Brennt Dieselkraftstoff? Es brennt, und zwar ziemlich stark. Sein Rückstand, der nicht an der vorgemischten Verbrennung teilgenommen hat, wird in der Verbrennungsphase mit variabler Rate verbraucht.
Die Verbrennung in Dieselmotoren ist sehr schwierig. Bis in die 1990er Jahre waren seine detaillierten Mechanismen nicht gut verstanden. Auch die Verbrennungstemperatur von Dieselkraftstoff im Brennraum variierte von Fall zu Fall. Jahrzehntelang schien die Komplexität dieses Prozesses den Versuchen der Forscher zu trotzen, seine vielen Geheimnisse zu lüften, trotz der Verfügbarkeit moderner Werkzeuge wie Hochgeschwindigkeitsfotografie, die in "transparenten" Motoren verwendet wird, der Rechenleistung moderner Computer und vieler mathematischer Modelle entwickelt, um die Verbrennung in Diesel zu simulieren Die Anwendung der Blattlaserbildgebung auf den traditionellen Dieselverbrennungsprozess in den 1990er Jahren war der Schlüssel zu einem erheblich verbesserten Verständnis dieses Prozesses.
Dieser Artikel behandeltdas etablierteste Prozessmodell für einen klassischen Dieselmotor. Diese herkömmliche Verbrennung von Dieselkraftstoff wird hauptsächlich durch Mischen gesteuert, was aufgrund der Diffusion von Kraftstoff und Luft vor der Zündung auftreten kann.
Verbrennungstemperatur
Bei welcher Temperatur brennt Dieselkraftstoff? Wenn diese Frage früher schwierig erschien, kann sie jetzt völlig eindeutig beantwortet werden. Die Verbrennungstemperatur von Dieselkraftstoff beträgt etwa 500-600 Grad Celsius. Die Temperatur muss hoch genug sein, um das Kraftstoff-Luft-Gemisch zu entzünden. In k alten Ländern, in denen niedrige Umgebungstemperaturen vorherrschen, hatten Motoren eine Glühkerze, die den Einlasskanal erwärmt, um den Start des Motors zu unterstützen. Warten Sie daher immer, bis das Heizungssymbol auf dem Armaturenbrett erlischt, bevor Sie den Motor starten. Es beeinflusst auch die Verbrennungstemperatur von Dieselkraftstoff. Lassen Sie uns überlegen, welche anderen Nuancen es in seiner Arbeit gibt.
Funktionen
Die Hauptvoraussetzung für die Verbrennung von Dieselkraftstoff in einem fremdgesteuerten Brenner ist dessen einzigartige Art, die darin gespeicherte chemische Energie freizusetzen. Um diesen Prozess durchzuführen, muss ihm Sauerstoff zur Verfügung stehen, um die Verbrennung zu erleichtern. Einer der wichtigsten Aspekte dieses Prozesses ist das Mischen von Kraftstoff und Luft, das oft als Vormischen bezeichnet wird.
Dieselverbrennungskatalysator
Bei Dieselmotoren wird Kraftstoff oft am Ende des Verdichtungstakts in den Motorzylinder eingespritzt, nur wenige Grad Kurbelwellenwinkel vor dem oberen Totpunkt. Der flüssige Kraftstoff wird normalerweise mit hoher Geschwindigkeit in einem oder mehreren Strahlen durch kleine Löcher oder Düsen in der Injektorspitze eingespritzt, in feine Tröpfchen zerstäubt und tritt in den Brennraum ein. Der zerstäubte Kraftstoff absorbiert Wärme aus der umgebenden erhitzten komprimierten Luft, verdampft und vermischt sich mit der umgebenden Hochtemperatur-Hochdruckluft. Während sich der Kolben weiter dem oberen Totpunkt (OT) nähert, erreicht die Temperatur des Gemisches (hauptsächlich Luft) seine Zündtemperatur. Die Verbrennungstemperatur von Webasto-Dieselkraftstoff unterscheidet sich nicht von der anderer Dieselsorten und erreicht etwa 500-600 Grad.
