Anonim

Image
Tekninen toimittaja Kevin Cameron kertoo moottoripyörätuntemuksestaan, kokemuksistaan, oivalluksistaan, historiastaan ​​ja paljon muusta. Cycle World

Kun kemiallisesti oikea bensiinin ja ilman seos, joka täyttää suljetun tilavuuden, sytytetään, palamisen kautta vapautuva lämpö nostaa paineen noin 7-kertaiseksi ennen polttoainetta. Tämä paine voi ajaa polttomoottorin mäntää tuottamaan kiertovoimaa kampi- ja kiertotangon välityksellä. Puristamalla seosta ennen sytytystä, voimme huomattavasti nostaa palamishuippua ja saada siten enemmän voimaa annetusta polttoainemäärästä.

Seoksen sytyttäminen ilmakehän paineessa (14, 7-psi merenpinnan tasolla) antaa meille 7 x 14, 7 = 103-psi, mutta jos puristamme varauksen 200 psi: n tai hiukan enemmän ennen sen sytyttämistä, voimme saada huippupaidat alue 1000-1200-psi, lisäämällä vääntömomenttia ja tehoa huomattavasti. Koska lämmön vapautumisen määrä on sama molemmissa tapauksissa, olemme muuttaneet vain sitä, kuinka tämä energia jaetaan mäntään toimitetun työn ja pakokaasun kautta hukkaan jääneen lämmön kesken. Kun nostamme moottorin puristussuhdetta aiheuttaen sen tuottavan korkeamman palamispaineen, huomaamme, että pakokaasun lämpötila laskee.

Kun nostamme moottorin puristussuhdetta yrittäessämme tehdä siitä suuremman vääntömomentin, saavutamme rajan, jonka asettaa itse polttoainemolekyylien lujuus. Joillakin korkeilla puristussuhteilla, kun seos palaa, palamatonta seosta eteenpäin tulevan liekin edessä kuumennetaan sekä puristamalla että säteilyttämällä. Jos viimeinen palamaton seos saavuttaa kriittisen lämpötilatason, molekyylin törmäykset muuttuvat tarpeeksi energiseksi, jotta heikosti sitoutuneet vetyatomit voidaan poistaa polttoaineesta. Kun nämä yhdistyvät seoksen ilman happiatomien kanssa, muodostuu erittäin reaktiivisia fragmentteja, joita kutsutaan radikaaleiksi. Tärkeimpiä heistä ovat negatiivisesti varautuneet OH-radikaalit. Kun heidän populaatio palamattomassa seoksessa kasvaa, uusi ja erittäin väkivaltainen palamismuoto on mahdollinen.

Normaali palaminen, jota kemikot kutsuvat 'deflagraatioksi', on kuin metsäpalo; etenevä liekki kuumentaa sen edessä palamatonta materiaalia nostaen lämpötilan syttymispisteeseen. Täysin edelleen kemiallisesti oikeassa bensiinin ja ilman seoksessa tämä liekin nopeus on melko pieni - luokkaa yksi jalka sekunnissa.

Mutta kun palamatonta seosta on muutettu lämpöä tuottamaan OH-radikaalien populaatio (kutsuta niitä “Oh-Aitch-miinus”), sen luonne muuttuu herkän räjähteen luonteeksi. Sulautuminen ei ole räjähdys - sen nopeutta rajoittaa aika, jonka liekin etuosa lämmittää sen edessä sen syttymispisteeseen. Mutta seoksessa, joka sisältää lämmön tuottamaa radikaalipopulaatiota, paljon nopeampi reaktion muoto on mahdollinen - 'detonaatio' (jota moottoreissa kutsutaan myös 'kolkutukseksi'). Räjähtävässä palamisessa kemiallinen reaktio etenee, ei syttymisvaiheen asteittaista kuumentamista sytytykseksi, vaan reaktion paineen aallolla, joka etenee äänen paikallisella nopeudella.

Tämä muodostaa iskunrintaman, joka on vain muutaman molekyylin paksu vyöhyke, jonka paine nousee yhtäkkiä täyteen reaktiopaineeseen. Kun tämä etuosa osuu mäntään tai palamiskammioon, se kuulostaa koputtavan kiviä veden alla. Kaasun lattia korkealla vaihdella alhaisella kierrosluvulla - kiinnitys - luo ihanteelliset olosuhteet räjähdykselle - kuulemasi epäsäännöllinen kipinä.

