Finns diesel? Det bränner, och ganska kraftigt. Dess rester som inte deltog i förblandad förbränning förbrukas i förbränningsfasen med variabel hastighet.
Förbränning i dieselmotorer är mycket svårt. Fram till 1990-talet var dess detaljerade mekanismer inte väl förstådda. Förbränningstemperaturen för dieselbränsle i förbränningskammaren varierade också från fall till fall. I decennier verkade komplexiteten i denna process trotsa forskarnas försök att reda ut dess många hemligheter, trots tillgången på moderna verktyg som höghastighetsfotografering som används i "transparenta" motorer, processorkraften hos moderna datorer och många matematiska modeller designad för att simulera förbränning i diesel Tillämpningen av plåtlaseravbildning på den traditionella dieselförbränningsprocessen på 1990-talet var nyckeln till att avsevärt förbättra förståelsen av denna process.
Denna artikel kommer att täckaden mest etablerade processmodellen för en klassisk dieselmotor. Denna konventionella förbränning av dieselbränsle styrs i första hand genom blandning, vilket kan uppstå på grund av diffusion av bränsle och luft före antändning.
Förbränningstemperatur
Vid vilken temperatur brinner diesel? Om denna fråga tidigare verkade svår, kan den nu ges ett helt entydigt svar. Förbränningstemperaturen för dieselbränsle är cirka 500-600 grader Celsius. Temperaturen måste vara tillräckligt hög för att antända blandningen av bränsle och luft. I kalla länder där låga omgivningstemperaturer dominerar, hade motorer ett glödstift som värmer insugsporten för att hjälpa till att starta motorn. Det är därför du alltid bör vänta tills värmarikonen på instrumentbrädan slocknar innan du startar motorn. Det påverkar även dieselbränslets förbränningstemperatur. Låt oss överväga vilka andra nyanser det finns i hans arbete.
Funktioner
Huvudförutsättningen för att förbränna dieselbränsle i en externt styrd brännare är dess unika sätt att frigöra den kemiska energi som lagras i den. För att kunna genomföra denna process måste syre finnas tillgängligt för den för att underlätta förbränningen. En av de viktigaste aspekterna av denna process är blandningen av bränsle och luft, ofta kallad förblandning.
Dieselförbränningskatalysator
I dieselmotorer sprutas bränsle ofta in i motorcylindern vid slutet av kompressionsslaget, bara några grader av vevaxelvinkeln före övre dödpunkten. Det flytande bränslet sprutas vanligtvis in med hög hastighet i en eller flera strålar genom små hål eller munstycken i injektorspetsen, finfördelas till fina droppar och kommer in i förbränningskammaren. Det finfördelade bränslet absorberar värme från den omgivande uppvärmda tryckluften, avdunstar och blandas med den omgivande högtemperaturluften. När kolven fortsätter att röra sig närmare övre dödpunkten (TDC), når temperaturen på blandningen (mest luft) sin antändningstemperatur. Förbränningstemperaturen för Webasto-dieselbränsle skiljer sig inte från den för andra dieselkvaliteter och når cirka 500–600 grader.
Snabb antändning av lite förblandat bränsle och luft sker efter en period av tändningsfördröjning. Denna snabba tändning anses vara början på förbränning och kännetecknas av en kraftig ökning av cylindertrycket när luft-bränsleblandningen förbrukas. Det ökade trycket till följd av förblandad förbränning komprimerar och värmer den oförbrända delen av laddningen och förkortar fördröjningen innan den antänds. Det ökar också förångningshastigheten för det återstående bränslet. Dess sprutning, avdunstning, blandning med luft fortsätter tills allt är bränt. Förbränningstemperaturen för fotogen och dieselbränsle i detta avseende kan vara liknande.
Karakteristisk
Först, låt oss ta itu med notationen: sedan är A luft (syre), F är bränsle. Dieselförbränning kännetecknas av ett lågt tot alt A/F-förhållande. Lägsta genomsnittliga A/F observeras ofta under toppvridmomentförhållanden. För att undvika överdriven rökutveckling, hålls maxim alt vridmoment A/F vanligtvis över 25:1, väl över det stökiometriska (kemiskt korrekta) ekvivalensförhållandet på cirka 14,4:1. Detta gäller även alla dieselförbränningsaktivatorer.
