Cum crește cu exactitate condusul cu combustibil slab temperatura de aprindere
Am aflat din această întrebare că utilizarea unui motor cu consum redus de combustibil crește temperatura de aprindere, ceea ce duce, printre altele, la probleme cu convertorul catalitic. Habar n-am cum sau de ce.
Cum și de ce crește exact combustibilul slab (sau bogat în oxigen) temperatura de aprindere?
Aveți o descriere calitativă a ceea ce se întâmplă, dar să o descompunem la o scară mai mică. Când vorbim despre „temperatura” a ceva, vorbim cu adevărat despre cât de repede se mișcă moleculele și ricoșează reciproc. „Temperatura” este cu adevărat „energie cinetică”. Și se dovedește că, pe lângă mișcarea în spațiu, există și alte tipuri de energie - moleculele se pot roti, pot vibra, iar electronii lor pot fi excitați și se pot deplasa în raport cu nucleul. Fiecare dintre aceste energii poate fi, de asemenea, o „temperatură”, astfel încât să puteți avea o temperatură de translație (ceea ce credem de obicei), dar puteți avea o temperatură de rotație, o temperatură de vibrație și o temperatură electronică.
Moleculele schimbă energia între ele prin ciocnirea una cu alta. Când fac acest lucru, distribuie și energia între ei. Cât de des se ciocnesc determină cât de repede energia devine uniformă și cât de repede ajung la ceea ce este cunoscut sub numele de echilibru. Când toate temperaturile diferite sunt la fel, starea este în echilibru și nu trebuie să ne facem griji cu privire la urmărirea diferitelor tipuri de temperaturi. Majoritatea proceselor care ar avea loc într-un motor lasă mai mult decât suficient timp pentru a ajunge la echilibru și nu trebuie să ne îngrijorăm prea mult cu privire la efectele neechilibrului.
Acum, în reacțiile chimice, moleculele se despart și formează altele noi. Când cele noi au mai puțină energie, diferența de energie este eliberată sub formă de căldură. Când cele noi au mai multă energie, reacția necesită adăugarea de energie pentru a realiza acest lucru. Evident, motoarele se încălzesc, astfel încât reacțiile din ele eliberează energie și noi folosim acea energie pentru a deplasa vehiculul.
Deci moleculele se despart. Și se despart atunci când încep să vibreze atât de puternic încât legăturile dintre atomi nu le pot ține laolaltă. Singura modalitate de a face ca molecula să vibreze este de a ciocni cu o altă moleculă cu suficientă energie și un transfer de energie suficient de eficient pentru a declanșa vibrațiile. Și energia trebuie să fie suficient de mare pentru ca moleculele să se destrame din cauza vibrațiilor.
Schimbând cantitatea de combustibil din amestec, schimbați tipurile de coliziuni care pot apărea. Și nu este tocmai ușor, dar unele molecule sunt mai bune la schimbul de energie cu altele. Pentru a face ca molecula de combustibil să se destrame, trebuie să se ciocnească cu alte molecule de combustibil cu o anumită energie sau cu alte molecule de oxigen cu mai multă energie. Dacă adăugați mai mult decât cantitatea obișnuită de oxigen (care funcționează slab), va trebui, de asemenea, să faceți oxigenul mai fierbinte, astfel încât moleculele să aibă mai multă energie atunci când se ciocnesc și vibrează combustibilul atât de mult încât să se destrame. Dimpotrivă, atunci când conduceți combustibil bogat, aveți mai multe molecule de combustibil care se pot ciocni între ele și se pot destrăma, dar mai puține molecule de oxigen care se pot combina cu căldură și degajă căldură. Acest lucru (și alte efecte) va reduce temperatura finală a flăcării.
Să punem acest lucru înapoi în contextul unui motor, bazat pe o discuție extinsă asupra acestei întrebări. Într-un motor cu gaz cu injecție directă, aerul este aspirat în cilindru, pistonul este comprimat și apoi combustibilul este pulverizat în cilindru. O bujie declanșează apoi o scânteie în cameră. Această depunere de electroni excită moleculele amestecului combustibil-aer - de fapt ionizează aerul (elimină electronii din molecule) și toate acestea adaugă multă energie moleculelor. Această energie este energia inițială necesară pentru a începe arderea.
Pentru o stare slabă de combustibil, am spus că este nevoie de mai multă energie pentru a începe reacția și am exprimat-o în termeni de temperatură de aprindere mai mare. Temperatura de aprindere provine de la această bujie (pe un motor rece, motoarele fierbinți contribuie și la căldură de la cilindrii înșiși). În condiții normale de funcționare, bujiile oferă energie mai mult decât suficientă pentru a se aprinde. Când starea de funcționare devine mai slabă, bujia furnizează aceeași cantitate de energie - dar există încă suficientă energie pentru a aprinde. La urma urmei, nu există suficientă energie în condiții slabe. acesta este un greșeală slabă .
Motoarele diesel funcționează diferit. Din motive de argumentare, să rămânem cu o injecție directă. Cilindrul se umple cu aer, pistonul îl comprimă și combustibilul este injectat. Cu toate acestea, nu există nici o scânteie care ar putea declanșa reacția. Motoarele diesel se bazează doar pe generarea de presiuni suficient de mari pentru a aprinde amestecul. Presiunea ridicată înseamnă densitate mare și asta înseamnă mai multe coliziuni pentru a distribui energia (moleculele nu trebuie să meargă atât de departe ca să se lovească reciproc). În ambele cazuri, se aplică aceleași idei. În condiții slabe, ar fi nevoie de o presiune mai mare pentru a se aprinde. În condiții ideale, motorul se va comprima mai mult decât este necesar. Când funcționează cu consum redus de combustibil, are încă suficientă compresie pentru a se aprinde. Dacă devii atât de slab încât compresia nu mai este suficient de mare, ajunge la alta Eșec de ratare. Bujii incandescente pot ajuta la toate acestea încălzind buteliile și ajutând la încălzirea amestecului și la declanșarea reacțiilor.
La ambele motoare, pereții cilindrilor se încălzesc după o perioadă de funcționare și este necesară mai puțină intrare (prin scânteie sau compresie) pentru a iniția reacția. Cu motoarele reci, totuși, este necesară eliberarea inițială de energie pentru a începe reacțiile. Multe unități de control sunt setate să utilizeze mult combustibil atunci când motorul pornește, deoarece este mai ușor să se aprindă. Când se încălzesc, amestecul devine mai slab, reducând emisiile și consumul de combustibil. Este posibil să fiți familiarizați cu sufocări manuale pe lucruri precum mașinile de tuns iarba - accelerația este ceea ce schimbă amestecul combustibil-aer și motorul este pornit, trebuie să setați accelerația să fie bogată în combustibil.
Pentru cei interesați, pe baza discuției pe care am avut-o în cadrul diferitelor conversații de comentarii, am continuat și am dat un exemplu specific despre cum/de ce temperatura poate crește atunci când flacăra este slabă. Conversația din chat este notată aici .