In diesem Artikel werden wir über das Thema Effizienz des Verbrennungsmotors diskutieren. Verbrennungsmotoren werden üblicherweise in Lokomotiven verwendet, um sie anzutreiben.
Die Verbrennungsmotoren oder Verbrennungsmotoren nutzen die Wärmeenergie aus verbranntem Kraftstoff und wandeln sie in mechanische Energie um. Die Geschwindigkeit von Lokomotiven hängt davon ab, wie schnell sich der Verbrennungszyklus im Motor wiederholt. In diesem Artikel werden wir uns ausführlich mit Verbrennungsmotoren befassen.
Was ist ein Verbrennungsmotor?
Verbrennungsmotoren sind Wärmekraftmaschinen, in denen der Kraftstoff mit Hilfe eines Oxidationsmittels verbrannt wird. Die resultierende Wärmeenergie wird in mechanische Energie umgewandelt, indem der Kolben zum untersten Teil des Zylinders gedrückt wird
Der Kolben bewegt sich hin und her und führt eine hin- und hergehende Bewegung aus. Die Hin- und Herbewegung des Kolbens ist auf die Kurbelwelle gerichtet. Die Kurbelwelle beginnt sich zu drehen, wodurch sich auch die Räder drehen. Wir werden uns in weiteren Abschnitten dieses Artikels ausführlicher mit Verbrennungsmotoren befassen.
Wie funktioniert ein Verbrennungsmotor?
Verbrennungsmotoren arbeiten, indem sie die Wärmeenergie, die nach der Verbrennung von Kraftstoff in Gegenwart eines Oxidationsmittels entsteht, in mechanische Energie umwandeln. Wenn sich der Kolben am oberen Totpunkt befindet, wird Kraftstoff verbrannt, wodurch eine gewisse Menge an Wärmeenergie freigesetzt wird.
Diese Energie drückt den Kolben in den unteren Totpunkt. Der Kolben bewegt sich aufgrund der Trägheit wieder zum oberen Totpunkt, diesmal werden die Abgase aus dem Auslassventil ausgestoßen. Der Kolben ist über eine Pleuelstange mit einer Kurbel verbunden, die die Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung umwandelt.
Bildnachweis: Cristian Quinzacara, pV-Diagramm des Carnot-Zyklus, CC BY-SA 4.0
Welchen Wirkungsgrad hat ein Verbrennungsmotor?
Wir kennen jetzt die Funktionsweise von Verbrennungsmotoren. Wir wissen, dass der interne Motor seine eigene Arbeit produzieren kann.
Nun werden wir über die Effizienz einer internen Effizienz diskutieren. Sie ist definiert als die Menge an Arbeit, die der Motor für den Wärmeeintrag in den Motor geleistet hat.
Mathematisch ergibt sich der Wirkungsgrad aus
Wärmewirkungsgrad des Verbrennungsmotors
Der Wärmewirkungsgrad eines Verbrennungsmotors ist das Verhältnis der nutzbaren Wärme zur gesamten dem System zugeführten Wärmezufuhr.
Die Wärmequelle liefert die Wärme an die Wärmekraftmaschine und eine Wärmesenke nimmt die gesamte Abwärme der Kraftmaschine auf. Die Nutzwärme wird als Arbeitsleistung des Motors verwendet. Der Wärmewirkungsgrad eines Verbrennungsmotors ist im folgenden Abschnitt angegeben.
Volumetrischer Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors
Das Volumen des Zylinders wird als Hubvolumen bezeichnet, das das maximale Volumen des Luft-Kraftstoff-Gemisches ist, das angesaugt werden kann.
Der volumetrische Wirkungsgrad ist das Verhältnis des gesamten in den Zylinder aufgenommenen Luft-Kraftstoff-Gemisches zum Gesamtvolumen des Zylinders oder zum Hubvolumen. Mathematisch wird der volumetrische Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors im folgenden Abschnitt angegeben.
Gesamtwirkungsgrad des Verbrennungsmotors
Der Gesamtwirkungsgrad einer Wärmekraftmaschine berücksichtigt alle Arten von Wirkungsgraden, nämlich den thermischen Wirkungsgrad, den mechanischen Wirkungsgrad, den volumetrischen Wirkungsgrad usw.
Mathematisch gesehen ist der Gesamtwirkungsgrad des Verbrennungsmotors –
Was ist der mechanische Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors?
Der mechanische Wirkungsgrad ist der Wirkungsgrad, mit dem die mechanischen Komponenten im Inneren der Verbrennung arbeiten Motorarbeit.
