Belső égésű motorok

Feltalálásuk óta az autók főként négyütemű belső égésű motorokkal működnek. Európában ezek vagy benzines (szikragyújtású) vagy dízelmotorok voltak.

A jelentős technológiai fejlődés lehetővé tette az IC motorok hatékonyságának növelését az üzemanyag-megtakarítás és a kapcsolódó szennyezőanyag-kibocsátás jelentős csökkentése érdekében. Az ökológiai szempontok állnak a motorfejlesztés kutatásának középpontjában.

ÉGÉSI MOTOR MŰKÖDTETÉSE

Az autó belső égésű motorja általában több égéstér. Mindegyiket a hengerfej, a henger és a dugattyú határolja.

A motor felépítése szintén a főtengely rendszer lehetővé teszi a mozgó mozgást (a dugattyú mozgása) forgó mozgássá (forgattyústengely forgása).

Minden ciklus alatt a az üzemanyag-keverék (levegő-üzemanyag-keverék) elégetése a kamrában a gáznyomás növekedéséhez vezet, amely meghajtja a dugattyút és a főtengely rendszert. Mivel a főtengely a mechanikus sebességváltó alkatrészeihez (sebességváltók, hajtótengelyek stb.) csatlakozik, mozgása hajtja a jármű kerekeit.

A sebességváltó lehetővé teszi a kerék forgási sebességének hozzáigazítását a motor sebességéhez.

Motor teljesítmény Először az égés során keletkező energia mennyiségétől függ, tehát az égéstérben lévő tüzelőanyag-keverék mennyiségétől. Tehát közvetlenül kapcsolódik a kamra térfogatához (egységes térfogat), a motorban lévő kamrák vagy hengerek számához (teljes lökettérfogat) és a befecskendezett üzemanyag mennyiségéhez.

Miért "4 ütemű"?

A kifejezés arra a tényre utal, hogy 4 külön löketre van szükség az üzemanyagban található kémiai energia mechanikai energiává történő átalakításához. Mindegyik löket felel meg a forgattyústengely fél fordulatának (egy a dugattyú felfelé vagy lefelé történő elmozdulásának). Az 1. és 4. löket a gázátadásra irányul (a friss gáz és a kiengedett gázok bevitele), míg a 2. és 3. löketekre van szükség az égés előkészítéséhez, amelyet maga az égés követ, és annak átalakulása mechanikai energiává.

Szikragyújtású és közvetett befecskendezésű motorok esetében a 4 löket a következő:

1. ütés: Bevitel (A henger feltöltése)
A dugattyú leereszkedik és behúzza a levegő-üzemanyag keveréket.
2. stroke: Tömörítés
A dugattyú ismét felemelkedik, összenyomva a levegő-üzemanyag keveréket. Szikra keletkezik a keverék meggyújtására.
3. stroke: Égés - tágulás
Ez a löket megfelel az égés fejlődésének és az égett gázok tágulásának: a dugattyút lenyomják és a kémiai energiát mechanikai energiává alakítják.
4. ütés: Kipufogó (A hengerből kiégett égett gázok)
A dugattyú ismét felemelkedik és kiszorítja az égett gázokat.

Kompressziós gyújtású és közvetlen befecskendezésű dízelmotorhoz, a 4 stroke ugyanúgy működik, két különbséggel:

Az 1. és 2. löket során a tiszta levegőt beszívják és összenyomják, majd az üzemanyagot a kompresszió végén közvetlenül a hengerbe vezetik (befecskendezéssel).
A keverék spontán meggyullad, szikra nélkül, a tömörítés eredményeként a levegő magas hőmérséklete miatt.

Cetánszám/oktánszám

A cetánszám arra utal, hogy a dízel képes öngyulladásra.

Az oktánszám jelzi a benzin azon képességét, hogy ellenálljon az öngyulladásnak és elkerülje az elektromos szikra (rendellenes égés, kopogás) miatti ellenőrizetlen égést.

Mi az égés?

Elméletileg 1 g hagyományos üzemanyag (benzin vagy dízel) teljes elégetéséhez körülbelül 14,6 g levegő szükséges. Ezt az ideális keveréket sztöchiometrikus keveréknek nevezzük.

Az indirekt befecskendezésű benzinmotorok főleg sztöchiometrikus keverékkel működnek. A levegő és a benzin homogén keverékének motorba történő bevezetését követően az égést (a keverék meggyújtását) egy szikra (szikragyújtás) indítja el. Az égés egy lángfront terjedését okozza, amely végigsöpör a kamrán.

