Bagaimana cara bensin dapat membuat kendaraan bergerak?
Pikirkan kembali 100 tahun untuk sebuah dunia di mana orang umumnya mendapat sekitar dengan berjalan kaki atau naik kuda. Apa yang berubah hal? Penemuan mobil. Roda mungkin berusia 5500 tahun, namun mobil-mobil yang kita kendarai putaran di hari ini membuat debut mereka hanya di 1885. Itu adalah ketika insinyur Jerman Karl Benz (1844-1929) diikat bensin kecil (bensin) mesin ke keranjang roda tiga dan membuat pertama primitif, mobil bertenaga gas. Meskipun Benz mengembangkan mobil, insinyur Jerman lain, Nikolaus Otto (1832-1891), bisa dibilang bahkan lebih penting-karena ia adalah orang yang telah menemukan mesin bensin di tempat pertama, sekitar dua dekade sebelumnya. Ini adalah bukti jenius Otto yang hampir setiap mesin mobil dibuat sejak telah terinspirasi oleh-Nya "empat-stroke" desain. Mari kita lihat cara kerjanya!
Foto: mesin mobil mengubah energi terkunci di bahan bakar cair menjadi panas dan energi kinetik. Mereka penuh pipa dan silinder karena mereka bekerja seperti plants kimia. Ini adalah mesin V12 yang kuat pada Jaguar XJS mobil sport mulia dipulihkan dari akhir 1970-an.
Apa mobil?
Di dalam mesin mobil klasik
Itu tidak cukup seperti sebuah pertanyaan yang jelas seperti kelihatannya. Sebuah mobil adalah sebuah kotak logam dengan roda di sudut-sudut yang membuat Anda dari A ke B, ya, tapi lebih dari itu. Dalam istilah ilmiah, mobil adalah sebuah konverter energi: mesin yang melepaskan energi yang terkunci dalam bahan bakar seperti bensin (bensin) atau diesel dan mengubahnya menjadi energi mekanik di roda dan roda gigi bergerak. Ketika roda daya mobil, energi mekanik menjadi energi kinetik: energi yang mobil dan penghuninya memiliki saat mereka pergi bersama.
Foto: The dipulihkan mesin di mobil klasik dari tahun 1970-an (dan baik dipoles!).
Bagaimana kita mendapatkan power dari minyak bumi?
Mobil, truk, kereta api, kapal, dan pesawat-semua hal-hal ini didukung oleh bahan bakar yang terbuat dari minyak bumi. Juga dikenal sebagai "minyak mentah", minyak bumi adalah tebal, hitam, cairan yang kaya energi terkubur di bawah tanah yang menjadi sumber yang paling penting di dunia energi selama abad ke-20. Setelah dipompa ke permukaan, minyak bumi dikirim atau disalurkan ke kilang dan dipisahkan menjadi bensin, minyak tanah, dan bahan bakar diesel, dan seluruh host lainnya petrokimia digunakan untuk membuat segalanya dari cat untuk plastik.
Minyak bahan bakar yang terbuat dari hidrokarbon: molekul dalam kebanyakan terdiri dari atom karbon dan hidrogen (dengan unsur-unsur lain yang lebih sedikit, seperti oksigen, terpasang untuk mengukur baik). Kayu, kertas, dan batu bara juga mengandung hidrokarbon. Kita dapat mengubah hidrokarbon menjadi energi yang berguna hanya dengan membakar mereka. Ketika Anda membakar hidrokarbon di udara, molekul mereka terpecah. Karbon dan hidrogen bergabung dengan oksigen dari udara untuk membuat gas karbon dioksida dan air, sementara energi yang memegang molekul bersama-sama dilepaskan sebagai panas. Proses ini, yang disebut pembakaran, melepaskan energi dalam jumlah besar. Ketika Anda duduk putaran api unggun, menghangatkan diri di dekat api, Anda benar-benar menyerap energi yang dihasilkan oleh miliaran molekul retak terbuka dan terkoyak!
Mengangguk keledai pompa minyak Photo: Minyak dapat diekstraksi dari tanah oleh "mengangguk keledai" pompa seperti ini. Gambar courtesy of US Department of Energy.
