J'ai appris dans cette question que le fonctionnement d'un moteur pauvre en carburant augmentera la température d'allumage, entre autres, comme causer des problèmes avec le convertisseur catalytique. Je ne sais pas comment ni pourquoi.
Comment et pourquoi exactement un carburant pauvre (ou riche en oxygène) augmente-t-il la température d'inflammation?
Réponses:
Vous avez une description qualitative de ce qui se passe, mais décomposons-la à une échelle plus petite. Lorsque nous parlons de «température» de quelque chose, nous parlons vraiment de la vitesse à laquelle les molécules se déplacent et rebondissent les unes sur les autres. La «température» est vraiment «l'énergie cinétique». Et il s'avère qu'il existe d'autres types d'énergie en plus de se déplacer dans l'espace - les molécules peuvent tourner, elles peuvent vibrer et leurs électrons peuvent être excités et se déplacer par rapport au noyau. Chacune de ces énergies peut également être une "température", vous pouvez donc avoir une température de translation (ce à quoi nous pensons normalement), mais vous pouvez avoir une température de rotation, une température de vibration et des températures électroniques.
Les molécules échangent de l'énergie entre elles en entrant en collision les unes avec les autres. Quand ils le font, ils répartissent également l'énergie entre eux. La fréquence à laquelle ils entrent en collision détermine la vitesse à laquelle l'énergie devient uniforme, et cela définit la vitesse à laquelle ils atteignent ce qu'on appelle l'équilibre. Lorsque toutes les différentes températures sont identiques, l'état est en équilibre et nous n'avons pas à nous soucier de garder une trace de tous les différents types de température. Pour la plupart des processus qui se produiraient dans un moteur, il y a plus que suffisamment de temps pour atteindre l'équilibre et nous n'avons donc pas à nous soucier trop des effets de non-équilibre.
Maintenant, dans les réactions chimiques, les molécules se séparent et en forment de nouvelles. Si les nouveaux ont moins d'énergie, la différence d'énergie est libérée sous forme de chaleur. Si les nouveaux ont plus d'énergie, la réaction nécessite d'ajouter de l'énergie pour y arriver. De toute évidence, les moteurs deviennent chauds, de sorte que leurs réactions libèrent de l'énergie et nous exploitons cette énergie pour déplacer le véhicule.
Ainsi, les molécules se séparent. Et ils se désagrègent quand ils commencent à vibrer si fort que les liaisons entre les atomes ne peuvent plus les maintenir ensemble. La seule façon de faire vibrer la molécule est de faire entrer en collision une autre molécule avec suffisamment d'énergie et un transfert d'énergie suffisamment efficace pour déclencher les vibrations. Et l'énergie doit être suffisamment élevée pour que la vibration fasse s'effondrer les molécules.
En modifiant la quantité de carburant dans le mélange, vous modifiez les types de collisions qui peuvent se produire. Et ce n'est pas exactement simple, mais certaines molécules échangent mieux l'énergie avec d'autres. Pour faire tomber la molécule de carburant, ils doivent entrer en collision avec d'autres molécules de carburant avec une certaine énergie ou avec d'autres molécules d'oxygène avec plus d'énergie. Si vous ajoutez plus que la quantité habituelle d'oxygène (run lean), vous devez également rendre cet oxygène plus chaud afin que les molécules aient plus d'énergie lorsqu'elles entrent en collision et puissent faire vibrer le carburant suffisamment fort pour se désagréger. À l'inverse, si vous utilisez du carburant riche, vous avez plus de molécules de carburant qui peuvent entrer en collision et se désagréger, mais moins de molécules d'oxygène pour qu'elles se combinent et dégagent de la chaleur. Ceci (et quelques autres effets) fait baisser la température finale de la flamme.
Sur la base d'une longue conversation sur la question, remettons tout cela dans le contexte d'un moteur. Pour un moteur à gaz à injection directe, l'air est aspiré dans le cylindre, le piston le comprime, puis le carburant est pulvérisé dans le cylindre. Une bougie d'allumage déclenche alors une étincelle dans la chambre. Ce dépôt d'électrons excite les molécules du mélange air-carburant - il ionise en fait l'air (retire les électrons des molécules) et tout cela ajoute un tas d'énergie aux molécules. Cette énergie est l'énergie initiale requise pour démarrer la combustion.
