Ar dega dyzelinas? Degina, ir gana stipriai. Jo likučiai, kurie nedalyvavo iš anksto sumaišytame degime, sunaudojami kintamo greičio degimo fazėje.
Dyzeliniuose varikliuose degti labai sunku. Iki 1990-ųjų jo detalūs mechanizmai nebuvo gerai suprantami. Dyzelinio kuro degimo temperatūra degimo kameroje taip pat skyrėsi kiekvienu atveju. Atrodė, kad dešimtmečius šio proceso sudėtingumas nepaiso tyrėjų bandymų atskleisti daugybę jo paslapčių, nepaisant šiuolaikinių įrankių, tokių kaip didelės spartos fotografija, naudojama „skaidriuose“varikliuose, šiuolaikinių kompiuterių apdorojimo galia ir daugybė matematinių modelių. sukurtas dyzelino degimui imituoti Lakštinio lazerinio vaizdo taikymas tradiciniam dyzelino deginimo procesui 1990-aisiais buvo esminis veiksnys, padedantis geriau suprasti šį procesą.
Šis straipsnis apimslabiausiai nusistovėjęs klasikinio dyzelinio variklio proceso modelis. Šis įprastas dyzelinio kuro degimas pirmiausia kontroliuojamas maišant, kuris gali atsirasti dėl degalų ir oro difuzijos prieš uždegimą.
Degimo temperatūra
Kokioje temperatūroje dega dyzelinas? Jei anksčiau šis klausimas atrodė sunkus, dabar į jį galima atsakyti visiškai vienareikšmiškai. Dyzelinio kuro degimo temperatūra yra apie 500-600 laipsnių Celsijaus. Temperatūra turi būti pakankamai aukšta, kad užsidegtų kuro ir oro mišinys. Š altose šalyse, kur vyrauja žema aplinkos temperatūra, varikliai turėjo pakaitinimo žvakę, kuri sušildo įsiurbimo angą, kad padėtų užvesti variklį. Štai kodėl prieš užvesdami variklį visada turėtumėte palaukti, kol prietaisų skydelyje užges šildytuvo piktograma. Tai taip pat turi įtakos dyzelinio kuro degimo temperatūrai. Pasvarstykime, kokių dar niuansų yra jo darbe.
Funkcijos
Pagrindinė prielaida deginti dyzelinį kurą išoriškai valdomame degiklyje yra unikalus būdas išlaisvinti jame sukauptą cheminę energiją. Kad šis procesas vyktų, jam turi būti prieinamas deguonis, kad būtų lengviau degti. Vienas iš svarbiausių šio proceso aspektų yra kuro ir oro maišymas, dažnai vadinamas išankstiniu maišymu.
Dyzelino degimo katalizatorius
Dyzeliniuose varikliuose degalai dažnai įpurškiami į variklio cilindrą suspaudimo takto pabaigoje, tik keli laipsniai alkūninio veleno kampu prieš viršutinį negyvąjį tašką. Skystas kuras paprastai įpurškiamas dideliu greičiu viena ar keliomis srovėmis per mažas skylutes arba purkštukus purkštuko antgalyje, išpurškiamas smulkiais lašeliais ir patenka į degimo kamerą. Purškiamas kuras sugeria šilumą iš aplinkinio įkaitinto suspausto oro, išgaruoja ir susimaišo su aplinkiniu aukštos temperatūros aukšto slėgio oru. Stūmokliui ir toliau judant arčiau viršutinio negyvojo taško (TDC), mišinio (dažniausiai oro) temperatūra pasiekia užsidegimo temperatūrą. Webasto dyzelinio kuro degimo temperatūra niekuo nesiskiria nuo kitų dyzelinių kuro rūšių ir siekia apie 500–600 laipsnių.
Greitas kai kurių iš anksto sumaišytų degalų ir oro užsidegimas įvyksta po tam tikro uždegimo uždelsimo laikotarpio. Šis greitas užsidegimas laikomas degimo pradžia ir jam būdingas staigus cilindro slėgio padidėjimas, kai sunaudojamas oro ir kuro mišinys. Padidėjęs slėgis, atsirandantis dėl iš anksto sumaišyto degimo, suspaudžia ir šildo nesudegusią įkrovos dalį ir sutrumpina uždelsimą, kol ji užsidega. Tai taip pat padidina likusio kuro išgaravimo greitį. Jo purškimas, garinimas, maišymas su oru tęsiasi tol, kol visas sudegs. Šiuo atžvilgiu žibalo ir dyzelino degimo temperatūra gali būti panaši.
Savybė
Pirma, panagrinėkime žymėjimą: tada A yra oras (deguonis), F yra kuras. Dyzelino degimui būdingas mažas bendras A/F santykis. Mažiausias vidutinis A/F dažnai stebimas didžiausio sukimo momento sąlygomis. Siekiant išvengti pernelyg didelio dūmų susidarymo, didžiausias sukimo momentas A/F paprastai išlaikomas didesnis nei 25:1, gerokai didesnis už stechiometrinį (chemiškai teisingą) lygiavertiškumo santykį, kuris yra maždaug 14,4:1. Tai taip pat taikoma visiems dyzelino degimo aktyvatoriams.
Dyzeliniuose varikliuose su turbokompresoriumi oro ir oro santykis tuščiąja eiga gali viršyti 160:1. Vadinasi, balione esantis oro perteklius po kuro degimo ir toliau maišosi su degančiomis ir jau išmetamomis dujomis. Atidarius išmetimo vožtuvą, oro perteklius pašalinamas kartu su degimo produktais, o tai paaiškina dyzelino išmetamųjų dujų oksidacinį pobūdį.
Kada dega dyzelinis kuras? Šis procesas vyksta po to, kai išgarintas kuras susimaišo su oru, kad susidarytų vietinis turtingas mišinys. Taip pat šiame etape pasiekiama tinkama dyzelinio kuro degimo temperatūra. Tačiau bendras A/F santykis yra mažas. Kitaip tariant, galima sakyti, kad didžioji dalis oro, patenkančio į dyzelinio variklio cilindrą, yra suspausta ir įkaitinama, tačiau niekada nedalyvauja degimo procese. Oro pertekliaus deguonis padeda oksiduoti dujinius angliavandenilius ir anglies monoksidą, sumažindamas juos iki itin mažos koncentracijos išmetamosiose dujose. Šis procesas yra daug svarbesnis nei dyzelinio kuro degimo temperatūra.
Veiksniai
Dyzelino degimo procese pagrindinį vaidmenį atlieka šie veiksniai:
- Sukeltas oro krūvis, jo temperatūra ir kinetinė energija keliais matmenimis.
- Įpurškiamo kuro išpurškimas, purslų prasiskverbimas, temperatūra ir cheminės charakteristikos.
Nors šie du veiksniai yra svarbiausi, yra ir kitų parametrų, kurie gali labai paveikti variklio veikimą. Jie atlieka antraeilį, bet svarbų vaidmenį degimo procese. Pavyzdžiui:
- Įleidimo angos dizainas. Jis turi stiprią įtaką oro judėjimui (ypač tuo metu, kai jis patenka į cilindrą) ir maišymosi greičiui degimo kameroje. Tai gali pakeisti dyzelinio kuro degimo temperatūrą katile.
- Įsiurbimo angos konstrukcija taip pat gali turėti įtakos pripūtimo oro temperatūrai. Tai galima pasiekti perduodant šilumą iš vandens apvalkalo per įleidimo angos paviršiaus plotą.
- Įsiurbimo vožtuvo dydis. Valdo bendrą oro masę, patenkančią į cilindrą per ribotą laiką.
- Suspaudimo laipsnis. Tai turi įtakos garavimui, maišymo greičiui ir degimo kokybei, neatsižvelgiant į dyzelinio kuro degimo temperatūrą katile.
- Įpurškimo slėgis. Jis valdo tam tikro purkštuko atidarymo parametro įpurškimo trukmę.
- Išpurškimo geometrija, kuri tiesiogiai veikia dyzelinio kuro ir benzino kokybę ir degimo temperatūrąoro naudojimo sąskaita. Pavyzdžiui, esant didesniam purškimo kūgio kampui, degalus gali užpilti ant stūmoklio viršaus ir degimo bako išorėje atviros kameros DI dyzeliniuose varikliuose. Ši sąlyga gali sukelti pernelyg didelį „rūkymą“, nes kurui neleidžiama patekti į orą. Dėl plataus kūgio kampo degalai gali išsitaškyti ant cilindro sienelių, o ne degimo kameros viduje, kur to reikia. Užpurkštas ant cilindro sienelės, jis ilgainiui pateks žemyn į alyvos indą ir sutrumpės tepalinės alyvos naudojimo laikas. Kadangi purškimo kampas yra vienas iš kintamųjų, turinčių įtakos oro maišymosi greičiui degalų srovėje šalia purkštuko išleidimo angos, jis gali turėti didelės įtakos bendram degimo procesui.
- Vožtuvo konfigūracija, kuri valdo purkštuko padėtį. Dviejų vožtuvų sistemos sukuria pasvirusią purkštuko padėtį, o tai reiškia netolygų purškimą. Dėl to pažeidžiamas kuro ir oro maišymas. Kita vertus, keturių vožtuvų konstrukcija leidžia vertikaliai pritvirtinti purkštuką, simetriškai purkšti kurą ir vienodą prieigą prie turimo oro kiekvienam purkštuvui.
- Viršutinio stūmoklio žiedo padėtis. Jis valdo tuščią erdvę tarp stūmoklio viršaus ir cilindro įdėklo. Ši negyva erdvė sulaiko orą, kuris susispaudžia ir plečiasi net nedalyvaudamas degimo procese. Todėl svarbu suprasti, kad dyzelinio variklio sistema neapsiriboja degimo kamera, purkštukų purkštukais irjų artimiausia aplinka. Degimas apima bet kurią dalį ar komponentą, galintį turėti įtakos galutiniam proceso rezultatui. Todėl niekam neturėtų kilti abejonių, ar dyzelinis kuras dega.
Kita informacija
Yra žinoma, kad dyzelinio kuro degimas yra labai mažas dėl oro ir oro santykio:
- 25:1 esant didžiausiam sukimo momentui.
- 30:1 esant vardiniam greičiui ir didžiausiai galiai.
- Daugiau nei 150:1 tuščiąja eiga varikliams su turbokompresoriumi.
Tačiau šis papildomas oras neįtraukiamas į degimo procesą. Ganėtinai įkaista ir išsenka, dėl to dyzelino išmetimas tampa prastas. Nors vidutinis oro ir degalų santykis yra prastas, jei projektuojant nebus imtasi tinkamų priemonių, degimo kameros zonose gali būti daug kuro ir dėl to gali išsiskirti per daug dūmų.
Degimo kamera
Pagrindinis projektavimo tikslas – užtikrinti pakankamą degalų ir oro sumaišymą, kad būtų sumažintas daug kuro turinčių vietų poveikis ir leisti varikliui pasiekti savo našumo ir išmetamųjų teršalų tikslus. Nustatyta, kad oro judėjimo turbulencija degimo kameroje yra naudinga maišymo procesui ir gali būti naudojama tam pasiekti. Įleidimo angos sukuriamas sūkurys gali būti sustiprintas, o stūmoklis gali sukurtisuspaudžiamas artėjant prie cilindro galvutės, kad suspaudimo metu susidarytų daugiau turbulencijos dėl tinkamos stūmoklio galvutės kaušelio konstrukcijos.
Degimo kameros konstrukcija turi didžiausią įtaką kietųjų dalelių išmetimui. Tai taip pat gali paveikti nesudegusius angliavandenilius ir CO. Nors NOx emisija priklauso nuo dubens konstrukcijos [De Risi 1999], birių dujų savybės vaidina labai svarbų vaidmenį jų išmetamųjų dujų lygiui. Tačiau dėl NOx/PM kompromiso, mažėjant NOx emisijų riboms, degimo kamerų konstrukcijos turėjo keistis. Tai daugiausia reikalinga siekiant išvengti kietųjų dalelių išmetimo padidėjimo, kuris kitu atveju padidėtų.
Optimizavimas
Svarbus parametras optimizuojant dyzelinio kuro degimo sistemą variklyje yra šiame procese dalyvaujančio turimo oro dalis. K faktorius (stūmoklio kaušelio tūrio ir tarpo santykis) yra apytikslis degimui skirto oro dalies matas. Sumažinus variklio darbinį tūrį, mažėja santykinis koeficientas K ir atsiranda tendencija pabloginti degimo charakteristikas. Esant tam tikram poslinkiui ir esant pastoviam suspaudimo laipsniui, K koeficientą galima pagerinti pasirinkus ilgesnį eigą. Cilindro angos ir variklio santykio pasirinkimas gali priklausyti nuo K faktoriaus ir daugybės kitų veiksnių, tokių kaip variklio pakuotė, angos ir vožtuvai ir pan.
Galimi sunkumai
Ypač svarbi sąrankos problemaDidžiausias cilindro ir eigos santykis yra labai sudėtingoje cilindro galvutės pakuotėje. Tai būtina norint pritaikyti keturių vožtuvų konstrukciją ir bendrojo bėgio kuro įpurškimo sistemą su purkštuku, esančiu centre. Cilindrų galvutės yra sudėtingos dėl daugybės kanalų, įskaitant vandens aušinimą, cilindro galvutės tvirtinimo varžtus, įsiurbimo ir išmetimo angas, purkštukus, kaitinimo žvakes, vožtuvus, vožtuvų kotus, įdubas ir lizdus bei kitus kanalus, naudojamus kai kurių modelių išmetamųjų dujų recirkuliacijai.
Šiuolaikinių tiesioginio įpurškimo dyzelinių variklių degimo kameros gali būti vadinamos atviromis arba antrinėmis degimo kameromis.
Atviros kameros
Jei stūmoklyje esančios dubens viršutinės skylės skersmuo yra mažesnis nei didžiausias to paties dubens parametro dydis, tada ji vadinama grąžinama. Tokie dubenys turi „lūpą“. Jei ne, tai atvira degimo kamera. Dyzeliniuose varikliuose šios meksikietiškos skrybėlių dubens konstrukcijos buvo žinomos nuo 1920 m. Jie buvo naudojami iki 1990 m. sunkiasvoriuose varikliuose, kol grįžtamasis dubuo tapo svarbesnis nei anksčiau. Šios formos degimo kamera skirta palyginti ilgesniam įpurškimo laikui, kai dubenyje yra daugiausia degančių dujų. Jis netinkamai tinka atidėto injekcijos strategijoms.
Dyzelinis variklis
Jis pavadintas išradėjo Rudolfo Dieselio vardu. Tai vidaus degimo variklis, kuriame įpurškiamo kuro užsidegimą sukelia padidėjęsoro temperatūra cilindre dėl mechaninio suspaudimo. Dyzelinas veikia suspaudžiant tik orą. Tai padidina oro temperatūrą cilindro viduje tiek, kad į degimo kamerą įpurškiamas purškiamas kuras užsidega savaime.
Tai skiriasi nuo kibirkštinio uždegimo variklių, tokių kaip benzinas arba LPG (naudojant dujinius, o ne benziną). Jie naudoja uždegimo žvakę, kad uždegtų oro ir kuro mišinį. Dyzeliniuose varikliuose pakaitinimo žvakės (degimo kameros šildytuvai) gali būti naudojamos siekiant padėti užvesti š altu oru ir esant žemam suspaudimo laipsniui. Originalus dyzelinas veikia nuolatiniu slėgio ciklu ir laipsniškai dega ir nesukelia garsinio strėlės.
Bendrosios charakteristikos
Dyzelinas turi didžiausią šiluminį efektyvumą tarp visų praktinių vidaus ir išorės degimo variklių dėl labai didelio plėtimosi laipsnio ir būdingo lieso degimo, leidžiančio oro pertekliui išsklaidyti šilumą. Be tiesioginio įpurškimo išvengiama ir nedidelio efektyvumo praradimo, nes užsidarius vožtuvui nėra nesudegusių degalų, o degalai neteka tiesiai iš įsiurbimo (purkštuko) į išmetimo vamzdį. Mažo greičio dyzelinių variklių, pvz., naudojamų laivuose, šiluminis naudingumas gali viršyti 50 procentų.
