Arde motorina? Arde, și destul de puternic. Reziduul său care nu a participat la combustia preamestecată este consumat în faza de ardere cu viteză variabilă.
Arderea în motoarele diesel este foarte dificilă. Până în anii 1990, mecanismele sale detaliate nu erau bine înțelese. Temperatura de ardere a motorinei în camera de ardere a variat, de asemenea, de la caz la caz. Timp de zeci de ani, complexitatea acestui proces a părut să sfideze încercările cercetătorilor de a dezvălui numeroasele sale secrete, în ciuda disponibilității instrumentelor moderne, cum ar fi fotografia de mare viteză folosită în motoarele „transparente”, puterea de procesare a computerelor moderne și multe modele matematice. conceput pentru a simula arderea în motorină Aplicarea imaginilor laser cu foi la procesul tradițional de ardere cu motorină în anii 1990 a fost cheia pentru a îmbunătăți considerabil înțelegerea acestui proces.
Acest articol va acopericel mai stabilit model de proces pentru un motor diesel clasic. Această ardere convențională a motorinei este controlată în primul rând prin amestecare, care poate apărea din cauza difuziei combustibilului și aerului înainte de aprindere.
Temperatura de ardere
La ce temperatură arde motorina? Dacă mai devreme această întrebare părea dificilă, acum i se poate da un răspuns complet lipsit de ambiguitate. Temperatura de ardere a motorinei este de aproximativ 500-600 de grade Celsius. Temperatura trebuie să fie suficient de ridicată pentru a aprinde amestecul de combustibil și aer. În țările reci, unde predomină temperaturile ambientale scăzute, motoarele aveau o bujie incandescentă care încălzește orificiul de admisie pentru a ajuta motorul să pornească. Acesta este motivul pentru care ar trebui să așteptați întotdeauna până când pictograma încălzitorului de pe tabloul de bord se stinge înainte de a porni motorul. De asemenea, afectează temperatura de ardere a motorinei. Să luăm în considerare ce alte nuanțe există în lucrarea lui.
Funcții
Principala condiție prealabilă pentru arderea motorinei într-un arzător controlat extern este modul său unic de a elibera energia chimică stocată în acesta. Pentru a realiza acest proces, oxigenul trebuie să fie disponibil pentru a facilita arderea. Unul dintre cele mai importante aspecte ale acestui proces este amestecarea combustibilului și a aerului, adesea denumită preamestec.
catalizator de ardere diesel
La motoarele diesel, combustibilul este adesea injectat în cilindrul motorului la sfârșitul cursei de compresie, la doar câteva grade de unghiul arborelui cotit înainte de punctul mort superior. Combustibilul lichid este de obicei injectat la viteză mare în unul sau mai multe jeturi prin mici orificii sau duze din vârful injectorului, atomizat în picături fine și intră în camera de ardere. Combustibilul atomizat absoarbe căldura din aerul comprimat încălzit din jur, se evaporă și se amestecă cu aerul de în altă presiune din jur, la temperatură în altă. Pe măsură ce pistonul continuă să se apropie de punctul mort superior (TDC), temperatura amestecului (în mare parte a aerului) atinge temperatura de aprindere. Temperatura de ardere a motorinei Webasto nu este diferită de cea a altor grade diesel, ajungând la aproximativ 500-600 de grade.
Aprinderea rapidă a combustibilului și a aerului preamestecată are loc după o perioadă de întârziere a aprinderii. Această aprindere rapidă este considerată începutul arderii și se caracterizează printr-o creștere bruscă a presiunii cilindrului pe măsură ce amestecul aer-combustibil este consumat. Presiunea crescută rezultată din arderea preamestecată comprimă și încălzește porțiunea nearsă a încărcăturii și scurtează întârzierea înainte ca aceasta să se aprindă. De asemenea, crește viteza de evaporare a combustibilului rămas. Pulverizarea, evaporarea, amestecarea acestuia cu aer continuă până când totul este ars. Temperatura de ardere a kerosenului și a motorinei poate fi similară în acest sens.
Caracteristic
În primul rând, să ne ocupăm de notația: atunci A este aer (oxigen), F este combustibil. Arderea diesel este caracterizată printr-un raport global scăzut A/F. Cea mai scăzută medie A/F este adesea observată în condiții de cuplu de vârf. Pentru a evita generarea excesivă de fum, cuplul maxim A/F este menținut în mod obișnuit peste 25:1, cu mult peste raportul de echivalență stoichiometric (corect chimic) de aproximativ 14,4:1. Acest lucru se aplică și tuturor activatoarelor de ardere diesel.
