Wie funktionieren Automotoren Erklären Sie, dass Stuff
Foto: Auto-Motoren drehen Energie in flüssigem Brennstoff in Wärme und Bewegungsenergie gesperrt. Sie sind voll von Rohren und Zylindern, weil sie wie Mini-chemischen Anlagen arbeiten. Dies ist der mächtige V12-Motor auf ein wunderschön restaurierten Jaguar XJS Sportwagen aus den späten 1970er Jahren.
Was ist ein Auto?
Foto: Die restaurierte Motor in einem Oldtimer aus den frühen 1970er Jahren (und schön poliert!).
Das ist nicht ganz so offensichtlich, dass die Frage, wie es scheint. Ein Auto ist ein Metallkasten mit Rädern an den Ecken, die Sie von A nach B kommt, ja, aber es ist mehr als das. In wissenschaftlicher Hinsicht ist ein Auto, ein Energiewandler. eine Maschine, die die Energie in einem Kraftstoff wie Benzin (Benzin) oder Diesel und wandelt es in mechanische Energie in beweglichen Rädern und Getriebe verriegelt freigibt. Wenn die Räder des Autos antreiben, wird die mechanische Energie kinetische Energie: die Energie, die das Auto und seine Insassen haben, wie sie entlang gehen.
Wie können wir Energie aus Erdöl erhalten?
Autos, Lastwagen, Züge, Schiffe und Flugzeuge-all diese Dinge werden von Kraftstoffen aus Erdöl betrieben. Auch bekannt als „Rohöl“, Erdöl ist die dicke, schwarze, energiereiche Flüssigkeit tief unter der Erde begraben, die die weltweit wichtigste Energiequelle im Laufe des 20. Jahrhunderts wurde. Nach dem an die Oberfläche gepumpt wird, Erdöl zu einer Raffinerie transportiert oder geleitet wird und in Benzin getrennt, Kerosin und Dieseltreibstoffe, und eine ganze Reihe von anderem Petrochemie -gebraucht, um alles von Lacken auf Kunststoffe zu machen.
Foto: Petroleum kann durch „Nicken Esel“ Pumpen wie diese aus dem Boden extrahiert werden. Foto mit freundlicher Genehmigung von US Department of Energy.
Erdölbrennstoffe sind aus Kohlenwasserstoffen hergestellt. die Moleküle im Innern bestehen hauptsächlich aus Kohlenstoff und Wasserstoffatomen (mit einem geringeren anderen Elementen, wie Sauerstoff, für eine gute Maßnahme beigefügt). Holz. Papier. und Kohle enthalten auch Kohlenwasserstoffe. Wir können einfach Kohlenwasserstoffe in nutzbare Energie verwandeln, indem sie zu verbrennen. Wenn Sie Kohlenwasserstoffe in der Luft verbrennen, teilen ihre Moleküle auseinander. Der Kohlenstoff und Wasserstoff verbinden sich mit Sauerstoff aus der Luft zu Kohlendioxidgas und Wasser zu machen, während die Energie, die die Moleküle zusammengehalten wird als Wärme freigesetzt. Dieser Prozess, die Verbrennung bezeichnet wird. veröffentlicht riesige Mengen an Energie. Wenn Sie rund um ein Lagerfeuer sitzen, wärmen sich in der Nähe der Flammen, sind Einweichen Sie wirklich auf Energie von Milliarden von Molekülen Aufreißen und Splitting auseinander!
Die Menschen haben Kohlenwasserstoffe gebrannt Energie für mehr als eine Million Jahre, die zu machen ist, warum Feuer erfunden wurde. Aber gewöhnliche Brände sind in der Regel ziemlich ineffizient. Wenn Sie Würste auf einem Lagerfeuer kochen, verschwenden Sie eine riesige Menge an Energie. Wärme schießt in alle Richtungen; kaum geht jeder in den Kochtopf-und noch weniger in die Nahrung. Automotoren sind viel effizienter: sie weniger Energie verschwenden und mehr davon an der Arbeit. Was ist mit ihnen so klug ist, dass sie Kraftstoff in geschlossenen Behältern zu verbrennen, den größten Teil der Wärmeenergie der Erfassung der Kraftstoff-Releases und es in mechanische Energie drehen, die das Auto entlang fahren kann.
Was sind die wichtigsten Teile eines Automotors?
Automotoren sind um eine Reihe von „Kochtöpfen“ genannt Zylinder gebaut (in der Regel etwas von zwei bis zwölf von ihnen, aber in der Regel vier, sechs oder acht), in dem der Kraftstoff verbrennt. Die Zylinder sind aus superstarken Metall und versiegelt geschlossen, aber an einem Ende sie öffnen und zu schließen, wie Fahrradpumpen: sie haben enganliegende Kolben (Plunger), die nach oben und unten in sie gleiten können. An der Spitze von jedem Zylinder sind zwei Ventile (im wesentlichen „gates“ Lassen oder verkleinern, die geöffnet und geschlossen werden können sehr schnell). Das Einlassventil kann Brennstoff und Luft in die Zylinder aus einem Vergaser oder elektronischem Kraftstoff-Einspritzdüse gelangen; das Auslassventil können die Abgase entweichen. An der Oberseite des Zylinders, gibt es auch eine Zündkerze (oder Zündkerze), eine elektrisch gesteuerte Vorrichtung, die einen Funken macht Feuer den Kraftstoff einzustellen. Am Boden des Zylinders wird der Kolben an eine Drehachse ständig eine Kurbelwelle bezeichnet. Die Kurbelwelle Kräfte des Autos Getriebe, die wiederum die Räder antreibt.
Wie kommt ein Viertaktmotor Leistung machen?
