Wie genau erhöht kraftstoffarmes Fahren die Zündtemperatur?

Sie haben eine qualitative Beschreibung dessen, was passiert, aber lassen Sie es uns auf einen kleineren Maßstab herunterbrechen. Wenn wir über die "Temperatur" von etwas sprechen, sprechen wir wirklich darüber, wie schnell sich die Moleküle bewegen und voneinander abprallen. "Temperatur" ist eigentlich "kinetische Energie". Und es stellt sich heraus, dass es neben der Bewegung im Raum noch andere Arten von Energie gibt – Moleküle können sich drehen, sie können vibrieren, und ihre Elektronen können angeregt werden und sich relativ zum Kern bewegen. Jede dieser Energien kann auch eine "Temperatur" sein, also kann es eine Translationstemperatur geben (woran wir normalerweise denken), aber Sie können Rotationstemperatur, Vibrationstemperatur und elektronische Temperaturen haben.

Moleküle tauschen Energie untereinander aus, indem sie aufeinander prallen. Wenn sie dies tun, verteilen sie auch die Energie untereinander. Wie oft sie kollidieren, bestimmt, wie schnell die Energie gleichmäßig wird, und dies bestimmt, wie schnell sie das sogenannte Gleichgewicht erreichen. Wenn alle unterschiedlichen Temperaturen gleich sind, befindet sich der Zustand im Gleichgewicht und wir müssen uns keine Gedanken darüber machen, all die unterschiedlichen Temperaturarten im Auge zu behalten. Für die meisten Prozesse, die in einem Motor ablaufen würden, bleibt mehr als genug Zeit, um ein Gleichgewicht zu erreichen, und wir müssen uns daher nicht allzu viele Gedanken über Nichtgleichgewichtseffekte machen.

Nun brechen bei chemischen Reaktionen Moleküle auseinander und bilden neue. Wenn die neuen weniger Energie haben, wird die Energiedifferenz als Wärme freigesetzt. Wenn die neuen mehr Energie haben, erfordert die Reaktion das Hinzufügen von Energie, um sie zu bewirken. Offensichtlich werden Motoren heiß, also setzen die Reaktionen in ihnen Energie frei und wir nutzen diese Energie, um das Fahrzeug zu bewegen.

Moleküle brechen also auseinander. Und sie brechen auseinander, wenn sie anfangen, so stark zu schwingen, dass die Bindungen zwischen den Atomen sie nicht mehr zusammenhalten können. Die einzige Möglichkeit, das Molekül zum Schwingen zu bringen, besteht darin, ein anderes Molekül mit genügend Energie und einer ausreichend effizienten Energieübertragung damit kollidieren zu lassen, um die Schwingungen zu starten. Und die Energie muss so hoch sein, dass die Schwingung die Moleküle auseinanderfallen lässt.

Indem Sie die Kraftstoffmenge im Gemisch ändern, ändern Sie die Arten von Kollisionen, die auftreten können. Und es ist nicht gerade einfach, aber einige Moleküle sind besser darin, Energie mit anderen auszutauschen. Um das Brennstoffmolekül auseinanderfallen zu lassen, müssen sie mit anderen Brennstoffmolekülen mit etwas Energie oder mit anderen Sauerstoffmolekülen mit mehr Energie kollidieren. Wenn Sie mehr als die übliche Menge Sauerstoff hinzufügen (mager fahren), müssen Sie diesen Sauerstoff auch heißer machen, damit die Moleküle mehr Energie haben, wenn sie kollidieren, und den Kraftstoff stark genug vibrieren lassen, um auseinander zu fallen. Umgekehrt, wenn Sie kraftstoffreich fahren, haben Sie mehr Kraftstoffmoleküle, die miteinander kollidieren und auseinanderfallen können, aber weniger Sauerstoffmoleküle, mit denen sie sich verbinden und Wärme abgeben können. Dies (und einige andere Effekte) senkt die endgültige Flammentemperatur.

