В этом вопросе я узнал, что работа на обедненном топливе двигателя будет повышать температуру воспламенения, помимо прочего, вызывая проблемы с каталитическим нейтрализатором. Я понятия не имею, как и почему.
Как и почему именно обедненное топливо (или обогащенное кислородом) повышает температуру воспламенения?
Ответы:
У вас есть качественное описание того, что происходит, но давайте разберем его в меньшем масштабе. Когда мы говорим о «температуре» чего-либо, мы действительно говорим о том, как быстро молекулы движутся и отскакивают друг от друга. «Температура» - это действительно «кинетическая энергия». И оказывается, что существуют и другие виды энергии помимо перемещения в пространстве - молекулы могут вращаться, они могут вибрировать, а их электроны могут возбуждаться и перемещаться относительно ядра. Каждая из этих энергий также может быть «температурой», так что вы можете иметь поступательную температуру (о чем мы обычно думаем), но вы можете иметь температуру вращения, вибрационную температуру и электронную температуру.
Молекулы обмениваются энергией друг с другом, сталкиваясь друг с другом. Когда они делают это, они также распределяют энергию между ними. Как часто они сталкиваются, определяет, как быстро энергия становится однородной, и это определяет, как быстро они достигают того, что называется равновесием. Когда все различные температуры одинаковы, состояние находится в равновесии, и нам не нужно беспокоиться о отслеживании всех различных типов температуры. Для большинства процессов, происходящих в двигателе, времени для достижения равновесия более чем достаточно, и поэтому нам не нужно слишком беспокоиться о неравновесных эффектах.
Теперь в химических реакциях молекулы распадаются и образуют новые. Если новые имеют меньше энергии, разница в энергии выделяется в виде тепла. Если у новых больше энергии, реакция требует добавления энергии, чтобы это произошло. Очевидно, что двигатели нагреваются, поэтому реакции в них высвобождают энергию, и мы используем эту энергию для движения автомобиля.
Итак, молекулы распадаются. И они распадаются, когда начинают вибрировать так сильно, что связи между атомами ничего не могут удерживать вместе. Единственный способ заставить молекулу вибрировать - это столкнуться с другой молекулой, обладающей достаточным количеством энергии и достаточно эффективной передачей энергии для запуска колебаний. И энергия должна быть достаточно высокой, чтобы вибрация заставляла молекулы распадаться.
Изменяя количество топлива в смеси, вы меняете типы столкновений, которые могут произойти. И это не совсем понятно, но некоторые молекулы лучше обмениваются энергией с другими. Чтобы заставить топливную молекулу развалиться, они должны столкнуться с другими молекулами топлива с некоторой энергией или с другими молекулами кислорода с большей энергией. Если вы добавляете больше, чем обычно, количества кислорода (обедненного), вам также нужно сделать этот кислород более горячим, чтобы у молекул было больше энергии при столкновении, и они могли заставить топливо вибрировать достаточно сильно, чтобы развалиться. И наоборот, если вы работаете с большим количеством топлива, у вас есть больше молекул топлива, которые могут сталкиваться друг с другом и разваливаться, но меньше молекул кислорода, чтобы они могли объединяться и выделять тепло. Это (и некоторые другие эффекты) снижает конечную температуру пламени.
Основываясь на длительном разговоре по этому вопросу, давайте вернем все это в контекст движка. Для газового двигателя с прямым впрыском воздух всасывается в цилиндр, поршень сжимает его, а затем топливо распыляется в цилиндр. Затем свеча зажигания вызывает искру в камере. Это осаждение электронов вызывает возбуждение всех молекул топливно-воздушной смеси - фактически ионизирует воздух (отрывает электроны от молекул), и все это добавляет к молекулам энергию. Эта энергия является начальной энергией, необходимой для начала сгорания.
Что касается нехватки топлива, я сказал, что для запуска реакции требуется больше энергии, и я сформулировал ее в терминах более высокой температуры воспламенения. Температура зажигания исходит от этой свечи зажигания (для холодного двигателя - горячие двигатели также отдают тепло от самих цилиндров). Для нормальных условий эксплуатации свечи зажигания обеспечивают более чем достаточно энергии для зажигания. По мере того, как рабочее состояние становится меньше, свеча зажигания выдает такое же количество энергии, но ее все равно достаточно для зажигания. В конце концов, для достаточно скудных условий энергии будет недостаточно. Это скудная осечка .
Дизельные двигатели работают по-другому. Ради аргумента, давайте снова продолжим прямую инъекцию. Цилиндр наполняется воздухом, поршень сжимает его, и впрыскивается топливо. Там нет искры, чтобы инициировать реакцию, хотя. Дизельные двигатели полагаются исключительно на создание достаточно высокого давления, чтобы воспламенить смесь. Высокое давление означает высокую плотность, а это означает больше столкновений для распространения энергии вокруг (молекулам не нужно заходить так далеко, чтобы ударить друг друга). Во всяком случае, те же идеи применимы. В бедных условиях для зажигания потребуется более высокое давление. В идеальных условиях двигатель сжимает больше, чем требуется, поэтому, когда он работает на обедненном топливе, он все еще имеет достаточную компрессию, чтобы воспламениться. Если вы станете настолько скудными, что компрессия будет недостаточно высокой, вы снова получите скудный осечка, Свечи накаливания могут помочь всему этому, нагревая цилиндры и помогая добавлять тепло к смеси и ускорять реакции.
