Топливовоздушная смесь: Топливовоздушная смесь: что это, описание, свойства

Содержание

Топливовоздушная смесь: что это, описание, свойства

Бензин и необходимый для его сгорания воздух поступают в цилиндры ДВС в виде топливовоздушной смеси. Топливовоздушная смесь — это смесь мельчайших частиц бензина с атмосферным воздухом, которую получают тщательным перемешиванием этих двух компонентов. Ясно, что до перемешивания бензин должен быть распылен, а затем и испарен еще до момента воспламенения.

Различают три способа смесеобразования для поршневых двигателей: внутренний способ, когда процесс перемешивания происходит непосредственно в объеме цилиндра; внешний способ — когда смесь получают вне объема цилиндра, например во впускном коллекторе; и смешанный, или комбинированный способ смесеобразования, при котором первый этап перемешивания протекает вне цилиндра, а второй — внутри цилиндра.

Для бензиновых ДВС самым распространенным является способ внешнего смесеобразования. Бензин перед смешиванием с воздухом распыляется либо пульверизацией, либо впрыском под давлением. Процесс пульверизации реализуется в карбюраторах, а процесс впрыска с помощью специальных устройств впрыска, которые называются форсунками.

Для внешнего смесеобразования требуется легко испаряемое топливо, к которому относятся сжиженные горючие газы и бензин. Бензин — это продукт перегонки нефти. Состоит бензин на 85% из углерода и на 15% из водорода и относится к легким углеводородным топливам. В смеси с воздухом пары бензина образуют не только горючие, но и взрывные смеси, что в основном определяется весовым соотношением бензина и воздуха, а также их парциальным давлением и температурой в смеси.

Соотношение 1/14,7 для бензина и воздуха является стехиометрическим, так как оно соответствует законам строгого количестаенного соотношения масс веществ, участвующих в химической реакции горения.

Следует иметь в виду, что топливовоздушная смесь, приготовленная внешним способом смесеобразования, еще не является топливовоздушным зарядом для поршневого двигателя. От мнксерной зоны (места образования смеси) и до камеры сгорания в цилиндре топливовоздушная смесь многократно изменяет свое агрегатное состояние под действием чередующихся изменений давления и температуры.

Как следствие, часть паров бензина переходит обратно в жидкое состояние охлаждаясь или снова образуется пар при соприкосновении бензиновых пленок с горячими стенками впускной системы и цилиндра. В результате в камеру сгорания поступает не стехиометрическая смесь, даже если она идеально приготовлена в миксерной зоне, а смесь, отличающаяся от оптимального состава в сторону уменьшения или в сторону увеличения количества бензина.

Из сказанного ясно, что по весовому составу топливо-воздушная смесь, приготовленная вне цилиндра, может заметно отличаться от смеси, сжатой к моменту воспламенения в камере сгорания. Это обстоятельство является главным недостатком способа внешнего смесеобразования, который приводит к дополнительным потерям бензина, к потере устойчивости работы двигателя при изменении его режимов, а также к дополнительным конструктивным сложностям системы приготовления и впуска топливо-воздушной смеси.

Для того чтобы поддерживать состав топливовоздушного заряда близким к стехиометрическому, процессом приготовления топливовоздушной смеси приходится постоянно управлять путем увеличения или уменьшения количества подаваемого в систему смесеобразования бензина. Наиболее качественно это реализуется в современных системах впрыска бензина с электронным управлением электромагнитными форсунками.

ГОРЮЧАЯ СМЕСЬ И ОТРАБОТАВШИЕ ГАЗЫ

В реальных автомобильных двигателях стехиометрическое соотношение в горючей смеси «бензин-воздух» часто нарушается. Это зависит от реальных режимов и условий работы ДВС. Если бензина в горючей смеси становится больше, то говорят, что смесь обогащена, или богатая. Если меньше — то смесь обедненная, или бедная. Однако в теорию двигателя введен не коэффициент избытка или недостатка бензина, а коэффициент избытка воздуха а (альфа).

Коэффициент а определяется как отношение действительно выгоревшего количества воздуха МдкМ0 — теоретически необходимому при полном сгорании данной порции бензина, т.е. а = Мд/М0. При стехиометрическом соотношении, когда бензин и воздух находятся в смеси в пропорции примерно один к пятнадцати, коэффициент избытка воздуха а (альфа) принимают равным единице, и смесь считают нормальной (Мд= М0). Обогащение или обеднение горючей смеси для бензиновых двигателей допустимо лишь в определенных пределах. Если состав горючей смеси по коэффициенту а выходит за диапазон 0,7 < а < 1,35, то рабочая смесь в классическом ДВС вообще не воспламеняется. Таким образом, указанный диапазон изменения а является граничным рабочим интервалом для обогащения или обеднения горючей смеси.

В указанном интервале для а сгорание рабочей горючей смеси происходит по-разному. Сгорание бедной смеси (а > 1) может привести к неустойчивости процесса сгорания (особенно при а > 1,25). А это в свою очередь приводит к перебоям в работе ДВС за счет пропусков воспламенения на переходных режимах. Наибольшей скорости сгорания рабочей смеси соответствует а = 0,8-0,9.

Но когда выжигается чрезмерно богатая смесь (а < 0,8), появляется вероятность неполного сгорания бензина. Несгоревший бензин частично выбрасывается с отработавшими газами в атмосферу, а частично (в виде тонких пленок) сползает по стенкам цилиндров в масляный картер, что приводит к ускоренному износу деталей двигателя. Кроме того при недостатке кислорода интенсивно образуется угарный газ СО.

Однако при незначительном обогащении или обеднении горючей смеси имеют место положительные эффекты.

Так, обедненная смесь на средних и умеренно увеличенных нагрузках дает заметную экономию топлива. Обогащение смеси на высоких оборотах форсирует двигатель, и он начинает отдавать максимальную мощность.

При рассмотрении работы поршневого ДВС было указано, что после сгорания топливовоздушного заряда в камере сгорания в цилиндре образуется рабочее тело в виде сильно разогретых отработавших газов, которые являются продуктами химической реакции горения.

Исходными компонентами реакции горения являются: кислород 02, азот N2, разнообразные инертные примеси Р„ и водяной пар Н20 (все это составляющие компоненты окружающей атмосферы), а также углерод С и водород Н, два последних компонента — составляющие части бензина.

В результате сгорания исходных компонентов образуются следующие отходные продукты химической реакции горения: окись углерода С02, окислы азота N0X, газообразные инертные примеси Рх, частично несгоревший бензин в виде радикала углеводородных соединений СН, не вступивший в реакцию горения молекулярный кислород 02 и не полностью окисленный углерод в виде угарного газа СО, а также водяной пар Н20 и химически пассивный атмосферный азот N2.

Отходные продукты реакции горения и есть отработавшие выхлопные газы бензинового поршневого двигателя.

Следует также отметить, что в состав отработавших газов могут входить свинцовые соединения, так как они иногда добавляются в бензин с целью повышения его антидетонационных свойств.

Концентрация угарного газа в выхлопных газах современных бензиновых ДВС может достигать 6-8% по объему. Концентрацию СМ и NO„ чаще выражают в миллионных долях (ч/млн) в объеме выхлопных газов.

Главным устройством на двигателе, которое ответственно за процентный состав токсичных веществ в отработавших газах, является система приготовления и канализации рабочей горючей смеси — система топливного питания. Именно под воздействием этой системы в топливовоздушном заряде может изменяться коэффициент избытка воздуха а (альфа), а от неконтролируемого изменения этого коэффициента в значительной степени изменяется концентрация вредных веществ в отработавших газах.

Топливно-воздушная смесь для бесперебойной работы мотора

Каждый владелец автомобиля, который имеет понятие о работе узлов и агрегатов авто, понимает, насколько важна для бесперебойной работы мотора топливно-воздушная смесь.

Что такое топливно-воздушная смесь?

Топливно-воздушная(топливовоздушная) смесь — это мелкодисперсный состав включающий атмосферный воздух, забор которого осуществляется из атмосферы, и горюче-смазочных материалов, предварительно залитых в бензобак автомобиля. В качестве топлива может использоваться как бензин, солярка так и сжиженный газ. Исправный топливный насос высокого давления должен обеспечивать оптимальную топливовоздушную смесь с соотношение топлива и воздуха 1:14,7, то есть на одну часть топлива необходимо 14,7 частей воздуха.

Оптимальный состав топливовоздушной смеси

Перед тем как соединиться во впускном коллекторе автомобиля, эти составляющие предварительно проходят обязательную фильтрацию. Горюче-смазочные материалы очищаются в топливном фильтре, а фильтрация воздуха осуществляется через воздушный фильтр.

Влияние 

топливовоздушной смеси на мощность и расход топлива

Данная топливная смесь, обогащённая воздухом, позволяет силовому агрегату авто в полной мере проявить свои мощностные характеристики, при этом она не повлияет на его экономичность. Если в автомобиле будет использоваться бедная смесь топлива и воздуха, то снизятся не только его мощностные показатели, но и экономичность.

Обеднённая смесь сильно влияет на расход топлива любого автомобиля. Так как мощность автомобиля теряется, водитель вынужден будет периодически переключаться на более низкую передачу, чтобы преодолеть даже незначительное дорожное препятствие. Поэтому очень важно иметь правильное соотношение топлива и атмосферного воздуха для более эффективной и бесперебойной работы силового агрегата.

Таблица соотношения горючего и воздуха

Соотношение горючего и воздуха для топливной смеси

Наиболее оптимальным соотношением горючего и воздуха для топливной смеси является соотношение 1:14,7. Если изменять данное соотношение, то в результате получится топливная смесь:

  • мощностная, при создании которой количество воздуха уменьшилось с 15 до 12,5-13. Данная смесь, обогащённая горюче-смазочными материалами, оказывает повышенное давление на поршни мотора, помогая тем самым вырабатывать силовому агрегату максимальную мощность. Единственным недостатком такого соотношения компонентов топливного состава является увеличение расхода топлива приблизительно на 20 %;
  • экономичная, или обеднённая, состоящая из 1 части горюче-смазочных материалов и 16 частей воздуха. В этом случае можно добиться значительного снижения потребления автомобилем топлива. Но результатом данной экономичности является снижение мощностных показателей авто, что не слишком подходит для любителей быстрой езды. Если бедная смесь будет состоять из 1 части топлива и 20 частей воздуха и более, то станет практически невозможным воспламенение от искры;
  • обогащённая, в составе которой присутствует топливо и воздух в соотношении 1:11 либо 1:12. Если данный состав будет и в дальнейшем обогащаться, то это может привести к неприятным последствиям. За счёт того, что такой состав практически теряет свои способности к воспламенению, силовой агрегат не сможет выполнять свои функции и не сможет заводиться.

Топливовоздушная смесь

От чего зависит мощность двигателя, сколько нужно сжигать топлива и воздуха, чтобы получить максимальную мощность или максимальную экономичность? Разберемся в этом на понятном языке.

Для того чтобы понять всю картину, для начала опишу как двигатель определяет сколько нужно налить топлива, сколько воздуха попало в цилиндр, сколько в итоге сгорело и как вообще прошло это горение.

Современный двигатель имеет для этого некоторые датчики, считывая их параметры, корректирует свои дальнейшие действия. Будем рассматривать все по порядку, в двигатель затягивается воздух создаваемым разряжением поршней (или затягивается турбиной) через датчик массового расхода воздуха (MAF) который позволяет определить количество воздуха (учитывая его температуру и плотность). Следующий на пути датчик угла открытия дроссельной заслонки, за ним датчик давления во впускном коллекторе + в совокупности с датчиком коленвала считающий обороты двигателя, позволяют определить нагрузку. Вот как, все это позволяет корректировать смесь делая ее оптимальной, к тому же можно проследить за исправностью работы какого-либо датчика в этой цепочке, не начал ли кто-то из них врать.

На этом еще не все, воздух попал в цилиндр и компьютер дал указ форсункам на столько-то миллисекунд открыться, впрыснув топливо. Форсунки должны уложиться в срок пока на это дает согласие датчик распределительного вала. Вот топливовоздушная смесь находится в цилиндре, остаётся ее поджечь, компьютер анализируя все перечисленные датчики и внесенные корректировки опрашивает еще кучу электроники из них состояние кондиционера генератора и прочего, идет к последней инстанции датчику коленвала и определяет момент зажигания. Топливо загорается, и компьютер следит как протекает реакция, продолжая все время слушать датчик детонации в случае его недовольства, вносятся дополнительные корректировки к углу опережения зажигания, сдвигая его на более поздний. Сгоревшая смесь вылетает в выхлопную трубу где поджидает кислородный датчик анализирующий количество кислорода в выхлопных газах, кстати тоже может указать на плохую работу выше указанных датчиков, сообщая компьютеру что посчитал он все плохо и вообще его закидало бензином, и он скоро покроется сажей и откажется так работать.

Важно качественно контролировать топливовоздушную смесь, идеальной будет стехиометрическая. Внесем немного ясности, что такое стехиометрия и как это слово применимо к процессам протекающих в ДВС.

Допустим у нас есть два вещества топливо и воздух, каждое из них имеет свою массу. В результате реакции окисления(горения) топливовоздушной смеси образуются другие вещества и выделяется энергия. Стехиометрической реакцией будет та, в которой вся масса воздуха и вся масса топлива про взаимодействуют и на выходе останется только продукты горения. В ДВС все обстоит иначе, невозможно создать идеальные условия горения, неточные относительно теоретических расчетов показания датчиков, не полное перемешивание топлива с воздухом, часть топлива конденсируется или оседает на стенках деталей. Цепная реакция, протекающая в момент возгорания, распространяется равномерно, а не по всему объему, в результате чего часть кислорода вступает в реакцию с другими соединениями образуя отходы затрачивая энергию, тем самым, не вступив в реакцию с топливом. Упустим разговоры про экологию и химию. Из этого следует, что максимальная мощность двигателя достигается на более богатой смеси, компенсируя потерю осевшего топлива, которое очень долго горит и чаще догорает уже в трубе или в катализаторе. Богатая топливовоздушная смесь более насыщенная и уже больше имеет пригодного для реакции газообразного топлива.

Значения лямбды за графиком приводит к пропускам зажигания.

На графике очень хорошо видна зависимость мощности от качества топливовоздушной смеси, которое в состоянии отследить лямбда, (меньше число лямбда- богаче смесь и наоборот) при условии, что момент зажигания оптимальный. Оптимальным углом считается момент воспламенивший смесь и при последующем горении быстро расширяющиеся газы имеют максимальное давление на поршень, когда он уже опустился на 15-17 градусов ниже мертвой точки. При чрезмерно раннем зажигании поршень продолжает сжимать и без того огромное давление над поршнем, затрачивая на это энергию и время. Так же возникновение детонации до ВМТ несет разрушительные последствия. Детонация протекает во много раз быстрее обычного процесса горения, охватывая большую площадь камеры сгорания мгновенно и при очень высокой температуре, разрушая детали двигателя. Взрывная волна отражается от стенок цилиндра многократно издавая металлический стук, датчик детонации улавливает это явление. Чаще всего детонация возникает из-за перегрева острых кромок в камере сгорания, тарелок клапанов, образуя калийное зажигание. более выражена на низких и средних оборотах, когда скорость топливовоздушной смеси не столь велика и подвержена нагреву, предусматриваются специальные вытеснители в камере сгорания, позволяющие лучше перемешать воздух с топливом, выталкивая клином из щели между головкой и поршнем, когда он подходит к ВМТ придавая завихрение и концентрацию в районе свечи.

В следующей статье рассмотри графики как это происходит в живую на реальном автомобиле. Неисправности датчиков двигателя

 

Топливовоздушная смесь в бензиновом двигателе

 

Для работы двигателю с искровым зажига­нием (SI) требуется топливовоздушная смесь с определенным соотношением количества воздуха и топлива (отношение воздух/топливо). Идеальное, теоретически полное сго­рание топлива имеет место при отношении масс 14,7:1 (стехиометрическое отношение), т.е. для сгорания 1 кг топлива требуется 14,7 кг воздуха. Или: топливо объемом 1 л полно­стью сгорает в присутствии 9500 л воздуха.

 

Содержание

 

Топливовоздушная смесь

 

Удельный расход топлива в значитель­ной степени зависит от соотношения воздух/топливо (см. рис. «Влияние коэффициента избытка воздуха на удельный расход топлива и неравномерную работу двигателя при постоянной эффективной мощности» ). Для обеспечения действительно полного сгорания топлива требуется избыточное количество воздуха и, следовательно, как можно более низкий расход топлива. Однако здесь имеют место ограничения, зависящие от воспламеняе­мости и доступного времени сгорания смеси.

Также состав смеси влияет на эффектив­ность снижения выбросов токсичных ве­ществ с отработавшими газами. В настоящее время с этой целью используется трехком­понентный каталитический нейтрализатор, который действует с максимальной произ­водительностью при стехиометрическом со­отношении воздух/топливо. Это может зна­чительно снизить вероятность повреждения компонентов системы очистки отработавших газов. Поэтому современные двигатели, когда это позволяют условия работы, рабо­тают при стехиометрическом составе смеси.

