Nasusunog ba ang diesel fuel? Nasusunog ito, at medyo malakas. Ang nalalabi nito na hindi lumahok sa pre-mixed combustion ay natupok sa variable rate combustion phase.
Ang pagkasunog sa mga makinang diesel ay napakahirap. Hanggang sa 1990s, ang mga detalyadong mekanismo nito ay hindi lubos na nauunawaan. Ang temperatura ng pagkasunog ng diesel fuel sa combustion chamber ay iba-iba rin sa bawat kaso. Sa loob ng mga dekada, ang pagiging kumplikado ng prosesong ito ay tila sumasalungat sa mga pagtatangka ng mga mananaliksik na malutas ang maraming mga lihim nito, sa kabila ng pagkakaroon ng mga modernong tool tulad ng high-speed photography na ginagamit sa "transparent" na mga makina, ang kapangyarihan sa pagpoproseso ng mga modernong computer, at maraming mga modelo ng matematika. idinisenyo upang gayahin ang pagkasunog sa diesel Ang paggamit ng sheet laser imaging sa tradisyunal na proseso ng pagkasunog ng diesel noong 1990s ay ang susi sa lubos na pagpapabuti ng pag-unawa sa prosesong ito.
Sasaklawin ng artikulong itoang pinaka-tinatag na modelo ng proseso para sa isang klasikong diesel engine. Ang karaniwang pagkasunog ng diesel fuel na ito ay pangunahing kinokontrol sa pamamagitan ng paghahalo, na maaaring mangyari dahil sa diffusion ng gasolina at hangin bago mag-apoy.
Temperatura ng pagkasunog
Sa anong temperatura nasusunog ang diesel fuel? Kung kanina ay tila mahirap ang tanong na ito, ngayon ay maaari itong bigyan ng ganap na hindi malabo na sagot. Ang temperatura ng pagkasunog ng diesel fuel ay mga 500-600 degrees Celsius. Ang temperatura ay dapat sapat na mataas upang mag-apoy sa pinaghalong gasolina at hangin. Sa mga malalamig na bansa kung saan nangingibabaw ang mababang temperatura sa paligid, ang mga makina ay may glow plug na nagpapainit sa intake port upang makatulong na simulan ang makina. Ito ang dahilan kung bakit dapat mong palaging hintayin hanggang sa mawala ang icon ng pampainit sa dashboard bago simulan ang makina. Nakakaapekto rin ito sa temperatura ng pagkasunog ng diesel fuel. Isaalang-alang natin kung ano ang iba pang mga nuances sa kanyang trabaho.
Mga Tampok
Ang pangunahing kinakailangan para sa pagsunog ng diesel fuel sa isang external na kontroladong burner ay ang natatanging paraan nito ng pagpapakawala ng kemikal na enerhiya na nakaimbak dito. Upang maisakatuparan ang prosesong ito, ang oxygen ay dapat na magagamit dito upang mapadali ang pagkasunog. Ang isa sa pinakamahalagang aspeto ng prosesong ito ay ang paghahalo ng gasolina at hangin, na kadalasang tinutukoy bilang pre-mixing.
Diesel combustion catalyst
Sa mga makinang diesel, kadalasang itinuturok ang gasolina sa silindro ng makina sa dulo ng compression stroke, ilang degree lang ng anggulo ng crankshaft bago ang tuktok na patay na sentro. Ang likidong gasolina ay karaniwang itinuturok sa mataas na bilis sa isa o higit pang mga jet sa pamamagitan ng maliliit na butas o nozzle sa dulo ng injector, atomized sa pinong droplets, at pumapasok sa combustion chamber. Ang atomized na gasolina ay sumisipsip ng init mula sa nakapalibot na pinainit na naka-compress na hangin, sumingaw at humahalo sa nakapaligid na mataas na temperatura na mataas na presyon ng hangin. Habang ang piston ay patuloy na lumalapit sa tuktok na patay na sentro (TDC), ang temperatura ng pinaghalong (karamihan ay hangin) ay umabot sa temperatura ng pag-aapoy nito. Ang temperatura ng pagkasunog ng Webasto diesel fuel ay hindi naiiba sa iba pang mga grade ng diesel, na umaabot sa humigit-kumulang 500-600 degrees.