Lassen Sie uns das alles auf der Grundlage einiger ausführlicher Gespräche zu dieser Frage in den Kontext einer Engine zurückversetzen. Bei einem Gasmotor mit Direkteinspritzung wird die Luft in den Zylinder gesaugt, der Kolben komprimiert sie und dann wird Kraftstoff in den Zylinder gespritzt. Eine Zündkerze löst dann einen Funken in der Kammer aus. Diese Ablagerung von Elektronen erregt die Moleküle des Kraftstoff-Luft-Gemischs vollständig - es ionisiert tatsächlich die Luft (entfernt Elektronen von den Molekülen) und dies alles fügt den Molekülen eine Menge Energie hinzu. Diese Energie ist die Anfangsenergie, die zum Starten der Verbrennung erforderlich ist.

Für einen mageren Zustand habe ich gesagt, dass es mehr Energie braucht, um die Reaktion zu starten, und ich habe es in Bezug auf eine höhere Zündtemperatur formuliert. Die Zündtemperatur kommt von dieser Zündkerze (bei einem kalten Motor tragen heiße Motoren auch Wärme von den Zylindern selbst bei). Unter normalen Betriebsbedingungen liefern Zündkerzen mehr als genug Energie zum Zünden. Bei magerer werdendem Betriebszustand liefert die Zündkerze die gleiche Energiemenge – aber immer noch genug Energie, um zu zünden. Schließlich wird es für magere Bedingungen nicht genug Energie geben. Das ist eine magere Fehlzündung .

Dieselmotoren funktionieren anders. Bleiben wir der Argumentation halber wieder bei einer Direkteinspritzung. Der Zylinder füllt sich mit Luft, der Kolben komprimiert sie und der Kraftstoff wird eingespritzt. Es gibt jedoch keinen Funken, um die Reaktion auszulösen. Dieselmotoren sind ausschließlich darauf angewiesen, ausreichend hohe Drücke zu erzeugen, um das Gemisch zu zünden. Hoher Druck bedeutet hohe Dichte und das bedeutet mehr Kollisionen, um die Energie zu verteilen (Moleküle müssen nicht so weit gehen, um sich zu treffen). Auf jeden Fall gelten die gleichen Ideen. Unter mageren Bedingungen würde es einen höheren Druck erfordern, um zu zünden. Unter idealen Bedingungen komprimiert der Motor mehr als genau erforderlich ist, sodass er bei magerem Betrieb immer noch genügend Kompression hat, um zu zünden. Wenn du so mager fährst, dass die Verdichtung nicht mehr hoch genug ist, bekommst du wieder einen mageren Aussetzer. Glühkerzen können all dies unterstützen, indem sie die Zylinder erwärmen und dabei helfen, dem Gemisch Wärme zuzuführen und die Reaktionen in Gang zu bringen.

Bei beiden Motoren erhitzen sich die Zylinderwände, sobald sie eine Weile gelaufen sind, und es ist weniger Input (durch Funken oder durch Kompression) erforderlich, um die Reaktion zu bewirken. Aber für kalte Motoren braucht es diese anfängliche Energieabgabe, um die Reaktionen in Gang zu bringen. Viele ECUs sind so eingestellt, dass sie kraftstoffreich verbrennen, wenn der Motor gerade startet, weil es leichter zu zünden ist; Mit zunehmender Erwärmung wird das Gemisch magerer und reduziert Emissionen und Kraftstoffverbrauch. Sie sind vielleicht mit manuellen Chokes bei Dingen wie Rasenmähern vertraut – der Choke verändert das Kraftstoff-Luft-Gemisch, und um den Motor zu starten, müssen Sie den Choke auf kraftstoffreich einstellen.

Für diejenigen, die daran interessiert sind, habe ich basierend auf der Diskussion, die wir in den verschiedenen Kommentarthreads geführt haben, ein konkretes Beispiel dafür gegeben, wie / warum die Temperatur ansteigen kann, wenn die Flamme brennstoffarm ist. Die Konversation im Chat ist hier mit einem Lesezeichen versehen .

