Brenner diesel? Det brenner, og ganske kraftig. Resten som ikke deltok i forhåndsblandet forbrenning, forbrukes i forbrenningsfasen med variabel hastighet.
Forbrenning i dieselmotorer er veldig vanskelig. Fram til 1990-tallet var dens detaljerte mekanismer ikke godt forstått. Forbrenningstemperaturen til diesel i forbrenningskammeret varierte også fra tilfelle til tilfelle. I flere tiår syntes kompleksiteten til denne prosessen å trosse forskernes forsøk på å avdekke dens mange hemmeligheter, til tross for tilgjengeligheten av moderne verktøy som høyhastighetsfotografering brukt i "gjennomsiktige" motorer, prosessorkraften til moderne datamaskiner og mange matematiske modeller designet for å simulere forbrenning i diesel Bruken av arklaseravbildning på den tradisjonelle dieselforbrenningsprosessen på 1990-tallet var nøkkelen til å forbedre forståelsen av denne prosessen betydelig.
Denne artikkelen vil dekkeden mest etablerte prosessmodellen for en klassisk dieselmotor. Denne konvensjonelle forbrenningen av diesel er først og fremst kontrollert ved blanding, som kan oppstå på grunn av diffusjon av drivstoff og luft før tenning.
Forbrenningstemperatur
Ved hvilken temperatur brenner diesel? Hvis dette spørsmålet tidligere virket vanskelig, kan det nå gis et helt entydig svar. Forbrenningstemperaturen til diesel er omtrent 500-600 grader Celsius. Temperaturen må være høy nok til å antenne blandingen av drivstoff og luft. I kalde land der lave omgivelsestemperaturer dominerer, hadde motorer en glødeplugg som varmer opp inntaksporten for å hjelpe til med å starte motoren. Dette er grunnen til at du alltid bør vente til varmeapparatikonet på dashbordet slukker før du starter motoren. Det påvirker også forbrenningstemperaturen til diesel. La oss vurdere hvilke andre nyanser det er i arbeidet hans.
Funksjoner
Hovedforutsetningen for å brenne diesel i en eksternt kontrollert brenner er dens unike måte å frigjøre den kjemiske energien som er lagret i den. For å gjennomføre denne prosessen må oksygen være tilgjengelig for den for å lette forbrenningen. En av de viktigste aspektene ved denne prosessen er blanding av drivstoff og luft, ofte referert til som forblanding.
Dieselforbrenningskatalysator
I dieselmotorer sprøytes ofte drivstoff inn i motorsylinderen på slutten av kompresjonsslaget, bare noen få grader av veivakselvinkelen før øvre dødpunkt. Det flytende drivstoffet injiseres vanligvis med høy hastighet i en eller flere stråler gjennom små hull eller dyser i injektorspissen, forstøves til fine dråper og kommer inn i forbrenningskammeret. Det forstøvede drivstoffet absorberer varme fra den omgivende oppvarmede trykkluften, fordamper og blandes med den omgivende høytemperaturhøytrykksluften. Når stempelet fortsetter å bevege seg nærmere øvre dødpunkt (TDC), når temperaturen på blandingen (for det meste luft) tenningstemperaturen. Forbrenningstemperaturen til Webasto diesel er ikke forskjellig fra andre dieselkvaliteter, og når omtrent 500–600 grader.
Rask tenning av noe ferdigblandet drivstoff og luft skjer etter en periode med antenningsforsinkelse. Denne raske tenningen regnes som starten på forbrenningen og er preget av en kraftig økning i sylindertrykket når luft-drivstoffblandingen forbrukes. Det økte trykket som følge av forhåndsblandet forbrenning komprimerer og varmer opp den uforbrente delen av ladningen og forkorter forsinkelsen før den antennes. Det øker også fordampningshastigheten til det gjenværende drivstoffet. Sprayingen, fordampningen, blandingen med luft fortsetter til alt er brent. Forbrenningstemperaturen til parafin og diesel kan i denne forbindelse være lik.
Karakteristisk
La oss først ta for oss notasjonen: så er A luft (oksygen), F er drivstoff. Dieselforbrenning kjennetegnes av et lavt A/F-forhold. Den laveste gjennomsnittlige A/F observeres ofte under toppmomentforhold. For å unngå overdreven røykutvikling holdes toppmomentet A/F vanligvis over 25:1, godt over det støkiometriske (kjemisk korrekte) ekvivalensforholdet på ca. 14,4:1. Dette gjelder også for alle dieselforbrenningsaktivatorer.