Schnelle Zündung von vorgemischtem Kraftstoff und Luft erfolgt nach einer Zündverzögerung. Diese schnelle Zündung wird als Beginn der Verbrennung angesehen und ist durch einen starken Anstieg des Zylinderdrucks gekennzeichnet, wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch verbraucht wird. Der erhöhte Druck, der aus der vorgemischten Verbrennung resultiert, komprimiert und erwärmt den unverbrannten Teil der Ladung und verkürzt die Verzögerung, bevor sie zündet. Es erhöht auch die Verdampfungsrate des verbleibenden Kraftstoffs. Sein Sprühen, Verdampfen, Mischen mit Luft setzt sich fort, bis alles verbrannt ist. Die Verbrennungstemperatur von Kerosin und Dieselkraftstoff kann dabei ähnlich sein.
Eigenschaft
Befassen wir uns zunächst mit der Notation: Dann ist A Luft (Sauerstoff), F ist Brennstoff. Die Dieselverbrennung ist durch ein niedriges Gesamt-A/F-Verhältnis gekennzeichnet. Das niedrigste durchschnittliche A/F-Verhältnis wird häufig unter Spitzendrehmomentbedingungenbeobachtet. Um eine übermäßige Rauchentwicklung zu vermeiden, wird das Spitzendrehmoment A/F typischerweise über 25:1 geh alten, weit über dem stöchiometrischen (chemisch korrekten) Äquivalenzverhältnis von etwa 14,4:1. Dies gilt auch für alle Diesel-Verbrennungsaktivatoren.
Bei aufgeladenen Dieselmotoren kann das A/F-Verhältnis im Leerlauf 160:1 überschreiten. Folglich vermischt sich die überschüssige Luft, die nach der Verbrennung des Kraftstoffs im Zylinder vorhanden ist, weiterhin mit den brennenden und bereits ausgestoßenen Gasen. Wenn das Auslassventil geöffnet wird, wird überschüssige Luft zusammen mit den Verbrennungsprodukten ausgestoßen, was die oxidative Natur von Dieselabgasen erklärt.
Wann brennt Dieselkraftstoff? Dieser Prozess findet statt, nachdem sich der verdampfte Kraftstoff mit Luft vermischt hat, um ein lokal fettes Gemisch zu bilden. Auch in diesem Stadium wird die richtige Verbrennungstemperatur von Dieselkraftstoff erreicht. Das Gesamt-A/F-Verhältnis ist jedoch klein. Mit anderen Worten kann gesagt werden, dass der größte Teil der Luft, die in den Zylinder eines Dieselmotors eintritt, komprimiert und erhitzt wird, aber niemals am Verbrennungsprozess teilnimmt. Der Sauerstoff in der überschüssigen Luft hilft dabei, gasförmige Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid zu oxidieren und sie auf extrem niedrige Konzentrationen in den Abgasen zu reduzieren. Dieser Vorgang ist viel wichtiger als die Verbrennungstemperatur von Dieselkraftstoff.
Faktoren
Folgende Faktoren spielen beim Diesel-Verbrennungsprozess eine große Rolle:
- Die induzierte Ladung der Luft, ihre Temperatur und ihre kinetische Energie in mehreren Dimensionen.
- Zerstäubung des eingespritzten Kraftstoffs, Eindringen von Spritzern, Temperatur und chemische Eigenschaften.
Obwohl diese beiden Faktoren die wichtigsten sind, gibt es andere Parameter, die die Motorleistung erheblich beeinflussen können. Sie spielen eine untergeordnete, aber wichtige Rolle im Verbrennungsprozess. Zum Beispiel:
- Design des Einlasses. Sie hat einen starken Einfluss auf die Bewegung der Ladeluft (insbesondere beim Eintritt in den Zylinder) und auf die Mischungsrate im Brennraum. Dadurch kann sich die Verbrennungstemperatur von Dieselkraftstoff im Kessel verändern.
- Auch die Gest altung des Einlasskanals kann Einfluss auf die Ladelufttemperatur haben. Dies kann erreicht werden, indem Wärme vom Wassermantel durch die Oberfläche des Einlasses übertragen wird.
- Einlassventilgröße. Steuert die gesamte in den Zylinder eingelassene Luftmasse über eine begrenzte Zeit.
- Kompressionsverhältnis. Sie beeinflusst Verdampfung, Mischgeschwindigkeit und Verbrennungsqualität unabhängig von der Verbrennungstemperatur des Dieselkraftstoffs im Kessel.
- Einspritzdruck. Es steuert die Einspritzdauer für einen gegebenen Düsenöffnungsparameter.