Pour une condition pauvre en carburant, j'ai dit qu'il fallait plus d'énergie pour démarrer la réaction et je l'ai formulée en termes de température d'allumage plus élevée. La température d'allumage provient de cette bougie (pour un moteur froid - les moteurs chauds contribuent également à la chaleur des cylindres eux-mêmes). Dans des conditions de fonctionnement normales, les bougies d'allumage fournissent plus qu'assez d'énergie pour s'enflammer. Au fur et à mesure que les conditions de fonctionnement s'amincissent, la bougie fournit la même quantité d'énergie - mais c'est toujours assez d'énergie pour s'enflammer. Finalement, pour des conditions suffisamment maigres, ce ne sera pas assez d'énergie. C'est un raté maigre .
Les moteurs diesel fonctionnent différemment. Pour des raisons d'argument, tenons-nous à nouveau à une injection directe. Le cylindre se remplit d'air, le piston le comprime et le carburant est injecté. Il n'y a cependant pas d'étincelle pour déclencher la réaction. Les moteurs diesel reposent uniquement sur la création de pressions suffisamment élevées pour enflammer le mélange. Une pression élevée signifie une densité élevée et cela signifie plus de collisions pour répartir l'énergie (les molécules n'ont pas besoin d'aller aussi loin pour se heurter). En tout cas, les mêmes idées s'appliquent. Dans des conditions pauvres, il faudrait une pression plus élevée pour s'enflammer. Dans des conditions idéales, le moteur comprime plus que ce qui est exactement nécessaire, donc lorsqu'il fonctionne à faible consommation de carburant, il a encore suffisamment de compression pour s'enflammer. Si vous allez si maigre que la compression n'est plus assez élevée, vous obtiendrez à nouveau un raté maigre. Les bougies de préchauffage peuvent aider tout cela en chauffant les cylindres et en aidant à ajouter de la chaleur au mélange et à déclencher les réactions.
Dans les deux moteurs, une fois qu'ils ont fonctionné pendant un certain temps, les parois du cylindre chauffent et nécessitent moins d'apport (d'étincelles ou de compression) pour que la réaction se produise. Mais pour les moteurs froids, il a besoin de ce dépôt d'énergie initial pour faire avancer les réactions. De nombreux calculateurs sont configurés pour brûler riches en carburant lorsque le moteur démarre, car il est plus facile à allumer; à mesure qu'ils chauffent, le mélange devient plus maigre et réduit les émissions et la consommation de carburant. Vous connaissez peut-être les starter manuels sur des choses comme les tondeuses à gazon - le starter est ce qui change le mélange carburant-air et pour démarrer le moteur, vous devez régler le starter pour qu'il soit riche en carburant.
Pour ceux qui sont intéressés, sur la base de la discussion que nous avons eue dans les différents fils de commentaires, je suis allé de l'avant et j'ai donné un exemple concret de la manière / pourquoi la température peut augmenter lorsque la flamme est pauvre en carburant. La conversation dans le chat est mise en signet ici .
Drôle, vous devriez demander à ce Max :)
Assurons-nous d'abord de notre définition. Faire tourner le moteur au ralenti signifie changer le rapport air / carburant pour avoir plus d'air que l'idéal (14,7: 1 air / carburant).
Dans ma lecture, il y a deux effets.
Premièrement, le carburant est un liquide atomisé qui a un effet de refroidissement sur la chambre de combustion. Donc moins de carburant, moins d'effet de refroidissement.
Deuxièmement, les flammes brûlent plus rapidement et plus chaudement en présence de plus d'oxygène. Plus d'air par rapport au carburant que d'habitude, signifie plus d'oxygène que d'habitude. La flamme brûle donc plus chaud et plus vite qu'elle ne devrait. Les deux vont augmenter la température de la chambre de combustion.
Excellente question, j'étais moi-même curieux à ce sujet, alors j'ai commencé à en lire un peu.
J'espère que ça aide!
Si vous avez déjà vu une torche oxy-acétylène utilisée, vous aurez remarqué qu'avant d'allumer l'oxygène, la torche a une flamme jaune vif. Il s'agit du carburant brûlant dans une quantité d'oxygène moins qu'idéale. La flamme est relativement froide et produit beaucoup de suie.
