Ali dizelsko gorivo gori? Peče, in to precej močno. Njegov ostanek, ki ni sodeloval pri vnaprej mešanem zgorevanju, se porabi v fazi zgorevanja s spremenljivo hitrostjo.
Izgorevanje v dizelskih motorjih je zelo težko. Do devetdesetih let prejšnjega stoletja njeni podrobni mehanizmi niso bili dobro razumljeni. Tudi temperatura zgorevanja dizelskega goriva v zgorevalni komori se je od primera do primera razlikovala. Zdelo se je, da že desetletja zapletenost tega procesa kljubuje poskusom raziskovalcev, da bi razkrili njegove številne skrivnosti, kljub razpoložljivosti sodobnih orodij, kot so hitra fotografija, ki se uporablja v "prosojnih" motorjih, procesorska moč sodobnih računalnikov in številni matematični modeli. zasnovan za simulacijo zgorevanja pri dizelskem motorju Uporaba plastičnega laserskega slikanja v tradicionalnem procesu zgorevanja dizelskega goriva v 90. letih prejšnjega stoletja je bila ključna za močno izboljšanje razumevanja tega procesa.
Ta članek bo obravnavalnajbolj uveljavljen procesni model za klasični dizelski motor. To konvencionalno zgorevanje dizelskega goriva je predvsem nadzorovano z mešanjem, ki se lahko pojavi zaradi difuzije goriva in zraka pred vžigom.
temperatura zgorevanja
Pri kakšni temperaturi gori dizelsko gorivo? Če se je prej to vprašanje zdelo težko, je zdaj mogoče dati popolnoma nedvoumen odgovor. Temperatura zgorevanja dizelskega goriva je približno 500-600 stopinj Celzija. Temperatura mora biti dovolj visoka, da vžge mešanico goriva in zraka. V mrzlih državah, kjer prevladujejo nizke temperature okolice, so motorji imeli žarilno svečko, ki segreje sesalno odprtino in tako pomaga zagnati motor. Zato morate vedno počakati, da ikona grelnika na armaturni plošči ugasne, preden zaženete motor. Prav tako vpliva na temperaturo zgorevanja dizelskega goriva. Poglejmo, katere druge nianse so v njegovem delu.
Funkcije
Glavni predpogoj za kurjenje dizelskega goriva v zunanje krmiljenem gorilniku je njegov edinstven način sproščanja kemične energije, shranjene v njem. Za izvedbo tega postopka mora biti na voljo kisik, da se olajša zgorevanje. Eden najpomembnejših vidikov tega procesa je mešanje goriva in zraka, ki se pogosto imenuje predmešanje.
katalizator dizelskega zgorevanja
Pri dizelskih motorjih se gorivo pogosto vbrizga v cilinder motorja na koncu kompresijskega takta, le nekaj stopinj kota ročične gredi pred zgornjo mrtvo točko. Tekoče gorivo se običajno vbrizga z veliko hitrostjo v enem ali več curkih skozi majhne luknje ali šobe v konici injektorja, razpršeno v drobne kapljice in vstopi v zgorevalno komoro. Razpršeno gorivo absorbira toploto iz okoliškega segretega stisnjenega zraka, izhlapi in se meša z okoliškim visokotemperaturnim visokotlačnim zrakom. Ko se bat še naprej premika bližje zgornji mrtvi točki (TDC), temperatura mešanice (večinoma zraka) doseže svojo temperaturo vžiga. Temperatura zgorevanja dizelskega goriva Webasto se ne razlikuje od temperature drugih vrst dizelskega goriva in doseže približno 500-600 stopinj.