La motoarele diesel cu turbocompresor, raportul A/F la ralanti poate depăși 160:1. În consecință, excesul de aer prezent în cilindru după arderea combustibilului continuă să se amestece cu gazele arse și deja evacuate. Când supapa de evacuare este deschisă, excesul de aer este evacuat împreună cu produsele de ardere, ceea ce explică natura oxidativă a gazelor de evacuare a motorinelor.
Când arde motorina? Acest proces are loc după ce combustibilul vaporizat se amestecă cu aerul pentru a forma un amestec bogat local. Tot în această etapă se atinge temperatura de ardere adecvată a motorinei. Cu toate acestea, raportul general A/F este mic. Cu alte cuvinte, se poate spune că cea mai mare parte a aerului care intră în cilindrul unui motor diesel este comprimat și încălzit, dar nu participă niciodată la procesul de ardere. Oxigenul din excesul de aer ajută la oxidarea hidrocarburilor gazoase și a monoxidului de carbon, reducându-le la concentrații extrem de scăzute în gazele de eșapament. Acest proces este mult mai important decât temperatura de ardere a motorinei.
factori
Următorii factori joacă un rol major în procesul de ardere a motorinei:
- Încărcătura indusă a aerului, temperatura și energia sa cinetică în mai multe dimensiuni.
- Atomizarea combustibilului injectat, penetrarea stropilor, temperatura și caracteristicile chimice.
Deși acești doi factori sunt cei mai importanți, există alți parametri care pot afecta semnificativ performanța motorului. Ele joacă un rol secundar, dar important în procesul de ardere. De exemplu:
- Designul admisiei. Are o influență puternică asupra mișcării aerului de încărcare (mai ales în momentul în care acesta intră în cilindru) și asupra vitezei de amestecare în camera de ardere. Acest lucru poate modifica temperatura de ardere a motorinei în cazan.
- Designul orificiului de admisie poate afecta, de asemenea, temperatura aerului de alimentare. Acest lucru poate fi realizat prin transferul de căldură din mantaua de apă prin suprafața orificiului de admisie.
- Dimensiunea supapei de admisie. Controlează masa totală de aer admisă în cilindru într-un timp finit.
- Raport de compresie. Afectează evaporarea, viteza de amestecare și calitatea arderii, indiferent de temperatura de ardere a motorinei din cazan.
- Presiune de injecție. Acesta controlează durata injecției pentru un anumit parametru de deschidere a duzei.
- Geometria de atomizare, care afectează direct calitatea și temperatura de ardere a motorinei și a benzinei pt.cont de utilizare a aerului. De exemplu, un unghi de pulverizare mai mare poate plasa combustibilul deasupra pistonului și în afara rezervorului de ardere în motoarele diesel DI cu cameră deschisă. Această condiție poate duce la „fumat” excesiv, deoarece combustibilului i se interzice accesul la aer. Unghiurile largi ale conurilor pot cauza, de asemenea, stropirea combustibilului pe pereții cilindrului, mai degrabă decât în interiorul camerei de ardere, acolo unde este necesar. Pulverizat pe peretele cilindrului, acesta se va deplasa în cele din urmă în baia de ulei, scurtând durata de viață a uleiului de lubrifiere. Deoarece unghiul de pulverizare este una dintre variabilele care afectează viteza de amestecare a aerului în jetul de combustibil din apropierea ieșirii injectorului, acesta poate avea un efect semnificativ asupra procesului general de ardere.
- Configurație de supapă care controlează poziția injectorului. Sistemele cu două supape creează o poziție înclinată a injectorului, ceea ce înseamnă o pulverizare neuniformă. Acest lucru duce la o încălcare a amestecului de combustibil și aer. Pe de altă parte, modelele cu patru supape permit montarea verticală a injectorului, atomizarea simetrică a combustibilului și accesul egal la aerul disponibil pentru fiecare atomizor.
- Poziția inelului superior al pistonului. Acesta controlează spațiul mort dintre partea superioară a pistonului și căptușeala cilindrului. Acest spațiu mort captează aerul care se comprimă și se extinde fără a participa măcar la procesul de ardere. Prin urmare, este important să înțelegeți că sistemul motorului diesel nu se limitează la camera de ardere, duzele injectoarelor șimediul lor imediat. Arderea include orice parte sau componentă care poate afecta rezultatul final al procesului. Prin urmare, nimeni nu ar trebui să aibă îndoieli dacă motorina arde.
Alte detalii
Arderea cu motorină este cunoscută a fi foarte slabă cu raportul A/F:
- 25:1 la cuplul maxim.
- 30:1 la viteza nominală și puterea maximă.
