motor

fra Wikipedia, den gratis encyklopædi
Spring til navigation Spring til søgning
Forskellige elmotorer, med 9 V batteri som en størrelses sammenligning
En Mercedes V6 racermotor fra DTM

En motor [ ˈMoːtoːr ] (også [ moˈtoːr ]; Latin motor 'mover') er en effekt maskine, der udfører mekanisk arbejde ved anvendelse af en form for energi , f.eks B. termisk , kemisk , hydraulisk , pneumatisk eller elektrisk energi , omdannet til kinetisk energi.

Som regel har motorer en aksel, der sætter dem i rotation og driver mekaniske enheder, såsom gear , gennem dem. Undtagelser er raketmotorer og lineære motorer . I dag er forbrændingsmotorer og elmotorer af afgørende betydning.

Motorens historie

De tidligste motorer kan have været Herons røgmøller til åbning af store porte omkring år 100. Antagelser om håndteringen af ​​det egyptiske præstedømme med varme gasser for at flytte enorme døre er også plausible.

Omkring 1670 siges Ferdinand Verbiest at have bygget arbejdsmodellen for en dampbil i tjeneste for kejser af Kina . Som med tidligere røgmøller var driftsprincippet baseret på Heronsball . Køretøjet er beskrevet i Verbiest's skrifter, der blev opsummeret på latin for Astronomia Europea i 1681, og han var den første til at bruge udtrykket motor i nutidens forstand. Der er dog ingen autentiske billeder af dette køretøj. [1]

Den tekniske udvikling af nutidens motorer begyndte forståeligt nok med dampmaskinen opfundet af Thomas Savery og Thomas Newcomen og videreudviklet af James Watt i 1778.

Dampmaskinen ændrede de økonomiske og sociale strukturer i Europa og udløste den industrielle revolution . Der var ikke kun stationære maskiner, men efter Richard Trevithicks opfindelse af højtryksdampmaskinen var der også lokomotiver (en mobil, delvist selvkørende dampmaskine til kørsel af tærskemaskiner eller damppløjning ), damplokomotiver , dampskibe , damp traktorer og vejvalser .

I 1816 opfandt Robert Stirling den varme gasmotor, der senere blev opkaldt efter ham. Han ledte efter en maskine uden den potentielt eksplosive kedel.

En af de første brugbare forbrændingsmotorer - en gasmotor baserettotaktsprincippet - blev opfundet af Étienne Lenoir , forbedret i 1862 af Nikolaus August Otto gennem udviklingen af firetaktsprincippet og senere opkaldt efter ham. Benzinmotoren var oprindeligt for stor og tung til at blive installeret i en bil . Gottlieb Daimler og Carl Friedrich Benz løste dette problem næsten samtidigt.

Selv efter opfindelsen af ​​forbrændingsmotoren var dampmaskinen stadig en meget brugt motor - billigt kul eller træ kunne bruges som brændstof. På grund af deres bedre effektivitet og brændstoffernes høje energitæthed er forbrændingsmotorer kommet frem siden da, som omdanner brændstoffernes kemiske energi til termisk energi og derefter til mekanisk energi.

I fremtiden er målet at ændre energikilden til mobile motorer for at imødegå manglen og dermed stigningen i prisen på fossile brændstoffer . Ofte reducerer dette også emissionsværdierne . Forudsætningen for dette er praktiske opbevaringsmuligheder for ikke-fossile brændstoffer, især til mobil brug (akkumulatorer, alternative brændstoffer). Elmotorer og hybriddrev er mulige alternativer til udskiftning eller supplement af stempelmotoren.

I alle størrelser, fra legetøj til industrianlæg , bruges elektriske motorer til jævnstrøm , vekselstrøm og trefasestrøm ( elektriske maskiner ). Mange elmotorer - især dem med permanente magneter - kan også fungere som generatorer, hvis de drives mekanisk.

Krav til motorer

Motorer og andre drivmotorer konverterer kemisk, elektrisk eller termisk energi til mekanisk energi ( arbejde ). Du burde fra et moderne synspunkt

  1. har en høj grad af effektivitet - dvs. brug brændstoffet optimalt og derfor med lavt forbrug ,
  2. forårsage få emissioner eller i det mindste udsendeforurenende stoffer ,
  3. udvikle den højest mulige ydelse med lav vægt,
  4. har høj driftssikkerhed og levetid
  5. og har andre særlige egenskaber afhængigt af applikationen.

