Ako presne zvyšuje jazda na chudé palivo teplotu zapaľovania
Z tejto otázky som sa dozvedel, že prevádzka motora s nízkym obsahom paliva zvyšuje teplotu zapaľovania, čo okrem iného vedie k problémom s katalyzátorom. Netuším ako alebo prečo.
Ako a prečo presne zvyšuje chudé palivo (alebo kyslík bohaté) teplotu vznietenia?
Máte kvalitatívny popis toho, čo sa deje, ale poďme to rozdeliť na menší rozsah. Keď hovoríme o „teplote“ niečoho, hovoríme skutočne o tom, ako rýchlo sa molekuly pohybujú a odrážajú sa od seba. „Teplota“ je skutočne „kinetická energia“. A ukázalo sa, že okrem pohybu vo vesmíre existujú aj iné druhy energie - molekuly sa môžu otáčať, môžu vibrovať a ich elektróny môžu byť excitované a pohybovať sa v pomere k jadru. Každá z týchto energií môže byť tiež „teplotou“, takže môžete mať teplotu prekladu (čo si zvyčajne myslíme), ale môžete mať teplotu otáčania, teplotu vibrácií a teploty elektroniky.
Molekuly si navzájom vymieňajú energiu vzájomnými zrážkami. Keď to urobia, distribuujú tiež energiu medzi sebou. To, ako často sa zrazia, určuje, ako rýchlo sa energia stane rovnomernou a ako rýchlo sa dostanú k rovnováhe. Keď sú všetky rôzne teploty rovnaké, stav je v rovnováhe a nemusíme sa báť sledovať rôzne druhy teplôt. Väčšina procesov, ktoré by prebiehali v motore, necháva čas na dosiahnutie rovnováhy viac ako dosť a nemusíme sa príliš starať o nerovnovážne účinky.
Teraz sa pri chemických reakciách molekuly rozpadajú a vytvárajú nové. Keď majú nové menej energie, rozdiel v energii sa uvoľní ako teplo. Keď majú nové energie viac energie, je na dosiahnutie reakcie potrebné pridať energiu. Je zrejmé, že motory sa zahrievajú, takže reakcie v nich uvoľňujú energiu a túto energiu využívame na pohyb vozidla.
Molekuly sa teda rozpadajú. A rozpadajú sa, keď začnú vibrovať tak silno, že väzby medzi atómami ich nemôžu držať pohromade. Jediným spôsobom, ako dosiahnuť, aby molekula vibrovala, je zraziť sa s inou molekulou s dostatkom energie a dostatočne účinným prenosom energie na spustenie vibrácií. A energia musí byť dostatočne vysoká na to, aby sa molekuly vplyvom vibrácií rozpadli.
Zmenou množstva paliva v zmesi zmeníte typy kolízií, ktoré môžu nastať. A nie je to úplne jednoduché, ale niektoré molekuly sú lepšie pri výmene energie s ostatnými. Aby sa molekula paliva rozpadla, musí sa zraziť s inými molekulami paliva s určitou energiou alebo s inými molekulami kyslíka s väčšou energiou. Ak pridáte viac ako obvyklé množstvo kyslíka (pri štíhlom chode), budete tiež musieť tento kyslík ohriať, aby mali molekuly pri zrážke viac energie a vibrovali tak silno, že sa rozpadlo. Naopak, keď jazdíte bohatým spôsobom, máte viac molekúl paliva, ktoré sa môžu navzájom zraziť a rozpadnúť, ale menej molekúl kyslíka, ktoré sa môžu kombinovať s teplom a vydávať teplo. Toto (a niektoré ďalšie efekty) znížia konečnú teplotu plameňa.
Vráťme to späť do súvislosti s motorom na základe rozsiahlej diskusie o tejto otázke. V plynovom motore s priamym vstrekovaním je vzduch nasávaný do valca, piest je stlačený a potom je do valca nastriekané palivo. Sviečka potom zapáli iskru v komore. Práve týmto ukladaním elektrónov sa vzrušujú molekuly zmesi palivo - vzduch - vlastne ionizuje vzduch (odstraňuje elektróny z molekúl) a to všetko dodáva molekulám veľa energie. Táto energia je počiatočnou energiou potrebnou na spustenie spaľovania.
Za stavu chudého na palivo som povedal, že na spustenie reakcie je potrebných viac energie, a vyjadril som to v zmysle vyššej teploty vznietenia. Teplota zapaľovania pochádza z tejto zapaľovacej sviečky (na studenom motore prispievajú teplo aj samotné motory). Za normálnych prevádzkových podmienok poskytujú sviečky viac ako dosť energie na zapálenie. Keď sa prevádzkové podmienky stanú štíhlejšími, sviečka dodáva rovnaké množstvo energie - stále je však dosť energie na zapálenie. V štíhlych podmienkach nie je koniec koncov dostatok energie. toto je chudé zlyhanie zapaľovania .
Naftové motory fungujú inak. Kvôli argumentácii zostaňme pri priamej injekcii. Valec sa plní vzduchom, piest ho stláča a vstrekuje palivo. Neexistuje však žiadna iskra, ktorá by mohla spustiť reakciu. Naftové motory sa spoliehajú iba na vyvíjanie dostatočne vysokého tlaku na zapálenie zmesi. Vysoký tlak znamená vysokú hustotu, čo znamená viac kolízií za účelom distribúcie energie (molekuly nemusia ísť tak ďaleko, aby sa navzájom zasiahli). V obidvoch prípadoch platia rovnaké nápady. V štíhlych podmienkach by vznietenie vyžadovalo vyšší tlak. Za ideálnych podmienok bude motor stláčať viac, ako je potrebné. Ak jazdí na nízku hladinu paliva, má stále dostatočnú kompresiu na to, aby sa zapálila. Ak sa tak nakloníte, že kompresia už nie je dostatočne vysoká, prichádza na rad iná Zlyhanie vynechania zážehu. Pri tom všetkom môžu pomôcť žeraviace sviečky, ktoré zahrejú valce a pomôžu zahriať zmes a zahájiť reakcie.
U oboch motorov sa steny valca po určitej dobe prevádzky zahrejú a na spustenie reakcie je potrebný menší príkon (iskrou alebo kompresiou). U studených motorov je však na rozbehnutie reakcie potrebné počiatočné uvoľnenie energie. Mnoho riadiacich jednotiek je nastavených tak, aby pri štartovaní motora spotrebovali veľa paliva, pretože sa ľahšie vznietia. Keď sa zahrejú, zmes bude štíhlejšia, čo zníži emisie a spotrebu paliva. Možno poznáte ručné tlmivky na veciach, ako sú napríklad kosačky na trávu - škrtiaca klapka mení zmes paliva a vzduchu a na naštartovanie motora musíte nastaviť škrtiacu klapku tak, aby bola bohatá na palivo.
Pre záujemcov som na základe diskusie, ktorú sme viedli pri rôznych komentárových rozhovoroch, uviedol ďalej a uviedol konkrétny príklad toho, ako/prečo sa môže teplota zvýšiť, keď je plameň chudobný na palivo. Konverzácia v chate je uvedená tu .