- Mai mult de 150:1 la ralanti pentru motoarele cu turbo.
Totuși, acest aer suplimentar nu este inclus în procesul de ardere. Se încălzește destul de mult și se epuizează, drept urmare evacuarea dieselului devine săracă. Chiar dacă raportul mediu aer-combustibil este slab, dacă nu sunt luate măsurile adecvate în timpul procesului de proiectare, zonele camerei de ardere pot fi bogate în combustibil și pot duce la emisii excesive de fum.
Cameră de ardere
Un obiectiv cheie de proiectare este de a asigura un amestec suficient de combustibil și aer pentru a atenua efectele zonelor bogate în combustibil și pentru a permite motorului să-și atingă obiectivele de performanță și emisii. S-a descoperit că turbulența în mișcarea aerului în camera de ardere este benefică pentru procesul de amestecare și poate fi utilizată pentru a realiza acest lucru. Vortexul creat de admisie poate fi amplificat și pistonul poate creastrângerea pe măsură ce se apropie de chiulasă pentru a permite mai multă turbulență în timpul actului de compresie, datorită designului corect al cupei în capul pistonului.
Designul camerei de ardere are cel mai semnificativ impact asupra emisiilor de particule. De asemenea, poate afecta hidrocarburile nearse și CO. Deși emisiile de NOx depind de designul vasului [De Risi 1999], proprietățile gazului în vrac joacă un rol foarte important în nivelurile lor de gaze de eșapament. Cu toate acestea, din cauza compromisului NOx/PM, proiectele de combustie au trebuit să evolueze pe măsură ce limitele de emisie de NOx au scăzut. Acest lucru este necesar în principal pentru a evita creșterea emisiilor de PM care altfel ar avea loc.
Optimizare
Un parametru important pentru optimizarea sistemului de ardere a motorinei din motor este proporția de aer disponibil implicată în acest proces. Factorul K (raportul dintre volumul cupei pistonului și jocul) este o măsură aproximativă a proporției de aer disponibil pentru ardere. Reducerea deplasării motorului duce la o scădere a coeficientului relativ K și la o tendință de înrăutățire a caracteristicilor de ardere. Pentru o deplasare dată și la un raport de compresie constant, factorul K poate fi îmbunătățit prin alegerea unei curse mai lungi. Selectarea raportului dintre alezajul cilindrului și motorul poate fi afectată de factorul K și de o serie de alți factori, cum ar fi ambalajul motorului, alezajele și supapele și așa mai departe.
Dificultăți posibile
O problemă deosebit de importantă la configurareRaportul maxim dintre cilindru și cursă se află în ambalajul foarte complex al chiulasei. Acest lucru este necesar pentru a găzdui designul cu patru supape și sistemul de injecție de combustibil common-rail cu injectorul situat în centru. Chiulasele sunt complexe din cauza numeroaselor canale, inclusiv răcirea cu apă, șuruburile de reținere a chiulasei, porturile de admisie și evacuare, injectoare, bujii incandescente, supape, tije de supape, adâncituri și scaune și alte canale utilizate pentru recircularea gazelor de eșapament în unele modele.
Camerele de ardere din motoarele diesel moderne cu injecție directă pot fi denumite camere de ardere deschise sau secundare.
Deschideți camere
Dacă orificiul superior al bolului din piston are un diametru mai mic decât maximul aceluiași parametru al bolului, atunci se numește returnabil. Astfel de boluri au o „buză”. Dacă nu, atunci aceasta este o cameră de ardere deschisă. În motoarele diesel, aceste modele de castron de pălărie mexicană sunt cunoscute încă din anii 1920. Au fost folosite până în 1990 la motoarele grele până în punctul în care bolul de retur a devenit mai important decât înainte. Această formă de cameră de ardere este proiectată pentru timpi de injecție relativ avansați, în care vasul conține majoritatea gazelor de ardere. Nu este potrivit pentru strategiile de injectare întârziată.
Motor diesel
Este numit după inventatorul Rudolf Diesel. Este un motor cu ardere internă în care aprinderea combustibilului injectat este cauzată de creștereatemperatura aerului din cilindru datorita compresiei mecanice. Diesel funcționează prin comprimarea doar a aerului. Aceasta crește temperatura aerului din interiorul cilindrului într-o asemenea măsură încât combustibilul atomizat injectat în camera de ardere se aprinde spontan.