Witzig, dass du das Max fragst :)

Stellen wir zunächst unsere Definition sicher. Einen Motor mager laufen zu lassen bedeutet, das Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu ändern, um mehr Luft als ideal zu haben (14,7:1 Luft zu Kraftstoff).

In meiner Lektüre gibt es zwei Effekte.

Erstens ist der Kraftstoff eine zerstäubte Flüssigkeit, die eine kühlende Wirkung auf die Brennkammer hat. Also weniger Sprit, weniger Kühlwirkung.

Zweitens brennen Flammen in Gegenwart von mehr Sauerstoff schneller und heißer. Mehr Luft im Verhältnis zum Kraftstoff als üblich bedeutet mehr Sauerstoff als üblich. Die Flamme brennt also heißer und schneller als sie sollte. Beide werden die Temperatur der Brennkammer erhöhen.

Gute Frage, ich war selbst neugierig darauf, also fing ich an, etwas darüber zu lesen.

Ich hoffe das hilft!

Wenn Sie jemals gesehen haben, wie ein Sauerstoff-Acetylen-Brenner verwendet wurde, werden Sie bemerkt haben, dass der Brenner vor dem Einschalten des Sauerstoffs eine hellgelbe Flamme hat. Dies ist der Kraftstoff, der mit einer weniger als idealen Sauerstoffmenge verbrennt. Die Flamme ist relativ kühl und erzeugt viel Ruß.

Wenn der Sauerstoff eingeschaltet wird, wird die Flamme blau und heiß genug, um Stahl zu schmelzen.

Sie haben vielleicht auch gesehen, dass die Flamme mit einem Knall erlischt, wenn zu viel Sauerstoff eingeschaltet wird.

Kraftstoff mager ist dasselbe wie sauerstoffreich.

In einem Motor will der Kraftstoff effizient verbrennen, aber nicht so heiß, dass er anfängt, die Kolben zu schmelzen oder vielleicht sogar heftig zu explodieren, was ebenfalls zu Schäden führt.

Aus Wikipedia - Ein stöchiometrisches Gemisch verbrennt leider sehr heiß und kann Motorkomponenten beschädigen, wenn der Motor bei diesem Kraftstoff-Luft-Gemisch stark belastet wird. Aufgrund der hohen Temperaturen bei diesem Gemisch ist unter hoher Last eine Detonation des Kraftstoff-Luft-Gemisches kurz nach dem maximalen Zylinderdruck möglich (sogenanntes Klopfen oder Klingeln). Eine Detonation kann schwere Motorschäden verursachen, da die unkontrollierte Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches sehr hohe Drücke im Zylinder erzeugen kann. Folglich werden stöchiometrische Mischungen nur unter leichten Lastbedingungen verwendet. Für Beschleunigungs- und Hochlastbedingungen wird ein fetteres Gemisch (niedrigeres Luft-Kraftstoff-Verhältnis) verwendet, um kühlere Verbrennungsprodukte zu erzeugen und dadurch Detonation und Überhitzung des Zylinderkopfs zu verhindern.

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

Entschuldigung, ich kann den Link nicht zum Laufen bringen - kopieren und in den Browser einfügen.

Die Motortemperatur steigt, weil die Zündung des Kraftstoffs langsamer ist . Es dauert länger, bis der Brennstoff verbrennt, weil weniger davon vorhanden ist.

Der Kraftstoff selbst hat die gleiche Menge an BTUs zur Verfügung, wenn er verbrannt wird, unabhängig davon, ob Sie zusätzlichen Sauerstoff verwenden oder nicht. ZEITRAUM. Wenn Sie die Kohlen in Ihrem Feuer anblasen, werden sie heißer, brennen aber schneller. Sie geben die gleiche Wärmemenge ab, aber in viel kürzerer Zeit.

