При каком давлении загорается дизель

Содержание статьи

Эврика! Как происходит самовоспламенение солярки в дизельном ДВС — Volkswagen Passat Variant, 1.9 л., 1999 года на DRIVE2

Други мои, недруги и мимо пролетающие пока незнакомые товарисчи, Я ПОНЯЛА! Это случилось! Кажется, одной тайной мироздания стало меньше.

О чём это я? Да о солярке, о ней любимой))

Все мы знаем, что дизельные движки не имеют свечей зажигания. Свечи накала — ДА, но не всегда. У кума моего трактор без оных) Да и свечи накала камеру греют, но солярку не зажигают.

Да и вообще, солярка горит, но как-то не очень хорошо. Вроде загорается, но туговато.

Мы знаем, что дизелю, в принципе, нужны только компрессия, воздух и топливо. А остальное от лукавого. Мы знаем… но, согласитесь, сам факт, что вещество загорается не от искры, нагрева и вообще, не от температуры, в голове не укладывается.

Давайте разбираться. Что такое температура?
Температура это не субъективное восприятие «тепло» и «холодно», а вполне себе физический процесс.

В молекулярно-кинетической теории температура это величина пропорциональная средней кинетической энергии частиц системы

Абракадабра? Не так ли? Но всё просто))))
Все вещества состоят из мельчайших частиц: молекул, а молекулы из атомов. Это такие крохотные шарики, которые никогда не бывают в покое. Посмотрите на пыль, висящую в воздухе (это можно сделать ясным днём в луче света, врывающимся в плохо зашторенное окошко). Пыль всегда хаотично двигается. Это происходит от того, что пылинки бьют молекулы воздуха. Они толкаются как пассажиры в метро в час пик) Издалека может показаться что пассажиры (особенно если их одинаково одеть) — это сплошная неподвижная масса. Но они всегда двигаются и их много)))

Если атомы и молекулы двигаются медленно нам кажется, что это вещество холодное.Если двигаются быстро- горячее. То есть чем быстрее двигаются частицы и чем их больше, тем вещество горячее.

Теперь давайте представим, что молекулы солярки это муравьи. Мы берём 100 муравьёв и сажаем их на школьную парту. Они быстро двигаются, но им вольготно. Это солярка холодная.

Теперь давайте посадим 100 муравьёв на суповую тарелку — уже начинает рябить в глазах… Это солярка горячая.

А если посадить 100 муравьёв в кофейную чашечку, то от их копошения становится тОшно. Муравьи те же. И их столько же. Изменился только объём их жилища))) А это уже солярка очень горячая))

То есть, чем меньше атомов/молекул на единицу объёма, тем ниже температура, чем больше — тем выше. Именно поэтому в космосе очень холодно (там один атом на километр пространства, грубо говоря). Хоть космос греется звёздами даже лучше, чем Земля Солнцем)))
А ядро земли очень горячее. Там все атомы под чудовищным давлением стоят друг к другу ближе, чем студенты на первомайском митинге)))

С температурой понятно? Тогда разберёмся с горением. Что это?
Это не красивые языки пламени)))) Отнюдь.
С точки зрения физико-химиков это сложный физико-химический процесс превращения исходных веществ в продукты сгорания в ходе экзотермических реакций, сопровождающийся интенсивным выделением тепла. Химическая энергия, запасённая в компонентах исходной смеси, может выделяться также в виде теплового излучения и света.
Опять непонятно? Логично)))
Давайте переведём на общечеловеческий язык.

Горение — химическая реакция окисления, то есть реакция взаимодействия вещества с кислородом. И реакция не каждая, а такая, при которой выделяется тепло (есть реакции в ходе которых тепло поглощается, например «Снежок» из автомобильной аптечки. Раздавил внутренний пакетик — появился холодок. Мистика)))
А есть реакции, где тепло выделяется. Например, гипс. Или карбид))) Добавляешь водички и наслаждаешься теплом)) ). По сути ржавление металла тоже своего рода горение. Только оооочень медленное.

Что влияет на скорость химической реакции? Свойства самого вещества. То есть бензин окисляется быстрее солярки. Потому и горит лучше.
Площадь соприкосновения веществ. То есть быстрее сгорит солярка, разлитая тонкой плёнкой в кислородной камере, чем бензин в бочке на воздухе.
Температура. Горячая солярка быстрее загорится, чем солярка зимой в Оймяконе))), или в Антарктиде, если уж с Оймяконом не знакомы)
Давление. Чем выше давление, тем быстрее реакция. Почему? Атомы быстрее движутся (вспоминаем муравьёв в чашке).

