Adakah bahan api diesel terbakar? Ia terbakar, dan agak kuat. Sisanya yang tidak mengambil bahagian dalam pembakaran pracampuran digunakan dalam fasa pembakaran kadar berubah-ubah.
Pembakaran dalam enjin diesel adalah sangat sukar. Sehingga tahun 1990-an, mekanisme terperincinya tidak difahami dengan baik. Suhu pembakaran bahan api diesel dalam kebuk pembakaran juga berbeza-beza mengikut kes. Selama beberapa dekad, kerumitan proses ini seolah-olah menentang percubaan penyelidik untuk membongkar banyak rahsianya, walaupun terdapat alat moden seperti fotografi berkelajuan tinggi yang digunakan dalam enjin "telus", kuasa pemprosesan komputer moden, dan banyak model matematik. direka untuk mensimulasikan pembakaran dalam diesel Aplikasi pengimejan laser lembaran pada proses pembakaran diesel tradisional pada tahun 1990-an adalah kunci untuk meningkatkan pemahaman proses ini dengan sangat baik.
Artikel ini akan membincangkanmodel proses yang paling mantap untuk enjin diesel klasik. Pembakaran konvensional bahan api diesel ini dikawal terutamanya dengan mencampurkan, yang boleh berlaku disebabkan oleh resapan bahan api dan udara sebelum penyalaan.
Suhu pembakaran
Pada suhu berapa bahan api diesel terbakar? Jika dahulu soalan ini kelihatan sukar, kini ia boleh diberikan jawapan yang tidak jelas. Suhu pembakaran bahan api diesel adalah kira-kira 500-600 darjah Celsius. Suhu mestilah cukup tinggi untuk menyalakan campuran bahan api dan udara. Di negara sejuk di mana suhu ambien rendah mendominasi, enjin mempunyai palam cahaya yang memanaskan port masuk untuk membantu menghidupkan enjin. Inilah sebabnya mengapa anda harus sentiasa menunggu sehingga ikon pemanas pada papan pemuka padam sebelum menghidupkan enjin. Ia juga menjejaskan suhu pembakaran bahan api diesel. Mari kita pertimbangkan apakah nuansa lain yang terdapat dalam karyanya.
Ciri
Prasyarat utama untuk membakar bahan api diesel dalam penunu yang dikawal secara luaran ialah cara uniknya untuk membebaskan tenaga kimia yang tersimpan di dalamnya. Untuk menjalankan proses ini, oksigen mesti disediakan untuk memudahkan pembakaran. Salah satu aspek terpenting dalam proses ini ialah pencampuran bahan api dan udara, sering dirujuk sebagai pracampuran.
Pemangkin pembakaran diesel
Dalam enjin diesel, bahan api sering disuntik ke dalam silinder enjin pada penghujung lejang mampatan, hanya beberapa darjah sudut aci engkol sebelum pusat mati atas. Bahan api cecair biasanya disuntik pada kelajuan tinggi dalam satu atau lebih jet melalui lubang kecil atau muncung di hujung penyuntik, diatomkan menjadi titisan halus, dan memasuki kebuk pembakaran. Bahan api beratom menyerap haba daripada udara termampat yang dipanaskan di sekeliling, menyejat dan bercampur dengan udara tekanan tinggi suhu tinggi di sekelilingnya. Apabila omboh terus bergerak menghampiri pusat mati atas (TDC), suhu campuran (kebanyakannya udara) mencapai suhu penyalaannya. Suhu pembakaran bahan api diesel Webasto tidak berbeza dengan gred diesel lain, mencecah kira-kira 500-600 darjah.
Pencucuhan pantas beberapa bahan api dan udara pra-campuran berlaku selepas tempoh kelewatan pencucuhan. Pencucuhan pantas ini dianggap sebagai permulaan pembakaran dan dicirikan oleh peningkatan mendadak dalam tekanan silinder apabila campuran udara-bahan api digunakan. Tekanan meningkat akibat daripada pembakaran pracampuran memampatkan dan memanaskan bahagian cas yang tidak terbakar dan memendekkan kelewatan sebelum ia menyala. Ia juga meningkatkan kadar penyejatan bahan api yang tinggal. Penyemburan, penyejatan, pencampuran dengan udara berterusan sehingga semuanya terbakar. Suhu pembakaran minyak tanah dan bahan api diesel dalam hal ini mungkin serupa.
