У цьому запитанні я дізнався, що запуск двигуна на паливі двигуна підвищить температуру займання, серед іншого, наприклад, викликаючи проблеми з каталітичним перетворювачем. Я поняття не маю як і чому.
Як і чому саме підвищена температура палива (або багата на кисень) підвищує температуру займання?
Відповіді:
Ви маєте якісний опис того, що відбувається, але давайте розбимо його на менший масштаб. Коли ми говоримо про "температуру" чогось, ми дійсно говоримо про те, як швидко молекули рухаються навколо і відскакують одна від одної. "Температура" - це справді "кінетична енергія". І виявляється, що існують й інші види енергії, окрім переміщення у просторі - молекули можуть обертатися, вони можуть вібрувати, а їхні електрони можуть збуджуватися і рухатися навколо відносно ядра. Кожна з цих енергій також може бути "температурою", тому ви можете мати поступальну температуру (про що ми зазвичай думаємо), але ви можете мати температуру обертання, температуру коливання та електронні температури.
Молекули обмінюються між собою енергією, стикаючись одна з одною. Коли вони роблять це, вони також розподіляють енергію між собою. Як часто вони стикаються, визначає, наскільки швидко енергія стає рівномірною, і це визначає, наскільки швидко вони досягають того, що називається рівновагою. Коли всі різні температури однакові, стан перебуває в рівновазі, і нам не потрібно турбуватися про відстеження всіх різних типів температури. Для більшості процесів, які відбуватимуться в двигуні, є достатньо часу для досягнення рівноваги, тому нам не потрібно надто турбуватися про нерівноважні ефекти.
Зараз у хімічних реакціях молекули розпадаються і утворюють нові. Якщо нові мають менше енергії, різниця в енергії вивільняється як тепло. Якщо нові мають більше енергії, реакція вимагає додавання енергії, щоб це відбулося. Очевидно, що двигуни нагріваються, тому реакції в них виділяють енергію, і ми використовуємо цю енергію для переміщення автомобіля.
Отже, молекули розпадаються. І вони розриваються, коли починають вібрувати так сильно, що зв’язки між атомами нічого не можуть утримувати разом. Єдиний спосіб змусити молекулу вібрувати - це зіткнення з нею іншої молекули з достатньою кількістю енергії та достатньо ефективною передачею енергії для запуску вібрацій. А енергія повинна бути достатньо високою, щоб вібрація змушувала молекули розпадатися.
Змінюючи кількість палива в суміші, ви змінюєте типи зіткнень, які можуть статися. І це не зовсім прямо, але одні молекули краще обмінюватися енергією з іншими. Щоб молекула палива розпадалася, їм потрібно стикатися з іншими молекулами палива з деякою енергією з іншими молекулами кисню з більшою кількістю енергії. Якщо ви додасте більше, ніж звичайна кількість кисню (запустіть), вам також потрібно зробити цей кисень більш гарячим, щоб молекули мали більше енергії, коли вони стикаються і можуть змусити паливо вібрувати досить сильно, щоб розвалитися. І навпаки, якщо ви працюєте з багатим паливом, у вас більше молекул палива, які можуть стикатися між собою і розвалюватися, але менше молекул кисню для них поєднуватись і віддавати тепло. Це (та деякі інші ефекти) знижує кінцеву температуру полум'я.
На основі деякої розгорнутої розмови з питання, давайте повернемо все це в контекст двигуна. Для газового двигуна з прямим впорскуванням повітря всмоктується в циліндр, поршень стискає його, а потім паливо розбризкується в циліндр. Потім свічка запалювання запускає іскру в камері. Це осадження електронів викликає збудження всіх молекул паливно-повітряної суміші - воно фактично іонізує повітря (позбавляє електронів від молекул), і все це додає молекулам купу енергії. Ця енергія - це початкова енергія, необхідна для початку горіння.
Що стосується стану пального, я сказав, що для запуску реакції потрібно більше енергії, і я сформулював це з точки зору більш високої температури займання. Температура займання виходить від цієї свічки запалювання (для холодного двигуна - гарячі двигуни також подаватимуть тепло від самих циліндрів). Для нормальних умов роботи свічки запалювання забезпечують більш ніж достатньо енергії для займання. Коли робочий стан стає слабшим, свічка запалювання забезпечує однакову кількість енергії - але для запалення все одно достатньо енергії. Врешті-решт, для того, щоб створити достатню кількість, не вистачить енергії. Це пісна осічка .
Дизельні двигуни працюють по-різному. Заради аргументів давайте знову дотримуватимемося прямої ін’єкції. Циліндр наповнюється повітрям, поршень стискає його, а пальне впорскується. Не існує іскри, щоб ініціювати реакцію. Дизельні двигуни покладаються виключно на створення достатньо високого тиску для розпалювання суміші. Високий тиск означає високу щільність, а це означає більше зіткнень, щоб поширити енергію навколо (молекулам не потрібно йти так далеко, щоб вдарити одна одну). У будь-якому випадку застосовуються ті самі ідеї. У худорлявих умовах знадобиться підвищений тиск, щоб запалити. В ідеальних умовах двигун стискає більше, ніж потрібно точно, тому, коли він працює на паливі, у нього ще достатньо стиснення, щоб запалити. Якщо ви будете настільки худими, що стиснення вже не є достатньо високим, ви знову отримаєте нетривалу помилку. Запалювальні пробки можуть допомогти у всьому цьому, нагріваючи циліндри та допомагаючи додавати тепло до суміші та отримувати реакції.
