Wyjaśnione cykle spalania silników wysokoprężnych i właściwości paliwa

Silniki wysokoprężne napędzają najcięższe maszyny - od ciężarówek dalekodystansowych po statki morskie - z niezwykłą oszczędnością paliwa.Ta zdolność wynika z zaawansowanych zasad termodynamiki i precyzyjnej inżynierii, które odróżniają technologię wysokoprężną od konwencjonalnych silników benzynowych.

W przeciwieństwie do silników benzynowych z zapłonem iskry silniki wysokoprężne działają na zasadach zapłonu kompresyjnego.Następnie wstrzyknąć paliwo, które spontanicznie się zapala w kontakcie z przegrzanym powietrzemSilniki wysokoprężne zazwyczaj wykorzystują lekkie lub ciężkie paliwo wysokoprężne i kończą cykl mocy w czterech różnych fazach.

Proces spalania oleju napędowego następuje w następującej dokładnej sekwencji:

• Wykorzystanie:Prężnik schodzi, podczas gdy zawór wchłaniany otwiera się, wciągając powietrze otoczenia.
• Prężnik kompresji:Z zamkniętymi zaworami wschodzący tłok sprężają powietrze do 1/12-1/24 jego pierwotnej objętości, generując temperatury przekraczające 500 ° C (932 ° F).
• Uderzenie prądu:W pobliżu środka martwego wysokiego ciśnienia wtryskiwacze paliwa atomują olej napędowy do komory spalania, a paliwo natychmiast się zapala, napędzając tłok z ogromną siłą.
• Wydział wydechowy:Podnoszący się tłok wyrzuca produkty uboczne spalania przez otwarty zawór wydechowy, przygotowując się do kolejnego cyklu.

Wydajność silnika wysokoprężnego wynika z następujących skrajnych właściwości kompresyjnych:

• Wskaźnik kompresji:W zakresie od 12:1 do 24:1 (w porównaniu z 8:1-12:1 w przypadku benzyny), umożliwiając wyższą efektywność cieplną
• Temperatura kompresji:500-600°C (932-1,112°F) - znacznie powyżej progu samozapłonu silnika napędowego
• Ciśnienie w cylindrze:35-45 barów (500-650 psi) wymagających solidnej konstrukcji silnika

Większość nowoczesnych silników wysokoprężnych wykorzystuje cykle czterotakowe, ale silniki dwutakowe oferują wyższą gęstość mocy dla zastosowań morskich i lokomotywnych.dwuobieżne konstrukcje poświęcają efektywność paliwa i stwarzają większe wyzwania w zakresie kontroli emisji.

Niewłaściwy czas wtrysku paliwa lub słaba atomizacja może powodować opóźnione zapalenie, co prowadzi do fal ciśnienia, które tworzą charakterystyczny cios silnika wysokoprężnego.Nowoczesne systemy wtryskiwania na pociągu z precyzyjnym sterowaniem elektronicznym w dużej mierze złagodziły ten problem.

Jakość paliwa wysokoprężnego mierzona jest raczej liczbą cetanu (CN) niż liczbą octanu.Cetan wskazuje gotowość zapłonu - wyższe wartości (minimum 45 w przypadku silnikowego oleju napędowego) zapewniają płynniejsze uruchomienie na zimno i stałe spalanie.

W przypadku silników napędowych, których zużycie cieplne jest o 30-40% wyższe niż w silnikach benzynowych, nieodzowne jest to urządzenie w przypadku urządzeń ciężkich.

• Wstrzyknięcie wysokiego ciśnienia w trybie wspólnym (2000+ barów/29,000+ psi)
• Systemy recyrkulacji gazów spalinowych (EGR)
• Filtry cząstek stałych (DPF) do paliw napędowych
• Selektywna redukcja katalityczna (SCR) z wtryskiem mocznika

Pomimo tendencji do elektryfikacji silniki wysokoprężne pozostaną niezbędne dla transportu towarowego, napędu morskiego i wytwarzania energii w przemyśle.integracja hybrydowa, a paliwa alternatywne zapewniają dalsze znaczenie oleju napędowego w świecie dekarbonizacji.