Ang mabilis na pag-aapoy ng ilang pre-mixed na gasolina at hangin ay nangyayari pagkatapos ng isang panahon ng pagkaantala sa pag-aapoy. Ang mabilis na pag-aapoy na ito ay itinuturing na simula ng pagkasunog at nailalarawan sa pamamagitan ng isang matalim na pagtaas sa presyon ng silindro habang natupok ang pinaghalong air-fuel. Ang tumaas na presyon na nagreresulta mula sa pre-mixed combustion compresses at init ang hindi pa nasusunog na bahagi ng charge at pinaiikli ang pagkaantala bago ito mag-apoy. Pinapataas din nito ang rate ng pagsingaw ng natitirang gasolina. Ang pag-spray nito, pagsingaw, paghahalo sa hangin ay nagpapatuloy hanggang sa masunog ang lahat. Ang temperatura ng pagkasunog ng kerosene at diesel fuel sa bagay na ito ay maaaring magkatulad.
Katangian
Una, harapin natin ang notasyon: pagkatapos ay ang A ay hangin (oxygen), ang F ay panggatong. Ang pagkasunog ng diesel ay nailalarawan sa pamamagitan ng mababang kabuuang ratio ng A/F. Ang pinakamababang average na A/F ay madalas na sinusunod sa ilalim ng mga kondisyon ng peak torque. Upang maiwasan ang labis na pagbuo ng usok, ang peak torque A/F ay karaniwang pinapanatili sa itaas ng 25:1, na mas mataas sa stoichiometric (chemically correct) equivalence ratio na humigit-kumulang 14.4:1. Nalalapat din ito sa lahat ng diesel combustion activator.
Sa mga turbocharged na diesel engine, ang A/F ratio sa idle ay maaaring lumampas sa 160:1. Dahil dito, ang labis na hangin na naroroon sa silindro pagkatapos ng pagkasunog ng gasolina ay patuloy na humahalo sa nasusunog at naubos na mga gas. Kapag binuksan ang exhaust valve, nauubos ang sobrang hangin kasama ng mga produkto ng combustion, na nagpapaliwanag ng oxidative na katangian ng diesel exhaust.
Kailan nasusunog ang diesel fuel? Ang prosesong ito ay nangyayari pagkatapos na ang singaw na gasolina ay naghalo sa hangin upang bumuo ng isang lokal na masaganang timpla. Gayundin sa yugtong ito, naabot ang wastong temperatura ng pagkasunog ng diesel fuel. Gayunpaman, ang kabuuang ratio ng A/F ay maliit. Sa madaling salita, masasabi na ang karamihan sa hangin na pumapasok sa silindro ng isang diesel engine ay naka-compress at pinainit, ngunit hindi kailanman nakikilahok sa proseso ng pagkasunog. Ang oxygen sa labis na hangin ay nakakatulong upang ma-oxidize ang mga gas na hydrocarbon at carbon monoxide, na binabawasan ang mga ito sa napakababang konsentrasyon sa mga maubos na gas. Ang prosesong ito ay higit na mahalaga kaysa sa temperatura ng pagkasunog ng diesel fuel.
Mga Salik
Ang mga sumusunod na salik ay may malaking papel sa proseso ng pagkasunog ng diesel:
- Ang induced charge ng hangin, ang temperatura nito at ang kinetic energy nito sa ilang dimensyon.
- Atomization ng injected fuel, splash penetration, temperatura at mga kemikal na katangian.
Bagaman ang dalawang salik na ito ang pinakamahalaga, may iba pang mga parameter na maaaring makaapekto nang malaki sa performance ng engine. Sila ay gumaganap ng pangalawang ngunit mahalagang papel sa proseso ng pagkasunog. Halimbawa:
- Disenyo ng pasukan. Ito ay may malakas na impluwensya sa paggalaw ng singil ng hangin (lalo na sa sandaling ito ay pumasok sa silindro) at sa bilis ng paghahalo sa silid ng pagkasunog. Maaari nitong baguhin ang temperatura ng pagkasunog ng diesel fuel sa boiler.
- Ang disenyo ng intake port ay maaari ding makaapekto sa charge air temperature. Magagawa ito sa pamamagitan ng paglilipat ng init mula sa water jacket sa ibabaw ng bahagi ng pasukan.
- Laki ng intake valve. Kinokontrol ang kabuuang masa ng hangin na ipinapasok sa cylinder sa isang takdang panahon.
- Compression ratio. Nakakaapekto ito sa pagsingaw, bilis ng paghahalo at kalidad ng pagkasunog, anuman ang temperatura ng pagkasunog ng diesel fuel sa boiler.
- Injection pressure. Kinokontrol nito ang tagal ng iniksyon para sa isang ibinigay na parameter ng pagbubukas ng nozzle.