Orang-orang telah membakar hidrokarbon untuk membuat energi selama lebih dari satu juta tahun-itu sebabnya api diciptakan. Tapi kebakaran biasa biasanya cukup efisien. Ketika Anda memasak sosis di api unggun, Anda membuang sejumlah besar energi. Panas tunas off segala arah; hampir tidak ada masuk ke panci masak-dan bahkan kurang ke dalam makanan. mesin mobil jauh lebih efisien: mereka membuang sedikit energi dan menempatkan lebih dari itu untuk bekerja. Apa yang begitu pintar tentang mereka adalah bahwa mereka membakar bahan bakar dalam wadah tertutup, menangkap sebagian besar energi panas rilis bahan bakar, dan mengubahnya menjadi energi mekanik yang dapat mendorong mobil bersama.
Apa bagian utama dari mesin mobil?
mesin mobil yang dibangun di sekitar satu set "memasak pot" yang disebut silinder (biasanya sesuatu 2-12 dari mereka, tetapi biasanya empat, enam, atau delapan) dalam yang luka bakar bahan bakar. Silinder terbuat dari logam super-kuat dan menutup disegel, tapi di salah satu ujung mereka membuka dan menutup seperti pompa sepeda: mereka memiliki piston ketat (plunger) yang dapat meluncur ke atas dan bawah di dalamnya. Di bagian atas setiap silinder, ada dua katup (dasarnya "gerbang" membiarkan hal-hal dalam atau keluar yang bisa dibuka dan ditutup dengan sangat cepat). Katup inlet memungkinkan bahan bakar dan udara masuk silinder dari karburator atau bahan bakar elektronik-injektor; katup outlet memungkinkan gas buang melarikan diri. Di bagian atas silinder, ada juga plug memicu (atau busi), perangkat dikendalikan elektrik yang membuat percikan untuk membakar bahan bakar. Di bagian bawah silinder, piston melekat ke poros terus berputar disebut poros engkol. Crankshaft kekuatan gearbox mobil yang, pada gilirannya, menggerakkan roda.
Bagaimana mesin empat-stroke membuat tenaga?
Bagaimana silinder mesin mobil membuat daya
Menonton animasi ini dan Anda akan melihat bahwa mesin mobil membuat kekuasaannya dengan tanpa henti mengulangi serangkaian empat langkah (disebut stroke):
Intake: Piston (hijau) ditarik ke bawah di dalam silinder (abu-abu) oleh momentum crankshaft (roda abu-abu di bagian bawah). Sebagian besar waktu mobil bergerak bersama, sehingga crankshaft selalu berputar. Inlet valve (kiri) membuka, membiarkan campuran bahan bakar dan udara (awan biru) ke dalam silinder melalui pipa ungu.
Kompresi: The katup inlet menutup. piston bergerak kembali silinder dan kompres (meremas) campuran bahan bakar-udara, yang membuatnya jauh lebih mudah terbakar. Ketika piston mencapai bagian atas silinder, steker memicu (kuning) kebakaran.
Power: Percikan membakar campuran bahan bakar udara menyebabkan ledakan Mini. bahan bakar membakar segera, memberikan off gas panas yang mendorong piston kembali turun. Energi yang dilepaskan oleh bahan bakar sekarang powering crankshaft.
Exhaust: The katup keluaran (kanan) akan terbuka. Sebagai poros engkol terus berputar, piston dipaksa kembali silinder untuk kedua kalinya. Ini memaksa gas buang (dihasilkan ketika bahan bakar dibakar) melalui outlet pembuangan (pipa biru).
Seluruh siklus kemudian berulang.
Berapa banyak silinder yang mesin butuhkan?
Satu masalah dengan desain empat-stroke adalah bahwa crankshaft sedang didukung oleh silinder hanya satu tahap dari empat. Itu sebabnya mobil biasanya memiliki setidaknya empat silinder, diatur sehingga mereka api keluar dari langkah dengan satu sama lain. Setiap saat, satu silinder selalu akan melalui masing-masing dari empat tahap-jadi selalu ada satu silinder powering crankshaft dan tidak ada hilangnya kekuasaan. Dengan mesin 12-silinder, setidaknya ada tiga silinder powering crankshaft setiap saat-dan itulah mengapa mereka mesin yang digunakan dalam mobil cepat dan kuat.