Sehen Sie diese Animation und Sie werden sehen, dass ein Auto Motor durch endlos Wiederholen einer Reihe von vier Stufen (genannt Schläge) seine Kraft macht:
- Aufnahme. Der Kolben (grün) ist innerhalb des Zylinders (grau) durch den Impuls der Kurbelwelle (grau Rad an der Unterseite) nach unten gezogen. Die meiste Zeit bewegt sich das Auto entlang, so dass die Kurbelwelle immer drehen. Das Einlassventil (links) öffnet, um eine Mischung aus Kraftstoff und Luft (blau) in den Zylinder durch das lila Rohr gelassen.
- Kompression. Das Einlaßventil schließt. Der Kolben bewegt sich wieder nach oben den Zylinder und Kompressen (quetscht), um die Brennstoff-Luft-Mischung, die es viel entflammbaren macht. Wenn der Kolben das obere Ende des Zylinders erreicht, zündet die Zündkerze (gelb).
- Leistung. Der Funke zündet das Kraftstoff-Luft-Gemisch eine Mini-Explosion verursacht. Der Kraftstoff verbrennt sofort heißes Gas abgibt, der den Kolben wieder nach unten drückt. Die Energie, die durch den Kraftstoff freigegeben ist die treibende Kraft nun die Kurbelwelle.
- Auspuff. Das Auslassventil (rechts) öffnet. Wenn sich die Kurbelwelle dreht sich weiter, bis der Kolben den Zylinder ein zweites Mal zurückgedrängt. Es zwingt die Abgase (erzeugt, wenn der Kraftstoff verbrannt) aus durch den Abgasauslass (blau-Rohr).
Der gesamte Zyklus wiederholt sich dann.
Wie viele Zylinder braucht ein Motor?
Ein Problem bei der Viertakt Konstruktion ist, dass die Kurbelwelle durch den Zylinder für die nur eine Stufe von vier angetrieben wird. Deshalb Autos typischerweise mindestens vier Zylinder haben, so angeordnet, dass sie miteinander aus Schritt feuern. Zu jedem Zeitpunkt wird ein Zylinder geht immer durch jede der vier Stufen-so gibt es immer einen Zylinder die Kurbelwelle antreibt und es gibt keinen Leistungsverlust. Mit einem 12-Zylinder-Motor, gibt es mindestens drei Zylinder die Kurbelwelle in jedem Einschalten zeit und das ist, warum diese Motoren in schnellen und leistungsfähigen Autos verwendet werden.
Wie können wir sauberere Motoren machen?
Es gibt keinen Zweifel, dass Ottos Benzinmotor eine Erfindung war Genie, aber es ist jetzt ein Opfer seines eigenen Erfolgs. Mit rund eine Milliarde Autos auf dem Planeten, die durch Fahrzeuge produziert Umweltverschmutzung ist ein ernstes-und immer noch wachsende-Problem. Das Kohlendioxid freigesetzt wird, wenn Brennstoffe verbrannt werden, ist auch eine der Hauptursachen der globalen Erwärmung. Die Lösung könnte Elektroautos sein, die ihre Energie aus sauberen Energiequellen oder Hybrid-Autos bekommen, die eine Kombination von Strom und Benzin Strom verbrauchen.
Warum also verwenden wir noch Benzin?
Es gibt einen sehr guten Grund, warum die überwiegende Mehrheit von Autos, Lastwagen und anderen Fahrzeugen auf dem Planeten noch von erdölbasierten Kraftstoffen wie Benzin und Diesel angetrieben werden: hier wie das Diagramm zeigt sehr deutlich, sie mehr Energie in jedes Kilogramm packen ( oder l) als jede andere Substanz. Batterien klingen in der Theorie, aber Kilogramm für Kilogramm, Brenn-und Kraftstoffe tragen viel mehr Energie!
Chart: Warum wir immer noch auf Erdöl basierenden Kraftstoffen verwenden: ein Kilogramm Benzin, Diesel oder Kerosin enthält etwa 100-mal so viel Energie wie ein Kilogramm Batterien. Wissenschaftler sagen, dass es eine höhere „Energiedichte“ hat (mehr Energie pro Volumeneinheit Pack); in einfachen Worten, es führt weiter die Straße hinunter.
Das ist nicht zu sagen, dass Autos (und deren Motoren) sind perfekt-oder etwas ähnliches. Es gibt viele Schritte und Stufen zwischen den Zylindern (wobei Energie freigesetzt wird) und die Räder (wo Kraft auf die Straße aufgebracht wird), und in jeder Stufe wird ein Teil der Energie vergeudet. Aus diesem Grunde in den schlimmsten Fällen weniger als 15 Prozent oder so von der Energie, die ursprünglich im Kraftstoff war man tatsächlich bewegt man die Straße hinunter zu verbrennen. Oder, um es anders auszudrücken, für jeden Dollar, den Sie in dem Tank legen, 85 Cent ist auf verschiedene Weise verschwendet!
Chart: Autos die meiste Energie verschwenden wir sie in Kraftstoff versorgen. Links: In Start-Stopp-Fahren in der Stadt, nur etwa 17 Prozent der Energie in Benzin (grüne Scheibe) bieten nützliche Leistung, die Sie auf dem Weg zu bewegen. Die anderen 83 Prozent verschwendet wird (rote Scheiben) im Motor, in parasitären Verlusten (in Dingen wie die Lichtmaschine, der Strom macht), und im Antriebsstrang (zwischen Motor und Rädern). Recht: Die Dinge sind ein bisschen besser auf der Autobahn, wo Nutzleistung bis 25 Prozent Schub kann oder etwas mehr. Trotzdem wird der Großteil der Energie immer noch verschwendet. Quelle: Kraftstoffverbrauch: Wo die Energie geht. US Department of Energy Büro für Energieeffizienz - Erneuerbare Energien.