Какова температура горения солярки? Если верить интернету, то 320-360 С (кроме арктического).
Какова температура горения бензина? Опять же, если верить интернету, то в пределах 260 градусов (то есть на треть ниже).
И это значит, что поджечь бензин легче. Да и, будучи подожжённым, он легче поддерживает горение.
Поэтому солярка для работы в бензиновом двигателе подходит плохо (хотя, справедливости ради, должна сказать, что я проехала на бензиновом гольфе около 50 км на чистой солярке. Ехал плохо. Но ехал).

А вот теперь вводим ещё одно понятие: Температура самовоспламенения. Что это?

Температура самовоспламене́ния — наименьшая температура горючего вещества, при нагреве до которой происходит резкое увеличение скорости экзотермических объёмных реакций, приводящее к возникновению пламенного горения и/или взрыва.

То есть это температура при которой потенциально горючее вещество загорается или взрывается.
Никто ни разу не забывал сковороду с едой на плите? Пламя не добирается внутрь сковородки. Но через какое-то время содержимое сковородки может загореться. То есть температура невинно убиенной куры достигла температуры самовоспламенения))
А может Вы бросали баллончик в костёр? Огонь не попадает внутрь баллона, но его содержимое взрывается.

А теперь вспомним что есть температура: это энергия системы. И если вещество быстро сжимается (то есть муравьёв быстро согнать с поверхности стола в одну маленькую чашку), то его температура растёт. Почему речь идёт о скорости? Да потому, что если делать это медленно, то муравьи могут начать ползать медленнее, кто-то скажет: «Что за фигня» — и вовсе замрёт. И энергия системы так не возрастёт.

Но вот мы быстро увеличили давление, энергия системы возросла, воздух есть и… И это значит, что произойдёт самовоспламенение системы))) То есть самовоспламенение солярки!

УрА! То есть в дизельном двигателе поршень быстро движется вверх, объём камеры сгорания быстро уменьшается, в камеру в это время быстро подаётся «туман» дизтоплива (все системы впрыска распыляют соляру как аэрозоль из баллончика освежителя воздуха: мелкими капельками. Это увеличивает площадь взаимодействия соляры с воздухом). Давление повышается, а значит повышается энергия системы (муравьёв-атомов быстро загоняют в маленькую чашечку), температура возрастает до температуры самовоспламенения и происходит экзотермическая реакция воспламенения))) Солярка взаимодействует с воздухом и сгорает.

Мне понятно))) А Вам?

Источник

От чего загорается топливо в дизельном двигателе

На чтение 12 мин. Обновлено 16 ноября, 2020

Дизельные двигатели используются все шире и шире, т.к. они экономичны и долговечны. В отличие от бензиновых, дизельные двигатели сжигают топливо без помощи искры.

Условия горения

Для горения требуется 3 вещи: что-то, что может гореть, достаточное количество кислорода в воздухе и источник воспламенения. Существуют два пути воспламенения: вещество может загораться от пламени или от искры, или может воспламеняться от нагрева. Если солярку аккуратно нагревать в фарфоровой чашке без доступа к нему пламени, то при определенной температуре его пары воспламеняются. Температура, при которой это происходит, называется температурой самовоспламенения. В дизельном двигателе воспламенение происходит аналогичным образом, но где дизельный двигатель берет высокую температуру, необходимую для такого воспламенения? Если стоять около работающего воздушного компрессора, то можно обнаружить, что компрессор нагревается. Это происходит из-за нагревания воздуха при его сжатии. Аналогичным образом дизельный двигатель сжимает воздух, поднимая его температуру до необходимой для самовоспламенения. Давление воздуха в цилиндре превышает 30 кгс/см 2 , когда поршень находится в ВМТ. По мере роста давления, температура воздуха в цилиндре растет. В то же время, температура самовоспламенения дизельного топлива снижается с увеличением давления. Это означает, что чем выше давление, тем легче воспламеняется воздушно-топливная смесь.

Механизм горения

Топливо впрыскивается в цилиндр из форсунки, затем оно распыляется и самовоспламеняется. Пламя распространяется по всему цилиндру. В этот момент впрыск прекращается, но не сгоревшее топливо продолжает гореть. Процесс горения в дизельном двигателе продолжается очень короткое время и может разбит на 4 периода в соответствии с процессами, происходящем в каждом из них:

— период задержки воспламенения;
— период распространения пламени;
— период прямого горения;
— период догорания.