Для определенных условий работы двига­теля требуется адаптация состава смеси. Так, изменение состава смеси требуется при пуске холодного двигателя. Отсюда следует, что си­стемы смесеобразования должны обеспечи­вать работу двигателя в различных режимах.

 

Коэффициент избытка воздуха λ

 

В качестве показателя отличия фактического состава смеси от теоретически необходимого массового отношения (14,7:1) был выбран коэффициент избытка воздуха λ (лямбда). Коэффициент λ равен отношения массы по­даваемого в двигатель воздуха к массе воз­духа, необходимой для обеспечения стехио­метрического состава смеси.

λ = 1: масса подаваемого в двигатель воз­духа равна теоретически необходимой массе.

λ < 1: недостаток воздуха и, следова­тельно, богатая топливно-воздушная смесь. Максимальная выходная мощность двига­теля имеет место при λ = 0,85 — 0,95.

λ > 1: имеет место избыток воздуха, т.е. смесь становится обедненной. При работе на бедной смеси эффективная мощность двигателя падает, при этом обеспечивается снижение расхода топлива. Максимально до­пустимое значение λ — «предел возникновения пропусков зажигания при обеднении смеси» в значительной степени зависит от конструкции двигателя и используемой системы смесео­бразования. При использовании такой смеси она долго не воспламеняется, а процесс сго­рания происходит с нарушениями, сопрово­ждаемыми неравномерной работой двигателя.

На двигателях с искровым зажиганием (SI) и впрыском топлива во впускной трубопро­вод, при постоянной выходной мощности двигателя, минимальный расход топлива достигается в зависимости от двигателя при избытке воздуха 20 — 50 % (λ = 1,2 -1,5).

На рис. «Влияние коэффициента избытка воздуха на содержание токсичных веществ в отработанных газах» показаны зависимости удель­ного расхода топлива, а также содержания различных токсичных веществ в отработавших газах от коэффициента избытка воздуха (при постоянной выходной мощности двигателя). Из этих графиков видно, что нельзя выбрать идеальное значение коэффициента λ, при ко­тором все рассматриваемые показатели были бы в максимальной степени приемлемы. Для двигателей с впрыском топлива во впускной трубопровод для обеспечения «оптималь­ного» расхода топлива при «оптимальной» эффективной мощности приемлемым явля­ется значение λ в диапазоне 0,9-1,1.

В двигателях с прямым впрыском топлива и послойным распределением заряда смеси имеют место иные условия сгорания топлива, поэтому предел обеднения смеси наступает при значительно более высоких значениях λ. В диапазоне частичных нагрузок эти двигатели могут работать при значительно более высо­ком коэффициенте избытка воздуха (до λ = 4).

Для нормальной работы трехкомпонентного каталитического нейтрализатора необходимо точное соблюдение λ = 1 при нормальной рабочей температуре двигателя. Выполнение этого условия возможно при обеспечении точ­ной дозировки массы поступающего воздуха, включая и возможные добавки.

Для получения оптимального процесса сгорания в двигателях с системой впрыска то­плива во впускной трубопровод необходимо обеспечивать не только впрыск точного коли­чества топлива, но и однородность топливо­воздушной смеси, что достигается эффектив­ным распылением топлива. Если эти условия не соблюдаются, во впускном трубопроводе или на стенках камеры сгорания образуются большие капли топлива, которые полностью не сгорают, что приводит к повышенным вы­бросам несгоревших углеводородов.

 

Системы смесеобразования

 

Системы впрыска топлива или карбюра­торы служат для приготовления топливо­воздушной смеси, наилучшим образом обе­спечивающей эффективную работу двигателя в заданном режиме. Системы впрыска топлива, особенно их электронные версии, лучше при­способлены для получения оптимальных режимов. Они позволяют снизить расход то­плива и повысить эффективную мощность двигателя. Все более строгие требования в от­ношении снижения токсичности отработавших газов заставили производителей автомобилей практически полностью отказаться от кар­бюраторных топливных систем и перейти на электронные системы впрыска топлива.

 

 

До начала этого столетия в автомобильной промышленности практически исключи­тельно использовались системы, в которых смесеобразование происходит вне камеры сгорания (система с впрыском топлива во впускной трубопровод, см. рис. «Схематическое изображение системы впрыска топлива» , а). В на­стоящее время все шире применяются си­стемы с внутренним смесеобразованием, т.е. с прямым впрыском топлива в камеру сгора­ния (система прямого впрыска топлива для бензиновых двигателей, см. рис. «Схематическое изображение системы впрыска топлива» , Ь), позво­ляющие еще больше снизить расход топлива и повысить выходную мощность двигателя.

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Бедная — богатая смесь бензина и воздуха

Основные причины, кторые приводят к обеднению рабочей смеси. Бедная смесь на карбюраторных и инжекторных ДВС, а также на моторах с ГБО. Диагностика, ремонт.

Процесс смесеобразования в двигателях автомобилей

В ДВС горючая смесь необходимого состава готовится в карбюраторах или в случае с инжекторной системой питания – рассчитывается электроникой. Смесь, где на 1 кг бензина или другого горючего используется 15 кг воздуха, считается нормальной. В этом режиме двигатель работает достаточно экономно, при этом его мощность находится на высоком уровне. Для экономии количество воздуха в смеси увеличивают. Так, обедненная смесь – это когда на 1 л бензина используется до 15-17 кг воздуха. Расход горючего становится минимальным, а потери мощности составляют всего 8-10 %. Бедная смесь – это когда на 1 л бензина приходится более 17 кг воздуха. На таком составе мотор работает неустойчиво, потребляется большой объем топлива, уменьшается мощность. Это вредно для силового агрегата. Кроме того, такое явление часто ведет за собой пропуски в системе зажигания, задержки при нажатии на педаль акселератора.

Также мотор может сменить звук работы и будет работать нестабильно. В инжекторных агрегатах, которые соответствуют Евро2, установлен лямбда-зонд. Он контролирует качество топливной смеси, подаваемой в камеры сгорания.

Почему смесь становится бедной

Владельцы инжекторных автомобилей знают, что при помощи ЭБУ и соответствующих настроек в прошивке силовой агрегат может самостоятельно изменять соотношение воздуха и паров бензина, то есть менять топливную смесь. Многие думают: мотор работает автоматически, и это хорошо. Однако большинство владельцев инжекторных авто забывают о балансе. Иногда готовится бедная смесь. Почему так случается? На это есть различные причины.

Системы управления двигателем

Стехиометрическая смесь для бензиновых двигателей является идеальным соотношением воздуха к топливу , который сжигает все топливо без какого – либо избыточного воздуха. Для бензинового топлива стехиометрическая смесь воздух-топливо составляет около 14,7: 1, т.е. на каждый грамм топлива требуется 14,7 грамма воздуха. Для топлива с чистым октановым числом реакция окисления следующая:

25 O 2 + 2 C 8 H 18 → 16 CO 2 + 18 H 2 O + энергия

Любая смесь более 14,7: 1 считается обедненной смесью ; любой меньше , чем 14,7: 1 является богатой смесью – с учетом совершенная (идеальная) топливо «тест» (бензин , состоящим из исключительно н – гептан и изооктано ). На самом деле, большинство видов топлива состоит из комбинации гептана, октана, нескольких других алканов , а также добавок, включая детергенты и, возможно, оксигенаторов, таких как МТБЭ ( метил- трет- бутиловый эфир ) или этанол / метанол . Все эти соединения изменяют стехиометрическое соотношение, при этом большинство добавок толкают это соотношение вниз (оксигенаторы приносят дополнительный кислород к месту горения в жидкой форме, который выделяется во время горения; для топлива, загруженного МТБЭ , стехиометрическое соотношение может быть таким, как низкое 14,1: 1). Транспортные средства, которые используют кислородный датчик или другие контуры обратной связи для управления соотношением топлива к воздуху (лямбда-регулирование), автоматически компенсируют это изменение стехиометрической скорости топлива, измеряя состав выхлопных газов и контролируя объем топлива. Транспортные средства без таких средств управления (например, большинство мотоциклов до недавнего времени и автомобили, выпущенные до середины 1980-х годов) могут испытывать трудности с использованием определенных топливных смесей (особенно зимнего топлива, используемого в некоторых регионах) и могут потребовать других форсунок карбюратора (или иным образом изменить пропорции топлива. ) компенсировать. Транспортные средства, которые используют датчики кислорода, могут контролировать соотношение воздух-топливо с помощью измерителя отношения воздух-топливо .

Основные признаки обеднения состава топливной смеси

Главный симптом, по которому определяют, что автомобиль работает на неправильном составе, – двигатель, который постоянно глохнет. При очень малом количестве паров бензина в смеси искра, генерируемая свечой, просто не может воспламенить такое топливо. Еще один признак – машина в процессе движения дергается, а то и вовсе двигается рывками. Иногда эти симптомы могут говорить и о других неисправностях. Поэтому стоит проверить еще и другие системы.

О том, готовится ли бедная топливовоздушная смесь, можно понять по свечам. Но это актуально только для инжекторных агрегатов. Если они коричневые – двигатель в полном порядке. Если

свечи белые

или светлые – тогда в топливном составе много воздуха. В случае если на элементе обнаружился темный нагар, это говорит о недостатке воздуха. Однако нагар – это не всегда правильный индикатор неправильной смеси. В случае неправильного момента зажигания цвет свечи не соответствует нормальному. Если в двигатель подается обедненная смесь, владелец автомобиля услышит характерные хлопки в глушителе. Когда просто бедная смесь, то он будет стрелять, как автомат. Если наоборот, топливный состав слишком богат, то взрывы будут одиночными и короткими. Ну и наконец, самый точный признак и способ диагностики – это проверка выхлопных газов с помощью газоанализатора. Если двигатель работает в неправильном режиме, об этом также сообщит бортовой компьютер или диагностическая система. В перечне ошибок современных ЭБУ есть ошибка – бедная смесь. Она обозначается P0171.

Последствия эксплуатации двигателя на бедной смеси

В целом последствий не так уж и много. Двигатель будет задыхаться при работе на холостых оборотах. Также существует серьезный риск перегрева – топливная смесь сгорает гораздо медленнее, чем это необходимо. Двигателю будет трудно набрать обороты под нагрузкой. В наиболее серьезных ситуациях, когда длительное время подается бедная смесь, двигатель сильно перегревается, что в большинстве случаев приводит к прогару клапанов. А это серьезные затраты на ремонт.

Также среди последствий можно выделить огромный расход топлива. Он увеличивается за счет трудностей в процессе набора оборотов. Поэтому владельцам авто с такими проблемами рекомендуется ездить на низких передачах.

Другие типы двигателей

В типичной горелке для сжигания воздуха и природного газа используется стратегия двойного перекрестного ограничения, чтобы гарантировать регулирование соотношения. (Этот метод использовался во время Второй мировой войны). Стратегия включает добавление обратной обратной связи по потоку в ограничивающий контроль соответствующего газа (воздуха или топлива). Это обеспечивает контроль соотношения в пределах приемлемого запаса.

Причины приготовления бедной смеси

Существует несколько типовых причин, по которым топливная смесь приготавливается неправильно. Все эти причины можно разделить на большой объем воздуха и малое количество горючего.

Ошибки, связанные с бедной смесью, часто могут возникать в случае с большой подачей воздуха. В таком случае рекомендуется проверить сенсор расхода топлива – очень часто каналы датчика загрязняются. Вторая причина – вакуумная утечка. Третья – клапан EGR, который всасывает дополнительный воздух. Клапан может быть сломанным или же неплотно закрываться. Если в цилиндры поступает бедная смесь, причины – инжектор, зажигание, топливная система, нарушение в работе системы газораспределения.

Неисправности ГБО: ошибка «бедная смесь» на газу

Нужно понимать, что ГБО является отдельной системой питания. По этой причине для проверки бедной смеси при езде на газу только некоторые операции будут такими же, как и в случае определения причины обеднения на обычном карбюраторном или инжекторном моторе.

На начальном этапе следует проверить, как ведет себя автомобиль на бензине. В ряде случаев бывает так, что при переключении на бензин машина работает нормально, никаких ошибок не возникает. Однако после перехода на газ начинаются пропуски воспламенения, горит чек и т.д.

Если нигде не обнаружен подсос воздуха, с электронными датчиками тоже полный порядок,  тогда особое внимание следует уделить следующим моментам:

  • правильный монтаж и настройка ГБО;
  • чистота фильтров ГБО, каналов для подачи газа;
  • состояние и настройка газового редуктора;
  • газовые форсунки, их производительность и качество;

С учетом того, что поколений ГБО много, на таких системах встречаются разные неисправности. Так что в отдельных случаях нужно диагностировать те или иные установленные элементы.

Например, первым поколениям газовых установок (ГБО-I, ГБО-II) была свойственна такая проблема, когда производительности (мощности) установленного редуктора могло оказаться попросту недостаточно, в результате чего при работе на нагруженных режимах газа не хватает, смесь обедняется, двигатель не тянет, появляются ошибки и т.д.

Также частой причиной обеднения смеси могут оказаться и сами газовые форсунки, причем независимо от поколения ГБО. Достаточно представить ситуацию, когда электронный блок открывает все форсунки на одинаковое время, но одна из них закрывается раньше. В результате смесь будет обедняться только в одном из цилиндров.

Что бывает с двигателем при обогащённой ТВС

Смесь или ТВС не должна быть чересчур богатой или бедной. Оба варианта смешивания способны привести только к проблемам. Распределение воздуха и бензина должно осуществляться чётко по инструкции, иначе не избежать высокого расхода топлива, потери мощности и других неисправностей.


Схема качества смеси

Подробнее о том, что бывает с двигателем, если питать его обогащённой ТВС.

  1. Из трубы повалит густой дым, чёрного или серого цвета, что будет свидетельствовать о не успевшем полностью сгореть топливе.
  2. Двигатель будет троить, а это указывает на детонационные моменты внутри него.
  3. На свечах осядет нагар чёрного цвета.
  4. Повысится значительно расход бензина.
  5. На стенках элементов двигателях будет скапливаться шлак, который рано или поздно приведёт к капитальному ремонту.
  6. Системы выхлопа тоже не останется в стороне. Постоянный выход в трубу не до конца отработанного топлива, его взрыв, в итоге приведёт к прогоранию глушителя.

Одним словом, ни к чему хорошему обогащение смеси не приводит. Если вовремя не принять меры, придётся раскошеливаться на ремонт двигателя. Поэтому так важно вовремя определить наличие богатой смеси. Например, это сразу заметно по увеличению расхода и чёрным свечам.

Статья в тему: Зачем нужно охлаждение двигателя и как это работает

Из-за чего же образуется богатая ТВС в карбе. Причины бывают разные, но самые главные из них: грязный воздушный фильтр и забитость жиклёров. Поэтому перед тем, как заняться непосредственно наладкой карбюратора, надо проверить эти детали. Воздушный фильтр можно заменить, жиклёры продуть.

Случается, что обогащение смеси происходит по причине изменения настроек. В этом случае приходится лезть внутрь карба.

Датчик ДМРВ

Иногда необходимо проверить все, что можно. Стоит начать с диагностики датчиков. Как известно, одна из самых популярных проблем – это забитый или засоренный датчик расхода воздуха. Если на нем скопилось большое количество грязи, то это нередко приводит к медленному реагированию ЭБУ на расход воздуха и его смену. Дополнительно датчик может загрязняться испарениями горючего, которые проходят во впускном коллекторе. Кроме того, налет может скапливаться через корпус дроссельной заслонки, когда мотор не работает. На датчике откладывается слой из парафина, из-за которого в ЭБУ попадают неверные данные о пропорциях топливной смеси.

Затем выходит ситуация, когда блок управления мотором не может добавить в смесь нужное количество топлива (при этом количество воздуха уже достаточно большое). И тогда на дисплее датчика появляется ошибка – бедная топливная смесь.

Смотрите также

  • Температура адиабатического пламени
  • Датчик AFR
  • Измеритель состава топливовоздушной смеси
  • Датчик массового расхода
  • Горение
  • Стехиометрическое соотношение воздух-топливо обычных видов топлива

Неисправности во впускной системе

Для устранения проблемы обедненной смеси рекомендуется также провести диагностику дроссельной заслонки. Положение заслонки должно четко соответствовать положению педали акселератора. Если дроссельная заслонка автоматическая, важно обратить внимание на то, чтобы ее положение соответствовало температуре силового агрегата. На горячем двигателе она должна быть полностью открыта, на холодном – повернута на определенный угол. Если заслонка открыта, значит, система регулирования воздушной заслонки неисправна. На что еще грешат в случае, если в моторе образовывается бедная смесь? Причины – инжектор и поврежденные прокладки впускного коллектора. Чтобы устранить эту неисправность, рекомендуется подтянуть коллектор, а при необходимости и заменить прокладки.

Проблемы с ГРМ

Чтобы механизм газораспределения никак не влиял на обеднение топливной смеси, его необходимо проверять. А при необходимости – настраивать. При обследовании газораспределительного механизма особое внимание обращают на натяжной ролик и на ремень (его состояние и метки). Если привод цепной, тогда проверяют и цепь вместе с системой натяжителей.

