Grunnbrennslukerfi í bílavélum
Brennslukerfið er „hjartað“ í rekstri bílavéla, sérstaklega í brunahreyflum. Við bruna er efnaorka eldsneytisins breytt í varmaorku og síðan í vélræna orku sem getur hreyft stimpla, sveifarás og að lokum hjól ökutækisins. Að skilja grunnatriði brennslukerfisins hjálpar okkur að skilja hvers vegna vélar eru öflugar, hvers vegna eldsneytisnotkun getur verið sóun eða hagkvæm og hvers vegna útblástur getur verið hreinn eða óhóflegur. Þessi grein fjallar um grunnhugtök bruna, stuðningsþætti, ferlisstig og þætti sem hafa áhrif á skilvirkni og útblástur í bílavélum.
1. Að skilja bruna í bílavélum
Bruni er hröð efnahvörf milli eldsneytis og súrefnis sem myndar hita. Í bílavélum er þessi hiti notaður til að auka gasþrýstinginn í brunahólfinu, sem gerir stimplinum kleift að hreyfast. Almennt séð er „góð“ bruni bruni sem:
1. gerðist á réttum tíma,
2. fer fram stöðugt og jafnt,
3. framleiðir bestu mögulegu orku,
4. lágmarka skaðleg losun,
5. veldur ekki óeðlilegum einkennum eins og banki (sprengingu) eða miskveikju (brennsla er ekki möguleg).
Í reynd snýst bruni ekki aðeins um „loga sem brenna“ heldur einnig um úðun/útblástur eldsneytis, blöndun lofts og eldsneytis, þjöppun, kveikju eða kveikikerfi og hönnun brunahólfsins.
2. Tegundir véla og brennsluaðferða
Í nútíma ökutækjum eru tvær helstu gerðir brunahreyfla:
a) Bensínvél (neistakveikja/SI)
Bensínvélar nota kerti til að mynda neista. Loft-eldsneytisblöndunni er þjappað í strokknum og kertið kviknar á nákvæmlega tímasettum tímapunkti og hefst bruni. Þetta kerfi kallast neistakveikja vegna þess að kveikjan er ræst af neista.
b) Díselvél (þjöppukveikju/CI)
Díselvélar nota ekki kerti (eins og algengt er). Loft er þjappað saman við hátt þjöppunarhlutfall, sem hækkar lofthitastigið. Díselolíu er síðan sprautað inn í brunahólfið; þar sem lofthitastigið er þegar mjög hátt kviknar eldsneytið sjálfkrafa. Þetta ferli kallast þjöppunarkveikja.
Báðir miða að því að framleiða gasþrýsting til að ýta á stimpilinn, en brennslueiginleikar, stuðningsþættir og aðferð til að stjórna blöndunni eru mismunandi.
3. Helstu þættir sem styðja bruna
Brennslukerfið stendur ekki eitt og sér; það felur í sér nokkur mikilvæg undirkerfi:
1. Loftinntakskerfi: veitir hreinu lofti í gegnum síuna, inngjöfina (á bensínvélum) og inntaksgreinina.
2. Eldsneytiskerfi: veitir eldsneyti í gegnum karburator (eldri ökutæki) eða innspýtingu (EFI/GDI/CRDI).
3. Brennsluhólf og þjöppunarkerfi: samanstendur af strokka, stimpla, stimpilhring, strokkahaus og brennsluhólfshönnun.
4. Kveikjukerfi (bensínvél): inniheldur stýrieiningu/kveikjara, spólu, kerti, skynjara (CKP/CMP) og stillingar á kveikjutíma.
5. Útblásturskerfi: fjarlægir útblásturslofttegundirnar í gegnum útblástursgreinina, hvarfakútinn, hljóðdeyfinn og O2/AFR skynjarann til að fá endurgjöf um útblástursstýringu.
Ef einn af hlutunum virkar ekki sem skyldi (til dæmis veikir kerti, óhreinir sprautusprautur, lekandi þjöppun eða stíflað inntaksloft) mun gæði brunans minnka.
4. Stig brennsluferlisins samkvæmt vinnuferlinu
Í fjórgengisvél (algengasta vélin) á sér bruni stað í eftirfarandi stigum:
1. Inntaksslag: stimpillinn færist niður, inntaksventillinn opnast, loft (og eldsneyti í sumum kerfum) fer inn í strokkinn.
2. Þjöppunarslag: Stimpillinn lyftist, inntaks- og útblástursventlarnir lokast. Blöndunin (bensínvél) eða loftið eitt og sér (díselvél) er þjappað saman, sem eykur þrýsting og hitastig.
3. Kraftstig:
– Bensínvél: neistar myndast í kertinu við lok þjöppunar, loginn breiðist út, þrýstingur hækkar, stimpillinn þrýstist niður.
– Díselvél: innspýtingin sprautar eldsneyti, það er stutt kveikjutöf, síðan á sér stað bruni og ýtir á stimpilinn.
4. Útblástursslag: stimpillinn lyftist aftur, útblástursventillinn opnast og eftirstandandi brunalofttegundir losna.
Þetta er þar sem tímasetning skiptir máli: þegar kertið kviknar eða þegar sprautan úðar ákvarðar afl, skilvirkni og útblástur.
5. Hlutfall lofts og eldsneytisblöndunar (AFR)
Eitt mikilvægasta hugtakið er loft-eldsneytishlutfallið (e. air-fuel ratio (AFR).
