Een verbrandingsmotor (ICE) is een verbrandingsmotor waarbij de verbranding van een brandstof met een oxidatiemiddel (meestal lucht) plaatsvindt in een verbrandingskamer die een integraal onderdeel is van het stroomcircuit van de werkvloeistof.
In een verbrandingsmotor oefent de uitzetting van de door verbranding geproduceerde gassen met hoge temperatuur en hoge druk een directe kracht uit op sommige onderdelen van de motor. De kracht wordt meestal uitgeoefend op zuigers, turbinebladen, een rotor of een mondstuk.
Deze kracht beweegt het onderdeel over een afstand, zet chemische energie om in bruikbare kinetische energie en wordt gebruikt om de motor aan te drijven, te verplaatsen of voort te stuwen. Deze vervangt de externe verbrandingsmotor voor toepassingen waarbij het gewicht of de grootte van de motor belangrijk is.
De term verbrandingsmotor verwijst meestal naar een motor waarin de verbranding intermitterend is, zoals de meer populaire viertakt- en tweetaktzuigermotoren, samen met varianten zoals de zestaktzuigermotor en de roterende wankelmotor.
De tweede klasse van interne verbrandingsmotoren maakt gebruik van continue verbranding:gasturbines, straalmotoren en de meeste raketmotoren, die elk een interne verbrandingsmotor zijn volgens hetzelfde principe als eerder beschreven. Vuurwapens zijn ook een vorm van een verbrandingsmotor, hoewel ze zo gespecialiseerd zijn dat ze meestal als een aparte categorie worden behandeld.
Daarentegen wordt bij externe verbrandingsmotoren, zoals stoom- of Stirlingmotoren, energie afgegeven aan een werkvloeistof die niet uit verbrandingsproducten bestaat, ermee is vermengd of ermee is verontreinigd. Werkvloeistoffen voor externe verbrandingsmotoren omvatten lucht, warm water, water onder druk of zelfs vloeibaar natrium dat in een ketel wordt verwarmd.
Lees meer:wat is een externe verbrandingsmotor?
ICE's worden meestal aangedreven door energierijke brandstoffen zoals benzine of diesel, vloeistoffen gemaakt van fossiele brandstoffen. Hoewel er veel stationaire toepassingen zijn, worden de meeste ICE's gebruikt in mobiele toepassingen en vormen ze de dominante stroomvoorziening voor voertuigen zoals auto's, vliegtuigen en boten.
In 1823 patenteerde Samuel Brown de eerste verbrandingsmotor die industrieel in de VS werd toegepast; een van zijn motoren pompte van 1830 tot 1836 water op het Croydon-kanaal.
De eerste commercieel succesvolle verbrandingsmotor werd rond 1860 gemaakt door Étienne Lenoir en de eerste moderne verbrandingsmotor werd in 1876 gemaakt door Nicolaus Otto. In 1872 vond de Amerikaan George Brayton de eerste commerciële verbrandingsmotor op vloeibare brandstof uit.
Étienne Lenoir werd geboren in Mussy-la-Ville in 1822, dat toen in Luxemburg was, maar nu deel uitmaakt van België. In het begin van de jaren 1850 emigreerde hij naar Parijs, Frankrijk, waar hij als ingenieur werkte en experimenteerde met elektriciteit.
In 1860 patenteerde hij een gasgestookte eencilinder verbrandingsmotor, die hij op een driewielig rijtuig monteerde. Hoewel het redelijk goed werkte, was het niet zuinig, maakte veel lawaai en raakte vaak oververhit. De motor zou volledig stoppen als er geen water werd aangevoerd om hem af te koelen, en er was een tank nodig om de gasvormige brandstof vast te houden.
In 1863 bouwde hij een driewielig rijtuig dat op benzine liep. Tijdens een demonstratie in Parijs legde de auto een afstand van 11 km af in ongeveer 3 uur, wat overeenkomt met een gemiddelde snelheid van 3 km/u.
Helemaal niet te snel! Wat was er zo indrukwekkend aan een koets dan zo langzaam rijden? Het feit dat het werd aangedreven door een motor in plaats van een paard of muilezel, maakte het een echte innovatie. Zijn motoren waren relatief succesvol met in totaal ongeveer 500 gebouwde motoren, maar lieten duidelijk ruimte voor veel verbetering.