Внешние ссылки

  • HowStuffWorks: впрыск топлива , каталитический нейтрализатор
  • Плимутский университет: учебник по горению двигателя
  • Камм, Ричард В. “Путаница в топливных смесях?” . Aircraft Maintenance Technology (февраль 2002 г.). Архивировано из оригинала на 2010-11-20 . Проверено 18 марта 2009 .

Ложные ошибки

Случается, что система вместе с ошибками бедной смеси выдает и другие коды. Например, p0100 или же p0102. По ним сразу видно, что причина в датчике. Для решения проблемы необходимо выполнить очистку датчика. Для этих целей рекомендуется применить специальные средства для очистки электроприборов. Но лучше все-таки замена.

Ремонтировать как можно скорее

Следует помнить, что если двигатель длительное время эксплуатировался с такими проблемами, то это может существенно сократить его ресурс. Обедненная смесь может стать причиной преждевременного выхода из строя огромного количества различных узлов и агрегатов. В этом случае ремонт выйдет значительно дороже, чем если вовремя выполнить диагностику и устранить возникшую неисправность.

ᐉ Смесеобразование и поступление топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя

На автомобильных бензиновых двигателях с воспламенением от искры распространение получили два способа приготовления и подачи топливовоздушной смеси в цилиндры. Наибольшее распространение имеет способ приготовления смеси с помощью карбюратора.

В настоящее время наиболее широко применяется впрыскивание топлива, так как этому способствует внедрение микропроцессорных систем управления двигателей.

Способ получения смеси за счет впрыскивания топлива в зону впускных клапанов или непосредственно в цилиндры двигателя по сравнению с карбюратором имеет ряд преимуществ:

  • возможность получения большей равномерности распределения смеси по цилиндрам
  • улучшение наполнения вследствие уменьшения аэродинамического сопротивления и обеспечения необходимой закономерности подачи топлива

Процесс смесеобразования при использовании бензина включает две стадии — дозирование и испарение. В отличие от системы впрыскивания при применении карбюратора эти стадии объединены, однако последняя продолжается непосредственно в цилиндре при сжатии.

Для получения топливовоздушной смеси топливо преобразуется в парообразное состояние и его пары смешиваются с необходимым количеством воздуха. Испарение топлива в карбюраторе начинается сразу после истечения его из распылителя и продолжается в движущемся потоке воздуха.

При пуске двигателя в условиях низких температур в смесительной камере карбюратора и во впускном трубопроводе успевает испариться только незначительная часть легких фракций. Основная часть топлива, состоящая из тяжелых фракций, оседает на холодных стенках впускного трубопровода в виде топливной пленки. Образование топливной пленки происходит и вследствие конденсации паров испарившейся части топлива при соприкосновении ее с холодными стенками трубопровода. Интенсивность образования пленки зависит от низкотемпературных свойств топлива.

Бензин представляет собой сложную смесь различных углеводородов, переходящих в парообразное состояние в определенной последовательности. Первоначально в паровоздушную смесь переходят низкокипящие фракции углеводородов, а испарение высококипящих, находящихся в виде топливной пленкн, происходит очень медленно Испарение топлива имеет место в течение всего процесса карбюрации и обц зательно сопровождается поглощением энергии.

Такой характер испарения обусловливает необходимость применения при пуске холодного двигателя топлива с повышенным содержанием легких фракций и высоким давлением насыщенных паров.

Полнота и эффективность сгорания топливовоздушной смеси зависит от точности дозирования топлива, качества его распиливания, перемешивания с воздухом и интенсивности испарения. Как было указано ранее, топливо воздушная смесь может воспламеняться и гореть только в определенных пределах изменения ее состава. При пуске холодного двигателя обеспечить точное дозирование с помощью карбюратора представляет собой сложную задачу. Чем ниже температура пуска, тем больше топливной пленки попадает в цилиндры двигателя, осложняет процесс дозирования. Для повышения содержания паров в смеси требуется увеличение подачи топлива. Чем тяжелее фракционный состав топлива, ниже температура и меньше частота вращения коленчатого вала, тем большее количество топлива должно вводиться в смесительную камеру карбюратора при пуске.

Продолжительность пуска уменьшается по мере обогащения смеси. Для наилучших условий воспламенения смеси в первый период пуска карбюратор должен обеспечивать ее состав с расчетным коэффициентом избытка воздуха а в пределах 0,05-0,07.

При коэффициенте а > 0,07 прдолжительность пуска возрастает вследствие недостаточности топлива в парообразном состоянии (испаряется только часть топлива, поступающего во впускной трубопровод). При а < 0,05 возрастает жидкостная часть составляющей смеси, попадапие которой на электроды зажигательных свечей приводит к прекращению искрообразования. Внешним признаком переобогащения смеси является отсутствие вспышек воспламенения.

Впрыскивание топлива обеспечивает высокую стабильность получения смеси в качественном и количественном отношении независимо от n коленчатого вала двигателя: процесс дозирования осуществляется в определенной последовательности подачи топлива достигается высокая равномерность распределения смеси по цилиндрам. Такое дисперсное распиливание топлива с помощью форсунки способствует лучшему его перемешиванию с воздухом и последующему испарению. Сокращение времени испарения топлива вне цилиндра (из-за близкого расположения форсунок к впускным отверстиям) предполагает правильный выбор формы камеры, чтобы обеспечить достаточную турбулентность смеси в процессе сжатия при малой частоте прокручивания коленчатого вала двигателя.

В первый период пуска двигателя величина а должна быть больше, чем при дозировании топлива с помощью карбюратора, но меньше, чем для газовоздушной смеси, приготавливаемой на основе газового топлива.

Отличительная особенность приготовления газовоздушной смеси состоит в том, что газ и воздух находятся в одном состоянии, что исключает наличие пленки и не требует организации испарения газа, однако предполагает повышенные требования к процессу его дозирования и смешения с воздухом. Как показали исследования, для обеспечения надежного пуска газового двигателя требуется обеспечить а, равный 0,5-0,55 при использовании сжиженного пропан-бутанового газа, а при использовании сжатого природного газа (метана) 0,7-0,75. Приводимая величина а не является абсолютной и зависит от фракционного состава газового топлива, который в условиях реальной эксплуатации может быть различным.


Образование топливовоздушной смеси

Назначение

Процесс образования горючей топливовоздушной смеси должен протекать таким образом, чтобы обеспечивалась макси­мально возможная её гомогенизация.

Технические требования

В режиме работы на гомогенной богатой (X < 1) и гомогенной бедной топливовоздуш­ной смеси такая смесь равномерно распре­деляется по всему объёму камеры сгора­ния. С другой стороны, во время работы на послойном заряде топливовоздушная смесь является гомогенной только в огра­ниченной области, в то время как осталь­ные зоны камеры сгорания заполнены не­горючим газом или свежим воздухом. Для того чтобы топливовоздушная смесь стала гомогенной, топливо перед смеше­нием с воздухом должно испариться. На этот процесс влияют следующие факторы:

• Температура в камере сгорания;

• Размер камель в спектре распыливания топлива;

• Время, имеющееся для испарения топ­лива.

Факторы влияния

Влияние температуры. В зависимости от температуры, давления и геометрии камеры сгорания топливовоз­душная смесь (воздух/бензин) является го­рючей в диапазоне значений коэффици­ента избытка воздуха X = 0,6… 1,6. По­скольку при низких температурах бензин полностью не испаряется, это означает, что в таких условиях, чтобы получить горючую топливовоздушную смесь, должно впрыс­киваться больше топлива.

Образование топливовоздушной смеси при гомогенном распределении по камере сгорания

Для того чтобы получить достаточно дли­тельный период времени для образования топливовоздушной смеси, топливо должно впрыскиваться с опережением. Поэтому при работе на гомогенной смеси топливо впрыскивается во время такта впуска. Пос­тупающий в камеру сгорания воздух спо­собствует достижению быстрого испаре­ния топлива и эффективной гомогениза­ции топливовоздушной смеси.

Образование топливовоздушной смеси при послойном сгорании Решающим фактором послойного сгора­ния является образование горючего газа топливовоздушной смеси вблизи свечи за­жигания в момент воспламенения (проскакивания искры). Именно поэтому топливо впрыскивается во время такта сжатия та­ким образом, чтобы «облако» топливовоз­душной смеси подводилось к свече зажига­ния потоком воздуха в камере сгорания и поршнем при его движении вверх (к ВМТ). Момент воспламенения есть функция час­тоты вращения и крутящего момента дви­гателя.

Глубина проникновения струи топлива Размер капель в факеле распыливания топ­лива зависит от давления впрыска топлива и от давления в камере сгорания. Чем больше давление впрыска, тем меньше раз­мер капель, которые быстрее испаряются. При постоянном давлении сгорания глу­бина проникновения факела струи топлива увеличивается при повышении давления впрыска. Глубина проникновения опреде­ляется как расстояние, проходимое инди­видуальной каплей топлива до полного её испарения.

Если расстояние, необходимое для полного испарения капель, превышает расстояние от форсунки до стенки камеры сгорания, то стенки цилиндра и поверхность поршня будут смачиваться топливом. Если топливо на стенках цилиндра и на поршне не испа­ряется до момента зажигания, то будет иметь место либо пропуск воспламенения, либо неполное сгорание смеси.


Узнать еще:

Соотношение воздух-топливо — x-engineer.org

Содержание

Определение соотношения воздух-топливо

Тепловые двигатели используют топливо и кислород (из воздуха) для производства энергии посредством сгорания. Чтобы гарантировать процесс сгорания, в камеру сгорания необходимо подавать определенное количество топлива и воздуха. Полное сгорание происходит, когда все топливо сгорает, в выхлопных газах не будет несгоревшего количества топлива.

Соотношение воздух-топливо определяется как соотношение воздуха и топлива в смеси, подготовленной для сгорания.Например, если у нас есть смесь метана и воздуха с соотношением воздух-топливо 17,5, это означает, что в смеси имеется 17,5 кг воздуха и 1 кг метана.

Идеальное (теоретическое) соотношение воздух-топливо для полного сгорания называется стехиометрическим соотношением воздух-топливо . Для бензинового двигателя стехиометрическое соотношение воздух-топливо составляет около 14,7: 1. Это означает, что для полного сжигания 1 кг топлива нам необходимо 14,7 кг воздуха. Возгорание возможно даже в том случае, если AFR отличается от стехиометрического.Для процесса сгорания в бензиновом двигателе минимальное значение AFR составляет около 6: 1, а максимальное может достигать 20: 1.

Когда соотношение воздух-топливо выше стехиометрического, топливовоздушная смесь называется обедненной . Когда соотношение воздух-топливо ниже стехиометрического, топливовоздушная смесь называется богатая . Например, для бензинового двигателя AFR 16,5: 1 — обедненный, а 13,7: 1 — богатый.

Вернуться назад

Формула соотношения воздух-топливо

В контексте двигателей внутреннего сгорания соотношение воздух-топливо (AF или AFR) определяется как соотношение между массой воздуха m a и массой топлива m f , используется двигателем при работе:

\ [\ bbox [# FFFF9D] {AFR = \ frac {m_a} {m_f}} \ tag {1} \]

Обратное соотношение называется топливно-воздушным соотношение (FA или FAR) и рассчитывается как:

\ [FAR = \ frac {m_f} {m_a} = \ frac {1} {AFR} \ tag {1} \]

Вернуться

Соотношение воздух-топливо для различных топлива

В таблице ниже мы можем увидеть стехиометрическое соотношение воздух-топливо для нескольких ископаемых видов топлива.

Топливо Химическая формула AFR
Метанол CH 3 OH 6.47: 1
Этанол C 2 H 5 OH 9: 1
Бутанол C 4 H 9 OH 11,2: 1
Дизель C 12 H 23 14.5: 1
Бензин C 8 H 18 14,7: 1
Пропан C 3 H 8 15,67: 1
Метан CH 4 17,19: 1
Водород H 2 34,3: 1

Источник: wikipedia.org

Например, чтобы полностью сжечь 1 кг этанола, нам нужно 9 кг воздуха и чтобы сжечь 1 кг дизельного топлива, нам нужно 14.5 кг воздуха.

Двигатели с искровым зажиганием (SI) обычно работают на бензине (бензине). AFR двигателей SI варьируется в пределах от 12: 1 (богатая) до 20: 1 (бедная), в зависимости от условий эксплуатации двигателя (температура, скорость, нагрузка и т. Д.). Современные двигатели внутреннего сгорания работают в максимально возможной степени со стехиометрическим AFR (в основном по причинам доочистки газа). В таблице ниже вы можете увидеть пример AFR двигателя SI, функцию частоты вращения и крутящего момента двигателя.

Изображение: Пример функции воздушно-топливной смеси (AFR) для частоты вращения и крутящего момента двигателя

Воспламенение от сжатия (CI) Двигатели обычно работают на дизельном топливе. Из-за характера процесса сгорания двигатели CI всегда работают на обедненных смесях с AFR от 18: 1 до 70: 1. Основное отличие от двигателей SI заключается в том, что двигатели CI работают на слоистых (негомогенных) воздушно-топливных смесях, а двигатели SI работают на гомогенных смесях (в случае двигателей с распределенным впрыском).

Приведенная выше таблица вводится в скрипт Scilab и создается контурный график.

 EngSpd_rpm_X = [500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500];
EngTq_Nm_Y = [10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140];
EngAFR_rat_Z = [14 14,7 16,4 17,5 19,8 19,8 18,8 18,1 18,1 18,1 18,1 18,1 18,1;
                14 14,7 14,7 16,4 16,4 16,4 16,5 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8;
                14 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 15,7 15,7 15,3 14,9 14.9 14,9;
                14,2 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 13,9 13,3 13,3 13,3;
                14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,5 12,9 12,9 12,9;
                14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,3 13,3 12,6 12,1 11,8;
                14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 13,6 12,9 12,2 11,8 11,3;
                14,1 14,2 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 13,3 12,5 11,9 11,4 10,9;
                13,4 13,4 13,8 14,3 14,3 14,7 14,7 13.6 13,1 12,2 11,5 11,1 10,7;
                13,4 13,4 13,4 13,4 13,4 13,6 13,6 12,1 12,1 11,6 11,2 10,8 10,5;
                13,4 13,4 13,4 13,4 13,1 13,1 13,1 11,8 11,8 11,2 10,7 10,5 10,3;
                13,4 13,4 13,4 13,4 12,9 12,9 12,5 11,6 11,3 10,5 10,4 10,3 10,2;
                13,4 13,4 13,4 13,4 12,9 12,9 12,5 11,6 11,3 10,5 10,4 10,3 10,2;
                13,4 13,4 13,4 13,4 12,9 12,9 12,5 11,6 11,3 10,5 10,4 10,3 10,2];
контур (EngSpd_rpm_X, EngTq_Nm_Y, EngAFR_rat_Z ', 30)
xgrid ()
xlabel ('Скорость двигателя [об / мин]')
ylabel ('Крутящий момент двигателя [Нм]')
title ('х-инженер.org ')
 

Выполнение приведенных выше инструкций Scilab сгенерирует следующий контурный график:

Изображение: Контур топливовоздушной смеси с помощью Scilab

Вернуться

Как вычисляется стехиометрическое соотношение воздух-топливо

Чтобы понять, как определяется стехиометрическое соотношение воздух-топливо подсчитано, нам нужно посмотреть на процесс сгорания топлива. Горение — это в основном химическая реакция (называемая окислением ), в которой топливо смешивается с кислородом и производит углекислый газ (CO 2 ), воду (H 2 O) и энергию (тепло).Учтите, что для протекания реакции окисления необходима энергия активации (искра или высокая температура). Кроме того, результирующая реакция сильно экзотермична (с выделением тепла).

\ [\ text {Топливо} + \ text {Кислород} \ xrightarrow [высокая \ text {} температура \ text {(CI)}] {искра \ text {(SI)}} \ text {Углекислый газ} + \ text {Water} + \ text {Energy} \]
Пример 1. Для лучшего понимания давайте посмотрим на реакцию окисления метана . Это довольно распространенная химическая реакция, поскольку метан является основным компонентом природного газа (примерно 94%).

Шаг 1 . Запишите химическую реакцию (окисление)

\ [CH_4 + O_2 \ rightarrow CO_2 + H_2O \]

Шаг 2 . Сбалансируйте уравнение

\ [CH_4 + {\ color {Red} 2} \ cdot O_2 \ rightarrow CO_2 + {\ color {Red} 2} \ cdot H_2O \]

Шаг 3 . Запишите стандартный атомный вес для каждого атома.

\ [\ begin {split}
\ text {Hydrogen} & = 1.008 \ text {amu} \\
\ text {Carbon} & = 12.011 \ text {amu} \\
\ text {Oxygen} & = 15.999 \ text {amu}
\ end {split} \]

Шаг 4 .Вычислите массу топлива, равную 1 моль метана, состоящему из 1 атома углерода и 4 атомов водорода.

\ [m_f = 12.011 + 4 \ cdot 1.008 = 16.043 \ text {g} \]

Шаг 5 . Вычислите массу кислорода, состоящую из 2 моль, каждый моль состоит из 2 атомов кислорода.

\ [m_o = 2 \ cdot 15.999 \ cdot 2 = 63.996 \ text {g} \]

Шаг 6 . Вычислите необходимую массу воздуха, который содержит расчетную массу кислорода, учитывая, что воздух содержит около 21% кислорода.