- Zerstäubungsgeometrie, die sich direkt auf die Qualität und Verbrennungstemperatur von Dieselkraftstoff und Benzin auswirktLuftnutzungskonto. Beispielsweise kann ein größerer Sprühkegelwinkel bei DI-Dieselmotoren mit offener Kammer Kraftstoff auf die Oberseite des Kolbens und außerhalb des Verbrennungstanks bringen. Dieser Zustand kann zu übermäßigem "Rauchen" führen, da dem Kraftstoff der Zugang zur Luft verweigert wird. Große Kegelwinkel können auch dazu führen, dass Kraftstoff an den Zylinderwänden spritzt und nicht in den Brennraum, wo es erforderlich ist. Auf die Zylinderwand gesprüht, wandert es schließlich in die Ölwanne und verkürzt die Lebensdauer des Schmieröls. Da der Sprühwinkel eine der Variablen ist, die die Geschwindigkeit der Luftmischung im Kraftstoffstrahl in der Nähe des Einspritzdüsenauslasses beeinflusst, kann er einen erheblichen Einfluss auf den gesamten Verbrennungsprozess haben.
- Ventilkonfiguration, die die Position des Injektors steuert. Zwei-Ventil-Systeme erzeugen eine geneigte Injektorposition, was ein ungleichmäßiges Sprühen bedeutet. Dies führt zu einer Verletzung der Vermischung von Kraftstoff und Luft. Andererseits ermöglichen Konstruktionen mit vier Ventilen eine vertikale Einspritzdüsenmontage, eine symmetrische Kraftstoffzerstäubung und einen gleichen Zugang zur verfügbaren Luft für jeden Zerstäuber.
- Position des oberen Kolbenrings. Es regelt den Totraum zwischen der Kolbenoberseite und der Zylinderlaufbuchse. Dieser Totraum fängt Luft ein, die sich komprimiert und ausdehnt, ohne überhaupt am Verbrennungsprozess teilzunehmen. Daher ist es wichtig zu verstehen, dass das Dieselmotorsystem nicht auf den Brennraum, die Einspritzdüsen uihre unmittelbare Umgebung. Die Verbrennung umfasst alle Teile oder Komponenten, die das Endergebnis des Prozesses beeinflussen können. Daher sollte niemand daran zweifeln, ob Dieselkraftstoff brennt.
Weitere Details
Dieselverbrennung ist bekanntermaßen sehr mager mit A/F-Verhältnis:
- 25:1 bei maximalem Drehmoment.
- 30:1 bei Nenndrehzahl und maximaler Leistung.
- Mehr als 150:1 im Leerlauf für Turbomotoren.
Diese zusätzliche Luft wird jedoch nicht in den Verbrennungsprozess einbezogen. Es wird ziemlich heiß und verbraucht sich, wodurch der Dieselabgas schlecht wird. Auch wenn das durchschnittliche Luft-Kraftstoff-Verhältnis schlecht ist, können Verbrennungskammerbereiche reich an Kraftstoff sein und zu übermäßigen Rauchemissionen führen, wenn während des Konstruktionsprozesses keine geeigneten Maßnahmen ergriffen werden.
Brennkammer
Ein wichtiges Konstruktionsziel besteht darin, eine ausreichende Vermischung von Kraftstoff und Luft sicherzustellen, um die Auswirkungen kraftstoffreicher Bereiche zu mildern und dem Motor zu ermöglichen, seine Leistungs- und Emissionsziele zu erreichen. Es hat sich herausgestellt, dass Turbulenzen in der Luftbewegung innerhalb der Brennkammer für den Mischprozess vorteilhaft sind und dazu verwendet werden können, dies zu erreichen. Der durch den Einlass erzeugte Wirbel kann verstärkt und der Kolben erzeugt werdenDrücken, wenn es sich dem Zylinderkopf nähert, um mehr Turbulenzen während des Kompressionsvorgangs aufgrund des richtigen Becherdesigns im Kolbenkopf zu ermöglichen.
Das Design der Brennkammer hat den größten Einfluss auf die Partikelemissionen. Es kann auch unverbrannte Kohlenwasserstoffe und CO beeinflussen. Obwohl die NOx-Emissionen von der Gest altung der Mulde abhängen [De Risi 1999], spielen die Eigenschaften des Schüttgases eine sehr wichtige Rolle für deren Abgaswerte. Aufgrund des NOx/PM-Kompromisses mussten sich Brennkammerdesigns jedoch weiterentwickeln, da die NOx-Emissionsgrenzwerte abnahmen. Dies ist hauptsächlich erforderlich, um den sonst auftretenden Anstieg der Feinstaubemissionen zu vermeiden.
