¿Por qué es difícil diseñar un motor diésel de alta velocidad?
¿Por qué es difícil diseñar un motor diésel de alta velocidad? Después de leer las respuestas a continuación, siento que hay una pregunta muy importante que nadie ha respondido y es el proceso de combustión del diésel en el motor. Sin explicar esta pregunta, es difícil responder por qué la velocidad del motor diésel no puede diseñarse para que sea muy alta.
Cuando miras el salpicadero de un coche diésel, sientes que es muy diferente al de un coche de gasolina. La mayor diferencia es el tacómetro: la lectura máxima que puede dar el tacómetro de un coche de gasolina. puede llegar a 7000 ~ 8000 rpm, y algunos modelos puede llegar a 10,000 rpm o más, y la velocidad máxima de una motocicleta de un solo cilindro es de hasta 15,000 rpm o más, pero la velocidad máxima de un automóvil diésel; El tacómetro es generalmente de aproximadamente 4000 rpm, y la velocidad máxima del tacómetro de un camión es de solo 2800 rpm, y es el rango de velocidad más económico generalmente es de alrededor de 1500 rpm, y no se recomienda el rango de alta velocidad. Mucha gente se pregunta: ¿Por qué la velocidad de un motor de gasolina puede ser tan alta, pero la velocidad de un motor diésel puede ser tan baja? ¿Qué pasaría si la velocidad del motor diésel también se diseñara para ser muy alta? Analicemos a continuación este interesante tema.
En primer lugar, veamos las características de los motores diésel. El llamado motor diésel se refiere a un motor que utiliza diésel como fuente de energía. Es una máquina que libera la energía térmica del diésel y la convierte en energía mecánica.
Los motores diésel se caracterizan por un gran par a baja velocidad, economía de combustible y alta eficiencia térmica (aproximadamente un 5% más que los motores de gasolina en promedio). Las desventajas son un funcionamiento brusco y un ruido fuerte. Como combustible de los motores diésel, el diésel tiene un punto de autoignición bajo, solo 220 °C, y al mismo tiempo puede encenderse por compresión al final de la compresión, debido al mayor rango de destilación del diésel durante el proceso de refinación. generalmente entre 180 y 370 ° C, el diésel es difícil de atomizar y evaporar, y es difícil formar una mezcla combustible uniforme con el aire. Además, el diésel tiene alta viscosidad y alto poder calorífico, pero su velocidad de combustión es lenta.
Entonces, ¿cuál es el proceso de combustión del diésel en un motor diésel?
En un cierto ángulo (ángulo de avance de la inyección) antes de que el pistón se mueva al punto muerto superior de compresión, el inyector comienza a inyectar diésel a alta presión y alta velocidad en el cilindro, entrando el diésel a la cámara de combustión. Se inyecta Durante el proceso, parte del mismo se evaporará y atomizará, y se mezclará con el aire comprimido de alta temperatura y alta presión en el cilindro para formar una mezcla combustible. Dado que el punto de autoignición del diésel es relativamente bajo, en áreas con temperaturas más altas y más diésel, el diésel se encenderá y arderá por sí solo, formando múltiples centros de llama en el cilindro al mismo tiempo, y comenzará a empujar el pistón hacia abajo para haz el trabajo. Durante el posterior proceso de generación de energía, el combustible diesel continuará siendo inyectado, mezclado y quemado con aire, formando un proceso único de "inyección, mezcla y combustión". Todo el proceso se puede dividir básicamente en cuatro etapas: período de preignición, período de combustión rápida, período de combustión lenta y período de poscombustión. El diésel se quema en un proceso similar al calentamiento isobárico. Dado que hay potencia durante todo el proceso de trabajo, el par del motor diésel es más suficiente.
