हॉल ऑफ हेल में: इंजन में क्या होता है, भाग 2

हॉल ऑफ हेल में: इंजन में क्या होता है, भाग 2

हम एक रासायनिक रिएक्टर में क्या होता है पर एक इंजन कहा जाता है पर श्रृंखला जारी है।

हम एक रासायनिक रिएक्टर में एक आंतरिक दहन इंजन कहा जाता है और निकास गैसों में हानिकारक पदार्थ कैसे बनते हैं, इस पर लेखों की एक श्रृंखला जारी रख रहे हैं। हालांकि, ऐसा करने के लिए, हमें ईंधन और दहन प्रक्रियाओं के बारे में कुछ प्रकाश डालना होगा।

10% जैव ईंधन के अनिवार्य परिवर्धन के साथ कुछ अपवादों के साथ, आपके वाहन टैंक में अधिकांश ईंधन पेट्रोलियम मूल का है। हालांकि, विशाल रिफाइनरियों में, तेल असतत अंशों में आसुत होता है और फिर आणविक संरचना को बदलने के लिए संसाधित किया जाता है, इस पर निर्भर करता है कि इंजन गैसोलीन है या डीजल।

हम सभी जानते हैं कि पानी 100 ° C पर उबलता है। कोई फर्क नहीं पड़ता कि हम इसे कैसे गर्म करते हैं, यह तीव्रता से वाष्पीकरण करके इस तापमान को बनाए रखेगा। हालांकि, पानी नामक एक शुद्ध रसायन एक घटक तरल है। इसके विपरीत, तेल विभिन्न आणविक आकारों के साथ कई हाइड्रोकार्बन रासायनिक यौगिकों (कार्बन-हाइड्रोजन यौगिकों) से बना होता है - भंग गैसों से, जिनमें से सबसे सरल मीथेन होता है, जिसमें चार हाइड्रोजन परमाणु और एक कार्बन परमाणु होते हैं, जो जटिल भारी यौगिकों के होते हैं। C85H60 जैसे फॉर्मूले के साथ - एक अणु जिसमें 85 कार्बन परमाणु होते हैं। एक अलग संरचना और अणुओं के द्रव्यमान के साथ प्रत्येक पदार्थ का अपना वाष्पीकरण तापमान होता है, क्रमशः उबलते बिंदु, और यह तथ्य प्राथमिक तेल शोधन पर आधारित है - वायुमंडलीय आसवन। इसमें, निश्चित रूप से, प्रत्येक पदार्थ जारी नहीं किया जाता है, लेकिन तथाकथित भिन्न का एक समूह। तेल को पहले विभिन्न अशुद्धियों से शुद्ध किया जाता है, और बॉयलर में इसे 320 से 410 डिग्री सेल्सियस के तापमान तक गर्म किया जाता है, जिसके बाद परिणामी आसवन को तथाकथित "डिस्टिलेशन कॉलम" में भेजा जाता है, जहां भिन्नों को बहुत सटीक रूप से अलग किया जाता है। (तस्वीर देखिए)

विभिन्न आकारों के अलावा, इन पदार्थों के अणुओं में अलग-अलग रासायनिक संरचनाएं या आकार भी होते हैं। बोलचाल की भाषा में, यह माना जा सकता है कि घटक पेट्रोलियम पदार्थों के अणुओं को स्वयं एक इमारत के फ्रेम की तरह बनाया गया है - सहायक संरचना को विभिन्न तरीकों से लागू किया जा सकता है। Помимо разного размера, молекулы этих веществ также имеют различную химическую структуру или форму. Образно говоря, можно предположить, что сами молекулы составляющих нефтяных веществ построены как каркас здания — несущая конструкция может быть реализована различными способами. Однако многие вещества в топливе возникают из-за дополнительных, искусственно созданных структур во имя определенных потребностей (как станет ясно позже) и осуществляются посредством процессов расщепления больших молекул, таких как термический и каталитический крекинг, в котором большие молекулы получаются из бензина, керосина и дизельной фракции) путем каталитического риформинга и изомеризации (изменение структуры в поисках углеводородов с более высоким октановым числом) до компаундирования (смешение веществ, полученных из разных процессов)


