Verbrand diesel? Dit brand, en nogal sterk. Sy oorskot wat nie aan voorafgemengde verbranding deelgeneem het nie, word in die veranderlike tempo verbrandingsfase verbruik.
Verbranding in dieselenjins is baie moeilik. Tot in die 1990's was die gedetailleerde meganismes daarvan nie goed verstaan nie. Die verbrandingstemperatuur van dieselbrandstof in die verbrandingskamer het ook van geval tot geval gewissel. Vir dekades lank het die kompleksiteit van hierdie proses gelyk of dit navorsers se pogings om sy baie geheime te ontrafel trotseer, ten spyte van die beskikbaarheid van moderne gereedskap soos hoëspoedfotografie wat in "deursigtige" enjins gebruik word, die verwerkingskrag van moderne rekenaars en baie wiskundige modelle ontwerp om verbranding in diesel te simuleer Die toepassing van vellaserbeeldvorming op die tradisionele dieselverbrandingsproses in die 1990's was die sleutel om die begrip van hierdie proses aansienlik te verbeter.
Hierdie artikel sal dekdie mees gevestigde prosesmodel vir 'n klassieke dieselenjin. Hierdie konvensionele verbranding van dieselbrandstof word hoofsaaklik beheer deur vermenging, wat kan plaasvind as gevolg van die diffusie van brandstof en lug voor ontsteking.
Verbrandingstemperatuur
By watter temperatuur verbrand diesel? As hierdie vraag vroeër moeilik gelyk het, kan dit nou 'n heeltemal ondubbelsinnige antwoord gegee word. Die verbrandingstemperatuur van dieselbrandstof is ongeveer 500-600 grade Celsius. Die temperatuur moet hoog genoeg wees om die mengsel van brandstof en lug aan die brand te steek. In koue lande waar lae omgewingstemperature oorheers, het enjins 'n gloeiprop gehad wat die inlaatpoort warm maak om die enjin te help begin. Dit is hoekom jy altyd moet wag totdat die verwarmerikoon op die paneelbord afgaan voordat jy die enjin aanskakel. Dit beïnvloed ook die verbrandingstemperatuur van diesel. Kom ons kyk na watter ander nuanses daar in sy werk is.
Kenmerke
Die hoofvoorvereiste vir die verbranding van dieselbrandstof in 'n ekstern beheerde brander is die unieke manier om die chemiese energie wat daarin gestoor is vry te stel. Om hierdie proses uit te voer, moet suurstof daarvoor beskikbaar wees om verbranding te vergemaklik. Een van die belangrikste aspekte van hierdie proses is die vermenging van brandstof en lug, wat dikwels na verwys word as voorafmenging.
Dieselverbrandingskatalisator
In dieselenjins word brandstof dikwels in die enjinsilinder ingespuit aan die einde van die kompressieslag, net 'n paar grade van krukashoek voor boonste dooie punt. Die vloeibare brandstof word gewoonlik teen hoë spoed in een of meer strale deur klein gaatjies of spuitpunte in die inspuitpunt ingespuit, in fyn druppels geatomiseer en die verbrandingskamer binnegaan. Die vernevelde brandstof absorbeer hitte van die omliggende verhitte saamgeperste lug, verdamp en meng met die omliggende hoë temperatuur hoë druk lug. Soos die suier aanhou om nader aan boonste dooie middelpunt (TDC) te beweeg, bereik die temperatuur van die mengsel (meestal lug) sy ontstekingstemperatuur. Die verbrandingstemperatuur van Webasto-dieselbrandstof verskil nie van dié van ander dieselgrade nie, en bereik ongeveer 500-600 grade.