Suurien tehosteiden luominen vie hyvin vähän räjähtävää varausta. Räjähdys tapahtuu seoksen viimeisissä osissa palamaan sylinterin seinien läheltä, koska niitä on lämmitetty ja puristettu pisimmin ja eniten. Räjähdyksestä aiheutuva iskuaalto tarttuu seisovan kaasukerrokseen, joka yleensä tarttuu männän kruunun ja kammion pintoihin. Koska tällä 'rajakerroksella' on normaalisti voimakas eristävä vaikutus, räjähdyksen tapahtuessa lämmön virtaus kasvaa äkillisesti palamiskaasusta mäntään ja päähän (TZ Yamaha -kisaajien ratsastajat näkivät salaperäisen 5 asteen lämpötilan nousun polttoaineella). jäähdytysnesteen lämpötila).

Ihmiset, jotka toivoivat, että pakokaasun lämpötila-anturin ja mittarin käyttö pelastaa heidät räjähdykseltä, ovat pettyneitä, koska räjäytyksen alkaessa pakokaasun lämpötila laskee . Se on järkevää. Jos rajakerroksen iskotaalto tuhoaa enemmän lämpöä mäntä- ja kammionpintoihin, pakokaasuun jää vähemmän lämpöä. Tämä tosiasia tulee suoraan dynnosta, ei mistään teoriasta!

Polttoaineen vastustuskyky hajoamiseen lämpötilassa tällä tavalla ilmaistaan ​​”oktaanilukuna” (ON). Mitä suurempi ON, sitä suurempi polttoaineen räjähdyskestävyys. Yleensä, mitä kompaktimpi molekyyli on, sitä paremmin se kestää repeämistä muodostaen ne kauheat OH-radikaalit, jotka johtavat räjähdykseen. Ja niin havaitsemme, että pitkät suoraketjuiset polttoainemolekyylit - kuten n-heptaanin molekyylit - ovat erittäin helposti repäytyneitä toisistaan ​​ja koputtavat kuin hullu, kun taas kompaktimat haaraketjuiset muodot - kuten triptaani - pitävät vetyatomeitaan pidempään. Myös tähän kompaktiin luokkaan kuuluvat rengasyhdisteet tai ”aromaattiset aineet”, kuten bentseeni, tolueeni ja ksyleeni. Kun vuonna 1977 ON-booster-tetraetyylijohdannaisen vaiheittainen poistaminen moottoribensiineistä ajoi PÄÄLLE, polttoaineen sekoittimet yrittivät saada osan siitä lisäämällä jopa 40% aromaattisia aineita polttoaineeseen. Lyijyn poistoa motivoi se tosiasia, että se myrkytti päästöjä vähentäviä pakokaasukatalysaattoreita ja että lyijyä sisältävien pakokaasujen ajateltiin vähentävän kaupunkien lasten älykkyyttä.

Huomaa, että ON: lla ei ole yhteyttä polttoaineiden energiasisältöön. Suurempaa tehoa voidaan saada polttoaineista, joilla on korkeampi PÄÄLLYS, vain toimimalla korkeammalla puristussuhteella, jonka sellaiset polttoaineet sietävät.

Toiminta nykypäivän lyijyttömillä moottoribensiineillä tuhoaisi nopeasti kaikki WW II: n vanhojen lentokoneiden mäntämoottorit, jos niitä käytettäisiin suurella teholla. Silti modernit moottoripyörämoottorit voivat käyttää turvallisesti jopa 12: 1: een puristussuhteita tai vähän enemmän, koska tällaisten moottorien suunniteltu nopea palaminen kuluttaa polttoaine-ilma-seoksen ennen kuin riittävä varauslämmitys räjähdyksen aikaansaamiseksi voi tapahtua.

Tetraetyylijohto tai TEL (joka on epätoivoisesti myrkyllinen) oli melkein maaginen koputusvastainen aine bensiinissä. Se toimi siten, että se oli negatiivisen nopeuden katalyytti OH-radikaalien luomiseksi. Yhdellä grammalla gallonaa kohti oli suuri vaikutus, mutta toisella grammalla oli paljon vähemmän ja niin edelleen. Sota-ajan ilmailubensiinissä käytettiin korkeintaan 6 grammaa TEL: tä litraa kohti. Sen palamistuote, lyijyoksidi, tuotti toisinaan kermanvärisiä pakokaasuja hävittäjälentokoneiden rungossa vähärasvaisella risteilyllä (toiminta taisteluvoimalla, joka oli liian rikas varausjäähdytykseen, tuotti mustia poistoraitoja).

Monet ihmiset käyttävät jo tänäänkin termejä räjähdys ja esisytytys ikään kuin tarkoittaisivat samaa asiaa. He eivät. Räjähtäminen tapahtuu sytytyksen sytytyksen jälkeen polttoaine-ilmavarauksen painetuimmassa ja kuumennetussa osassa, sylinterin seinämän lähellä, muuten normaalin palamisen lopussa. Tämän vuoksi kevyestä räjähdyksestä aiheutuvat vauriot tapahtuvat männän reunojen karkeana eroosiona.