Optimierung
Ein wichtiger Parameter zur Optimierung des Verbrennungssystems von Dieselkraftstoff im Motor ist der Anteil an verfügbarer Luft, der an diesem Prozess beteiligt ist. Der K-Faktor (Verhältnis Kolbenmanschettenvolumen zu Sp altmaß) ist ein ungefähres Maß für den Luftanteil, der für die Verbrennung zur Verfügung steht. Die Verringerung des Hubraums des Motors führt zu einer Verringerung des relativen Koeffizienten K und zu einer Tendenz zur Verschlechterung der Verbrennungseigenschaften. Bei gegebenem Hubraum und konstantem Verdichtungsverhältnis kann der K-Faktor durch die Wahl eines längeren Hubs verbessert werden. Die Auswahl des Verhältnisses von Zylinderbohrung zu Motor kann durch den K-Faktor und eine Reihe anderer Faktoren wie Motorgehäuse, Bohrungen und Ventile usw. beeinflusst werden.
Mögliche Schwierigkeiten
Ein besonders großes Problem beim EinrichtenDas maximale Verhältnis von Zylinder zu Hub liegt in der sehr aufwendigen Verpackung des Zylinderkopfes. Dies ist notwendig, um das Vierventil-Design und das Common-Rail-Einspritzsystem mit dem in der Mitte angeordneten Injektor unterzubringen. Zylinderköpfe sind aufgrund der vielen Kanäle komplex, einschließlich Wasserkühlung, Zylinderkopfh alteschrauben, Einlass- und Auslasskanälen, Einspritzdüsen, Glühkerzen, Ventilen, Ventilschäften, Aussparungen und Sitzen und anderen Kanälen, die in einigen Konstruktionen für die Abgasrückführung verwendet werden.
Brennkammern in modernen Dieselmotoren mit Direkteinspritzung können als offene oder sekundäre Brennkammern bezeichnet werden.
Kameras öffnen
Hat das obere Loch der Mulde im Kolben einen kleineren Durchmesser als das Maximum des gleichen Muldenparameters, dann spricht man von Mehrweg. Solche Schalen haben eine "Lippe". Wenn nicht, dann ist dies eine offene Brennkammer. Bei Dieselmotoren sind diese mexikanischen Hutschalen-Designs seit den 1920er Jahren bekannt. Sie wurden bis 1990 in Hochleistungsmotoren eingesetzt, bis der Rücklauftopf wichtiger wurde als früher. Diese Form der Brennkammer ist für relativ fortgeschrittene Einspritzzeiten ausgelegt, bei denen die Schüssel die meisten brennenden Gase enthält. Es ist nicht gut geeignet für verzögerte Injektionsstrategien.
Dieselmotor
Es ist nach dem Erfinder Rudolf Diesel benannt. Es handelt sich um eine Brennkraftmaschine, bei der eine Zündung des eingespritzten Kraftstoffs durch erhöhte Zündung bewirkt wirdLufttemperatur im Zylinder aufgrund mechanischer Kompression. Diesel arbeitet, indem er nur Luft komprimiert. Dadurch wird die Temperatur der Luft im Zylinder so stark erhöht, dass sich der zerstäubte Kraftstoff, der in den Brennraum eingespritzt wird, selbst entzündet.
Dies unterscheidet sich von Ottomotoren wie Benzin- oder LPG-Motoren (die gasförmigen Kraftstoff anstelle von Benzin verwenden). Sie verwenden eine Zündkerze, um das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu zünden. Bei Dieselmotoren können Glühkerzen (Brennraumheizungen) als Starthilfe bei k alter Witterung und auch bei niedrigen Verdichtungsverhältnissen eingesetzt werden. Der ursprüngliche Diesel arbeitet mit einem konstanten Druckzyklus der allmählichen Verbrennung und erzeugt keinen Überschallknall.
Allgemeine Merkmale
Diesel hat aufgrund seines sehr hohen Expansionsverhältnisses und seiner inhärenten mageren Verbrennung den höchsten thermischen Wirkungsgrad aller praktischen Verbrennungsmotoren mit innerer und äußerer Verbrennung, wodurch überschüssige Luft Wärme abführen kann. Ein geringer Wirkungsgradverlust wird auch ohne Direkteinspritzung verhindert, da beim Schließen des Ventils kein unverbrannter Kraftstoff vorhanden ist und Kraftstoff nicht direkt von der Ansaugvorrichtung (Einspritzvorrichtung) zum Auspuffrohr fließt. Langsamlaufende Dieselmotoren, wie sie in Schiffen verwendet werden, können thermische Wirkungsgrade von über 50 Prozent haben.
