运行中的燃油精确度如何提高点火温度?


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你对发生的事情有一个定性的描述,但让我们把它分解成一个较小的尺度。当我们谈论某事物的“温度”时,我们真的在谈论分子在两个方向上移动和相互反弹的速度。“温度”实际上是“动能”。事实证明,除了在太空中移动之外还有其他类型的能量 - 分子可以旋转,它们可以振动,它们的电子可以被激发并相对于原子核移动。这些能量中的每一个也可以是“温度”,因此您可以具有平移温度(我们通常认为),但您可以具有旋转温度,振动温度和电子温度。

分子通过相互碰撞而彼此交换能量。当他们这样做时,他们也会在他们之间分配能量。它们碰撞的频率决定了能量变得均匀的速度,这定义了它们达到所谓均衡的速度。当所有不同的温度相同时,状态处于平衡状态,我们不必担心跟踪所有不同类型的温度。对于发动机中可能发生的大多数过程,有足够的时间达到平衡,因此我们不需要过多担心非平衡效应。

现在,在化学反应中,分子分裂并形成新的分子。如果新的能量较少,能量的差异就会以热量的形式释放出来。如果新的能量更多,那么反应需要增加能量才能实现。显然发动机变热,因此它们中的反应释放能量,我们利用这些能量来移动车辆。

因此,分子分裂。当它们开始剧烈振动以至于原子之间的键不能将它们组合在一起时,它们会分开。使分子振动的唯一方法是让另一个分子与之碰撞,有足够的能量和足够有效的能量转移来启动振动。并且能量必须足够高以使振动使分子分离。

通过改变混合物中的燃料量,您可以改变可能发生的碰撞类型。而且它并非完全直截了当,但有些分子在与他人交换能量方面更胜一筹。为了使燃料分子分离,它们需要与其他具有更多能量的氧分子的能量碰撞其他燃料分子。如果你添加的氧气量超过正常量(稀薄运行),你还需要让氧气更热,这样分子在碰撞时会有更多的能量,并且可以使燃料振动到足以使其分解。相反,如果你运行富含燃料,你会有更多的燃料分子可以相互碰撞而分崩离析,但是氧分子更少,它们可以结合并释放热量。这(以及一些其他效果)使最终火焰温度降低。


根据对问题的一些扩展对话,让我们把它全部放回到引擎的上下文中。对于直喷式燃气发动机,空气被吸入汽缸,活塞将其压缩,然后燃料喷射到汽缸中。然后火花塞触发腔室中的火花。这种电子沉积使燃料 - 空气混合物分子全部被激发 - 它实际上使空气电离(从分子中剥离电子),这一切都为分子增加了一堆能量。该能量是开始燃烧所需的初始能量。

对于缺乏燃料的情况,我说开始反应需要更多的能量,而且我用更高的点火温度来表达它。点火温度来自火花塞(对于冷发动机 - 热发动机也会从汽缸本身产生热量)。对于正常运行条件,火花塞提供足够的能量来点燃。随着运行条件变得更加精简,火花塞提供相同的能量 - 但仍然有足够的能量来点燃。最终,对于精益充足的条件,能量不足。这是精益失火

柴油发动机的工作方式不同 为了争论,我们再次坚持直接注入。气缸充满空气,活塞压缩气体,燃料喷射。尽管如此,没有引发反应的火花。柴油发动机仅依靠产生足够高的压力来点燃混合物。高压意味着高密度,这意味着更多的碰撞来扩散能量(分子不需要走得太远就能相互碰撞)。无论如何,同样的想法也适用。在稀薄条件下,需要更高的压力才能点燃。在理想的条件下,发动机压缩的压力超过了精确要求,因此当燃油运行时,它仍然具有足够的压力来点燃。如果你精力充沛以至于压力不再高,那么你将再次获得精益失火。通过加热气缸并帮助增加混合物的热量并使反应进行,发热塞可以帮助所有这些。

在任一发动机中,一旦它们运行一段时间,汽缸壁就会升温并且需要较少的输入(来自火花或来自压缩)以使反应发生。但对于冷发动机,它需要初始能量沉积才能使反应继续前进。当发动机刚启动时,许多ECU都会燃烧燃料,因为它更容易点燃; 当它们变热时,混合物变得更加稀薄并减少排放和燃料消耗。您可能熟悉割草机之类的手动扼流圈 - 扼流圈改变了燃料 - 空气混合物并使电机启动,您必须将扼流圈设置为富含燃料。


对于那些感兴趣的人,基于我们在各种评论主题中的讨论,我继续并给出了一个具体的例子,说明当火焰燃料稀薄时温度如何/为什么会增加。聊天中的对话在此处添加了书签


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喜欢你的接近角度。+1为独特的体贴。TY!
DucatiKiller 2016年

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这是一个有趣的方法,虽然我不确定它完全回答了这个问题。所以你需要让额外的氧气更热,额外的热量来自哪里?
我不知道我