- Atomization geometry, na direktang nakakaapekto sa kalidad at temperatura ng pagkasunog ng diesel fuel at gasolina para saaccount sa paggamit ng hangin. Halimbawa, ang isang mas malaking anggulo ng spray cone ay maaaring maglagay ng gasolina sa ibabaw ng piston at sa labas ng tangke ng pagkasunog sa mga open chamber na DI diesel engine. Ang kundisyong ito ay maaaring humantong sa labis na "paninigarilyo" dahil ang gasolina ay tinanggihan ng access sa hangin. Ang mga malapad na anggulo ng kono ay maaari ding maging sanhi ng pagtilamsik ng gasolina sa mga dingding ng silindro kaysa sa loob ng silid ng pagkasunog kung saan ito kinakailangan. Na-spray sa cylinder wall, sa kalaunan ay lilipat ito pababa sa oil pan, na magpapaikli sa buhay ng lubricating oil. Dahil ang anggulo ng spray ay isa sa mga variable na nakakaapekto sa rate ng paghahalo ng hangin sa fuel jet malapit sa injector outlet, maaari itong magkaroon ng malaking epekto sa pangkalahatang proseso ng pagkasunog.
- Configuration ng balbula na kumokontrol sa posisyon ng injector. Ang mga two-valve system ay lumikha ng isang nakatagilid na posisyon ng injector, na nangangahulugang hindi pantay na pag-spray. Ito ay humahantong sa isang paglabag sa paghahalo ng gasolina at hangin. Sa kabilang banda, ang mga disenyong may apat na balbula ay nagbibigay-daan sa vertical injector mounting, simetriko fuel atomization, at pantay na access sa available na hangin para sa bawat atomizer.
- Posisyon ng upper piston ring. Kinokontrol nito ang patay na espasyo sa pagitan ng tuktok ng piston at ng cylinder liner. Ang patay na espasyong ito ay nakakakuha ng hangin na pumipilit at lumalawak nang hindi man lang nakikilahok sa proseso ng pagkasunog. Samakatuwid, mahalagang maunawaan na ang diesel engine system ay hindi limitado sa combustion chamber, injector nozzles atkanilang agarang kapaligiran. Kasama sa pagkasunog ang anumang bahagi o bahagi na maaaring makaapekto sa resulta ng proseso. Samakatuwid, walang dapat mag-alinlangan kung nasusunog ba ang diesel fuel.
Iba pang detalye
Ang pagkasunog ng diesel ay kilala na napakabagal sa A/F ratio:
- 25:1 sa pinakamataas na torque.
- 30:1 sa rate na bilis at maximum na lakas.
- Higit sa 150:1 sa idle para sa mga turbocharged engine.
Gayunpaman, ang karagdagang hangin na ito ay hindi kasama sa proseso ng pagkasunog. Ito ay umiinit nang husto at naubos, bilang isang resulta kung saan ang tambutso ng diesel ay nagiging mahirap. Kahit na ang average na air-fuel ratio ay hindi maganda, kung ang mga wastong hakbang ay hindi gagawin sa panahon ng proseso ng disenyo, ang mga lugar ng combustion chamber ay maaaring mayaman sa gasolina at magresulta sa labis na paglabas ng usok.
Combustion chamber
Ang isang pangunahing layunin sa disenyo ay upang matiyak ang sapat na paghahalo ng gasolina at hangin upang mapagaan ang mga epekto ng mga lugar na mayaman sa gasolina at payagan ang makina na maabot ang mga target sa pagganap at mga emisyon nito. Napag-alaman na ang turbulence sa paggalaw ng hangin sa loob ng combustion chamber ay kapaki-pakinabang sa proseso ng paghahalo at maaaring magamit upang makamit ito. Ang vortex na nilikha ng pumapasok ay maaaring palakasin at ang piston ay maaaring lumikhapinipiga habang papalapit ito sa cylinder head upang bigyang-daan ang mas maraming turbulence habang ginagawa ang compression dahil sa tamang disenyo ng cup sa piston head.
Ang disenyo ng combustion chamber ay may pinakamahalagang epekto sa mga particulate emissions. Maaari rin itong makaapekto sa hindi nasusunog na mga hydrocarbon at CO. Bagama't ang mga paglabas ng NOx ay nakasalalay sa disenyo ng mangkok [De Risi 1999], ang mga katangian ng bulk gas ay may napakahalagang papel sa kanilang mga antas ng maubos na gas. Gayunpaman, dahil sa NOx/PM trade-off, ang mga disenyo ng combustor ay kailangang umunlad habang bumababa ang mga limitasyon sa paglabas ng NOx. Pangunahing kinakailangan ito upang maiwasan ang pagtaas ng mga PM emissions na maaaring mangyari.