I begyndelsen af ​​motorbyggeriet - praktisk talt alle de grundlæggende principper - var at opnå den nødvendige ydelse . Ud over effekten (forbrug af elektricitet eller brændstof og mekanisk effekt) er andre parametre for motorer også massen , hastigheden og effektiviteten .

Oversigt over forskellige typer

Typer af motorer

Damp maskine

Dampmaskinen er den "originale motor" i industrialiseringen af de sidste århundreder. Det blev opfundet af Thomas Newcomen . Det fungerer med varm damp under tryk. Dens trykstyrke absorberes af dampstemplet . Som med forbrændingsmotoren omdannes en lineær bevægelse til en rotationsbevægelse via et krumtapdrev. Der var allerede flere typer af denne stempelmaskine omkring 1850.

funktionalitet

Ved hjælp af en brandkedel, hvor vandet opvarmes til kogende temperatur eller højere med en kulbrand, skaber det opvarmede vand ekspanderende damp. Denne damp tilføres fra dampmaskinens krumtapdrev via en mekanisk styreenhed. Kontrolenheden sikrer, at dampcylinderen (i hvilken stemplet kører) i krumtapmekanismen først modtager damp igen, når den ekspanderede damp fra den foregående slagcyklus stort set er sluppet ud.

Bevægelsesimplementering

Stempelets lineære bevægelse i det ekspanderende cylinderrum, som dampen tidligere blev sluppet ind i, omdannes til en roterende bevægelse af en forbindelsesstang på krumtappen eller krumtappen. Denne proces gentages kontinuerligt. Hvad transportmidlet frigiver fra skorstenen eller udstødningen er dampen, der udledes af stempelcylinderen, blandet med røgen fra ovnen.

Dampturbine

Det er den moderne version af varmemotoren og bruger dampkraft med større effektivitet. Damptryk driver en turbine , hvis rotation i princippet kører mere jævnt end frem og tilbage af et dampstempel. Momentkurven er derfor fladere, det vil sige, at den fungerer mere jævnt.

Forbrændingsmotorer

Komponenter i en typisk firetaktsmotor med en overliggende knastaksel: C: Krumtapaksel E: Udstødningsventil knastaksel I: Lufttilførselsventil knastaksel P: Stempel R: Tilslutningsstang S: Tændrør V: Ventiler W: Kølevandsaksler Rød: Udstødningsport Blå: Indtagelsesport

Forbrændingsmotorer konverterer den varme, der frigives under forbrændingen, til mekanisk arbejde ved hjælp af volumenændringsarbejde i termodynamiske cyklusser. Forbrændingsgassernes tryk virker på overfladen af ​​en bevægelig komponent (stempel), som omdanner gasstyrkenes volumenændringsarbejde til mekanisk arbejde via et krumtapdrev ( forbindelsesstang + krumtapaksel).

Forbrændingsmotorers effektivitet er stærkt afhængig af driftspunktet på grund af omdannelsen af ​​brændstoffets kemisk bundne energi gennem frigivelse af varme til mekanisk arbejde. I den optimale driftstilstand kan den effektive effektivitet af skibsmotorer, der anvender udstødningsgasvarmen, være op til 55% ( Emma Mærsk -klasse ). Hvis man også tager hensyn til brugen af ​​kølevandsvarmen ( bloktype termisk kraftværk ) og endda CO 2 -emissionerne, som f.eks. B. for drivhuse kan fordelen i forhold til indsatsen være over 90%. Bilmotorers effektivitet, når den er kold eller endda ved tomgang, kan være mindre end 10%. En generel erklæring er ikke mulig og er tæt forbundet med applikationen (effektivitet = fordel / indsats eller brændstofforbrug).

Optimering af forbrændingsmotorer

For at styre den friske luft styres standardmotorerne af ventiler eller roterende ventiler, der styrer gasserne, der kommer ind og forlader arbejdscyklussen synkront .

En turbolader eller anden luftkompressor kan levere frisk luft med en højere densitet og derved øge motorernes effektivitet. I benzinmotorer forbedres brændstofforsyningen med injektionsdyser . De er elektrisk styret og kan derfor integreres i den moderne elektroniske styring af motorerne. På samme måde bruges pumpedysesystemet eller common rail-indsprøjtningen i dieselmotorer til at forbedre ydeevnen.

Forbrugsoptimering kan opnås ved overskridelse af brændstofafbrydelse og et start-stop-system .

