Mengapa mesin bensin perlu mempertahankan rasio udara-bahan bakar, sedangkan mesin diesel tidak?

Pertanyaan sederhana ini telah mengganggu saya untuk sementara waktu. Jumlah bahan bakar yang disuntikkan ke mesin bensin dihitung sesuai dengan jumlah udara yang masuk melalui katup throttle (yang diukur dengan sensor aliran udara absolut / manifold massa udara). Namun jumlah bahan bakar yang disuntikkan ke mesin diesel hanya tergantung pada pedal press dan udaranya dapat disedot ke dalam silinder dengan bebas. Itu berarti dalam operasi normal diesel berjalan sangat ramping dan bensin terus mempertahankan rasio stoikiometrik (situasi beban tinggi tidak dipertimbangkan). Mengapa mesin bensin tidak bisa berjalan ramping tanpa katup throttle juga, hanya tergantung pada jumlah bahan bakar yang disuntikkan?

Sepertinya Anda sudah tahu mengapa mesin bensin menjaga rasio bahan bakar / udara sedekat mungkin dengan rasio stoikiometrik, tetapi hanya demi informasi untuk orang lain: Rasio bahan bakar / udara stoikiometrik adalah jumlah oksigen yang diperlukan untuk membakar semua bensin sepenuhnya. Luka bakar "lean" meninggalkan sisa oksigen dan luka bakar "kaya" berarti bensin tidak terbakar sepenuhnya.

Diesels berjalan ramping karena, menurut situs web ini:

Dalam mesin diesel, bahan bakar disuntikkan ke dalam ruang bakar di dekat ujung langkah kompresi dan menyala secara spontan. Ini bertanggung jawab atas suara pembakaran yang dihasilkan oleh mesin diesel yaitu musik di telinga setiap orang yang membaca majalah ini. Ketika pencampuran antara bahan bakar dan udara terjadi, pembakaran berlanjut. Proses ini sangat heterogen (karena bahan bakar dan udara dicampur dalam ruang bakar, ia tidak seragam seperti pada mesin gas yang memiliki campuran yang dibuat sebelum memasuki kepala silinder). Jelaga terbentuk selama pembakaran karena beberapa bahan bakar terbakar dengan oksigen yang tidak mencukupi, dan pembakaran bahan bakar tidak selesai. Saat bahan bakar tambahan disuntikkan, semakin banyak jelaga yang dihasilkan. Karena itu, rasio udara / bahan bakar mesin diesel harus selalu lebih ramping daripada stoikiometrik untuk mencegah jumlah asap yang berlebihan. Karena alasan ini, diesel hasil modifikasi yang tinggi akan menghembuskan asap hitam karena ia dipicu oleh tenaga listrik saja tanpa mempedulikan generasi jelaga. Diesel bebas-rokok memiliki lebih sedikit bahan bakar di dalam silinder daripada di dalam silinder mesin bensin, dan oleh karena itu tenaga diesel berkurang dibandingkan.

Bensin disuntikkan sebelum dinyalakan, sehingga memiliki waktu untuk bercampur lebih homogen. Diesel disuntikkan ke ujung stroke kompresi, sehingga terbakar di bawah tekanan segera sebelum memiliki waktu untuk menyebar ke seluruh udara yang tersedia. Seperti yang dinyatakan dalam kutipan di atas, menjalankan lean engine diesel merupakan upaya untuk mengurangi jumlah jelaga yang dihasilkan, yang mengurangi emisi.

Edit

Untuk menjawab pertanyaan Anda tentang apa yang terjadi pada mesin bensin yang terbakar lean.

Menyuntikkan bensin ke mesin memiliki efek pendinginan. Mesin lean-burning, di mana ada lebih sedikit bensin daripada yang diperlukan untuk mencapai rasio stoikiometrik, akan berjalan lebih panas daripada mesin yang berjalan dengan rasio stoikiometrik atau yang menjalankan kaya. Berlari terlalu ramping dan Anda berisiko terlalu panas dan keausan ekstra pada komponen mesin seperti seal. Pada rasio kompresi yang lebih tinggi, engine ramping dapat lebih efisien bahan bakar dan menghasilkan lebih sedikit emisi karbon. Kelemahannya adalah ada lebih banyak emisi NOx yang memerlukan catalytic converter yang lebih kompleks daripada kebanyakan kendaraan modern.