Lenoir werd in 1870 Frans staatsburger omdat hij de Fransen had geholpen tijdens de Frans-Pruisische oorlog. In 1881 ontving hij het Légion d'honneur, een onderscheiding voor uitmuntendheid, voor zijn vooruitgang op het gebied van telegrafie. Hoewel Lenoir de auto praktisch uitvond, was Lenoir in zijn latere jaren berooid. Hij stierf in Frankrijk in 1900.
In een verbrandingsmotor (ICE) vinden de ontsteking en verbranding van de brandstof plaats in de motor zelf. Verbranding, ook wel verbranding genoemd, is het chemische basisproces voor het vrijmaken van energie uit een brandstof-luchtmengsel. De motor zet dan een deel van de energie van de verbranding om in arbeid.
De motor bestaat uit een vaste cilinder en een bewegende zuiger. De uitzettende verbrandingsgassen duwen tegen de zuiger, die op zijn beurt de krukas laat draaien. Nadat de zuiger het brandstof-luchtmengsel heeft gecomprimeerd, ontsteekt de vonk het, waardoor verbranding ontstaat. De uitzetting van de verbrandingsgassen duwt de zuiger tijdens de arbeidsslag.
Uiteindelijk drijft deze beweging via een systeem van versnellingen in de aandrijflijn de wielen van het voertuig aan.
Er zijn momenteel twee typen verbrandingsmotoren in productie:de benzinemotor met vonkontsteking en de dieselmotor met compressieontsteking. De meeste zijn viertakt, wat betekent dat er vier zuigerslagen nodig zijn om een cyclus te voltooien. De cyclus omvat vier verschillende processen:inlaat, compressie, verbranding en arbeidsslag, en uitlaat.
Benzinemotoren met vonkontsteking en dieselmotoren met compressieontsteking verschillen in de manier waarop ze brandstof leveren en ontsteken. In een motor met vonkontsteking wordt de brandstof gemengd met lucht en vervolgens tijdens het inlaatproces in de cilinder gezogen. Nadat de zuiger het brandstof-luchtmengsel heeft samengeperst, ontsteekt de vonk het en veroorzaakt verbranding.
De uitzetting van de verbrandingsgassen duwt de zuiger tijdens de arbeidsslag. Bij een dieselmotor wordt de lucht gewoon in de motor gezogen en vervolgens gecomprimeerd. Dieselmotoren spuiten de brandstof vervolgens in een geschikte, gedoseerde hoeveelheid in de hete perslucht, die deze ontsteekt.
Verbrandingsmotoren zijn de meest algemeen toegepaste en meest gebruikte stroomopwekkende apparaten die momenteel bestaan. Voorbeelden zijn benzinemotoren, dieselmotoren, gasturbinemotoren en raketvoortstuwingssystemen.
IC-engine heeft veel toepassingen zoals,
Er zijn momenteel twee soorten verbrandingsmotoren in productie:de benzinemotor met vonkontsteking en de dieselmotor met compressieontsteking. De meeste hiervan zijn viertaktmotoren, wat betekent dat er vier zuigerslagen nodig zijn om een cyclus te voltooien.
IC-motoren kunnen worden geclassificeerd op basis van gebruikte brandstof, thermodynamische cyclus, type ontsteking, type koelsysteem, cilinderopstelling, wijze van laden, enz. Nu gaan we het in detail bestuderen.
We weten dat verbrandingsmotoren in cyclische werking chemische energie omzetten in mechanische energie. Er zijn veel thermodynamische cycli, b.v. Carnot-cyclus, Otto-cyclus, Diesel-cyclus, Rankine-cyclus, enz. IC-motoren werken op drie cycli, Otto-cyclus en Diesel-cyclus en de Dual-cyclus. Dus volgens deze kunnen de IC-motoren worden ingedeeld in de volgende typen.
Het is ook bekend als een motor met vonkontsteking of een motor met constant volume warmtetoevoeging, benzinemotor, enz. In deze cyclus vindt warmtetoevoeging (brandstofverbranding) en afstoting (uitlaat) plaats bij constant volume en vinden expansie en compressie plaats bij isentropisch. Deze motoren geven een laag vermogen bij hoge snelheid.
Dit staat bekend als een compressie-ontstekingsmotor, dieselmotor, constante drukmotor, etc. In deze cyclus vindt warmtetoevoeging (brandstofverbranding) plaats bij constante druk en warmteafvoer bij constant volume. Deze motor geeft een hoog vermogen bij een laag toerental.
De dubbele cyclus is een combinatie van de ottocyclus en de dieselcyclus. In deze motor vindt warmtetoevoeging plaats zowel bij constant volume als bij constante druk in een bepaalde verhouding.