Po določenem obdobju zakasnitve vžiga pride do hitrega vžiga nekaj vnaprej mešanega goriva in zraka. Ta hiter vžig se šteje za začetek zgorevanja in je značilen zaradi močnega povečanja tlaka v cilindru, ko se poraba mešanice zraka in goriva. Povečan tlak, ki je posledica vnaprej mešanega zgorevanja, stisne in segreje neizgoreli del naboja ter skrajša zakasnitev pred vžigom. Prav tako poveča hitrost izhlapevanja preostalega goriva. Njegovo škropljenje, izhlapevanje, mešanje z zrakom se nadaljuje, dokler vse ne zgori. Temperatura zgorevanja kerozina in dizelskega goriva je v tem pogledu lahko podobna.
značilnost
Najprej se ukvarjamo z zapisom: potem je A zrak (kisik), F gorivo. Za dizelsko zgorevanje je značilno nizko skupno razmerje A/F. Najnižje povprečno A/F je pogosto opaženo v pogojih največjega navora. Da bi se izognili čezmernemu nastajanju dima, se najvišji navor A/F običajno vzdržuje nad 25:1, kar je precej nad stehiometričnim (kemično pravilnim) razmerjem ekvivalence približno 14,4:1. To velja tudi za vse aktivatorje dizelskega zgorevanja.
Pri dizelskih motorjih s turbopolnilnikom lahko razmerje A/F v prostem teku preseže 160:1. Posledično se presežek zraka, ki je prisoten v jeklenki po zgorevanju goriva, še naprej meša z gorečimi in že izpuščenimi plini. Ko se izpušni ventil odpre, se odvečni zrak izpusti skupaj s produkti zgorevanja, kar pojasnjuje oksidativno naravo dizelskih izpušnih plinov.
Kdaj gori dizelsko gorivo? Ta proces se zgodi, ko se uparjeno gorivo pomeša z zrakom, da nastane lokalno bogata zmes. Tudi na tej stopnji je dosežena ustrezna temperatura zgorevanja dizelskega goriva. Vendar pa je skupno razmerje A/F majhno. Z drugimi besedami, lahko rečemo, da se večina zraka, ki vstopa v valj dizelskega motorja, stisne in segreje, vendar nikoli ne sodeluje v procesu zgorevanja. Kisik v odvečnem zraku pomaga oksidirati plinaste ogljikovodike in ogljikov monoksid ter jih zmanjšati na izjemno nizke koncentracije v izpušnih plinih. Ta proces je veliko pomembnejši od temperature zgorevanja dizelskega goriva.
Dejavniki
Naslednji dejavniki igrajo pomembno vlogo v procesu zgorevanja dizelskega goriva:
- Inducirani naboj zraka, njegova temperatura in njegova kinetična energija v več dimenzijah.
- Razprševanje vbrizganega goriva, prodor brizganja, temperatura in kemične lastnosti.
Čeprav sta ta dva dejavnika najpomembnejša, obstajajo še drugi parametri, ki lahko pomembno vplivajo na zmogljivost motorja. Imajo sekundarno, a pomembno vlogo v procesu zgorevanja. Na primer:
- Zasnova dovoda. Močno vpliva na gibanje polnilnega zraka (predvsem v trenutku, ko vstopi v valj) in na hitrost mešanja v zgorevalni komori. To lahko spremeni temperaturo zgorevanja dizelskega goriva v kotlu.
- Zasnova sesalne odprtine lahko vpliva tudi na temperaturo polnilnega zraka. To je mogoče doseči s prenosom toplote iz vodnega plašča skozi površino dovoda.
- Velikost sesalnih ventilov. Nadzira skupno maso zraka, ki se dovaja v jeklenko v končnem času.
- Kompresijsko razmerje. Vpliva na izhlapevanje, hitrost mešanja in kakovost zgorevanja, ne glede na temperaturo zgorevanja dizelskega goriva v kotlu.
- Tlak vbrizgavanja. Nadzira trajanje vbrizgavanja za dani parameter odpiranja šobe.
