Dizel yanacağı yanırmı? Yanır və olduqca güclüdür. Onun əvvəlcədən qarışıq yanmada iştirak etməyən qalığı dəyişən yanma fazasında sərf olunur.
Dizel mühərriklərdə yanma çox çətindir. 1990-cı illərə qədər onun təfərrüatlı mexanizmləri yaxşı başa düşülmürdü. Dizel yanacağının yanma kamerasında yanma temperaturu da hər bir vəziyyətə görə dəyişirdi. Onilliklər ərzində bu prosesin mürəkkəbliyi, "şəffaf" mühərriklərdə istifadə edilən yüksək sürətli fotoqrafiya, müasir kompüterlərin emal gücü və bir çox riyazi modellər kimi müasir vasitələrin mövcudluğuna baxmayaraq, tədqiqatçıların onun bir çox sirlərini açmaq cəhdlərinə qarşı çıxmışdı. dizeldə yanmağı simulyasiya etmək üçün nəzərdə tutulmuşdur 1990-cı illərdə ənənəvi dizel yanma prosesinə təbəqə lazer təsvirinin tətbiqi bu prosesin başa düşülməsini xeyli təkmilləşdirməyin açarı idi.
Bu məqalə əhatə olunacaqklassik dizel mühərriki üçün ən köklü proses modeli. Dizel yanacağının bu ənənəvi yanması, ilk növbədə, alovlanmadan əvvəl yanacaq və havanın yayılması səbəbindən baş verə bilən qarışdırmaqla idarə olunur.
Yanma temperaturu
Dizel yanacağı hansı temperaturda yanır? Əgər əvvəllər bu sual çətin görünürdüsə, indi ona tam birmənalı cavab vermək olar. Dizel yanacağının yanma temperaturu təxminən 500-600 dərəcə Selsi təşkil edir. Yanacaq və hava qarışığının alovlanması üçün temperatur kifayət qədər yüksək olmalıdır. Aşağı mühit temperaturlarının üstünlük təşkil etdiyi soyuq ölkələrdə mühərriklərdə mühərriki işə salmağa kömək etmək üçün giriş portunu qızdıran işıqlandırma şamı var idi. Buna görə mühərriki işə salmazdan əvvəl həmişə tablosundakı qızdırıcının işarəsi sönənə qədər gözləməlisiniz. O, həmçinin dizel yanacağının yanma temperaturuna təsir göstərir. Gəlin onun yaradıcılığında başqa hansı nüansların olduğunu nəzərdən keçirək.
Xüsusiyyətlər
Dizel yanacağının xaricdən idarə olunan ocaqda yandırılmasının əsas şərti onun içindəki kimyəvi enerjinin sərbəst buraxılmasının unikal üsuludur. Bu prosesi həyata keçirmək üçün yanmağı asanlaşdırmaq üçün ona oksigen mövcud olmalıdır. Bu prosesin ən mühüm aspektlərindən biri yanacaq və havanın qarışmasıdır, buna tez-tez əvvəlcədən qarışdırma deyilir.
Dizel yanma katalizatoru
Dizel mühərriklərdə yanacaq tez-tez sıxılma vuruşunun sonunda mühərrik silindrinə yuxarı ölü nöqtədən əvvəl yalnız bir neçə dərəcə krank mili bucağı vurulur. Maye yanacaq adətən bir və ya bir neçə jetdə yüksək sürətlə injektor ucundakı kiçik deşiklər və ya nozzilər vasitəsilə vurulur, incə damcılara atomlaşdırılır və yanma kamerasına daxil olur. Atomlaşdırılmış yanacaq ətrafdakı qızdırılan sıxılmış havadan istiliyi udur, buxarlanır və ətrafdakı yüksək temperaturlu yüksək təzyiqli hava ilə qarışır. Piston yuxarı ölü nöqtəyə (TDC) yaxınlaşmağa davam etdikcə, qarışığın temperaturu (əsasən hava) alovlanma temperaturuna çatır. Webasto dizel yanacağının yanma temperaturu digər dizel növlərindən fərqlənmir və təxminən 500-600 dərəcəyə çatır.
