Comment les moteurs de voiture travail Expliquez que Stuff
Photo: Les moteurs de voitures tournent en énergie verrouillé combustible liquide dans la chaleur et l'énergie cinétique. Ils sont pleins de tuyaux et cylindres, car ils fonctionnent comme des mini usines chimiques. C'est le puissant moteur V12 sur une voiture de sport Jaguar XJS restauré glorieusement de la fin des années 1970.
Qu'est-ce qu'une voiture?
Photo: Le moteur restauré dans une voiture classique du début des années 1970 (et bien poli!).
Ce n'est pas une question évidente tout à fait, comme il semble. Une voiture est une boîte en métal avec des roues dans les coins qui vous fait de A à B, oui, mais il est plus que cela. En termes scientifiques, une voiture est un convertisseur d'énergie. une machine qui libère l'énergie bloquée dans un carburant de type essence automobile (essence) ou du carburant diesel et le transforme en énergie mécanique dans le déplacement des roues et des pignons. Lorsque les roues puissance de la voiture, l'énergie mécanique est transformée en énergie cinétique: l'énergie que la voiture et ses occupants ont comme ils vont le long.
Comment pouvons-nous le pouvoir du pétrole?
Voitures, camions, trains, navires et avions-toutes ces choses sont alimentés par des carburants fabriqués à partir du pétrole. Aussi connu sous le nom « pétrole brut », le pétrole est le liquide épais, noir, riche en énergie enterrés très profondément qui est devenu la source d'énergie la plus importante du monde au cours du 20ème siècle. Après avoir été pompé à la surface, le pétrole est expédié ou acheminé vers une raffinerie et séparée en essence, le kérosène et le carburant diesel, et une foule d'autres produits pétrochimiques -Utilisé à tout faire de la peinture aux plastiques.
Photo: pétrole peut être extrait du sol par des pompes « un signe de tête d'âne » comme celui-ci. Photo courtoisie du Département américain de l'énergie.
Combustibles pétroliers sont fabriqués à partir d'hydrocarbures. les molécules se composent la plupart du temps à l'intérieur d'atomes de carbone et d'hydrogène (avec moins d'éléments autres, tels que l'oxygène, qui est jointe à une bonne mesure). Bois. papier. et le charbon contient également des hydrocarbures. Nous pouvons transformer les hydrocarbures en énergie utile simplement en les brûlant. Lorsque vous brûler des hydrocarbures dans l'air, leurs molécules fendit. Le carbone et l'hydrogène se combinent avec l'oxygène de l'air pour faire du gaz de dioxyde de carbone et de l'eau, tandis que l'énergie qui a occupé les molécules ensemble est libérée sous forme de chaleur. Ce processus, qui est appelé combustion. libère d'énormes quantités d'énergie. Lorsque vous êtes assis autour d'un feu de camp, vous réchauffer près des flammes, vous êtes vraiment profiter de l'énergie produite par des milliards de molécules de craquage ouvert et Éclatement!
Les gens ont été la combustion des hydrocarbures pour faire de l'énergie depuis plus de un million d'années qui est la raison pour laquelle a été inventé le feu. Mais les incendies ordinaires sont généralement assez inefficaces. Lorsque vous faites cuire des saucisses sur un feu de camp, vous perdez une énorme quantité d'énergie. La chaleur tire dans toutes les directions; guère va dans le pot et encore moins la cuisine dans la nourriture. Les moteurs de voitures sont beaucoup plus efficaces: ils gaspillent moins d'énergie et de mettre plus au travail. Ce qui est si intelligent d'eux est qu'ils brûlent le carburant dans des récipients fermés, capturant la majeure partie de l'énergie thermique des rejets de carburant, et de le transformer en énergie mécanique qui peut conduire la voiture le long.
Quelles sont les principales parties d'un moteur de voiture?
Les moteurs de voitures sont construites autour d'un ensemble de « marmites » appelés cylindres (généralement quelque chose de deux à douze d'entre eux, mais en général quatre, six ou huit) à l'intérieur duquel le combustible brûle. Les cylindres sont en métal super-forte et fermées hermétiquement, mais à une extrémité, ils ouvrir et fermer comme pompes à bicyclette: ils ont des pistons ajustés (plongeurs) qui peuvent coulisser vers le haut et vers le bas à l'intérieur. Au sommet de chaque cylindre, il y a deux vannes (essentiellement « portes » laisser les choses ou que peut être ouvert et fermé très rapidement). La soupape d'admission permet au carburant et à l'air d'entrer dans le cylindre à partir d'un carburateur ou injecteur électronique; la soupape d'échappement permet aux gaz d'échappement échapper. Dans la partie supérieure du cylindre, il y a également un bouchon d'allumage (ou bougie d'allumage), un dispositif à commande électrique qui fait une étincelle pour enflammer le combustible. Au fond du cylindre, le piston est fixé à un axe tournant constamment appelé un vilebrequin. Les pouvoirs du vilebrequin de la boîte de vitesses de la voiture qui, à son tour, entraîne les roues.
Comment un moteur à quatre temps faire la puissance?