- Geometrija atomizacije, ki neposredno vpliva na kakovost in temperaturo zgorevanja dizelskega goriva in bencina zaračun uporabe zraka. Na primer, večji kot razpršilnega stožca lahko nanese gorivo na vrh bata in zunaj rezervoarja za zgorevanje v dizelskih motorjih z odprto komoro DI. To stanje lahko povzroči prekomerno "kajenje", saj je gorivu onemogočen dostop do zraka. Široki koti stožca lahko povzročijo tudi škropljenje goriva po stenah cilindra in ne znotraj zgorevalne komore, kjer je to potrebno. Razpršeno na steno cilindra se bo sčasoma premaknilo navzdol v oljno posodo in skrajšalo življenjsko dobo mazalnega olja. Ker je kot brizganja ena od spremenljivk, ki vpliva na hitrost mešanja zraka v curku goriva v bližini izhoda injektorja, lahko pomembno vpliva na celoten proces zgorevanja.
- Konfiguracija ventila, ki nadzoruje položaj injektorja. Dvoventilski sistemi ustvarjajo nagnjen položaj injektorja, kar pomeni neenakomerno škropljenje. To vodi do kršitve mešanja goriva in zraka. Po drugi strani pa štiriventilske zasnove omogočajo navpično montažo injektorja, simetrično atomizacijo goriva in enak dostop do razpoložljivega zraka za vsak atomizer.
- Položaj zgornjega batnega obroča. Nadzoruje mrtvi prostor med zgornjim delom bata in cilindrično oblogo. Ta mrtvi prostor ujame zrak, ki se stisne in širi, ne da bi sploh sodeloval v procesu zgorevanja. Zato je pomembno razumeti, da sistem dizelskega motorja ni omejen na zgorevalno komoro, injektorske šobe innjihovo neposredno okolje. Izgorevanje vključuje kateri koli del ali komponento, ki lahko vpliva na končni rezultat procesa. Zato nihče ne bi smel dvomiti, ali dizelsko gorivo gori.
Druge podrobnosti
Zgorevanje pri dizelskem motorju je znano, da je zelo vitko z razmerjem A/F:
- 25:1 pri največjem navoru.
- 30:1 pri nazivni hitrosti in največji moči.
- Več kot 150:1 v prostem teku za motorje s turbopolnilnikom.
Vendar ta dodatni zrak ni vključen v proces zgorevanja. Precej se segreje in se izčrpa, zaradi česar postane izpuh dizelskega motorja slab. Čeprav je povprečno razmerje zrak-gorivo slabo, so lahko območja zgorevalne komore bogata z gorivom in povzročijo prekomerne emisije dima, če se med postopkom načrtovanja ne sprejmejo ustrezni ukrepi.
Zgorevalna komora
Ključni cilj oblikovanja je zagotoviti zadostno mešanje goriva in zraka, da bi ublažili učinke območij, bogatih z gorivom, in omogočili motorju, da doseže svoje cilje glede zmogljivosti in emisij. Ugotovljeno je bilo, da je turbulenca pri gibanju zraka v zgorevalni komori ugodna za proces mešanja in se lahko uporabi za dosego tega. Vrtinec, ki ga ustvari dovod, se lahko poveča in bat lahko ustvaristiskanje, ko se približuje glavi valja, da omogoči več turbulence med kompresijskim dejanjem zaradi pravilne zasnove skodelice v glavi bata.
Zasnova zgorevalne komore ima najpomembnejši vpliv na emisije delcev. Lahko vpliva tudi na neizgorele ogljikovodike in CO. Čeprav so emisije NOx odvisne od zasnove posode [De Risi 1999], imajo lastnosti plina v razsutem stanju zelo pomembno vlogo pri njihovih nivojih izpušnih plinov. Vendar pa so se zaradi kompromisa NOx/PM morale zasnove gorilnika razvijati, saj so se mejne vrednosti emisij NOx zmanjšale. To je v glavnem potrebno, da bi se izognili povečanju emisij delcev, do katerih bi sicer prišlo.
Optimizacija
Pomemben parameter za optimizacijo sistema zgorevanja dizelskega goriva v motorju je delež razpoložljivega zraka, vključenega v ta proces. Faktor K (razmerje med prostornino posode bata in zračnostjo) je približno merilo deleža zraka, ki je na voljo za zgorevanje. Zmanjšanje prostornine motorja vodi do zmanjšanja relativnega koeficienta K in do nagnjenosti k poslabšanju značilnosti zgorevanja. Za dani premik in pri konstantnem kompresijskem razmerju lahko faktor K izboljšamo z izbiro daljšega giba. Na izbiro razmerja med izvrtino cilindra in motorjem lahko vpliva faktor K in številni drugi dejavniki, kot so embalaža motorja, izvrtine in ventili itd.
Možne težave
Pomembna težava pri nastavitviNajvečje razmerje med gibom cilindra in gibom je v zelo zapleteni embalaži glave valja. To je potrebno za prilagoditev zasnovi štirih ventilov in sistema za vbrizgavanje goriva po skupnem vodu z injektorjem, ki se nahaja v sredini. Glave cilindra so zapletene zaradi številnih kanalov, vključno z vodnim hlajenjem, pritrdilnimi vijaki glave cilindra, sesalnimi in izpušnimi odprtinami, injektorji, žarilnimi svečkami, ventili, stebli ventilov, vdolbinami in sedeži ter drugimi kanali, ki se v nekaterih izvedbah uporabljajo za recirkulacijo izpušnih plinov.
Zgorevalne komore v sodobnih dizelskih motorjih z neposrednim vbrizgavanjem se lahko imenujejo odprte ali sekundarne zgorevalne komore.
Odpri kamere
Če ima zgornja luknja posode v batu manjši premer od največjega premera istega parametra posode, se imenuje povratna. Takšne sklede imajo "ustnico". Če ne, potem je to odprta zgorevalna komora. Pri dizelskih motorjih so ti mehiški modeli klobukov znani že od dvajsetih let prejšnjega stoletja. Do leta 1990 so jih uporabljali v težkih motorjih do točke, ko je povratna posoda postala pomembnejša kot nekoč. Ta oblika zgorevalne komore je zasnovana za sorazmerno dolge čase vbrizgavanja, kjer posoda vsebuje večino gorilnih plinov. Ni zelo primeren za strategije zakasnjenega injiciranja.
Dizelski motor
Imenuje se po izumitelju Rudolfu Dieselu. Gre za motor z notranjim zgorevanjem, pri katerem je vžig vbrizganega goriva posledica povečanegatemperatura zraka v jeklenki zaradi mehanske kompresije. Dizel deluje tako, da stiska samo zrak. To dvigne temperaturo zraka v cilindru do te mere, da se atomizirano gorivo, vbrizgano v zgorevalno komoro, spontano vžge.
To se razlikuje od motorjev na vžig s svečko, kot sta bencin ali LPG (uporabljajo plinasto gorivo in ne bencin). Za vžig mešanice zraka in goriva uporabljajo svečko. V dizelskih motorjih se lahko žarilne svečke (grelniki zgorevalne komore) uporabljajo za pomoč pri zagonu v hladnem vremenu in tudi pri nizkih kompresijskih razmerjih. Originalni dizel deluje na konstantnem tlačnem ciklu postopnega zgorevanja in ne povzroča zvočnega buma.
Splošne značilnosti
Dizel ima najvišjo toplotno učinkovitost od katerega koli praktičnega motorja z notranjim in zunanjim zgorevanjem zaradi zelo visokega razteznega razmerja in inherentnega pustega zgorevanja, ki omogoča odvečnemu zraku odvajanje toplote. Majhna izguba učinkovitosti se prepreči tudi brez neposrednega vbrizgavanja, saj pri zapiranju ventila ni zgorelega goriva, gorivo pa ne teče neposredno iz sesalne (injektorske) naprave v izpušno cev. Dizelski motorji z nizko hitrostjo, kot so tisti, ki se uporabljajo na ladjah, imajo lahko toplotno učinkovitost, ki presega 50 odstotkov.
