Lágur-þrýstingur, lágt-hitastig og lágt-súrefnisumhverfi á hásléttum setur ströng skilyrði fyrir notkun dísilvéla. Byrjað er á varmafræðilegum grundvallaratriðum, greinir þessi ritgerð djúpt áhrifakerfi hálendisumhverfisins á brunaferlið, samsvörun túrbóhleðslukerfis og áreiðanleika lykilhluta dísilvéla og kannar tæknilegar mótvægisaðgerðir.
I. Grunnkenning: Breyting á jaðarskilyrðum í hálendisumhverfi
Dísilvél er „compression ignition“ varmavél og virkni hennar er mjög háð ástandi inntaksloftsins. Kjarnabreytingar í umhverfi hálendisins liggja í:
1. Loftþrýstingur (P₀) og loftþéttleiki (ρ) lækkun: Fyrir hverja 1000 metra hækkun á hæð lækkar andrúmsloftsþrýstingur um það bil 11,5% og loftþéttleiki minnkar um 8,7% (samkvæmt venjulegu lofthjúpslíkani). Í 4500 metra hæð er inntaksloftsþéttleiki aðeins 55% til 60% af því við sjávarmál.
2. Lækkun umhverfishita (T₀): Fyrir hverja 1000 metra hækkun á hæð lækkar meðalhiti umhverfis um 6,5 gráður.
3. Lækkun á súrefnishlutþrýstingi: Þó að rúmmálshlutfall súrefnis haldist óbreytt (21%) leiðir heildarþrýstingsfallið til samsvarandi lækkunar á súrefnishlutþrýstingi, sem er beinasta þátturinn sem hefur áhrif á bruna.
Þessar breytingar á jaðarskilyrðum hafa í grundvallaratriðum endurskipulagt vinnuaðstæður dísilvéla.
II. Kjarnamunur á brennsluferlinu og hnignun á afköstum
Brennslugæði dísilvéla ráðast af fjórum þáttum: eldsneyti, lofti, blöndu og hitastigi. Hálendisumhverfið versnar markvisst þessa þætti.
Afl- og sparneytnun
1.Fræðileg hringrásarvinnsla: Samkvæmt vinnureglu hreyfilsins er tilgreind vinna hennar í beinu hlutfalli við inntaksrúmmál hringrásarinnar. Minnkun á inntaksþéttleika leiðir beint til minnkunar á massa súrefnis sem fer inn í strokkinn í hverri vinnulotu.
2. Takmarkanir gæðastillingar: Dísilvélar starfa eftir gæðastillingarreglu, sem þýðir að inntaksloftsrúmmál helst stöðugt og afl er stjórnað með því að breyta innspýtingarrúmmáli eldsneytis á hverja lotu. Í mikilli hæð verður súrefnisinnihald í inntakslofti takmarkandi þáttur. Til að koma í veg fyrir alvarlega svartan reyk og vélræna ofhleðslu verður rafeindabúnaðurinn að takmarka innspýtingarrúmmál eldsneytis á virkan hátt, sem leiðir til lækkunar á afli og togi. Aflleiðréttingin fylgir venjulega reynsluformúlunni:
Ne_ Háhæð=Ne_Plain * k (þar sem k er leiðréttingarstuðull, um það bil 0,7 til 1,0). Þetta fyrirbæri er almennt nefnt „toglækkun í mikilli hæð“.
3. Minnkun á skilvirkni brennslu og hitauppstreymi:
Minnkun á brennslu dreifingar: Vegna súrefnisskorts minnkar blöndunarhraði eldsneytis sem sprautað er með lofti, eftirbrennslutíminn lengist, bruninn er ófullkominn og útblásturshiti hækkar.
Bent er á minnkun hitauppstreymis: Hægur brennsluhraði, minni varmalosunarhraði dísilolíu, frávik á hitalosunarmynstri brennslu frá kjörferil, sem leiðir til lækkunar á skilvirkni varma-í-vélrænni orkubreytingu.
Minni vélrænni skilvirkni: Til að skila sama afli þarf stærra inngjöfaropnun, vélarhraði eykst og hlutfall dælutaps og núningstaps eykst.
Frammistöðuáskorun í kaldbyrjun
1. Aðstæður fyrir þjöppunarkveikju eru truflaðar: Dísilvélar treysta á háan hita í lok þjöppunar til þess að eldsneytið kvikni af sjálfu sér. Hitastigið við lok þjöppunar, T_c (hitastig við lok þjöppunar)=T_a (hitastig inntakslofts) * ε^(n-1) (þar sem ε er þjöppunarhlutfallið). Lágur hiti í mikilli hæð leiðir til lækkunar á hitastigi inntaksloftsins T_a. Á sama tíma, vegna þátta eins og hitaleiðni frá strokkaveggnum, er enn erfiðara fyrir þrýstinginn og hitastigið í lok þjöppunar að ná sjálfkveikjumarki dísilolíu (venjulega um 250 gráður).
Lausn: Nauðsynlegt er að treysta á aukaræsibúnað eins og forhitunartappa fyrir inntaksloft, vatnsforhitara fyrir strokka og há-orkugeymslurafhlöður til að tryggja kaldræsingu með því að hækka hitastigið í upphafi þjöppunar og bæta upphafshraðann.
2. Rýrnun losunareiginleika
Mikil aukning í losun sóts: Við miklar álagsaðstæður án takmarkana á eldsneytismagni leiðir staðbundinn súrefnisskortur til þess að eldsneyti sprungur með háum-hita, sem myndar mikið magn af sóti og tíðar endurnýjun DPF.