गैसोलीन इंजन: हाइड्रोकार्बन और कार्बन मोनोऑक्साइड

आइए दो प्रकार के क्लासिक हीट इंजनों के कुछ विशिष्ट ऑपरेटिंग सिद्धांतों पर ध्यान केंद्रित करें, क्योंकि हाल ही में गैसोलीन और डीजल इंजनों के अभिसरण के बावजूद, उनके स्वभाव, चरित्र और व्यवहार में अभी भी बहुत अंतर हैं। गैसोलीन इंजन के मामले में जो चार्ज स्तरीकरण के साथ काम नहीं करते हैं, मिश्रण गठन में अधिक समय लगता है और दहन शुरू होने से बहुत पहले शुरू होता है। कार्बोरेटर या आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक प्रत्यक्ष इंजेक्शन सिस्टम का उपयोग करते हुए, मिश्रण का लक्ष्य एक समान रूप से वितरित वायु-ईंधन अनुपात के साथ समान रूप से वितरित, सजातीय ईंधन मिश्रण को प्राप्त करना है। यह मान t के आसपास एक निश्चित सीमा के भीतर उतार-चढ़ाव करता है। सूरज। एक "स्टोइकोमेट्रिक मिश्रण" जिसमें ईंधन संरचना में हर हाइड्रोजन और कार्बन परमाणु के साथ एक स्थिर संरचना में बांधने में सक्षम (सैद्धांतिक रूप से) होने के लिए पर्याप्त ऑक्सीजन परमाणु होते हैं, जो केवल H20O और CO2 बनाते हैं। प्रत्यक्ष अनुपात के साथ वायुमंडलीय (माज़दा स्काईएक्टिव-जी) के लिए संपीड़न अनुपात काफी कम (14: 1 से अधिक नहीं है, मध्यम दबाव टर्बोमैचेन्स के लिए 10,5: 1 तक और सेवन कई गुना इंजेक्शन इकाइयों के लिए भी कम है)। ). यह संपीड़न के दौरान उच्च तापमान के कारण ईंधन में कुछ पदार्थों के समय से पहले और अनियंत्रित सहज दहन से बचने के लिए किया जाता है - गैसोलीन अंश में बहुत कम वाष्पीकरण तापमान के साथ हाइड्रोकार्बन होते हैं, लेकिन इनकी तुलना में बहुत अधिक तापमान होता है। डीज़ल अंश में - ऑक्टेन संख्या के सीधे आनुपातिक। मिश्रण का वास्तविक प्रज्वलन एक स्पार्क प्लग द्वारा शुरू किया जाता है, जिसमें दहन एक सीमा के रूप में होता है जो एक निश्चित सीमा तक गति करता है, जिसकी ऊर्जा प्रत्येक बाद की परत में स्थानांतरित हो जाती है। दुर्भाग्य से, अपूर्ण प्रक्रियाओं के साथ कूलिंग ज़ोन दहन कक्ष में और विशेष रूप से सिलेंडर की दीवारों और पिस्टन के पास बनते हैं, जो कार्बन मोनोऑक्साइड और स्थिर हाइड्रोकार्बन के गठन की ओर जाता है (हम अगले पोस्ट में इसके बारे में अधिक बात करेंगे)। जैसे ही ज्योति आगे बढ़ती है, इसकी परिधि पर दबाव और तापमान बढ़ जाता है, जिसके परिणामस्वरूप हानिकारक नाइट्रोजन ऑक्साइड (हवा से नाइट्रोजन और ऑक्सीजन के संयोजन के परिणामस्वरूप), पेरोक्साइड और हाइड्रोपरॉक्साइड (ऑक्सीजन के साथ यौगिक) अभी भी असंतुलित मिश्रण के निकट क्षेत्रों में बनते हैं। और