Saya juga harus menjernihkan hukuman akhir Anda. Akselerator Anda terhubung ke katup throttle (baik secara langsung atau "drive by wire") dan mengontrol berapa banyak udara yang diizinkan masuk ke engine. Itu tidak secara langsung mengontrol berapa banyak bensin yang disuntikkan. Sensor aliran massa mendeteksi berapa banyak udara yang dilewatkan ke mesin, meneruskan informasi itu ke ECU, dan ECU mengontrol berapa banyak bahan bakar yang disuntikkan. Apakah mobil Anda berjalan ramping atau kaya ditentukan oleh ECU melalui input dari sensor aliran massa, sensor O2 , dan / atau pengaturan pabrikan atau pengguna. Pada zaman karburator, mudah untuk menyetel mesin agar kaya atau bersandar, tetapi Anda membutuhkan peralatan khusus untuk menyesuaikan pengaturan dalam ECU.

Ngomong-ngomong, ada berbagai alasan produsen atau pemilik kendaraan mungkin ingin menjalankan mesin mereka yang ramping atau kaya karena kinerja, pendinginan, atau penghematan bahan bakar.

Saya sangat terkejut bahwa tidak ada yang menyebutkannya secara khusus, tetapi jawabannya adalah ledakan. Poisson Fish sudah dekat, tetapi keausan tambahan dari kenaikan suhu silinder bukan masalah utama. Masalah utama adalah panas ekstra yang menyebabkan bensin menyala sendiri sebelum percikan dan menghancurkan motor.

Diesel tidak mengalami masalah ini karena pada dasarnya bekerja berdasarkan prinsip ini - diesel menyala segera setelah memasuki silinder.

Dugaan saya adalah jika bensin memiliki peringkat oktan yang jauh lebih tinggi maka secara teknis kita bisa menjalankannya seperti diesel.

Jika Anda mencampurkan diesel dengan udara sebelum memasuki silinder dan kemudian mengompresnya dengan langkah kompresi normal (mesin Diesel), itu pasti akan meledak sebelum Anda mencapai pusat mati teratas. Namun dalam operasi normal, diesel disemprotkan ke dalam silinder dan terbakar saat keluar dari injektor dan bersentuhan dengan udara panas. Hanya diesel yang memasuki ruang bakar yang menyala. Karena tidak ada bahan bakar lain, tidak ada yang bisa meledak. Mesin pengapian percikan memiliki semua bahan bakar dan udara yang ada di ruang bakar siap dan menunggu percikan untuk memulai penyalaan. Kemudian api depan bergerak keluar dari busi. Jika tekanannya terlalu tinggi atau suhunya terlalu tinggi atau ada titik panas di silinder, seluruh campuran udara bahan bakar bisa meledak sekaligus. Sebagai catatan: - Diesel sebenarnya bisa digunakan pada mesin pengapian percikan. Kami pernah memiliki traktor dengan tangki bensin kecil dan diesel besar atau tangki minyak tanah. Anda mulai menggunakan bensin, beralih ke diesel ketika mesin telah melakukan pemanasan, dan beralih kembali ke bensin sebelum dimatikan, untuk memastikan ada bensin di karburator yang siap untuk start berikutnya. Tidak mungkin untuk mulai dingin menggunakan diesel, dan tidak bekerja dengan baik saat bensin panas. Saya percaya rasio kompresi lebih tinggi dari bensin normal tetapi diesel kurang dari normal, dan bensin akan menyebabkan ledakan ketika temps semakin tinggi sebelum Anda beralih ke diesel. untuk memastikan ada bensin di karburator siap untuk start berikutnya. Tidak mungkin untuk mulai dingin menggunakan diesel, dan tidak bekerja dengan baik saat bensin panas. Saya percaya rasio kompresi lebih tinggi dari bensin normal tetapi diesel kurang dari normal, dan bensin akan menyebabkan ledakan ketika temps semakin tinggi sebelum Anda beralih ke diesel. untuk memastikan ada bensin di karburator siap untuk start berikutnya. Tidak mungkin untuk mulai dingin menggunakan diesel, dan tidak bekerja dengan baik saat bensin panas. Saya percaya rasio kompresi lebih tinggi dari bensin normal tetapi diesel kurang dari normal, dan bensin akan menyebabkan ledakan ketika temps semakin tinggi sebelum Anda beralih ke diesel.

