Дизельдік отын жанады ма? Ол күйіп кетеді және өте қатты. Оның алдын ала аралас жануға қатыспаған қалдығы ауыспалы жылдамдықпен жану фазасында жұмсалады.
Дизельдік қозғалтқыштарда жану өте қиын. 1990 жылдарға дейін оның егжей-тегжейлі тетіктері жақсы түсінілмеді. Жану камерасындағы дизельдік отынның жану температурасы да әр жағдайда әртүрлі болды. Ондаған жылдар бойы бұл процестің күрделілігі «мөлдір» қозғалтқыштарда қолданылатын жоғары жылдамдықты фотосуреттер, қазіргі заманғы компьютерлердің өңдеу қуаты және көптеген математикалық модельдер сияқты заманауи құралдардың болуына қарамастан, зерттеушілердің оның көптеген құпияларын ашу әрекеттеріне қарсылық танытқандай болды. дизельде жануды имитациялауға арналған 1990 жылдардағы дәстүрлі дизельді жану процесіне парақты лазерлік бейнелеуді қолдану бұл процесті түсінуді айтарлықтай жақсартудың кілті болды.
Бұл мақаланы қамтидыклассикалық дизельдік қозғалтқыш үшін ең танымал технологиялық үлгі. Дизельдік отынның бұл әдеттегі жануы негізінен отын мен ауаның тұтану алдында диффузияға байланысты болуы мүмкін араластыру арқылы бақыланады.
Жану температурасы
Дизельдік отын қандай температурада жанады? Егер бұрын бұл сұрақ қиын болып көрінсе, енді оған біржақты жауап беруге болады. Дизельдік отынның жану температурасы шамамен 500-600 градус Цельсийді құрайды. Температура отын мен ауа қоспасын тұтандыру үшін жеткілікті жоғары болуы керек. Қоршаған ортаның төмен температуралары басым болатын суық елдерде қозғалтқыштарда қозғалтқышты іске қосуға көмектесу үшін сору портын жылытатын шам бар. Сондықтан қозғалтқышты іске қоспас бұрын, бақылау тақтасындағы қыздырғыш белгішесі сөнгенше күту керек. Ол дизельдік отынның жану температурасына да әсер етеді. Оның жұмысында тағы қандай нюанстар бар екенін қарастырайық.
Мүмкіндіктер
Сыртқы басқарылатын оттықта дизельдік отынды жағудың негізгі алғышарты оның ішінде жинақталған химиялық энергияны шығарудың бірегей тәсілі болып табылады. Бұл процесті жүзеге асыру үшін жануды жеңілдету үшін оған оттегі қол жетімді болуы керек. Бұл процестің ең маңызды аспектілерінің бірі отын мен ауаны араластыру болып табылады, оны көбінесе алдын ала араластыру деп атайды.
Дизельді жану катализаторы
Дизельдік қозғалтқыштарда отын көбінесе қозғалтқыш цилиндріне қысу инсультінің соңында, жоғарғы өлі нүктеге дейін иінді біліктің бірнеше градус бұрышында енгізіледі. Сұйық отын әдетте инжектордың ұшындағы шағын саңылаулар немесе саптамалар арқылы бір немесе бірнеше ағынмен жоғары жылдамдықпен айдалады, майда тамшыларға тозаңдалады және жану камерасына түседі. Атомизацияланған отын айналадағы қыздырылған сығылған ауадан жылуды сіңіреді, буланады және қоршаған жоғары температуралы жоғары қысымды ауамен араласады. Поршень жоғарғы өлі нүктеге (TDC) жақындай бергенде, қоспаның температурасы (көбінесе ауа) тұтану температурасына жетеді. Webasto дизель отынының жану температурасы басқа дизельдік сорттардан еш айырмашылығы жоқ, шамамен 500-600 градусқа жетеді.
Алдын ала араластырылған кейбір отын мен ауаның жылдам тұтануы тұтану кідірісінен кейін пайда болады. Бұл жылдам тұтану жанудың басталуы болып саналады және ауа-отын қоспасы тұтынылған кезде цилиндр қысымының күрт жоғарылауымен сипатталады. Алдын ала араластырылған жану нәтижесінде пайда болатын жоғары қысым зарядтың жанбаған бөлігін қысады және қыздырады және жану алдында кідірісті қысқартады. Сондай-ақ қалған отынның булану жылдамдығын арттырады. Оның бүркуі, булануы, ауамен араласуы бәрі жанып кеткенше жалғасады. Осыған байланысты керосин мен дизель отынының жану температурасы ұқсас болуы мүмкін.