Əvvəlcədən qarışdırılmış bəzi yanacaq və havanın sürətli alışması alovlanma gecikməsindən sonra baş verir. Bu sürətli alovlanma yanmanın başlanğıcı hesab olunur və hava-yanacaq qarışığı istehlak edildikdə silindr təzyiqinin kəskin artması ilə xarakterizə olunur. Əvvəlcədən qarışdırılmış yanma nəticəsində yaranan artan təzyiq yükün yanmamış hissəsini sıxır və qızdırır və alovlanmadan əvvəl gecikməni qısaldır. Qalan yanacağın buxarlanma sürətini də artırır. Onun püskürməsi, buxarlanması, havaya qarışması hamısı yanana qədər davam edir. Bu baxımdan kerosin və dizel yanacağının yanma temperaturu oxşar ola bilər.
Xüsusiyyət
Əvvəlcə nota ilə məşğul olaq: sonra A hava (oksigen), F yanacaq. Dizelin yanması aşağı ümumi A/F nisbəti ilə xarakterizə olunur. Ən aşağı orta A/F tez-tez pik fırlanma momenti şəraitində müşahidə olunur. Həddindən artıq tüstü əmələ gəlməsinin qarşısını almaq üçün pik fırlanma anı A/F adətən 25:1-dən yuxarı, təxminən 14,4:1 olan stokiometrik (kimyəvi cəhətdən düzgün) ekvivalentlik nisbətindən xeyli yuxarı saxlanılır. Bu, bütün dizel yanma aktivatorlarına da aiddir.
Turbomühərrikli dizel mühərriklərində boş rejimdə A/F nisbəti 160:1-dən çox ola bilər. Nəticədə, yanacağın yanmasından sonra silindrdə mövcud olan artıq hava yanan və artıq işlənmiş qazlarla qarışmağa davam edir. Egzoz klapan açıldıqda, yanma məhsulları ilə birlikdə artıq hava da xaric olur ki, bu da dizel qazının oksidləşdirici xarakterini izah edir.
Dizel yanacağı nə vaxt yanır? Bu proses buxarlanmış yanacaq hava ilə qarışdıqdan sonra yerli zəngin qarışığı əmələ gətirdikdən sonra baş verir. Həmçinin bu mərhələdə dizel yanacağının lazımi yanma temperaturu əldə edilir. Bununla belə, ümumi A/F nisbəti kiçikdir. Yəni demək olar ki, dizel mühərrikinin silindrinə daxil olan havanın çox hissəsi sıxılır və qızdırılır, lakin heç vaxt yanma prosesində iştirak etmir. Həddindən artıq havadakı oksigen qaz halında olan karbohidrogenləri və karbonmonoksidi oksidləşdirməyə kömək edir, onları işlənmiş qazlarda son dərəcə aşağı konsentrasiyalara salır. Bu proses dizel yanacağının yanma temperaturundan daha vacibdir.
Amillər
Aşağıdakı amillər dizel yanma prosesində böyük rol oynayır:
- Bir neçə ölçüdə havanın induksiya yükü, onun temperaturu və kinetik enerjisi.
- Vurulan yanacağın atomlaşdırılması, sıçrayışların nüfuz etməsi, temperatur və kimyəvi xüsusiyyətləri.
Bu iki amil ən vacib olmasına baxmayaraq, mühərrikin işinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir edə biləcək başqa parametrlər də var. Onlar yanma prosesində ikinci dərəcəli, lakin mühüm rol oynayırlar. Məsələn:
- Girişin dizaynı. Yük havasının hərəkətinə (xüsusilə silindrə daxil olduğu anda) və yanma kamerasında qarışdırma sürətinə güclü təsir göstərir. Bu, qazanda dizel yanacağının yanma temperaturunu dəyişə bilər.
- Gətirmə portunun dizaynı həmçinin doldurma havasının temperaturuna təsir edə bilər. Buna su gödəkçəsindən istiliyi girişin səthindən ötürməklə nail olmaq olar.
- Suqəbuledici klapan ölçüsü. Sonlu vaxt ərzində silindrə daxil olan havanın ümumi kütləsinə nəzarət edir.
- Sıxılma nisbəti. Bu, qazanda dizel yanacağının yanma temperaturundan asılı olmayaraq buxarlanmaya, qarışdırma sürətinə və yanma keyfiyyətinə təsir göstərir.
- Enjeksiyon təzyiqi. O, verilmiş burun açma parametri üçün enjeksiyon müddətini idarə edir.