Vinnige ontsteking van sekere voorafgemengde brandstof en lug vind plaas na 'n tydperk van ontstekingsvertraging. Hierdie vinnige ontsteking word beskou as die begin van verbranding en word gekenmerk deur 'n skerp toename in silinderdruk soos die lug-brandstofmengsel verbruik word. Die verhoogde druk as gevolg van voorafgemengde verbranding druk die onverbrande gedeelte van die lading saam en verhit dit en verkort die vertraging voordat dit ontbrand. Dit verhoog ook die tempo van verdamping van die oorblywende brandstof. Die bespuiting, verdamping, vermenging met lug gaan voort totdat dit alles verbrand is. Die verbrandingstemperatuur van keroseen en dieselbrandstof in hierdie opsig kan soortgelyk wees.
Kenmerk
Eers, kom ons behandel die notasie: dan is A lug (suurstof), F is brandstof. Dieselverbranding word gekenmerk deur 'n lae algehele A/F-verhouding Die laagste gemiddelde A/F word dikwels onder piekwringkragtoestande waargeneem. Om oormatige rookontwikkeling te vermy, word piekwringkrag A/F tipies bo 25:1 gehandhaaf, ver bo die stoïgiometriese (chemies korrekte) ekwivalensieverhouding van ongeveer 14.4:1. Dit geld ook vir alle dieselverbrandingsaktiveerders.
In turbo-aangejaagde dieselenjins kan die A/F-verhouding by luier 160:1 oorskry. Gevolglik gaan die oortollige lug wat in die silinder teenwoordig is na die verbranding van die brandstof steeds met die brandende en reeds uitgeputte gasse meng. Wanneer die uitlaatklep oopgemaak word, word oortollige lug saam met die produkte van verbranding uitgeblaas, wat die oksidatiewe aard van dieseluitlaat verklaar.
Wanneer brand diesel? Hierdie proses vind plaas nadat die verdampte brandstof met lug meng om 'n plaaslik ryk mengsel te vorm. Ook in hierdie stadium word die regte verbrandingstemperatuur van dieselbrandstof bereik. Die algehele A/F-verhouding is egter klein. Met ander woorde, daar kan gesê word dat die meeste van die lug wat die silinder van 'n dieselenjin binnegaan saamgepers en verhit word, maar nooit aan die verbrandingsproses deelneem nie. Die suurstof in die oortollige lug help om gasvormige koolwaterstowwe en koolstofmonoksied te oksideer, wat dit tot uiters lae konsentrasies in die uitlaatgasse verminder. Hierdie proses is baie belangriker as die verbrandingstemperatuur van dieselbrandstof.
Faktore
Die volgende faktore speel 'n groot rol in die dieselverbrandingsproses:
- Die geïnduseerde lading van lug, sy temperatuur en sy kinetiese energie in verskeie dimensies.
- Atomisering van ingespuitte brandstof, spatpenetrasie, temperatuur en chemiese kenmerke.
Hoewel hierdie twee faktore die belangrikste is, is daar ander parameters wat enjinverrigting aansienlik kan beïnvloed. Hulle speel 'n sekondêre maar belangrike rol in die verbrandingsproses. Byvoorbeeld:
- Ontwerp van die inlaat. Dit het 'n sterk invloed op die beweging van ladinglug (veral op die oomblik wanneer dit die silinder binnegaan) en op die mengtempo in die verbrandingskamer. Dit kan die verbrandingstemperatuur van dieselbrandstof in die ketel verander.
- Die ontwerp van die inlaatpoort kan ook die laailugtemperatuur beïnvloed. Dit kan bewerkstellig word deur hitte van die wateromhulsel deur die oppervlakte van die inlaat oor te dra.
- Inlaatklepgrootte. Beheer die totale massa lug wat oor 'n eindige tyd in die silinder toegelaat word.
- Kompressieverhouding. Dit beïnvloed verdamping, mengspoed en verbrandingskwaliteit, ongeag die verbrandingstemperatuur van die dieselbrandstof in die ketel.
- Inspuitdruk. Dit beheer die inspuitingsduur vir 'n gegewe spuitkopopeningparameter.
- Atomiseringsgeometrie, wat die kwaliteit en verbrandingstemperatuur van dieselbrandstof en petrol direk beïnvloedluggebruikrekening. Byvoorbeeld, 'n groter spuitkegelhoek kan brandstof bo-op die suier en buite die verbrandingstenk in oopkamer DI-dieselenjins plaas. Hierdie toestand kan lei tot oormatige "rook" aangesien die brandstof toegang tot lug geweier word. Wye keëlhoeke kan ook veroorsaak dat brandstof op die silinderwande spat eerder as binne die verbrandingskamer waar dit nodig is. As dit op die silinderwand gespuit word, sal dit uiteindelik in die oliepan afbeweeg, wat die lewensduur van die smeerolie verkort. Omdat die spuithoek een van die veranderlikes is wat die tempo van lugvermenging in die brandstofstraal naby die inspuituitlaat beïnvloed, kan dit 'n beduidende uitwerking op die algehele verbrandingsproses hê.
- Klepkonfigurasie wat die posisie van die inspuiter beheer. Tweeklepstelsels skep 'n gekantelde inspuitposisie, wat ongelyke bespuiting beteken. Dit lei tot 'n skending van die vermenging van brandstof en lug. Aan die ander kant laat vierklepontwerpe vertikale inspuitermontering, simmetriese brandstofverstuivering en gelyke toegang tot beskikbare lug vir elke verstuiver toe.
- Posisie van die boonste suierring. Dit beheer die dooie spasie tussen die bokant van die suier en die silindervoering. Hierdie dooie ruimte vang lug vas wat saampers en uitsit sonder om eers aan die verbrandingsproses deel te neem. Daarom is dit belangrik om te verstaan dat die dieselenjinstelsel nie beperk is tot die verbrandingskamer, inspuitspuitpunte enhul onmiddellike omgewing. Verbranding sluit enige deel of komponent in wat die eindresultaat van die proses kan beïnvloed. Daarom behoort niemand te twyfel of diesel brand nie.
Ander besonderhede
Dieselverbranding is bekend as baie skraal met A/F-verhouding:
- 25:1 by piekwringkrag.
- 30:1 teen gegradeerde spoed en maksimum krag.
- Meer as 150:1 by luier vir turbo-aangejaagde enjins.
Hierdie bykomende lug is egter nie by die verbrandingsproses ingesluit nie. Dit word redelik warm en is uitgeput, waardeur die dieseluitlaat swak raak. Selfs al is die gemiddelde lug-brandstofverhouding swak, as behoorlike maatreëls nie tydens die ontwerpproses getref word nie, kan verbrandingskamerareas ryk aan brandstof wees en oormatige rookvrystellings tot gevolg hê.
Verbrandingskamer
'n Sleutelontwerpdoelwit is om genoegsame vermenging van brandstof en lug te verseker om die uitwerking van brandstofryke gebiede te versag en die enjin in staat te stel om sy werkverrigting- en emissieteikens te bereik. Daar is gevind dat turbulensie in die beweging van lug binne die verbrandingskamer voordelig is vir die mengproses en gebruik kan word om dit te bereik. Die draaikolk wat deur die inlaat geskep word, kan versterk word en die suier kan skepknyp terwyl dit die silinderkop nader om meer turbulensie tydens die druk toe te laat as gevolg van die korrekte koppieontwerp in die suierkop.
Verbrandingskamerontwerp het die belangrikste impak op deeltjievrystellings. Dit kan ook onverbrande koolwaterstowwe en CO beïnvloed. Alhoewel NOx-emissies afhang van die ontwerp van die bak [De Risi 1999], speel die eienskappe van die grootmaatgas 'n baie belangrike rol in hul uitlaatgasvlakke. As gevolg van die NOx/PM-uitruiling, moes verbranderontwerpe egter ontwikkel namate NOx-emissiegrense afgeneem het. Dit word hoofsaaklik vereis om die toename in PM-vrystellings te vermy wat andersins sou plaasvind.