Jelenlegi közvetlen befecskendezésű benzinmotorok: a levegő a szívócsonkon keresztül érkezik, és az üzemanyag, akárcsak a dízelmotor, közvetlenül az égéstérbe érkezik, lehetővé téve az injektálás pontosabb kezelését. A levegő-üzemanyag előkeverék helyett a motor úgynevezett rétegzett töltéssel működik. Az égést még mindig egy szikra (szikragyújtás) indítja el.

A dízelmotorok túlzott levegővel működnek. A dízelt nyomás alatt befecskendezik egy korábban sűrített levegő tömegébe. Az égést öngyulladás (kompressziós gyújtás) indítja el. Az égést rétegzettnek vagy heterogénnek nevezik, mivel mind üzemanyagban gazdag (az injektor fúvókához közel található), mind az üzemanyag-szegény (a henger falához közeli) zónákban zajlik.

Üzemanyagok

Európában a motorok szikragyújtású benzin- vagy dízel típusúak. A benzin és a dízel a nyersolaj finomításának két fő készterméke, és ezek összetétele a motor követelményeinek, és ami még fontosabb, a levegő minőségével és az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentésével kapcsolatos környezeti előírások függvényében alakul.

A bioüzemanyagokat közvetlenül keverhetjük benzinnel és dízelüzemekkel, változó arányban, anélkül, hogy a motorokat ki kellene igazítani, ezáltal kihasználva a meglévő elosztó hálózatok előnyeit. Franciaországban a szivattyúnál értékesített B7 dízel általában 7% (térfogatszázalék) bioüzemanyagot és E10 benzin legfeljebb 10%.

Mit jelent a motor hatékonysága?

A motor átalakítja a kémiai energiát mechanikai energiává. A motor hatékonysága a motorhoz juttatott energia (az üzemanyagban található kémiai energia) és a keletkező mechanikai energia közötti kapcsolatra utal. Fontos optimalizálni ezt a hatékonyságot az energiaveszteség elkerülése érdekében, különösen a fenntartható fejlődés összefüggésében.

Optimális üzemi körülmények között a jelenlegi benzinmotorok maximális hatékonysága körülbelül 36%, míg a dízelmotoroké 42%.

Más szavakkal, a legkedvezőbb üzemi körülmények között az üzemanyag által biztosított energia valamivel több mint egyharmada hasznos energiává alakul át a jármű meghajtására, míg a maradék hőveszteséggel a légkörbe kerül. Ezek az optimális körülmények azonban megfelelnek a nagy nyomatékú motor használatának.

A motor maximális teljesítményét az alábbiak határozzák meg:

a jármű súlya,
maximális sebességét,
és vezethetősége (a súlyhoz kapcsolódó tehetetlenség, légellenállás, gyorsulási potenciál leküzdése).

Általánosságban elmondható, hogy az autókat rövid, városi utazásokra használják, alacsony motornyomatékot igényelnek. Ilyen körülmények között a motor hatékonysága legfeljebb 15% -ra csökken.

Jelentős kutatási és fejlesztési erőfeszítések folynak ezen a területen annak érdekében, hogy javítsák a motor hatékonyságát minden jármű üzemi körülményében.

Városokban a motor hatékonysága legfeljebb 15% -ra csökken.

Szennyezőanyag-kibocsátás kezelése

Kibocsátás utókezelés

Ez a lépés a kipufogógázoknak a motor és a kipufogócső közötti átalakításából áll, hogy kevesebb szennyező gázkibocsátást érjenek el.

Jelenleg két fő kibocsátási utókezelési megoldás létezik:

a katalitikusátalakító, amely elsősorban CO-t, HC-t és NOx-ot alakít át, és lehetővé teszi a koromrészecskék (a részecskéken jelenlévő oldható szerves frakció) redukcióját is,
a részecskeszűrő, amely részecskéket tárol, majd ezeket rendszeresen (kb. 500 km-enként) tökéletesen ellenőrzött körülmények között elégeti.

Más technológiákat alkalmaznak a kibocsátás kezelésének további javítása érdekében. Ide tartoznak a nitrogén-oxid csapdák és a szelektív katalitikus redukció vagy SCR (specifikus redukálószer, karbamid injekciójával).

A szennyezés csökkentése a forrásnál

A szennyezést az égéstérben a forrásnál kezelik. Két út lehetséges:

a hagyományos égési folyamatok optimalizálása új technológiák (injektálás, turbófeltöltés stb.) bevezetésével
új homogén megvalósítása égési módok

IFP Energies Nouvelles

Az IFP Energies nouvelles egy állami kutatási, innovációs és képzési szervezet az energia, a közlekedés és a környezetvédelem területén.