\ [m_a = \ frac {100} {21} \ cdot m_o = \ frac {100} {21} \ cdot 63.996 = 304.743 \ text {g} \]

Шаг 7 . Рассчитайте соотношение воздух-топливо с помощью уравнения (1)

\ [AFR = \ frac {m_a} {m_f} = \ frac {304.743} {16.043} = 18.995 \]

Расчетная AFR для метана не совсем такая, как указано в литературе . Разница может быть связана с тем, что в нашем примере мы сделали несколько предположений (воздух содержит только 21% кислорода, продуктами сгорания являются только углекислый газ и вода).
Пример 2. Тот же метод можно применить для сжигания бензина. Учитывая, что бензин состоит из изооктана (C 8 H 18 ), рассчитайте стехиометрическое соотношение воздух-топливо для бензина .

Шаг 1 . Запишите химическую реакцию (окисление)

\ [C_ {8} H_ {18} + O_2 \ rightarrow CO_2 + H_2O \]

Шаг 2 . Сбалансируйте уравнение

\ [C_ {8} H_ {18} + {\ color {Red} {12.5}} \ cdot O_2 \ rightarrow {\ color {Red} 8} \ cdot CO_2 + {\ color {Red} 9} \ cdot H_2O \]

Шаг 3 .Запишите стандартный атомный вес для каждого атома.

\ [\ begin {split}
\ text {Hydrogen} & = 1.008 \ text {amu} \\
\ text {Carbon} & = 12.011 \ text {amu} \\
\ text {Oxygen} & = 15.999 \ text {amu}
\ end {split} \]

Шаг 4 . Вычислите массу топлива, равную 1 моль изооктана, состоящему из 8 атомов углерода и 18 атомов водорода.

\ [m_f = 8 \ cdot 12.011 + 18 \ cdot 1.008 = 114.232 \ text {g} \]

Шаг 5 . Вычислите массу кислорода, которая состоит из 12.5 моль, каждый моль состоит из 2 атомов кислорода.

\ [m_o = 12,5 \ cdot 15,999 \ cdot 2 = 399,975 \ text {g} \]

Шаг 6 . Вычислите необходимую массу воздуха, который содержит расчетную массу кислорода, учитывая, что воздух содержит около 21% кислорода.

\ [m_a = \ frac {100} {21} \ cdot m_o = \ frac {100} {21} \ cdot 399.975 = 1904.643 \ text {g} \]

Шаг 7 . Рассчитайте соотношение воздух-топливо, используя уравнение (1)

\ [AFR = \ frac {m_a} {m_f} = \ frac {1904.643} {114.232} = 16.673 \]

Опять же, рассчитанное стехиометрическое соотношение воздух-топливо для бензина немного отличается от приведенного в литературе. Таким образом, результат приемлем, поскольку мы сделали множество предположений (бензин содержит только изооктан, воздух содержит только кислород в пропорции 21%, единственными продуктами сгорания являются углекислый газ и вода, сгорание идеальное).

Вернуться назад

Лямбда-соотношение воздух-топливо

Мы видели, что такое стехиометрическое (идеальное) соотношение воздух-топливо и как рассчитать его.На самом деле двигатели внутреннего сгорания работают не с идеальным AFR, а с близкими к нему значениями. Таким образом, у нас будет идеальное и реальное соотношение AFR воздух-топливо. Соотношение между фактическим соотношением воздух-топливо (AFR , фактическое ) и идеальным / стехиометрическим соотношением воздух-топливо (AFR perfect ) называется эквивалентным соотношением воздух-топливо или лямбда (λ).

\ [\ bbox [# FFFF9D] {\ lambda = \ frac {AFR_ {actual}} {AFR_ {ideal}}} \ tag {3} \]

Например, идеальное соотношение воздух-топливо для бензина (бензина) двигатель 14.7: 1. Если фактический / реальный AFR равен 13,5, лямбда-коэффициент эквивалентности будет:

\ [\ lambda = \ frac {13.5} {14.7} = 0,92 \]

В зависимости от значения лямбда двигатель получает команду работать с бережливым двигателем. , стехиометрическая или богатая воздушно-топливная смесь.

Коэффициент эквивалентности Тип топливовоздушной смеси Описание
λ <1,00 Rich Недостаточно воздуха для полного сжигания топлива; после сгорания в выхлопных газах остается несгоревшее топливо
λ = 1.00 Стехиометрический (идеальный) Масса воздуха точна для полного сгорания топлива; после сгорания в выхлопных газах нет избытка кислорода и несгоревшего топлива
λ> 1,00 Бедная Кислорода больше, чем требуется для полного сжигания топлива; после сгорания в выхлопных газах присутствует избыток кислорода

В зависимости от типа топлива (бензин или дизельное топливо) и типа впрыска (прямой или непрямой) двигатель внутреннего сгорания может работать с обедненным, стехиометрическим или богатым воздухом топливные смеси.

Изображение: 3-цилиндровый бензиновый двигатель Ecoboost с прямым впрыском (лямбда-карта)
Кредит: Ford

Например, 3-цилиндровый двигатель Ford Ecoboost работает со стехиометрическим соотношением воздух-топливо для холостых и средних оборотов двигателя и полного диапазона нагрузок, а также с богатой воздушно-топливной смесью на высоких оборотах и ​​нагрузке. Причина, по которой он работает на богатой смеси при высоких оборотах двигателя и нагрузке, охлаждения двигателя . Дополнительное топливо (которое останется несгоревшим) впрыскивается для поглощения тепла (за счет испарения), таким образом снижая температуру в камере сгорания.

Изображение: Дизельный двигатель (лямбда-карта)
Кредит: wtz.de

Дизельный двигатель с воспламенением от сжатия (дизельный) постоянно работает на обедненной воздушно-топливной смеси , значение коэффициента эквивалентности (λ) зависит от двигателя рабочая точка (скорость и крутящий момент). Причина этого — принцип работы дизельного двигателя: управление нагрузкой не через массу воздуха (которая всегда в избытке), а через массу топлива (время впрыска).

Помните, что коэффициент стехиометрической эквивалентности (λ = 1.00) означает соотношение воздух-топливо 14,7: 1 для бензиновых двигателей и 14,5: 1 для дизельных двигателей.

Вернуться назад

Соотношение воздух-топливо и характеристики двигателя

Характеристики двигателя с точки зрения мощности и расхода топлива во многом зависят от соотношения воздух-топливо. Для бензинового двигателя наименьший расход топлива достигается при обедненном AFR. Основная причина в том, что кислорода достаточно, чтобы полностью сжечь все топливо, что переводится в механическую работу. С другой стороны, максимальная мощность достигается на богатых топливовоздушных смесях.Как объяснялось ранее, подача большего количества топлива в цилиндр при высокой нагрузке и скорости двигателя приводит к охлаждению камеры сгорания (за счет испарения топлива и поглощения тепла), что позволяет двигателю создавать максимальный крутящий момент двигателя, а значит, максимальную мощность.

Изображение: Мощность двигателя и функция расхода топлива воздушно-топливной смеси (лямбда)

На рисунке выше мы видим, что мы не можем получить максимальную мощность двигателя и самый низкий расход топлива при том же соотношении воздух-топливо. Самый низкий расход топлива (лучшая экономия топлива) достигается при использовании обедненных топливовоздушных смесей с AFR 15.4: 1 и коэффициент эквивалентности (λ) 1,05. Максимальная мощность двигателя достигается при использовании богатых топливовоздушных смесей с AFR 12,6: 1 и коэффициентом эквивалентности (λ) 0,86. При стехиометрической воздушно-топливной смеси (λ = 1) существует компромисс между максимальной мощностью двигателя и минимальным расходом топлива.

Двигатели с воспламенением от сжатия (дизельные) всегда работают на обедненных топливовоздушных смесях (λ> 1,00). Большинство современных дизельных двигателей работают с λ от 1,65 до 1,10. Максимальный КПД (наименьший расход топлива) достигается около λ = 1.65. Увеличение количества топлива выше этого значения (до 1,10) приведет к образованию большего количества сажи (несгоревших частиц топлива).

Р. Дуглас провел интересное исследование двухтактных двигателей. В своей докторской диссертации «Исследования замкнутого цикла двухтактного двигателя » Р. Дуглас дает математическое выражение функции коэффициента эквивалентности (λ) полноты сгорания λ ).

Для искрового зажигания (бензиновый двигатель) с коэффициентом эквивалентности от 0.3; сюжет (lmbd_g, eff_lmbd_g, ‘b’, ‘LineWidth’, 2) держать сюжет (lmbd_d, eff_lmbd_d, ‘r’, ‘LineWidth’, 2) xgrid () xlabel (‘$ \ lambda \ text {[-]} $’) ylabel (‘$ \ eta _ {\ lambda} \ text {[-]} $’) название (‘x-engineer.org’) легенда (‘бензин’, ‘дизель’, 4)

При выполнении приведенных выше инструкций Scilab выводится следующее графическое окно.

Изображение: Функция КПД сгорания от коэффициента эквивалентности

Как вы можете видеть, двигатель с воспламенением от сжатия (дизельный) при стехиометрическом соотношении воздух-топливо имеет очень низкую эффективность сгорания.Наилучшая полнота сгорания достигается при λ = 2,00 для дизельных двигателей и λ = 1,12 для двигателей с искровым зажиганием (бензиновых).

Назад

Калькулятор соотношения воздух-топливо

Наблюдение : КПД сгорания рассчитывается только для дизельного и бензинового (бензинового) топлива с использованием уравнений (4) и (5). Для других видов топлива расчет полноты сгорания недоступен (NA).

Вернуться назад

Влияние воздушно-топливной смеси на выбросы двигателя

Выбросы выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания в значительной степени зависят от воздушно-топливной смеси (коэффициента эквивалентности).Основные выбросы выхлопных газов в ДВС сведены в таблицу ниже.

частицы
Выбросы выхлопных газов Описание
CO угарный газ
HC углеводород
NOx оксиды азота
без сажи

Для бензиновых двигателей выбросы CO, HC и NOx в выхлопных газах сильно зависят от соотношения воздух-топливо .CO и HC образуются в основном из богатой топливовоздушной смеси, а NOx — из бедных смесей. Таким образом, не существует фиксированной воздушно-топливной смеси, для которой мы можем получить минимум для всех выбросов выхлопных газов.

Изображение: функция эффективности катализатора бензинового двигателя от отношения воздух-топливо

Трехкомпонентный катализатор (TWC), используемый для бензиновых двигателей, имеет наивысшую эффективность, когда двигатель работает в узком диапазоне около стехиометрического отношения воздух-топливо. TWC преобразует от 50… 90% углеводородов до 90… 99% моноксида углерода и оксидов азота, когда двигатель работает с λ = 1.00.

Вернуться назад

Лямбда-регулирование сгорания с обратной связью

Чтобы соответствовать требованиям по выбросам выхлопных газов, для двигателей внутреннего сгорания (особенно бензиновых) критически важно иметь точный контроль над соотношением воздух-топливо. Таким образом, все современные двигатели внутреннего сгорания имеют замкнутый контур управления соотношением воздух-топливо (лямбда) .

Изображение: Лямбда-регулирование с обратной связью двигателя внутреннего сгорания (бензиновые двигатели)

  1. датчик массового расхода воздуха
  2. первичный катализатор
  3. вторичный катализатор
  4. топливная форсунка
  5. передний лямбда-зонд
  6. нижний лямбда-датчик (кислород) датчик
  7. цепь подачи топлива
  8. впускной коллектор
  9. выпускной коллектор

Критическим компонентом для работы системы является лямбда-зонд (кислород) .Этот датчик измеряет уровень молекул кислорода в выхлопных газах и отправляет информацию в электронный блок управления двигателем (ЭБУ). На основании значения показания датчика кислорода ЭБУ бензинового двигателя регулирует уровень массы топлива, чтобы поддерживать соотношение воздух-топливо около стехиометрического уровня (λ = 1,00).

Например (бензиновые двигатели), если уровень молекул кислорода выше порогового значения для стехиометрического уровня (следовательно, у нас бедная смесь), при следующем цикле впрыска количество впрыскиваемого топлива будет увеличено, чтобы использовать избыток воздуха.Имейте в виду, что двигатель всегда будет переключаться с обедненной смеси на богатой смеси между циклами впрыска, что будет давать «среднее» стехиометрическое соотношение топливовоздушных смесей.

Для дизельных двигателей, поскольку он всегда работает на обедненной топливовоздушной смеси, лямбда-регулирование выполняется по-другому. Конечная цель остается прежней — контроль выбросов выхлопных газов.

Для любых вопросов или замечаний относительно этого руководства, пожалуйста, используйте форму комментариев ниже.

Не забывайте ставить лайки, делиться и подписываться!

Соотношение воздух / топливо двигателя


Home, Библиотека по ремонту автомобилей, Автозапчасти, Аксессуары, Инструменты, Руководства и книги, Автомобильный БЛОГ, Ссылки, Указатель Ларри Карли, авторское право 2019 AA1Car.com

Соотношение воздух / топливо (A / F) — это соотношение смеси или процентное соотношение воздух и топливо доставляются к двигателю по топливной системе. Обычно его выражают по весу или массе (фунты воздуха на фунты топлива). Соотношение воздух / топливо важно, потому что оно влияет на холодный запуск, качество холостого хода, ходовые качества, экономию топлива, мощность, выбросы выхлопных газов и срок службы двигателя.

Чтобы смесь воздуха и топлива горела внутри двигателя, соотношение воздуха и топлива должно быть в определенных минимальных и максимальных пределах воспламеняемости, в противном случае она может не воспламениться. Слишком много воздуха и недостаток топлива или слишком много топлива и недостаток воздуха могут создать смесь, которая не загорится при сгорании свечи зажигания. Результатом будут пропуски зажигания, потеря мощности и увеличение выбросов (в первую очередь несгоревших углеводородов или углеводородов).

ХИМИЯ ЗА СООТНОШЕНИЕМ ВОЗДУХ / ТОПЛИВО

Когда топливно-воздушная смесь идеально сбалансирована химически, остается ровно столько кислорода, чтобы сжечь все топливо.Это соотношение называется СТОХИОМЕТРИЧЕСКОЙ топливной смесью. Весь кислород в воздухе и все углеводороды в топливе будут израсходованы, не оставив ничего, кроме водяного пара (h3O) и двуокиси углерода (CO2). В условиях легкого крейсерского полета и низкой нагрузки двигателя большинству двигателей нравится стехиометрическая смесь A / F, поскольку она производит самые низкие выбросы углеводородов и оксида углерода (CO) и обеспечивает хорошую топливную экономичность.



На этой диаграмме показано, как различные соотношения воздух / топливо влияют на выбросы, экономию топлива и производительность.

Идеальная или стехиометрическая смесь воздух / топливо для различных видов топлива будет варьироваться в зависимости от топлива и его химического состава. Количество кислорода, необходимое для соотношения A / F, будет зависеть от количества и типа углеродных и водородных связей в топливе, поэтому разные виды топлива имеют разные оптимальные соотношения A / F.

Бензин содержит смесь различных длинноцепочечных углеводородов. Одним из его основных ингредиентов является октан (C8h28), но он также включает много других углеводородов. Фактическая формула будет варьироваться в зависимости от сезона (зима или лето), процесса очистки и норм выбросов, которым должно соответствовать топливо в различных областях.Вообще говоря, бензин будет содержать около 15 процентов алканов от C4 до C8 с прямой цепью, от 25 до 40 процентов алканов с разветвленной цепью от C4 до C10, 10 процентов циклоалканов, до 25 процентов ароматических соединений, 10 процентов алкенов с прямой цепью и циклических алканов и менее одного процентов бензола.

Большая часть бензина, продаваемого в США, также смешивается с этаноловым спиртом, чтобы увеличить запас топлива, улучшить октановое число (сопротивление детонации) и добавить кислород для более чистого горения. Топливные смеси этанола и бензина варьируются от 10 процентов этанола (E10) до 85 процентов этанола (E85).Смеси этанола E10 одобрены EPA для использования во всех бензиновых двигателях, а E15 недавно был одобрен для использования в 2001 году и более новых автомобилях. Для транспортных средств, поддерживающих FLEX FUEL, можно использовать смеси этанол / бензин, содержащие до 85 процентов этанола (E85).

СТОХИОМЕТРИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ ВОЗДУХ / ТОПЛИВО

Для бензиновых двигателей идеальное или стехиометрическое соотношение A / F составляет 14,7, что составляет 14,7 частей топлива по весу на одну часть топлива.

Для бензина E10 (90-процентный бензин с 10-процентным этаноловым спиртом) стехиометрическое соотношение составляет 14.08: 1.

Для систем с гибким топливом стехиометрическое соотношение A / F для E85 составляет 9,7: 1.

Для альтернативного топлива, такого как чистый этаноловый спирт (E100), стехиометрическое соотношение A / F составляет 9: 1.

Для гоночного топлива, такого как МЕТАНОЛ-спирт, стехиометрическое соотношение A / F составляет 6,5: 1.