Optimization
'n Belangrike parameter vir die optimalisering van die verbrandingstelsel van dieselbrandstof in die enjin is die proporsie beskikbare lug wat by hierdie proses betrokke is. Die K-faktor (verhouding van suierbekervolume tot speling) is 'n benaderde maatstaf van die proporsie lug beskikbaar vir verbranding. Die vermindering van die verplasing van die enjin lei tot 'n afname in die relatiewe koëffisiënt K en tot 'n neiging om die verbrandingskenmerke te vererger. Vir 'n gegewe verplasing en by 'n konstante kompressieverhouding kan die K-faktor verbeter word deur 'n langer slag te kies. Die keuse van die silinderboor-tot-enjinverhouding kan beïnvloed word deur die K-faktor en 'n aantal ander faktore soos enjinverpakking, boorgate en kleppe, ensovoorts.
moontlike probleme
'n Besonder beduidende probleem met die opstelDie maksimum verhouding van silinder tot slag lê in die baie komplekse verpakking van die silinderkop. Dit is nodig om die vierklep-ontwerp en die common-rail brandstofinspuitingstelsel te akkommodeer met die inspuiter in die middel. Silinderkoppe is kompleks as gevolg van die baie kanale, insluitend waterverkoeling, silinderkop houboute, inlaat- en uitlaatpoorte, inspuiters, gloeiproppe, kleppe, klepstingels, uitsparings en sitplekke, en ander kanale wat in sommige ontwerpe vir uitlaatgashersirkulasie gebruik word.
Verbrandingskamers in moderne direkte-inspuiting dieselenjins kan na verwys word as oop of sekondêre verbrandingskamers.
Oop kameras
As die boonste gat van die bak in die suier 'n kleiner deursnee het as die maksimum van dieselfde bakparameter, word dit terugbetaalbaar genoem. Sulke bakkies het 'n "lip". Indien nie, dan is dit 'n oop verbrandingskamer. In dieselenjins is hierdie Mexikaanse hoedbak-ontwerpe sedert die 1920's bekend. Hulle is tot 1990 in swaardiens-enjins gebruik tot die punt waar die terugvoerbak belangriker geword het as wat dit voorheen was. Hierdie vorm van verbrandingskamer is ontwerp vir relatief gevorderde inspuittye, waar die bak die meeste van die brandende gasse bevat. Dit is nie goed geskik vir vertraagde inspuitingstrategieë nie.
Dieselenjin
Dit is vernoem na die uitvinder Rudolf Diesel. Dit is 'n binnebrandenjin waarin ontsteking van die ingespuit brandstof veroorsaak word deur verhoogdelugtemperatuur in die silinder as gevolg van meganiese kompressie. Diesel werk deur slegs lug saam te pers. Dit verhoog die temperatuur van die lug binne-in die silinder sodanig dat die geatomiseerde brandstof wat in die verbrandingskamer ingespuit word spontaan ontbrand.
Dit verskil van vonkontstekingsenjins soos petrol of VPG (wat gasvormige brandstof eerder as petrol gebruik). Hulle gebruik 'n vonkprop om die lug-brandstofmengsel aan die brand te steek. In dieselenjins kan gloeiproppe (verbrandingskamerverwarmers) gebruik word om te help om in koue weer te begin en ook by lae kompressieverhoudings. Die oorspronklike diesel werk op 'n konstante druksiklus van geleidelike verbranding en lewer nie 'n soniese oplewing nie.
Algemene kenmerke
Diesel het die hoogste termiese doeltreffendheid van enige praktiese binne- en eksterne verbrandingsenjin vanweë sy baie hoë uitsettingsverhouding en inherente skraal verbranding, wat toelaat dat oortollige lug hitte verdryf. 'n Klein verlies aan doeltreffendheid word ook voorkom sonder direkte inspuiting, aangesien onverbrande brandstof nie teenwoordig is wanneer die klep toemaak nie, en brandstof nie direk vanaf die inlaat (inspuit) toestel na die uitlaatpyp vloei nie. Laespoed dieselenjins, soos dié wat in skepe gebruik word, kan termiese doeltreffendheid van meer as 50 persent hê.
