Lentokoneen liikuttamiseksi ilmassa työntövoima tuotetaan jonkinlaisella työntövoimajärjestelmällä.Wrightin veljesten ensimmäisestä lennosta lähtien monissa lentokoneissa on käytetty sisäisiä polttomoottoreita potkurien pyörittämiseen työntövoiman tuottamiseksi.Nykyään useimmat yleisilmailun tai yksityislentokoneet saavat käyttövoimansa polttomoottoreista, jotka muistuttavat perheauton moottoria.Moottoreista keskusteltaessa on otettava huomioon sekä koneen mekaaninen toiminta että termodynaamiset prosessit, joiden avulla kone voi tuottaa hyödyllistä työtä.Tällä sivulla tarkastelemme nelitahtisen polttomoottorin termodynamiikkaa.
Ymmärtääksemme, miten käyttövoimajärjestelmä toimii, meidän on opiskeltava kaasujen termodynamiikan perusteita.Kaasuilla on erilaisia ominaisuuksia, joita voimme havainnoida aisteillamme, kuten kaasun paine p,lämpötila T,massa ja tilavuus V, joka sisältää kaasun.Huolellinen tieteellinen havainnointi on osoittanut, että nämä muuttujat ovat yhteydessä toisiinsa, ja näiden ominaisuuksien arvot määräävät kaasun tilan.Termodynaaminen prosessi, kuten kaasun lämmittäminen tai puristaminen, muuttaa tilamuuttujien arvoja termodynamiikan laeilla kuvatulla tavalla. Kaasun tekemä työ ja kaasuun siirtyvä lämpö riippuvat kaasun alku- ja lopputilasta sekä prosessista, jota käytetään tilan muuttamiseen.On mahdollista suorittaa sarja prosesseja, joissa tila muuttuu jokaisen prosessin aikana, mutta kaasu palaa lopulta alkuperäiseen tilaansa. Tällaista prosessisarjaa kutsutaan sykliksi, ja se muodostaa perustan moottorin toiminnan ymmärtämiselle.
Tällä sivulla käsitellään Otto-termodynaamista sykliä, jota käytetään kaikissa polttomoottoreissa.Kuvassa on ap-V-diagrammi Otto-syklistä. Käyttämällä moottorin vaiheiden numerointijärjestelmää aloitamme vasemmalta alhaalta, jolloin vaihe 1 on moottorin imutahdin alku. Vaiheen 1 ja vaiheen 2 välillä mäntä vedetään ulos sylinteristä imuventtiili auki.Paine pysyy vakiona, ja kaasun tilavuus kasvaa, kun polttoaineen ja ilman seos imetään sylinteriin imuventtiilin kautta.Vaiheessa 2 alkaa moottorin puristustahti imuventtiilin sulkemisen myötä. Vaiheen 2 ja vaiheen 3 välillä mäntä siirtyy takaisin sylinteriin, kaasun tilavuus pienenee ja paine kasvaa, koska mäntä tekee kaasulle työtä. Vaihe 3 on polttoaineen ja ilman seoksen palamisen alku. Palaminen tapahtuu hyvin nopeasti, ja tilavuus pysyy vakiona.Palamisen aikana vapautuu lämpöä, joka nostaa sekä lämpötilaa että painetta tilanyhtälön mukaisesti.Vaiheessa 4 alkaa moottorin tehoisku.Vaiheen 4 ja vaiheen 5 välillä mäntä liikkuu kohti kampiakselia, tilavuus kasvaa ja paine laskee, koska mäntä tekee kaasulle työtä. Vaiheessa 5 pakoventtiili avataan ja kaasun jäännöslämpö vaihdetaan ympäristöön. Vaiheessa 6 alkaa moottorin pakokaasutahti, jonka aikana mäntä siirtyy takaisin sylinteriin, tilavuus pienenee ja paine pysyy vakiona. Pakoiskun lopussa olosuhteet ovat palanneet vaiheeseen 1 ja prosessi toistuu.
Kierron aikana mäntä tekee kaasuun työtä vaiheiden 2 ja 3 välillä. Vaiheiden 4 ja 5 välillä kaasu tekee työtä mäntään. Kaasun tekemän työn ja kaasun tekemän työn erotus on syklin käyrän rajaama alue ja syklin tuottama työ. Työ kertaa syklin nopeus (sykliä sekunnissa) on yhtä suuri kuin moottorin tuottama teho.
P-V-diagrammissa syklin rajaama alue on verrannollinen syklin tuottamaan työhön. Tällä sivulla on esitetty ideaalinen Otto-sykli, jossa kaasuun ei tule (tai lähde) lämpöä puristus- ja voimanoton aikana, jossa ei ole kitkahäviöitä ja jossa palaminen tapahtuu hetkellisesti vakiotilavuuden vallitessa. Todellisuudessa ihanteellinen sykli ei toteudu, ja jokaiseen prosessiin liittyy monia häviöitä. Nämä häviöt otetaan tavallisesti huomioon hyötysuhdekertoimilla, jotka kertovat ja muokkaavat ideaalista tulosta. Todellisessa syklissä p-V-diagrammin muoto on samankaltainen kuin ideaalissa, mutta pinta-ala (työ) on aina pienempi kuin ideaalinen arvo.
Toiminnot:
Ohjattuja kierroksia
Navigaatio ..
Ohjattuja kierroksia
Navigaatio ..
Oppikirja aloittelevalle aloittelevalle aloittelijalle etusivu