Адаптивное управление соотношением воздух/топливо в инжекторных двигателях внутреннего сгорания при наличии динамики измеряющего устройства
2006 , ТОМ 06, НОМЕР 10 ( МАЙ )
ISSN 2226-1494 (print), ISSN 2500-0373 (online)
Публикации
2022
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
Главный редактор
НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.
т.н., профессорПартнеры
Аннотация
В настоящее время развитие двигателестроения сопровождается как оптимизацией конструкции двигателей внутреннего сгорания, так и совершенствованием систем
автоматического управления. Наработанный за последние тридцать лет теоретический задел позволяет эффективно решать задачи управления двигателями с целью снижения
токсичности, увеличения экономических и мощностных показателей, а также оптимизации ряда параметров. Как известно, двигатель внутреннего сгорания является слож-
ным нестационарным объектом, работающем, как правило, в динамическом режиме Более того, ряд параметров двигателя являются недоступными для прямого измерения
(например, количество топлива, осаждаемого на стенки впускного коллектора).
Наличие этих свойств обусловливает необходимость использования специальных методов
управления, среди которых получили широкое распространение методы нелинейного и адаптивного управления.
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Топливно-воздушная смесь | Тюнинг ателье VC-TUNING
Информационная статья в разделе TT.
Топливно-воздушная смесь – смесь атмосферного воздуха и жидкого топлива с небольшим включением парообразной фазы. Для нормальной работы двигателя нужно правильное соотношение воздуха и топлива. Сбалансированная смесь имеет пропорцию 14,7:1 (на 1 часть топлива приходится 14,7 частей воздуха). Если увеличить количество топлива, смесь станет богатой, если уменьшить – бедной. Для большинства автомобилей при эксплуатации в стандартных условиях оптимальной является смесь сбалансированная смесь.
В результате сгорания такой смеси выделяется много тепла. Карбюратор/инжектор, находясь под нагрузкой (когда машина разгоняется), начинает понемногу обогащать смесь. Это способствует уменьшению температуры во время горения и помогает избежать детонации и неисправности двигателя.
Воздушный поток
Данный вопрос был рассмотрен в статье, посвященной тюнингу впускной системы. В продолжение темы впуска, поговорим о других составляющих этой системы, а также рассмотрим вопрос о подаче топлива.
Датчик воздушного потока
На автомобилях с инжекторной системой подачи топлива, воздушный фильтр прикреплен к датчику воздушного потока, или по-другому расходомеру воздуха, датчику массового расхода воздуха (ДМРВ) или датчику плотности потока (или MAF — Mass Air Flow). Как бы он ни назывался, предназначение у него одно – оценивать количество поступающего воздуха в двигатель. Сила и скорость воздушного потока обычно измеряется двумя видами датчиков: тепловыми и лопастными (напорными).
Есть еще другие типы датчиков, они менее распространены, поэтому речь о них не пойдет.
Тепловой датчик воздушного потока
Корпус датчика защищен проволочной сеткой, а для измерения скорости воздушного потока в нем имеется проволока. Решетка не допускает попадание грязи на проволоку, предотвращая поломку устройства. Некоторые мастера по тюнингу предпочитают устанавливать тепловой датчик без проволочной сетки. Так можно увеличить поток воздуха, поступающего в двигатель, примерно на 2%, но вместе с тем ускорится выход из строя датчика.
Лопастной (напорный) датчик воздушного потока
У такого датчика есть подвижная заслонка, которая натягивается пружиной. Другими словами, это просто лопасть на пружине. Чем больше растянулась пружина – тем интенсивнее напор воздуха. Напорный датчик имеет более жесткие ограничения, чем тепловой, но считается самым надежным.
На этом завершим повествование о датчиках воздушного потока. Перед тем, как установить тот или иной вариант, важно убедиться, что он будет корректно работать с имеющимся электронным блоком управления.
В ряде случаев придется перепрограммировать бортовой компьютер.