Pag-optimize
Ang isang mahalagang parameter para sa pag-optimize ng combustion system ng diesel fuel sa makina ay ang proporsyon ng available na hangin na kasangkot sa prosesong ito. Ang K factor (ratio ng volume ng piston cup sa clearance) ay isang tinatayang sukat ng proporsyon ng hangin na magagamit para sa pagkasunog. Ang pagbabawas ng displacement ng makina ay humahantong sa pagbaba sa relatibong koepisyent K at sa isang ugali na lumala ang mga katangian ng pagkasunog. Para sa isang naibigay na displacement at sa isang pare-pareho ang compression ratio, ang K factor ay maaaring mapabuti sa pamamagitan ng pagpili ng isang mas mahabang stroke. Ang pagpili ng cylinder bore to engine ratio ay maaaring maapektuhan ng K factor at ilang iba pang salik gaya ng engine packaging, bores at valves, at iba pa.
Posibleng mga paghihirap
Isang partikular na makabuluhang problema kapag nagse-set upAng pinakamataas na ratio ng cylinder sa stroke ay nasa napakakomplikadong packaging ng cylinder head. Ito ay kinakailangan upang mapaunlakan ang apat na balbula na disenyo at ang common-rail fuel injection system na may injector na matatagpuan sa gitna. Ang mga cylinder head ay kumplikado dahil sa maraming channel, kabilang ang water cooling, cylinder head retaining bolts, intake at exhaust port, injector, glow plugs, valves, valve stems, recesses at upuan, at iba pang channel na ginagamit para sa exhaust gas recirculation sa ilang disenyo.
Ang mga combustion chamber sa modernong direct injection na mga diesel engine ay maaaring tawaging open o secondary combustion chamber.
Mga bukas na camera
Kung ang itaas na butas ng bowl sa piston ay may mas maliit na diameter kaysa sa maximum ng parehong parameter ng bowl, kung gayon ito ay tinatawag na maibabalik. Ang ganitong mga mangkok ay may "labi". Kung hindi, ito ay isang bukas na silid ng pagkasunog. Sa mga makinang diesel, ang mga disenyo ng Mexican hat bowl na ito ay kilala mula noong 1920s. Ginamit ang mga ito hanggang 1990 sa mga makinang may mabibigat na tungkulin hanggang sa punto kung saan ang mangkok sa pagbabalik ay naging mas mahalaga kaysa dati. Ang form na ito ng combustion chamber ay idinisenyo para sa medyo advanced na mga oras ng pag-iniksyon, kung saan ang bowl ay naglalaman ng karamihan sa mga nasusunog na gas. Hindi ito angkop para sa mga naantalang diskarte sa pag-iniksyon.
Diesel engine
Ito ay ipinangalan sa imbentor na si Rudolf Diesel. Ito ay isang panloob na makina ng pagkasunog kung saan ang pag-aapoy ng iniksyon na gasolina ay sanhi ng pagtaastemperatura ng hangin sa silindro dahil sa mekanikal na compression. Gumagana ang diesel sa pamamagitan ng pag-compress lamang ng hangin. Pinapataas nito ang temperatura ng hangin sa loob ng cylinder sa isang lawak na ang atomized fuel na na-injected sa combustion chamber ay kusang nag-aapoy.
Ito ay iba sa mga spark ignition engine gaya ng gasoline o LPG (gumagamit ng gaseous fuel kaysa sa gasolina). Gumagamit sila ng isang spark plug upang mag-apoy sa pinaghalong air-fuel. Sa mga makinang diesel, maaaring gamitin ang mga glow plug (mga combustion chamber heaters) upang makatulong na magsimula sa malamig na panahon at gayundin sa mababang compression ratio. Gumagana ang orihinal na diesel sa patuloy na pressure cycle ng unti-unting pagkasunog at hindi gumagawa ng sonic boom.
Mga pangkalahatang katangian
Ang Diesel ay may pinakamataas na thermal efficiency ng anumang praktikal na internal at external combustion engine dahil sa napakataas nitong expansion ratio at likas na lean combustion, na nagbibigay-daan sa sobrang hangin na mawala ang init. Ang isang maliit na pagkawala ng kahusayan ay pinipigilan din nang walang direktang iniksyon, dahil ang hindi nasusunog na gasolina ay wala kapag ang balbula ay nagsara, at ang gasolina ay hindi direktang dumadaloy mula sa intake (injector) na aparato patungo sa tambutso. Ang mga low speed na diesel engine, gaya ng mga ginagamit sa mga barko, ay maaaring magkaroon ng thermal efficiencies na higit sa 50 percent.