Dyzeliniai varikliai gali būti suprojektuoti kaip dvitakčiai arba keturtakčiai. Iš pradžių jie buvo naudojami kaipveiksmingas stacionarių garo variklių pakaitalas. Nuo 1910 m. jie buvo naudojami povandeniniuose laivuose ir laivuose. Vėliau buvo naudojamas lokomotyvuose, sunkvežimiuose, sunkiojoje technikoje ir elektrinėse. Praėjusio amžiaus trečiajame dešimtmetyje jie rado vietą kelių automobilių dizaine.
Privalumai ir trūkumai
Nuo aštuntojo dešimtmečio JAV dyzelinių variklių naudojimas didesnėse visureigėse ir automobiliuose išaugo. Didžiosios Britanijos automobilių gamintojų ir gamintojų draugijos duomenimis, ES dyzelinių transporto priemonių vidurkis sudaro 50 % visų pardavimų (tarp jų 70 % Prancūzijoje ir 38 % JK).
Š altu oru greitaeigių dyzelinių variklių užvedimas gali būti sudėtingas, nes bloko ir cilindro galvutės masė sugeria suspaudimo šilumą ir neleidžia užsidegti dėl didesnio paviršiaus ir tūrio santykio. Anksčiau šiuose įrenginiuose kamerose buvo naudojami nedideli elektriniai šildytuvai, vadinami kaitinimo žvakėmis.
Peržiūros
Daugelyje variklių įsiurbimo kolektoriuje naudojami pasipriešinimo šildytuvai, kad šildytų įsiurbiamąjį orą ir paleidžiama arba kol pasiekiama darbinė temperatūra. Elektriniai varžiniai variklio blokų šildytuvai, prijungti prie elektros tinklo, naudojami š alto klimato sąlygomis. Tokiais atvejais jį reikia įjungti ilgą laiką (daugiau nei valandą), kad sumažėtų paleidimo laikas ir susidėvėjimas.
Blokiniai šildytuvai taip pat naudojami avariniam maitinimo š altiniui su dyzeliniais generatoriais, kuriems nutrūkus elektrai reikia greitai atjungti maitinimą. Anksčiau buvo naudojami įvairesni š alto užvedimo būdai. Kai kuriuose varikliuose, pvz., Detroito dyzeliniuose varikliuose, buvo naudojama sistema, leidžianti į įsiurbimo kolektorių įvesti nedidelį eterio kiekį, kad pradėtų degti. Kiti naudojo mišrią sistemą su metanolio degimo atsparumo šildytuvu. Ekspromtu naudojamas metodas, ypač neveikiantiems varikliams, yra rankiniu būdu išpurkšti pagrindinio skysčio aerozolinį balionėlį į įsiurbiamo oro srautą (dažniausiai per įsiurbiamo oro filtro mazgą).
Skirtumai nuo kitų variklių
Dyzelino sąlygos skiriasi nuo kibirkštinio uždegimo variklio dėl skirtingo termodinaminio ciklo. Be to, jo galią ir sukimosi greitį tiesiogiai valdo degalų tiekimas, o ne oras, kaip cikliniame variklyje. Dyzelinio kuro ir benzino degimo temperatūra taip pat gali skirtis.
Vidutinio dyzelinio variklio galios ir svorio santykis yra mažesnis nei benzininio variklio. Taip yra todėl, kad dyzelinas turi važiuoti mažesniu apsisukimų dažniu, nes konstrukcijoje reikia sunkesnių ir tvirtesnių dalių, kurios atlaikytų darbinį slėgį. Ją visada lemia didelis variklio suspaudimo laipsnis, dėl kurio dėl inercijos jėgų padidėja detalės jėgos. Kai kurie dyzeliniai varikliai skirti komerciniam naudojimui. Tai ne kartą buvo patvirtinta praktikoje.
Dyzeliniai varikliai paprastaiturėti ilgą insultą. Iš esmės tai būtina, kad būtų lengviau pasiekti reikiamus suspaudimo laipsnius. Dėl to stūmoklis tampa sunkesnis. Tą patį galima pasakyti ir apie strypus. Per juos ir alkūninį veleną turi būti perduodama daugiau jėgos, kad pasikeistų stūmoklio impulsas. Tai dar viena priežastis, kodėl dyzelinis variklis turi būti stipresnis, kad būtų tokia pati galia kaip ir benzininis.