Ciri
Pertama, mari kita berurusan dengan notasi: kemudian A ialah udara (oksigen), F ialah bahan api. Pembakaran diesel dicirikan oleh nisbah A/F keseluruhan yang rendah. Purata A/F terendah selalunya diperhatikan dalam keadaan tork puncak. Untuk mengelakkan penjanaan asap yang berlebihan, tork puncak A/F biasanya dikekalkan melebihi 25:1, jauh melebihi nisbah kesetaraan stoikiometrik (betul secara kimia) iaitu kira-kira 14.4:1. Ini juga terpakai kepada semua pengaktif pembakaran diesel.
Dalam enjin diesel pengecas turbo, nisbah A/F semasa melahu boleh melebihi 160:1. Akibatnya, lebihan udara yang terdapat dalam silinder selepas pembakaran bahan api terus bercampur dengan gas yang terbakar dan sudah habis. Apabila injap ekzos dibuka, udara berlebihan akan habis bersama-sama dengan hasil pembakaran, yang menerangkan sifat pengoksidaan ekzos diesel.
Bilakah bahan api diesel terbakar? Proses ini berlaku selepas bahan api terwap bercampur dengan udara untuk membentuk campuran kaya tempatan. Juga pada peringkat ini, suhu pembakaran bahan api diesel yang betul dicapai. Walau bagaimanapun, nisbah A/F keseluruhan adalah kecil. Dalam erti kata lain, boleh dikatakan bahawa kebanyakan udara yang memasuki silinder enjin diesel dimampatkan dan dipanaskan, tetapi tidak pernah mengambil bahagian dalam proses pembakaran. Oksigen dalam udara berlebihan membantu mengoksidakan hidrokarbon gas dan karbon monoksida, mengurangkannya kepada kepekatan yang sangat rendah dalam gas ekzos. Proses ini jauh lebih penting daripada suhu pembakaran bahan api diesel.
Faktor
Faktor berikut memainkan peranan utama dalam proses pembakaran diesel:
- Caj teraruh udara, suhu dan tenaga kinetiknya dalam beberapa dimensi.
- Pengatoman bahan api yang disuntik, penembusan percikan, suhu dan ciri kimia.
Walaupun kedua-dua faktor ini adalah yang paling penting, terdapat parameter lain yang boleh menjejaskan prestasi enjin dengan ketara. Mereka memainkan peranan sekunder tetapi penting dalam proses pembakaran. Contohnya:
- Reka bentuk salur masuk. Ia mempunyai pengaruh yang kuat pada pergerakan udara cas (terutamanya pada masa ia memasuki silinder) dan pada kadar pencampuran dalam kebuk pembakaran. Ini boleh mengubah suhu pembakaran bahan api diesel dalam dandang.
- Reka bentuk port pengambilan juga boleh menjejaskan suhu udara cas. Ini boleh dicapai dengan memindahkan haba daripada jaket air melalui kawasan permukaan salur masuk.
- Saiz injap masukan. Mengawal jumlah jisim udara yang dimasukkan ke dalam silinder dalam masa yang terhad.
- Nisbah mampatan. Ia menjejaskan penyejatan, kelajuan pencampuran dan kualiti pembakaran, tanpa mengira suhu pembakaran bahan api diesel dalam dandang.
- Tekanan suntikan. Ia mengawal tempoh suntikan untuk parameter bukaan muncung tertentu.