I turboladede dieselmotorer kan A/F-forholdet ved tomgang overstige 160:1. Følgelig fortsetter overskuddsluften som er tilstede i sylinderen etter forbrenningen av drivstoffet å blande seg med de brennende og allerede uttømte gassene. Når eksosventilen åpnes, slippes overflødig luft ut sammen med forbrenningsproduktene, noe som forklarer den oksidative naturen til dieseleksos.
Når brenner diesel? Denne prosessen skjer etter at det fordampede drivstoffet blandes med luft for å danne en lok alt rik blanding. Også på dette stadiet oppnås den riktige forbrenningstemperaturen til diesel. Imidlertid er det totale A/F-forholdet lite. Med andre ord kan det sies at det meste av luften som kommer inn i sylinderen til en dieselmotor er komprimert og oppvarmet, men deltar aldri i forbrenningsprosessen. Oksygenet i overskuddsluften bidrar til å oksidere gassformige hydrokarboner og karbonmonoksid, og reduserer dem til ekstremt lave konsentrasjoner i avgassene. Denne prosessen er mye viktigere enn forbrenningstemperaturen til diesel.
Factors
Følgende faktorer spiller en stor rolle i dieselforbrenningsprosessen:
- Den induserte ladningen av luft, dens temperatur og dens kinetiske energi i flere dimensjoner.
- Forstøvning av injisert drivstoff, sprutpenetrasjon, temperatur og kjemiske egenskaper.
Selv om disse to faktorene er de viktigste, er det andre parametere som kan påvirke motorytelsen betydelig. De spiller en sekundær, men viktig rolle i forbrenningsprosessen. For eksempel:
- Design av innløpet. Det har en sterk innflytelse på bevegelsen av ladeluft (spesielt i øyeblikket når den kommer inn i sylinderen) og på blandingshastigheten i forbrenningskammeret. Dette kan endre forbrenningstemperaturen til diesel i kjelen.
- Utformingen av inntaksporten kan også påvirke ladeluftens temperatur. Dette kan oppnås ved å overføre varme fra vannkappen gjennom overflaten til innløpet.
- Inntaksventil størrelse. Kontrollerer den totale massen av luft som slippes inn i sylinderen over en begrenset tid.
- Kompresjonsforhold. Det påvirker fordampning, blandehastighet og forbrenningskvalitet, uavhengig av forbrenningstemperaturen til dieselen i kjelen.
- Injeksjonstrykk. Den kontrollerer injeksjonsvarigheten for en gitt dyseåpningsparameter.
- Atomiseringsgeometri, som direkte påvirker kvaliteten og forbrenningstemperaturen til diesel og bensin forluftbrukskonto. For eksempel kan en større spraykjeglevinkel plassere drivstoff på toppen av stempelet og utsiden av forbrenningstanken i åpne kammer DI-dieselmotorer. Denne tilstanden kan føre til overdreven "røyking" da drivstoffet nektes tilgang til luft. Brede kjeglevinkler kan også føre til at drivstoff spruter på sylinderveggene i stedet for inne i forbrenningskammeret der det er nødvendig. Sprayet på sylinderveggen vil den til slutt bevege seg ned i oljepannen, og forkorte levetiden til smøreoljen. Fordi sprøytevinkelen er en av variablene som påvirker hastigheten på luftblandingen i drivstoffstrålen nær injektorutløpet, kan den ha en betydelig effekt på den totale forbrenningsprosessen.
- Ventilkonfigurasjon som styrer posisjonen til injektoren. To-ventilsystemer skaper en skråstilt injektorposisjon, noe som betyr ujevn sprøyting. Dette fører til brudd på blandingen av drivstoff og luft. På den annen side tillater design med fire ventiler vertikal injektormontering, symmetrisk drivstoffforstøvning og lik tilgang til tilgjengelig luft for hver forstøver.
- Plassering av den øvre stempelringen. Den kontrollerer dødrommet mellom toppen av stempelet og sylinderforingen. Dette døde rommet fanger luft som komprimerer og utvider seg uten engang å delta i forbrenningsprosessen. Derfor er det viktig å forstå at dieselmotorsystemet ikke er begrenset til forbrenningskammeret, injektordysene ogderes nærmiljø. Forbrenning inkluderer enhver del eller komponent som kan påvirke sluttresultatet av prosessen. Derfor bør ingen være i tvil om diesel brenner.