Сипаттамасы
Алдымен белгілермен айналысайық: онда А - ауа (оттегі), F - отын. Дизельді жану жалпы A/F қатынасының төмендігімен сипатталады. Ең төменгі орташа A/F жиі ең жоғары момент жағдайында байқалады. Шамадан тыс түтіннің пайда болуын болдырмау үшін A/F ең жоғары моменті әдетте 25:1-ден жоғары, шамамен 14,4:1 болатын стехиометриялық (химиялық тұрғыдан дұрыс) эквиваленттік қатынастан әлдеқайда жоғары сақталады. Бұл барлық дизельді жану активаторларына да қатысты.
Турбокомпрессорлы дизельдік қозғалтқыштарда бос жүрістегі A/F қатынасы 160:1-ден асуы мүмкін. Демек, отын жанғаннан кейін цилиндрдегі артық ауа жанып жатқан және таусылған газдармен араласуды жалғастырады. Шығару клапаны ашылғанда, жану өнімдерімен бірге артық ауа да шығарылады, бұл дизель газының тотығу сипатын түсіндіреді.
Дизельдік отын қашан жанады? Бұл процесс буланған отын ауамен араласып, жергілікті бай қоспаны түзгеннен кейін жүреді. Сондай-ақ осы кезеңде дизельдік отынның тиісті жану температурасына жетеді. Дегенмен, жалпы A/F қатынасы аз. Басқаша айтқанда, дизельді қозғалтқыштың цилиндріне түсетін ауаның көп бөлігі сығылған және қыздырылған, бірақ ешқашан жану процесіне қатыспайды деп айтуға болады. Артық ауадағы оттегі газ тәрізді көмірсутектер мен көміртегі тотығын тотықтыруға көмектеседі, оларды пайдаланылған газдардағы өте төмен концентрацияға дейін төмендетеді. Бұл процесс дизельдік отынның жану температурасынан әлдеқайда маңызды.
Факторлар
Дизельді жану процесінде келесі факторлар маңызды рөл атқарады:
- Ауаның индукцияланған заряды, оның температурасы және бірнеше өлшемдегі кинетикалық энергиясы.
- Инъекциялық отынның атомизациясы, шашыраудың өтуі, температура және химиялық сипаттамалар.
Бұл екі фактор ең маңызды болғанымен, қозғалтқыш жұмысына айтарлықтай әсер ететін басқа да параметрлер бар. Олар жану процесінде қосалқы, бірақ маңызды рөл атқарады. Мысалы:
- Кірістің дизайны. Ол зарядты ауаның қозғалысына (әсіресе ол цилиндрге түскен кезде) және жану камерасындағы араластыру жылдамдығына қатты әсер етеді. Бұл қазандықтағы дизельдік отынның жану температурасын өзгертуі мүмкін.
- Алу портының дизайны зарядтау ауасының температурасына да әсер етуі мүмкін. Бұған су қоймасынан жылуды кіріс бетінің ауданы арқылы беру арқылы қол жеткізуге болады.
- Алу клапанының өлшемі. Цилиндрге шектеулі уақыт ішінде жіберілетін ауаның жалпы массасын басқарады.
- Сығу коэффициенті. Бұл қазандықтағы дизельдік отынның жану температурасына қарамастан булануға, араластыру жылдамдығына және жану сапасына әсер етеді.
- Инъекция қысымы. Ол берілген саптаманы ашу параметрі үшін бүрку ұзақтығын басқарады.
- Атомизация геометриясы, ол дизельдік отын мен бензиннің сапасы мен жану температурасына тікелей әсер етеді.әуе пайдалану есебі. Мысалы, үлкенірек бүріккіш конус бұрышы отынды поршеньдің үстіне және жану цистернасының сыртына ашық камералы DI дизельдік қозғалтқыштарында орналастыра алады. Бұл жағдай шамадан тыс «темекі шегуге» әкелуі мүмкін, өйткені отынның ауаға кіруіне тыйым салынады. Конустың кең бұрыштары жанармай қажет жерде жану камерасының ішіне емес, цилиндр қабырғаларына шашырауы мүмкін. Цилиндр қабырғасына шашыранды, ол ақырында май табаға түсіп, майлау майының қызмет ету мерзімін қысқартады. Бүрку бұрышы инжектор шығысының жанындағы жанармай ағынындағы ауаның араласу жылдамдығына әсер ететін айнымалылардың бірі болғандықтан, ол жалпы жану процесіне айтарлықтай әсер етуі мүмкін.