Regardez cette animation et vous verrez qu'un moteur de voiture rend sa puissance en répétant sans cesse une série de quatre étapes (appelées coups):
- Admission. Le piston (vert) est tiré vers le bas à l'intérieur du cylindre (gris) par la quantité de mouvement du vilebrequin (roue gris en bas). La plupart du temps la voiture se déplace le long, de sorte que le vilebrequin se tourne toujours. La soupape d'entrée (à gauche) débouche, en laissant un mélange de combustible et d'air (nuage bleu) dans le cylindre à travers le tuyau violet.
- Compression. La soupape d'admission se ferme. Le piston se déplace en arrière le cylindre et compresses (serre), le mélange air-combustible, ce qui rend beaucoup plus inflammable. Lorsque le piston atteint le haut du cylindre, la bougie d'allumage (jaune) déclenche.
- Puissance. L'étincelle enflamme le mélange air-carburant provoquant une mini-explosion. Le carburant brûle immédiatement, en dégageant un gaz chaud qui pousse le piston vers le bas. L'énergie libérée par le carburant alimente maintenant le vilebrequin.
- Échappement. La soupape de sortie (à droite) ouvre. Comme le vilebrequin continue de tourner, le piston est refoulé le cylindre pour la deuxième fois. Elle oblige les gaz d'échappement (produit lorsque le carburant brûlé) à travers la sortie d'échappement (tuyau bleu).
Tout le cycle se répète alors.
Combien de cylindres a besoin d'un moteur?
Un problème avec la conception à quatre temps est ce que le vilebrequin est alimenté par le cylindre pour une seule étape sur quatre. C'est pourquoi les voitures ont généralement au moins quatre cylindres, disposés de sorte qu'ils feu de l'étape avec un autre. A tout moment, un cylindre va toujours à travers chacune des quatre étapes-donc il y a toujours un cylindre alimentant le vilebrequin et il n'y a aucune perte de puissance. Avec un moteur 12 cylindres, il y a au moins trois cylindres équipant le vilebrequin à tout moment et c'est pourquoi ces moteurs sont utilisés dans les voitures rapides et puissantes.
Comment pouvons-nous rendre les moteurs plus propres?
Il ne fait aucun doute que le moteur à essence d'Otto était une invention de génie, mais il est maintenant victime de son propre succès. Avec près d'un milliard de voitures sur la planète, la pollution produite par les véhicules est un sérieux et toujours en croissance-problème. Le dioxyde de carbone libéré lorsque les combustibles sont brûlés est également une cause majeure du réchauffement climatique. La solution pourrait être des voitures électriques qui tirent leur énergie à partir de sources propres de voitures électriques ou hybrides qui utilisent une combinaison d'électricité et de la puissance de l'essence.
Alors, pourquoi nous utilisons encore l'essence?
Il y a une très bonne raison pour laquelle la majorité écrasante des voitures, des camions et d'autres véhicules sur la planète sont encore alimenté par des carburants à base de pétrole tels que l'essence et le diesel: comme le tableau ici montre très clairement, ils emballent plus d'énergie dans chaque kilogramme ( ou litre) que pratiquement toute autre substance. Les piles grand bruit en théorie, mais kilogramme pour kilogramme, les carburants pétroliers transportent beaucoup plus d'énergie!
Graphique: Pourquoi nous utilisons encore des combustibles à base de pétrole: un kilo d'essence, le diesel, le kérosène ou contient environ 100 fois plus d'énergie comme kilogramme de piles. Les scientifiques dire qu'il a une « densité d'énergie » élevé (emballe plus d'énergie par unité de volume); en termes simples, il vous faut plus loin sur la route.
Cela ne veut pas dire que les voitures (et leurs moteurs) sont parfaits ou quoi que ce soit comme. Il existe de nombreuses étapes et des étapes entre les cylindres (où l'énergie est libérée) et les roues (où la puissance est appliquée à la route) et, à chaque étape, un peu d'énergie est gaspillée. Pour cette raison, dans le pire des cas, aussi peu que 15 pour cent ou de l'énergie qui était à l'origine dans le carburant que vous brûlez effectivement vous déplace vers le bas la route. Ou, pour le dire d'une autre manière, pour chaque dollar que vous mettez dans votre réservoir de gaz, 85 cents sont gaspillées de différentes façons!
Graphique: Voitures La plupart des déchets de l'énergie que nous les nourrir dans le carburant. À gauche: Dans la conduite urbaine stop-start, seulement environ 17 pour cent de l'énergie dans l'essence (tranche verte) fournit une puissance utile pour vous déplacer sur la route. L'autre 83 pour cent est gaspillé (tranches rouges) dans le moteur, des pertes parasites (dans des choses comme l'alternateur, ce qui rend l'électricité), et dans le groupe motopropulseur (entre le moteur et les roues). À droite: Les choses sont un peu mieux sur l'autoroute, où la puissance utile peut pousser jusqu'à 25 pour cent ou un peu plus. Cependant, la majeure partie de l'énergie est encore perdue. Source: Économie de carburant: Lorsque l'énergie va. US Department of Energy Office de l'efficacité énergétique - énergies renouvelables.