Kompressionstænding (dieselmotor)

Hvis et brændstof kan brændes uden hjælpemidler - kun gennem den høje komprimering af luft -brændstofblandingen - så er det en selvantændelse. Det antændes ved at fylde forbrændingskammeret med tryk. Der er sket forbedringer i modifikationen af ​​forbrændingskamrene, stemplerne, injektionsdyserne og fødepumperne samt i forøgelsen af ​​indsprøjtningstrykket, den tilhørende bedre blanding af brændstoffet med luften og den systematiske variation af brændstofmåling. I løbet af disse udviklinger er virvelstrømskammeret blevet erstattet af den direkte indsprøjtning.

Gløderørene på dieselmotoren eller multi-fuel motoren er kun hjælpemidler til koldstart ; alternativt kan meget brandfarlige startbrændstoffer tilføres ved opstart. Der var ingen større innovationer her, kun ændringer af gløderørene.

Gnistænding (benzinmotor)

Hvis motorens kompression ikke er så høj som kompressionstændingsmotoren, har den brug for z. B. Tændrør for at antænde reaktionsblandingen.

Udvikling og fremtid

Denne motorgruppe er den hyppigst anvendte i køretøjskonstruktion, især som benzin- og dieselmotorer . Hun laver de fleste af køretøjets aktuatorer til biler og lastbiler , diesel , tanke osv., Små fly og motorflyvemaskiner, fly- og motorbåde , lystbåde , plæneklippere og mange andre applikationer.

Forbrændingsmotoren er mekanisk en videreudvikling af dampmaskinen og har fra dagens perspektiv de bedste forudsætninger for yderligere optimering af forbrug, effektivitet og brug af materialer i motoren. Optimeringen sker delvist gennem andre brændstoffer eller arbejdsmaterialer, såsom brint , der producerer næsten ren vanddamp, samt gennem kombinatorisk energianvendelse i hybriddrevskoncepter .

Gasturbiner

Møller med forbrændingsgasser tilhører " termiske fluidenergimaskiner" ligesom dampturbinen , men tilhører gruppen af forbrændingsmotorer . Begge betragtes som flydende flowmaskiner.

Hver gasturbine har en turbo -kompressor , et forbrændingskammer og en turbine, som normalt er mekanisk koblet til kompressoren via den samme aksel. Luften komprimeret af kompressoren brændes i forbrændingskammeret ved temperaturer på op til 1500 ° C med det indsprøjtede brændstof. Forbrændingsgasserne, der slipper ud ved høj hastighed, driver turbinen (det er ikke nødvendigt for raketter ). Turbinen trækker mindst den strømningsenergi fra dem, der er nødvendig for at drive kompressoren. Resten fås som brugbar energi - enten mekanisk energi til at drive en aksel (kraftværk, helikopter) eller som rekyl.

Effektivitet og applikationer

Jo varmere gasser, desto højere er gasturbinernes effektivitet. Her og i den ideelle form på turbinebladene er der store udviklingsmuligheder inden for motorkonstruktion. Vingernes og husets termiske belastningskapacitet er afgørende her.

Anvendelser inden for luftfart er givet ved gasturbinernes meget gode effekt-masse-forhold, f.eks. Som motor til helikoptere eller turbopropfly . Brændstofgassernes kinetiske energi kan også bruges til rekylfremdrivning i fly. Såkaldte jetmotorer bruges i jetfly , hvis princip stort set svarer til gasturbinens: de tre komponenter i den rene gasturbine efterfølges af en dyse, gennem hvilken udstødningsgassstrålen kommer ud. Møllen modtager kun så meget energi (rotationshastighed), som den har brug for for at drive kompressoren .

Anvendelser inden for skibsfart : Her er et gunstigt effekt-masseforhold mindre vigtigt end lavt brændstofforbrug . Det er derfor, den mere effektive dieselmotor, som i modsætning til gasturbinen også kan drives med billig tung fyringsolie, har erstattet den i den civile sektor. Det bruges lejlighedsvis til militær brug på grund af dets større glathed. Gasturbinen vælges også ofte til svævefly .

Anvendelse i kraftværker (der skelnes mellem to typer gasturbiner):

Med nogle møller kan angrebsvinklen på turbinebladene ændres; se også variabel turbine geometri loader .

Stirling motor

Stirling -motoren omdanner termisk energi til mekanisk energi uden behov for forbrænding. En temperaturforskel skal eksistere og opretholdes på motoren for drift.