Stellen Sie sich Ihren Zylinder im Winter als Hütte vor. Wenn Sie einen Scheit nehmen und ihn in einer Minute verbrennen würden, würden sich die Gegenstände in der Nähe des Ofens, in dem dieser Scheit brannte, erheblich erhitzen und vielleicht schmelzen, aber die meiste Wärme würde durch den Schornstein entweichen. Wenn Sie nur einen Scheit pro Stunde hätten, wäre der Raum die meiste Zeit sehr kalt. Nehmen Sie dasselbe Holzscheit und verbrennen Sie es langsam eine Stunde lang, bevor Sie es durch ein anderes ersetzen, und weniger Wärme geht durch den Auspuff aus und bleibt im Raum.

Der Motor wird heißer, weil der langsamer verbrennende Kraftstoff mehr Wärme an die umliegenden Teile des Motors abgibt.

Sie alle vergessen etwas, der Grund, warum leichte Magerverbrennung heißer sein kann als stöchiomnetrische Verhältnisse, ist sehr einfach. Das hat mit der Kraftstoffeinspritzung zu tun. Damit das stöchiometrische Verhältnis wie beabsichtigt funktioniert, müsste sich jedes einzelne Sauerstoffatom vor der Zündung perfekt mit einem Brennstoffmolekül paaren. Das ist einfach nicht möglich, also haben Sie unverbrannte Kraftstoffmoleküle in Ihrer Verbrennung.

Indem Sie der Mischung etwas mehr Luft hinzufügen, können Sie sicherstellen, dass Ihr gesamter Brennstoff zu einem höheren Grad verbrennt, was wiederum die Temperatur Ihrer Verbrennung erhöht, zu viel hinzufügt und die Wärmekapazität der überschüssigen Luft die Temperatur senkt.

Habe hier angehalten, nachdem ich mich ohne allzu großen Erfolg umgesehen hatte, um eine gute Erklärung für Überhitzung aufgrund von Magerverbrennung in einem Motor zu finden. Hier meine zwei Cent zum Thema:

1- Es ist bekannt und dokumentiert, dass die Spitzen- oder maximale Verbrennungstemperatur niedriger ist, wenn das atmosphärische Luft/Kraftstoff-Verhältnis vom stöchiometrischen abweicht, sodass eine magere Verbrennung im Vergleich zum stöchiometrischen eine niedrigere Spitzentemperatur erzeugt, beispielsweise 14,7:1 für Benzin. Obwohl eine magere Verbrennung vollständiger sein könnte, ist die Spitzenverbrennungstemperatur aufgrund der Kühlwirkung des zusätzlichen inerten Luftstickstoffs in einer mageren Anordnung niedriger. Erinnern Sie sich, dass atmosphärische Luft eine beträchtliche Menge an inertem Stickstoff enthält, und an diese alte populärwissenschaftliche Ausgabe, in der es um Smokey Yunicks Design eines adiabatischen Motors und seine Versuche geht, einen Stickstoffentfernungsfilter herzustellen?

2- Es ist auch bekannt, dass sich die Geschwindigkeit jeder chemischen Reaktion verlangsamt, wenn die Konzentration der Reagenzien verringert wird. Auch zu erwarten, weil je weiter die Kraftstoffmoleküle voneinander entfernt werden, desto geringer die Chance, eine Kettenreaktion zu fördern, wodurch die Verbrennungsgeschwindigkeit erheblich verringert wird.

3- Außerdem wird die erzeugte Gesamtwärmemenge verringert, während mager verbrennt, wie erwartet, da weniger Kraftstoff oder Kaloriengehalt an einer mageren Verbrennung beteiligt ist. Warum also das unerwartete Ergebnis einer Motorüberhitzung?

