Nauczyłem się w tym pytaniu, że prowadzenie ubogiej w paliwo silnika podniesie temperaturę zapłonu, między innymi powodując problemy z katalizatorem. Nie mam pojęcia jak i dlaczego.
Jak i dlaczego dokładnie ubogie paliwo (lub bogate w tlen) zwiększa temperaturę zapłonu?
Odpowiedzi:
Masz jakościowy opis tego, co się dzieje, ale podzielmy to na mniejszą skalę. Kiedy mówimy o „temperaturze” czegoś, naprawdę mówimy o tym, jak szybko cząsteczki poruszają się i odbijają od siebie. „Temperatura” to tak naprawdę „energia kinetyczna”. I okazuje się, że istnieją inne rodzaje energii oprócz poruszania się w przestrzeni - cząsteczki mogą się obracać, mogą wibrować, a ich elektrony mogą się wzbudzać i poruszać względem jądra. Każda z tych energii może być również „temperaturą”, więc możesz mieć temperaturę translacyjną (co zwykle myślimy), ale możesz mieć temperaturę rotacyjną, temperaturę wibracyjną i temperaturę elektronową.
Cząsteczki wymieniają się energią, zderzając się ze sobą. Kiedy to robią, rozdzielają również energię między siebie. To, jak często się zderzają, decyduje o tym, jak szybko energia staje się jednolita, a to określa, jak szybko osiągają tak zwaną równowagę. Kiedy wszystkie różne temperatury są takie same, stan jest w równowadze i nie musimy się martwić śledzeniem wszystkich różnych rodzajów temperatur. W przypadku większości procesów, które miałyby miejsce w silniku, jest wystarczająco dużo czasu, aby osiągnąć równowagę, więc nie musimy się zbytnio przejmować efektami nierównowagi.
Teraz w reakcjach chemicznych cząsteczki rozpadają się i tworzą nowe. Jeśli nowe mają mniej energii, różnica energii jest uwalniana jako ciepło. Jeśli nowe mają więcej energii, reakcja wymaga dodania energii, aby to się stało. Oczywiście silniki się nagrzewają, więc reakcje w nich uwalniają energię i wykorzystujemy tę energię do poruszania pojazdem.
Więc cząsteczki się rozpadają. Rozpadają się, kiedy zaczynają wibrować tak mocno, że wiązania między atomami nie są w stanie utrzymać ich razem. Jedynym sposobem na wibrację cząsteczki jest zderzenie się z nią innej cząsteczki, z wystarczającą ilością energii i wystarczająco wydajnym transferem energii, aby rozpocząć wibracje. A energia musi być wystarczająco wysoka, aby wibracja spowodowała rozpad molekuł.
Zmieniając ilość paliwa w mieszance, zmieniasz rodzaje kolizji, które mogą wystąpić. I nie jest to całkiem proste, ale niektóre cząsteczki lepiej wymieniają energię z innymi. Aby cząsteczka paliwa rozpadła się, muszą zderzyć się z innymi cząsteczkami paliwa z pewną energią lub z innymi cząsteczkami tlenu o większej energii. Jeśli dodasz więcej niż zwykle ilość tlenu (biegnij ubogo), musisz również uczynić ten tlen cieplejszym, aby cząsteczki miały więcej energii, gdy zderzają się, i może sprawić, że paliwo wibruje wystarczająco mocno, aby się rozpadło. I odwrotnie, jeśli używasz paliwa bogatego w paliwo, masz więcej cząsteczek paliwa, które mogą zderzać się ze sobą i rozpadać się, ale mniej cząsteczek tlenu, aby mogły się łączyć i oddawać ciepło. To (i kilka innych efektów) obniża końcową temperaturę płomienia.
Opierając się na dłuższej rozmowie na ten temat, wróćmy do kontekstu silnika. W przypadku silnika gazowego z wtryskiem bezpośrednim powietrze jest zasysane do cylindra, tłok ściska go, a następnie paliwo jest wtryskiwane do cylindra. Świeca zapłonowa wyzwala następnie iskrę w komorze. To osadzanie elektronów wzbudza wszystkie cząsteczki mieszanki paliwowo-powietrznej - w rzeczywistości jonizuje powietrze (usuwa elektrony z cząsteczek), a to wszystko dodaje cząsteczkom energii. Energia ta jest początkową energią potrzebną do rozpoczęcia spalania.