- Dizel yanacağının və benzinin keyfiyyətinə və yanma temperaturuna birbaşa təsir edən atomizasiya həndəsəsihavadan istifadə hesabı. Məsələn, daha böyük bir püskürtmə konus bucağı yanacağı açıq kameralı DI dizel mühərriklərində pistonun üstünə və yanma çəninin xaricinə yerləşdirə bilər. Yanacağın havaya girişi qadağan edildiyi üçün bu vəziyyət həddindən artıq "siqaret çəkməyə" səbəb ola bilər. Geniş konus bucaqları da yanacağın tələb olunan yerdə yanma kamerasının içərisində deyil, silindr divarlarına sıçramasına səbəb ola bilər. Silindr divarına səpildikdə, o, nəticədə yağ qabına düşərək sürtkü yağının ömrünü qısaldır. Püskürtmə bucağı injektor çıxışının yaxınlığındakı yanacaq axınında havanın qarışma sürətinə təsir edən dəyişənlərdən biri olduğundan, bu, ümumi yanma prosesinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərə bilər.
- Enjektorun mövqeyini idarə edən klapan konfiqurasiyası. İki klapanlı sistemlər əyilmiş enjektor mövqeyi yaradır, bu da qeyri-bərabər püskürtmə deməkdir. Bu, yanacaq və havanın qarışmasının pozulmasına gətirib çıxarır. Digər tərəfdən, dörd klapanlı dizaynlar enjektorun şaquli quraşdırılmasına, simmetrik yanacağın atomlaşdırılmasına və hər atomizator üçün mövcud havaya bərabər çıxış imkanı verir.
- Üst porşen halqasının vəziyyəti. O, pistonun yuxarı hissəsi ilə silindr layneri arasındakı ölü boşluğu idarə edir. Bu ölü boşluq yanma prosesində belə iştirak etmədən sıxılan və genişlənən havanı tutur. Buna görə də anlamaq lazımdır ki, dizel mühərriki sistemi yanma kamerası, enjektor burunları vəonların bilavasitə mühiti. Yanma prosesin son nəticəsinə təsir edə biləcək hər hansı bir hissə və ya komponenti əhatə edir. Buna görə də heç kimin dizel yanacağının yanması ilə bağlı şübhəsi olmamalıdır.
Digər təfərrüatlar
Dizel yanmasının A/F nisbəti ilə çox zəif olduğu məlumdur:
- 25:1 maksimum fırlanma anında.
- 30:1 nominal sürət və maksimum gücdə.
- Turbomühərriklər üçün boş rejimdə 150:1-dən çox.
Lakin bu əlavə hava yanma prosesinə daxil deyil. Olduqca çox qızdırır və tükənir, bunun nəticəsində dizel egzozu zəifləyir. Orta hava-yanacaq nisbəti zəif olsa da, layihələndirmə prosesi zamanı lazımi tədbirlər görülməzsə, yanma kamerasının sahələri yanacaqla zəngin ola və həddindən artıq tüstü emissiyası ilə nəticələnə bilər.
Yanma kamerası
Əsas dizayn məqsədi yanacaqla zəngin ərazilərin təsirini az altmaq və mühərrikin öz performans və emissiya hədəflərinə çatmasına imkan vermək üçün yanacaq və havanın kifayət qədər qarışmasını təmin etməkdir. Müəyyən edilmişdir ki, yanma kamerası daxilində havanın hərəkətindəki turbulentlik qarışdırma prosesinə faydalıdır və buna nail olmaq üçün istifadə oluna bilər. Girişin yaratdığı burulğan gücləndirilə bilər və piston yarada bilərpiston başlığında düzgün fincan dizaynı sayəsində sıxılma aktı zamanı daha çox turbulentliyə imkan vermək üçün silindr başlığına yaxınlaşdıqda sıxılır.
Yanma kamerasının dizaynı hissəcik emissiyalarına ən əhəmiyyətli təsir göstərir. O, həmçinin yanmamış karbohidrogenlərə və CO-ya da təsir edə bilər. NOx emissiyaları qabın dizaynından asılı olsa da [De Risi 1999], ümumi qazın xassələri onların işlənmiş qaz səviyyələrində çox mühüm rol oynayır. Bununla belə, NOx/PM mübadilələrinə görə, NOx emissiya hədləri azaldıqca yanma qurğularının dizaynları təkamül etməli oldu. Bu, əsasən, əks halda baş verə biləcək PM emissiyalarının artmasının qarşısını almaq üçün tələb olunur.