I turboladdade dieselmotorer kan A/F-förhållandet på tomgång överstiga 160:1. Följaktligen fortsätter överskottsluften som finns i cylindern efter förbränningen av bränslet att blandas med de brinnande och redan förbrukade gaserna. När avgasventilen öppnas släpps överskottsluft ut tillsammans med förbränningsprodukterna, vilket förklarar dieselavgasernas oxidativa natur.
När brinner diesel? Denna process inträffar efter att det förångade bränslet blandas med luft för att bilda en lok alt rik blandning. Även i detta skede uppnås den rätta förbränningstemperaturen för dieselbränsle. Det totala A/F-förhållandet är dock litet. Med andra ord kan man säga att det mesta av luften som kommer in i cylindern på en dieselmotor är komprimerad och uppvärmd, men deltar aldrig i förbränningsprocessen. Syret i överskottsluften hjälper till att oxidera gasformiga kolväten och kolmonoxid, vilket reducerar dem till extremt låga koncentrationer i avgaserna. Denna process är mycket viktigare än förbränningstemperaturen för dieselbränsle.
Factors
Följande faktorer spelar en stor roll i dieselförbränningsprocessen:
- Den inducerade laddningen av luft, dess temperatur och dess kinetiska energi i flera dimensioner.
- Fristofning av insprutat bränsle, stänkpenetration, temperatur och kemiska egenskaper.
Även om dessa två faktorer är de viktigaste, finns det andra parametrar som avsevärt kan påverka motorns prestanda. De spelar en sekundär men viktig roll i förbränningsprocessen. Till exempel:
- Design av inloppet. Det har ett starkt inflytande på laddluftens rörelse (särskilt i det ögonblick när den kommer in i cylindern) och på blandningshastigheten i förbränningskammaren. Detta kan ändra förbränningstemperaturen för dieselbränsle i pannan.
- Utformningen av insugsporten kan också påverka laddluftens temperatur. Detta kan uppnås genom att överföra värme från vattenmanteln genom inloppets yta.
- Insugsventil storlek. Styr den totala massan av luft som släpps in i cylindern under en begränsad tid.
- Kompressionsförhållande. Det påverkar avdunstning, blandningshastighet och förbränningskvalitet, oavsett förbränningstemperaturen på dieselbränslet i pannan.
- Injektionstryck. Den styr insprutningstiden för en given munstycksöppningsparameter.
- atomiseringsgeometri, som direkt påverkar kvaliteten och förbränningstemperaturen för dieselbränsle och bensin förluftanvändningskonto. Till exempel kan en större spraykonvinkel placera bränsle ovanpå kolven och utanför förbränningstanken i DI-dieselmotorer med öppen kammare. Detta tillstånd kan leda till överdriven "rökning" eftersom bränslet nekas tillgång till luft. Vida konvinklar kan också orsaka att bränsle stänker på cylinderväggarna snarare än inuti förbränningskammaren där det behövs. Sprayad på cylinderväggen kommer den så småningom att flytta ner i oljetråget, vilket förkortar smörjoljans livslängd. Eftersom sprayvinkeln är en av variablerna som påverkar luftblandningshastigheten i bränslestrålen nära insprutningsutloppet, kan det ha en betydande effekt på den totala förbränningsprocessen.
- Ventilkonfiguration som styr injektorns position. Tvåventilssystem skapar en lutad injektorposition, vilket innebär ojämn sprutning. Detta leder till en kränkning av blandningen av bränsle och luft. Å andra sidan tillåter design med fyra ventiler vertikal injektormontering, symmetrisk bränsleförstoftning och lika tillgång till tillgänglig luft för varje finfördelare.
- Position av den övre kolvringen. Den kontrollerar dödutrymmet mellan kolvens topp och cylinderfodret. Detta döda utrymme fångar luft som komprimeras och expanderar utan att ens delta i förbränningsprocessen. Därför är det viktigt att förstå att dieselmotorsystemet inte är begränsat till förbränningskammaren, insprutningsmunstyckena ochsin närmiljö. Förbränning inkluderar alla delar eller komponenter som kan påverka slutresultatet av processen. Därför bör ingen tvivla på om diesel brinner.
Övriga detaljer
Dieselförbränning är känt för att vara mycket mager med A/F-förhållande:
- 25:1 vid högsta vridmoment.