Для ПРИРОДНОГО ГАЗА (МЕТАН или Ch5) стехиометрическое соотношение составляет 17,2: 1

Для ПРОПАНА (сжиженный нефтяной газ или C3H8) стехиометрическое соотношение составляет 15,5: 1.

Для дизельных двигателей стехиометрическое соотношение A / F для дизельного топлива № 2 составляет 14.6. Однако, поскольку дизельные двигатели используют топливную смесь для управления частотой вращения двигателя и выходной мощностью, они обычно используют соотношение A / F, которое может варьироваться от 18: 1 до 70: 1.

СООТНОШЕНИЯ ОБОГАЩЕННЫЙ И БЕДАЛЬНЫЙ ВОЗДУХ / ТОПЛИВО

Когда соотношение воздух / топливо отличается от стехиометрического, оно горит по-разному и по-разному влияет на характеристики двигателя, выбросы, экономию топлива и срок службы. Реальные условия вождения требуют разных соотношений A / F в разное время, поэтому соотношение A / F не является чем-то статичным и неизменным.Он динамичен и изменяется в зависимости от меняющихся условий эксплуатации.

Во-первых, мы должны объяснить разницу между RICH и LEAN воздушно-топливными смесями.

Соотношение A / F, которое содержит больше воздуха и меньше топлива, чем стехиометрическое соотношение, называется обедненной топливной смесью. Бедная смесь — это смесь с соотношением бензина более 14,7: 1.

Соотношение A / F, которое содержит меньше воздуха и больше топлива, чем стехиометрическое соотношение, называется RICH топливной смесью. Богатой смесью будет смесь с соотношением меньше 14.7: 1 для бензина.

Смесь LEAN A / F обычно горит ГОРЯЧЕ и расходует меньше топлива на милю пробега, что улучшает экономию топлива. Но более высокие температуры сгорания также увеличивают выбросы оксидов азота (NOX) и риск детонации, вызывающей повреждение двигателя (искровой детонации).

ОПАСНОСТЬ ДЕТОНАЦИИ БЕДАЛЬНОГО ВОЗДУХА / ТОПЛИВНОЙ СМЕСИ

Детонация — это ненормальная форма горения, которая может возникнуть, когда сочетание высоких температур и давления внутри камеры сгорания вызывает самовоспламенение топлива до возгорания свечи зажигания.Вместо плавно расширяющегося наружу воздушного шара от свечи зажигания карманы с горючим воспламеняются и сталкиваются друг с другом, производя слышимый стук. Детонация — это плохо, потому что она слишком быстро увеличивает давление сгорания. При этом по поршням возникают удары молотком, которые могут повредить поршни, кольца, шатунные подшипники и прокладки головки. Слишком бедная топливная смесь может даже прожечь дыру прямо в верхней части поршня! Поэтому всегда следует избегать действительно обедненной топливной смеси, особенно когда двигатель ускоряется или сильно работает под нагрузкой.

Основной причиной чрезмерно обедненного топлива может быть грязные топливные форсунки, низкое давление топлива (слабый топливный насос или ограниченный топливопровод или фильтр) или недостаточный поток топлива (мощность насоса или форсунки слишком мала для данной области применения). На двигателях с модифицированными характеристиками (особенно с нагнетателем или турбонагнетателем), как правило, требуется топливный насос с более высокой мощностью и / или топливные форсунки с более высоким расходом, чтобы не отставать от повышенных требований двигателя к топливу. Если насос или форсунки не успевают за ним, топливная смесь может стать обедненной, что приведет к взрыву двигателя и возможному самоуничтожению!

Все двигатели оригинального оборудования последних моделей с компьютеризированным управлением двигателем оснащены ДАТЧИКОМ ДЕТОНАЦИИ для защиты двигателя от детонации.Если датчик детонации обнаруживает вибрации, похожие на детонацию, он подает сигнал компьютеру управления двигателем, чтобы на мгновение замедлить синхронизацию зажигания, что снижает риск детонации. Компьютер двигателя может также обогатить топливную смесь, поскольку добавление топлива помогает снизить температуру сгорания и снижает риск детонации.

БОГАТЫЕ СМЕСИ ВОЗДУХ / ТОПЛИВО, МОЩНОСТЬ И ВЫБРОСЫ

Что касается смесей RICH A / F, добавление большего количества топлива в смесь увеличивает мощность до определенного предела. Более богатая смесь также снижает риск детонации, поэтому двигатели с наддувом или турбонаддувом обычно имеют более высокое соотношение A / F, когда двигатель получает давление наддува.Но компромисс более богатой смеси — повышенный расход топлива и более высокие выбросы выхлопных газов (в первую очередь, оксида углерода). Чем богаче смесь A / F, тем выше процент окиси углерода в выхлопе.

Обычно уровни CO в выхлопе хорошо настроенного двигателя, работающего со стехиометрическим соотношением или близким к нему, должны быть от нуля до менее половины процента. Если автомобиль оборудован каталитическим нейтрализатором, уровень CO в выхлопной трубе должен быть равен нулю или очень близок к нулю. Окись углерода — опасный и смертельный загрязнитель, потому что только небольшое количество может убить!


Соотношение воздух / топливо постоянно меняется с богатой на обедненную в соответствии с меняющимися условиями эксплуатации.

ПОЧЕМУ СООТНОШЕНИЕ ВОЗДУХ / ТОПЛИВО ПОСТОЯННО МЕНЯЕТСЯ

Хотя стехиометрическое соотношение A / F дает наилучшие всесторонние результаты с точки зрения экономии топлива и выбросов, двигатель не может работать со стехиометрическим соотношением все время. Иногда ему нужна БОЛЬШАЯ смесь, а иногда может быть полезна БЕЗОПАСНАЯ смесь. Вот почему:

Холодному двигателю для запуска требуется очень ОБОГАЩЕННАЯ топливная смесь (по крайней мере, сначала, пока он не прогреется). Период холодного запуска — самое грязное время для выбросов, поэтому автопроизводители делают множество вещей, чтобы ускорить прогрев двигателя и улучшить испарение топлива, пока двигатель не достигнет нормальной рабочей температуры.Двигатели с прямым впрыском бензина (GDI) чище после холодного пуска, поскольку топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания под чрезвычайно высоким давлением. Это улучшает распыление топлива, поэтому оно будет легче смешиваться с воздухом для более чистого горения.

На более старых двигателях с карбюратором воздушная заслонка обеспечивает начальную обогащенную смесь. Закрытие воздушной заслонки ограничивает поток воздуха в карбюратор для обогащения смеси. По мере того, как двигатель нагревается, воздушная заслонка постепенно открывается, чтобы пропустить больше воздуха, пока, в конце концов, он больше не понадобится и двигатель не будет работать с нормальным соотношением A / F.

На более старых двигателях с впрыском топлива отдельная форсунка холодного пуска обеспечивает дополнительное топливо во время холодного пуска. На более новых двигателях EFI компьютер управляет более богатой смесью, когда двигатель запускается и первый запускается. Компьютер запрограммирован на подачу точно нужного количества топлива в зависимости от температуры двигателя и температуры воздуха.

Холодному двигателю также нужна ОБОГАЩЕННАЯ топливная смесь, пока он прогревается до плавной работы на холостом ходу. Смесь A / F будет постепенно обедняться по мере того, как повышается температура двигателя и частота вращения холостого хода снижается от высоких оборотов холостого хода (примерно от 850 до 1000 об / мин) до нормальных оборотов холостого хода (обычно от 500 до 600 об / мин).На карбюраторе это осуществляется воздушной заслонкой и кулачком быстрого холостого хода.


PCM использует контур управления с обратной связью от расположенного выше по потоку датчика O2 для точной настройки смеси A / F.

На двигателе с впрыском топлива компьютер поддерживает обогащенную смесь A / F до тех пор, пока датчик кислорода не станет достаточно горячим, чтобы система управления с обратной связью перешла в ЗАМКНУТ КОНТУР. Как только это происходит, компьютер начинает использовать сигнал датчика кислорода для точной настройки смеси A / F. Компьютер управляет холостым ходом с помощью электродвигателя управления холостым ходом или соленоида на корпусе дроссельной заслонки, который позволяет воздуху обходить дроссельную заслонку.

Скорость холостого хода предварительно запрограммирована и не регулируется на двигателях с компьютерным управлением и электронным впрыском топлива. Единственный способ изменить это — перепрограммировать компьютер. Но на карбюраторах частота вращения холостого хода и смесь холостого хода регулируются поворотом винтов. При повороте регулировочного винта смеси холостого хода (по часовой стрелке) смесь A / F увеличивается, а при повороте (против часовой стрелки) смесь A / F обогащается. Цель состоит в том, чтобы добиться максимально плавного холостого хода при рекомендованных оборотах холостого хода.

ОБОГАЩЕНИЕ ТОПЛИВА

Когда вы нажимаете педаль газа, чтобы разогнаться, обогнать другой автомобиль или подняться на холм, двигателю требуется БОГАТАЯ смесь для выработки большей мощности.На более старых двигателях с карбюратором ускорительный насос и силовой клапан обеспечивают дополнительное обогащение топлива при открытии дроссельной заслонки. На новых автомобилях с электронным впрыском топлива компьютер двигателя отслеживает нагрузку на двигатель через датчик массового расхода воздуха, датчик положения дроссельной заслонки и датчики абсолютного давления в коллекторе, чтобы изменить соотношение A / F, когда вы нажимаете на газ. Затем компьютер увеличит длительность импульса топливных форсунок, чтобы подавать в двигатель больше топлива на столько времени, сколько это необходимо.Компьютер также будет использовать сигналы обратной связи от кислородных датчиков в выхлопе для отслеживания соотношения воздух / топливо по мере его изменения, чтобы при необходимости можно было вносить коррективы.

В условиях легкого крейсерского режима, когда на двигатель меньше нагрузки, или при замедлении, большинство двигателей могут безопасно работать с УНИВЕРСАЛЬНЫМ соотношением A / F для повышения экономии топлива. Во многих случаях форсунки могут даже полностью отключаться при замедлении для дальнейшей экономии топлива. На двигателях, которые отключают цилиндры для повышения экономии топлива, форсунки на мертвых цилиндрах временно отключаются.

НАСТРОЙКА СООТНОШЕНИЯ ВОЗДУХ / ТОПЛИВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

Когда автопроизводители разрабатывают заводские настройки двигателя, они должны соответствовать стандартам экономии топлива и выбросов. Поэтому двигатели настроены на более бедные кривые топлива для достижения этих целей, а это означает, что часто есть возможности для улучшений, когда дело доходит до увеличения мощности.

Чтобы повысить производительность, БОЛЬШЕ соотношение A / F добавит мощности. Насколько богаче должно быть соотношение A / F, зависит от приложения и желаемого повышения производительности.

Для пиковой мощности с прямым насосом бензина (без этанола в смеси) соотношение A / F может достигать 12,5: 1. Если вы используете бензиновый насос E10, соотношение A / F 12: 1 обеспечит максимальную мощность. Если вы станете богаче, то это просто приведет к потере топлива и фактически снизит мощность.

Эксплуатация гоночного двигателя на пиковой мощности в течение длительного периода времени может выиграть гонку, ЕСЛИ двигатель может продержаться вместе достаточно долго, чтобы закончить гонку. Но для гонок на выносливость или повседневного вождения использование максимальной мощности в лошадиных силах может быть не самой лучшей идеей.Смесь A / F от 13,1 до 13,3 по-прежнему будет обеспечивать почти такую ​​же пиковую мощность, как соотношение 12,5: 1, но с меньшей нагрузкой на сам двигатель.

Для пиковой мощности с E85 вы можете использовать топливную смесь до 6,975: 1, но для гонок на выносливость может быть безопаснее использовать соотношение A / F от 8,3 до 8,5.

Для пиковой мощности гоночного двигателя, работающего на метаноле, соотношение A / F может составлять от 3,5 до 4,0: 1. Опять же, если вы хотите, чтобы ваш двигатель проработал весь сезон, было бы разумно немного уменьшить смесь и выбрать 4.От 5 до 4,8: ​​1 Соотношение A / F. Все зависит от приложения. Безнаддувный гоночный двигатель, работающий на метаноле, может лучше всего работать с соотношением A / F 5: 1, в то время как выдувному Hemi с высокой выходной мощностью может потребоваться супербогатая смесь 3,5: 1, чтобы двигатель не плавил поршни. Дополнительный метанол в действительно мощном двигателе используется в основном для дополнительного охлаждения внутри камеры сгорания.

Если двигатель работает на пропане, пиковая мощность может быть достигнута при соотношении A / F 13,18: 1.

ПРИМЕЧАНИЕ: Соотношение A / F, которое обеспечивает фактическую пиковую мощность в двигателе без перенапряжения до точки, в которой произойдет повреждение, будет зависеть от множества факторов, помимо химического состава самого топлива.Переменные, которые влияют на соотношение A / F, при котором в двигателе на самом деле возникает пиковая мощность, включают степень сжатия, время зажигания, подъем клапана, перекрытие и продолжительность, конструкцию камеры сгорания, температуру двигателя, температуру окружающего воздуха, давление наддува (в наддуве или двигатель с турбонаддувом) и использование других сумматоров мощности, таких как закись азота (N2O).

КАК ОКСИД АЗОТА ВЛИЯЕТ НА СООТНОШЕНИЕ ВОЗДУХ / ТОПЛИВО

Всем известно, что оксид азота действительно может добавить мощности двигателю.В зависимости от дозы N2O может увеличить мощность от 100 до 400 л.с. и более! Это достигается за счет добавления кислорода в смесь воздух / топливо. Воздух, которым мы дышим, содержит около 21 процента кислорода. Остальное — в основном азот (78 процентов), который практически ничего не делает для выработки энергии во время сгорания. Фактически, часть атмосферного азота в камере сгорания будет соединяться с кислородом при высокой температуре, образуя загрязнение NOX. Это также отнимает немного энергии от процесса сгорания за счет уменьшения количества кислорода, доступного для сжигания топлива.

Если в двигатель распыляется закись азота, теплота сгорания разрывает молекулу N2O, высвобождая много лишнего кислорода для сжигания вместе с топливом. Смесь A / F теперь может быть обогащена от 9,5 до 8,0: 1 для получения максимальной мощности в двигателе. Фактически, вы ДОЛЖНЫ добавить дополнительное топливо при впрыске N2O, чтобы предотвратить опасное обеднение смеси A / F и возгорания поршней.

КАК ОТРЕГУЛИРОВАТЬ СООТНОШЕНИЕ ВОЗДУХ / ТОПЛИВО

Для изменения нормального соотношения воздух / топливо двигателя, чтобы увеличить мощность, можно сделать различные модификации.

На двигателях, в которых используется карбюратор, увеличение диаметра отверстия основных дозирующих жиклеров увеличит поток топлива в главный контур для более высокого отношения A / F. Размеры форсунок имеют числовой код, поэтому использование таблицы размеров поможет вам определить наилучший размер для данного набора обстоятельств. Однако это может измениться в зависимости от температуры воздуха и атмосферного давления. Холодный воздух более плотный, чем теплый, поэтому в очень жаркий день вы можете уменьшить количество форсунок на пару размеров, чтобы смесь не стала слишком богатой.Точно так же, если вы настраиваете двигатель в каком-нибудь месте, например, в Денвере, которое находится на милю над уровнем моря, воздух будет намного тоньше (менее плотным). Это также потребовало бы несколько меньших форсунок для поддержания того же отношения A / F для пиковой мощности.

Настройка двигателя заменой жиклеров — это в основном процесс проб и ошибок, чтобы определить, какой размер жиклеров обеспечивает оптимальное соотношение A / F для наилучшей производительности. Это можно сделать, заменив жиклеры, сделав пробный запуск, чтобы увидеть, как работает двигатель, а затем изменить размер жиклеров на один или два размера больше или меньше, пока не будут достигнуты наилучшие результаты.Или, чтобы сэкономить время, настройку можно выполнить на динамометрическом стенде шасси.

ПРИМЕЧАНИЕ. Изменение давления топлива в карбюраторе НЕ приведет к изменению соотношения A / F (если только вы не увеличите давление настолько, что заставите поплавковый игольчатый клапан внутри карбюратора открыться и залить двигатель).

На двигателях с электронным впрыском топлива соотношение воздух / топливо может быть изменено путем перепрограммирования компьютера для увеличения подачи топлива путем увеличения времени включения или продолжительности каждого импульса форсунки. Существуют также интерфейсные модули для некоторых приложений, которые изменяют сигналы датчика кислорода, чтобы заставить компьютер думать, что топливная смесь беднее, чем есть на самом деле, поэтому он будет добавлять больше топлива для обогащения смеси.

Перенастройку системы EFI лучше всего выполнять тем, кто знает, что делает. Вы действительно можете напортачить, если испортите карту калибровки топлива в компьютере. Карта на самом деле представляет собой алгоритм, который сообщает компьютеру, сколько топлива нужно добавить в двигатель, в зависимости от скорости, нагрузки, расхода воздуха и температуры.

Карта A / F определяется запуском двигателя на различных оборотах и ​​нагрузках при одновременном контроле смеси A / F с помощью широкополосного кислородного датчика в выхлопе. В зависимости от того, что вы хотите, смесь A / F затем настраивается с различными приращениями оборотов для увеличения мощности без перегрузки двигателя или траты топлива.Динамометрическая настройка также является хорошим способом убедиться, что смесь A / F не становится опасно обедненной в определенных точках, что может привести к детонации и повреждению двигателя.

