssystem.Siden brødrene Wright’s første flyvning har mange fly anvendt forbrændingsmotorer til at dreje propellerne for at generere fremdrift.I dag drives de fleste almene flyvemaskiner eller privatfly af forbrændingsmotorer (IC-motorer), der ligner motoren i din familiebil.Når vi diskuterer motorer, skal vi både tage hensyn til maskinens mekaniske funktion og de termodynamiske processer, der gør det muligt for maskinen at producere nyttigt arbejde.På denne side ser vi på termodynamikken i en firetakts-IC-motor.
For at forstå, hvordan et fremdriftssystem fungerer, må vi studere den grundlæggende termodynamik for gasser.Gasser har forskellige egenskaber, som vi kan observere med vores sanser, herunder gastryk p, temperatur T, masse og volumen V, som indeholder gassen.En omhyggelig videnskabelig observation har vist, at disse variabler er relateret til hinanden, og værdierne af disse egenskaber bestemmer gassens tilstand.En termodynamisk proces, f.eks. opvarmning eller komprimering af gassen, ændrer værdierne af tilstandsvariablerne på en måde, der beskrives af termodynamikkens love. Det arbejde, der udføres af en gas, og den varme, der overføres til en gas, afhænger af gassens begyndelses- og sluttilstand og af den proces, der anvendes til at ændre tilstanden.Det er muligt at udføre en række processer, hvor tilstanden ændres under hver proces, men hvor gassen til sidst vender tilbage til sin oprindelige tilstand. En sådan serie af processer kaldes en cyklus og danner grundlaget for forståelsen af motorens funktion.
På denne side diskuterer vi den termodynamiske Otto cyklus, som anvendes i alle forbrændingsmotorer.Figuren viser et V-diagram af Otto cyklusen. Ved hjælp af motorens trinnummersystem begynder vi nederst til venstre, idet trin 1 er begyndelsen af motorens indsugningstakt. Trykket er tæt på det atmosfæriske tryk, og gasvolumenet er mindst.Mellem trin 1 og trin 2 trækkes stemplet ud af cylinderen med indsugningsventilen åben.Trykket forbliver konstant, og gasvolumenet øges, efterhånden som brændstof/luft-blandingen trækkes ind i cylinderen gennem indsugningsventilen.Trin 2 begynder motorens kompressionsslag med lukning af indsugningsventilen. Mellem trin 2 og trin 3 bevæger stemplet sig tilbage ind i cylinderen, gasvolumenet mindskes, og trykket stiger, fordi stemplet udfører et arbejde på gassen. Trin 3 er begyndelsen på forbrændingen af brændstof/luft-blandingen. Forbrændingen sker meget hurtigt, og volumenet forbliver konstant.Der frigives varme under forbrændingen, hvilket øger både temperaturen og trykket i henhold til til tilstandsligningen.Fase 4 indleder motorens effekttræk.Mellem fase 4 og fase 5 drives stemplet mod krumtapakslen, volumenet øges, og trykket falder, da der udføres arbejde på gassen af stemplet. I trin 5 åbnes udstødningsventilen, og restvarmen i gassen udveksles med omgivelserne. Volumenet forbliver konstant, og trykket justeres tilbage til atmosfæriske forhold. i trin 6 begynder motorens udstødningstakt, hvor stemplet bevæger sig tilbage ind i cylinderen, volumenet falder, og trykket forbliver konstant. Ved slutningen af udstødningsslaget er forholdene vendt tilbage til trin 1, og processen gentager sig.
I løbet af cyklusen udøves der arbejde på gassen af stemplet mellem trin 2 og 3. Der udføres arbejde af gassen på stemplet mellem trin 4 og 5. Forskellen mellem det arbejde, der udføres af gassen, og det arbejde, der udføres på gassen, er det område, der omsluttes af cykluskurven, og er det arbejde, der produceres i cyklusen. Arbejdet gange cyklushastigheden (cyklusser pr. sekund) er lig med den effekt, som motoren frembringer.
Det område, der er omgivet af cyklusen i et p-V-diagram, er proportionalt med det arbejde, som cyklusen frembringer. På denne side har vi vist en ideel Otto-cyklus, hvor der ikke kommer nogen varme ind i (eller ud af) gassen under kompressions- og kraftudløbet, ingen friktionstab, og hvor den øjeblikkelige forbrænding sker ved konstant volumen. I virkeligheden er der ikke tale om en ideel cyklus, og der er mange tab forbundet med hver proces. Der tages normalt hensyn til disse tab ved hjælp af virkningsgrader, som multiplicerer og ændrer det ideelle resultat. For en virkelig cyklus ligner formen på p-V-diagrammet det ideelle, men arealet (arbejdet) er altid mindre end den ideelle værdi.
Aktiviteter:
Guidede ture
Navigation ..
Hjemmeside for nybegyndere