Diesel können als Zweitakter oder Viertakter ausgeführt werden. Sie wurden ursprünglich als verwendeteffektiver Ersatz für stationäre Dampfmaschinen. Seit 1910 werden sie auf U-Booten und Schiffen eingesetzt. Später folgte der Einsatz in Lokomotiven, Lastkraftwagen, Baumaschinen und Kraftwerken. In den dreißiger Jahren des letzten Jahrhunderts fanden sie einen Platz im Design mehrerer Autos.
Vor- und Nachteile
Seit den 1970er Jahren hat der Einsatz von Dieselmotoren in größeren On- und Offroad-Fahrzeugen in den USA zugenommen. Laut der British Society of Motor Manufacturers and Manufacturers liegt der EU-Durchschnitt bei Dieselfahrzeugen bei 50 % des Gesamtabsatzes (darunter 70 % in Frankreich und 38 % im Vereinigten Königreich).
Bei k altem Wetter kann das Starten von Hochgeschwindigkeits-Dieselmotoren schwierig sein, da die Masse des Blocks und des Zylinderkopfs die Kompressionswärme absorbiert und eine Zündung aufgrund des höheren Verhältnisses von Oberfläche zu Volumen verhindert. Zuvor verwendeten diese Geräte kleine elektrische Heizgeräte in Kammern, die Glühkerzen genannt wurden.
Aufrufe
Viele Motoren verwenden Widerstandsheizungen im Ansaugkrümmer, um die Ansaugluft zu erwärmen und zu starten oder bis die Betriebstemperatur erreicht ist. An das Stromnetz angeschlossene elektrische Widerstands-Motorblockheizungen werden in k alten Klimazonen verwendet. In solchen Fällen muss es lange eingesch altet bleiben (mehr als eine Stunde), um die Startzeit und den Verschleiß zu reduzieren.
Blockheizkraftwerke werden auch für Notstromversorgungen mit Dieselgeneratoren eingesetzt, die bei Stromausfall schnell entlasten müssen. In der Vergangenheit wurde eine größere Vielf alt von K altstartverfahren verwendet. Einige Motoren, wie der Detroit Diesel, verwendeten ein System, um kleine Mengen Äther in den Ansaugkrümmer einzuführen, um die Verbrennung zu starten. Andere haben ein gemischtes System mit einer mit Methanol verbrennenden Widerstandsheizung verwendet. Eine improvisierte Methode, insbesondere bei nicht laufenden Motoren, besteht darin, eine Aerosoldose mit essentieller Flüssigkeit manuell in den Ansaugluftstrom zu sprühen (normalerweise durch die Ansaugluftfilterbaugruppe).
Unterschiede zu anderen Engines
Dieselbedingungen unterscheiden sich aufgrund unterschiedlicher thermodynamischer Zyklen von Ottomotoren. Darüber hinaus wird die Kraft und Geschwindigkeit seiner Drehung direkt durch die Zufuhr von Kraftstoff und nicht von Luft wie bei einem zyklischen Motor gesteuert. Auch die Verbrennungstemperatur von Dieselkraftstoff und Benzin kann unterschiedlich sein.
Der durchschnittliche Dieselmotor hat ein geringeres Leistungsgewicht als ein Benzinmotor. Dies liegt daran, dass der Diesel aufgrund der strukturellen Notwendigkeit schwererer und stärkerer Teile, um dem Betriebsdruck standzuh alten, mit einer niedrigeren Drehzahl laufen muss. Es wird immer durch ein hohes Verdichtungsverhältnis des Motors verursacht, das die Kräfte auf das Teil aufgrund von Massenkräften erhöht. Einige Dieselmotoren sind für den gewerblichen Einsatz bestimmt. Dies hat sich in der Praxis immer wieder bestätigt.
Dieselmotoren normalerweiseeinen langen Schlag haben. Grundsätzlich ist dies notwendig, um das Erreichen der erforderlichen Kompressionsverhältnisse zu erleichtern. Dadurch wird der Kolben schwerer. Dasselbe gilt für die Stangen. Durch sie und die Kurbelwelle muss mehr Kraft übertragen werden, um den Impuls des Kolbens zu ändern. Auch deshalb muss ein Dieselmotor bei gleicher Leistung stärker sein als ein Benziner.