Sommige motoren werken op de Stirling-cyclus en de Ericsson-cyclus, maar deze worden niet commercieel gebruikt.
De meesten van ons kennen deze motoren. Dit zijn benzinemotoren en dieselmotoren. Tegenwoordig wordt gasvormige brandstof zoals LPG, CNG, waterstof, etc. ook gebruikt in verbrandingsmotoren. Deze motoren worden niet-traditionele motoren genoemd.
Met het laden wordt bedoeld hoe de toelating van het brandstof-luchtmengsel plaatsvindt. Dit kan als volgt worden geclassificeerd.
In deze motor vindt toelating van het lucht-brandstofmengsel (SI-motor) of alleen lucht (CI-motor) plaats vanwege het drukverschil in de cilinder en de atmosferische druk.
In deze motor wordt een aparte compressor gebruikt om de cilinder binnen te laten. Deze compressor werkt op motorvermogen (verbonden met de krukas met riemaandrijving).
Deze motor maakt gebruik van een turbine die lucht in de cilinder trekt en loopt door uitlaatgas te gebruiken. Het is ook als supercharge, maar de compressor wordt aangedreven door een turbine die wordt geroteerd door uitlaatgassen.
In IC-motor kan het ontsteken van lading op twee manieren plaatsvinden. In de eerste wordt een aparte bougie of een ander apparaat gebruikt om de brandstof te ontsteken (Spark Ignition Engine) en de andere is brandstofontsteking door warmte die wordt gegenereerd tijdens compressie of brandstof (Compression Ignition Engine).
Dus volgens deze methoden zijn er twee motoren beschikbaar met vonkontstekingsmotor of SI-motor (benzinemotor) en compressie-ontstekingsmotor of CI-motor (dieselmotor).
Bij benzinemotoren gebruikten we een bougie om de brandstof te ontsteken. Deze vonk bij de bougie wordt geproduceerd door een ontstekingssysteem. Volgens het ontstekingssysteem zijn er twee soorten motoren. De eerste is de batterijontstekingsmotor (gebruik een batterij om een vonk te genereren) en een andere is een magneetontstekingsmotor (gebruik een kleine generator om een vonk te genereren).
In dit type motor wordt een zuiger gebruikt die in heen en weer gaande beweging beweegt door gebruik te maken van drukkracht die wordt gegenereerd door de verbranding van brandstof. De krukas zet deze heen en weer gaande beweging om in roterende beweging. De meeste automotoren zijn van het type.
Lees meer: Wat is een zuigermotor?
In een rotatiemotor wordt een rotor gebruikt. De drukkracht die wordt gegenereerd door de verbranding van brandstof wordt uitgeoefend op deze rotor, die het wiel verder laat draaien. De wankelmotor is een type rotatiemotor. Deze motoren worden momenteel niet gebruikt in automotoren.
Twee soorten koeling worden gebruikt in verbrandingsmotoren, luchtkoeling en waterkoeling. De motoren zijn dus luchtgekoelde motoren of watergekoelde motoren. Beide koelsystemen hebben hun eigen voordelen, die we later zullen bespreken. Motorolie dient ook als koelmedium.
We weten dat de slag de maximale afstand is die een zuiger kan afleggen in een cilinder of tussen BDP en BDC. Als een motor van BDC naar BDC gaat, wordt dit één slag genoemd. Als het terugkeert naar BDC, wordt het tweetakt genoemd. Een krukas maakt één omwenteling in twee slagen. Volgens deze verklaring zijn er drie soorten motoren uitgevonden.
Bij deze motor maakt de krukas één omwenteling in één arbeidsslag. Deze motor geeft meer vermogen dan andere. Het wordt gebruikt in schutters, schepen, generatoren, enz.
Lees meer: Wat is een tweetaktmotor? en wat is een viertaktmotor?
Deze motor geeft twee krukasomwentelingen in één arbeidsslag. Ze geven een laag vermogen maar een hoog rendement. Het wordt gebruikt in auto's, vrachtwagens, fietsen, enz.
Deze motoren zijn in ontwikkeling. Zoals de naam al aangeeft, laat het drie krukassen draaien in één arbeidsslag.
Deze motoren kunnen beter worden begrepen door diagrammen dan door woorden.
Een verbrandingsmotor (ICE- of IC-motor) is een verbrandingsmotor waarbij de verbranding van een brandstof plaatsvindt met een oxidatiemiddel (meestal lucht) in een verbrandingskamer die een integraal onderdeel is van het stroomcircuit van de werkvloeistof.
