Brandpunt benzinedamp

[Antoon]

Goedendag, ik zit met een probleem.

Bij een diesel motor word diesel in een cilinder met hoge druk (ong. 22 bar) die cilinder ingespoten door een injector. Door de enorme druk en de lage klopvastheid van diesel ontbrand het vernevelde diesel, en neemt de druk nog veel verder toe (expansie van het gas) en kan er arbeid worden verricht

Bij een benzine motor is de maximale luchtdruk voor ontbranding zo'n 10bar(als de lucht en benzinedamp kamertemperatuur hebben). Dan stuurt de bobine een vonk naar een bougie en ontbrand het mengsel van lucht en benzinedamp.

Het kan voorkomen dat als een benzinemotor erg warm is het zelfde effect als bij een diesel optreed (zie boven) en de benzine al ontbrand voordat de vonk is geweest. Een oplossing hiervoor is om een benzine te nemen met hogere klopvastheid (hoger octaan getal).

Dit verhaal horend komt bij mij het vermoeden op dat het brandpunt van benzinedamp (temperatuur) afhankelijk is van de druk waaronder het verkeert. Heeft iemand een grafiek voor mij dat het verband weer geeft tussen het brandpunt van benzinedamp en de druk waaronder het verkeert?

[jhnbk]

De vraag van de topic past beter in "Thermodynamica en Stromingsleer" en is daarom verplaatst.

[Fred F.]

Bij een benzine motor is de maximale luchtdruk voor ontbranding zo'n 10bar(als de lucht en benzinedamp kamertemperatuur hebben).

Dit verhaal horend komt bij mij het vermoeden op dat het brandpunt van benzinedamp (temperatuur) afhankelijk is van de druk waaronder het verkeert. Heeft iemand een grafiek voor mij dat het verband weer geeft tussen het brandpunt van benzinedamp en de druk waaronder het verkeert?

Hier is wellicht sprake van een misverstand. Een benzinemotor heeft een compressieverhouding van 10 - 11. Dit is een volumeverhouding, geen drukverhouding. Om de druk en temperatuur te berekenen bij een bepaalde volume-compressieverhouding moet men de wetten van Poisson gebruiken:

P.Vⁿ = constant

T.V^n-1 = constant

Tⁿ/P^n-1 = constant

n = polytropische coefficient

T = absolute temperatuur

Indien de compressie isentropisch (omkeerbaar adiabatisch) zou zijn dan is n = k = Cp/Cv. In werkelijkheid is compressie nooit isentropisch en in een benzinemotor ook niet adiabatisch want het motorblok wordt immers gekoeld.

Stel dat in werkelijkheid voor dit specifieke geval geldt dat n = 1,3 en de compressieverhouding V1/V2 = 10 is, dan is na compressie, maar vóór ontsteking:

P2/P1 = (V1/V2)ⁿ = 10^1,3 = 20

T2/T1 = (V1/V2)^n-1 = 10^0,3 = 2,0

of zo men wil: T2/T1 = (P2/P1)^(n-1)/n = 20^0,231 = 2,0

Een benzine met een bepaald oktaangetal heeft een bepaalde zelfontbrandingstemperatuur. Hoe hoger het oktaangetal hoe hoger de zelfontbrandingstemperatuur. Ik sluit niet uit dat de absolute druk daar een (klein) effect op heeft maar dat is niet waar het om gaat: het is de luchttemperatuur T2 ten gevolge van de compressie (tot V2 en P2) die het probleem is, en daardoor in de praktijk de (volume)compressieverhouding limiteert tot ongeveer 10 voor de huidige benzine (euro95).

[wombat]

k lucht is dacht ik 1,4. dat betekent dat T2=2,5xT1.

Waar ik niet goed uitkom is de temperatuur na energietoevoer. (Ottoproces)

Q=mCv(T3-T2)

Benzine 4,4x10^6 J bij 100 gram. Verhouding benzine -lucht 1:14,7 dus 1,47 Kg lucht.

T2 = ca. 670K.(na compressieslag)

Als ik dit invul wordt de temp zeer hoog > 4500 K. Ik vraag mij af of dit klopt en wat eventueel de fout is.

[Antoon]

Bedankt voor je antwoord Fred F. hier kan ik zeker wel mee voorruit.