– Í bensínvélum er kjörblandan (steikíómetrísk) almennt í kringum 14,7:1 (loft:bensín) miðað við massa. Þessi blanda gerir hvarfakútnum kleift að draga á áhrifaríkan hátt úr losun CO, HC og NOx.
– Of rík blanda (umfram eldsneyti) hefur tilhneigingu til að framleiða mikið afl við ákveðnar aðstæður, en er sóun og losun CO/HC eykst.
– Of mjó blanda (umfram loft) getur verið hagkvæmari við vissar aðstæður, en á hættu að afl minnki, valdi háum brunahita (auknu NOx) og eykur líkur á miskveikju ef hún er of mikil.
Í díselvélum er stjórnun yfirleitt frekar með magni eldsneytis sem sprautað er inn, en loft er tiltölulega mikið (magurt). Vegna þessa er dísel þekkt fyrir skilvirkni sína, en að stjórna NOx og agnum (sóti) er áskorun.
6. Venjuleg bruni vs. óeðlileg bruni
Eðlileg bruni í bensínvél á sér stað þegar stýrður logi berst frá kertapunktinum um alla blönduna. Hins vegar eru óeðlilegar aðstæður, svo sem:
1. Bank (sprenging): á sér stað þegar blandan kviknar sjálfkrafa annars staðar áður en venjulegur logahringur er lokið. Þetta veldur „smellandi“ hljóði, skyndilegri hækkun á hitastigi og þrýstingi og getur skemmt stimpilinn eða hringina til lengri tíma litið.
2. Forkveikja: Blöndan kviknar áður en kertið kviknar, oftast vegna heitra staða eins og kolefnisútfellinga, ofhitaðs kertis eða ofhitaðra íhluta.
3. Mistök í brennslu: Brennslan bilar eða er ófullkomin, sem veldur því að vélin miskveikir, afl lækkar, eyðsla eykst og útblástur vetnisoxíða eykst.
Í díselvélum eru algeng vandamál meðal annars seinkuð kveikja, bank í díselvél (bank vegna langs kveikjutöf), mikill reykur (svartur/hvítur) og titringur.
7. Þættir sem hafa áhrif á skilvirkni bruna
Nokkrir meginþættir sem ráða því hvort bruni sé góður eða slæmur eru meðal annars:
– Þjöppunarhlutfall: því meiri eru möguleikarnir á varmanýtni, en í bensíni er það takmarkað af hættu á höggi.
– Gæði eldsneytisúðunar: góður innspýtingarbúnaður framleiðir fínar dropar sem blandast auðveldlega og brenna fullkomlega.
– Hönnun ókyrrðar og brunahólfs: lofthreyfing (snúningur/veltingur) hjálpar til við blöndun og flýtir fyrir bruna.
– Kveikju-/innspýtingartími: of framlengdur eða of seinn getur dregið úr afli og aukið útblástur.
– Ástand kerta (bensínvélar): bil á rafskautum, útfellingar og hiti kerta hafa áhrif á gæði neistans.
– Skynjarar og stýringar einingastýringar: nútímavélar nota O2/AFR, MAP/MAF, hitastig, bankskynjara og fleira til að stjórna blöndun og tímasetningu nákvæmlega.
8. Útblásturslofttegund og tengsl þeirra við bruna
Helstu afurðir hugsjónarbrennslu eru CO2 og H2O. Hins vegar veldur bruni í raunverulegri vél öðrum losunum:
– CO (kolmónoxíð): eykst þegar blandan er of rík eða bruninn er ófullkominn.
– HC (kolvetni): kemur frá óbrunnu eldsneyti, kemur oft fram við miskveikjur eða lélega blöndungu.
– NOx (köfnunarefnisoxíð): eykst við hátt brennsluhitastig, oft tengt magrum blöndum og ákveðnum tímasetningum.
– Agnir (PM/sót): ríkjandi í dísilolíu og geta einnig komið fram í bensíni með beinni innspýtingu (GDI) ef stjórnun er ekki sem best.
Þess vegna nota nútímabílar hvarfakúta, útblásturshiti (EGR), súrefnisskynjara og í dísilolíu eru DPF og SCR bætt við til að draga úr útblæstri.
Niðurstaða
Grunnbrennslukerfið í bílavélum felst í því að umbreyta eldsneytisorku í afl með stýrðum brunahvörfum. Bensínvélar kveikja á blöndunni með kerti, en díselvélar nota þjöppunarhitann til að kveikja í eldsneytinu sem er sprautað inn. Árangursrík bruni er háður gæðum loft-eldsneytisblöndunnar, þjöppunarhlutfalli, kveikju-/innspýtingartíma, hönnun brunahólfsins og rafeindastýringu stýrieiningarinnar. Góð bruni framleiðir bestu mögulegu afl, skilvirka eldsneytisnotkun og litla útblástur - en óeðlileg bruni eins og bank og miskveikjur geta skaðað afköst og flýtt fyrir skemmdum á vélinni. Með því að skilja grunnatriðin getum við auðveldara framkvæmt viðhald, greint vandamál og valið eldsneyti og akstursstíl sem styðja við afköst vélarinnar.
Ef þú vilt get ég haldið áfram með tæknilegri undirgreinar eins og: hlutverk O2 skynjara og lokaðrar eldsneytisstýringar, AFR útreikninga og steikíómetríu, eða muninn á bruna í EFI samanborið við GDI samanborið við karburatora.