- Geometri pengatoman, yang secara langsung mempengaruhi kualiti dan suhu pembakaran bahan api diesel dan petrol untukakaun penggunaan udara. Contohnya, sudut kon semburan yang lebih besar boleh meletakkan bahan api di atas omboh dan di luar tangki pembakaran dalam enjin diesel DI ruang terbuka. Keadaan ini boleh menyebabkan "merokok" yang berlebihan kerana bahan api tidak mendapat akses kepada udara. Sudut kon lebar juga boleh menyebabkan bahan api terpercik pada dinding silinder dan bukannya di dalam kebuk pembakaran di mana ia diperlukan. Disembur ke dinding silinder, ia akhirnya akan bergerak ke dalam kuali minyak, memendekkan hayat minyak pelincir. Oleh kerana sudut semburan adalah salah satu pembolehubah yang mempengaruhi kadar percampuran udara dalam jet bahan api berhampiran alur keluar penyuntik, ia boleh memberi kesan yang ketara pada keseluruhan proses pembakaran.
- Konfigurasi injap yang mengawal kedudukan penyuntik. Sistem dua injap mencipta kedudukan penyuntik senget, yang bermaksud penyemburan tidak rata. Ini membawa kepada pelanggaran percampuran bahan api dan udara. Sebaliknya, reka bentuk empat injap membenarkan pemasangan penyuntik menegak, pengabusan bahan api simetri dan akses yang sama kepada udara yang tersedia untuk setiap pengabus.
- Kedudukan gelang omboh atas. Ia mengawal ruang mati antara bahagian atas omboh dan pelapik silinder. Ruang mati ini memerangkap udara yang memampatkan dan mengembang tanpa mengambil bahagian dalam proses pembakaran. Oleh itu, adalah penting untuk memahami bahawa sistem enjin diesel tidak terhad kepada kebuk pembakaran, muncung penyuntik danpersekitaran terdekat mereka. Pembakaran termasuk mana-mana bahagian atau komponen yang boleh menjejaskan hasil akhir proses. Oleh itu, tiada siapa yang harus mempunyai sebarang keraguan tentang sama ada bahan api diesel terbakar.
Butiran lain
Pembakaran diesel diketahui sangat kurus dengan nisbah A/F:
- 25:1 pada tork puncak.
- 30:1 pada kelajuan terkadar dan kuasa maksimum.
- Lebih daripada 150:1 semasa melahu untuk enjin pengecas turbo.
Namun, udara tambahan ini tidak termasuk dalam proses pembakaran. Ia menjadi panas dengan banyak dan habis, akibatnya ekzos diesel menjadi lemah. Walaupun purata nisbah bahan api udara adalah rendah, jika langkah yang sewajarnya tidak diambil semasa proses reka bentuk, kawasan kebuk pembakaran boleh kaya dengan bahan api dan mengakibatkan pelepasan asap yang berlebihan.
Kebuk pembakaran
Matlamat reka bentuk utama adalah untuk memastikan pencampuran bahan api dan udara yang mencukupi untuk mengurangkan kesan kawasan kaya bahan api dan membolehkan enjin mencapai sasaran prestasi dan pelepasannya. Telah didapati bahawa pergolakan dalam pergerakan udara di dalam kebuk pembakaran memberi manfaat kepada proses pencampuran dan boleh digunakan untuk mencapainya. Pusaran yang dicipta oleh salur masuk boleh dikuatkan dan omboh boleh menciptamemerah semasa menghampiri kepala silinder untuk membolehkan lebih banyak pergolakan semasa tindakan pemampatan disebabkan reka bentuk cawan yang betul di kepala omboh.
Reka bentuk kebuk pembakaran mempunyai kesan paling ketara terhadap pelepasan zarah. Ia juga boleh menjejaskan hidrokarbon dan CO yang tidak terbakar. Walaupun pelepasan NOx bergantung pada reka bentuk mangkuk [De Risi 1999], sifat-sifat gas pukal memainkan peranan yang sangat penting dalam tahap gas ekzosnya. Walau bagaimanapun, disebabkan pertukaran NOx/PM, reka bentuk pembakar terpaksa berkembang apabila had pelepasan NOx berkurangan. Ini diperlukan terutamanya untuk mengelakkan peningkatan dalam pelepasan PM yang sebaliknya akan berlaku.
Pengoptimuman
Parameter penting untuk mengoptimumkan sistem pembakaran bahan api diesel dalam enjin ialah perkadaran udara tersedia yang terlibat dalam proses ini. Faktor K (nisbah isipadu cawan omboh kepada kelegaan) ialah ukuran anggaran bahagian udara yang tersedia untuk pembakaran. Mengurangkan anjakan enjin membawa kepada penurunan dalam pekali relatif K dan kepada kecenderungan untuk memburukkan ciri-ciri pembakaran. Untuk anjakan tertentu dan pada nisbah mampatan malar, faktor K boleh diperbaiki dengan memilih strok yang lebih panjang. Pemilihan nisbah lubang silinder kepada enjin boleh dipengaruhi oleh faktor K dan beberapa faktor lain seperti pembungkusan enjin, lubang dan injap, dan sebagainya.
Kemungkinan kesukaran
Masalah yang sangat ketara semasa menyediakanNisbah maksimum silinder kepada lejang terletak pada pembungkusan kepala silinder yang sangat kompleks. Ini adalah perlu untuk menampung reka bentuk empat injap dan sistem suntikan bahan api common-rail dengan penyuntik terletak di tengah. Kepala silinder adalah kompleks kerana banyak saluran, termasuk penyejukan air, bolt penahan kepala silinder, alur masuk dan ekzos, penyuntik, palam cahaya, injap, batang injap, ceruk dan tempat duduk, dan saluran lain yang digunakan untuk peredaran semula gas ekzos dalam sesetengah reka bentuk.
Kebuk pembakaran dalam enjin diesel suntikan langsung moden boleh dirujuk sebagai kebuk pembakaran terbuka atau sekunder.
Buka kamera
Jika lubang atas mangkuk dalam omboh mempunyai diameter yang lebih kecil daripada maksimum parameter mangkuk yang sama, maka ia dipanggil boleh dikembalikan. Mangkuk sedemikian mempunyai "bibir". Jika tidak, maka ini adalah kebuk pembakaran terbuka. Dalam enjin diesel, reka bentuk mangkuk topi Mexico ini telah diketahui sejak tahun 1920-an. Ia digunakan sehingga tahun 1990 dalam enjin tugas berat sehingga mangkuk pemulangan menjadi lebih penting daripada dahulu. Bentuk kebuk pembakaran ini direka untuk masa suntikan yang agak maju, di mana mangkuk mengandungi kebanyakan gas terbakar. Ia tidak sesuai untuk strategi suntikan tertangguh.
Enjin diesel
Ia dinamakan sempena nama pencipta Rudolf Diesel. Ia adalah enjin pembakaran dalaman di mana penyalaan bahan api yang disuntik disebabkan oleh peningkatansuhu udara dalam silinder disebabkan oleh pemampatan mekanikal. Diesel berfungsi dengan hanya memampatkan udara. Ini meningkatkan suhu udara di dalam silinder sehingga ke tahap bahan api beratom yang disuntik ke dalam kebuk pembakaran menyala secara spontan.
Ini berbeza daripada enjin pencucuh api seperti petrol atau LPG (menggunakan bahan api gas dan bukannya petrol). Mereka menggunakan palam pencucuh untuk menyalakan campuran udara-bahan api. Dalam enjin diesel, palam cahaya (pemanas kebuk pembakaran) boleh digunakan untuk membantu memulakan dalam cuaca sejuk dan juga pada nisbah mampatan yang rendah. Disel asal beroperasi pada kitaran tekanan berterusan pembakaran beransur-ansur dan tidak menghasilkan ledakan sonik.
Ciri umum
Diesel mempunyai kecekapan terma tertinggi berbanding mana-mana enjin pembakaran dalaman dan luaran yang praktikal kerana nisbah pengembangannya yang sangat tinggi dan pembakaran tanpa lemak yang wujud, membolehkan udara berlebihan menghilangkan haba. Kehilangan kecekapan yang kecil juga dihalang tanpa suntikan terus, kerana bahan api yang tidak terbakar tidak hadir apabila injap ditutup, dan bahan api tidak mengalir terus dari peranti pengambilan (penyuntik) ke paip ekzos. Enjin diesel berkelajuan rendah, seperti yang digunakan dalam kapal, boleh mempunyai kecekapan haba melebihi 50 peratus.