Acest lucru este diferit de motoarele cu aprindere prin scânteie, cum ar fi benzina sau GPL (folosind combustibil gazos mai degrabă decât benzină). Ei folosesc o bujie pentru a aprinde amestecul aer-combustibil. La motoarele diesel, bujiile incandescente (încălzitoare ale camerei de ardere) pot fi folosite pentru a ajuta la pornirea pe vreme rece și, de asemenea, la rapoarte de compresie scăzute. Motorina originală funcționează pe un ciclu de presiune constantă de ardere treptată și nu produce un boom sonic.
Caracteristici generale
Dieselul are cea mai mare eficiență termică dintre orice motor practic cu ardere internă și externă datorită raportului său de expansiune foarte mare și arderii slabe inerente, permițând aerului în exces să disipeze căldura. O mică pierdere de eficiență este, de asemenea, prevenită fără injecție directă, deoarece combustibilul nears nu este prezent atunci când supapa se închide și combustibilul nu curge direct de la dispozitivul de admisie (injector) către țeava de evacuare. Motoarele diesel cu turație mică, cum ar fi cele utilizate pe nave, pot avea eficiențe termice de peste 50 la sută.
Motorelele pot fi proiectate ca în doi timpi sau în patru timpi. Au fost folosite inițial caînlocuire eficientă pentru motoarele cu abur staționare. Din 1910 au fost folosite pe submarine și nave. Mai târziu a urmat utilizarea în locomotive, camioane, echipamente grele și centrale electrice. În anii treizeci ai secolului trecut, au găsit un loc în proiectarea mai multor mașini.
Avantaje și dezavantaje
Începând cu anii 1970, utilizarea motoarelor diesel în vehiculele de teren și off-road mai mari în SUA a crescut. Potrivit British Society of Motor Manufacturers and Manufacturers, media UE pentru vehiculele diesel este de 50% din vânzările totale (printre acestea 70% în Franța și 38% în Marea Britanie).
Pe vreme rece, pornirea motoarelor diesel de mare viteză poate fi dificilă, deoarece masa blocului și a chiulasei absoarbe căldura de compresie, prevenind aprinderea datorită raportului suprafață-volum mai mare. Anterior, aceste unități foloseau încălzitoare electrice mici în interiorul camerelor numite bujii incandescente.
Vizualizări
Multe motoare folosesc încălzitoare cu rezistență în galeria de admisie pentru a încălzi aerul de admisie și pentru a porni sau până când temperatura de funcționare este atinsă. Încălzitoarele electrice rezistive ale blocului motor conectate la rețea sunt utilizate în climatele reci. În astfel de cazuri, trebuie să fie pornit pentru o perioadă lungă de timp (mai mult de o oră) pentru a reduce timpul de pornire și uzura.
Bloc de încălzire sunt folosite și pentru sursele de alimentare de urgență cu generatoare diesel, care trebuie să descarce rapid energia în cazul unei pene de curent. În trecut, a fost folosită o varietate mai largă de metode de pornire la rece. Unele motoare, cum ar fi Detroit Diesel, foloseau un sistem pentru a introduce cantități mici de eter în galeria de admisie pentru a porni arderea. Alții au folosit un sistem mixt cu un încălzitor cu rezistență la arderea metanolului. O metodă improvizată, în special la motoarele care nu funcționează, este pulverizarea manuală a unui aerosoli cu lichid esențial în fluxul de aer de admisie (de obicei prin ansamblul filtrului de aer de admisie).
Diferențe față de alte motoare
Condițiile diesel sunt diferite de cele ale motorului cu aprindere prin scânteie datorită ciclului termodinamic diferit. În plus, puterea și viteza de rotație a acestuia sunt controlate direct de alimentarea cu combustibil și nu de aer, ca într-un motor ciclic. Temperatura de ardere a motorinei și a benzinei poate fi, de asemenea, diferită.
Motorul diesel mediu are un raport putere/greutate mai mic decât un motor pe benzină. Acest lucru se datorează faptului că motorina trebuie să funcționeze la o turație mai mică din cauza necesității structurale de piese mai grele și mai puternice pentru a rezista la presiunea de funcționare. Este întotdeauna cauzată de un raport de compresie ridicat al motorului, care crește forțele asupra piesei din cauza forțelor de inerție. Unele motoare diesel sunt pentru uz comercial. Acest lucru a fost confirmat în mod repetat în practică.
Motoare diesel de obiceiau o lovitură lungă. Practic, acest lucru este necesar pentru a facilita atingerea rapoartelor de compresie necesare. Ca urmare, pistonul devine mai greu. Același lucru se poate spune despre tije. Mai multă forță trebuie transmisă prin ele și prin arborele cotit pentru a schimba impulsul pistonului. Acesta este un alt motiv pentru care un motor diesel trebuie să fie mai puternic pentru aceeași putere de ieșire ca un motor pe benzină.