Lorsque l'oxygène est allumé, la flamme devient bleue et devient suffisamment chaude pour faire fondre l'acier.
Vous avez peut-être aussi vu quand trop d'oxygène est allumé, la flamme s'éteint avec un pop.
Le carburant pauvre est le même que riche en oxygène.
Dans un moteur, le carburant veut brûler efficacement, mais pas trop chaud pour qu'il commence à faire fondre les pistons, ou peut-être même à exploser violemment, ce qui entraînera également des dommages.
Un article de Wikipédia - Un mélange stoechiométrique brûle malheureusement très chaud et peut endommager les composants du moteur si le moteur est placé sous une charge élevée à ce mélange carburant-air. En raison des températures élevées de ce mélange, une détonation du mélange carburant-air peu de temps après la pression maximale du cylindre est possible sous une charge élevée (appelée cliquetis ou cliquetis). La détonation peut endommager gravement le moteur, car la combustion incontrôlée du mélange air-carburant peut créer des pressions très élevées dans le cylindre. En conséquence, les mélanges stœchiométriques ne sont utilisés que dans des conditions de faible charge. Pour les conditions d'accélération et de charge élevée, un mélange plus riche (rapport air – carburant plus faible) est utilisé pour produire des produits de combustion plus froids et ainsi empêcher la détonation et la surchauffe de la culasse.
https://en.m.wikipedia.org/wiki/Air –fuel_ratio
Désolé, je ne peux pas faire fonctionner le lien - copiez et collez dans le navigateur.
La température du moteur augmente car l'allumage du carburant est plus lent . Il faut plus de temps pour que le carburant brûle car il y en a moins.
Le carburant lui-même a la même quantité de BTU disponible en le brûlant, que vous utilisiez ou non de l'oxygène supplémentaire. PÉRIODE. Lorsque vous soufflez sur les charbons de votre feu, ils deviennent plus chauds mais brûlent plus rapidement. Ils dégagent la même quantité de chaleur, mais dans un délai beaucoup plus court.
Imaginez votre cylindre comme une cabine en hiver. Si vous preniez une bûche et la brûliez en une minute, les articles près du poêle où cette bûche brûlait chaufferaient considérablement et pourraient fondre, mais la plus grande partie de la chaleur sortirait par la cheminée. Si vous n'aviez qu'une seule bûche par heure, la pièce serait très froide la plupart du temps. Prenez cette même bûche et brûlez-la lentement pendant une heure avant de la remplacer par une autre et moins de chaleur sort par l'échappement et reste dans la pièce.
La raison pour laquelle le moteur chauffe est que le carburant à combustion lente transfère plus de chaleur aux parties environnantes du moteur.
Vous oubliez tous quelque chose, la raison pour laquelle une légère brûlure de maigre peut être plus chaude que les rapports stochiomnetric est très simple. Cela concerne l'injection du carburant. Pour que le rapport stochiométrique fonctionne comme prévu, chaque atome d'oxygène unique devrait se coupler parfaitement avec une molécule de carburant avant l'inflammation. Ce n'est tout simplement pas possible, vous avez donc des molécules de carburant non brûlées dans votre combustion.
En ajoutant un peu plus d'air au mélange, vous pouvez vous assurer que tout votre carburant brûle à un degré plus élevé, ce qui, à terme, augmentera la température de votre combustion, en ajoutera trop et la capacité thermique de l'air en excès abaissera la température.
Arrêté ici après avoir regardé autour sans trop de succès pour une bonne explication sur la surchauffe due à la combustion pauvre dans un moteur. Voici mes deux cents sur le sujet:
1- Il est bien connu et documenté que la température de combustion maximale ou maximale est inférieure car le rapport air / carburant atmosphérique s'écarte de la stochiométrie, donc une combustion pauvre génère une température de pic plus basse que la stochiométrique, 14,7: 1 pour l'essence, par exemple. Bien qu'une combustion pauvre puisse être plus complète, la température de combustion maximale est plus basse en raison de l'effet de refroidissement de l'azote atmosphérique inerte supplémentaire dans une configuration pauvre. Rappelez-vous que l'air atmosphérique contient une quantité importante d'azote inerte et que ce vieux problème de la science populaire raconte la conception d'un moteur adiabatique par Smokey Yunick et ses tentatives pour installer un filtre d'élimination d'azote?