- Инжектордың орнын басқаратын клапан конфигурациясы. Екі вентильді жүйелер еңкейтілген инжектор жағдайын жасайды, бұл біркелкі емес бүркуді білдіреді. Бұл отын мен ауаның араласуының бұзылуына әкеледі. Екінші жағынан, төрт клапан конструкциялары инжекторды тік орнатуға, жанармайдың симметриялы тозаңдауына және әрбір тозаңдатқыш үшін қолжетімді ауаға тең қол жеткізуге мүмкіндік береді.
- Үстіңгі поршень сақинасының орны. Ол поршеньдің үстіңгі жағы мен цилиндр төсемі арасындағы өлі кеңістікті басқарады. Бұл өлі кеңістік жану процесіне қатыспай-ақ қысылатын және кеңейетін ауаны ұстайды. Сондықтан, дизельдік қозғалтқыш жүйесі жану камерасымен, инжекторлық саптамалармен жәнеолардың жақын ортасы. Жану процестің соңғы нәтижесіне әсер етуі мүмкін кез келген бөлікті немесе құрамды қамтиды. Сондықтан дизельдік отынның жанатынына ешкімнің күмәні болмауы керек.
Басқа мәліметтер
Дизельді жану A/F қатынасымен өте аз екені белгілі:
- 25:1 ең жоғары айналу моментінде.
- 30:1 номиналды жылдамдықта және максималды қуатта.
- Турбокомпрессорлы қозғалтқыштар үшін бос режимде 150:1-ден жоғары.
Алайда бұл қосымша ауа жану процесіне кірмейді. Ол өте қатты қызады және таусылады, нәтижесінде дизельдік отын нашарлайды. Ауа-отынның орташа арақатынасы нашар болса да, жобалау процесінде тиісті шаралар қабылданбаса, жану камерасының аумақтары отынға бай болуы және түтіннің шамадан тыс бөлінуіне әкелуі мүмкін.
Жану камерасы
Дизайндың негізгі мақсаты отынға бай аумақтардың әсерін азайту және қозғалтқыштың өнімділігі мен шығарындылары бойынша мақсатты көрсеткіштеріне жетуіне мүмкіндік беру үшін отын мен ауаның жеткілікті түрде араласуын қамтамасыз ету болып табылады. Жану камерасындағы ауаның қозғалысындағы турбуленттілік араластыру процесіне пайдалы екені және оған қол жеткізу үшін пайдаланылуы мүмкін екендігі анықталды. Кіріс арқылы жасалған құйынды күшейтуге және поршень жасауға боладыПоршень басындағы шыныаяқтың дұрыс дизайнына байланысты қысу әрекеті кезінде көбірек турбуленттілікке мүмкіндік беру үшін цилиндр басына жақындаған кезде қысу.
Жану камерасының дизайны қатты бөлшектердің шығарындыларына айтарлықтай әсер етеді. Ол сонымен қатар жанбаған көмірсутектер мен СО-ға әсер етуі мүмкін. NOx шығарындылары тостағанның дизайнына байланысты болса да [De Risi 1999], сусымалы газдың қасиеттері олардың пайдаланылған газ деңгейлерінде өте маңызды рөл атқарады. Дегенмен, NOx/PM айырбастауына байланысты, NOx эмиссиясының шектері азайғандықтан, жану қондырғыларының конструкциялары дамуы керек болды. Бұл негізінен басқа жағдайда орын алатын PM шығарындыларының көбеюін болдырмау үшін қажет.