Dizli so lahko zasnovani kot dvotaktni ali štiritaktni. Prvotno so bili uporabljeni kotučinkovita zamenjava za stacionarne parne stroje. Od leta 1910 se uporabljajo na podmornicah in ladjah. Kasneje je sledila uporaba v lokomotivah, tovornjakih, težki opremi in elektrarnah. V tridesetih letih prejšnjega stoletja so našli mesto v oblikovanju več avtomobilov.
Prednosti in slabosti
Od sedemdesetih let prejšnjega stoletja se je uporaba dizelskih motorjev v večjih cestnih in terenskih vozilih v ZDA povečala. Po podatkih British Society of Motor Manufacturers and Manufacturers je povprečje EU za dizelska vozila 50 % celotne prodaje (med njimi 70 % v Franciji in 38 % v Združenem kraljestvu).
V hladnem vremenu je lahko zagon visokohitrostne dizelske motorje težaven, saj masa bloka in glave valja absorbira toploto kompresije, kar preprečuje vžig zaradi večjega razmerja med površino in prostornino. Prej so te enote uporabljale majhne električne grelnike v komorah, imenovane žarilne svečke.
Ogledi
Številni motorji uporabljajo uporovne grelnike v sesalnem razdelilniku za segrevanje sesalnega zraka in za zagon oziroma dokler ni dosežena delovna temperatura. Električni uporovni grelniki blokov motorja, priključeni na električno omrežje, se uporabljajo v hladnih podnebjih. V takih primerih ga je treba vklopiti dlje časa (več kot eno uro), da se skrajša čas zagona in obraba.
Blok grelniki se uporabljajo tudi za zasilno napajanje z dizelskimi generatorji, ki morajo v primeru izpada električne energije hitro razbremeniti električno energijo. V preteklosti se je uporabljalo več načinov hladnega zagona. Nekateri motorji, kot je Detroit Diesel, so uporabljali sistem za dovajanje majhnih količin etra v sesalni kolektor za začetek zgorevanja. Drugi so uporabili mešani sistem z odpornim grelnikom na metanol. Improvizirana metoda, zlasti pri motorjih, ki ne delujejo, je ročno razpršiti aerosolno posodo bistvene tekočine v tok sesalnega zraka (običajno skozi sklop filtra za sesalni zrak).
Razlike od drugih motorjev
Pogoji pri dizelskem motorju se razlikujejo od motorja z vžigom s svečko zaradi drugačnega termodinamičnega cikla. Poleg tega je moč in hitrost njegovega vrtenja neposredno nadzorovana z dovodom goriva in ne zraka, kot pri cikličnem motorju. Temperatura zgorevanja dizelskega goriva in bencina se lahko tudi razlikuje.
Povprečen dizelski motor ima nižje razmerje med močjo in maso kot bencinski motor. To je zato, ker mora dizel delovati pri nižjih vrtljajih zaradi strukturne potrebe po težjih in močnejših delih, da prenesejo delovni tlak. Vedno je posledica visokega kompresijskega razmerja motorja, ki povečuje sile na delu zaradi vztrajnostnih sil. Nekateri dizelski motorji so za komercialno uporabo. To se je v praksi večkrat potrdilo.
Dizelski motorji običajnoimajo dolgo možgansko kap. V bistvu je to potrebno za lažje doseganje zahtevanih kompresijskih razmerij. Posledično postane bat težji. Enako lahko rečemo o palicah. Skozi njih in ročično gred je treba prenesti več sile, da se spremeni zagon bata. To je še en razlog, zakaj mora biti dizelski motor močnejši za enako izhodno moč kot bencinski motor.
