Bildet over: Bildet (fra ABB) viser en elektromotor med rotoren i midten, drevet av roterende magnetstrøm i statoren i rotorhuset.
Av og til triller det inn morsomme spørsmål, og et dobbelt kom her om dagen: Hva er egentlig forbrenning? Og hvordan kan magnetfelt drive en elektrisk motor? La oss se:
Av Stein Bekkevold
Vårt seks år gamle barnebarn fortalte at forbrenning er når noe brenner. Han har jo helt rett. Teknisk sett er forbrenning en eksoterm kjemisk reaksjon mellom et drivstoff og etoksidasjonsmiddel, startet med varme eller lys som stråle eller flamme. Oksygen er vanlig oksidasjonsmiddel og reaksjonene utløser energi som varme og lys. Drivstoffet kan være flytende, fast eller gass.
Det kan også oksidasjonsmiddelet. Varmemengden som oppstår måles i joule (J) – oftest megajoule (MJ), tidligere i kilokalorier (kcal). 1 joule er energien som klarer å skyve en kg masse mot en kraft på 1 newton – en meter. Det er også energien som kommer fra 1 watt på 1 sekund, altså 1 W⋅s – ett wattsekund. Bare for å ha sagt det. Enkelt er det jo ikke …
Fakta
Det er kreftene (energien) som holdt molekylene i drivstoff og luft sammen, som frigjøres i forbrenningen (oksideringen) og går over til varme (eller lys).
Mer fakta
Forbrenning med luft gir høye temperaturer. Gassen som oppstår, utvider seg kraftig i forhold til mengden innluft og skaper stort trykk mot et stempel (eller en turbin). Slik oppstår drivkraft. Fullstendig forbrenning kalles støkiometrisk, da er det ikke noe overskudd av drivstoff, og heller ingen restluft (rest-oksidant). Men fullstendig forbrenning går nesten aldri, fordi den kjemiske likevekten ikke er lett å oppnå, pluss at det alltid foreligger uforbrente stoffer som karbonmonoksid, hydrogen og restkarbon (sot/aske). Og røyken er giftig fordi den inneholder uforbrente eller deloksiderte produkter.
NOx
Forbrenning av hydrokarboner (H pluss C) ved høye temperaturer i naturlig luft (med 78 prosent nitrogen N) lager nitrogenoksider NOx, fordi oksidering av N skjer ved høye og ikkelave temperaturer. Og fordi forbrenning sjelden er ren, er rensing av avgass (eller katalysatorer) et lovkrav.
Ild
Forbrenning (ild) var den første styrte kjemiske reaksjonen vi oppdaget, som bål, og ild/forbrenningsvarme er fortsatt svært viktig. Oftest er drivstoffet karbon, hydrokarboner eller tørt trevirke – som gir deloksiderte hydrokarboner.
Varme
Drivstoffets varmekapasitet (iboende/latent energi) kan vi måle i MJ/kg der MJ er megajoule. Diesel og bensin ligger mellom 40 og 46 MJ/kg (1 kcal=4148 J). Varme som utvikles, avhenger av kompresjonen og bør ligge under 750 grader C. Vi skal jo ikke smelte eller mykne stempler og ventiler …
Derfor kjøles motoren og holder helst en driftstemperatur på 80-90 grader. Flammefronten skal ideelt sett ikke gå fortere enn 24 m/sek, da «banker» motoren.
Gass?
Nå lurer noen: Hva er egentlig en gass? Gass er stoff uten fast volum eller fast form. Gass er fysisk sett en sammentrykkbar (kompressibel) væske.
Ren gass består av svevende grunnstoff-atomer som neon Ne eller helium He, eller som molekyler av oksygen O2 eller karbondioksid CO2. Rene gasser kan også blandes som i luft, som inneholder nitrogen N pluss oksygen og edelgasser som argon, helium, neon, radon og de. Det som skiller gass fra væske og faste stoffer er den store avstanden mellom molekylene. Den gjør noen gasser usynlige. Avstanden øker med gassens temperatur. Det er jo en raskt voksende mengde svært varm forbrenningsgass over stemplet som driver motoren – og bilen.
Så elektromotoren
Den kan utføre arbeid ved hjelp av et snodig naturfenomen som heter magnetisme. Dette går ut på at elektroner i bevegelse i én elektrisk leder «drar med seg» elektroner i en annen. Elektroner i bevegelse er elektrisitet, kalt strøm, fordi den strømmer gjennom lederen.
Så når du sender strøm gjennom magnet etter magnet som sitter rundt motorens stator (i rotorhuset), river elektronstrømmen (magnetflux) med seg elektroner på rotoren. Alt dette styres nå elektronisk via robuste datasystem pluss måten lederne er koblet på.
I en elbil har vi asynkrone eller synkrone elektromotorer. Hele poenget er at en rotor tvinges til å snurre fordi elektronene snurrer i statoren, den motordelen som står stille i rotorhuset. Stort enklere kan det ikke gjøres. Effekten måles i kilowatt, det er ikke lenger noe som heter hestekrefter. 100 gamle hk = 74kW.
Bilder: Bilde 1 (fra Ford) viser ideelt sett hva som skjer når en gnist fra en tennplugg antenner en blanding av luft og forstøvet bensin slik at blandingen blir glohet og utvider seg og driver stemplet.