У будь-якому двигуні, коли вони працюють деякий час, стінки циліндра нагріваються, і для отримання реакції потрібно менше входу (від іскор або стиснення). Але для холодних двигунів потрібне початкове осадження енергії, щоб реакції рухалися. Багато ECU готові спалювати багате паливо, коли двигун тільки запускається, тому що його легше запалити; по мірі нагрівання суміш стає більш пісною та зменшує викиди та споживання палива. Можливо, ви знайомі з ручними дроселями на таких речах, як газонокосарки - дросель - це те, що змінює паливно-повітряну суміш і щоб запустити двигун, ви повинні встановити дросель, щоб бути багатим паливом.
Для зацікавлених, виходячи з дискусії, яку ми мали в різних нитках коментарів, я пішов вперед і наводив конкретний приклад того, як / чому температура може зростати, коли полум’я є слабким. Розмова в чаті тут закладена в закладки .
Смішно, ви повинні запитати цього Макса :)
Спочатку давайте переконаємось у нашому визначенні. Запуск нахилу двигуна означає зміну співвідношення повітря / паливо, щоб мати більше повітря, ніж ідеально (14,7: 1 повітря до палива).
На моє читання є два ефекти.
По-перше, паливо - це атомізована рідина, яка має охолоджуючу дію на камеру згоряння. Так менше палива, менше ефекту охолодження.
По-друге, полум'я горять швидше і гарячіше за наявності більшої кількості кисню. Більше повітря відносно палива, ніж зазвичай, означає більше кисню, ніж зазвичай. Так полум’я горять гарячіше і швидше, ніж слід. Обидва збираються підвищити температуру в камері згоряння.
Чудове запитання, мені було цікаво про це самому, тому я почав щось читати.
Я сподіваюся, що це допомагає!
Якщо ви коли-небудь бачили, як використовується окси-ацетиленовий факел, ви помітили, що перед включенням кисню факел має яскраво-жовте полум'я. Це спалювання палива в меншій від ідеальної кількості кисню. Полум'я відносно прохолодне і воно виробляє багато сажі.
Коли кисень увімкнено, полум'я синіє і стає досить гарячим, щоб розплавити сталь.
Можливо, ви також бачили, коли ввімкнено занадто багато кисню, полум’я згасне з поплом.
Витрата палива - це те саме, що багате киснем.
У двигуні паливо хоче згоряти ефективно, але не надто гаряче, щоб воно почало плавити поршні, а може навіть сильно вибухнути, що також спричинить шкоду.
З Вікіпедії - Стехіометрична суміш, на жаль, горить дуже гаряче і може пошкодити компоненти двигуна, якщо двигун буде розміщений під великою навантаженням на цій паливно-повітряній суміші. Через високу температуру цієї суміші можлива детонація суміші паливо-повітря незабаром після досягнення максимального тиску в балоні під великим навантаженням (називається стуком або пінг). Детонація може спричинити серйозні пошкодження двигуна, оскільки неконтрольоване спалювання суміші паливного повітря може створити дуже високий тиск у циліндрі. Як наслідок, стехіометричні суміші застосовуються лише в умовах легкого навантаження. Для прискорення та високих умов навантаження використовується більш багата суміш (нижче співвідношення повітря - паливо) для отримання більш холодних продуктів згоряння, що запобігає детонації та перегріву головки циліндрів.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Air –fuel_ratio
На жаль, я не можу отримати посилання на роботу - скопіюйте та вставте у браузер.
Температура двигуна підвищується, оскільки запалювання палива відбувається повільніше . Тривати довше, ніж пальне згорить, оскільки його менше.
Саме паливо має таку ж кількість БТУ, що доступна, спалюючи його, використовуєте ви додатковий кисень чи ні. ПЕРІОД. Коли ви нагнітаєте вугілля у своєму вогні, вони нагріваються, але згоряють швидше. Вони виділяють стільки ж тепла, але за набагато коротший проміжок часу.
Уявіть свій циліндр як кабіну взимку. Якщо ви взяли колоду і спалили її за одну хвилину, предмети біля печі, де той колод горів, значно нагріваються і, можливо, тануть, але більша частина тепла буде виходити через димар. Якби у вас був лише один журнал на годину, більшість часу в кімнаті було б дуже холодно. Візьміть той самий колод і спаліть його повільно протягом години, перш ніж замінити його іншим і менше тепла виходить через вихлоп і залишається в приміщенні.
Причина, коли двигун нагрівається, полягає в тому, що повільніше спалювання палива передає більше тепла навколишнім частинам двигуна.