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据我了解,潜在的问题基本上是“为什么富氧火焰燃烧得更热”。你的答案解释了为什么需要更多的热来点燃稀薄混合物,但我仍然不确定额外的热量来自何处。
我不知道我

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@ IhavenoideawhatI'mdoing“点火温度”是启动火焰所需的热量,这就是问题的问题,这与为什么富氧火焰燃烧得更热(因为它并不总是,它燃烧时更热)你添加了一些氧气,但如果添加太多则不会太热了)。这是一个完全不同的问题 - 点火温度(OP的问题)与火焰温度(你的问题)不同。
tpg2114 2016年

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你可能是对的。我想有些人,包括我自己,误解了这个问题。另外两个答案解决了在贫混合物存在下的汽缸温度升高,而不是点火温度。
我不知道我正在做什么

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有趣的你应该问这个Max :)

首先让我们确定我们的定义。运行发动机倾斜意味着改变空气/燃料比以获得比理想空气更多的空气(14.7:1空气到燃料)。

在我的阅读中有两种效果。

首先,燃料是雾化液体,其对燃烧室具有冷却作用。因此燃料更少,冷却效果更差。

其次,在更多氧气存在的情况下,火焰燃烧得更快,更热。相对于燃料而言,空气比平时多,意味着比平常更多的氧气。所以火焰燃烧得比它应该更热更快。两者都将提高燃烧室的温度。

很好的问题,我自己很好奇,所以我开始做一些阅读。

我希望有所帮助!


说更多的燃料是否存在更多氧气(或现有的燃料燃烧得更充分,更准确)是否正确?我不相信单独添加更多的氧会使火焰更热,是吗?
我不知道我

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@ IhavenoideawhatI'mdoing当当量比恰好为1时,所有的燃烧都是“完全的”,这就是所谓的化学计量。因此,对于任何等于1或更高(稀薄)的当量比,您可以完全燃烧所有物质并且没有多余的燃料。但是,通过添加更多空气,精益火焰会燃烧得更热,例如,请参见此。这是一个非线性过程 - 由于燃料较少,因此热量释放较少,但空气以比燃料更少的能量加热。
tpg2114 2016年

不确定我理解,这也似乎与最新的答案相矛盾。您是否可以详细说明气缸壁在稀薄混合物中的加热机理比完全化学计量的更多?额外的氧气是否会将热量导向墙壁?
我不知道我

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@cdunn那么为什么火焰更热?如果燃料和氧气之间的反应发热,那么单独添加氧气不应该增加发出的热量(如果燃烧在两种情况下都完成)。那么底层机制是什么呢?
我不知道我在2016年

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@ IhavenoideawhatI'mdoing我认为所有评论帖中的来回都有点疯狂 - 你想在聊天进一步讨论这个问题,我们还有更多的空间来输入内容吗?
tpg2114 2016年

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如果您曾经见过使用氧乙炔火炬,您会注意到在打开氧气之前,火炬会有明亮的黄色火焰。这是燃料在不太理想的氧气量下燃烧。火焰相对凉爽,产生大量烟灰。

当氧气打开时,火焰变成蓝色并变得足够热以熔化钢。

您可能还看到过多的氧气打开时,火焰熄灭了。

燃料稀薄与富氧相同。

在发动机中,燃料需要有效燃烧,但不要太热,以至于它开始熔化活塞,甚至可能剧烈爆炸,这也会造成损坏。

来自维基百科 - 不幸的是,化学计量混合物燃烧非常热并且如果发动机在该燃料 - 空气混合物处于高负荷下则会损坏发动机部件。由于该混合物的高温,在高负荷下可能在最大气缸压力之后不久爆炸燃料 - 空气混合物(称为爆震或砰击)。爆炸会导致严重的发动机损坏,因为燃料空气混合物的不受控制的燃烧会在气缸中产生非常高的压力。因此,化学计量混合物仅在轻负载条件下使用。对于加速和高负荷条件,更丰富的混合物(更低的空燃比)用于产生更冷的燃烧产物,从而防止汽缸盖的爆炸和过热。

https://en.m.wikipedia.org/wiki/Air -fuel_ratio

抱歉,我无法获得工作链接 - 复制并粘贴到浏览器中。


是的,我现在意识到了。删除评论。
Evren Yurtesen

@NathanL。我希望你不介意我纠正你,但暴力爆炸正是你在内燃机中不想要的。这就是为什么发动机上有爆震传感器来阻止爆炸造成的伤害。所需要的是受控的火焰前锋,其穿过燃料以使气体稳定膨胀。我很高兴您认为我的答案通常是正确的。
HandyHowie 2016年

@NathanL你将它称为爆炸的事实表明你不明白发生了什么。请阅读维基百科的摘录,我已将其添加到我的答案中。在活塞到达TDC之前,燃料总是被点燃。
HandyHowie 2016年