In 1823 patenteerde Samuel Brown de eerste verbrandingsmotor industrieel te gebruiken in de VS; een van zijn motoren pompte water op het kanaal van Croydon van 1830 tot 1836.
De eerste commercieel succesvolle verbrandingsmotor werd rond 1860 gemaakt door Étienne Lenoir en de eerste moderne verbrandingsmotor werd in 1876 opgericht door Nicolaus Otto. In 1872 vond de Amerikaan George Brayton de eerste commerciële verbrandingsmotor op vloeibare brandstof uit .
De motor bestaat uit een vaste cilinder en een bewegende zuiger. De uitzettende verbrandingsgassen duwen tegen de zuiger, die op zijn beurt de krukas laat draaien. Nadat de zuiger het brandstof-luchtmengsel heeft gecomprimeerd, ontsteekt de vonk het, waardoor verbranding ontstaat. De uitzetting van de verbrandingsgassen duwt de zuiger tijdens de arbeidsslag.
IC-engine heeft veel toepassingen zoals:
Er zijn tegenwoordig drie hoofdtypen verbrandingsmotoren in gebruik:
De ontwikkeling van de verbrandingsmotor hielp de mensen te bevrijden van het zwaarste handwerk, maakte het vliegtuig en andere vormen van transport mogelijk en zorgde voor een revolutie in de energieopwekking.
Si-motor is een verbrandingsmotor die werkt volgens het principe van vonkontsteking. Het maakt gebruik van benzine en maakt gebruik van de Otto-cyclus. De dieselmotor (Ci) is ook een verbrandingsmotor, die dieselbrandstof gebruikt en op een dieselcyclus werkt.
Verbrandingsmotoren (ICE) zijn de meest voorkomende vorm van warmtemotoren, omdat ze worden gebruikt in voertuigen, boten, schepen, vliegtuigen en treinen. Ze worden zo genoemd omdat de brandstof wordt ontstoken om werk in de motor te doen. Hetzelfde brandstof- en luchtmengsel wordt dan uitgestoten als uitlaatgassen.
AFR is de massaverhouding van lucht tot brandstof die aanwezig is in een verbrandingsmotor. Voor benzinemotoren is de stoichiometrische A/F-verhouding 14,7:1, wat 14,7 delen lucht op één deel brandstof betekent. Het hangt af van het type brandstof.
De temperatuur van de brandende gassen in de motorcilinder loopt op tot 1500 tot 2000°C, wat boven het smeltpunt van het materiaal van het cilinderlichaam en de motorkop ligt. (Platinum, een metaal met een van de hoogste smeltpunten, smelt bij 1750 °C, ijzer bij 1530 °C en aluminium bij 657 °C.)
Het belangrijkste verschil tussen arm en rijk brandstofmengsel is dat we een arm mengsel gebruiken voor maximale efficiëntie, terwijl we een rijk mengsel gebruiken voor maximaal vermogen in een motor. We gebruiken de termen magere en rijke brandstofmengsels om verbrandingsprocessen in motoren en industriële ovens te beschrijven.
Een rijk mengsel is een brandstof/luchtmengsel dat een te groot aandeel brandstof bevat. Een rijk mengsel levert voldoende brandstof om alle zuurstof in de cilinder op te gebruiken. Een rijk mengsel heeft te veel benzine en te weinig lucht.
Benzine kreeg bekendheid in 1892, terwijl diesel er iets langer over deed en sommige bronnen wezen op 1893 toen het voor het eerst werd gebruikt en erkend als brandstofbron. Dus met dat in gedachten was benzine technisch de eerste, omdat het sneller aan populariteit en commercieel succes won dan zijn tegenhanger op diesel.
De zuiger is een fundamenteel onderdeel van de verbrandingsmotoren. Het heeft een heen en weer gaande beweging en zet warmte-energie om in mechanische kracht. Het beweegt op en neer in een cilinder wanneer de motor vermogen produceert. Het doel van de zuiger is om de uitzetting van gassen te weerstaan en naar de krukas te sturen.
ICE-voertuig betekent een conventioneel voertuig dat uitsluitend wordt aangedreven door een verbrandingsmotor.
De verbrandingsmotor heeft een rendement van ongeveer 35-45%. In vergelijking met de externe verbrandingsmotor heeft deze een rendement van ongeveer 15-25%. De brandstofkosten van de verbrandingsmotor zijn relatief hoog. In vergelijking met de brandstofkosten van de externe verbrandingsmotor zijn relatief laag.