2- Il est également bien connu que la vitesse de toute réaction chimique ralentira à mesure que la concentration du réactif diminuera. Aussi attendu car plus les molécules de carburant s'éloignent les unes des autres, moins il y a de chance de favoriser une réaction en chaîne, réduisant ainsi considérablement la vitesse de combustion.
3- De plus, la quantité totale de chaleur générée est diminuée lors de la combustion pauvre comme prévu en raison de moins de combustible ou de contenu calorique impliqué dans une combustion pauvre. Alors pourquoi le résultat inattendu d'une surchauffe du moteur?
4- Il ne s'agit pas de moins de refroidissement disponible à partir de l'évaporation du carburant liquide, il est plus lié au bilan énergétique global du moteur. À mesure que la combustion ralentit, une plus grande partie de l'énergie thermique ne peut pas être convertie en énergie de travail d'arbre et est donc principalement expulsée sous forme de chaleur par le biais de l'orifice d'échappement. Cela se produit également si votre calage de l'allumage est retardé loin d'être optimal ... la chaleur de combustion pauvre, quoique moindre, ne peut pas être correctement convertie en travail d'arbre parce que la combustion était si tardive qu'elle n'est pas synchronisée avec le mouvement du pistons. C'est pourquoi Toyota a avancé le calage de l'allumage dans leurs anciens moteurs Lean Burning lorsqu'il a activé ce mode. Alors, où va la chaleur qui ne peut pas être convertie en travail de puits? ... en raison des lois de conservation de l'énergie, elle va apparaître quelque part ... eh bien,
Fondamentalement, à mesure que la combustion devient plus pauvre, le moteur commence à perdre une partie de son efficacité pour convertir l'énergie de combustion en énergie mécanique et fonctionne ainsi plus près d'un simple four à combustible adapté pour se chauffer. Les symptômes de ce type de surchauffe sont des soupapes d'échappement brûlées, une tonalité différente dans le bruit d'échappement et même un collecteur d'échappement incandescent, semblable à un moteur fonctionnant avec un calage d'allumage très retardé. Dans le cas de l'injection nitreuse, malgré le fait que les nitreux aient beaucoup d'effet de refroidissement, si accidentellement la combustion devient trop pauvre en raison d'une pénurie de carburant, le moteur fond littéralement. Dans ce cas, bien que le rapport de carburant soit beaucoup trop maigre, la quantité de carburant impliqué ou le contenu calorique pourrait encore être considérablement plus élevé que dans un moteur normal, donc encore plus d'énergie thermique ne sera pas convertie en travail d'arbre,
Je pense que les réponses sont incorrectes. Parce que l'hypothèse de la question est incorrecte. Nous devons d'abord décider plus chaud par rapport à quoi? et nous devons aussi savoir que c'est un fait, est-ce vraiment plus chaud ou est-ce un mythe? en outre, la quantité du rapport carburant / oxygène est importante, cette condition est-elle toujours vraie pour tous les rapports pauvres? Peut-être que la bonne question est pourquoi le mélange "légèrement" maigre est plus chaud que le mélange "légèrement" riche peut-être?
L'énergie thermique produite par le carburant est simplement liée à la quantité que vous brûlez. Vous brûlez moins, moins de chaleur est générée. Vous brûlez plus, plus de chaleur est générée. Aussi simple que cela. Ici, ce qui crée la chaleur, c'est l'énergie stockée dans le carburant (pour notre exemple, d'autres facteurs tels que les pressions, les frottements, etc. ne sont pas importants).
Si vous comparez un mélange riche avec un mélange pauvre, bien sûr, le mélange pauvre aura une production d'énergie plus élevée, car vous convertiriez tout le carburant en énergie. (plus de carburant brûlé = plus de chaleur) Mais cela dépend toujours de vos rapports de mélange, car si vous n'avez presque pas de carburant dans votre mélange, évidemment, il ne générera pas autant d'énergie.
Si vous comparez un mélange idéal avec un mélange pauvre, je pense qu'il devrait être encore plus frais (moins d'énergie thermique générée par la combustion) car vous obtiendriez moins de carburant et plus d'oxygène dans la chambre.