W przypadku ubogich w paliwo powiedziałem, że potrzeba więcej energii, aby rozpocząć reakcję, i sformułowałem to w kategoriach wyższej temperatury zapłonu. Temperatura zapłonu pochodzi z tej świecy zapłonowej (w przypadku zimnego silnika - gorące silniki również wytwarzają ciepło z samych cylindrów). W normalnych warunkach pracy świece zapłonowe zapewniają więcej niż wystarczającą energię do zapłonu. Gdy warunki pracy stają się coraz cieńsze, świeca zapłonowa zapewnia taką samą ilość energii - ale nadal wystarcza ona do zapłonu. Ostatecznie, w przypadku wystarczająco ubogich warunków, nie będzie wystarczającej energii. To jest chuda przerwa .
Silniki Diesla działają inaczej. Dla argumentu, ponownie trzymajmy się bezpośredniego zastrzyku. Cylinder napełnia się powietrzem, tłok ściska go, a paliwo jest wtryskiwane. Jednak nie ma iskry, by zainicjować reakcję. Silniki Diesla polegają wyłącznie na wytwarzaniu wystarczająco wysokiego ciśnienia, aby zapalić mieszankę. Wysokie ciśnienie oznacza wysoką gęstość, a to oznacza więcej kolizji w celu rozproszenia energii wokół (cząsteczki nie muszą iść tak daleko, aby się wzajemnie uderzyć). W każdym razie zastosowanie mają te same pomysły. W warunkach ubogich rozpalenie wymagałoby większego ciśnienia. W idealnych warunkach silnik kompresuje więcej niż jest to dokładnie wymagane, więc gdy pracuje na niskim zużyciu paliwa, nadal ma wystarczającą kompresję, aby się zapalić. Jeśli przejdziesz tak szczupły, że kompresja nie jest już wystarczająco wysoka, znów dostaniesz chudą przerwę zapłonu. Świece żarowe mogą pomóc w tym wszystkim, ogrzewając cylindry i pomagając dodać ciepło do mieszaniny i uruchomić reakcje.
W obu silnikach, gdy pracują przez jakiś czas, ściany cylindra nagrzewają się i wymaga mniejszego wkładu (od iskier lub od sprężania), aby reakcja mogła nastąpić. Ale w przypadku zimnych silników potrzeba początkowego odkładania energii, aby reakcje przebiegały dalej. Wiele ECU jest skonfigurowanych do spalania bogatych w paliwo, gdy silnik dopiero się uruchamia, ponieważ łatwiej jest zapalić; w miarę podgrzewania mieszanka staje się bardziej uboga i zmniejsza emisje i zużycie paliwa. Możesz być zaznajomiony z dławikami ręcznymi na przykład w kosiarkach do trawy - dławik zmienia mieszankę paliwowo-powietrzną i aby uruchomić silnik, musisz ustawić dławik na bogaty w paliwo.
Dla zainteresowanych, na podstawie dyskusji, którą przeprowadziliśmy w różnych wątkach komentujących, poszedłem naprzód i podałem konkretny przykład, w jaki sposób / dlaczego temperatura może wzrosnąć, gdy płomień jest ubogi w paliwo. Wątek na czacie jest tutaj oznaczony zakładką .
Zabawne, że powinieneś zapytać tego Maxa :)
Najpierw sprawdźmy naszą definicję. Uruchomienie silnika ubogiego oznacza zmianę stosunku powietrze / paliwo, aby uzyskać więcej powietrza niż jest to idealne (14,7: 1 powietrze na paliwo).
W moim czytaniu są dwa efekty.
Po pierwsze, paliwo jest rozpyloną cieczą, która działa chłodząco na komorę spalania. Więc mniej paliwa, mniej efektu chłodzenia.
Po drugie, płomienie palą się szybciej i cieplej w obecności większej ilości tlenu. Więcej powietrza w stosunku do paliwa niż zwykle oznacza więcej tlenu niż zwykle. Tak więc płomień pali się cieplej i szybciej niż powinien. Oba zamierzają podnieść temperaturę komory spalania.
Świetne pytanie, sam byłem tym ciekawy, więc zacząłem o tym czytać.
Mam nadzieję że to pomogło!
Jeśli kiedykolwiek widziałeś palnik tlenowo-acetylenowy, zauważysz, że przed włączeniem tlenu latarka ma jasny żółty płomień. Jest to paliwo spalane w mniej niż idealnej ilości tlenu. Płomień jest stosunkowo chłodny i wytwarza dużo sadzy.
Po włączeniu tlenu płomień zmienia kolor na niebieski i staje się wystarczająco gorący, aby stopić stal.