Ви все щось забуваєте, тому причина легкого опіку може бути гарячішою, ніж стехіометричні співвідношення, дуже проста. Це стосується вприскування палива. Щоб стехіометричне співвідношення працювало за призначенням, кожен атом кисню перед запалюванням повинен ідеально поєднуватися з молекулою палива. Це просто неможливо, тому у вас згоряються молекули палива при згорянні.
Додаючи в суміш трохи більше повітря, ви можете гарантувати, що все ваше паливо згоряє до більш високого ступеня, що з часом підвищить температуру вашого горіння, додасть занадто багато, а теплоємність надлишкового повітря знизить температуру.
Зупинився тут, оглянувшись без особливого успіху, для гарного пояснення перегріву через худне горіння в двигуні. Ось два мої центи з цього приводу:
1- Добре відомо і документально підтверджено, що пікова або максимальна температура горіння нижча, оскільки співвідношення атмосферного повітря / палива відхиляється від стехіометричного, тому слабке згоряння генерує нижчу пікову температуру порівняно зі стехіометричним, наприклад, 14,7: 1 для бензину. Хоча худорляве згоряння може бути більш повним, пікова температура згоряння є нижчою завдяки ефекту охолодження додаткового інертного атмосферного азоту в умовах неміцного стану. Пам’ятайте, що атмосферне повітря містить значну кількість інертного азоту, і цей старий науково-популярний випуск розповідає про дизайн Smokey Yunick Adiabatic Engine та його спроби встановити фільтр для видалення азоту?
2- Також добре відомо, що швидкість будь-якої хімічної реакції сповільниться у міру зменшення концентрації реактивного речовини. Очікується також, тому що, оскільки молекули палива віддаляються одна від одної, то менше шансів сприяти ланцюговій реакції, тим самим значно знижуючи швидкість горіння.
3- Крім того, загальна кількість виробленого тепла зменшується при спалюванні, як очікується, через меншу кількість палива або калорійності, що бере участь у неміцному згорянні. То чому ж тоді несподіваний результат перегріву двигуна?
4- Справа не в меншому охолодженні від випаровування рідкого палива, це більше стосується загального енергетичного балансу в двигуні. Оскільки згоряння відбувається повільніше, більша частина теплової енергії не може бути перетворена як робоча енергія шахти, і, таким чином, в основному викидається, як витрачене тепло через вихлопний отвір. Аналогічно трапляється, якщо ваш час запалювання відстає від оптимального ... слабке тепло згоряння, хоча і менше, не може бути належним чином перетворене на роботу шахти, оскільки горіння було настільки пізнє, що воно не синхронізоване з рухом поршні. Ось чому Toyota розширила терміни запалювання у своїх попередніх Lean Burning Engine, коли активувався цей режим. Тож, куди йде тепло, яке неможливо перетворити на роботу шахти? ... завдяки законам енергозбереження воно десь покаже ... ну,
В основному, коли згоряння стає меншим, двигун починає втрачати частину своєї ефективності для перетворення енергії згоряння в механічну енергію і, таким чином, працює ближче до простої паливної печі, придатної для самого опалення. Симптомами цього типу перегріву є випалені вихлопні клапани, різний тон звуку вихлопу і навіть розжарювальний випускний колектор, подібний до двигуна, що працює з дуже затримкою часу запалювання. У випадку введення азоту, незважаючи на те, що азот має достатній охолоджуючий ефект, якщо випадково згоряння стає занадто слабким через дефіцит палива, двигун буквально плавиться. У цьому випадку, незважаючи на те, що коефіцієнт палива був занадто неміцним, кількість палива або калорійність все-таки може бути значно більше, ніж у звичайному двигуні, тому ще більше теплової енергії не буде перетворено на роботу валу,
Я думаю, що відповіді невірні. Тому що припущення питання невірно. Спершу ми маємо вирішити гаряче порівняно з чим? а також нам потрібно знати, що це факт, це справді спекотніше чи це міф? крім того, величина співвідношення пальне / кисень важлива, чи завжди ця умова відповідає всім співвідношенням пісних? Можливо, правильне питання, чому "злегка" пісна суміш гарячіша, ніж "злегка" насичена суміш?
Вихід теплової енергії з палива просто пов'язаний з тим, яку частину ви спалюєте. Ви менше спалюєте, менше тепла генерується. Ви спалюєте більше, генерується більше тепла. Так просто. Тут те, що створює тепло, - це енергія, накопичена в паливі (для нашого прикладу інші фактори, такі як тиск, тертя тощо, не важливі).
Якщо ви порівнюєте багату суміш з пісною сумішшю, звичайно, пісна суміш матиме більший енерговипуск, оскільки ви перетворили б усе паливо в енергію. (більше паленого палива = більше тепла) Але це все ще залежить від ваших співвідношень суміші, тому що якщо у вашій суміші майже немає палива, очевидно, тоді воно не буде генерувати стільки енергії.
Якщо ви порівнюєте ідеальну суміш з пісною сумішшю, тоді я думаю, що вона повинна бути ще прохолоднішою (менше теплової енергії, що утворюється при згорянні), оскільки ви будете отримувати менше палива і більше кисню в камеру.