Ook ik ben benieuwd naar het antwoord op wombat's vraag. Is de verhouding bezine : lucht als 1:14 niet een volume verhouding? (ik gok maar wat)

[Fred F.]

k lucht is dacht ik 1,4. dat betekent dat T2=.......

...........

Q=mCv(T3-T2)

Benzine 4,4x10^6 J bij 100 gram. Verhouding benzine -lucht 1:14,7 dus 1,47 Kg lucht.

T2 = ca. 670K.(na compressieslag)

Als ik dit invul wordt de temp zeer hoog > 4500 K

Het gaat niet om k maar om n. Zoals ik al eerder schreef: alleen voor isentropische compressie geldt dat n = k maar dat is bij een benzinemotor niet het geval.

De adiabatische vlamtemperatuur berekenen is iets moeilijker dan jij hier probeert. De samenstelling van het gasmengsel verandert behoorlijk door de verbranding. De verbrandingswarmte van de benzine, 44 MJ/kg, is de enthalpieverandering bij 25 oC. Je moet dus eerst de enthalpie H₂ van de lucht plus de brandstof berekenen ten opzichte van die 25 oC, en daarbij de verbrandingswarmte optellen om de enthalpie H₃ van het verbrande mengsel t.o.v. 25 oC te verkrijgen. Daarna moet je uit die H₃ samen met de samenstelling van het verbrande mengsel de temperatuur T₃ iteratief berekenen. Of een grafiek maken en bij verschillende waarden van T de enthalpie H (t.o.v. 25 oC) berekenen en aflezen bij welke temperatuur H gelijk is aan H₃.

Het kost wat moeite maar dan heb je ook wat. Hoewel, dan heb je nog alleen maar de adiabatische vlamtemperatuur, en een benzinemotor werkt niet adiabatisch want hij wordt immers gekoeld.

[wombat]

Het gaat niet om k maar om n. Zoals ik al eerder schreef: alleen voor isentropische compressie geldt dat n = k maar dat is bij een benzinemotor niet het geval.

De adiabatische vlamtemperatuur berekenen is iets moeilijker dan jij hier probeert. De samenstelling van het gasmengsel verandert behoorlijk door de verbranding. De verbrandingswarmte van de benzine, 44 MJ/kg, is de enthalpieverandering bij 25 oC. Je moet dus eerst de enthalpie H₂ van de lucht plus de brandstof berekenen ten opzichte van die 25 oC, en daarbij de verbrandingswarmte optellen om de enthalpie H₃ van het verbrande mengsel t.o.v. 25 oC te verkrijgen. Daarna moet je uit die H₃ samen met de samenstelling van het verbrande mengsel de temperatuur T₃ iteratief berekenen. Of een grafiek maken en bij verschillende waarden van T de enthalpie H (t.o.v. 25 oC) berekenen en aflezen bij welke temperatuur H gelijk is aan H₃.

Het kost wat moeite maar dan heb je ook wat. Hoewel, dan heb je nog alleen maar de adiabatische vlamtemperatuur, en een benzinemotor werkt niet adiabatisch want hij wordt immers gekoeld.

In het boek wat ik heb wordt het Otto proces beschouwd als 1 isentrope compressie, 2 warmtetoevoer Q=mCv(T3-T2), isentrope expansie, en 4 warmteafvoer. Q=mCv(T4-T1) waarbij vermeld wordt dat het laatste niet plaats vindt omdat de hete gassen de cylinder meteen verlaat.

In fette is het alleen het N2 gas dat onverandert blijft. O2 bestaat niet meer en is veranderd in H2O en CO2.

Dus het gaat dan eigenlijk om de Cv van H2O (gas) en CO2.

Maar of dat zo'n verschil maakt.

[wombat]

Het is een tamelijk ingewikkeld onderwerp als ik dat zo her en der op het net probeer te volgen.

de temp. volgens bronnen ligt tussen de 2500 en 2800 graden celsius.

De eerste fase is de verbranding (diesel) van waterstof met veel roetontwikkeling. Daarna wordt het roet verbrand doordat er al redelijk hoge temp. heersen. Zijn deze temp. aan de hoge kant dan wordt de vlam weer wat gekoeld door de vorming van NOx. (indien voldoende zuurstof aanwezig is).

Uitgaande van de begin en eindtemp. van het gasmengsel op het bovenste dode punt van de zuiger zou de gemiddelde Cv gasmengsel uitgerekend kunnen worden.