LAMBDA : ЕЩЕ ОДИН СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СООТНОШЕНИЯ ВОЗДУХ / ТОПЛИВО

Другой способ выразить соотношение воздух / топливо — использовать греческую букву «Лямбда ». Этот символ выглядит как прописная буква «L» и в основном представляет собой инженерное или научное значение, разработанное людьми, которые изобрели кислородный датчик (Robert Bosch Corp.). Он также широко используется в Европе. Многие анализаторы выхлопных газов и испытательные машины на выбросы будут отображать как числовое соотношение воздух / топливо, так и / или значение лямбда. Значение определяется путем измерения количества несгоревшего кислорода в выхлопных газах.

Когда соотношение воздух / топливо стехиометрическое (независимо от типа топлива), значение лямбды будет ЕДИНИЦЫ (1,00, если быть точным).

Если смесь воздух / топливо БЫЛА (больше стехиометрического отношения или 14,7 для бензина), значение лямбда будет ВЫШЕ 1.00.

Если смесь воздух / топливо БОГАТА (меньше стехиометрического отношения), лямбда будет НИЖЕ 1,00.

Значение лямбда рассчитывается путем деления фактического значения отношения A / F на стехиометрическое соотношение).

Пример: значение лямбды для отношения A / F 16: 1 будет (16, разделенное на 14,7) или 1,088.


НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, чтобы просмотреть или загрузить эту статью в виде файла PDF



Статьи по теме:

Как работает электронный впрыск топлива

Как впрыск топлива влияет на выбросы

Диагностика впрыска топлива

Проблемы впрыска топлива

Впрыск топлива: диагностика Безвозвратный EFI

Топливные форсунки (устранение неисправностей)

Как диагностировать и устранять проблемы карбюратора


См. Другие наши веб-сайты:

Авторемонт самостоятельно

CarleySoftware

OBD2HELP.com

Random-Misfire.com

Справка по диагностическому прибору

TROUBLE-CODES.com

Как вы считываете датчик соотношения воздух-топливо? (Разъяснено)

Все мы знаем, что топливо — самая важная часть обеспечения работы двигателя вашего автомобиля, потому что именно оно позволяет ему иметь мощность, необходимую для работы и перемещения вашего автомобиля. В этой связи вам также следует знать, что вашему двигателю не только нужен бензин, но и воздух, чтобы работать.

Вот где нужно знать, как читать указатель соотношения воздух-топливо.

Вот как читать указатель соотношения воздух-топливо?

Показатель воздушно-топливного отношения (AFR) определяется путем взгляда на соотношение, а затем на значение лямбда, которое представляет собой соотношение воздух-топливо, деленное на стех. Если ваш AFR выше, чем стех, ваша топливная смесь обеднена. Но если AFR ниже, чем стех, это означает, что ваша топливная смесь богатая.

Датчик AFR не является одним из самых распространенных инструментов, которые обычно можно увидеть в большинстве автомобилей, но вы должны знать, что это по-прежнему один из самых полезных инструментов, которые вам нужно иметь, если вы хотите контролировать топливо, которое попадает в ваш двигатель.

Это потому, что обедненная или богатая смесь топлива может очень сильно повлиять на общую производительность вашего двигателя.

Как работает датчик соотношения воздух-топливо?

Когда дело доходит до большинства двигателей, в которых для работы используется сгорание, вы, вероятно, уже знаете, что двигателю необходим бензин в качестве основного топлива, которое ему необходимо для работы. Таким образом, газ — это то, что позволяет двигателю двигаться, так что весь автомобиль тоже будет двигаться. Без газа ваш двигатель не сможет выполнять свою основную функцию — служить сердцем и душой всего автомобиля.

Но что вам также нужно знать о двигателях с горючим двигателем, так это то, что газ — не единственная важная часть уравнения. Это потому, что горючие двигатели также используют другие ингредиенты для своей работы. Здесь возникает воздух и искра, так как двигателю необходимо смешивать газ с воздухом и использовать искру для сгорания. По сути, сгорание — это то, что позволяет двигателю работать.

Воздух здесь важен, потому что газ не горит сам по себе и не будет гореть без воздуха.Таким образом, чтобы произошло возгорание, бензин необходимо смешать с воздухом. Конечно, искра отвечает за воспламенение двух компонентов.

Тем не менее, из-за того, насколько важен воздух для вашего двигателя, на самом деле существуют инструменты или датчики, которые позволят нам контролировать воздух, который использует двигатель, относительно газа, который он использует для сгорания. Таким образом, для правильной работы двигателя необходимо хорошее соотношение воздуха и топлива. Здесь на помощь приходит соотношение воздуха и топлива или датчик AFR, чтобы помочь вам контролировать соотношение воздуха и топлива в вашем двигателе.

Таким образом, соотношение воздух-топливо работает так, что в нем используются датчики, которые связаны с напряжением компьютерной системы транспортного средства, чтобы у них было достаточно энергии для работы. Эти датчики могут считывать уровни воздуха и топлива в вашем двигателе во время его работы, в то время как датчики возвращают показания, которые отражаются на вашем датчике AFR.

Поскольку количество воздуха, которое двигатель смешивает с топливом, может изменяться и варьироваться в зависимости от работы двигателя во время движения, датчик AFR может время от времени отражать разные показания, поскольку данные, которые он получает от датчика, являются реальными. время.И результаты также могут измениться в зависимости от чувствительности датчиков.

С учетом сказанного, не во всех автомобилях есть датчики соотношения воздух-топливо, но вы можете установить их в своем автомобиле, если хотите контролировать AFR. Конечно, есть преимущества, когда дело доходит до мониторинга вашего AFR:

  • Если у вас есть датчик AFR, вы сможете снизить выбросы, особенно если вы знаете, как контролировать свой AFR и когда вы убедитесь, что ваш AFR в правильном диапазоне.
  • Датчик AFR также эффективен, когда дело доходит до экономии топлива.Причина в том, что соотношение воздух-топливо более бедное, чем стех (будет объяснено позже), будет обеспечивать оптимальный расход топлива. Это означает, что вы сможете преодолевать большие расстояния, уменьшая при этом выбросы CO2 и количество топлива, которое ваш двигатель использует в пути.
  • Контроль AFR с помощью датчика AFR также может помочь в улучшении характеристик двигателя. Это потому, что знание правильного соотношения воздух-топливо и тщательное их отображение в различных диапазонах оборотов вашего автомобиля позволит вам максимизировать выходную мощность вашего двигателя, а также снизить вероятность детонации в двигателе.Это может быть очень полезно для тех, кто увлекается гонками, потому что позволяет им рассказать, как лучше всего использовать характеристики своего двигателя.

Как вы читаете указатель соотношения воздух-топливо?

Теперь, когда вы знаете, что такое датчик AFR и как он работает, давайте теперь рассмотрим, как следует считывать датчик соотношения воздух-топливо, чтобы вы поняли, что означают значения и различные знаки.

Итак, прежде всего, вам нужно знать, что означает AFR.В основном это количество воздуха по отношению к количеству используемого топлива. Таким образом, если датчик AFR показывает 14,7, это означает, что он использует 14,7 частей воздуха на одну часть топлива.

Далее давайте поговорим подробнее о том, что такое стоич. Стехич — это в основном сокращенный термин стехиометрического отношения, которое часто является идеальным значением AFR, когда смесь воздуха и топлива сгорает полностью, не оставляя следов воздуха или топлива. Короче говоря, это обычно считается «средним» значением AFR.Стоимость двигателей будет варьироваться в зависимости от того, какой у вас тип двигателя. Однако для большинства бензиновых двигателей величина стеха должна быть 14,7.

Значение лямбда также полезно знать, поскольку это еще один способ взглянуть на AFR. Однако в этом нет необходимости, поскольку вы можете просто полагаться на AFR вместо того, чтобы смотреть на значение лямбда.

Теперь, когда вы знаете основы, давайте посмотрим, как следует считывать показания датчика соотношения воздух-топливо:

  • Во-первых, вам нужно посмотреть, где находится указатель на датчике, потому что это AFR.
  • Регулярно проверяйте AFR, чтобы знать, что означает значение.
  • Итак, если значение AFR на датчике выше, чем стех, это означает, что ваше топливо обеднено и ваш двигатель потребляет больше воздуха, чем топлива. Между тем, если AFR ниже стоического, это означает, что ваш двигатель потребляет больше топлива по сравнению с воздухом, который он использует.

Что является хорошим показанием для AFR?

Теперь, когда вы знаете, как правильно считывать AFR и что означает значение AFR по отношению к стеху вашего автомобиля, давайте посмотрим на идеальные показания AFR.

Легкий круиз: 13,5

Если вы просто работаете на холостом ходу или путешествуете с небольшой скоростью, это означает, что вы только что завели двигатель и только что включили передачу. Переключение на передачу и движение на малой скорости означает, что вы едете легко. Итак, если AFR ниже, чем стехи, и где-то близко к 13,5, это должно быть идеальным AFR для любого транспортного средства.

Крейсерская скорость: 14

Когда вы уже прошли легкий круиз и вы уже едете со стабильными значениями миль в час, то есть когда ваш автомобиль уже находится в состоянии крейсерского режима.Это одно из наиболее распространенных состояний с точки зрения вождения, особенно когда вы едете по городу. Итак, в большинстве случаев, если вы путешествуете, идеально, чтобы ваш AFR был на 14, потому что это гарантирует вам лучшую производительность. Но вы все равно можете преуспеть с AFR 13, когда сгорание топлива в вашем двигателе более богатое.

Широко открытая дроссельная заслонка: 12,5

Когда вы находитесь в полностью открытой дроссельной заслонке, это означает, что вы едете на полной передаче и когда ваш автомобиль достиг максимальной мощности.В этом состоянии вам может потребоваться AFR 12,5, если вы цените производительность. Это потому, что большинство людей, которые водят в таком состоянии, вероятно, хотят, чтобы их двигатели работали наилучшим образом. Но более богатый, чем 12,5, будет иметь противоположный эффект на ваш двигатель.

Разгон: 12

Когда вы разгоняетесь до крейсерской скорости или хотите обогнать кого-нибудь на дороге, вам нужно, чтобы ваш двигатель работал лучше. Вот почему вам нужно, чтобы ваш AFR был богаче, чем стоич.Таким образом, это может быть хорошим значением, если ваш AFR равен 12, если вы ускоряетесь. Но слишком богатый выбор может привести к тому, что ваш двигатель станет немного вялым.

Экономия топлива: 16,5

Если вы хотите максимально эффективно расходовать топливо, при этом снижая выбросы CO2, то значение AFR выше, чем у stoich, должно быть хорошим значением. В большинстве случаев лучший AFR с точки зрения экономии топлива имеет тенденцию быть где-то около 16,5, но не выше, потому что все, что намного выше, может привести к достижению предела сжигания обедненной смеси вашего двигателя.

Источники

Он все еще работает: Подключите датчик соотношения воздуха и топлива

Найдите мой ответ: Что должен показывать мой датчик AFR

Summit Racing: Основные сведения о двигателе — смесь топливовоздушной смеси

AFR Plus: Функциональность блока AFRPlus

Правильный воздух- Соотношение топлива при 6 различных условиях (с таблицей)

Последнее обновление 5 ноября 2021 г.

Что такое соотношение воздух-топливо?

Воздушно-топливное отношение (AFR) — это массовое соотношение между количеством воздуха и топлива, которые смешиваются вместе в камере сгорания транспортного средства.Это соотношение необходимо корректировать, чтобы топливо сжигалось правильно и эффективно.

Ищете хорошее онлайн-руководство по ремонту? Щелкните здесь, чтобы увидеть 5 лучших вариантов.

Если передаточное число слишком богатое или слишком бедное, двигатель не будет оптимально сжигать топливовоздушную смесь, что может вызвать проблемы с производительностью или израсходовать слишком много топлива. Идеальное соотношение воздух-топливо, при котором все топливо сжигается без избытка воздуха, составляет 14,7: 1. Это называется «стехиометрической» смесью. В данном случае у вас 14.7 частей воздуха на каждую 1 часть топлива.

Но при некоторых условиях не все топливо можно смешать и испарить с воздухом. Некоторые из различных условий будут объяснены в статье ниже.

Прежде чем мы обсудим соотношение воздух-топливо при различных условиях, позвольте мне сначала рассказать о различных типах отношения воздух-топливо на транспортном средстве.

  • БОЛЬШОЕ соотношение воздух-топливо : Воздуха меньше, чем в идеальном AFR. Это может быть хорошо для мощности, но плохо для экономии топлива и выбросов.(пример: 13: 1)
  • LEAN соотношение воздух-топливо : Воздуха больше, чем в идеальном AFR. Это может быть хорошо для экономии топлива и выбросов, но плохо для мощности. (пример: 16: 1)
  • ИДЕАЛЬНОЕ соотношение воздух-топливо : существует правильная смесь воздуха и топлива для правильного сгорания. (пример: 14,7: 1)

Правильное соотношение воздух-топливо в различных условиях

Теперь, когда вы понимаете, что такое соотношение воздух-топливо и как оно может повлиять на процесс внутреннего сгорания, мы рассмотрим, какой воздух лучше всего- топливные соотношения приведены для различных условий.

Запуск

При запуске автомобиля все компоненты двигателя, такие как головка цилиндров, блок цилиндров и впускной коллектор, остаются холодными. В этом случае для запуска двигателя требуется дополнительное количество топлива, поэтому временно требуется обогащенная топливная смесь.

Более простой способ описать это — то, что на старых автомобилях с карбюраторами, воздушная заслонка использовалась, чтобы блокировать воздух, чтобы в двигатель подавалось больше топлива для запуска автомобиля.

При запуске двигателя соотношение воздух-топливо может составлять от до 9: 1 , что делает его очень богатым.

Прогрев (холостой ход)

После запуска и пока двигатель работает на холостом ходу, температура охлаждающей жидкости все еще низкая, и требуется больше топлива, чем обычно, до тех пор, пока автомобиль не прогреется до рабочих температур. Таким образом, в этом случае необходим богатый AFR около 12: 1 .

См. Также: Сколько ДЕЙСТВИТЕЛЬНО расходуется на холостом ходу?

Разгон

Когда педаль акселератора нажимается для набора скорости, в цилиндр поступает больше воздуха, чтобы удовлетворить потребность в дополнительной мощности, поэтому, естественно, требуется больше топлива.При полностью открытой дроссельной заслонке соотношение воздух / топливо может составлять около 11: 1 (очень богатый), в то время как умеренное ускорение может означать около 13: 1 (богатое) соотношение воздух / топливо.

Крейсерская скорость (постоянная скорость)

В этом состоянии двигатель уже прогрет, а топливовоздушная смесь близка к стехиометрическому соотношению, которое составляет примерно 14,7: 1 . Это обеспечивает наилучшее сочетание экономии топлива, выбросов и мощности.

Тяжелые грузы

При тяжелых нагрузках, например при подъеме в гору или буксировке прицепа, транспортному средству требуется, чтобы двигатель производил большую мощность.Это означает, что при высоких нагрузках требуется богатое соотношение воздух / топливо, подобное ускорению. AFR будет где-то около 12: 1 .

Замедление

В этом состоянии педаль акселератора отпускается, что означает, что от двигателя не требуется никакой выходной мощности, кроме как для поддержания его работы. На этом этапе будет существовать воздушно-топливное соотношение примерно 17: 1 (обедненное), так как потребности в топливе в этот момент очень низкие. На этом этапе также очищаются выхлопные газы.

Таблица соотношения воздух / топливо

Состояние Общее соотношение воздух / топливо
Запуск 9: 1
Прогрев (холостой ход) 12: 1
Ускорение 11: 1 до 13: 1
Крейсерская скорость (постоянная скорость) 14,7: 1
Тяжелая нагрузка (буксировка / подъем) 12: 1
Замедление (отходящий газ ) 17: 1

Признаки неправильного соотношения воздух / топливо

Вот некоторые общие признаки того, что у вас слишком богатое или слишком бедное соотношение воздух / топливо:

Соотношение воздух / топливо слишком богатое

Воздух / Топливо слишком бедное

  • Двигатель заикается или дергается
  • Плохое ускорение
  • Неровная работа на холостом ходу (автомобиль будет вибрировать)

Причины неправильного соотношения воздух / топливо

Топливо-воздушная смесь — AOPA

Правильная наклонность улучшает характеристики двигателя и увеличивает срок его службы

Кен Гарднер

Правильная работа поршневого или поршневого авиационного двигателя требует значительно большего внимания и технических навыков, чем его автомобильный собрат.

Одной из таких областей технических навыков является правильный выбор и последующее регулирование топливовоздушных смесей, обычно называемое обеднением или обогащением смеси. Процесс действительно следует назвать регулированием смеси, поскольку оператор может управлять как обедненным, так и богатым режимами. Распространенное заблуждение, особенно среди пилотов-студентов, заключается в том, что для поршневых авиационных двигателей требуется регулирование состава смеси, а для автомобильных двигателей — нет. Это неверно, как может сказать вам тот, кто проехал на автомобиле по дороге к Пайкс-Пик.