- 30:1 vid nominell hastighet och maximal effekt.
- Mer än 150:1 på tomgång för turboladdade motorer.
Denna extra luft ingår dock inte i förbränningsprocessen. Det värms upp ganska mycket och är utarmat, vilket gör att dieselavgaserna blir dåliga. Även om det genomsnittliga luft-bränsleförhållandet är dåligt kan förbränningskammarområdena vara rika på bränsle och resultera i överdrivna rökutsläpp om inte lämpliga åtgärder vidtas under designprocessen.
Förbränningskammare
Ett viktigt designmål är att säkerställa tillräcklig blandning av bränsle och luft för att mildra effekterna av bränslerika områden och tillåta motorn att nå sina prestanda- och utsläppsmål. Det har visat sig att turbulens i luftens rörelse i förbränningskammaren är fördelaktigt för blandningsprocessen och kan användas för att uppnå detta. Virveln som skapas av inloppet kan förstärkas och kolven kan skapaklämmer när den närmar sig cylinderhuvudet för att tillåta mer turbulens under kompressionen på grund av den korrekta koppdesignen i kolvhuvudet.
Förbränningskammarens design har den mest betydande inverkan på partikelutsläppen. Det kan också påverka oförbrända kolväten och CO. Även om NOx-utsläppen beror på skålens utformning [De Risi 1999] spelar bulkgasens egenskaper en mycket viktig roll för deras avgasnivåer. Men på grund av NOx/PM-avvägningen, var förbränningsmotorkonstruktionen tvungen att utvecklas eftersom gränsvärdena för NOx-utsläpp minskade. Detta krävs främst för att undvika ökningen av PM-utsläpp som annars skulle inträffa.
Optimering
En viktig parameter för att optimera förbränningssystemet för dieselbränsle i motorn är andelen tillgänglig luft som är involverad i denna process. K-faktorn (förhållandet mellan kolvskålsvolym och spelrum) är ett ungefärligt mått på andelen luft tillgänglig för förbränning. En minskning av motorns deplacement leder till en minskning av den relativa koefficienten K och till en tendens att försämra förbränningsegenskaperna. För en given förskjutning och vid konstant kompressionsförhållande kan K-faktorn förbättras genom att välja ett längre slag. Valet av cylinderlopp till motorförhållande kan påverkas av K-faktorn och ett antal andra faktorer såsom motorförpackning, hål och ventiler och så vidare.
Möjliga svårigheter
Ett särskilt betydande problem vid installationDet maximala förhållandet mellan cylinder och slag ligger i den mycket komplexa förpackningen av cylinderhuvudet. Detta är nödvändigt för att rymma designen med fyra ventiler och common-rail-bränsleinsprutningssystemet med insprutaren placerad i mitten. Cylinderhuvuden är komplexa på grund av de många kanalerna, inklusive vattenkylning, cylinderhuvudshållarbultar, insugs- och avgasportar, injektorer, glödstift, ventiler, ventilskaft, urtag och säten, och andra kanaler som används för avgasåterföring i vissa konstruktioner.
Förbränningskammare i moderna dieselmotorer med direktinsprutning kan kallas öppna eller sekundära förbränningskammare.
Öppna kameror
Om det övre hålet på skålen i kolven har en mindre diameter än maxvärdet för samma skålparameter, kallas det returbart. Sådana skålar har en "läpp". Om inte, är detta en öppen förbränningskammare. I dieselmotorer har dessa mexikanska hattskålsdesigner varit kända sedan 1920-talet. De användes fram till 1990 i tunga motorer till den punkt där returskålen blev viktigare än den brukade vara. Denna form av förbränningskammare är utformad för relativt avancerade insprutningstider, där skålen innehåller det mesta av de brinnande gaserna. Den är inte väl lämpad för fördröjda injektionsstrategier.
Dieselmotor
Den är uppkallad efter uppfinnaren Rudolf Diesel. Det är en förbränningsmotor där antändning av det insprutade bränslet orsakas av ökadlufttemperatur i cylindern på grund av mekanisk kompression. Diesel fungerar genom att bara komprimera luft. Detta höjer temperaturen på luften inuti cylindern så mycket att det finfördelade bränslet som sprutas in i förbränningskammaren antänds spontant.