Корпус дроссельных заслонок
Многие увеличивают диаметр отверстия дроссельной заслонки путем уменьшения толщины внутренней стенки корпуса. В этом случае придется заменить лопасть большей по размеру. В идеале размер отверстия должен быть точно таким же, как у воздухозаборного канала.
В продаже имеются дроссельные заслонки увеличенного диаметра, однако придется изменять настройки холостого хода. Чтобы увеличить приток воздуха через корпус заслонки можно пойти другим путем: отшлифовать заслонку, то есть сгладить все неровности и острые углы. Это то же самое, что и портирование головки блока цилиндров.
Предупреждение: установка увеличенной дроссельной заслонки повысит приемистость и на малых оборотах может появиться неравномерность хода, поскольку даже при малейшем нажатии на педаль газа, заслонка будет открываться шире, чем стандартная. Чтобы этого не произошло, можно установить заслонку с двумя перегородками.
Они работают следующим образом: одна перегородка открывается на низких оборотах двигателя, но как только обороты возрастают, открывается вторая.
К двигателю можно крепить две и более дроссельные заслонки, по одной на каждую воздухораспределительную камеру. Но во время монтажа придется повозиться.
Впускной коллектор
Система впрыска топлива с электронным управлением или более известный вариант названия «инжекторная».
В инжекторном двигателе вместо карбюратора установлена одна или несколько топливных форсунок, которые распыляют бензин во впускной коллектор или непосредственно в цилиндры (воздух для образования топливно-воздушной смеси подается в коллектор с помощью дроссельного узла).
Основное предназначение впускного коллектора заключается в том, чтобы обеспечить равномерное распределение воздуха или рабочей смеси между цилиндрами.
Воздухораспределительный механизм
Предназначен для распределения воздуха по цилиндрам. Шаблонные газораспределительные механизмы по большому счету не эффективны, поскольку в одни цилиндры они подают больше воздуха, а в другие меньше.
Получается, что цилиндры работают с разной производительностью. При распределении воздуха очень важна форма и размер камеры.
Направляющие
Это трубки, которые идут от газораспределительной камеры к головке блока цилиндров. Их длина влияет на мощность, причем как на высоких оборотах двигателя, так и на низких, а от диаметра зависит пиковая мощность.
Отметим, что диаметр распределительных трубок зависит от пожеланий владельца автомобиля, а также от предназначения самого автомобиля. Перед тем, как менять штатные трубки на увеличенные, нужно посоветоваться с профессионалом. Вообще, трубки большего диаметра создают пиковую мощность на высоких оборотах двигателя, но, когда двигатель работает на низких оборотах, они не прибавляют мощности. По этой причине их рекомендуется устанавливать на спортивных автомобилях и драг карах. То же самое можно сказать и о длине трубок, от которой зависит мощность и производительность.
Подача топлива
Для обычного автомобиля штатной системы подачи топлива вполне достаточно.
Но если машина подвергалась тюнингу – увеличение воздушного потока, установка дроссельной заслонки увеличенного диаметра, изменение системы впуска, замена штатного воздушного фильтра, установка механического нагнетателя или турбонаддува, расход топлива увеличивается. Количество топлива, поступающего в инжектор, регулируется электронным блоком управления. При этом бортовой компьютер учитывает количество воздуха, его плотность, нагрузку на двигатель и температуру. Однако датчики и блок управления имеют ограниченное количество переменных, поэтому для увеличения подачи воздуха и топлива может потребоваться перепрограммирование (прошивка). Это не относится к карбюраторным двигателям.
Слишком большое количество топлива, также как и его нехватка, могут привести к повреждению двигателя.
Топливный насос
Топливный насос должен перекачивать максимальное количество топлива (до определенного предела). Увеличение давления топлива потребует увеличения скорости подачи топлива через топливный насос.
Для этого нужен насос большего размера. Его рекомендуется устанавливать на спортивных автомобилях. Однако если использовать автомобиль исключительно для спокойной езды, то штатного насоса будет вполне достаточно.
Механический топливный насос
Применяется для карбюраторных двигателей. Они оснащены рычагом, который контактирует с кулачком распределительного вала, а он в свою очередь толкает диафрагму топливного насоса вниз, в результате чего топливо поступает в насос.