Zu den mechanischen Komponenten gehören Kolben, Ventile, Kolbenbolzen, Zylinder usw. Der Motor funktioniert, wenn diese mechanischen Komponenten harmonisch aufeinander abgestimmt sind. Die mechanische Effizienz ist ein Verhältnis zwischen zwei Dingen, nämlich der Arbeitsleistung und der Arbeitsleistung.
Was ist der maximale Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors?
Unterschiedliche Verbrennungsmotoren haben unterschiedliche Wirkungsgrade. Die Wirkungsgrade sind abhängig vom mechanischen Wirkungsgrad, der Art des verwendeten Kraftstoffs, der Art des Motors usw.
Die effizientesten Verbrennungsmotoren haben einen Wirkungsgrad von 50 %, aber die Motoren, die für den Straßenverkehr zugelassen sind, haben Wirkungsgrade zwischen 20 und 30 Prozent. Verbrennungsmotoren sind nicht so effizient, wie wir uns das vorstellen, da die Energieumwandlungsrate sehr gering ist.
Wie berechnet man den Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors?
In den obigen Abschnitten sahen wir die Formel zur Berechnung der Effizienz des Verbrennungsmotors. In diesen Abschnitten haben wir nicht darüber gesprochen, wie man die in dieser Formel verwendeten Mengen findet.
Die geleistete Arbeit ist definiert als die Netto-Nutzwärme, die der Wärmezufuhr entnommen wird. Das Netz kann also einfach durch Subtrahieren von Wärmezufuhr und Wärmeabgabe gefunden werden. Die Differenz zwischen den beiden ergibt die Netzwerkleistung. Wenn wir die Arbeitsleistung durch die Wärmezufuhr dividieren, erhalten wir den Wert der Effizienz. Wir haben die Formel bereits in den obigen Abschnitten besprochen.
Wirkungsgrad Verbrennungsmotor vs. Elektromotor
Wir haben bereits über die maximalen Wirkungsgrade von Verbrennungsmotoren gesprochen. Die elektrischen Kraftfahrzeuge verbrauchen keinen Kraftstoff, um zu fahren.
Elektromotoren hingegen haben einen höheren Wirkungsgrad als Verbrennungsmotoren. Die Energieumwandlungsrate des Elektromotors beträgt 85 %. Wir können also sagen, dass die Elektromotoren einen Wirkungsgrad von etwa 80 % bis 85 % haben, während der maximale Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors fast bis zu 50 % betragen kann.
Wirkungsgrad Verbrennungsmotor vs. Gasturbine
Gasturbinen sind mechanische Geräte, die Wärmeenergie von Dampf in mechanische Energie umwandeln. Die mechanische Energie wird dann mit Hilfe eines Generators in elektrische Energie umgewandelt.
Gasturbinen haben einen Wirkungsgrad von etwa 35-40 %. Das ist mehr als bei den meisten Verbrennungsmotoren. Aber in Lokomotiven setzen wir wegen der Größe keine Gasturbinen ein. Verbrennungsmotoren sind kompakt, während Gasturbinen riesig sind und in Anwendungen mit hohen Drehzahlen eingesetzt werden.
Wie kann man die Effizienz des Verbrennungsmotors steigern?
Um die Effizienz von Verbrennungsmotoren zu steigern, wenden wir folgende Methoden an:
- Geringere Wärmeabgabe
- Hohes Kompressionsverhältnis
- Verwendung eines mageren Kraftstoffgemisches
- Den Motor unter optimalen Bedingungen laufen lassen
Warum werden Gasturbinen nicht in Fahrzeugen eingesetzt, wenn sie einen höheren Wirkungsgrad haben?
Der Wirkungsgrad von Gasturbinen kann höher sein. Wir haben die Zahlen in den obigen Abschnitten bereits besprochen. Aber der Grund, warum sie in Fahrzeugen nicht zum Einsatz kommen, ist die Größe einer Turbine.
Die Größe einer Gasturbine ist sehr groß. Deshalb werden Turbinen in Flugzeugen und nicht in Fahrzeugen eingesetzt. Die Gasturbinen werden dort eingesetzt, wo es um hohe Drehzahlen geht. Verbrennungsmotoren haben eine kompakte Größe und werden daher in Fahrzeugen verwendet, Gasturbinen jedoch nicht.
Hallo … ich bin Abhishek Khambhata und habe einen B. Tech in Maschinenbau studiert. Während meiner vierjährigen Ingenieurstätigkeit habe ich unbemannte Luftfahrzeuge entworfen und geflogen. Meine Stärke ist Strömungsmechanik und Wärmetechnik. Mein Projekt im vierten Jahr basierte auf der Leistungssteigerung unbemannter Luftfahrzeuge mittels Solartechnologie. Ich möchte mit Gleichgesinnten in Kontakt treten.
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