Период задержки воспламенения

Период от начала впрыска до момента начала горения называется периодом задержки воспламенения. Рассмотрим его более детально. Топливо впрыскивается форсунками в виде тумана в воздух, нагретый до высокой температуры и находящийся под высоким давлением. Этот туман состоит из множества капель. Даже, несмотря на то, что солярка впрыскивается в очень горячий воздух, она не воспламеняется немедленно, т.к. должна сначала испариться под действием высокой температуры. По мере испарения происходит ее перемешивание с воздухом и нагреваение до температуры самовоспламенения. Период задержки воспламенения — это период подготовки горения, во время которого горючее впрыскивается в разогретый воздух, перемешивается с ним и разогревается до температуры самовоспламенения. Этот период должен быть как можно короче, т.к. он оказывает существенное влияние на последующие периоды горения.

Период распространения пламени

Период от начала воспламенения до момента, когда пламя распространится на все топливо, впрыснутое в цилиндр во время периода задержки воспламенения, называется периодом распространения пламени. Смесь воздуха и топлива образуется в период задержки воспламенения, но воздух не перемешивается полностью с соляркой с самого начала. Воздушнотопливная смесь воспламеняется там, где топливо уже перемешалось с воздухом. В этот период происходит резкое увеличение температуры, и, как следствие, давления в цилиндре.

Период прямого горения

Форсунка продолжает впрыскивать горючее, которое сгорает немедленно после контакта с открытым пламенем в камере сгорания. В этот момент пламя уже распространилось по всей камере. Период от момента, когда пламя распространилось по всей камере сгорания до момента окончания впрыска горючего, называется периодом прямого горения. В это время давление в цилиндре достигает максимальной величины. Момент воспламенения регулируется таким образом, чтобы максимальная величина давления достигалась приблизительно при 10 градусах после ВМТ.

Период догорания

Период от конца впрыска до момента окончания горения, называется периодом догорания. Горение продолжается и после окончания впрыска. Несгоревшее горючее должно полностью сгореть в этот период. Поршень движется вниз во время этого периода, это позволяет воздуху в камере сгорания расширяться, в результате чего давление и температура падает.

Для нормального и полного сгорания дизельному двигателю требуется две вещи: достаточно высокое давление в камере сгорания, чтобы топливо могло самовоспламеняться и правильный впрыск. Правильный впрыск означает, что солярка впрыскивается в нужный момент и в нужном количестве. Попробуем разобраться, что же произойдет, если какое-то из этих условий не будет выполнено.

Неправильное давление или впрыск топлива

Низкая компрессия

В дизельном двигателе необходимая температура воспламенения достигается за счет сжатия воздуха в цилиндре. Когда давление в цилиндре низкое, температура сжатого воздуха также остается низкой. Иными словами, требуется больше времени, чтобы топливовоздушная смесь достигла температуры воспламенения.

Низкая компрессия вызывает увеличение периода задержки воспламенения. Смесь топлива с воздухом рано или поздно воспламенится, но количество топлива в этом случае будет больше нормального. Одновременно воспламенится большое количество топлива, что вызовет чрезмерный и быстрый рост давления и температуры в камере сгорания. Такое резкое увеличение давления вызывает ударную воздушную волну, действующую на днище поршня и стенки цилиндра. Действие ударной волны вызывает «металлический» звук, также называемый дизельным стуком.

Еще более низкое давление может также вызывать белый дым. Когда давление в цилиндре очень низкое, самовоспламенение не происходит до достижения ВМТ. Т.к. поршень уже идет вниз, температура падает и пламя не успевает распространиться в период распространения пламени. Испарение топлива продолжается в периодах прямого горения и догорания. Несгоревшее топливо выбрасывается из цилиндра в конце периода догорания. Именно поэтому виден белый дым.

Ранний впрыск

Если горючее впрыскивается слишком рано, также возникает характерный дизельный стук. Слишком ранний впрыск означает, что топливо впрыскивается в камеру сгорания тогда, когда температура воздуха еще не достигла нужного уровня. Капли солярки не испаряются также быстро, как в случае нормального горения и требуется больше времени, чтобы горючее воспламенилось. Это приводит к увеличению периода задержки воспламенения. Когда же топливо воспламеняется, одновременно загорается сразу большое его количество. Это и вызывает дизельный стук, который мы слышим.