Электрический топливный насос
Устанавливается на карбюраторных и инжекторных автомобилях. Такие насосы создают избыточное давление и проталкивают бензин по топливным каналам. На старых инжекторных моделях электрический топливный насос находился за пределами бензобака. На некоторых моделях было предусмотрено два таких насоса, один располагался внутри бензобака, а второй за его пределами. На современных автомобилях топливный насос находится в бензобаке. Сегодня есть возможность на старых карбюраторных машинах устанавливать электрические топливные насосы взамен механических.
Топливный фильтр
Важно, чтобы фильтр был чистый. Промыть фильтр можно бензином (в противоположном направлении подачи топлива), а можно просто продуть напором воздуха под давлением.
Регулятор топливного давления
Его предназначение – регулировать давление топлива. Как уже отмечалось ранее, увеличение воздушного потока требует дополнительного топлива и своевременную его подачу для реакции горения. Автомобили с механическими нагнетателями и турбокомпрессорами, а также все автомобили с усовершенствованной системой наддува окажутся в выигрыше за счет установки такого регулятора. Он полезен также и на обычных автомобилях с улучшенной/переделанной системой впуска. Сегодня в продаже имеются регулируемые стабилизаторы топливного давления, но они требуют правильной установки, поэтому лучше обратиться к специалистам.
Топливные форсунки
Во-первых, форсунки не должны быть забиты грязью, иначе это приведет к некорректной работе автомобиля.
По этой причине их нужно периодически проверять, использовать синтетические очистительные присадки. Если форсунки основательно забиты, придется их снять и «замочить» в очищающем растворе. Беда современных инжекторов в том, что добраться до форсунок через всевозможные провода и патрубки весьма проблематично, придется как минимум половину из них снимать.
Если двигатель модифицирован, ему необходимы форсунки большие по размеру для того, чтобы обеспечить его необходимым топливом. Потребность в дополнительном топливе создает необходимость в более высоком давлении топлива. Если ваш двигатель работает нормально с имеющимися форсунками, давление топлива достаточное, чтобы оно могло поступать в двигатель в необходимом количестве, тогда не стоит прибегать к замене форсунок на увеличенные.
Примечание: всегда нужно учитывать степень модификации двигателя. В ряде случаев для обеспечения корректной работы топливно-индукционной системы потребуется заменить датчик расхода воздуха. Если изменения параметров двигателя незначительные, по этому поводу можно не беспокоиться.
Необходимо перепрограммировать блок управления (если был сделан «капитальный» тюнинг двигателя). При небольших доработках бортовой компьютер прошивать не придется.
Карбюратор
Сегодня существует множество типов карбюраторов, различающихся по форме, конструкции и размерам. Ошибка большинства заключается в том, что они устанавливают карбюратор слишком большого размера. Это приводит к снижению производительности и приемистости машины. Размер карбюратора должен соответствовать формуле: (максимальные обороты х объем в кубических дюймах) / 3456 х объемный КПД
Объемный КПД – это количество воздуха, которое двигатель может продвигать исходя из своего общего объема. Например, если объем двигателя равен 302 куб. дюйма, и его КПД составляет 85%, тогда объемный КПД будет равен 0,85 (257 у.е.)
Как уже отмечалось, существует множество видов карбюраторов, но важно подобрать наиболее подходящий вариант для своего автомобиля. Некоторые карбюраторы можно назвать настоящими произведениями искусства, другие приведут в изумление многих, когда они заглянут в моторный отсек.
Так что выбор за вами.
Впускной коллектор
Через впускной коллектор проходит и воздух, и топливо в карбюраторных двигателях.
Он работает по такому же принципу, что и коллектор «сухого потока». Однако через него проходит не только воздух, но и бензин, поэтому проходящий воздух, смешиваясь с бензином, становится тяжелее. Скорость прохождения смеси по топливным патрубкам из газораспределительной камеры в двигатель влияет на производительность автомобиля.
Существует большое количество вариантов тюнинг вариантов впускных коллекторов.