Optimallaşdırma
Mühərrikdə dizel yanacağının yanma sisteminin optimallaşdırılması üçün vacib parametr bu prosesdə iştirak edən mövcud havanın nisbətidir. K faktoru (piston kubokunun həcminin klirensə nisbəti) yanma üçün mövcud olan havanın nisbətinin təxmini ölçüsüdür. Mühərrikin yerdəyişməsinin azaldılması K nisbi əmsalının azalmasına və yanma xüsusiyyətlərinin pisləşməsinə səbəb olur. Verilmiş yerdəyişmə üçün və sabit sıxılma nisbətində K faktoru daha uzun vuruş seçməklə yaxşılaşdırıla bilər. Silindr çuxurunun mühərrik nisbətinin seçilməsinə K faktoru və mühərrik qablaşdırması, deliklər və klapanlar və s. kimi bir sıra digər amillər təsir edə bilər.
Mümkün çətinliklər
Quraşdırarkən xüsusilə əhəmiyyətli problemSilindr və vuruşun maksimum nisbəti silindr başının çox mürəkkəb qablaşdırmasındadır. Bu, dörd klapanlı dizaynı və mərkəzdə yerləşən injektorlu ümumi relsli yanacaq vurma sistemini yerləşdirmək üçün lazımdır. Silindr başlıqları suyun soyudulması, silindr başlığının saxlanması üçün boltlar, suqəbuledici və egzoz portları, injektorlar, işıqlandırma şamları, klapanlar, klapan gövdələri, girintilər və oturacaqlar və bəzi dizaynlarda işlənmiş qazın təkrar dövriyyəsi üçün istifadə edilən digər kanallar da daxil olmaqla bir çox kanala görə mürəkkəbdir.
Müasir birbaşa enjeksiyonlu dizel mühərriklərindəki yanma kameraları açıq və ya ikinci dərəcəli yanma kameraları adlandırıla bilər.
Açıq kameralar
Porşendəki qabın yuxarı çuxurunun diametri eyni qab parametrinin maksimumundan kiçikdirsə, o zaman geri qaytarıla bilən adlanır. Belə qablarda "dodaq" var. Əgər yoxsa, bu açıq yanma kamerasıdır. Dizel mühərriklərində, bu Meksika papaq qabı dizaynları 1920-ci illərdən bəri məlumdur. Onlar 1990-cı ilə qədər ağır mühərriklərdə istifadə edilmişdi ki, geri dönmə qabı əvvəlkindən daha vacib oldu. Yanma kamerasının bu forması, qabda yanan qazların çoxunun olduğu nisbətən inkişaf etmiş enjeksiyon vaxtları üçün nəzərdə tutulmuşdur. Gecikmiş inyeksiya strategiyaları üçün uyğun deyil.
Dizel mühərrik
İxtiraçı Rudolf Dizelin şərəfinə adlandırılıb. Bu, vurulan yanacağın alovlanmasının artması nəticəsində yaranan daxili yanma mühərrikidirmexaniki sıxılma nəticəsində silindrdə havanın temperaturu. Dizel yalnız havanı sıxaraq işləyir. Bu, silindr daxilindəki havanın temperaturunu o dərəcədə artırır ki, yanma kamerasına vurulan atomlaşdırılmış yanacaq öz-özünə alovlanır.
Bu, benzin və ya LPG kimi qığılcımla alışan mühərriklərdən fərqlidir (benzin əvəzinə qazlı yanacaqdan istifadə etməklə). Hava-yanacaq qarışığını alovlandırmaq üçün şamdan istifadə edirlər. Dizel mühərriklərində, soyuq havada və həmçinin aşağı sıxılma nisbətlərində işə başlamaq üçün işıqlandırma şamları (yanma kamerası qızdırıcıları) istifadə edilə bilər. Orijinal dizel, tədricən yanmanın sabit təzyiq dövrü ilə işləyir və səs bumu yaratmır.
Ümumi xüsusiyyətlər
Dizel, çox yüksək genişlənmə nisbəti və çox havanın istiliyi yaymasına imkan verən arıq yanma qabiliyyəti sayəsində istənilən praktik daxili və xarici yanma mühərriklərinin ən yüksək istilik səmərəliliyinə malikdir. Birbaşa enjeksiyon olmadan kiçik bir səmərəlilik itkisinin də qarşısı alınır, çünki klapan bağlandıqda yanmamış yanacaq yoxdur və yanacaq birbaşa suqəbuledici (injektor) cihazından işlənmiş boruya axmır. Gəmilərdə istifadə olunanlar kimi aşağı sürətli dizel mühərrikləri 50 faizdən çox istilik səmərəliliyinə malik ola bilər.