Se puede observar que el proceso de combustión de los motores diésel es completamente diferente al de los motores de gasolina. La mezcla combustible del motor de gasolina está premezclada y no hay inyección de gasolina durante la operación eléctrica. Se enciende mediante la bujía en el punto muerto superior de compresión, lo que enciende la mezcla combustible y la mezcla combustible se quema instantáneamente. casi antes de que el pistón baje. En un instante, la gasolina se ha quemado, en un proceso similar al calentamiento isovolumétrico. Luego, el gas de alta temperatura y alta presión generado por la combustión empuja el pistón hacia abajo, empujando al cigüeñal para que gire y emita energía al mundo exterior. A medida que el pistón se mueve hacia abajo, la fuerza de empuje disminuye gradualmente, por lo que el par del motor de gasolina es relativamente pequeño.
Se puede ver en el proceso de combustión del diésel que la mezcla de diésel y aire es desigual. Debido a la alta viscosidad del diésel, la evaporación y la atomización son lentas y es difícil mezclar completamente con el aire. En el momento de la inyección lo que realmente se forma es un aerosol de gotas de diésel suspendidas en el aire. Además, el proceso de combustión del diésel también es muy complicado, la velocidad de combustión es lenta y lleva mucho tiempo quemarse por completo. Por lo tanto, la velocidad de los motores diésel generalmente no es alta, básicamente no más de 4000 rpm, generalmente por debajo de 3000 rpm, y la velocidad económica generalmente es de alrededor de 1500 rpm. Su estructura es generalmente un diseño de baja velocidad con una carrera del pistón mayor que el diámetro del cilindro.
¿Qué pasará si la velocidad del motor diésel se diseña para que sea muy alta? En realidad, es relativamente sencillo aumentar la velocidad. Dado que el control del motor diésel es un control de "calidad", no hay acelerador y la cantidad de aire que ingresa al motor es básicamente fija, siempre que se inyecte más combustible. La velocidad del motor se puede aumentar.
Sin embargo, si la velocidad es demasiado alta, el diésel no tendrá tiempo de atomizarse completamente y mezclarse con el aire en el cilindro, lo que formará una mezcla combustible extremadamente desigual. Esto conducirá a una distribución desigual del centro de la llama formada cuando. la mezcla combustible se quema y el motor diésel se daña. El trabajo es brusco. Además, debido a la lenta velocidad de combustión del diésel, una velocidad excesivamente alta provocará que una gran cantidad de diésel se descargue del cilindro sin ser completamente. quemado y el automóvil emitirá humo negro, lo que reducirá en gran medida la economía y las emisiones de escape del motor diésel.
Además, los primeros motores diésel utilizaban una bomba mecánica para suministrar aceite y un regulador mecánico controlaba la velocidad del motor. Si la velocidad del motor es demasiado alta, el gobernador se atascará y provocará una falla por "aceleración". En este momento, la velocidad del motor es extremadamente alta y no está controlada por el acelerador. Cuando la biela del pistón del motor funciona a alta velocidad, es fácil provocar fallas en el cilindro, rotura de baldosas, etc. debido a una lubricación insuficiente. En algunos casos, incluso puede provocar que el cilindro se rompa y se rompa el bloque del motor. La mayoría de los motores diésel actuales utilizan sistemas de rieles de alta presión controlados electrónicamente, lo que elimina el regulador. La inyección de diésel se controla directamente mediante una válvula solenoide. Si el sensor de velocidad del cigüeñal detecta que la velocidad del motor es demasiado alta, cortará directamente la inyección. suministro de combustible para evitar que la velocidad del motor sea demasiado alta.
En resumen, debido a la lenta velocidad de combustión del diésel, la mezcla desigual de diésel y aire y el complejo proceso de combustión del diésel, la velocidad de los motores diésel generalmente no es muy alta. Si se diseña a la fuerza un motor diésel de alta velocidad, se perderán las ventajas del motor diésel. Sin embargo, aunque la velocidad del motor diésel es baja, el par es suficiente, por lo que se puede configurar una caja de cambios de relación grande para aumentar la velocidad de salida final a través de la caja de cambios. Por lo tanto, aunque la velocidad del motor diésel sea baja, la velocidad. del vehículo diésel no es bajo.