Поздний впрыск

Белый дым может также быть вызван поздним впрыском. Давление и температура в камере сгорания достигает нужного уровня, но поздний впрыск не оставляет достаточного времени топливу, чтобы испариться. Воспламенение топлива происходит уже после ВМТ. Т.к. давление и температура в камере сгорания начинают немедленно падать, пламя не успевает распространиться по всей камере сгорания и период распространения пламени и горения, вскоре, прекращаются. Испарение продолжается и несгоревшее топливо выбрасывается из цилиндра. В результате мы видим белый дым из выхлопной трубы.

Низкое давление топлива

Дизельный стук может быть вызван, также, низким давлением впрыска. Если топливо впрыскивается при нормальном давлении, то оно распространяется нормально. Но, если давления впрыска низкое – горючее не распыляется нормально и величина капель топлива больше, чем надо. Большие капли не могут нормально испаряться и требуется больше времени, чтобы топливовоздушная смесь воспламенялась. Это вызывает увеличение периода задержки воспламенения. При воспламенении загорается сразу большое количество топлива, что вызывает дизельный стук.

Большой объем впрыска

И, наконец, давайте разберемся, почему может появиться черный дым, если количество впрыскиваемого горючего больше нормального. Если в камеру сгорания впрыскивается нормальное количество топлива, его капли полностью перемешиваются с воздухом и топливо сгорает до конца. Но, если количество впрыскиваемого горючего больше нормального, то, т.к. в камере находится ограниченное количество кислорода, кислород полностью выгорает в период прямого горения. Оставшееся топливо не может перемешаться с кислородом из-за его отсутствия и превращается в углерод, который и вызывает черный дым.

Источник

Зачем в дизельных двигателях нужны свечи, если топливо там просто так не поджигается?

Наверное каждый, в кто впервые решил поинтересоваться устройством дизельных двигателей внутреннего сгорания, с удивлением отметил про себя, что в этом типе моторов топливо воспламеняется без искры.

В частности, для многих это значит, одним расходником меньше – свечи зажигания дизелеводам не нужны. Они покупают другие свечи. Какие и зачем?

Как воспламеняется топливо?

Сначала нужно ответить на самый важные вопрос: а как тогда воспламеняется топливо в дизельном «сердце» автомобиля? Есть расхожее мнение, что в дизеле топливо воспламеняется от сжатия, но это не совсем верно.

Во время движения поршня дизельного двигателя от нижней точки к верхней, сжимается воздух. помните, что у бензиновых двигателей таким же образом сжимается топливо-воздушная смесь. Здесь – только воздух, который не просто сжимается, но еще и накаляется доходя до температуры в 700-900 градусов.

В самый последний момент в поршень впрыскивается топливо, которое возгорается от раскаленного воздуха без всяких искр.

А как запускать?

Резонный вопрос: а как же тогда запустить двигатель, неужели он может так быстро нагреть воздух, превратив, например, минус 5, или плюс 10 в 700 и выше градусов? Сколько нужно двигателю нагреваться, чтобы внутри поршня смогла образоваться такая температура?

Вот для этого в дизеле и нужны свечи. Только тут речь не о свечах зажигания, а о свечах накаливания. Свечи накаливания – это своего рода нагревательные элементы, которые раскаляются буквально в считанные секунды и нагревают воздух вокруг себя до колоссальной температуры вплоть до 1000 градусов.

Благодаря им и происходит запуск, даже когда на улице холодно и двигатель полностью остывший. Самым простеньким свечам накаливания нужно 7 секунд, чтобы нагреть воздух до нужно температуры.

Современные дизели оснащены свечами, которые с этой задачей справляются за пару секунд.

Была полезной статья? Поставьте класс ???? и поделитесь в соц. сетях ! Подписывайтесь на канал , если любите автомобили!

Источник

Дизельный двигатель, принцип работы

Принципиальное отличие дизельного двигателя от бензинового заключается в том, как формируется, воспламеняется и сгорает топливно-воздушная смесь. У дизельного ДВС отсутствуют свечи зажигания и, соответственно, воспламенение топливно-воздушной смеси происходит от сжатия. При этом, воздух и солярка подаются раздельно. Также следует отметить, что практически ни один современный дизель не обходится без системы наддува, которая используется для повышения рабочих характеристик агрегата. Для оптимизации наддува в максимально широком диапазоне оборотов используются турбонагнетатели с изменяемой геометрией. Дизельный агрегат имеет более высокий коэффициент полезного действия, но он тяжелее и выдает больший крутящий момент при низких оборотах, нежели бензиновый ДВС.