Dizellər iki və ya dörd vuruşlu olaraq dizayn edilə bilər. Əvvəlcə onlar kimi istifadə edilmişdirstasionar buxar mühərrikləri üçün effektiv əvəzetmə. 1910-cu ildən su altı qayıqlarda və gəmilərdə istifadə olunur. Daha sonra lokomotivlərdə, yük maşınlarında, ağır texnikada və elektrik stansiyalarında istifadə edildi. Ötən əsrin otuzuncu illərində onlar bir neçə avtomobilin dizaynında özünə yer tapdılar.
Üstünlüklər və çatışmazlıqlar
1970-ci illərdən bəri ABŞ-da daha böyük yolda və yolsuzluq avtomobillərində dizel mühərriklərinin istifadəsi artmışdır. Britaniya Motor İstehsalçıları və İstehsalçıları Cəmiyyətinin məlumatına görə, Aİ-də dizel avtomobilləri üçün orta göstərici ümumi satışların 50%-ni təşkil edir (bunlardan Fransada 70% və Böyük Britaniyada 38%).
Soyuq havalarda yüksək sürətli dizel mühərriklərini işə salmaq çətin ola bilər, çünki blokun və silindr başının kütləsi sıxılma istiliyini udur və səthin həcminə nisbətinin daha yüksək olması səbəbindən alışmanın qarşısını alır. Əvvəllər bu qurğular işıq şamları adlanan kameraların içərisində kiçik elektrik qızdırıcılarından istifadə edirdi.
Baxışlar
Bir çox mühərriklər giriş havasını qızdırmaq və işə salmaq və ya işləmə temperaturuna çatana qədər suqəbuledici manifoldda müqavimət qızdırıcılarından istifadə edirlər. Elektrik şəbəkəsinə qoşulmuş rezistiv mühərrik blokunun qızdırıcıları soyuq iqlim şəraitində istifadə olunur. Belə hallarda işə başlama vaxtını və aşınmanı az altmaq üçün onu uzun müddət (bir saatdan çox) yandırmaq lazımdır.
Blok qızdırıcıları, həmçinin elektrik kəsilməsi zamanı enerjini tez boş altmalı olan dizel generatorları ilə təcili enerji təchizatı üçün istifadə olunur. Keçmişdə daha geniş çeşiddə soyuq işə salma üsullarından istifadə edilmişdir. Bəzi mühərriklər, məsələn, Detroit Diesel, yanmağa başlamaq üçün suqəbuledici manifolduna az miqdarda efir daxil etmək üçün sistemdən istifadə edirdi. Digərləri metanol yanan müqavimət qızdırıcısı ilə qarışıq sistemdən istifadə etdilər. Xüsusilə də işləməyən mühərriklərdə aerozol qutusunu əsas mayeni suqəbuledici hava axınına əl ilə səpməkdir (adətən hava filtri qurğusu vasitəsilə).
Digər mühərriklərdən fərqlər
Dizel şərtləri fərqli termodinamik dövrə görə qığılcımla alışan mühərrikdən fərqlidir. Bundan əlavə, onun fırlanma gücü və sürəti, tsiklik mühərrikdə olduğu kimi hava deyil, yanacaq tədarükü ilə birbaşa idarə olunur. Dizel yanacağı və benzinin yanma temperaturu da fərqli ola bilər.
Orta dizel mühərriki benzin mühərrikindən daha aşağı güc-çəki nisbətinə malikdir. Bunun səbəbi, dizelin işləmə təzyiqinə tab gətirmək üçün daha ağır və daha güclü hissələrin struktur ehtiyacına görə daha aşağı RPM-də işləməli olmasıdır. Həmişə mühərrikin yüksək sıxılma nisbəti səbəb olur ki, bu da ətalət qüvvələri hesabına hissədəki qüvvələri artırır. Bəzi dizellər kommersiya məqsədləri üçün nəzərdə tutulub. Bu, təcrübədə dəfələrlə təsdiqlənib.
Dizel mühərrikləri adətənuzun bir vuruş var. Əsasən, bu, tələb olunan sıxılma nisbətlərinin əldə edilməsini asanlaşdırmaq üçün lazımdır. Nəticədə, piston daha ağır olur. Eyni şeyi çubuqlar haqqında da demək olar. Pistonun impulsunu dəyişdirmək üçün onlar və krank mili vasitəsilə daha çox güc ötürülməlidir. Bu, dizel mühərrikinin benzin mühərriki ilə eyni güc çıxışı üçün daha güclü olmasının başqa səbəbidir.