@NathanL我添加了对Wikipedia页面的引用。
HandyHowie 2016年


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由于燃料点火较慢,温度发动机上升。燃料燃烧需要更长的时间,因为它的燃烧量更少。

无论您是否使用额外的氧气,燃料本身都可以通过燃烧获得相同数量的BTU。期。当你在火中吹煤时,它们会变得更热但燃烧得更快。它们释放出相同的热量,但时间要短得多。

想象一下,你的气缸在冬天就像一个小屋。如果你拿了一根木头并在一分钟内将它烧掉,炉子附近燃烧的物品就会明显升温并且可能会融化,但大部分热量会通过烟囱排出。如果你每小时只有一个日志,那么大部分时间房间都会很冷。取出相同的原木并慢慢燃烧一小时,然后再用另一个更换,更少的热量通过排气管排出并停留在房间内。

发动机变热的原因是燃烧较慢的燃料会将更多的热量传递给发动机的周围部件。


因此,我们谈论的是一种倾斜状态,相对于14.7:1的所需AFR,空气更多。你是说在不增加氧气的情况下增加空气会使发动机运转得更冷吗?
cdunn 2016年

你是说在富氧环境中燃料燃烧速度较慢?
HandyHowie 2016年

@handyhowie我说燃料燃料在燃料稀薄的环境中燃烧得更慢。通常瘦肉并不意味着更多的氧气 ; 这意味着更少的燃料
弥敦道

@cdunn这取决于是否有足够的氧气来燃烧所有存在的燃料,不是吗?不,如果有足够的氧气来燃烧所有燃料,更多的空气不会冷却发动机。它将导致燃烧温度越来越低,从而在燃烧过程中为发动机传递热量提供更多时间。
弥敦道

内森 - 两人是相对的。在发动机中,如果您没有装入受控量的燃料以保持混合物略微富含燃料,那么燃料将燃烧得非常热并导致发动机损坏。它也可以以受控的方式爆炸而不是燃烧。
HandyHowie 2016年

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你们都忘记了什么,轻微的瘦肉比stochiomnetric比率更热的原因很简单。它与燃料的注入有关。为了使化学计量比按预期工作,每个氧原子必须在点燃之前与燃料分子完美配对。这是不可能的,所以你的燃烧中有未燃烧的燃料分子。

通过向混合物中添加更多的空气,您可以确保所有燃料燃烧到更高的程度,这会提高燃烧温度,增加太多,过量空气的热容量会降低温度。


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我认为答案是不正确的。因为问题假设不正确。首先我们要决定哪些比较热门?而且我们也需要知道这是一个事实,它真的更热还是一个神话?此外,燃料/氧气比率的数量很重要,这种情况对于所有稀薄比率总是如此吗?也许正确的问题是为什么“略微”稀薄的混合物可能比“略微”富含的混合物更热?

燃料的热能输出与你燃烧多少有关。燃烧更少,产生的热量更少。你燃烧得更多,产生更多的热量。就如此容易。这里产生热量的是储存在燃料中的能量(对于我们的例子,其他因素,如压力,摩擦等并不重要)。

如果您将富含混合物与稀混合物进行比较,当然稀混合物将具有更高的能量输出,因为您可以将所有燃料转化为能量。(更多的燃烧燃料=更多的热量)但它仍然取决于你的混合比例,因为如果你的混合物几乎没有燃料,显然它不会产生这么多的能量。

如果您正在将理想混合物与稀混合物进行比较,那么我认为它应该更冷(燃烧产生的热能更少),因为您将获得更少的燃料和更多的氧气进入燃烧室。


这个答案断言产生的热量只与燃烧的燃料量有关。事实并非如此。在更多氧气存在的情况下燃烧相同数量的燃料,您将获得更多的热量。
cdunn 2016年

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只有当您的原始燃烧过程没有足够的氧气来完全燃烧燃料时,才会出现这种情况。产生的热量纯粹与燃烧的燃料量+燃料类型有关。您可以从燃烧表中轻松看到不同类型的燃料。该值不依赖于氧气量。en.wikipedia.org/wiki/...
Evren Yurtesen 2016年

啊,有趣。听起来我有更多的阅读要做,从你提供的链接开始。
cdunn 2016年

@cdunn混淆可能是“热量”在燃烧世界中不是“温度”。热量是能量,Evren关于能量释放的陈述是正确的。但是这种能量如何变成温度是基于混合物的热容量。混合物的热容量取决于它的温度和它的成分(它不是一种微不足道的效果组合)。回到我的回答,热容量与分子移动,旋转,振动和电子激发的自由度有关。
tpg2114 2016年

我们的竞争研究实验室之一有一个非常好的网站,您可以在其中查看方程式和示例,还可以计算不同燃料的火焰温度观看有关该主题的讲座
tpg2114 2016年
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