ईंधन)। ईंधन के प्रकार और गुणवत्ता के आधार पर, यदि बाद की मात्रा कुछ महत्वपूर्ण मूल्यों तक पहुंच जाती है, तो इससे शेष बची मात्रा में अनियंत्रित हिमस्खलन-जैसे विस्फोट हो सकता है। इस क्षण से, लौ के सामने के प्रसार की गति तेज हो जाती है और ध्वनि की गति से अधिक हो जाती है। इसलिए, आधुनिक गैसोलीन एक उच्च स्थिर तापमान (उदाहरण के लिए, इसोपरैफिन्स और एरोमैटिक हाइड्रोकार्बन) के साथ रासायनिक संरचना को नष्ट करने के लिए, अपेक्षाकृत स्थिर और कठिन विस्फोट के साथ अणुओं के अंशों का उपयोग करते हैं। इस स्थिरता को प्राप्त करने के लिए, रिफाइनरियों में कई अतिरिक्त प्रक्रियाएं होती हैं, जिसका अंतिम परिणाम ईंधन की ओकटाइन संख्या में वृद्धि है। संपीड़न अनुपात में वृद्धि से मिश्रण के दबाव और तापमान में वृद्धि होती है, जिसके परिणामस्वरूप प्रक्रिया का औसत तापमान बढ़ जाता है, ऑक्सीकरण होता है और पेरोक्साइड यौगिकों के गठन में तेजी आती है। प्री-फ्लेम ऑक्सीकरण प्रक्रिया मोटी होने की प्रक्रिया के दौरान होती है, क्योंकि विभिन्न हाइड्रोकार्बन विभिन्न तापमानों पर ऑक्सीकरण करना शुरू कर देते हैं। खटखटाने से बचने के लिए, आधुनिक गैसोलीन इंजन शॉक सेंसर्स से लैस होते हैं जो शॉक वेव्स का पता लगाते हैं, जबकि हाई-टेक सॉल्यूशंस ने उन्हें आयनाइजेशन सेंसर्स से बदल दिया है जो पेरोक्साइड निर्माण के पहले संकेतों का पता लगाते हैं और इंजन मापदंडों जैसे कि टर्बोचार्जर प्रेशर और ओवरटेक एंगल को विनियमित करते हैं। वैसे, टर्बोचार्जर्स - इन मशीनों में, काम करने की प्रक्रिया में दबाव बहुत अधिक होता है, इसलिए ज्यामितीय संपीड़न अनुपात (वास्तविक मामले में, टरबाइन द्वारा उत्पन्न दबाव को ध्यान में रखा जाता है) को कम करना आवश्यक है। हालांकि, उन्हें वायुमंडलीय वाले पर लाभ है कि हवा को इंटरकोलर से पूर्व ठंडा किया जा सकता है और इस प्रकार दहन प्रक्रिया के औसत तापमान को कम किया जा सकता है - कई कारणों में से एक है कि वे अधिक कुशल और व्यापक रूप से डाउनसाइज़िंग दर्शन के हिस्से के रूप में क्यों उपयोग किए जाते हैं। तापमान कम करने और मिश्रण गठन में सुधार के लिए एक अन्य महत्वपूर्ण घटक प्रत्यक्ष ईंधन इंजेक्शन है, जो आगे दहन कक्षों की मात्रा को ठंडा करता है। बेशक, यह सब उच्च भार मोड पर भी लागू होता है - इसका आंशिक रूप से ऐसा स्पष्ट प्रभाव नहीं होता है, इसलिए कुछ निर्माताऑडी, लेक्सस) इस मामले में इनटेक मैनिफोल्ड्स में एक दूसरा इंजेक्शन सिस्टम (कुछ मोड में बेहतर मिश्रण, कम दबाव और ऊर्जा की खपत) का उपयोग करता है।

