Ниски{0}}притисак, ниска-температура и ниско-окружење на висоравнима постављају строге граничне услове за рад дизел мотора. Полазећи од термодинамичких основа, овај рад детаљно анализира механизме утицаја окружења платоа на процес сагоревања, усклађеност система турбопуњача и поузданост кључних компоненти дизел мотора и истражује техничке противмере.
И. Основна теорија: Промена граничних услова у окружењу платоа
Дизел мотор је топлотни мотор са "компресијским паљењем" и његова радна ефикасност у великој мери зависи од стања усисног ваздуха. Основне промене у окружењу платоа леже у:
1. Атмосферски притисак (П₀) и густина ваздуха (ρ) се смањују: За сваких 1000 метара повећања надморске висине, атмосферски притисак опада за приближно 11,5%, а густина ваздуха опада за око 8,7% (према стандардном атмосферском моделу). На надморској висини од 4500 метара, густина усисног ваздуха је само 55% до 60% од оне на нивоу мора.
2. Смањење температуре животне средине (Т₀): За сваких 1000 метара повећања надморске висине, просечна температура околине опада за 6,5 степени.
3. Смањење парцијалног притиска кисеоника: Иако запремински удео кисеоника остаје непромењен (21%), укупан пад притиска доводи до одговарајућег смањења парцијалног притиска кисеоника, што је најдиректнији фактор који утиче на сагоревање.
Ове промене у граничним условима су фундаментално реструктурисале сценарије рада дизел мотора.
ИИ. Основне разлике у процесу сагоревања и деградацији перформанси
Квалитет сагоревања дизел мотора одређују четири фактора: гориво, ваздух, смеша и температура. Плато окружење систематски погоршава ове факторе.
Снага и економичност слабљења
1.Теоријско смањење рада циклуса: Према принципу рада мотора, његов назначени рад је директно пропорционалан запремини усисног циклуса. Смањење густине уноса директно доводи до смањења масе кисеоника који улази у цилиндар у сваком радном циклусу.
2. Ограничења подешавања квалитета: Дизел мотори раде на принципу подешавања квалитета, што значи да запремина усисног ваздуха остаје углавном константна, а снага се регулише променом запремине убризгавања горива по циклусу. На великим висинама, садржај кисеоника у усисном ваздуху постаје ограничавајући фактор. Да би се спречиле озбиљне емисије црног дима и механичка преоптерећења, ЕЦУ мора активно да ограничава запремину убризгавања горива, што доводи до смањења снаге и обртног момента. Корекција снаге обично следи емпиријску формулу:
Не_ Велике надморске висине=Не_Плаин * к (где је к фактор корекције, приближно 0,7 до 1,0). Овај феномен се обично назива "смањење обртног момента на великим висинама".
3. Смањење ефикасности сагоревања и топлотне ефикасности:
Погоршање дифузионог сагоревања: Услед недостатка кисеоника, брзина мешања горива убризганог са ваздухом се смањује, период накнадног сагоревања се продужава, сагоревање је непотпуно, а температура издувних гасова расте.
Индиковано смањење топлотне ефикасности: Спора брзина сагоревања, смањена брзина ослобађања топлоте дизела, одступање обрасца ослобађања топлоте при сагоревању од идеалне криве, што доводи до пада ефикасности термичке-у-механичке конверзије енергије.
Смањена механичка ефикасност: Да би се произвела иста снага, потребан је већи отвор гаса, брзина мотора се повећава, а пропорција губитка пумпања и губитка трења се повећава.
Изазов перформанси хладног старта
1. Услови за компресијско паљење су поремећени: Дизел мотори се ослањају на високу температуру на крају компресије да би изазвали спонтано паљење горива. Температура на крају компресије, Т_ц (температура на крају компресије)=Т_а (температура усисног ваздуха) * ε^(н-1) (где је ε степен компресије). Ниска температура на великим висинама доводи до смањења температуре усисног ваздуха Т_а. У исто време, због фактора као што је расипање топлоте са зида цилиндра, још је теже да притисак и температура на крају компресије достигну тачку спонтаног паљења дизела (обично око 250 степени).
Решење: Неопходно је да се ослоните на помоћне уређаје за покретање као што су чепови за предгревање усисног ваздуха, предгрејачи воде у цилиндару и акумулаторе са високом{0}}акумулацијом енергије да бисте обезбедили хладно покретање повећањем температуре на почетку компресије и побољшањем стартне брзине.
2. Погоршање карактеристика емисије
Оштар пораст емисије чађи: У условима великог оптерећења без ограничења количине горива, локални недостатак кисеоника доводи до пуцања горива при високим{0}}температурама, стварајући велику количину чађи и честе регенерације ДПФ-а.
Повећане емисије ЦО и ХЦ: Такође због непотпуног сагоревања.