В любом из двигателей, после того, как они поработали некоторое время, стенки цилиндра нагреваются, и для запуска реакции требуется меньше энергии (от искр или от сжатия). Но для холодных двигателей необходимо, чтобы начальное отложение энергии стимулировало реакции. Многие ЭБУ настроены на сжигание топлива, когда двигатель только запускается, потому что его легче воспламенить; когда они нагреваются, смесь становится более обедненной и снижает выбросы и расход топлива. Вы можете быть знакомы с ручными воздушными заслонками на таких вещах, как газонокосилки - воздушная заслонка - это то, что изменяет топливно-воздушную смесь, и чтобы запустить двигатель, вы должны установить воздушную заслонку, чтобы она была богата топливом.
Для тех, кто заинтересован, основываясь на обсуждении, которое мы провели в различных ветках комментариев, я продолжил и дал конкретный пример того, как / почему температура может повышаться, когда пламя обеднено топливом. Разговор в чате отмечен здесь .
Забавно, вы должны спросить этого Макса :)
Сначала давайте удостоверимся в нашем определении. Работа на обедненном двигателе означает изменение соотношения воздух / топливо, чтобы в нем было больше воздуха, чем было бы идеально (14,7: 1 воздух / топливо).
В моем чтении есть два эффекта.
Во-первых, топливо представляет собой распыленную жидкость, которая оказывает охлаждающее воздействие на камеру сгорания. Так меньше топлива, меньше охлаждающий эффект.
Во-вторых, пламя горит быстрее и горячее в присутствии большего количества кислорода. Больше воздуха относительно топлива, чем обычно, означает больше кислорода, чем обычно. Так что пламя горит горячее и быстрее, чем должно. Оба собираются поднять температуру в камере сгорания.
Отличный вопрос, мне самому было любопытно, поэтому я начал читать по нему.
Надеюсь, это поможет!
Если вы когда-либо видели, как используется кислородно-ацетиленовая горелка, вы заметите, что перед включением кислорода горелка имеет ярко-желтое пламя. Это топливо, сжигающее меньше идеального количества кислорода. Пламя относительно прохладное и дает много сажи.
Когда кислород включен, пламя становится синим и становится достаточно горячим, чтобы расплавить сталь.
Возможно, вы также видели, когда слишком много кислорода включено, пламя гаснет с треском.
Топливо обеднено так же, как богатое кислородом
В двигателе топливо хочет сгорать эффективно, но не слишком горячим, чтобы оно начало плавить поршни, или, может быть, даже сильно взорваться, что также вызовет повреждение.
Из Википедии - К сожалению, стехиометрическая смесь горит очень горячей и может повредить компоненты двигателя, если двигатель подвергается высокой нагрузке в этой топливно-воздушной смеси. Из-за высоких температур в этой смеси возможна детонация топливовоздушной смеси вскоре после максимального давления в цилиндре при высокой нагрузке (называемой стуком или пингом). Детонация может привести к серьезному повреждению двигателя, так как неконтролируемое горение топливно-воздушной смеси может создать очень высокое давление в цилиндре. Как следствие, стехиометрические смеси используются только в условиях малой нагрузки. В условиях ускорения и высокой нагрузки более богатая смесь (более низкое соотношение воздух-топливо) используется для производства более холодных продуктов сгорания и, таким образом, предотвращения детонации и перегрева головки цилиндров.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Air –fuel_ratio
Извините, я не могу получить ссылку на работу - скопируйте и вставьте в браузер.
Температура двигателя повышается, потому что зажигание топлива происходит медленнее . Топливо сгорает дольше, потому что его меньше.
Само топливо имеет такое же количество BTU, которое можно сжечь, независимо от того, используете вы дополнительный кислород или нет. СРОК. Когда вы дуете на угли в вашем огне, они нагреваются, но сгорают быстрее. Они выделяют такое же количество тепла, но за гораздо более короткий период времени.
Представьте себе свой цилиндр как кабину зимой. Если вы возьмете бревно и сожжете его за одну минуту, предметы возле плиты, где горит бревно, будут сильно нагреваться и, возможно, таять, но большая часть тепла будет выходить через дымоход. Если бы у вас было только одно бревно в час, в комнате большую часть времени было бы очень холодно. Возьмите то же самое бревно и медленно сжигайте его в течение часа, прежде чем заменить его другим, и через выхлопную трубу выйдет меньше тепла и он останется в комнате.
Причина, по которой двигатель нагревается, заключается в том, что топливо с более медленным горением передает больше тепла окружающим частям двигателя.