Diesels kan as tweeslag of vierslag ontwerp word. Hulle is oorspronklik gebruik aseffektiewe vervanging vir stilstaande stoomenjins. Sedert 1910 word hulle op duikbote en skepe gebruik. Gebruik in lokomotiewe, vragmotors, swaar toerusting en kragsentrales het later gevolg. In die dertigerjare van die vorige eeu het hulle 'n plek gevind in die ontwerp van verskeie motors.
Voordele en nadele
Sedert die 1970's het die gebruik van dieselenjins in groter op- en veldvoertuie in die VSA toegeneem. Volgens die British Society of Motor Manufacturers and Manufacturers is die EU-gemiddelde vir dieselvoertuie 50% van die totale verkope (onder andere 70% in Frankryk en 38% in die VK).
In koue weer kan dit moeilik wees om hoëspoed-dieselenjins te begin, aangesien die massa van die blok en silinderkop die hitte van kompressie absorbeer, wat ontsteking voorkom as gevolg van die hoër oppervlak tot volume verhouding. Voorheen gebruik hierdie eenhede klein elektriese verwarmers binne kamers wat gloeiproppe genoem word.
Views
Baie enjins gebruik weerstandsverwarmers in die inlaatspruitstuk om die inlaatlug te verhit en om te begin of totdat werkstemperatuur bereik is. Elektriese weerstandige enjinblokverwarmers wat aan die hoofleiding gekoppel is, word in koue klimate gebruik. In sulke gevalle moet dit vir 'n lang tyd (meer as 'n uur) aangeskakel word om aanskakeltyd en slytasie te verminder.
Blokverwarmers word ook gebruik vir noodkragtoevoer met dieselkragopwekkers, wat krag vinnig moet aflaai in die geval van 'n kragonderbreking. In die verlede is 'n groter verskeidenheid kouebeginmetodes gebruik. Sommige enjins, soos die Detroit Diesel, het 'n stelsel gebruik om klein hoeveelhede eter in die inlaatspruitstuk in te voer om verbranding te begin. Ander het 'n gemengde stelsel met 'n metanolbrandweerstandverwarmer gebruik. 'n Impromptu-metode, veral op nie-lopende enjins, is om 'n aërosol met essensiële vloeistof met die hand in die inlaatlugstroom te spuit (gewoonlik deur die inlaatlugfiltersamestelling).
Verskille van ander enjins
Dieseltoestande verskil van vonkontstekingsenjin as gevolg van verskillende termodinamiese siklusse. Daarbenewens word die krag en spoed van sy rotasie direk beheer deur die toevoer van brandstof, en nie lug nie, soos in 'n sikliese enjin. Die verbrandingstemperatuur van dieselbrandstof en petrol kan ook verskil.
Die gemiddelde dieselenjin het 'n laer krag-tot-gewig-verhouding as 'n petrolenjin. Dit is omdat die diesel teen 'n laer RPM moet loop as gevolg van die strukturele behoefte aan swaarder en sterker onderdele om die bedryfsdruk te weerstaan. Dit word altyd veroorsaak deur 'n hoë kompressieverhouding van die enjin, wat die kragte op die onderdeel verhoog as gevolg van traagheidskragte. Sommige diesels is vir kommersiële gebruik. Dit is herhaaldelik in die praktyk bevestig.
Dieselenjins gewoonlikhet 'n lang beroerte. Basies is dit nodig om die bereiking van die vereiste kompressieverhoudings te vergemaklik. As gevolg hiervan word die suier swaarder. Dieselfde kan gesê word oor die stokke. Meer krag moet deur hulle en die krukas oorgedra word om die momentum van die suier te verander. Dit is nog 'n rede waarom 'n dieselenjin sterker moet wees vir dieselfde kraglewering as 'n petrolenjin.