ИИИ. Разлике у системима за пуњење: од подршке до олова
На платоу, турбопуњач више није само компонента за повећање снаге, већ систем за одржавање живота који одржава основни рад дизел мотора.
Померање радне тачке турбопуњача
Ризик од пренапона: Усисни ваздух ниске{0}}густине на великим висинама узрокује да се радна тачка компресора приближи линији пренапона. При малим брзинама и великим оптерећењима (као што је при пењању), вероватно ће доћи до пренапона, које карактеришу јаке вибрације и абнормална бука, која може оштетити турбопуњач.
Опасност од превелике брзине: На великим висинама, због нижег притиска околине, отпор издувних гасова се смањује. У условима велике{1}}брзине и великог-оптерећења, брзина ротације турбопуњача може да премаши пројектовану границу, узрокујући пуцање лопатица турбине.
Примена напредне технологије пуњења
Турбина са променљивом геометријом (ВГТ): Ово је оптимално решење за{0}}висинске дизел моторе. Подешавањем угла прстена млазнице, ВГТ смањује попречни пресек протока-при малим брзинама, повећавајући брзину издувних гасова, чиме значајно побољшава-одзив на турбо пуњење и обртни момент, ефикасно превазилазећи заостајање снаге на великим висинама. При великим брзинама повећава попречни-пресек да би спречио недовољну запремину усисног ваздуха, што би могло да доведе до високих температура издувних гасова и прекомерне{6}}брзине турбопуњача.
Двостепено{0}}компресор: усваја комбинацију малог турбо и великог турбо или механичког компресора и турбо пуњења. Механички компресор или мали турбо осигурава брзу реакцију при малим брзинама, док је велики турбо одговоран за велику излазну снагу, пружајући довољан притисак појачања у ширем опсегу радних услова.
Важност турбо пуњења и међухлађења: У окружењима велике{0}}висине, температура ваздуха након турбо пуњења је такође веома висока. Интеркулер може ефикасно смањити температуру усисног ваздуха и повећати густину усисног ваздуха, што је кључна карика у побољшању ефикасности турбо пуњења.
ИВ. Решења за критичне системе и рањиве компоненте
Систем горива:
Предности цоммон раил система високог-притиска: Модерни електронски контролисани цоммон раил системи могу динамички да исправљају МАП дијаграм убризгавања горива на основу информација са сензора надморске висине (или израчунатих преко МАП сензора), постижући прецизну контролу количине горива и вишеструко убризгавање (пилот убризгавање, главно убризгавање, накнадно убризгавање и убризгавање) и оптимизују баланс високе снаге при високој снази.
Ињектори горива: Лоше сагоревање на великим висинама може лако довести до наслага угљеника на бризгаљкама горива и хабања делова који се спајају. Неопходно је користити-квалитетно гориво и наменске адитиве за дизел, као и скратити циклус замене филтера за гориво.
Систем за хлађење:
Систем за хлађење-великог капацитета, високе-тачке-тачке кључања: Мора се користити антифриз са високо-тачком- кључања да би се спречило превремено кључање расхладне течности због смањеног атмосферског притиска. Ако је потребно, надоградите на-пумпу за воду са великим протоком и вентилатор хладњака.
Систем подмазивања:
Подмазивање турбо пуњача: Турбине које раде у условима дуготрајног-високог-оптерећења на великим висинама имају изузетно високе захтеве за детерџентом на високој{2}}температури и отпорношћу на смицање моторног уља. Треба користити само потпуно синтетичка или полу{4}}синтетичка- уља за дизел моторе за тешке услове рада ЦИ-4 или више.
Усисни систем:
Одржавање ваздушних филтера: Због јаког ветра и песка на великим{0}}областима, ваздушни филтери су склони зачепљењу, што повећава отпор усису и ствара комбиновани ефекат велике надморске висине и зачепљења. Неопходно је да користите високо{2}}ефикасне филтере за ваздух и да их често прегледате и чистите.
Закључак и изглед
Радни-услови на великој надморској висини представљају врхунски тест за свеобухватну технологију дизел мотора. Побољшање њиховог учинка је систематски пројекат, а не надоградња једне компоненте. Будући правац развоја лежи у:
1. „Механичка-Електрична-Пнеуматска“ интегрисана интелигентна контрола: Стратегија адаптивне контроле у пуном-домену мотора заснована на-висини у реалном времену и параметрима окружења.
2. Дубока интеграција напредних система за појачавање: Даља оптимизација и смањење трошкова ВГТ и двостепених технологија за појачавање.
3. Синергистичко прилагођавање система после{1}}третмана: стратегија регенерације ДПФ-а прилагођена карактеристикама велике{2}}висине.
За кориснике, разумевање ових основних принципа значи да су у могућности да научније бирају моделе, да их прецизније одржавају и безбедно ослободе моћан потенцијал дизел мотора у окружењима велике{0}}висине.