Вы все что-то забываете, причина, по которой небольшая обедненность может быть выше, чем стехиометрические, очень проста. Это связано с впрыском топлива. Для стехиометрического отношения к работе, как предполагалось, каждый атом кислорода должен был бы идеально соединиться с молекулой топлива перед воспламенением. Это просто невозможно, поэтому у вас есть несгоревшие молекулы топлива в вашем сгорании.
Добавляя немного больше воздуха в смесь, вы можете гарантировать, что все ваше топливо сгорает в большей степени, что в свою очередь повысит температуру вашего сгорания, добавит слишком много, а теплоемкость избытка воздуха понизит температуру.
Остановился здесь после осмотра без особого успеха для хорошего объяснения перегрева из-за скудного горения в двигателе. Вот мои два цента на эту тему:
1. Хорошо известно и задокументировано, что пиковая или максимальная температура сгорания ниже, поскольку отношение атмосферного воздуха / топлива отклоняется от стехиометрического, поэтому обедненное сгорание создает более низкую пиковую температуру по сравнению со стехиометрической, например 14,7: 1 для бензина. Хотя обедненное сгорание может быть более полным, пиковая температура сгорания ниже из-за эффекта охлаждения дополнительного инертного атмосферного азота в обедненной установке. Помните, что атмосферный воздух содержит значительное количество инертного азота и что старая научно-популярная проблема, рассказывающая о конструкции адиабатического двигателя Смоки Юника и его попытках установить фильтр для удаления азота?
2. Также хорошо известно, что скорость любой химической реакции будет снижаться по мере уменьшения концентрации реактивного вещества. Также ожидается, что, поскольку молекулы топлива будут отдаляться друг от друга, у них будет меньше шансов для стимулирования цепной реакции, что значительно снижает скорость сгорания.
3. Кроме того, общее количество выделяемого тепла уменьшается при сжигании обедненного, как и ожидалось, из-за меньшего количества топлива или калорийности, участвующих в обедненном сжигании. Так почему же неожиданный результат перегрева двигателя?
4- Это не вопрос меньшего охлаждения, доступного от испарения жидкого топлива, это больше связано с общим энергетическим балансом в двигателе. Поскольку сгорание становится медленнее, большая часть тепловой энергии не может быть преобразована в рабочую энергию вала и, таким образом, в основном отводится в виде нагреваемого тепла через выпускной канал. Точно так же происходит, если ваш момент зажигания замедлен далеко от оптимального ... обедненная теплота сгорания, хотя и меньше, не может быть должным образом преобразована в работу вала, потому что сгорание было настолько поздним, что оно не синхронизировано с движением поршни. Именно поэтому Toyota активировала время зажигания в своих ранних Lean Burning Engines, когда активировал этот режим. Итак, куда же пойдет тепло, которое не может быть преобразовано в работу вала? ... из-за законов энергосбережения это покажет где-то ... ну,
По существу, когда сгорание становится более экономичным, двигатель начинает терять часть своей эффективности для преобразования энергии сгорания в механическую энергию и, таким образом, работает ближе к простой топливной печи, пригодной для самого нагрева. Симптомами этого типа перегрева являются сгоревшие выпускные клапаны, различные тона в выхлопном шуме и даже раскаленный выпускной коллектор, похожий на двигатель, работающий с очень запаздывающим моментом зажигания. В случае закиси азота, несмотря на то, что закиси обладают достаточным охлаждающим эффектом, если случайно сгорание становится слишком обедненным из-за нехватки топлива, двигатель буквально тает. В этом случае, несмотря на то, что соотношение топлива было слишком обедненным, количество задействованного топлива или калорийность все еще могут быть значительно больше, чем в обычном двигателе, поэтому даже больше тепловой энергии не будет преобразовано в работу вала,
Я думаю, что ответы неверны. Потому что предположение вопроса неверно. Сначала мы должны решить, что горячее по сравнению с чем? и также мы должны знать, что это факт, это действительно горячее или это миф? кроме того, важна величина соотношения топливо / кислород, всегда ли это условие верно для всех соотношений обеднения? Возможно, правильный вопрос заключается в том, почему «слегка» нежирная смесь горячее, чем «слегка» богатая смесь?
Выход тепловой энергии из топлива просто зависит от того, сколько его вы сжигаете. Вы сжигаете меньше, вырабатывается меньше тепла. Вы сжигаете больше, генерируется больше тепла. Так просто, как, что. Здесь то, что создает тепло, это энергия, запасенная в топливе (для нашего примера другие факторы, такие как давление, трения и т. Д., Не важны).
Если вы сравниваете богатую смесь с обедненной смесью, то, конечно, обедненная смесь будет иметь более высокий выход энергии, потому что вы преобразуете все топливо в энергию. (больше сгоревшего топлива = больше тепла) Но это все равно зависит от соотношения ваших смесей, потому что, если в вашей смеси почти нет топлива, очевидно, что он не будет генерировать столько энергии.
Если вы сравниваете идеальную смесь с обедненной смесью, то я думаю, что она должна быть еще холоднее (меньше тепловой энергии, генерируемой при сгорании), поскольку вы будете получать меньше топлива и больше кислорода в камеру.