Hogyan növeli pontosan a sovány üzemanyaggal történő vezetés a gyújtási hőmérsékletet
Ebből a kérdésből megtudtam, hogy üzemanyag-szegény motor működése megnöveli a gyújtási hőmérsékletet, ami többek között problémákhoz vezet a katalizátorral kapcsolatban. Fogalmam sincs hogyan és miért.
Hogyan és miért emeli pontosan a sovány (vagy oxigénben gazdag) üzemanyag a gyújtási hőmérsékletet?
Minőségi leírása van a történésekről, de bontsuk szét kisebb méretre. Amikor valaminek a "hőmérsékletéről" beszélünk, akkor valóban arról beszélünk, hogy a molekulák milyen gyorsan mozognak és lepattannak egymásról. A "hőmérséklet" valójában "kinetikus energia". Kiderült, hogy az űrben történő mozgás mellett más típusú energiák is léteznek - a molekulák foroghatnak, rezeghetnek, és elektronjaik gerjeszthetők és mozoghatnak a maghoz képest. Ezen energiák mindegyike lehet "hőmérséklet" is, így rendelkezhet transzlációs hőmérséklettel (amire általában gondolunk), de lehet forgási hőmérséklet, rezgési hőmérséklet és elektronikus hőmérséklet.
A molekulák egymással ütközve energiát cserélnek egymással. Amikor ezt megteszik, az energiát is elosztják közöttük. Az, hogy milyen gyakran ütköznek, meghatározza, hogy az energia milyen gyorsan válik egyenletesé, és milyen gyorsan éri el az úgynevezett egyensúlyt. Ha az összes hőmérséklet egyforma, az állapot egyensúlyban van, és nem kell aggódnunk a különböző típusú hőmérsékletek nyomon követése miatt. A motorban lejátszódó folyamatok többsége elegendő időt hagy az egyensúly eléréséhez, és nem kell túl sokat aggódnunk a nem egyensúlyi hatások miatt.
A kémiai reakciók során a molekulák szétesnek és újakat alkotnak. Amikor az újaknak kevesebb az energiájuk, az energia különbség hőként szabadul fel. Amikor az újaknak több energiájuk van, a reakcióhoz energiát kell hozzáadni ennek megvalósításához. Nyilvánvaló, hogy a motorok felmelegednek, így a bennük lévő reakciók energiát szabadítanak fel, és ezt az energiát felhasználjuk a jármű mozgatásához.
Tehát a molekulák szétesnek. És akkor szakadnak szét, amikor olyan erős rezgésbe kezdenek, hogy az atomok közötti kötések nem tudják összetartani őket. A molekula rezgésének egyetlen módja az, ha ütközik egy másik molekulával, elegendő energiával és kellően hatékony energiaátadással, hogy kiváltsa a rezgéseket. Az energiának pedig elég magasnak kell lennie ahhoz, hogy a molekulák a rezgés miatt széteshessenek.
A keverékben lévő üzemanyag mennyiségének megváltoztatásával megváltoztathatja az esetleges ütközések típusait. És ez nem éppen könnyű, de egyes molekulák jobban képesek energiát cserélni másokkal. Annak érdekében, hogy az üzemanyag-molekula széteshessen, össze kell ütközniük más üzemanyag-molekulákkal, némi energiával, vagy más oxigén-molekulákkal, amelyek több energiával rendelkeznek. Ha a szokásosnál nagyobb mennyiségű oxigént (futó sovány) ad hozzá, akkor azt is meg kell melegítenie, hogy a molekuláknak több energiájuk legyen, amikor ütköznek, és olyan erősen rázzák az üzemanyagot, hogy az szétesik. Ezzel szemben, ha üzemanyagban gazdag, akkor több olyan üzemanyag-molekula van, amely ütközhet egymással és széteshet, de kevesebb oxigénmolekula van, amely kombinálható a hővel és leadhatja a hőt. Ez (és néhány más hatás) csökkenti a láng végső hőmérsékletét.
Tegyük vissza ezt egy motor kontextusába, a kérdés néhány átfogó megbeszélése alapján. A közvetlen befecskendezésű gázmotorban levegőt szívnak be a hengerbe, a dugattyút összenyomják, majd üzemanyagot permeteznek a hengerbe. Ezután egy gyújtógyertya szikrát indít a kamrában. Ez az elektronok lerakódása gerjeszti az üzemanyag-levegő keverék molekuláit - valójában ionizálja a levegőt (eltávolítja az elektronokat a molekulákból), és mindez rengeteg energiát ad a molekuláknak. Ez az energia az égés megkezdéséhez szükséges kezdeti energia.
Üzemanyag-takarékos állapot esetén azt mondtam, hogy több energiára van szükség a reakció elindításához, és ezt magasabb gyulladási hőmérsékletben fejeztem ki. A gyújtási hőmérséklet ebből a gyújtógyertyából származik (hideg motoron a forró motorok magukból a hengerekből is adnak hőt). Normál üzemi körülmények között a gyújtógyertyák több mint elegendő energiát szolgáltatnak a meggyulladáshoz. Amikor az üzemi állapot enyhül, a gyújtógyertya ugyanannyi energiát szolgáltat - de még mindig elegendő energia van a gyújtáshoz. Hiszen sovány körülmények között nincs elegendő energia. ez egy sovány gyújtáskimaradás .
A dízelmotorok másképp működnek. Az érvelés kedvéért maradjunk a közvetlen injekciónál. A henger megtelik levegővel, a dugattyú összenyomja és az üzemanyagot befecskendezik. Nincs azonban olyan szikra, amely kiválthatja a reakciót. A dízelmotorok csak a kellően nagy nyomás létrehozására támaszkodnak a keverék meggyújtásához. A nagy nyomás nagy sűrűséget jelent, és ez több ütközést jelent az energia elosztásához (a molekuláknak nem kell annyira eljutniuk, hogy egymásnak ütjenek). Mindkét esetben ugyanazok az elképzelések érvényesek. Sovány körülmények között nagyobb nyomásra lenne szükség a meggyulladáshoz. Ideális körülmények között a motor a kelleténél jobban összenyomódik. Amikor alacsony üzemanyaggal működik, még mindig elég a kompressziója ahhoz, hogy meggyulladjon. Ha olyan sovány lesz, hogy a tömörítés már nem elég magas, akkor más jön Gyújtáskihagyás. Az izzítógyertyák mindehhez hozzájárulhatnak, ha a hengereket felmelegítik, és elősegítik a keverék felmelegedését és a reakciók megindítását.
Mindkét motorban a hengerfalak egy üzemidő után felmelegednek, és kevesebb reakció szükséges (szikra vagy kompresszió) a reakció kiváltásához. Hideg motoroknál azonban a reakciók elindításához elengedhetetlen az energia felszabadítása. Sok vezérlőegység úgy van beállítva, hogy sok üzemanyagot fogyasztjon, amikor a motor beindul, mert könnyebb meggyulladni. Amikor felmelegednek, a keverék soványabbá válik, csökkentve a kibocsátást és az üzemanyag-fogyasztást. Lehet, hogy ismeri a kézi fojtásokat például a fűnyíróknál - a fojtószelep az, ami megváltoztatja az üzemanyag-levegő keveréket és a motor beindul. A gázkart üzemanyagdúsnak kell beállítani.
Az érdeklődők számára a különféle megjegyzésekkel folytatott beszélgetések alapján folytattam egy konkrét példát arra, hogy hogyan/miért emelkedhet a hőmérséklet, ha a láng üzemanyagszegény. A csevegés beszélgetését itt jegyezzük fel .