Detta skiljer sig från gnisttändningsmotorer som bensin eller gasol (som använder gasformigt bränsle istället för bensin). De använder ett tändstift för att antända luft-bränsleblandningen. I dieselmotorer kan glödstift (förbränningskammarvärmare) användas för att underlätta start i kallt väder och även vid låga kompressionsförhållanden. Originaldieseln arbetar med en konstant tryckcykel med gradvis förbränning och producerar ingen ljudbom.
Allmänna egenskaper
Diesel har den högsta termiska verkningsgraden av alla praktiska interna och externa förbränningsmotorer på grund av dess mycket höga expansionsförhållande och inneboende magra förbränning, vilket gör att överflödig luft kan avleda värme. En liten förlust av effektivitet förhindras också utan direkt insprutning, eftersom oförbränt bränsle inte är närvarande när ventilen stängs och bränsle inte strömmar direkt från insugningsanordningen (injektorn) till avgasröret. Lågvarviga dieselmotorer, som de som används i fartyg, kan ha en termisk verkningsgrad på över 50 procent.
Dieslar kan utformas som tvåtaktare eller fyrtaktare. De användes ursprungligen someffektiv ersättning för stationära ångmaskiner. Sedan 1910 har de använts på ubåtar och fartyg. Användning i lok, lastbilar, tung utrustning och kraftverk följde senare. På 30-talet av förra seklet fann de en plats i designen av flera bilar.
Fördelar och nackdelar
Sedan 1970-talet har användningen av dieselmotorer i större terräng- och terrängfordon i USA ökat. Enligt British Society of Motor Manufacturers and Manufacturers är EU-genomsnittet för dieselfordon 50 % av den totala försäljningen (bland dem 70 % i Frankrike och 38 % i Storbritannien).
I kallt väder kan det vara svårt att starta höghastighetsdieselmotorer eftersom blockets och cylinderhuvudets massa absorberar kompressionsvärmen och förhindrar antändning på grund av det högre förhållandet mellan yta och volym. Tidigare använde dessa enheter små elektriska värmare inuti kamrarna som kallas glödstift.
Visningar
Många motorer använder motståndsvärmare i insugningsröret för att värma insugningsluften och starta eller tills driftstemperaturen uppnås. Elektriska resistiva motorvärmare anslutna till elnätet används i kalla klimat. I sådana fall måste den vara påslagen under en längre tid (mer än en timme) för att minska starttiden och slitaget.
Blockvärmare används också för nödströmförsörjning med dieselgeneratorer, som snabbt behöver ladda strömmen i händelse av strömavbrott. Tidigare har ett bredare utbud av kallstartsmetoder använts. Vissa motorer, som Detroit Diesel, använde ett system för att införa små mängder eter i insugningsröret för att starta förbränningen. Andra har använt ett blandat system med en metanolbrinnande motståndsvärmare. En improviserad metod, särskilt på motorer som inte är igång, är att manuellt spruta en aerosolburk med essentiell vätska i insugningsluftströmmen (vanligtvis genom insugningsluftfiltret).
Skillnader från andra motorer
Dieselförhållandena skiljer sig från motorer med gnisttändning på grund av olika termodynamiska cykel. Dessutom styrs kraften och hastigheten för dess rotation direkt av tillförseln av bränsle, och inte luft, som i en cyklisk motor. Förbränningstemperaturen för dieselbränsle och bensin kan också skilja sig åt.
Den genomsnittliga dieselmotorn har ett lägre effekt-till-vikt-förhållande än en bensinmotor. Detta beror på att dieseln måste köras med lägre varvtal på grund av det strukturella behovet av tyngre och starkare delar för att klara driftstrycket. Det orsakas alltid av ett högt kompressionsförhållande hos motorn, vilket ökar krafterna på delen på grund av tröghetskrafter. Vissa dieslar är för kommersiellt bruk. Detta har upprepade gånger bekräftats i praktiken.
Dieselmotorer vanligtvisha en lång stroke. I grund och botten är detta nödvändigt för att underlätta uppnåendet av de erforderliga kompressionsförhållandena. Som ett resultat blir kolven tyngre. Detsamma kan sägas om stavarna. Mer kraft måste överföras genom dem och vevaxeln för att ändra kolvens rörelsemängd. Detta är ytterligare en anledning till varför en dieselmotor måste vara starkare för samma effekt som en bensinmotor.