Оңтайландыру
Қозғалтқыштағы дизельдік отынның жану жүйесін оңтайландырудың маңызды параметрі осы процеске қатысатын қолжетімді ауаның үлесі болып табылады. K коэффициенті (поршеньдік шыныаяқ көлемінің клиренске қатынасы) жану үшін қол жетімді ауаның пропорциясының шамамен өлшемі болып табылады. Қозғалтқыштың орын ауыстыруын азайту К салыстырмалы коэффициентінің төмендеуіне және жану сипаттамаларының нашарлау үрдісіне әкеледі. Берілген орын ауыстыру үшін және тұрақты қысу қатынасында K коэффициентін ұзағырақ инсульт таңдау арқылы жақсартуға болады. Цилиндр саңылауының қозғалтқышқа қатынасын таңдауға K факторы және қозғалтқыш қаптамасы, тесіктер мен клапандар және т.б. сияқты бірқатар басқа факторлар әсер етуі мүмкін.
Мүмкін қиындықтар
Орнату кезіндегі ерекше маңызды мәселеЦилиндрдің инсультке максималды қатынасы цилиндр басының өте күрделі орамында жатыр. Бұл орталықта орналасқан инжекторы бар төрт вентильді конструкция мен жалпы рельстік отын бүрку жүйесін орналастыру үшін қажет. Цилиндр бастары көптеген арналарға байланысты күрделі болып табылады, соның ішінде суды салқындату, цилиндр басын ұстайтын болттар, қабылдау және шығару порттары, инжекторлар, қыздыру тығындары, клапандар, клапан бағандары, ойықтар мен орындықтар және кейбір конструкцияларда пайдаланылған газды қайта айналдыру үшін қолданылатын басқа арналар.
Қазіргі тікелей айдау дизельдік қозғалтқыштарындағы жану камераларын ашық немесе қайталама жану камералары деп атауға болады.
Ашық камералар
Поршеньдегі тостағанның үстіңгі тесігінің диаметрі сол тостаған параметрінің максимумынан кішірек болса, ол қайтарылатын деп аталады. Мұндай тостағандарда «ерін» болады. Егер жоқ болса, онда бұл ашық жану камерасы. Дизельдік қозғалтқыштарда бұл мексикалық қалпақ тостағанының конструкциялары 1920 жылдардан бері белгілі. Олар 1990 жылға дейін ауыр қозғалтқыштарда қолданылып, қайтару ыдысы бұрынғыдан маңыздырақ болды. Жану камерасының бұл түрі тостаған жанып жатқан газдардың көп бөлігін қамтитын салыстырмалы түрде жетілдірілген айдау уақытына арналған. Ол кешіктірілген инъекция стратегияларына жарамайды.
Дизельдік қозғалтқыш
Ол өнертапқыш Рудольф Дизельдің құрметіне аталған. Бұл айдалатын отынның тұтануының жоғарылауынан туындайтын іштен жану қозғалтқышымеханикалық қысу салдарынан цилиндрдегі ауа температурасы. Дизель тек ауаны қысу арқылы жұмыс істейді. Бұл цилиндр ішіндегі ауа температурасын жану камерасына айдалған атомдалған отын өздігінен тұтанатындай дәрежеде арттырады.
Бұл бензин немесе сұйытылған газ (бензин емес, газ тәрізді отынды пайдалану) сияқты ұшқын тұтанатын қозғалтқыштардан ерекшеленеді. Олар отын-ауа қоспасын тұтандыру үшін оталдыру шамын пайдаланады. Дизельдік қозғалтқыштарда қыздыру шамдарын (жану камерасының жылытқыштары) суық ауа райында, сондай-ақ төмен қысу коэффициентінде іске қосуға көмектесу үшін пайдалануға болады. Түпнұсқа дизель бірте-бірте жанудың тұрақты қысым циклінде жұмыс істейді және дыбыстық бум жасамайды.
Жалпы сипаттамалар
Дизельдің өте жоғары кеңею коэффициенті және артық ауаның жылуды таратуына мүмкіндік беретін тән аз жануының арқасында кез келген практикалық ішкі және сыртқы жану қозғалтқыштарының ең жоғары жылу тиімділігі бар. Тікелей айдаусыз тиімділіктің шамалы жоғалуы да болдырмайды, өйткені клапан жабылған кезде жанбаған отын болмайды, ал жанармай қабылдау (инжектор) құрылғысынан шығару құбырына тікелей ағып кетпейді. Кемелерде қолданылатындар сияқты төмен жылдамдықты дизельді қозғалтқыштардың термиялық тиімділігі 50 пайыздан асуы мүмкін.
Дизельдер екі тактілі немесе төрт тактілі болып жобалануы мүмкін. Олар бастапқыда ретінде пайдаланылдыстационарлық бу машиналарын тиімді ауыстыру. 1910 жылдан бастап олар сүңгуір қайықтар мен кемелерде қолданыла бастады. Кейінірек локомотивтерде, жүк көліктерінде, ауыр техникаларда және электр станцияларында қолдану. Өткен ғасырдың отызыншы жылдарында олар бірнеше көліктің дизайнында өз орнын тапты.
Артықшылықтары мен кемшіліктері
1970 жылдардан бастап АҚШ-та дизельді қозғалтқыштарды үлкен жол бойындағы және жолсыз көліктерде пайдалану артты. Британдық мотор өндірушілері мен өндірушілері қоғамының мәліметі бойынша дизельді көліктердің ЕО бойынша орташа көрсеткіші жалпы сатылымның 50% құрайды (оның ішінде Францияда 70% және Ұлыбританияда 38%).
Суық мезгілде жоғары жылдамдықты дизельді қозғалтқыштарды іске қосу қиын болуы мүмкін, өйткені блок пен цилиндр басының массасы қысу жылуын сіңіреді, бұл беттің көлемге қатынасының жоғары болуына байланысты тұтануды болдырмайды. Бұрын бұл қондырғылар шамдар деп аталатын камералардың ішінде шағын электр жылытқыштарын пайдаланады.
Көрулер
Көптеген қозғалтқыштар соратын ауаны жылыту және іске қосу үшін немесе жұмыс температурасына жеткенше сору коллекторындағы қарсылық қыздырғыштарды пайдаланады. Желге қосылған электр резистивті қозғалтқыш блогының жылытқыштары суық климатта қолданылады. Мұндай жағдайларда іске қосу уақытын және тозуды азайту үшін оны ұзақ уақыт (бір сағаттан астам) қосу қажет.
Блокты жылытқыштар дизельдік генераторлары бар апаттық қуат көздері үшін де қолданылады, олар электр қуаты өшіп қалған жағдайда қуатты тез түсіруі керек. Бұрын суық іске қосу әдістерінің кең ауқымы қолданылған. Кейбір қозғалтқыштар, мысалы, Detroit Diesel, жануды бастау үшін сору коллекторына аз мөлшерде эфирді енгізу жүйесін пайдаланды. Басқалары метанолды жағуға төзімді жылытқышы бар аралас жүйені пайдаланды. Экспромттық әдіс, әсіресе жұмыс істемейтін қозғалтқыштарда, ауа ағынына (әдетте ауа соратын сүзгі жинағы арқылы) қажетті сұйықтықтың аэрозоль құтысын қолмен шашу болып табылады.
Басқа қозғалтқыштардан айырмашылығы
Дизель күйлері әртүрлі термодинамикалық циклге байланысты ұшқын тұтану қозғалтқышынан ерекшеленеді. Сонымен қатар, оның айналуының қуаты мен жылдамдығы циклдік қозғалтқыштағыдай ауа емес, отын беру арқылы тікелей бақыланады. Дизельдік отын мен бензиннің жану температурасы да әртүрлі болуы мүмкін.
Орташа дизельдік қозғалтқыштың қуат пен салмақ қатынасы бензин қозғалтқышына қарағанда төмен. Бұл жұмыс қысымына төтеп беру үшін ауыр және күшті бөлшектердің құрылымдық қажеттілігіне байланысты дизель төменгі айналыммен жұмыс істеуі керек. Ол әрқашан қозғалтқыштың жоғары сығу коэффициентінен туындайды, бұл инерция күштерінен бөлікке күштерді арттырады. Кейбір дизельдер коммерциялық мақсатта қолданылады. Бұл тәжірибеде бірнеше рет расталды.
Дизельді қозғалтқыштар әдеттеұзақ инсульт бар. Негізінен бұл қажетті қысу коэффициенттеріне қол жеткізуді жеңілдету үшін қажет. Нәтижесінде поршень ауыр болады. Таяқшалар туралы да айтуға болады. Поршеньдің импульсін өзгерту үшін олар мен иінді білік арқылы көбірек күш беру керек. Бұл дизельдік қозғалтқыштың бензин қозғалтқышымен бірдей қуаттылық үшін күштірек болуының тағы бір себебі.