Принцип работы дизельного двигателя:

Как работает дизельный двигатель и, самое главное, как происходит воспламенение топлива в камере сгорания, если у агрегата данного типа нет свечей зажигания? Сперва воздух поступает в цилиндры. В конце такта сжатия, когда поршень почти достиг верхней мертвой точки, температура воздуха в камере сгорания достигает высоких значений (порядка 700-800 градусов) и затем в цилиндры впрыскивается дизельное топливо, которое воспламеняется самостоятельно, без искрового зажигания. Тем не менее, свечи в дизельном агрегате все-таки есть, но то – свечи накаливания, а не зажигания, которые нагревают камеру сгорания для облегчения запуска двигателя в холодное время.

Они представляет собой спираль (бывают с металлической и керамические), могут быть установлены в вихревой камере или в форкамере (если речь идет об агрегатах с раздельной камерой сгорания) или непосредственно в камере сгорания (если она нераздельная). При включении зажигания свечи накаливания практически мгновенно, за считанные секунды они раскаляются до температур в районе тысячи градусов и нагревают воздух в камере сгорания, облегчая процесс самовоспламенения топливно-воздушной смеси.

Типы дизельных двигателей:

Широко распространены моторы с раздельной камерой сгорания – топливо впрыскивается в специальную камеру в головке блока над цилиндром и соединенную с ним каналом, а процесс горения происходит не совсем так как у бензиновых ДВС. В этой вихревой камере поток воздуха интенсивнее закручивается, что способствует более эффективному смесеобразованию и самовоспламенению, которое продолжается в основной камере сгорания. Кстати, дизельные моторы с раздельной камерой сгорания менее шумные из-за того, что применение вихревой камеры снижает интенсивность нарастания давления при самовоспламенении.

Источник

При каком давлении воспламеняется дизельное топливо?

Воздух, поступающий в цилиндр дизельного движка, сильно сжимается, поэтому температура в камере начинает превышать величину температуры воспламенения. При каком давлении воспламеняется дизельное топливо?

До того, как поршень достигнет «мертвой точки», в камеру впрыскивается дизтопливо и под давлением моментально воспламеняется. Если объем впрыснутого топлива велик для определенного объема камеры сгорания, то в цилиндре образуется ударная волна, которая вызывает детонацию.

Принцип работы дизельного двигателя

В дизеле сначала воздух подается в цилиндр и сжимается, без подачи топлива. Высокая степень сжатия (от 14:1 до 24:1) вызывает повышение температуры (800-900 градусов – температура самовоспламенения ДТ) . После нагрева воздуха в камеру впрыскивается топливо через форсунки под давлением от 10 до 220 Мпа, в зависимости от типа двигателя и объема камеры. При высокой температуре воздуха впрыснутое топливо мгновенно воспламеняется.

Воспламенение ДТ в цилиндре дизельного мотора – это одновременное возникновение очагов пламени в конкретном объеме смеси, поступившей в камеру сгорания. Центры возникновения очагов пламени – зоны смешения паров воздуха и паров топлива.

Жесткая работа двигателя вызывается быстрым (детонирующим) сгоранием топлива. Объем быстро сгорающего ДТ и скорость нарастания давления зависят от длительности периода задержки воспламенения. Чем ниже цетановое число, тем длительнее период задержки воспламенения.

Четырехтактные дизельные двигатели

Принцип работы четырехтактного двигателя состоит из нескольких циклов:

Первый цикл – впуск в цилиндр воздуха через впускной клапан.
Второй цикл – сжатие набранного объема воздуха в 18 – 22 раза. В коне такта давление под поршнем, достигшем верхней мертвой точки, 40 кг/см2. При этом температура повышается до 500 градусов и выше.
Третий цикл – в камеру через форсунки впрыскивается под давлением ДТ, которое самовоспламеняется, так как температура сжатого воздуха предельна.
Сгорая, ДТ расширяется и давление в камере увеличивается. Под давлением поршень перемещается к нижней мертвой точке и поворачивает коленвал (через шатун). При рабочем ходе давление в цилиндре – 100 кгсм2.
Четвертый цикл – выпуск отработанных газов, который освобождает цилиндр.

Цетановое число напрямую влияет на плавную и бесперебойную работу дизельного двигателя. На сегодня нормативами установлен предельный размер цетанового числа – 51, не ниже.

Компания «ExpressDiesel» является дилером крупнейших НПЗ северо-западного региона России. У нас всегда можно прибрести качественное сертифицированное ДТ по лучшим ценам в регионе.

Источник