Карбюраторы автомобильных и авиационных двигателей содержат устройства, обеспечивающие автоматическое изменение соотношения компонентов смеси. Однако эти устройства работают в зависимости от диапазонов мощности и не чувствительны к изменениям плотности воздуха. Большинство автомобилей никогда не добираются до Пайкс-Пик, а те, которые базируются в высокогорных районах, обычно требуют замены жиклеров карбюратора для удовлетворительной работы. В свете повседневных условий эксплуатации регулирование смеси было бы неприятностью для серийного автомобиля.

Хотя очень много легких самолетов, таких как Piper J-3 Cub, Taylorcraft B-12 и т. Д., достаточно хорошо работали без регуляторов смеси, они обеспечили бы и обеспечивают более удовлетворительную работу, если бы были оснащены ими. Такое устройство наиболее желательно, особенно на уровнях, превышающих высоту по плотности 5 000 футов.

Все двигатели внутреннего сгорания воздушные; следовательно, они весьма чувствительны к любым изменениям давления и качества воздуха, которым они дышат. Ни поршневые, ни газотурбинные двигатели не «засасывают» вытесняемый ими воздух; скорее, воздух нагнетается в двигатель атмосферным давлением.То же самое и с нагнетателем, который просто смещает свой объем с гораздо большей скоростью и подает в двигатель воздух с давлением выше атмосферного до заданного перепада.

Поскольку атмосферное давление уменьшается с высотой, точно так же будет сила, доступная для проталкивания воздуха в двигатель. Снижение атмосферного давления также приводит к расширению воздуха, в результате чего он становится менее плотным, поэтому воздух, попадающий в двигатель, содержит меньше кислорода из-за расширения.

В таких условиях выходная мощность безнаддувного двигателя (дышащего исключительно атмосферным давлением) будет пропорциональна атмосферному давлению на любой заданной высоте. Снижение плотности воздуха может еще больше усугубить потерю мощности, если поток топлива не будет уменьшен, чтобы соответствовать меньшему количеству кислорода, связанному с менее плотным воздухом.

Газотурбинный двигатель оснащен барометрическим регулятором подачи топлива, который определяет эти изменения и автоматически регулирует расход топлива в соответствии с ними.Хотя устройство аналогичного типа (автоматический контроль смеси или AMC) используется на некоторых поршневых двигателях, большинство из них не имеют их. Следовательно, регулирование состава смеси становится необходимым на эшелонах полета выше 5000 футов высоты по плотности (DA) для удовлетворительной работы двигателя. Обратите внимание, мы не упомянули экономию топлива, и не зря. Экономия топлива — вторичная, а не основная причина регулирования смеси.

Несомненно, вы много слышали об идеальной смеси. Такие названия, как стехиометрический и химически правильный, используются для улучшения описания идеальной смеси, к которой должен стремиться каждый хороший пилот.(Также не существует единственной идеальной смеси для поршневого авиационного двигателя или штатного автомобильного двигателя.) Стехиометрическая смесь — это смесь, имеющая такое соотношение топлива и кислорода, которое приведет к отсутствию обоих по завершении сгорания — отсутствие топлива или кислорода. остаются в отработанных газах. Однако такая смесь не подходит для всех режимов работы двигателя и более совершенна по определению, чем по применению. Химически правильный вариант еще больше сбивает с толку.

При полной взлетной мощности авиационный двигатель требует полностью богатой смеси.Термин «полностью обогащенный» в этом конкретном приложении описывает смесь, максимально обогащенную без существенной потери мощности. Такая смесь действительно приводит к потере некоторой мощности; однако потери незначительны, и добавленный поток топлива значительно способствует внутреннему охлаждению двигателя в то время, когда двигатель нуждается в этом больше всего. Таким образом, компромисс между мощностью и охлаждением является хорошим.

Такая смесь действительно была бы «идеальной смесью» для этих требований. Только что описанные условия взлетной смеси возникают при полностью открытой дроссельной заслонке, при полностью богатой смеси и при окружающих условиях на уровне моря.Та же самая взлетная смесь была бы слишком богатой и практически невыносимой в Денвере при температуре 90 градусов по Фаренгейту.

С другой стороны, взлет на полной мощности из Атлантик-Сити на уровне моря в день с температурой 0 градусов по Фаренгейту был бы признаком скудности даже при полностью богатой системе контроля смеси. В этих условиях двигатель фактически развивал бы большую, чем его нормальная полная номинальная мощность, из-за плотности воздуха ниже уровня моря.

Соотношения смесей определенно влияют на характеристики горения.Хотя вам не обязательно знать фактические пропорции соотношения компонентов смеси, например, 8: 1, вы должны быть знакомы с эффектами с точки зрения поведения двигателя. Соотношения смесей варьируются от 6 до 1 до 18 к 1 в зависимости от конструкции камеры сгорания и условий эксплуатации.

Большинство пилотов широко распространено мнение, что бедные смеси горят сильнее, чем богатые, и поэтому производят наибольшую мощность. Это убеждение вводит в заблуждение и редко, если вообще когда-либо, является правильным.В идеальных условиях стехиометрическая смесь дает самое горячее пламя. Однако это не обязательно относится к смеси с наибольшей мощностью. Количество смеси, вводимой в цилиндр, больше зависит от выходной мощности, чем незначительные различия в соотношении.

Расширяющие свойства смеси, подаваемой в цилиндр, играют важную роль в развитии мощности. Например, увеличение проектной степени сжатия приведет к значительному увеличению мощности, но с меньшим повышением температуры сгорания.Фактически, температура выхлопных газов в двигателях с более высокой степенью сжатия ниже, потому что большее количество тепла, выделяемого при сгорании, преобразуется в работу. Таким образом, если расширительные силы немного более богатой смеси приводят к увеличению выходной мощности, то температура сгорания не является единственным существенным фактором.

Кроме того, бедная смесь 16: 1 не будет гореть так же горячо, как богатая смесь 8: 1. И бедная, и богатая смеси дают температуру пламени ниже стехиометрической.Бедная смесь горит медленнее, чем нормальная или богатая смесь, и при этом двигатель дольше подвергается действию фактических температур сгорания. Именно этот фактор больше, чем любой другой, заставляет двигатель работать более горячим на обедненных смесях.

Теперь давайте применим эти факты к некоторым реальным ситуациям с использованием Cessna 182 Skylane. Все взлеты на высоту до 5000 футов DA следует производить на полном газу с полностью богатой смесью. Нашим первым примером будет взлет в Канзас-Сити. DA находится примерно на уровне моря.Мы набираем высоту 400 футов над взлетно-посадочной полосой и снижаем мощность до 75 процентов для набора высоты. Достигнув 5000 футов DA, ​​мы покидаем высоту, где полная богатая смесь была необходима для взлета и набора высоты.

Поскольку все карбюраторы не совсем одинаковы по своим характеристикам дозирования, мы проверим смесь на этом этапе. Осторожно ослабьте регулировку смеси от полного богатого положения к обедненному. Если двигатель стал немного более плавным, это означает, что смесь была слишком богатой.Верните регулятор смеси в положение полного обогащения и повторите процедуру. Прекратите наклоняться в точке, где произошло увеличение плавности хода.

Если, с другой стороны, такого увеличения плавности работы не произошло и двигатель действительно стал шероховатым из-за продолжающейся обедненной смеси, верните смесь в полностью богатую и оставьте ее; он был достаточно худым.

Cessna 182 оснащена безнаддувным двигателем (NA), и, если иное не указано производителем двигателя, 75-процентный набор высоты на двигателе NA всегда должен осуществляться с богатой смесью для дополнительного охлаждения двигателя.Если смесь станет слишком богатой, двигатель начнет работать грубо. Во время набора высоты вам нужно наклоняться ровно настолько, чтобы поддерживать плавную работу и при этом оставаться в режиме обогащения.

Если бы у нашего самолета был винт фиксированного шага, такой как Cessna 172, вы бы использовали тот же метод, только вы могли бы наблюдать за тахометром и следить за увеличением оборотов двигателя. Если смесь слишком богатая, должно произойти небольшое увеличение (от 25 до 50) оборотов в минуту, а также более плавная работа. Отсутствие увеличения ни того, ни другого не будет указывать на уже удовлетворительное состояние в полностью обогащенном состоянии и будет причиной для возврата смеси в режим полного обогащения.Выполняйте такую ​​же проверку каждые 2000 футов подъема, каждый раз прекращая процедуру наклона в момент, когда происходит более плавная работа и / или небольшое увеличение оборотов в минуту. (У Cessna 182 пропеллер с постоянной скоростью вращения, поэтому не будет увеличения оборотов в минуту.)

После достижения крейсерской высоты выполните необходимые работы в кабине и дайте дрону набрать максимальную скорость для установленной вами мощности, прежде чем вы попытаетесь наклониться в крейсерском режиме. Это дает достаточно времени для снижения температуры двигателя после набора высоты, а пиковая скорость обеспечивает крейсерский набегающий воздух, на который вам следует наклониться.На данный момент вам доступны два варианта обедненных смесей. Если вы предпочитаете максимальную производительность, наклонитесь почти до шероховатости, а затем постепенно обогащайте смесь, обращая внимание на скорость полета. Максимальная указанная воздушная скорость (IAS) будет иметь место при максимальной мощности смеси. Эта процедура сначала потребует некоторой практики, но со временем вы научитесь в ней неплохо.

Второй вариант — максимальная экономичность и никогда не должен использоваться для крейсерской мощности выше 75 процентов — и никогда для мощности набора высоты.Постепенно откажитесь от богатой, пока двигатель не станет шероховатым. Теперь постепенно обогащайте ровно настолько, чтобы не было неровностей. Максимальная гладкость смеси достигается только при максимальной мощности. После того, как вы довели смесь до желаемого уровня, никаких дальнейших изменений не требуется, если настройки мощности двигателя, высота над уровнем моря и окружающие условия остаются неизменными.

Между прочим, шероховатость, связанная с чрезмерно бедной или богатой смесями, является результатом пропусков зажигания в цилиндре. Из-за неравномерности распределения индукции один цилиндр почти всегда приводит к тому, что другие становятся слишком бедными или слишком богатыми, и будут давать пропуски зажигания, вызывая кратковременную неравномерность ритма двигателя, которую мы называем шероховатостью.Такая шероховатость не причиняет непосредственного вреда двигателю, если она не будет продолжаться какое-либо время. Часто пилот наклоняется для максимальной экономии, а затем вскоре после этого переводит регулятор смеси в более удобное положение, опасаясь оказаться слишком бедным.

Что на самом деле слишком худое? Следующие условия применимы к двигателям с прямым приводом без наддува и не обязательно к другим типам. Смесь ниже нормальной, полностью богатой для взлета и набора высоты ниже 5000 футов DA будет слишком бедной.В этих режимах работы недостаточный расход топлива может вызвать детонацию и внутренний нагрев.

Набор высоты выше 5000 футов DA до крейсерского эшелона должен быть как можно более богатым и при этом обеспечивать плавную работу двигателя. Фактически это та же смесь, что и при взлете и наборе высоты до 5000 футов DA, ​​только с регулировкой в ​​более наклонное положение, чтобы компенсировать уменьшение плотности воздуха. Последствия неадекватного топлива в районах набора высоты выше 5000 футов DA такие же, как и на уровне моря до 5000 футов, только по мере уменьшения с увеличением высоты.

Чрезмерный наклон на крейсерской мощности, превышающей 75-процентную мощность, приведет к повреждению двигателя из-за перегрева клапанов и повлечет за собой возможность детонации. Вероятность повреждения из-за чрезмерного наклона быстро снижается по мере того, как крейсерская мощность снижается с 75 процентов. Например, вероятность повреждения двигателя из-за переобедненной смеси при 50-процентной мощности значительно меньше, если она вообще существует. Однако переобедненная смесь может засорить свечи зажигания и камеры сгорания из-за пропусков зажигания в цилиндрах.

Многие старые двигатели оснащены выпускными клапанами из нелегированной стали. При нормальной крейсерской мощности (приблизительно от 50 до 75 процентов) выпускной клапан будет раскаленным в течение всего периода, когда он открыт и подвергается воздействию горячих газов, выходящих из цилиндра. Если смесь будет достаточно бедной для создания окислительной атмосферы, выпускные клапаны обычно будут повреждены. (В бедных смесях всегда присутствует окислительная атмосфера.)

Коррозионно-стойкие клапаны из легированной стали, используемые почти во всех, если не во всех, современных двигателях, не слишком восприимчивы к воздействию окислительной атмосферы.Для этих чувствительных клапанов кислород, присутствующий в отработавших газах, имеет тенденцию соединяться со сталью в клапане, когда он достигает накала. Это действие масштабирует внешнюю поверхность клапана и разрушает мелкозернистую поверхность седла клапана, в результате чего клапан начинает протекать. Как только клапан начинает протекать, его рабочая температура повышается еще больше, ослабляя его. Очень высокие температуры сгорания в конечном итоге вызовут образование канавки на лицевой стороне клапана, что потребует его немедленной замены — дорогая цена за скудное количество топлива, которое можно было сэкономить.

Эти ситуации все еще случаются просто из-за неправильных процедур наклона. Если вы наклонитесь к неровности, а затем вернетесь к точке, где неровности уменьшатся, такое повреждение вряд ли произойдет, особенно когда крейсерская мощность снижается с максимума 75 процентов. Большинство повреждений при наклоне происходит из-за неправильного наклона выше 75% мощности, чаще всего во время набора высоты.

Другой метод проверки смеси крейсерских мощностей после наклона — переключение на одиночный магнето; при такой работе двигатель более критичен к обедненным смесям.Если двигатель демонстрирует лишь небольшую шероховатость и потерю мощности, смесь не является чрезмерно бедной. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы не выключить магнето. Если вы случайно полностью выключите зажигание, оставьте его выключенным и переведите дроссельную заслонку в положение холостого хода. Затем включите оба магнето, прежде чем снова включить питание, чтобы предотвратить обратный индукционный разряд и выхлопные газы.

Оба условия структурно опасны для задействованных систем. Проверка одиночной магнитосмеси ограничена двигателями с прямым приводом и NA, и никогда не должна выполняться на двигателях с редуктором или двигателях с механическим наддувом (наддувом).

Наклон при спуске — еще один важный этап регулирования смеси. Обогатите смесь, чтобы она соответствовала мощности во время спуска, и если ваша мощность ниже 50 процентов, наилучшим вариантом будет наиболее обедненная смесь, удовлетворительная для плавной работы двигателя. Не забывайте обогащать смесь перед увеличением мощности, когда вы выравниваетесь после спуска. Многие пилоты мастерски выполняют набор высоты и крейсерский крен, затем доводят смесь до полного обогащения для снижения мощности с высоты, что действительно загрязняет свечи и камеры сгорания.Правильно наклоненный спуск значительно помогает поддерживать ваш двигатель и свечи в постоянной чистоте.

Для взлета с большой высоты (более 5000 футов DA) смесь должна быть обеднена так же, как это делается при наборе высоты, ровно настолько, чтобы избежать чрезмерной неровности и последующей потери мощности. Это может быть выполнено на взлетном крене или удерживанием самолета тормозами и наклоном при полном статическом разгоне.

Руление и наземные операции могут быть улучшены, а образование обрастания значительно уменьшено при посещении высокогорного аэропорта, если смесь предназначена для наземных операций.(Некоторые новейшие тренажеры, особенно с двигателями с впрыском топлива, почти всегда должны опираться на землю; обратитесь к руководству пилота.) Дайте двигателю поработать на 1700 об / мин, наклонитесь до неровностей, а затем обогатите двигатель ровно настолько, чтобы восстановить плавную работу — затем дросселируйте обратно до холостого хода. Двигатель должен работать на холостом ходу плавно; может потребоваться дальнейшее обеднение или обогащение для получения наилучших результатов. (Для запуска потребуется немного более богатое положение, особенно при более низких температурах.)

Приведенные здесь процедуры относятся к двигателям с прямым приводом, оборудованным карбюратором, без наддува.Двигатели с впрыском топлива и с турбонаддувом — еще одна игра. Правильная накачка важна для хорошей работы двигателя и окупается не только экономией топлива. Если вы уделите внимание необходимым деталям и правильно проведете регулировку смеси, вы станете богаче, а ваш двигатель будет работать дольше и лучше.

Добавление прямого контроля соотношения воздух / топливо

Фото 1: Компоненты устройства контроля воздух / топливо балансировочного устройства. По часовой стрелке сверху слева: жгут проводов, блок обработки и индикации, инструкция по эксплуатации, приварная заглушка, кислородный датчик NTK и заглушка (для работы без датчика).

Прямое измерение соотношения воздух / топливо (массового отношения воздуха к топливу) в течение многих лет использовалось как золотой стандарт для оптимизации характеристик двигателя в автогонках. Тем не менее, хотя мы говорим о регулировании смеси и обеднении в работе силовых установок наших самолетов, мы не знаем фактическую смесь напрямую и обычно выполняем регулировки, используя температуру выхлопных газов в качестве прокси для соотношений A / F. Дэйв Хиршман недавно написал отличную вступительную статью («Lean on Me», AOPA Pilot, февраль 2018 г.), в которой превозносит достоинства мониторинга соотношения A / F в самолетах.Наша цель здесь состоит в том, чтобы более подробно изучить теорию мониторинга соотношения A / F, описать полную установку и проанализировать результаты и рабочие данные, которые, мы надеемся, позволят другим строителям домов сделать свои собственные установки.

