Služby

Kontrolujeme čistotu paliva!



Mechanizmus spaľovania nafty pod lupou

04.01.2009, 21:28, Agát Diesel s.r.o

      Vznetový motor je spaľovací motor využívajúci k zapáleniu paliva teplo stlačeného vzduchu. Palivo je vstrekované do spaľovacieho priestoru počas kompresie vzduchu piestom motora. Stláčanie vzduchu tlakom 3 až 5,5 MPa vedie k zvýšeniu jeho teploty na 600 až 900 °C....


Proces, ktorý nastáva po vstreknutí paliva za uvedených podmienok do spaľovacieho priestoru motora vedie k zložitým reakciám, ktoré je možné zjednodušene charakterizovať tromi základnými fázami:

  1. fáza fyzikálnafáza fyzikálna- začína vstreknutím paliva do silne rotujúceho horúceho vzduchu. Intezívne víriaci vzduch strháva jemne rozptýlené kvapôčky paliva v smere jeho rotácie, premiešava sa s palivom a zohrieva kvapôčky až na teplotu varu. Kvapôčky paliva tak prechádzajú z kvapalného do plynného skupenstva. V dôsledku odčerpávania tepla vstreknutým palivom, teplota vzduchu klesá. Základným predpokladom úspešného pokračovania procesu je dostatočne vysoká teplota stlačeného vzduchu s veľkou teplotnou rezervou.
     
  2. fáza chemická- začína štiepením už odparených uhľovodíkov (vysokoteplotné krakovanie) na radikály s kratšími reťazcami. Radikály reagujú s prítomným kyslíkom za vzniku veľkého množstva medziproduktov a uvoľnenia ďalšieho tepla. Teplota sa tým zvýši až na teplotu vznietenia nafty a proces prechádza do tretej fázy. Podmienkou je, aby teplota na konci chemickej fázy neklesla pod teplotu vznietenia nafty, t.j. asi 300 °C.
     
  3. plameňová oxidácia- prejavuje sa vznietením rozštiepených uhľovodíkov všade tam, kde boli dosiahnuté ideálne podmienky z hľadiska zápalnej teploty a vzniku zápalnej zmesi palivo/kyslík. Horenie začína z množstva malých ohnísk na povrchu výstrekového lúča a v dôsledku turbulencie vzduchu a difúzneho šírenia vrstvami paliva so vzduchom sa šíri ďalej vznietenie palivaspaľovacím priestorom rýchlosťou min. 100 m/s. Kedže horenie začína na niekoľkých miestach spaľovacieho priestoru súčasne, hovoríme o objemovom spaľovaní vznetových motorov. Teplo vznikajúce ako výsledok exotermickej oxidačnej reakcie, spôsobí vznietenie zostávajúceho prítomného paliva a náhly vzostup tlaku na 6,5 až 9 MPa. V optimálnom prípade dosiahne tlak horiacej zápalnej zmesi svoje maximum 6 až 10° za hornou úvraťou piesta. Rozpínajúce sa plyny tlačia na piest a uvádzajú ho do pohybu smerom nadol. Tým je zavŕšená premena chemickej energie paliva na tepelnú a následne na mechanickú energiu. Horenie palivovej zmesi je ukončené asi 70 až 100 ° za HÚ.

Čas, ktorý uplynie od okamihu začatia vstrekovania až po začiatok detonačného horenia sa nazýva prieťah vznietenia. Inak povedané, je to čas, ktorý uplynie od okamihu začatia fyzikálnej a ukončenia chemickej fáze mechanizmu spaľovania. V reálnych podmienkach spaľovacieho motora je prieťah vznietenia veľmi krátky proces - trvá len 1 až 4 tisíciny sekundy!

 

Poznámka: Existencia prieťahu vznietenia a jeho dĺžka trvania je základnou príčinou prečo  rýchlobežné vznetové motory osobných automobilov nikdy neprekračujú 4 200 otáčok motora (len mimoriadne dosahujú 5 000 otáčok za minútu.) S ďalším zvyšovaním maximálnych otáčok je totiž prieťah vznietenia trvajúci 0,001-0,004 sekundy príliš dlhý a palivo sa začína spaľovať s čoraz menšou efektivitou - nestačí prehorieť. Pri približne 8 000 otáčkach motora už k vznieteniu paliva (nafty) vôbec nedôjde!

 

ohniská vznietenia palivaPrieťah vznietenia je považovaný za najdôležitejší faktor v mechanizme spaľovania. Jeho správna dĺžka vplýva zásadným spôsobom na kvalitu horenia. Primárne, ovplyvňuje dĺžku a priebeh prieťahu vznietenia chemické zloženie nafty, presnejšie povedané zastúpenie uhľovodíkov v palive z pohľadu ich reaktivity. S narastajúcou reaktivitou uhľovodíkov (t.j. schopnosťou rýchle sa vznietiť) sa prieťah vznietenia skracuje. V tejto súvislosti je dôležité tzv. cetánové číslo (CČ) nafty, t.j. bezrozmerné číslo vyjadrujúce mieru jej reaktivity. Čím väčšie je CČ (v súčasnosti min. 51 a viac), tým kratší je prieťah vznietenia. Sekundárne, ovplyvňujú dĺžku prieťahu konštrukčné parametre motora a vstrekovacej sústavy. Medzi najdôležitejšie patria kompresný tlak a teplota na konci kompresie, intezita vírenia vzduchu a úroveň atomizácie vstrekovaného paliva. Čím vyšší je tlak a teplota v spaľovacom priestore, čím jemnejšie je palivo rozprášené a intezívnejšie premiešané so vzduchom, tým rýchlejšie prebehnú fyzikálna a chemická fáza spaľovania. Prieťah vznietenia sa tým skracuje. Ak je prieťah vznietenia dostatočne krátky prejde prvá časť vstrekovanej dávky paliva fyzikálnou a chemickou fázou skôr, ako je vstreknuté celé zvyšné množstvo paliva. Zostávajúca časť dávky je potom vstrekovaná už do horiaceho paliva čo vedie k pozvoľnejšiemu nárastu tlaku v spaľovacom priestore. Za optimálne sa považuje nárast tlaku 0,3 až 0,6 MPa na jeden stupeň pootočenia kľukového hriadeľa. Vytvárajú sa tak podmienky pre tzv. mäkký chod motora. Naopak pri dlhom prieťahu dôjde k vznieteniu paliva až po vstreknutí celej dávky, čo má za následok príliš prudký vzostup tlaku prejavujúci sa tzv. tvrdým chodom motora. Typickým prípadom je prevádzka studeného motora krátko po jeho naštartovaní.

V moderných motoroch možno skracovať prieťah vznietenia optimalizáciou podmienok spaľovania pomocou rozdelenia vstreku do minimálne dvoch menších dávok. Takzvaný pilotný vstrek s objemom 1 až 3 mm3 paliva na začiatku cyklu vstrekovania, vedie k zvýšeniu teploty v spaľovacom priestore a k vytvoreniu optimálnych podmienok pre plynulé vznietenie hlavnej dávky paliva s objemom 10 až 60 mm3 u osobných automobilov alebo až 350 mm3 u nákladných automobilov, traktorov a pod.. Veľkosť hlavnej dávky je závislá od prevádzkového zaťaženia motora. Výsledkom je pozvoľný nárast tlaku v spaľovacom priestore s menšou hlučnosťou motora a znížená tvorba emisií.
 

Návrat hore

 

Vytlačiť stránku

Bosch
Delphi
Stanadyne
Continental
Denso
Motorpal