Популярностью пользуются двойные плоские впускные коллекторы, которые создают вакуум и засасывают воздух в цилиндры. Также имеются одинарные плоские коллекторы, которые тоже можно устанавливать. Все зависит от того, что именно планируется улучшить в машине. Ошибиться с выбором и установить неподходящий впускной коллектор – уменьшить мощность двигателя и управляемость.
Как и при любом другом тюнинге, установка карбюратора требует, чтобы все соединительные патрубки, идущие к впускному коллектору, распредвалу и головке, идеально совпадали.
Рекомендации
Относительно воздуха
Настройка двигателя по соотношению воздух/топливо
| Практическое руководство – Двигатель и трансмиссия
Quick Tech
В тюнинге двигателей есть старая поговорка, что при регулировке смеси в двигателе можно много раз быть слишком богатым, но слишком обедненным только один раз. Имея это в виду, определение соотношения воздух-топливо (также называемого смесью) вашего двигателя может иметь решающее значение для его мощности, экономичности и продолжительности работы. К счастью, если двигатель вашего Mopar стандартный, вам, вероятно, не нужно слишком беспокоиться о соотношении воздух/топливо, потому что завод позаботился об этом за вас, установив подходящего размера и настроенный карбюратор (или систему впрыска топлива). ). Но если ваш двигатель был модифицирован с добавлением вторичного карбюратора, впуска, распредвала, головок или множества других рабочих деталей, вам необходимо отрегулировать соотношение воздух/топливо в соответствии с потребностями вашего двигателя.
Каждый раз, когда вы модифицируете свой двигатель, вы изменяете его эффективность, чтобы сжигать топливо и воздух и обеспечивать мощность и крутящий момент. Поэтому, когда дело доходит до индукции, большинство из нас исходно предполагает, насколько большим должен быть карбюратор, размер форсунки и угол опережения зажигания. Большинство из нас сначала пытаются немного увеличить мощность карбюратора, используя также консервативные настройки синхронизации и подкрадываясь к правильной настройке с безопасной стороны. Когда дело доходит до определения соотношения воздух/топливо в двигателе, мы считываем свечи зажигания, но чтение свечей зажигания — это больше искусство, чем наука, и новым свечам может потребоваться несколько сотен миль, чтобы заправить их, чтобы узнать, является ли смесь в целом пригодной. бедный или вообще богатый, но не говорит вам, на какой фазе работы двигателя возникает состояние. К счастью, у Innovate Motorsports есть несколько отличных продуктов для определения соотношения воздух/топливо наиболее точным электронным способом.
Хотя идеальное соотношение воздуха и топлива в бензиновом двигателе внутреннего сгорания несколько различается от двигателя к двигателю и от топлива к топливу, существует диапазон того, что мы называем нормальной работой для высокопроизводительных приложений. Посредством определения их химического состава всем видам топлива присваивается так называемое стехиометрическое соотношение воздуха и топлива, при этом 14,7:1 является идеальным значением, определенным для чистого бензина. Все бензины имеют различные свойства и присадки, однако варьируется идеальное соотношение воздуха и топлива, необходимое для правильной работы двигателя и достижения его максимальной мощности. Принято считать, что большинство двигателей Mopar V-8 реагируют на соотношение воздух/топливо примерно от 12,5 до 13,2 частей воздуха на каждую часть топлива, или на соотношение от 12,5:1 до 13,2:1, и могут определить, что соотношение является ключом к оптимальной производительности.
Innovate Motorsports предлагает несколько комплектов и сопутствующих товаров, которые определяют и даже записывают соотношение воздух/топливо в вашем двигателе.