Jawaban lain gagal untuk mencatat bahwa rasio udara-bahan bakar tergantung pada posisi Anda mengukurnya. Jadi, meskipun rasio udara-bahan bakar rata-rata di atas seluruh silinder adalah ramping (sangat ramping sehingga pembakaran tidak akan mungkin jika campuran itu homogen), sangat dekat dengan titik injeksi, itu sangat kaya (begitu kaya sehingga pembakaran tidak t mungkin), dan sedikit lebih jauh dari titik injeksi stoikiometrik, dan dengan demikian bahan bakar terbakar.

Sebenarnya, mesin bensin tidak perlu mempertahankan rasio udara-bahan bakar stoikiometrik. Ada mesin bensin injeksi langsung seperti ada mesin diesel. Mesin bensin injeksi langsung juga sangat dekat dengan rasio udara-bahan bakar yang kaya titik injeksi, tetapi sedikit lebih jauh itu stoikiometrik dan dengan demikian bahan bakar terbakar, meskipun secara global rasio udara-bahan bakar bisa ramping.

Namun, masalah rasio udara-bahan bakar ramping adalah bahwa ada terlalu banyak oksigen, sehingga memungkinkan nitrogen di udara untuk membakar berbagai oksida nitrogen. NOx yang dihasilkan adalah polutan, dan di masa depan akan mencegah semua mesin menggunakan rasio udara-bahan bakar ramping untuk mematuhi peraturan, kecuali jika beberapa jenis sistem SCR digunakan. Jadi, kecuali Anda suka menambahkan cairan SCR secara manual, satu-satunya pilihan di masa depan adalah mesin stoikiometrik.

Karena dalam percikan api mesin membatasi aliran udara adalah satu-satunya cara untuk mengendalikan mesin RPM. Akan sulit untuk mengontrol RPM mesin dengan memvariasikan bahan bakar saja tanpa membatasi aliran udara. Ini karena dalam mesin pengapian percikan api dimulai di mana busi terletak dan bergerak menjauh dari titik itu. Sedangkan dalam mesin pengapian kompresi, pengapian dimulai di mana pun bahan bakar berada setelah disuntikkan. Juga mesin pengapian kompresi kompresi langsung bukan campuran homogen karena bahan bakar tidak cukup waktu untuk bercampur dalam ruang pembakaran sebelum pengapian. Anda dapat melihat ini di video YouTube dari kamera di dalam mesin diesel. Dalam video tersebut Anda dapat benar-benar melihat jejak bahan bakar yang menyala saat mereka menyemprot dari nozzle injektor. Juga ketika saya masih kecil, saya memiliki mesin pemotong rumput tua dan saya sering bermain-main dengan sekrup penyesuaian campuran dan dengan membuat mesin berjalan lebih ramping saya bisa mencapai RPM yang lebih tinggi tanpa benar-benar menggerakkan pelat throttle. Saya tidak benar-benar mengerti mengapa campuran bahan bakar yang lebih ramping menghasilkan suhu yang lebih tinggi tetapi bisa jadi karena ada jarak yang lebih besar antara tetesan bahan bakar karena ada lebih sedikit dari mereka masing-masing tetesan dapat diberi lebih banyak waktu untuk membakar dan karenanya menghasilkan lebih banyak panas tapi saya tidak yakin itu hanya sebuah teori.

Mesin bensin dijalankan sedekat mungkin dengan rasio stoikometrik karena pada pita itu, catalytic converter berada pada tingkat yang paling efisien .
Campuran kaya bahan bakar dihindari karena ini dapat merusak konverter.

Udara

Mesin diesel tidak menggunakan plat throttle untuk kontrol udara, plat throttle selalu terbuka.

Ini berarti bahwa mesin diesel selalu menarik udara dalam jumlah maksimum, dan tenaga diatur oleh jumlah bahan bakar yang disediakan. Dengan plat throttle engine bensin mengontrol jumlah udara yang masuk ke engine, jumlah ini akan bervariasi tergantung pada beban dan dengan demikian kebutuhan akan kontrol rasio udara-bahan bakar.

Semoga itu bisa membantu.