Być może widzieliście także, gdy włączono zbyt dużo tlenu, płomień gaśnie z trzaskiem.
Zużycie paliwa jest takie samo jak bogate w tlen.
W silniku paliwo chce spalać się efektywnie, ale nie za gorąco, aby zaczynało topić tłoki, a może nawet gwałtownie eksplodować, co również spowoduje uszkodzenie.
Z Wikipedii - Stechiometryczna mieszanina pali się niestety bardzo gorąco i może uszkodzić elementy silnika, jeśli silnik zostanie obciążony wysoką mieszanką paliwowo-powietrzną. Ze względu na wysokie temperatury tej mieszaniny detonacja mieszanki paliwowo-powietrznej krótko po maksymalnym ciśnieniu w cylindrze jest możliwa przy dużym obciążeniu (określanym jako stukanie lub pingowanie). Detonacja może spowodować poważne uszkodzenie silnika, ponieważ niekontrolowane spalanie mieszanki paliwowo-powietrznej może powodować bardzo wysokie ciśnienia w cylindrze. W związku z tym mieszaniny stechiometryczne stosuje się tylko w warunkach niewielkiego obciążenia. W warunkach przyspieszenia i dużego obciążenia stosuje się bogatszą mieszankę (niższy stosunek powietrze-paliwo), aby wytwarzać chłodniejsze produkty spalania, a tym samym zapobiegać detonacji i przegrzaniu głowicy cylindrów.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Air –fuel_ratio
Niestety nie mogę uzyskać linku do pracy - skopiuj i wklej do przeglądarki.
Temperatura silnika rośnie, ponieważ zapłon paliwa jest wolniejszy . Paliwo pali się dłużej, ponieważ jest go mniej.
Samo paliwo ma taką samą liczbę dostępnych BTU, spalając je, niezależnie od tego, czy używasz dodatkowego tlenu, czy nie. KROPKA. Kiedy dmuchasz na węgle w ogniu, stają się one gorętsze, ale palą się szybciej. Uwalniają tę samą ilość ciepła, ale w znacznie krótszym czasie.
Wyobraź sobie swój cylinder jako kabinę zimą. Jeśli weźmiesz pień i spalisz go w ciągu jednej minuty, przedmioty przy piecu, w którym płonął pień, znacznie się nagrzeją i być może stopią, ale większość ciepła wydostanie się przez komin. Gdybyś miał tylko jeden dziennik na godzinę, przez większość czasu w pomieszczeniu byłoby bardzo zimno. Weź ten sam dziennik i spal go powoli przez godzinę, zanim zastąpisz go innym, a mniej ciepła wydostaje się przez wydech i pozostaje w pomieszczeniu.
Powodem, dla którego silnik się nagrzewa, jest to, że wolniej spalające się paliwo przenosi więcej ciepła do otaczających części silnika.
Wszyscy o czymś zapomnieli. Powód, dla którego lekkie odchudzanie może być gorętsze niż stosunki stochiomnetyczne, jest bardzo prosty. Ma to związek z wtryskiem paliwa. Aby stosunek stochiometryczny działał zgodnie z przeznaczeniem, każdy pojedynczy atom tlenu musiałby idealnie sparować się z cząsteczką paliwa przed zapłonem. To po prostu niemożliwe, więc masz spalone cząsteczki paliwa.
Dodając nieco więcej powietrza do mieszanki, możesz upewnić się, że całe twoje paliwo pali się w większym stopniu, co z kolei podniesie temperaturę spalania, doda zbyt dużo, a pojemność cieplna nadmiaru powietrza obniży temperaturę.
Zatrzymano się tutaj po rozejrzeniu się bez większego powodzenia, aby uzyskać dobre wyjaśnienie przegrzania z powodu ubogiego spalania w silniku. Oto moje dwa centy na ten temat:
1- Dobrze wiadomo i udokumentowano, że szczytowa lub maksymalna temperatura spalania jest niższa, ponieważ stosunek atmosferycznego powietrza / paliwa odbiega od stochiometrycznego, więc spalanie ubogie generuje niższą temperaturę szczytową w porównaniu do stochiometrycznego, na przykład 14,7: 1 dla benzyny. Chociaż spalanie ubogie może być bardziej kompletne, szczytowa temperatura spalania jest niższa ze względu na efekt chłodzenia dodatkowego obojętnego azotu atmosferycznego w układzie ubogim. Pamiętasz, że powietrze atmosferyczne zawiera znaczną ilość obojętnego azotu i że stary problem popularnonaukowy mówi o projekcie silnika Adiabatic w Smokey Yunick i jego próbach zastosowania filtra usuwającego azot?