Andre detaljer
Dieselforbrenning er kjent for å være veldig mager med A/F-forhold:
- 25:1 ved maksim alt dreiemoment.
- 30:1 ved nominell hastighet og maksimal kraft.
- Mer enn 150:1 på tomgang for turboladede motorer.
Denne ekstra luften er imidlertid ikke inkludert i forbrenningsprosessen. Den varmes opp ganske mye og er utarmet, som et resultat av at dieseleksosen blir dårlig. Selv om det gjennomsnittlige luft-drivstoffforholdet er dårlig, kan forbrenningskammerområdene være rike på drivstoff og føre til overdreven røykutslipp hvis det ikke tas riktige tiltak under designprosessen.
Forbrenningskammer
Et sentr alt designmål er å sikre tilstrekkelig blanding av drivstoff og luft for å dempe effekten av drivstoffrike områder og la motoren nå sine ytelses- og utslippsmål. Det er funnet at turbulens i bevegelsen av luft inne i forbrenningskammeret er fordelaktig for blandeprosessen og kan brukes for å oppnå dette. Virvelen som skapes av innløpet kan forsterkes og stemplet kan skapeklemmer når det nærmer seg sylinderhodet for å tillate mer turbulens under kompresjonshandlingen på grunn av riktig koppdesign i stempelhodet.
Forbrenningskammerdesign har den største innvirkningen på partikkelutslipp. Det kan også påvirke uforbrente hydrokarboner og CO. Selv om NOx-utslipp avhenger av utformingen av bollen [De Risi 1999], spiller egenskapene til bulkgassen en svært viktig rolle i deres eksosnivåer. På grunn av NOx/PM-avveiningen måtte imidlertid brennerdesign utvikles ettersom grensene for NOx-utslipp ble redusert. Dette er hovedsakelig nødvendig for å unngå økningen i PM-utslipp som ellers ville oppstå.
Optimalisering
En viktig parameter for å optimalisere forbrenningssystemet for diesel i motoren er andelen tilgjengelig luft som er involvert i denne prosessen. K-faktoren (forholdet mellom stempelkoppvolum og klaring) er et omtrentlig mål på andelen luft som er tilgjengelig for forbrenning. Å redusere forskyvningen av motoren fører til en reduksjon i den relative koeffisienten K og til en tendens til å forverre forbrenningsegenskapene. For en gitt forskyvning og ved et konstant kompresjonsforhold kan K-faktoren forbedres ved å velge et lengre slag. Valget av forholdet mellom sylinderboring og motor kan påvirkes av K-faktoren og en rekke andre faktorer som motorpakning, boringer og ventiler og så videre.
Mulige problemer
Et spesielt betydelig problem ved oppsettDet maksimale forholdet mellom sylinder og slag ligger i den svært komplekse innpakningen av sylinderhodet. Dette er nødvendig for å imøtekomme fireventildesignet og common-rail drivstoffinnsprøytingssystemet med injektoren plassert i midten. Sylinderhoder er komplekse på grunn av de mange kanalene, inkludert vannkjøling, sylinderhodets holdebolter, inntaks- og eksosåpninger, injektorer, glødeplugger, ventiler, ventilstammer, utsparinger og seter, og andre kanaler som brukes til resirkulering av eksosgass i enkelte design.
Forbrenningskamre i moderne dieselmotorer med direkte innsprøytning kan omtales som åpne eller sekundære forbrenningskamre.
Åpne kameraer
Hvis det øvre hullet i bollen i stempelet har en mindre diameter enn maksimum av samme bolleparameter, kalles det retur. Slike boller har en "leppe". Hvis ikke, er dette et åpent brennkammer. I dieselmotorer har disse meksikanske hatteskåldesignene vært kjent siden 1920-tallet. De ble brukt frem til 1990 i tunge motorer til det punktet hvor returskålen ble viktigere enn den pleide å være. Denne formen for brennkammer er designet for relativt avanserte injeksjonstider, hvor bollen inneholder det meste av brennende gasser. Den er ikke godt egnet for forsinkede injeksjonsstrategier.
Dieselmotor
Den er oppk alt etter oppfinneren Rudolf Diesel. Det er en forbrenningsmotor der tenning av det injiserte drivstoffet er forårsaket av øktlufttemperatur i sylinderen på grunn av mekanisk kompresjon. Diesel fungerer ved å komprimere kun luft. Dette øker temperaturen på luften inne i sylinderen i en slik grad at det forstøvede drivstoffet som sprøytes inn i forbrenningskammeret antennes spontant.