गैसोलीन इंजन: हाइड्रोकार्बन और कार्बन मोनोऑक्साइड

गैसोलीन इंजन के साथ काम करने वाले मोटे तौर पर तय मिश्रण अनुपात के कारण, थ्रॉटल वाल्व एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, जो सिलेंडर में प्रवेश करने वाली ताजी हवा की मात्रा को विनियमित करके इंजन लोड को नियंत्रित करता है। दुर्भाग्य से, थ्रॉटल वाल्व आंशिक लोड मोड में महत्वपूर्ण नुकसान का कारण बनता है, क्योंकि ऐसी स्थितियों में यह इंजन गले के एक प्रकार के "प्लग" के रूप में कार्य करता है, सीधे इसकी दक्षता को कम करता है। डीजल इंजन के निर्माता रूडोल्फ डीजल का मुख्य विचार संपीड़न अनुपात में काफी वृद्धि करके मशीन की थर्मोडायनामिक दक्षता को बढ़ाना है। इस प्रकार, ईंधन कक्ष का क्षेत्र कम हो जाता है, और सिलेंडर की दीवारों और शीतलन प्रणाली के माध्यम से दहन ऊर्जा का प्रसार नहीं किया जाता है, लेकिन स्वयं कणों के बीच "खर्च" किया जाता है, जो इस मामले में एक दूसरे के बहुत करीब हैं। यदि पहले से तैयार ईंधन-हवा का मिश्रण इस प्रकार के इंजन के दहन कक्ष में, गैसोलीन में प्रवेश करता है, तो पिस्टन डेड सेंटर (GMT) से बहुत पहले, संपीड़न स्ट्रोक (ईंधन के प्रकार, ईंधन भरने और प्रकार के आधार पर) में एक निश्चित महत्वपूर्ण तापमान तक पहुँचने पर प्रक्रिया शुरू होती है। आत्म-प्रज्वलन और अनियंत्रित वॉल्यूमेट्रिक दहन। इस कारण से, डीजल इंजन में ईंधन को अंतिम क्षण में GMT से बहुत पहले इंजेक्ट किया जाता है, जो बहुत उच्च दबाव पर होता है, जो अच्छे वाष्पीकरण, प्रसार, मिश्रण निर्माण और आत्म-प्रज्वलन के लिए समय की महत्वपूर्ण कमी पैदा करता है। इस कारण से, अधिकतम गति को सीमित करना आवश्यक है, जो शायद ही कभी 4500 आरपीएम सीमा से अधिक हो। यह दृष्टिकोण ईंधन की गुणवत्ता के लिए संबंधित आवश्यकताओं को निर्धारित करता है, जो इस मामले में डीजल ईंधन का एक अंश है - मुख्य रूप से प्रत्यक्ष एक लंबे समय से सेवा जीवन के साथ, अधिक अस्थिर संरचना के कारण काफी कम ऑटोइग्निशन तापमान के साथ आसवन करता है। असंबद्ध अणु जो आसानी से टूट जाते हैं और ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करते हैं।

डीजल इंजन: नाइट्रोजन ऑक्साइड और कालिख

डीजल इंजन की दहन प्रक्रियाओं की एक विशेषता है, एक तरफ, इंजेक्शन छेद के चारों ओर एक समृद्ध मिश्रण के साथ ज़ोन, जहां ऑक्सीकरण के बिना उच्च तापमान के कारण ईंधन विघटित (दरार) होता है, जो कार्बन कणों (कालिख) का स्रोत बन जाता है, और दूसरी ओर। , जिसमें कोई ईंधन नहीं होता है और उच्च तापमान के प्रभाव में, नाइट्रोजन के प्रवाह में नाइट्रोजन और ऑक्सीजन की ऑक्सीजन रासायनिक बातचीत में प्रवेश करती है। इसलिए, के रूप में अच्छी तरह से दुबला मिश्रण के प्रज्वलन की संभावना के रूप में, आंशिक लोड मोड में डीजल इंजन ऐसे (जैसे) के साथ संचालित करने के लिए कॉन्फ़िगर किए गए हैं हवा की एक गंभीर अतिरिक्त के साथ), और लोड विनियमन केवल एक थ्रॉटल वाल्व के बिना इंजेक्शन ईंधन की मात्रा को पूरा करने के द्वारा किया जाता है। इस इंजन में, पेरोक्साइड पूर्व गठन महत्वपूर्ण है क्योंकि यह स्वयं-इग्निशन घोंसले बनाता है जो प्रक्रिया को गति देता है। इस कारण से, ईंधन की आवश्यकताएं गैसोलीन इंजन आवश्यकताओं के बिल्कुल विपरीत हैं। भारी ईंधन गैसोलीन पर इन इंजनों का एक और लाभ प्रदान करता है - इसमें एक उच्च ऊर्जा घनत्व है। दूसरी ओर, स्पष्ट कारणों से, समान ईंधन की खपत के लिए, एक डीजल अधिक कार्बन डाइऑक्साइड पैदा करता है। डिसेल्स के लिए कम CO2 मान काफी तुलनीय खपत के कारण हैं। आधुनिक इंजनों में, जैसा कि उनके गैसोलीन समकक्षों में, सेंसर स्थापित होते हैं जो वास्तविक समय में इंजन में रासायनिक प्रक्रियाओं का पता लगाते हैं।

हालांकि, हानिकारक पदार्थों के स्तर के लिए नवीनतम मानकों की सख्त आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, एक डीजल इंजन को महंगी निकास गैस रीसर्क्युलेशन सिस्टम (नाइट्रोजन ऑक्साइड के गठन को शुरू करने के लिए तापमान को कम करने और स्थिर गैसीय यौगिकों के साथ वायुमंडलीय हवा के हिस्से को बदलने के लिए) की आवश्यकता होती है, कालिख और नाइट्रोजन ऑक्साइड के लिए फ़िल्टर, हानिकारक उत्सर्जन को बेअसर करने के लिए उत्प्रेरक। निकास प्रणाली में (अगले प्रकाशन में उनके बारे में)।