Minor Morris mesin 4 silinder mesin V12 Jaguar XJS
Foto: Lebih silinder berarti lebih banyak kekuatan. Kiri: 4-silinder, 48hp Morris kecil mesin dari tahun 1960-an. Mesin ini begitu sangat kecil, itu benar-benar tampak seperti ada sesuatu yang hilang-tapi masih dapat mengelola kecepatan tertinggi dekat dengan 125 km / h (80 mph). Kanan: Sebuah V12 Jaguar XJS mesin mobil sport besar dari pertengahan / akhir 1970-an memberikan kecepatan tertinggi km tentang 240 / h (140 mph). Ini sesuatu seperti 300hp (sekitar enam kali lebih kuat dari mesin Morris).
kepadatan energi dari bahan bakar minyak bumi, kayu, dan baterai dibandingkan pada grafik bar.
Bagaimana kita bisa membuat mesin lebih bersih?
Tidak ada keraguan bahwa mesin bensin Otto adalah penemuan jenius-tapi sekarang korban dari kesuksesan sendiri. Dengan sekitar satu miliar mobil di planet ini, polusi yang dihasilkan oleh kendaraan adalah tumbuh-masalah serius-dan masih. Karbon dioksida dilepaskan ketika bahan bakar dibakar juga merupakan penyebab utama pemanasan global. Solusinya bisa mobil listrik yang mendapatkan energi dari sumber cleaner kekuasaan atau hybrid mobil yang menggunakan kombinasi dari listrik dan kekuasaan bensin.
Jadi mengapa kita masih menggunakan bensin?
Ada alasan yang sangat bagus mengapa mayoritas mobil, truk, dan kendaraan lain di planet ini masih didukung oleh bahan bakar berbasis minyak seperti bensin dan diesel: sebagai grafik di sini menunjukkan dengan sangat jelas, mereka berkemas lebih banyak energi ke dalam setiap kilogram ( atau liter) dari hampir semua bahan lainnya. Baterai terdengar besar secara teori, tapi kilogram untuk kilogram, bahan bakar minyak bumi membawa lebih banyak energi!
Grafik: Kiri: Mengapa kita masih menggunakan bahan bakar berbasis minyak bumi: satu kilogram bensin, solar, atau minyak tanah mengandung sekitar 100 kali energi sebanyak satu kilogram baterai. Para ilmuwan mengatakan itu memiliki tinggi "kepadatan energi" (kemasan lebih banyak energi per satuan volume); dalam hal sederhana, itu akan membawa Anda lebih bawah jalan.
Itu bukan untuk mengatakan bahwa mobil (dan mesinnya) yang sempurna-atau sesuatu seperti. Ada banyak langkah dan tahapan dalam antara silinder (di mana energi dilepaskan) dan roda (di mana kekuasaan diterapkan ke jalan) dan, pada setiap tahap, sebagian energi yang terbuang. Untuk itu, dalam kasus-kasus terburuk, sesedikit 15 persen atau lebih dari energi yang pada awalnya dalam bahan bakar yang Anda bakar benar-benar bergerak Anda di jalan. Atau, dengan kata lain, untuk setiap dolar yang Anda masukkan ke dalam tangki bensin Anda, 85 sen terbuang dalam berbagai cara!
pie chart menunjukkan bagaimana mobil limbah hingga 85 persen dari energi di drivetrain, kerugian parasit, dan mesin.
Grafik: Mobil buang sebagian besar energi yang kita memberi mereka makan dalam bahan bakar. Kiri: Dalam stop-start kota mengemudi, hanya sekitar 17 persen dari energi dalam bensin (slice hijau) memberikan kekuatan yang berguna untuk menggerakkan Anda di jalan. Yang lain 83 persen yang terbuang (iris merah) di mesin, kerugian parasit (dalam hal-hal seperti alternator, yang membuat listrik), dan drivetrain (antara mesin dan roda). Kanan: Hal yang sedikit lebih baik di jalan raya, di mana daya yang berguna dapat dorongan hingga 25 persen atau sedikit lebih. Meski begitu, sebagian besar energi masih terbuang. Sumber: Ekonomi Bahan Bakar: Dimana Energi Goes, US Department of Energy Kantor Efisiensi & Energi Energi Terbarukan.
0 Komentar untuk "Bagaimana cara bensin dapat membuat kendaraan bergerak?"