2 - Dobrze wiadomo również, że szybkość jakiejkolwiek reakcji chemicznej zwolni, gdy stężenie reaktywnego ulegnie zmniejszeniu. Oczekiwano również, ponieważ gdy cząsteczki paliwa oddalają się od siebie, to mniejsza szansa na przyspieszenie reakcji łańcuchowej, co znacznie zmniejsza prędkość spalania.
3- Również całkowita ilość wytwarzanego ciepła jest zmniejszana podczas spalania ubogiej mieszanki zgodnie z oczekiwaniami z powodu mniejszej ilości paliwa lub kalorii zaangażowanych w ubogie spalanie. Dlaczego więc nieoczekiwany wynik przegrzania silnika?
4- Nie jest to kwestia mniejszego chłodzenia dostępnego po odparowaniu ciekłego paliwa, jest bardziej związana z ogólnym bilansem energetycznym silnika. Gdy spalanie staje się wolniejsze, większa część energii cieplnej nie może być przekształcona jako energia robocza wału, a zatem jest głównie wydalana jako ciepło wodne przez otwór wylotowy. Podobnie dzieje się, jeśli czas zapłonu jest opóźniony z dala od optymalnego ... ubogie ciepło spalania, chociaż jest mniejsze, nie może być właściwie przekształcone w pracę wału, ponieważ spalanie było tak późne, że nie jest zsynchronizowane z ruchem tłoki Właśnie dlatego Toyota usprawniła zapłon w swoich wcześniejszych silnikach Lean Burning Engines po aktywacji tego trybu. Więc gdzie idzie ciepło, którego nie można zamienić na pracę szybu? ... z powodu przepisów o oszczędzaniu energii pokaże gdzieś ... no cóż,
Zasadniczo, gdy spalanie staje się coraz bardziej ubogie, silnik zaczyna tracić część swojej wydajności w celu konwersji energii spalania na energię mechaniczną, a zatem pracuje bliżej prostego pieca paliwowego odpowiedniego do samego ogrzewania. Objawami tego rodzaju przegrzania są spalone zawory wydechowe, inny ton hałasu wydechowego, a nawet żarowy kolektor wydechowy, podobny do silnika pracującego z bardzo opóźnionym zapłonem. W przypadku wtrysku podtlenku azotu, mimo że podtlenek azotu ma duży efekt chłodzenia, jeśli przypadkowo spalanie stanie się zbyt ubogie z powodu braku paliwa, silnik dosłownie topi się. W tym przypadku, mimo że stosunek paliwa był zbyt ubogi, ilość paliwa lub kaloryczność może być znacznie większa niż w normalnym silniku, więc nawet więcej energii cieplnej nie zostanie zamienione na pracę na wale,
Myślę, że odpowiedzi są niepoprawne. Ponieważ założenie pytania jest nieprawidłowe. Najpierw musimy zdecydować cieplej w porównaniu do czego? a także musimy wiedzieć, że to fakt, czy naprawdę jest cieplej, czy to mit? ponadto ważna jest ilość stosunku paliwo / tlen, czy ten warunek jest zawsze spełniony dla wszystkich proporcji ubogich? Być może poprawne pytanie brzmi: dlaczego „nieco” uboga mieszanka jest gorętsza niż „nieco” bogata mieszanka?
Energia cieplna wytwarzana przez paliwo jest po prostu związana z ilością spalanego paliwa. Spalasz mniej, generowane jest mniej ciepła. Spalasz więcej, wytwarza się więcej ciepła. Tak proste jak to. Tutaj, co wytwarza ciepło, jest energia zmagazynowana w paliwie (na przykład inne czynniki, takie jak ciśnienia, tarcia itp. Nie są ważne).
Jeśli porównujesz bogatą mieszankę z mieszanką ubogą, oczywiście uboga mieszanka będzie miała wyższą wydajność energetyczną, ponieważ zamieniłbyś całe paliwo w energię. (więcej spalonego paliwa = więcej ciepła) Ale to wciąż zależy od proporcji mieszanki, ponieważ jeśli nie ma prawie żadnego paliwa w mieszance, to oczywiście nie wytworzy tyle energii.
Jeśli porównujesz idealną mieszankę z mieszanką ubogą, to myślę, że powinna być jeszcze chłodniejsza (mniej energii cieplnej generowanej podczas spalania), ponieważ dostaniesz mniej paliwa i więcej tlenu do komory.