गैसोलीन इंजन की कुछ कमियों की भरपाई करने के लिए, डिजाइनरों ने इंजन बनाए हैं जिसमें मिश्रण निर्माण प्रक्रिया तथाकथित "चार्ज स्तरीकरण" है। आंशिक लोड मोड में, अधिकतम स्टोइकोमेट्रिक मिश्रण स्पार्क प्लग इलेक्ट्रोड के आसपास के क्षेत्र में ही बनाया जाता है और औसतन "खराब" होता है। नवीनतम पीढ़ी के इंजनों में, बनाया गया बीएमडब्ल्यू और मर्सिडीज ने तथाकथित "स्प्रे" प्रक्रिया का उपयोग किया, जिसमें संपीड़न स्ट्रोक के अंत में, 200 बार से अधिक इंजेक्शन के दबाव के साथ पीजो इंजेक्टर ईंधन की एक निश्चित शंकु के आकार का बादल बनाते हैं, इसकी परिधि पर रखी एक मोमबत्ती द्वारा प्रज्वलित होता है। चूंकि इस मोड में लोड केवल आपूर्ति की गई ईंधन की मात्रा द्वारा नियंत्रित किया जा सकता है, थ्रॉटल वाल्व पूरी तरह से खुला रह सकता है। यह बदले में, घाटे में एक साथ कमी और इंजन की थर्मोडायनामिक दक्षता में वृद्धि की ओर जाता है। हालाँकि, इन इकाइयों को नाइट्रिक ऑक्साइड रिकवरी डिवाइसेस की भी आवश्यकता होती है, जिनमें से ये इंजन खराब मिक्सिंग प्रदर्शन की प्रकृति के कारण बहुतायत में हैं और जिन्हें आधुनिक आधुनिक ट्रोगोचार्जेड मशीनों द्वारा उसी उच्च दबाव इंजेक्शन के साथ बदल दिया गया है, जैसे कि कुछ और आधुनिकमर्सीडिज़) कुछ मोड में आंशिक रूप से गैर-समान मिश्रण में बदल जाता है।

HCCI: दोनों दुनिया के सर्वश्रेष्ठ

ईंधन का प्रकार और इसके व्यवहार की भविष्यवाणी, समरूप मिश्रण गठन और ऑटोइग्नेशन के साथ इंजन के विकास में सबसे महत्वपूर्ण महत्व होगा। इन इकाइयों को बनाने का विचार, जिसे एचसीसीआई कहा जाता है, एक साथ फायदे को संयोजित करने और दो प्रकार की क्लासिक मोटर्स के नुकसान को खत्म करने की इच्छा से उठी। वीडब्ल्यू, जनरल मोटर्स और मर्सिडीज (सभी का सबसे कठिन - डायसोटो प्रोजेक्ट) का विकास उच्च संपीड़न अनुपात के साथ डीजल के करीब दक्षता के साथ बिजली संयंत्रों के शुरुआती व्यावहारिक कार्यान्वयन के लिए उम्मीद देता है, दहन कक्ष में एक समान रूप से दुबला मिश्रण का एक समान वितरण, और बाद में पूर्ण ज्वलनशील के साथ एक समान वाष्पशील ऑटोइग्निशन। दहन और कम तापमान पर। यह नाइट्रोजन ऑक्साइड और पेरोक्साइड के गठन को काफी कम करता है। हाल के वर्षों में एचसीसीआई इंजनों के प्रयोगशाला अध्ययनों ने वास्तव में गैसोलीन इंजनों की तुलना में दक्षता में वृद्धि करते हुए निकास गैसों में हानिकारक उत्सर्जन में महत्वपूर्ण कमी दिखाई है।

इन इंजनों में गैसोलीन बेहतर लगता है, और ओकटाइन संख्या जितनी अधिक होती है, उतना ही बेहतर होता है। इसके पीछे तर्क सरल है - उच्च आणविक प्रतिरोध और उच्च ऑटोइग्निशन तापमान उच्च संपीड़न अनुपात को प्राप्त करने की अनुमति देता है। यदि, इस मामले में, डीजल का उपयोग प्रत्यक्ष आसवन के रूप में किया जाता है, तो यह पिस्टन के आंदोलन के दौरान होगा।

(पीछा करना)

पाठ: जॉर्जी कोल्लेव

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