Dette er forskjellig fra gnisttenningsmotorer som bensin eller LPG (bruker gassformig drivstoff i stedet for bensin). De bruker en tennplugg for å antenne luft-drivstoffblandingen. I dieselmotorer kan glødeplugger (forbrenningskammervarmere) brukes for å hjelpe til med start i kaldt vær og også ved lave kompresjonsforhold. Den originale dieselen opererer på en konstant trykksyklus med gradvis forbrenning og produserer ikke en lydbom.
Generelle egenskaper
Diesel har den høyeste termiske effektiviteten av noen praktiske forbrenningsmotorer på grunn av det svært høye ekspansjonsforholdet og den iboende magre forbrenningen, som lar overflødig luft spre varmen. Et lite effektivitetstap forhindres også uten direkte injeksjon, siden uforbrent drivstoff ikke er tilstede når ventilen lukkes, og drivstoff strømmer ikke direkte fra inntak (injektor) til eksosrøret. Lavhastighets dieselmotorer, slik som de som brukes i skip, kan ha termisk effektivitet på over 50 prosent.
Diesel kan utformes som totakts eller firetakts. De ble opprinnelig brukt someffektiv erstatning for stasjonære dampmaskiner. Siden 1910 har de blitt brukt på ubåter og skip. Bruk i lokomotiver, lastebiler, tungt utstyr og kraftverk fulgte senere. På 30-tallet av forrige århundre fant de en plass i utformingen av flere biler.
Fordeler og ulemper
Siden 1970-tallet har bruken av dieselmotorer i større terreng- og terrengkjøretøy i USA økt. I følge British Society of Motor Manufacturers and Manufacturers er EU-gjennomsnittet for dieselbiler 50 % av det totale salget (blant dem 70 % i Frankrike og 38 % i Storbritannia).
I kaldt vær kan det være vanskelig å starte høyhastighets dieselmotorer ettersom massen til blokken og sylinderhodet absorberer kompresjonsvarmen, og forhindrer tenning på grunn av det høyere overflate-til-volumforholdet. Tidligere brukte disse enhetene små elektriske varmeovner inne i kamre k alt glødeplugger.
Visninger
Mange motorer bruker motstandsvarmer i innsugningsmanifolden for å varme opp innsugningsluften og for å starte eller til driftstemperaturen er nådd. Elektriske resistive motorblokkvarmere koblet til strømnettet brukes i kaldt klima. I slike tilfeller må den være slått på i lang tid (mer enn en time) for å redusere oppstartstid og slitasje.
Blokkvarmere brukes også til nødstrømforsyninger med dieselgeneratorer, som raskt må avlaste strømmen i tilfelle strømbrudd. Tidligere har et bredere utvalg av kaldstartsmetoder blitt brukt. Noen motorer, for eksempel Detroit Diesel, brukte et system for å introdusere små mengder eter i inntaksmanifolden for å starte forbrenningen. Andre har brukt et blandet system med en metanol-brennende motstandsvarmer. En improvisert metode, spesielt på motorer som ikke går, er å manuelt spraye en aerosolboks med essensiell væske inn i inntaksluftstrømmen (vanligvis gjennom inntaksluftfilterenheten).
Forskjeller fra andre motorer
Dieselforholdene er forskjellige fra gnisttenningsmotorer på grunn av forskjellige termodynamiske sykluser. I tillegg styres kraften og hastigheten til rotasjonen direkte av tilførselen av drivstoff, og ikke luft, som i en syklisk motor. Forbrenningstemperaturen til diesel og bensin kan også variere.
Den gjennomsnittlige dieselmotoren har et lavere effekt-til-vekt-forhold enn en bensinmotor. Dette er fordi dieselen må gå med lavere turtall på grunn av det strukturelle behovet for tyngre og sterkere deler for å tåle driftstrykket. Det er alltid forårsaket av et høyt kompresjonsforhold på motoren, noe som øker kreftene på delen på grunn av treghetskrefter. Noen dieselmotorer er for kommersiell bruk. Dette har blitt bekreftet gjentatte ganger i praksis.
Dieselmotorer vanligvishar et langt slag. I utgangspunktet er dette nødvendig for å lette oppnåelsen av de nødvendige kompresjonsforholdene. Som et resultat blir stempelet tyngre. Det samme kan sies om stengene. Mer kraft må overføres gjennom dem og veivakselen for å endre impulsen til stempelet. Dette er enda en grunn til at en dieselmotor må være sterkere for samme effekt som en bensinmotor.