Om een vliegtuig door de lucht te laten vliegen moet stuwkracht worden opgewekt door een of ander aandrijfsysteem.Beginnend met de eerste vlucht van de gebroeders Wright, hebben veel vliegtuigen interne verbrandingsmotoren gebruikt om propellors te laten draaien om stuwkracht op te wekken.Tegenwoordig worden de meeste vliegtuigen voor algemeen gebruik of privé-vliegtuigen aangedreven door verbrandingsmotoren, zoals de motor in uw gezinsauto.Wanneer we het over motoren hebben, moeten we zowel de mechanische werking van de machine als de thermodynamische processen die de machine in staat stellen nuttige arbeid te verrichten, in beschouwing nemen.Op deze pagina bekijken we de thermodynamica van een viertaktIC motor.
Om te begrijpen hoe een aandrijfsysteem werkt, moeten we de basisthermodynamica van gassen bestuderen.Gassen hebben verschillende eigenschappen die we met onze zintuigen kunnen waarnemen, waaronder de gasdruk p,temperatuur T,massa, en het volume Vdat het gas bevat.Een thermodynamisch proces, zoals het verhitten of samendrukken van het gas, verandert de waarden van de toestandsvariabelen op een wijze die door de wetten van de thermodynamica wordt beschreven. De door een gas verrichte arbeid en de aan een gas overgedragen warmte hangen af van de begin- en eindtoestand van het gas en van het proces dat wordt toegepast om de toestand te wijzigen.Het is mogelijk een reeks processen uit te voeren, waarbij de toestand tijdens elk proces wordt gewijzigd, maar het gas uiteindelijk terugkeert naar zijn oorspronkelijke toestand. Een dergelijke reeks processen wordt een cyclus genoemd en vormt de basis voor het begrijpen van de werking van een motor.
Op deze pagina bespreken we de Otto thermodynamische cyclus die in alle interne verbrandingsmotoren wordt gebruikt.De figuur toont een-V diagram van de Otto cyclus. Gebruikmakend van het nummeringssysteem van de motorfasen, beginnen we linksonder, waarbij fase 1 het begin is van de inlaatslag van de motor. Tussen fase 1 en fase 2 wordt de zuiger uit de cilinder getrokken met de inlaatklep open. De druk blijft constant en het gasvolume neemt toe naarmate het brandstof/luchtmengsel door de inlaatklep in de cilinder wordt gezogen. In fase 2 begint de compressieslag van de motor met het sluiten van de inlaatklep. Tussen fase 2 en fase 3 beweegt de zuiger terug in de cilinder, neemt het gasvolume af en neemt de druk toe omdat de zuiger het gas bewerkt. Fase 3 is het begin van de verbranding van het brandstof/luchtmengsel. De verbranding verloopt zeer snel en het volume blijft constant.Tijdens de verbranding komt warmte vrij, waardoor zowel de temperatuur als de druk toenemen, volgens de toestandsvergelijking.In fase 4 begint de krachtsinspanning van de motor.Tussen fase 4 en fase 5 wordt de zuiger in de richting van de krukas gedreven, het volume neemt toe, en de druk neemt af omdat het gas door de zuiger wordt bewerkt. In de vijfde fase wordt de uitlaatklep geopend en wordt de restwarmte van het gas uitgewisseld met de omgeving. In fase 6 begint de uitlaatslag van de motor, waarbij de zuiger terug de cilinder in beweegt, het volume afneemt en de druk constant blijft. Aan het eind van de uitlaatslag zijn de omstandigheden weer teruggekeerd naar fase 1 en herhaalt het proces zich.
Tijdens de cyclus wordt tussen fase 2 en 3 door de zuiger arbeid verricht op het gas. Tussen stap 4 en 5 wordt door het gas arbeid verricht op de zuiger. Het verschil tussen de door het gas verrichte arbeid en de op het gas verrichte arbeid is de door de cycluskromme ingesloten oppervlakte en is de door de cyclus geproduceerde arbeid. De arbeid maal de snelheid van de cyclus (cycli per seconde) is gelijk aan de door de motor geproduceerde kracht.
De door de cyclus ingesloten oppervlakte op een p-v-diagram is evenredig met de door de cyclus geproduceerde arbeid. Op deze pagina hebben we een ideale Otto-cyclus laten zien, waarbij er geen warmte in het gas komt (of eruit gaat) tijdens de compressie- en de vermogensslag, geen wrijvingsverliezen, en een ogenblikkelijke verbranding bij constant volume. In werkelijkheid komt de ideale cyclus niet voor en zijn er vele verliezen verbonden aan elk proces. Deze verliezen worden gewoonlijk weergegeven door rendementsfactoren die het ideale resultaat vermenigvuldigen en wijzigen. Voor een echte cyclus is de vorm van het p-V-diagram gelijk aan het ideale, maar het oppervlak (arbeid) is altijd kleiner dan de ideale waarde.
Activiteiten:
Rondleidingen
Navigatie ..
Beginner’s Guide Home Page