Эти приборы работают независимо от того, установлен ли двигатель на динамометрическом стенде или в вашем автомобиле, они точны и просты в установке. Установив кислородный датчик (также известный как лямбда-зонд) в выхлопную трубу вашего автомобиля (или выхлопную трубу на диностенде), вы можете подключиться к портативному портативному измерителю Innovate, регистратору данных или стационарному манометру и считывать показания воздуха. соотношение топлива в режиме реального времени. Эти счетчики предлагают технологию LM-2, обеспечивающую быстрый отклик, а модели регистраторов данных также позволяют записывать данные для воспроизведения, позволяя вам точно видеть, когда автомобиль находится в богатом или бедном состоянии во всем его рабочем диапазоне. Мы использовали портативную модель Innovate на недавней динамометрической сессии и получили отличные результаты, просматривая данные о соотношении воздух-топливо в режиме реального времени и определяя, где двигатель можно настроить для улучшения смеси, но мы могли бы легко сделать то же самое с двигателем, установленным в автомобиль.
Trending Pages
Лучшие электромобили — самые популярные модели электромобилей
Сколько стоит Tesla? Вот разбивка цен
Лучшие гибридные автомобили — самые популярные модели гибридных автомобилей
Каждый электрический внедорожник, который вы можете купить в США в 2022 году
Это наиболее экономичные пикапы.
Лучшие электромобили — самые популярные модели электромобилей
Сколько стоит Tesla? Вот разбивка цен
Лучшие гибридные автомобили — самые популярные модели гибридных автомобилей
Все электрические внедорожники, которые можно будет купить в США в 2022 году
Это самые экономичные пикапы, которые вы можете купить
Эти внедорожники предлагают лучший расход бензина
На этом сайте мы много говорим о поиске идеального соотношения воздух/топливо.
Это концепция, на которой построены наши калькуляторы струйного механического впрыска топлива, и эта концепция используется в электронном впрыске топлива для поддержания хорошей настройки топливной системы. Понимание соотношения воздух/топливо может быть очень полезным при настройке топливной системы. Это может означать разницу между успешным запуском и перегоревшим двигателем.
Что такое соотношение воздух/топливо
Соотношение воздух/топливо (AFR) — это соотношение воздуха и топлива в цилиндре двигателя, необходимое для обеспечения наилучшего сгорания.
часть воздуха » 5 к 1 « часть топлива
Это отношение количества частей воздуха к количеству частей топлива. Например, AFR от 5 до 1 — это 5 частей воздуха на 1 часть топлива (по весу, а не по объему). Первое число в соотношении — или воздушная часть соотношения воздух/топливо — рассчитывается для определения AFR. Имейте в виду, чем выше первое число, тем меньше топлива указано в вашей настройке .
Количество кислорода в атмосфере колеблется в зависимости от погоды, высоты над уровнем моря и даже степени загрязнения воздуха. Наличие AFR, который слишком тяжел для топлива, может смягчить процесс сгорания, выделяя меньше тепла и приводя к далеко не идеальной мощности. AFR со слишком малым количеством топлива и слишком большим количеством воздуха может выделять слишком много тепла, что может привести к поломке деталей. AFR с еще меньшим количеством топлива может не очень хорошо гореть, показывая холодную индикацию на свече зажигания. Различия между обедненной смесью и действительно обедненной смесью трудно обнаружить, особенно при новой настройке, когда информация о соотношении воздух/топливо не установлена.
Общее руководство по соотношению воздух/топливо
Знание того, что вам нужно найти идеальное соотношение воздух/топливо для вашей установки, не поможет вам узнать, каково это идеальное число. Это число может меняться в зависимости от того, какое топливо вы используете, если вы используете высокоскоростную перепускную форсунку, и какого размера топливный насос или другие детали двигателя составляют вашу установку.
Для начала узнайте тип вашего двигателя — без наддува или наддува — и тип топлива, которое вы планируете использовать. Бензин, этанол, метанол или нитрометан имеют разные характеристики, влияющие на соотношение воздух/топливо.
Есть несколько общих правил для стрельбы:
- метанол без наддува :
AFR от 4,6 до 5,4
(5.0 наиболее распространенный) - Двигатель Roots с наддувом и метанолом высокой степени сжатия с клиновидной головкой:
АЧХ от 3,6 до 4,4
(4.0 наиболее распространенный) - Двигатель Roots с наддувом на метаноле высокой степени сжатия Hemi Head:
AFR от 3,0 до 3,6
(3,4 наиболее распространенные) - Винтовой двигатель с наддувом на метаноле высокой степени сжатия Двигатель с головкой Hemi мощностью более 3000 л.с.:
AFR от 2,8 до 3,2
(3.0 наиболее распространенный)
Эти номера могут служить общей отправной точкой.