Diesel boleh direka bentuk sebagai dua lejang atau empat lejang. Mereka pada asalnya digunakan sebagaipenggantian berkesan untuk enjin stim pegun. Sejak 1910 ia telah digunakan pada kapal selam dan kapal. Penggunaan dalam lokomotif, trak, peralatan berat dan loji kuasa diikuti kemudian. Pada tahun tiga puluhan abad yang lalu, mereka mendapat tempat dalam reka bentuk beberapa kereta.
Kebaikan dan keburukan
Sejak 1970-an, penggunaan enjin diesel dalam kenderaan dalam dan luar jalan yang lebih besar di AS telah meningkat. Menurut Persatuan Pengilang dan Pengilang Motor British, purata EU untuk kenderaan diesel ialah 50% daripada jumlah jualan (antaranya 70% di Perancis dan 38% di UK).
Dalam cuaca sejuk, memulakan enjin diesel berkelajuan tinggi mungkin sukar kerana jisim blok dan kepala silinder menyerap haba mampatan, menghalang pencucuhan disebabkan nisbah permukaan kepada isipadu yang lebih tinggi. Sebelum ini, unit ini menggunakan pemanas elektrik kecil di dalam ruang yang dipanggil palam cahaya.
Paparan
Banyak enjin menggunakan pemanas rintangan dalam pancarongga masuk untuk memanaskan udara masuk dan untuk memulakan atau sehingga suhu operasi dicapai. Pemanas blok enjin rintangan elektrik yang disambungkan ke sesalur kuasa digunakan dalam iklim sejuk. Dalam kes sedemikian, ia perlu dihidupkan untuk masa yang lama (lebih daripada sejam) untuk mengurangkan masa mula dan haus.
Pemanas blok juga digunakan untuk bekalan kuasa kecemasan dengan penjana diesel, yang perlu menyalurkan kuasa dengan cepat sekiranya berlaku gangguan bekalan elektrik. Pada masa lalu, pelbagai kaedah permulaan sejuk telah digunakan. Sesetengah enjin, seperti Detroit Diesel, menggunakan sistem untuk memasukkan sejumlah kecil eter ke dalam pancarongga masuk untuk memulakan pembakaran. Yang lain telah menggunakan sistem bercampur dengan pemanas rintangan pembakaran metanol. Kaedah dadakan, terutamanya pada enjin yang tidak berfungsi, adalah dengan menyembur tin aerosol cecair penting secara manual ke dalam aliran udara salur (biasanya melalui pemasangan penapis udara salur).
Perbezaan daripada enjin lain
Keadaan diesel berbeza daripada enjin pencucuh api disebabkan kitaran termodinamik yang berbeza. Di samping itu, kuasa dan kelajuan putarannya dikawal secara langsung oleh bekalan bahan api, dan bukan udara, seperti dalam enjin kitaran. Suhu pembakaran bahan api diesel dan petrol juga mungkin berbeza.
Enjin diesel purata mempunyai nisbah kuasa kepada berat yang lebih rendah daripada enjin petrol. Ini kerana diesel terpaksa berjalan pada RPM yang lebih rendah kerana keperluan struktur untuk bahagian yang lebih berat dan kuat untuk menahan tekanan operasi. Ia sentiasa disebabkan oleh nisbah mampatan enjin yang tinggi, yang meningkatkan daya pada bahagian disebabkan oleh daya inersia. Sesetengah diesel adalah untuk kegunaan komersial. Ini telah berulang kali disahkan dalam amalan.
Enjin diesel biasanyamengalami strok yang panjang. Pada asasnya, ini adalah perlu untuk memudahkan pencapaian nisbah mampatan yang diperlukan. Akibatnya, omboh menjadi lebih berat. Perkara yang sama boleh dikatakan mengenai rod. Lebih banyak daya mesti dihantar melalui mereka dan aci engkol untuk menukar momentum omboh. Ini adalah satu lagi sebab mengapa enjin diesel perlu lebih kuat untuk keluaran kuasa yang sama seperti enjin petrol.