Aukin losun CO og HC: Einnig vegna ófullkomins bruna.
III. Mismunur á ofurhleðslukerfum: Frá stuðningi til blý
Á hálendinu er túrbóhleðslan ekki lengur aðeins aflaukningahlutur heldur lífstuðningskerfi sem viðheldur grunnvirkni dísilvéla.
Rekstrarpunktsbreyting túrbóhleðslunnar
Hættuáhætta: Inntaksloftið með litlum-þéttleika í mikilli hæð veldur því að vinnslupunktur þjöppunnar nálgast straumlínuna. Við lágan hraða og mikið álag (eins og við klifur) er líklegt að upphlaup komi fram, sem einkennist af miklum titringi og óeðlilegum hávaða, sem getur skemmt túrbóhleðsluna.
Hætta á of hraða: Í mikilli hæð, vegna minni umhverfisþrýstings, minnkar útblástursviðnám. Við mikinn-hraða og mikið-álag getur snúningshraði túrbóþjöppunnar farið yfir hönnunarmörkin, sem veldur því að túrbínublöðin sprunga.
Beiting háþróaðrar forhleðslutækni
Variable Geometry Turbine (VGT): Þetta er besta lausnin fyrir dísilvélar í mikilli-hæð. Með því að stilla horn stúthringsins minnkar VGT þversnið flæðis- við lágan hraða, eykur hraða útblástursloftsins og eykur þar með verulega lághraða túrbóhleðslusvörun og tog og vinnur í raun yfir krafttöf í mikilli hæð. Á miklum hraða stækkar það þversniðið- til að koma í veg fyrir ófullnægjandi inntaksloftsrúmmál, sem gæti leitt til hás útblásturshita og of-hraða forþjöppunnar.
Tveggja-forþjöppun: Hún notar blöndu af litlum túrbó og stórri túrbó eða vélrænni forhleðslu og túrbó. Vélrænni forþjappan eða lítil túrbó tryggir skjót viðbrögð við lágan hraða, en stóri túrbóninn er ábyrgur fyrir miklum afköstum, sem gefur nægan aukaþrýsting yfir fjölbreyttari notkunarskilyrði.
Mikilvægi túrbóhleðslu og millikælingar: Í mikilli-hæð er hitastig loftsins eftir túrbóhleðslu einnig mjög hátt. Millikælirinn getur á áhrifaríkan hátt lækkað hitastig inntaksloftsins og aukið inntaksloftþéttleikann, sem er lykilatriði til að bæta skilvirkni túrbóhleðslu.
IV. Lausnir fyrir mikilvæg kerfi og viðkvæma íhluti
Eldsneytiskerfi:
Kostir háþrýstings common rail kerfisins: Nútíma rafeindastýrð common rail kerfi geta leiðrétt MAP skýringarmynd eldsneytisinnspýtingar á virkan hátt byggt á upplýsingum frá hæðarskynjaranum (eða reiknuð í gegnum MAP skynjarann), ná nákvæmri eldsneytismagnsstýringu og mörgum innspýtingum (flugmannsinnspýting, aðalinnspýting, eftir innspýting og innspýting í strætó) til að hámarka jafnvægi í strætó.
Eldsneytissprautur: Lélegur bruni í mikilli hæð getur auðveldlega leitt til kolefnisútfellinga á eldsneytissprautum og slits á hlutum sem passa. Nauðsynlegt er að nota hágæða-eldsneyti og sérstök dísilbætiefni og stytta endurnýjunarferil eldsneytissía.
Kælikerfi:
Stór-geta, há-suðu-kælikerfi: Nota verður há-suðu-frostvörn til að koma í veg fyrir ótímabæra suðu á kælivökvanum vegna minnkaðs loftþrýstings. Ef nauðsyn krefur skaltu uppfæra í há-vatnsdælu og ofnviftu.
Smurkerfi:
Smurning á túrbóhlöðum: Hverflar sem starfa við langtíma-mikið-álagsskilyrði í mikilli hæð gera mjög miklar kröfur um háan-hitahreinsunarhæfni og skurðþol vélarolíu. Aðeins skal nota fullgervi eða hálf-tilbúnar þungar-dísilvélarolíur af CI-4 bekk eða hærri.
Inntakskerfi:
Viðhald loftsíu: Vegna mikils vinds og sands á -hæðarsvæðum er hætta á að loftsíur stíflist, sem eykur inntaksviðnám og skapar samsett áhrif mikillar hæðar og stíflu. Nauðsynlegt er að nota há-loftsíur og skoða og þrífa þær oft.
Niðurstaða og horfur
Rekstrarskilyrði í mikilli-hæð eru algjör prófsteinn á alhliða tækni dísilvéla. Að bæta árangur þeirra er kerfisbundið verkefni frekar en uppfærsla á einum íhlut. Framtíðarþróunarstefnan liggur í:
1. "Vélræn-Rafmagns-Pneumatic" samþætt snjöll stjórn: Vélar aðlögunarstýringarstefna á fullu-léni sem byggir á rauntímahæð og umhverfisbreytum.
2. Djúp samþætting háþróaðra örvunarkerfa: Frekari hagræðingu og kostnaðarlækkun VGT og tveggja-aukunartækni.
3. Samvirk aðlögun eftir-meðhöndlunarkerfa: DPF endurnýjunarstefna sniðin fyrir mikla-hæðareiginleika.
Fyrir notendur þýðir það að skilja þessar undirliggjandi meginreglur að geta valið gerðir á vísindalegri hátt, viðhaldið þeim nákvæmari og leyst úr læðingi kraftmikla möguleika dísilvéla í mikilli -hæð.