Тонкая настройка отсюда необходима в зависимости от уникальных характеристик вашего двигателя.
Более высокие обороты двигателя
Многие комбинации двигателей требуют изменения соотношения воздух/топливо при более высоких оборотах двигателя. Это может быть связано с ограничениями впускного отверстия, ограничениями синхронизации кулачка, ограничениями нагнетателя (если он есть) и другими. Бедность в гоночном механическом впрыске топлива лучше всего достигается с помощью высокоскоростной схемы байпаса. Величину обеднения часто определяют при испытаниях двигателя, а также на динамометрическом стенде. При известной комбинации ее также можно определить из соответствующих расчетов.
Из-за этого может потребоваться другое соотношение воздух/топливо на холостом ходу и/или в начале движения, а также точка переключения, когда обороты двигателя самые высокие. Это означает, что нужно найти правильную комбинацию управления расходом топлива, которая работает в разные моменты вашего пробега.
Например: в нашей установке для дрэг-рейсинга со спиртом с наддувом высокоскоростная перепускная форсунка диаметром 0,040 дюйма обеспечивала изменение соотношения воздух-топливо с 3,15 до 3,40. Это обеспечило наилучшую производительность для нашей комбинации с плавным переходом от низких частот к высоким. Большой размер высокоскоростной байпасной струи не очень хорошо работал. Разница в соотношении воздух/топливо была слишком велика. Либо низкие частоты были богатыми с хорошими верхними частотами, либо низкие частоты были хорошими со скудными верхними частотами. Оптимальная комбинация не может быть достигнута с большим размером высокоскоростной байпасной струи.
Анализ соотношения воздух/топливо был выполнен для других комбинаций следующим образом:
- двигатель: 14-71 продувочный спирт большой блок Hemi: HS — 0,040 дюймов в диаметре. с регулировкой основного байпаса улучшена карта соотношения воздух/топливо для перехода с 3,55 для нижнего предела до 3,7 для верхнего предела.
Двигатель - : без наддува, 350 куб. см, малый блок: HS — диаметр 0,070 дюйма. >
- : большой блок объемом 450 куб. см без наддува для Bonneville: HS — диаметр 0,065 дюйма. >>> АЧХ снижается с 5,0 в нижней части до 5,4 в верхней части.
Плохой пример
- двигатель: 8-71 продувочный спирт большой блок: HS — диам. >>> AFR наклонялся до 4,9 на верхнем конце и приводил к обратному эффекту вентилятора; форсунка была изменена на соотношение воздух / топливо 4,0 для мощного высокого уровня без обратной реакции.
Прочие соображения
При определении идеального AFR для вашей установки следует учитывать и другие соображения:
- Для двигателя с механическим впрыском топлива размер двигателя или воздуходувки определяет размер сопла.
- Размер топливного насоса определяет размер основного байпаса.
- Переход между нижним и верхним воздушным потоком определяет размер высокой скорости.
- После определения оптимального соотношения воздух/топливо оно остается стабильным на разных высотах и при изменении погоды.
- Форсунка должна быть изменена с учетом этих различий для поддержания оптимального соотношения воздух/топливо.
- EFI делает то же самое. Он регулирует количество топлива для поддержания оптимального соотношения воздух/топливо на разных высотах и в разных погодных условиях.
- Карбюраторы настроены на оптимальное соотношение воздух/топливо. Они частично компенсируют незначительные изменения высоты или погоды. Однако струйные и переходные контуры нуждаются в регулировке при любом значительном изменении плотности воздуха из-за разницы высоты или погоды.
Заключение
Использование соотношения воздух/топливо может быть хорошим инструментом в вашем арсенале настройки. Для настройки может потребоваться немного усилий, но как только вы это узнаете, это может упростить процесс настройки топливной системы и помочь обеспечить максимальную мощность с минимальным количеством сломанных деталей.