Ang mga diesel ay maaaring idisenyo bilang two-stroke o four-stroke. Sila ay orihinal na ginamit bilangepektibong kapalit para sa mga nakatigil na makina ng singaw. Mula noong 1910 sila ay ginamit sa mga submarino at barko. Ang paggamit sa mga lokomotibo, trak, mabibigat na kagamitan at mga planta ng kuryente ay sinundan mamaya. Noong dekada thirties ng huling siglo, nakahanap sila ng lugar sa disenyo ng ilang sasakyan.
Mga kalamangan at kawalan
Mula noong 1970s, tumaas ang paggamit ng mga diesel engine sa mas malalaking on- at off-road na sasakyan sa US. Ayon sa British Society of Motor Manufacturers and Manufacturers, ang average ng EU para sa mga diesel na sasakyan ay 50% ng kabuuang benta (kabilang sa mga ito ay 70% sa France at 38% sa UK).
Sa malamig na panahon, maaaring mahirap simulan ang mga high-speed na diesel engine dahil ang mass ng block at cylinder head ay sumisipsip ng init ng compression, na pumipigil sa pag-aapoy dahil sa mas mataas na surface to volume ratio. Dati, ang mga unit na ito ay gumagamit ng maliliit na electrical heater sa loob ng mga chamber na tinatawag na glow plugs.
Views
Maraming engine ang gumagamit ng mga panlaban na pampainit sa intake manifold upang painitin ang intake air at upang simulan o hanggang sa maabot ang operating temperature. Ang mga electric resistive engine block heaters na konektado sa mains ay ginagamit sa malamig na klima. Sa ganitong mga kaso, kailangan itong i-on nang mahabang panahon (mahigit isang oras) upang mabawasan ang oras ng pagsisimula at pagsusuot.
Ang mga block heater ay ginagamit din para sa mga emergency power supply na may mga diesel generator, na kailangang mabilis na mag-offload ng kuryente sakaling mawalan ng kuryente. Noong nakaraan, mas malawak na iba't ibang paraan ng pagsisimula ng malamig ang ginamit. Ang ilang mga makina, tulad ng Detroit Diesel, ay gumamit ng isang sistema upang ipasok ang maliit na halaga ng eter sa intake manifold upang simulan ang pagkasunog. Ang iba ay gumamit ng halo-halong sistema na may methanol-burning resistance heater. Ang isang impromptu na paraan, lalo na sa mga hindi tumatakbong makina, ay ang manu-manong pag-spray ng isang aerosol can ng mahahalagang likido sa intake air stream (karaniwan ay sa pamamagitan ng intake air filter assembly).
Mga pagkakaiba sa iba pang makina
Ang mga kondisyon ng diesel ay iba sa spark ignition engine dahil sa magkaibang thermodynamic cycle. Bilang karagdagan, ang kapangyarihan at bilis ng pag-ikot nito ay direktang kinokontrol ng supply ng gasolina, at hindi hangin, tulad ng sa isang cyclic engine. Ang temperatura ng pagkasunog ng diesel fuel at gasolina ay maaari ding mag-iba.
Ang karaniwang diesel engine ay may mas mababang power-to-weight ratio kaysa sa gasoline engine. Ito ay dahil ang diesel ay kailangang tumakbo sa isang mas mababang RPM dahil sa estruktural na pangangailangan para sa mas mabibigat at mas malakas na mga bahagi upang mapaglabanan ang operating pressure. Ito ay palaging sanhi ng isang mataas na ratio ng compression ng makina, na nagpapataas ng mga puwersa sa bahagi dahil sa mga puwersa ng pagkawalang-galaw. Ang ilang mga diesel ay para sa komersyal na paggamit. Ito ay paulit-ulit na nakumpirma sa pagsasanay.
Diesel engine kadalasanmagkaroon ng mahabang stroke. Karaniwan, ito ay kinakailangan upang mapadali ang pagkamit ng mga kinakailangang ratio ng compression. Bilang isang resulta, ang piston ay nagiging mas mabigat. Ang parehong ay maaaring sinabi tungkol sa mga tungkod. Higit na puwersa ang dapat ipadala sa pamamagitan ng mga ito at sa crankshaft upang mabago ang momentum ng piston. Ito ay isa pang dahilan kung bakit kailangang maging mas malakas ang isang diesel engine para sa parehong power output gaya ng isang gasoline engine.