4- Es geht nicht um weniger verfügbare Kühlung durch die Verdampfung des flüssigen Kraftstoffs, sondern um die Gesamtenergiebilanz im Motor. Wenn die Verbrennung langsamer wird, kann ein größerer Teil der Wärmeenergie nicht in Wellenarbeitsenergie umgewandelt werden und wird daher größtenteils als Wärme durch die Auslassöffnung ausgestoßen. Ähnliches passiert, wenn Ihr Zündzeitpunkt weit vom Optimum entfernt ist ... die magere Verbrennungswärme, obwohl sie geringer ist, kann nicht richtig in Wellenarbeit umgewandelt werden, da die Verbrennung so spät war, dass sie nicht mit der Bewegung des synchron ist Kolben. Aus diesem Grund hat Toyota den Zündzeitpunkt in seinen früheren Lean Burning Engines vorverlegt, wenn dieser Modus aktiviert wurde. Wohin also geht die Wärme, die nicht in Wellenarbeit umgewandelt werden kann? ... aufgrund der Energieeinsparungsgesetze wird sie sich irgendwo zeigen ... nun,

Wenn die Verbrennung magerer wird, verliert der Motor grundsätzlich an Effizienz, um Verbrennungsenergie in mechanische Energie umzuwandeln, und arbeitet daher näher an einem einfachen Brennstoffofen, der zum Heizen geeignet ist. Symptome dieser Art von Überhitzung sind verbrannte Auslassventile, ein unterschiedlicher Ton im Auspuffgeräusch und sogar ein glühender Auspuffkrümmer, ähnlich einem Motor, der mit einem sehr späten Zündzeitpunkt läuft. Bei der Lachgas-Einspritzung hat der Lachgas zwar reichlich Kühlwirkung, aber wenn die Verbrennung durch Kraftstoffmangel versehentlich zu mager wird, schmilzt der Motor buchstäblich dahin. In diesem Fall könnte die beteiligte Kraftstoffmenge oder der Kaloriengehalt trotz viel zu magerem Kraftstoffverhältnis immer noch erheblich höher sein als bei einem normalen Motor, sodass noch mehr Wärmeenergie nicht in Wellenarbeit umgewandelt wird.

Ich denke, die Antworten sind falsch. Weil die Frageannahme falsch ist. Zuerst müssen wir entscheiden, heißer im Vergleich zu was? und wir müssen auch wissen, dass dies eine Tatsache ist, ist es wirklich heißer oder ist es ein Mythos? Außerdem ist die Höhe des Kraftstoff/Sauerstoff-Verhältnisses wichtig. Gilt diese Bedingung immer für alle mageren Verhältnisse? Vielleicht ist die richtige Frage, warum das "etwas" magere Gemisch vielleicht heißer ist als das "etwas" fette Gemisch?

Die thermische Energieabgabe von Kraftstoff hängt einfach davon ab, wie viel davon Sie verbrennen. Sie verbrennen weniger, es entsteht weniger Wärme. Sie verbrennen mehr, es wird mehr Wärme erzeugt. So einfach ist das. Was hier die Wärme erzeugt, ist die im Kraftstoff gespeicherte Energie (für unser Beispiel spielen andere Faktoren wie Drücke, Reibung etc. keine Rolle).

Wenn Sie ein fettes Gemisch mit einem mageren Gemisch vergleichen, hat das magere Gemisch natürlich eine höhere Energieabgabe, da Sie den gesamten Kraftstoff in Energie umwandeln würden. (mehr verbrannter Kraftstoff = mehr Wärme) Aber es hängt immer noch von Ihren Mischungsverhältnissen ab, denn wenn Sie fast keinen Kraftstoff in Ihrem Gemisch haben, wird es offensichtlich nicht so viel Energie erzeugen.

Wenn Sie ein ideales Gemisch mit einem mageren Gemisch vergleichen, sollte es meiner Meinung nach noch kühler sein (weniger Wärmeenergie aus der Verbrennung), da Sie weniger Kraftstoff und mehr Sauerstoff in die Kammer bringen würden.