Raketmotorer

Raketmotorer genererer normalt mekanisk energi fra kemisk energi via omvej af termisk energi. Se også raket , raketteknologi .
Undtagelser, der rent fysisk fungerer:

Elektrisk motor

De mest almindeligt anvendte motorer er elektriske motorer . Drev af de mest varierede størrelser og output findes i praktisk talt alle maskiner, enheder, automater og produktionsudstyr - fra miniaturiserede servo- og trinmotorer til enheder til husholdninger, kontorer , aircondition og biler til industrianlæg.

Den videre udvikling sker mindre i selve motorkonstruktionen end i optimeringen af ​​dens anvendelse, f.eks. B. ved magt elektronisk styring i stedet.

Elmotorer er energiomformere, der konverterer elektrisk strøm til roterende eller lineær bevægelse ( lineær motor ). Større asynkrone motorer er ofte standardiserede ( DIN , Tyskland), som standardiserer produktion og brug af motorer. Europæiske elektriske motorprodukter er ofte underlagt CEE -standarden.

Elmotorer fås til jævnstrøm , vekselstrøm og trefasestrøm . De bruges hovedsageligt i industrianlæg og til elektriske maskiner . Også i legetøj eller z. De bruges f.eks. I pc'er (blæsere, drev, harddiske) og i husholdningsapparater .

Udviklingstendenser er miniaturisering og kombinationen med kontrolteknologi (sensorer, effektelektronik).

Nyere udvikling vedrører den store anvendelse af superledere , som der arbejdes intensivt på. Udover øget ydeevne i motorkonstruktion vil det også påvirke transformatorbyggeri .

Næsten alle elmotorer kan også fungere "omvendt" som generatorer , dvs. generere elektrisk energi med mekanisk drev. Denne z. B. ved bremsning eller i elevatorer kan energi genvindes.

En særlig form for elektriske drev er piezomotorer .

Kommissionens forordning (EF) nr. 640/2009

Ineffektive motorer (IE1 og derunder) må ikke længere sælges siden den 16. juni 2011. Fra 2015 er gennemsnitlige IE2 -motorer med en nominel udgangseffekt på 7,5 til 375 kW kun tilladt med hastighedsregulering . Alternativt kan effektive IE3 -motorer med eller uden hastighedskontrol [2] sælges. [3]

Hydraulisk motor

Hydrauliske motorer fungerer ofte efter det omvendte princip for en gearpumpe . De genererer en roterende bevægelse fra trykket og strømmen af ​​en hydraulisk væske. De er forholdsvis små og kan generere høje drejningsmomenter selv ved stilstand. De bruges blandt andet på gravemaskiner, tunnelboremaskiner og i landbruget.

En afledt variant kan findes i flydende drev, men ikke kaldes, at der.

Pneumatiske drev

Trykluft bruges til at drive møller (f.eks. Tandturbiner (boremaskiner), centrifuger) eller stempelmaskiner.

historie

Vandkraft og vindkraft spiller en rolle i motorens historie. Et vandhjul er også en motor , en energiomformer: energiforsyningen fra vand ved en højere højde ( potentiel energi ) af en dam eller flod blev omdannet til en roterende bevægelse ved hjælp af et vandhjul til at drive møllesten ( vandmølle ) eller et savværk .

En vindmølle er også en motor: luftens kraft, der strømmer forbi, bruges til f.eks. B. at drive en møllesten ( vindmølle ), en vandpumpe eller en generator.

Andre historiske drev arbejdede med muskelkraften hos dyr eller mennesker (se Göpel ). Selv i dag kører mennesker eller dyr på pumpestationer i tørre lande for at transportere vand.

Weblinks

Wiktionary: Motor - forklaringer på betydninger, ordoprindelse, synonymer, oversættelser
Commons : motor - samling af billeder, videoer og lydfiler

Individuelle beviser

  1. Om motorvognens historie . I: Automobiltechnische Zeitschrift . 2/1949, s. 40.
  2. Hastighedskontrol ved hjælp af eksemplet med ventilatorteknologi www.kimo.de, åbnet den 2. december 2020
  3. EUs miljødesigndirektiv (EuP -direktiv) ( erindring om originalen fra 20. januar 2015 i internetarkivet ) Info: Arkivlinket blev indsat automatisk og er endnu ikke kontrolleret. Kontroller det originale og arkivlink i henhold til instruktionerne, og fjern derefter denne meddelelse. @ 1 @ 2 Skabelon: Webachiv / IABot / www.bdew.de (PDF; 426 kB) www.bdew.de, åbnet den 20. januar 2015