Общие сведения

Автомобильная промышленность, мотивированная стандартами загрязнения окружающей среды, начала использовать каталитические преобразователи еще в 1975 году. Это создало потребность в методе прямого измерения отношения A / F в автомобилях, сначала для оптимизации эффективности каталитического нейтрализатора, а затем для минимизации Выбросы и оптимизируют экономию топлива, а также обеспечивают работу по замкнутому циклу с электронным впрыском топлива.Примерно в 1990 году компания Bosch представила датчик кислорода, совместимый с автомобильными приложениями (читай экономически эффективный), и эта технология до сих пор остается ключевым компонентом эффективных и минимально загрязняющих окружающую среду транспортных средств с двигателем внутреннего сгорания. Дополнительным побочным эффектом, который мы обсудим позже в отношении работы авиационного двигателя, была необходимость исключить свинец из бензина, поскольку свинец загрязняет каталитические преобразователи и ухудшает работу кислородного датчика.

Теория соотношения воздух / топливо и работа авиационных двигателей

Как пилоты, мы уже знакомы с концепцией соотношения A / F благодаря использованию регуляторов смеси в процессе обеднения.И вы, возможно, уже знаете, что оптимальное соотношение масс составляет 14,7 к 1, а это означает, что для полного сгорания каждого фунта бензина требуется 14,7 фунтов воздуха, чтобы обеспечить точное количество молекул кислорода, необходимое для полного сгорания бензина. С точки зрения химии это известно как стехиометрическая смесь. Соотношение менее 14,7 приводит к богатой смеси с избытком бензина, а соотношение более 14,7 — к обедненной смеси с избытком кислорода.

Спонсор освещения авиашоу:

Обычно работа со стехиометрической смесью приводит к пиковым температурам выхлопных газов (см. Рисунок 1).Пиковые CHT обычно возникают в диапазоне от -30 до -50 градусов EGT, богатых пиками, и пиковая мощность при -100 до -120 градусов EGT, богатых пиками. С нашими авиационными двигателями с воздушным охлаждением непрерывная работа на максимальной мощности и стехиометрическая смесь приведет к разрушительным температурам и внутреннему давлению, поэтому мы взлетаем и набираем высоту с богатыми смесями, где избыток топлива обеспечивает необходимое охлаждение и защиту от детонации, и крейсерский полет с высоким пиковым уровнем при работе на 75% мощности и на обедненной или богатой пиковой нагрузке при работе ниже 75% мощности, каковы бы ни были ваши убеждения.

Рисунок 1: Типичное изображение CHT, EGT и мощности в зависимости от топливно-воздушной смеси.

Эффективность и риски пиковой нагрузки при эксплуатации продолжают оставаться предметом больших споров. Сторонниками наклона пика являются очень информативные статьи Джона Дикина на веб-сайте AVweb «Pelican’s Perch» о работе двигателей1 и, конечно же, люди из GAMI. С другой стороны, и Lycoming 2 , и Continental 3 по большей части выступают за лучшую мощность, богатую при пиковой работе, и очень осторожную, хорошо оборудованную работу с наклоном пика для максимального диапазона, если необходимо! Фактически, большинство руководств по эксплуатации двигателей Lycoming рекомендует экономичный круиз с мощностью менее 75% на пике EGT 4,5 .

Если не считать того, где находится пик, EGT само по себе является относительно бессмысленным числом. Пиковая температура также зависит от настроек мощности и других факторов, поэтому повторяющаяся настройка смеси требует повторного определения пика EGT. Наша цель при мониторинге соотношения A / F — уйти от использования EGT в качестве заместителя для соотношения A / F и иметь возможность напрямую и предсказуемо задавать смесь.

Мониторы A / F и пригодность для авиации

Датчики кислорода для автомобилей должны контролировать соотношение смеси только в узкой области, по обе стороны от стехиометрической, и, как таковые, классифицируются как узкополосные.Для самолетов датчик кислорода должен иметь возможность измерять смесь в гораздо более широком диапазоне, что требует несколько иной технологии широкополосных датчиков. Такие устройства производят компании Bosch и NTK. В прошлом эти датчики легко загрязнялись содержанием свинца в топливе, что делало их непригодными для использования на газе, но современные конструкции более терпимы. Отмечено, что датчик NTK более устойчив к этилированному топливу. Мониторы доступны от нескольких компаний, ориентированных в первую очередь на сообщество автогонщиков.Одной из популярных моделей является серия AEM Electronics X, в которой используется датчик Bosch LSU 4.2. Другой — Ballenger Motorsports AFR500v2, который может использовать либо датчик Bosch, либо датчик NGK / NTK Wideband O 2 , последний из которых имеет репутацию гораздо более толерантного к этилированному топливу, и поэтому я выбрал его. Кроме того, у него прямоугольный дисплей, который легче сочетается с моей панелью, чем круглые дисплеи, характерные для большинства других устройств.

Фото 2: Заглушка, приваренная к выхлопной трубе.

Установка

На фото 1 показаны компоненты комплекта Ballenger AFR500v2, состоящего из блока дисплея, датчика, соединительного кабеля и установочной заглушки датчика. Последний необходимо приварить к выхлопной трубе, рекомендуется на расстоянии от 1 до 4 футов от выхлопного отверстия. Учитывая, что цилиндры могут достигать пика EGT при различных настройках смеси, необходимо принять решение о том, где лучше всего разместить датчик. Моя — это двойная выхлопная система «два в один», в которой цилиндры 1 и 3 объединены справа, а цилиндры 2 и 4 — слева.Цилиндры 1, 3 и 4 достигают пика примерно при одинаковой смеси, тогда как цилиндр 2 достигает пика примерно на 0,5 галлона в час раньше. Я решил установить датчик на стороне 1 и 3 цилиндра. Заглушка крепления датчика изготовлена ​​из нержавеющей стали, и на фото 2 она приварена к правой выхлопной трубе. На фото 3 показана труба, установленная с датчиком кислорода.

Фото 3: Датчик кислорода установлен в пробке.

Изначально контроллер / дисплей был временно установлен поверх противослепляющего экрана для выполнения тестовых прогонов и определения долгосрочной жизнеспособности системы.Кабель, соединяющий дисплей и датчик, должен пройти через межсетевой экран. Зная о такой возможности, Балленджер дает инструкции о том, как разобрать кабельный соединитель, чтобы можно было уменьшить его размер и облегчить проникновение межсетевого экрана.

Конструкция монитора соотношения A / F Ballenger AFR500v2 превосходна. Однако размер дисплея значительно больше, чем площадь панели, которую я хотел выделить для этой функции, и не включает никакого затемнения.Несмотря на призыв Балленджера не открывать и не модифицировать модуль управления, инженер-электрик во мне не удержался от замены его на внешний, меньший по размеру дисплей с автоматическим затемнением. На фото 4 показана окончательная установка.

Фото 4: Готовая установка. Индикатор соотношения воздух / топливо расположен в верхней части панели над магнитным компасом.

Тестовые полеты и результаты

После установки я решил выполнить два тестовых полета: первый на высоте 3000 футов, второй — на высоте 6500 футов.Для моей комбинации опор Lycoming I / O-390 и Hartzell мощность 75% приходится на 2500 об / мин и давление в коллекторе 24,6 дюйма. Поскольку Лайкоминг рекомендует работать с наклоном пика только при мощности менее 75%, испытание на высоте 3000 футов было проведено примерно при 65%, что соответствует давлению в коллекторе 23,5 дюйма. На рисунке 1 показан хорошо известный график Лайкоминга мощности, CHT и EGT в зависимости от расхода топлива. Пик EGT соответствует стехиометрической смеси, и когда смесь отклоняется от богатой стороны, пик CHTs немного опережает пик EGT.

Рисунок 2: EGT, соотношение A / F и расход топлива на галлон в зависимости от расхода топлива при 3000 футов, 2500 об / мин и давлении в коллекторе 23,5 дюйма.

На рис. 2 показаны результаты испытаний EGT, соотношения A / F и расхода топлива на галлон при 3000 футов, 2500 об / мин и давлении в коллекторе 23,5 дюйма. На рисунке 3 показаны те же данные для теста при давлении в коллекторе 6500 футов и 23,4 дюйма. На рисунках 4 и 5 показаны EGT и воздушная скорость в зависимости от отношения A / F и расхода топлива как на высоте 3000 футов, так и 6500 футов. Первое, на что следует обратить внимание, это то, что пиковое значение EGT на самом деле происходит практически при соотношении A / F, равном 14.7. Как прекрасно, реальна теория соответствия! И датчик A / F работает правильно. Далее «расход бензина» равномерно увеличивается с наклоном. Как и ожидалось, воздушная скорость увеличивается и уменьшается пропорционально мощности.

Рисунок 3: EGT, соотношение A / F и расход топлива на галлон в зависимости от расхода топлива при 6500 футов, 2500 об / мин и давлении в коллекторе 23,4 дюйма.

Просто для справки, поскольку 3000-футовые испытания проводились при 65% мощности и максимальной скорости 179 миль в час, скорость на 75% составляет около 185 миль в час. На высоте 6500 футов лучшая скорость составляет около 189 миль в час.

Рисунок 4: EGT и воздушная скорость в зависимости от отношения A / F при давлении в коллекторе 3000 футов, 2500 об / мин и 23,5 дюйма и давлении в коллекторе 6500 футов, 2500 об / мин и 23,4 дюйма.

Рисунок 5: EGT и воздушная скорость в зависимости от расхода топлива при давлении в коллекторе 3000 футов, 2500 об / мин и 23,5 дюйма и давлении в коллекторе 6500 футов, 2500 об / мин и 23,4 дюйма.

Использование соотношения A / F

Хорошо, что теперь мы можем сделать с этими данными и что в них хорошего? Что ж, возвращаясь к освященному веками методу наклона, он состоит из кратковременного наклона к пику EGT и затем корректировки смеси в соответствии с смещением EGT от пика на заранее определенное количество градусов.Это число рекомендуется производителем или выбирается оператором в соответствии с их мнением о безопасной и желательной рабочей точке. Косвенным и желаемым результатом является конкретное и постоянное соотношение воздух / топливо.

Именно здесь прямая индикация соотношения A / F значительно упрощает процесс настройки круизной смеси. Просто сделайте один прогон, чтобы определить и отметить соотношение A / F, которое приводит к желаемому смещению температуры EGT, и во всех будущих полетах установите смесь на это соотношение A / F.Измените настройку мощности или высоту и настройте смесь по мере необходимости, чтобы поддерживать желаемое соотношение A / F. Это так просто! Конечно, всегда отслеживайте CHT — значения и тенденции — и убедитесь, что они находятся в приемлемом диапазоне.

Для достижения наилучших показателей скорости / производительности я обычно использую насыщенную температуру 85 F, что соответствует соотношению A / F около 12,5. В экономичном крейсерском режиме я пробегаю около 50 кренов в пике с отношением A / F около 16.

Тем не менее, при исследовании эксплуатационных рекомендаций мне стало ясно, что мы, как пилоты, очень многого не понимаем.Вторая боковая панель, «Соотношение A / F и связь с детонацией, предварительным зажиганием и безопасными условиями эксплуатации», является попыткой углубить это понимание.

Long Term Performance

Я пролетел несколько недель с этой установкой, и она мне очень понравилась. Забегая вперед, ключевой вопрос — каков будет долговечность кислородного датчика. Дэйв Хиршман в своей статье цитирует Клауса Савьера, основателя Light Speed ​​Engineering, калифорнийской фирмы, которая разрабатывает и продает электронные системы зажигания:

«Лямбда-датчики исключают возможность догадок.Пилоты, вылетающие из высокогорных аэропортов, могут с первого взгляда точно настроить смесь для достижения максимальной мощности перед началом взлета, а пилоты, выравнивающиеся на большой высоте в крейсерском режиме, могут легко и быстро настроить смесь для максимальной эффективности. Я летаю с лямбда-датчиками на двух своих самолетах в общей сложности 800 часов ».

Посмотрим!

Три месяца спустя…

Все еще в силе! Пока что производительность системы такая же, как и вначале.Судя по всему, новые кислородные датчики действительно устойчивы к небольшому количеству свинца в газе. Процесс застывания смеси, как и было задумано, стал простым и автоматическим.

Ссылки

  1. Джон Дикин, «Pelican’s Perch» # 43, # 63-66
  2. Lycoming SSP700A, «Новая» старая методика ухода за двигателем »
  3. Continental« Советы по уходу за двигателем »
  4. « Leaning Lycoming Engines »
  5. Сервисная инструкция Lycoming 1094D, «Процедуры обеднения топливной смеси»

Фото: Рейнхард Мец.

Какое соотношение воздух-топливо и его значение в двигателе?

Что такое соотношение воздух-топливо и почему оно важно в бензиновых двигателях?

Карбюратор: теория карбюратора

Карбюратор — это гидромеханическое устройство, которое работает по принципу «карбюратора». Термин «карбюрация» означает дробление бензинового топлива на более мелкие частицы. Это позволяет им смешиваться с воздухом и сгорать в процессе сгорания. Карбюратор помогает в распылении и испарении топлива и смешивает его с воздухом в различных пропорциях.Это обеспечивает идеальное соотношение воздух-топливо, соответствующее меняющимся потребностям автомобильного двигателя.

Испарение происходит, когда топливо меняет свое состояние с жидкого на пар (под действием тепла). Однако распыление происходит при механическом разрушении топлива. Здесь играет роль карбюратор. В идеале карбюратор должен пропускать смесь полностью испарившегося топлива и воздуха в надлежащей пропорции во впускной коллектор двигателя. Для достижения высокой степени испарения производители используют в своих системах впускные коллекторы с подогревом и / или горячие точки.Кроме того, ход сжатия создает высокую температуру и давление. Таким образом, он обеспечивает дополнительное тепло для достижения полного испарения топлива.

Что такое соотношение воздух-топливо в карбюраторе?

Основная функция карбюратора — перемешивание топлива с воздухом в идеальном соотношении. Это зависит от частоты вращения двигателя и условий нагрузки. Теоретически идеальная смесь содержит 15 частей воздуха и 1 часть бензинового топлива. Таким образом, он обеспечивает соотношение воздух-топливо 15: 1. Однако карбюратор не всегда может постоянно обеспечивать идеальное соотношение воздух-топливо.Это приводит к превышению количества топлива по сравнению с воздухом. Следовательно, инженеры позже разработали системы впрыска топлива для повышения эффективности бензиновых двигателей.

Идеальное соотношение воздух-топливо в бензиновом двигателе

Необходимо постоянно поддерживать идеальное соотношение воздух-топливо 15: 1. Это связано с тем, что воздух в смеси обеспечивает кислород, необходимый для полного сгорания топлива. Если воздуха слишком мало, то он не обеспечивает достаточного количества кислорода для горения. Это приводит к тому, что несгоревшее топливо выбрасывается в выхлопную трубу и уходит в отходы.Если есть избыток воздуха, значит, он дает больше кислорода. Это приводит к медленному и беспорядочному горению, что приводит к потере мощности.

Важность соотношения воздух-топливо в двигателе с карбюратором:

Воздух и топливо смешиваются в различных пропорциях, в которых происходит сгорание. Условия работы двигателя требуют варьирования диапазона топливовоздушной смеси. Границы этого диапазона известны как верхний и нижний пределы горения. Нижний предел составляет 7-10 частей воздуха по весу на 1 часть топлива (7: 1 — 10: 1 — богатая смесь), чего едва хватает для работы двигателя на холостом ходу.Верхний предел составляет примерно 19-20 частей воздуха по весу на 1 часть топлива (20: 1 — бедная смесь). Средняя «крейсерская» эксплуатация требует идеального соотношения воздух-топливо от 15: 1 до 17: 1.

Для достижения максимальной мощности и быстрого разгона / обгона двигателю нужна «богатая» смесь. Это примерно 12-13 частей воздуха на 1 часть топлива (соотношение воздух-топливо 12-13: 1). Кроме того, при запуске холодного двигателя ему нужна богатая смесь, которую обеспечивает «дроссель». Однако для достижения максимальной экономии топлива двигателю требуется более бедное соотношение воздух-топливо от 16: 1 до 17: 1.Соотношение воздух-топливо 19-20: 1 известно как «Ультра-обедненная смесь», которую обеспечивают некоторые карбюраторы. Однако эта смесь горит медленно и неравномерно. Таким образом, это приводит к потере мощности.

Следовательно, современный карбюратор должен автоматически обеспечивать правильные пропорции топливовоздушной смеси для удовлетворения меняющихся рабочих требований двигателя.

Подробнее: Работа карбюратора >>

О компании CarBikeTech

CarBikeTech — технический блог.Его члены имеют опыт работы в автомобильной сфере более 20 лет. CarBikeTech регулярно публикует специальные технические статьи по автомобильным технологиям.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *