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.

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

  • Главная
  • Обслуживание и советы
  • 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.

Оглавление:

  • Что такое топливно-воздушная смесь?
  • Влияние топливовоздушной смеси на мощность и расход топлива
  • Соотношение горючего и воздуха для топливной смеси

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.

Теги топливо

Рейтинг

Рекомендации по теме

Читайте также

Обслуживание и советы

Покупка автомобильных дисков: как не нарваться на подделку

Литые диски — один из самых простых способов добавить индивидуальности автомобилю и немного улучшить его поведение на дороге. За последние 10 лет спрос на легкосплавные диски повысился более чем в 5 раз. Вместе с огромным количеством моделей качественных европейских и азиатских дисков на рынок массово хлынули подделки. Эксперты…

Обслуживание и советы

Рекомендуемое давление в шинах автомобиля — сколько качать?

Каждый автолюбитель в процессе эксплуатации своей машины должен обладать базовыми знаниями о его технических характеристиках и следить за текущим состоянием машины. Для комфортной езды на авто и длительного срока службы основных агрегатов необходимо вовремя менять масло двигателя, следить за…

Обслуживание и советы

Подвеска автомобиля. Виды и типы подвесок автомобиля.

Какая самая важная составляющая автомобиля? Уверены, большинство автомобилистов сойдутся в спорах: кто-то будет утверждать, что это двигатель, так как приводит в движение и является по сути основой автомобиля, другие же будут говорить о кузове, так как без «коробки», на которой всё крепится далеко не уедешь. Однако, немногие помнят о функциональном…

Обслуживание и советы

Какие бывают автомобильные амортизаторы? Виды амортизаторов и особенности устройства.

Амортизатор – это устройство, которое применяется в автомобилях для поглощения толчков, ударов и гашения колебаний (демпфирования), возникающих при движении транспортного средства. На сегодняшний день существует много видов автомобильных амортизаторов. Они различаются между собой по принципу и характеру действия, наполнению и конструкции.

Обслуживание и советы

Что такое сайлентблок в автомобиле? Зачем нужны и как поменять сайлентблок?

Сайлентблоки в конструкции автомобиля являются связующим элементом его подвески. Сайлентблоки вы найдете не только в автомобилях, но и в конструкции некоторых мотоциклов и велосипедов. Внешне они напоминают кусочки шлангов, но чаще всего имеют особую конструкцию. Ниже мы расскажем, что такое сайлентблок, за что сайлентблоки отвечают и каковы причины их выхода…

Обслуживание и советы

Перестановка колес автомобиля. Как часто нужно делать ротацию шин?

Перестановка колес напоминает физическое упражнение. Все знают, что это нужно делать, но заставить себя совершить это на деле может быть проблемой. Хотя мы не можем действительно помочь вам с мотивацией в фитнесе, у нас есть много веских причин, почему вы должны менять колеса местами каждые 8-13 тыс. км. Почему я…

Обслуживание и советы

Накачка шин азотом — плюсы и минусы. Что дает закачка шин азотом?

Многие автомобилисты наверняка задаются вопросом, стоит ли накачивать шины азотом.

Действительно, нынче в интернете и реальной жизни ходит множество противоречивых мнений об этом мероприятии. Спущенные колеса, или напротив слишком «перекачанные» нарушают контроль и управляемость над авто, а так же негативно влияют на расход топлива автомобиля. Сегодняшний материал мы посвятим одному…

Обслуживание и советы

Почему свистит ремень генератора на холодную и при нагрузке?

Многие водители сталкивались с ситуацией, когда из-под капота идет непонятный свист. Чаще всего звук происходит из-за неисправности приводного ремня. Почему свистит ремень генератора? В чем причины возможной поломки, как убрать неприятный писк самостоятельно? Рекомендации для решения этих проблем содержит данная статья.

Обслуживание и советы

Электромагнитная подвеска автомобиля

История создания электромагнитной подвески Одним из примеров применения энергии электромагнитного поля является электромагнитная подвеска, которая является одним из видов подвесок автомобиля и нашла активное применение в наши дни. Мало кто знает, но первые научные труды, объясняющие принцип действия…

Обслуживание и советы

Самые лучшие лампы ближнего света h7. Обзор ТОП-10 галогеновых ламп.

Причин замены автомобильного освещения может быть несколько. Кто-то нуждается в новой оптике, потому что старый комплект приказал долго жить. Другие просто недовольны освещением дороги, особенно в ночное время, и потому покупают новые комплекты ламп с повышенной светоотдачей. Если вы не хотите обновляться до более продвинутых ламп, таких как светодиоды или…

Обслуживание и советы

Как определить неисправности свечей зажигания. Симптомы и признаки неисправности свечей

Начиная с автомобилей и газонокосилок и заканчивая квадроциклами и моторными лодками, практически во всех этих средствах можно найти двигатели внутреннего сгорания, в которых используются свечи зажигания для того, чтобы обеспечить процесс воспламенения. С одной стороны, эти маленькие «чудо-помощники» потребляют высоковольтное электричество, а с другой – выдают искру. Искра воспламеняет топливную…

Обслуживание и советы

6 причин плохого переключения передач механической трансмиссии

Основные причины, по которым плохо переключаются передачи, приведены ниже: Сцепление как причина плохого переключения передач Система сцепления отвечает за соединение и отсоединение трансмиссии от маховика двигателя и является одним из основных узлов в переключении коробки передач. Система состоит из 6 главных компонентов: главный цилиндр сцепления; рабочий цилиндр; корзина сцепления;…

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

  1. Топливовоздушная смесь
  2. Коэффициент избытка воздуха λ
  3. Системы смесеобразования

 

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.

Пример HTML-страницы

 

 

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:

Пример HTML-страницы

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

 

Топливно воздушная смесь

Мощность двигателя, а, следовательно, скорость, разгон и рывок автомобиля напрямую зависят от характеристик энергоносителя – бензина. Но любителей и профессионалов не обманешь, они прекрасно знают, что в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания, спрятанного под капотом любимого автомобиля, сгорает не жидкий бензин или дизель, а топливно-воздушная смесь. Именно ее состав, отношение массы атмосферного воздуха к массе жидкого топлива позволяет разогнаться до максимальной скорости, совершить рывок во время выполнения маневра обгона, или преодолеть крутой подъем.

Содержание

  1. Топливно-воздушная смесь – основные понятия
  2. Бедная и богатая ТВС, узлы и системы дозирования
  3. Гомогенная и слоистая ТВС – отличия в режимах работы двигателя
  4. Использование обедненной и обогащенной ТВС

Топливно-воздушная смесь – основные понятия

Мелкодисперсная смесь атмосферного воздуха и жидкого топлива с небольшим включением парообразной фазы называется топливно-воздушной смесью или ТВС. Именно она, сгорая в цилиндрах двигателя, придает поступательное движение поршням и обеспечивает движение автомобиля.

В зависимости от своей структуры, ТВС может быть гомогенной (однородной по своему составу), или обладать слоистой структурой. В зависимости от вида нагрузки, заложенных параметров экономии топлива, и требуемого состава выхлопных газов (содержания вредных веществ и окислов азота), система впрыска топлива самостоятельно выбирает наиболее оптимальную структуру топливно-воздушной смеси.

Бедная и богатая ТВС, узлы и системы дозирования

Эмпирическая формула дает определение «нормальной» ТВС, как смеси 14,7 килограмм атмосферного воздуха и 1 килограмма жидкого топлива. Топливная смесь, количество воздуха в которой больше указанного в соотношении, называется бедной, и, соответственно, богатой, при меньшем количестве воздуха.

  • бедная — воздуха > 14,7
  • богатая — воздуха < 14,7


В двигателях внутреннего сгорания за приготовление и состав топливно-воздушной смеси отвечает карбюраторный узел, который в настоящее время практически вытеснен инжекторной системой впрыска. И одна, и другая система обеспечивает многообразие режимов работы ДВС за счет приготовления смеси с различным содержанием атмосферного воздуха.

Историческая справка. Барботажный карбюратор – единственный в своем роде узел, позволявший приготовить идеальную топливно-воздушную смесь. Такая ТВС представляла собой смесь паров и атмосферного воздуха и позволяла достигнуть максимального КПД двигателя при минимальном расходе жидкого горючего. К сожалению, конструкция барботажного карбюратора была громоздкой и небезопасной в использовании, а отношение количества воздуха и паров топлива сильно зависело от температуры окружающей среды.

Историческая справка. После принятия свода норм и законов, известного как EURO 3 и регламентирующего содержание вредных для экологии веществ в выхлопных газах автомобилей, производители ДВС перешли на многоточечную инжекторную систему впрыска топлива. Каждая форсунка обслуживает «свой» цилиндр, а электронная дозирующая система подбирает необходимый состав смеси, который хоть незначительно, но отличается от цилиндра к цилиндру. На практике такое усложнение приводит к снижению надежности и усложнению ремонта в случае поломки.

Гомогенная и слоистая ТВС – отличия в режимах работы двигателя

Однородная топливная смесь наиболее универсальна для обеспечения работы двигателя внутреннего сгорания во всех возможных режимах. Стабильная теплоотдача позволяет развить максимальную мощность, не превышая среднедопустимого давления и температуры горения в цилиндрах, что положительно сказывается на стабильности работы двигателя и его долговечности. Однако все достоинства имеют и оборотную сторону. В данном случае, это неоптимальный расход топлива, «загрязнение» выхлопных газов не сгоревшими микрочастицами.

Эти недостатки устранимы при использовании топливно-воздушной смеси слоистой структуры. В цилиндры подается обедненная смесь, расчетные параметры теплоотдачи которой обеспечивают основные режимы работы ДВС, а так же оптимальный расход топлива. Но большое содержание атмосферного воздуха приводит к нестабильному воспламенению и разной скорости горения топливной смеси при каждом такте сжатия — расширения, что является причиной падения мощности и нестабильности работы двигателя в целом.

Достигнуть единообразия позволяет впрыск в зону воспламенения небольшого количества обогащенной смеси в качестве катализатора реакции окисления. В карбюраторных двигателях для решения данной задачи используют дополнительный впускной клапан, а инжекторные системы оснащаются двухрежимной форсункой.

Использование обедненной и обогащенной ТВС

  1. Попытка уменьшить расход топлива путем регулировки топливной системы, зачастую приводит к неприятным последствиям. Увеличение количества воздуха в топливной смеси повышает температуру горения и приводит к преждевременным поломкам двигателя. Прогорание поршневых колец и эрозия стенок цилиндров – обычное дело при езде на обедненной ТВС. При все большем обеднении смеси наблюдается снижение мощности двигателя, при увеличении нагрузки появляются «провалы». Движение автомобиля становится дерганным, малейший подъем может стать непреодолимым препятствием. При достижении соотношения 30 к 1 мотор начинает глохнуть.
  2. Чрезмерное обогащение смеси не превратит стандартную модель в гоночный болид. При уменьшении содержания воздуха в ТВС двигатель начинает работать с перебоями, падает мощность, катастрофически возрастает расход топлива. По достижении определенной пропорции двигатель невозможно будет запустить.

Энергетическое образование

3. Бензиновые двигатели

Бензиновые двигатели — это класс двигателей внутреннего сгорания, в цилиндрах которых предварительно сжатая топливовоздушная смесь поджигается электрической искрой.

Четырёхтактный бензиновый двигатель.

Как следует из названия, рабочий цикл четырёхтактного двигателя состоит из четырёх основных этапов — тактов. 1. Впуск. В течение этого такта поршень опускается из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). При этом кулачки распредвала открывают впускной клапан, и через этот клапан в цилиндр засасывается свежая топливно-воздушная смесь. 2. Сжатие. Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом значительно возрастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степенью сжатия. Степень сжатия — очень важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Однако, для двигателя с большей степенью сжатия требуется топливо с бо?льшим октановым числом, которое дороже. 3. Сгорание и расширение (рабочий ход поршня). Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала двигателя до ВМТ при поджигании смеси называется углом опережения зажигания. Опережение зажигания необходимо для того, чтобы основная масса бензовоздушной смеси успела воспламениться к моменту, когда поршень будет находиться в ВМТ (процесс воспламенения является медленным процессом относительно скорости работы поршневых систем современных двигателей). При этом использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Сгорание топлива занимает практически фиксированное время, поэтому для повышения эффективности двигателя нужно увеличивать угол опережения зажигания при повышении оборотов. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством (центробежным и вакуумным регулятором воздействующим на прерыватель). В более современных двигателях для регулировки угла опережения зажигания используют электронику. В этом случае используется датчик положения коленчатого вала, работающий обычно по емкостному принципу. 4. Выпуск. После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и цикл начинается сначала. Необходимо также помнить, что следующий процесс (например, впуск), необязательно должен начинаться в тот момент, когда закончится предыдущий (например, выпуск). Такое положение, когда открыты сразу оба клапана (впускной и выпускной), называется перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов необходимо для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью, а также для лучшей очистки цилиндров от отработанных газов.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Рабочий цикл четырехтактного двигателя:

  1. Впуск. Длится от 0 до 180° поворота распредвала. Открыты впускные клапаны. При впуске поршень движется вниз от верхней мертвой точки, открыт впускной клапан. В цилиндре образуется разрежение, за счёт которого в него засасывается порция топливно-воздушной смеси. При наличии нагнетателя смесь нагнетается в цилиндр под давлением.
  2. Сжатие. 180 — 360° поворота распредвала. Все клапаны закрыты. Поршень движется вверх к так называемой «верхней мертвой точке» (ВМТ), при этом заряд сжимается поршнем до давления степени сжатия. За счёт сжатия достигается большая удельная мощность, чем могла бы быть у двигателя, работающего при атмосферном давлении, за счёт того, что в небольшом объёме заключен весь заряд рабочей смеси. Кроме того, повышение степени сжатия позволяет добиться повышения КПД двигателя.
  3. Рабочий ход. 360 — 540° распредвала. Свеча поджигает сжатую топливно-воздушную смесь, в результате происходит маленький взрыв, толкающий поршень вниз цилиндра. Происходит движение поршня в сторону нижней мёртвой точки (НМТ) под давлением горячих газов, передаваемого поршнем через шатун коленчатому валу.
  4. Выпуск. 540 — 720° поворота распредвала. Открываются выпускные клапаны, поршень движется в сторону верхней мёртвой точки, вытесняя выхлопные газы. Происходит очистка цилиндра от отработавшей смеси.
Рабочий цикл четырехтактного двигателя.

Ремень ГРМ. Это резиновый ремень, соединяющий коленвал и распредвалы двигателя. Распредвалов обычно два — впускной и выпускной. Впускной управляет открытием клапанов на впуск, выпускной соответственно — выхлоп. Коленвал вращается за счет поршней через связующие ремни. Это происходит по тому же принципу, что и вращение шестерни велосипеда. Распредвал открывает клапаны с помощью кулачкового механизма в верхней точке движения поршня (ВМТ), поэтому необходимо синхронизировать вращения распределительного и коленчатого валов. Этой цели служит ремень ГРМ. Посредствам зубцов он приводит в движение шкивы (распределительные шестерни) обоих валов и регламентирует их вращение. Ремень ГРМ меняется по регламенту производителя при пробеге, в зависимости от рекомендаций каждые 50000 км пробега. Обрыв ремня приводит к рассинхронизации работы клапанов и цилиндров, что приводит чаще всего к загибанию клапанов и выходу двигателя из строя. На некоторых моделях ремень заменяет цепь ГРМ. Замена цепи требуется обычно реже, чем замена ремня, поскольку цепь больше ресурсоемка, однако она имеет свойство растягиваться, что также приводит к рассинхронизации работы двигателя. Своевременная замена цепи или ремня ГРМ — важная и необходимая процедура обслуживания двигателя.

Головка блока цилиндров (ГБЦ) и блок цилиндров. Верхняя часть двигателя соединяется с блоком цилиндров по определенным точкам. Так как в места соединения очень сильно нагружены во время работы двигателя, то соединяются они через специальную прокладку, называемую прокладкой ГБЦ, во избежание повреждения корпуса двигателя. Со временем прокладка имеет теряет свои герметичные свойства и требуется ее замена. Для этого двигатель разбирается, старая прокладка удаляется, корпус чистится и устанавливается новая прокладка. Данная деталь одноразовая, ставится один раз и не подлежит ремонту, только замена. Протечка прокладки может привести к перегреву, попаданию лишнего воздуха в камеру сгорания, прогоранию клапанов и выходу двигателя из строя. Также может произойти смещение ГБЦ и блока цилиндров, что приводит к заклиниванию поршней. Восстановление двигателя после такой поломки — очень дорогостоящая операция.

Коленчатый вал. Основной вал двигателя, преобразующий толкающее движение поршней во вращение маховика, которое передается на колеса через трансмиссию. Находится чуть ниже блока цилиндров в картере, устанавливлен на так называемых вкладышах, которые предохраняют картер от механических повреждений. Наиболее распространенная поломка — прикипание вкладышей к коленвалу и последующее их проворачивание, что приводит к зазорам на валу и последующему разрушению картера. Наиболее частая причина — утечка масла.

Число оборотов в минуту (RPM). Если Ваш двигатель работает с частотой 3000 об/мин (по показаниям тахометра), это означает 50 полных оборотов коленчатого вала в секунду! Эксплуатация двигателя на повышенных оборотах приводит к перегреву и выходу его из строя.

Упрощенная схема работы четырехцилиндрового двигателя.

Топливные инжекторы (на старых автомобилях — карбюраторы) управляют впрыском топлива в цилиндры в определенный момент. Подача топлива в цилиндры управляется электронным блоком управления и различными датчиками, такими как датчик положения дроссельной заслонки, датчик коленвала, датчик температуры и другими. Основная задача — обеспечить впрыск определенного количества топлива в определенный цилиндр в момент, определенный зажиганием. Выход из строя одного из компонентов системы может привести к некорректной подаче топлива в цилиндры, что приводит в лучшем случае к остановке работы одного или нескольких цилиндров, а то и вовсе прекращению его работы.

Октановое число — показатель, характеризующий детонационную стойкость топлива (способность топлива противостоять самовоспламенению при сжатии) для ДВС. Если из выхлопной трубы валит черный дым, а двигатель издает резкие звуки, это означает, что бензин в цилиндрах вместо сгорания начинает взрываться. Стук в двигателе создаётся волнами давления, возникающими при быстром сгорании смеси и отражающимися от стенок цилиндра и поршня. При этом снижается мощность двигателя и ускоряется его износ, а при возникновении детонационных волн двигатель может быть повреждён или разрушен. Использование не рекомендуемого производителем автомобиля бензина может привести к печальным последствиям и выходу двигателя из строя. Бензин с высоким октановым числом обычно требуется для форсированных двигателей, с более высокой компрессией, для предотвращения самовозгорания топлива.

Топливная система.

Соотношение топлива к кислороду должно быть 1:14. Воздушный фильтр очищает входящий поток воздуха от грязи и пыли. Недостаток, как и переизбыток подачи воздуха в цилиндры приводит к ухудшению качества воздушно-топливной смеси, что может привести к неправильной работе двигателя и последующему выходу его из строя. Поэтому важна своевременная замена фильтра и недопущение засора впускного коллектора для нормальной работы двигателя. Турбинные двигатели отличаются тем, что нагнетание воздуха в цилиндры происходит принудительно.

Воздушная система.

Моторное масло смазывает движущиеся части, очищает, предотвращает коррозию и охлаждает детали двигателя, предотвращая перегрев и увеличивая износостойкость деталей. Маслонасос обеспечивает ток масла по масляным магистралям, поддерживая необходимое давление внутри магистралей. Масляный фильтр очищает масло от инородных элементов, предотвращая их попадание внутрь двигателя. Основная масса масла содержится в картере, или масляном поддоне. Именно там Вы проверяете уровень масла в Вашем двигателе. Поршневые кольца предотвращают попадание масла внутрь камеры сгорания, обеспечивая при этом смазку цилиндры тонким слоем масла. Появление черного дыма из выхлопной трубы и запаха горелого масла означает попадание масла в цилиндры, обычно это означает износ маслосъемных колпачков и поршневых колец. Выход из строя одного или нескольких компонентов масляной системы двигателя приводит к перегреву двигателя, снижению ресурса трущихся деталей и выходу двигателя из строя, что приводит к дорогостоящему капитальному ремонту.

Масляная система.

Во время работы двигатель сильно нагревается. Система охлаждения рассеивает выделяемое тепло, отводя его от двигателя. Теплоотводы представляют собой полости в ГБЦ и самом блоке цилиндров. Помпа (насос) системы охлаждения заставляет циркулировать охлаждающую жидкость по системе охлаждения. Радиатор состоит из металлических труб, окруженных плаcтинами. Горячая охлаждающая жидкость из двигателя попадает в трубы радиатора, где охлаждается воздухом от вентилятора радиатора. Из радиатора охлажденная жидкость подается обратно в двигатель, обеспечивая непрерывную циркуляцию и охлаждение. В качестве охлаждающей жидкости обычно используется антифриз, разбавленный с водой. (В магазинах обычно продается уже готовый раствор). Реже используется тосол. Температура кипения антифриза около 1973 градусов по Цельсию. Температура замерзания — минус 12.7 градусов по Цельсию. Антифриз позволяет предотвратить закипание и замерзание охлаждающей жидкости в двигателе. Остановка вентилятора, пробитый радиатор и, как следствие — утечка антифриза и прекращение циркуляции охлаждающей жидкости в двигателе ведет к быстрому перегреву и выходу двигателя из строя, что в свою очередь приводит к дорогостоящему капитальному ремонту.

Система охлаждения.

Распределитель зажигания управляет подачей заряда на свечи в определенный период времени в определенном порядке, обеспечивая последовательную работу цилиндров. В каждый момент времени срабатывает зажигание только в одном цилиндре. Свечи накаливания передают электрическую искру в цилиндры, поджигая воздушно-топливную смесь. Свеча состоит из внешнего и внутреннего электродов, разделенных керамическим изолятором. Искра возникает в нижней части свечи между двумя электродами. Стартер запускает двигатель, проворачивая маховик, что приводит в движение цилиндры. В это же время подается зажигание и начинается работа двигателя. Генератор конвертирует механическую энергию в электричество, заряжая аккумулятор и поддерживает электрические системы автомобиля в рабочем состоянии во время работы двигателя. Аккумулятор питает электрические системы автомобиля и служит для запуска двигателя. Выход из строя одного или нескольких компонентов системы электрообеспечения приводит к прекращению подачи электричества двигателю, что приводит к его остановке.

Система зажигания.

Выхлопной коллектор отводит отработанные газы от двигателя. Катализатор снижает выброс вредных веществ в отработанных газах. Глушитель гасит шум, производимы двигателем.

Выхлопная система.

Наружный ремень двигателя используется для управления и питания периферийного оборудования двигателя, такого как водяная помпа, генератор, система охлаждения и многого другого. Обрыв ремня чаще всего приводит к прекращению работы генератора, что приводит к обесточиванию автомобиля, поскольку аккумулятор перестает заряжаться во время работы двигателя.

Общая модель.
Рабочий цикл двухтактного двигателя.

В двухтактном двигателе рабочий цикл полностью происходит в течение одного оборота коленчатого вала. При этом от цикла четырёхтактного двигателя остаётся только сжатие и расширение. Впуск и выпуск заменяются продувкой цилиндра вблизи НМТ поршня, при которой свежая рабочая смесь вытесняет отработанные газы из цилиндра. Более подробно цикл двигателя устроен следующим образом: когда поршень идёт вверх, происходит сжатие рабочей смеси в цилиндре. Одновременно, движущийся вверх поршень создаёт разрежение в кривошипной камере. Под действием этого разрежения открывается клапан впускного коллектора и свежая порция топливовоздушной смеси (как правило, с добавкой масла) засасывается в кривошипную камеру. При движении поршня вниз давление в кривошипной камере повышается и клапан закрывается. Поджиг, сгорание и расширение рабочей смеси происходят так же, как и в четырёхтактном двигателе. Однако, при движении поршня вниз, примерно за 60° до НМТ открывается выпускное окно (в смысле, поршень перестаёт перекрывать выпускное окно). Выхлопные газы (имеющие ещё большое давление) устремляются через это окно в выпускной коллектор. Через некоторое время поршень открывает также впускное окно, расположенное со стороны впускного коллектора. Свежая смесь, выталкиваемая из кривошипной камеры идущим вниз поршнем, попадает в рабочий объём цилиндра и окончательно вытесняет из него отработанные газы. При этом часть рабочей смеси может выбрасываться в выпускной коллектор. При движении поршня вверх часть свежей смеси вытолкнутой из выпускного коллектора засасывается назад в кривошипную камеру. Можно заметить, что двухтактный двигатель при том же объёме цилиндра, должен иметь почти в два раза большую мощность. Однако, полностью это преимущество не реализуется, из-за недостаточной эффективности продувки по сравнению с нормальным впуском и выпуском. Мощность двухтактного двигателя того же литража, что и четырёхтактный больше в 1,5 — 1,8 раза. Важное преимущество двухтактных двигателей — отсутствие громоздкой системы клапанов и распределительного вала.

Добавление прямого контроля соотношения воздух/топливо

Фото 1: Компоненты контроля воздуха/топлива Ballenger. По часовой стрелке сверху слева: жгут проводов, блок обработки и индикации, руководство по эксплуатации, приварная заглушка, кислородный датчик НТК и заглушка (для работы без датчика).

Прямое измерение соотношения воздух/топливо (массовое отношение воздуха к топливу) уже много лет используется в качестве золотого стандарта для оптимизации работы двигателя в автогонках. Тем не менее, несмотря на то, что мы ссылаемся на контроль смеси и обеднение в работе силовых установок наших самолетов, мы на самом деле не знаем фактическую смесь напрямую и обычно выполняем корректировки, используя температуру выхлопных газов в качестве показателя отношения воздух/топливо. Дэйв Хиршман недавно написал прекрасную вступительную статью («Lean on Me», AOPA Pilot, февраль 2018 г.), в которой превозносит достоинства контроля отношения воздух/воздушная среда в самолетах. Наша цель здесь состоит в том, чтобы более подробно остановиться на теории контроля соотношения воздух/вода, описать полную установку и просмотреть результаты и эксплуатационные данные, что, мы надеемся, позволит другим строителям дома сделать свои собственные установки.

Исходная информация

Автомобильная промышленность, движимая экологическими стандартами, начала использовать каталитические нейтрализаторы еще в 1975 году. Это создало потребность в методе прямого измерения соотношения A/F в автомобилях, сначала для оптимизации эффективности каталитического нейтрализатора, а затем для минимизации выбросы и оптимизация экономии топлива, а также возможность работы в замкнутом контуре с электронным впрыском топлива. Примерно в 1990 году компания Bosch представила совместимый с автомобильным оборудованием (читай, экономичный) кислородный датчик, и эта технология сохраняется и по сей день в качестве ключевого компонента эффективных и минимально загрязняющих окружающую среду транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания. Дополнительным побочным эффектом, который мы обсудим позже в отношении работы авиационных двигателей, была необходимость устранения свинца в бензине, поскольку свинец загрязняет каталитические нейтрализаторы и ухудшает работу датчика кислорода.

Теория соотношения воздух/топливо и работа авиационных двигателей

Как пилоты, мы уже знакомы с концепцией соотношений воздух/топливо из-за использования контроля смеси в процессе обеднения. И вы, возможно, уже знаете, что оптимальное соотношение масс составляет 14,7:1, 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 обогащенной смеси с избытком бензина, а соотношение более 14,7 — к обедненной смеси с избытком кислорода.

Спонсор освещения авиашоу:

Как правило, работа на стехиометрической смеси приводит к пиковым температурам выхлопных газов (см. рис. 1). Пиковые ТГТ обычно возникают в районе от -30 до -50 градусов EGT с богатым пиком, а пиковая мощность — от -100 до -120 градусов EGT с богатым пиком. С нашими авиационными двигателями с воздушным охлаждением непрерывная работа на максимальной мощности и стехиометрической смеси приведет к опасным температурам и внутреннему давлению, поэтому мы взлетаем и набираем высоту на богатых смесях, где избыток топлива обеспечивает необходимое охлаждение и защиту от детонации, а в крейсерском режиме богатые пики. при работе на мощности 75%, и либо на обедненной, либо на богатой пиковой мощности при работе ниже мощности 75%, независимо от вашего убеждения.

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

Эффективность и риски, связанные с эксплуатацией экономичного режима пиковой нагрузки, продолжают вызывать большие споры. На стороне защитников режима пиковой нагрузки очень информативные статьи Джона Дикина на AVweb «Pelican’s Perch» о работе двигателя1 и, конечно же, люди из GAMI. С другой стороны, как Lycoming 2 , так и Continental 3 по большей части выступают за наибольшую мощность, богатую пиковой работой, и очень осторожную, хорошо оснащенную работу на обедненной пиковой скорости для максимальной дальности, если это необходимо! На самом деле, большинство руководств по эксплуатации двигателей Lycoming рекомендуют экономичный крейсерский режим при мощности менее 75% при пиковой температуре EGT 9.0025 4,5 .

За исключением знания, где находится пик, EGT сам по себе является относительно бессмысленным числом. Пиковая температура также варьируется в зависимости от настроек мощности и других факторов, поэтому повторная настройка смеси требует повторного определения пиковой температуры EGT. Наша цель при мониторинге соотношения A/F состоит в том, чтобы отказаться от использования EGT в качестве косвенного показателя соотношения A/F и иметь возможность устанавливать смесь непосредственно и предсказуемо.

Контроль состава смеси A/F и пригодность для авиации

Кислородные датчики для автомобилей должны контролировать соотношение смеси только в узкой области, по обе стороны от стехиометрического, и поэтому классифицируются как узкополосные. Для самолетов кислородный датчик должен иметь возможность измерять смесь в гораздо более широком диапазоне, что требует несколько иной технологии широкополосного датчика. Такие устройства производят Bosch и NTK. В прошлом эти датчики легко загрязнялись содержанием свинца в топливе, что делало их непригодными для использования с авиационным газом, но современные конструкции более терпимы. Датчик NTK особенно 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 Bosch, либо NGK/NTK Wideband O 9.0037 2 Сенсор, последний из которых имеет репутацию гораздо более устойчивого к этилированному топливу, и поэтому я выбрал именно его. Кроме того, у него прямоугольный дисплей, который лучше подходит для моей панели, чем круглые дисплеи, типичные для большинства других устройств.

Фото 2: Заглушка, вваренная в выхлопную трубу.

Установка

На фото 1 показаны компоненты комплекта Ballenger AFR500v2, состоящего из блока дисплея, датчика, соединительного кабеля и заглушки для установки датчика. Последний необходимо приварить к выхлопной трубе, рекомендуется на расстоянии от 1 до 4 футов от выпускного отверстия. Учитывая, что цилиндры могут иметь пиковые значения EGT при разных настройках смеси, необходимо принять решение о том, где лучше всего разместить датчик. У меня двойная выхлопная система «два в одном», объединяющая цилиндры 1 и 3 справа и 2 и 4 слева. Цилиндры 1, 3 и 4 достигают пика примерно при той же смеси, в то время как цилиндр 2 достигает пика примерно на 0,5 галлона в час раньше. Я решил установить датчик на стороне цилиндра 1 и 3. Пробка для крепления датчика изготовлена ​​из нержавеющей стали, и на Фото 2 показано, что она приварена к правой выхлопной трубе. На фото 3 показана трубка, установленная с кислородным датчиком.

Фото 3: Кислородный датчик установлен в пробке.

Первоначально контроллер/дисплей был временно установлен поверх антибликового щита во время тестовых запусков и установления долгосрочной жизнеспособности системы. Кабель, соединяющий дисплейный блок и датчик, должен проходить через брандмауэр. Зная о такой возможности, Балленджер дает инструкции о том, как разобрать кабельный разъем, чтобы уменьшить сборку и облегчить проникновение через брандмауэр.

Конструкция монитора соотношения воздух/вода Ballenger AFR500v2 превосходна. Тем не менее, размер дисплея значительно больше, чем площадь панели, которую я хотел посвятить этой функции, и не включает никакого затемнения. Несмотря на увещевание Балленджера не открывать и не модифицировать модуль управления, инженер-электрик во мне не мог устоять перед заменой его на внешний дисплей меньшего размера 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.

Испытательные полеты и результаты

После установки я решил выполнить два испытательных полета, первый на высоте 3000 футов, второй на высоте 6500 футов. Для моей комбинации Lycoming I/O-390 и винта Hartzell 75% мощности приходится на 2500 об/мин и давление в коллекторе 24,6 дюйма. Поскольку компания Lycoming рекомендует работать на обедненной смеси только при мощности менее 75%, испытание на высоте 3000 футов проводилось при мощности около 65%, что соответствует давлению в коллекторе 23,5 дюйма. На рис. 1 показан известный график Лайкоминга мощности, CHT и EGT в зависимости от расхода топлива. Пик EGT соответствует стехиометрической смеси, и по мере обеднения смеси в сторону обогащения пик CHT немного опережает пик EGT.

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

На рис. 2 показаны результаты испытаний выхлопной трубы, соотношения воздух/топливо и миль на галлон в зависимости от расхода топлива на высоте 3000 футов, 2500 об/мин и давлении во впускном коллекторе 23,5 дюйма. На рис. 3 показаны те же данные для испытания на высоте 6500 футов и давлении в коллекторе 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 на высоте 6500 футов. Первое, на что следует обратить внимание, это то, что пик EGT на самом деле возникает практически при соотношении A/F, равном 14,7. Как замечательно, реальность соответствует теории! И датчик A/F работает нормально. Затем «расход газа» равномерно увеличивается с наклоном. Скорость полета увеличивается и уменьшается пропорционально мощности, как и ожидалось.

Рис. 3: EGT, соотношение A/F и количество миль на галлон в зависимости от расхода топлива на высоте 6500 футов, 2500 об/мин и давлении во впускном коллекторе 23,4 дюйма.

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

Рис. 4: EGT и воздушная скорость в зависимости от отношения воздуха к воздуху на высоте 3000 футов, 2500 об/мин и 23,5-дюймовом давлении в коллекторе и 6500 футов, 2500 об/мин и 23,4-дюймовом давлении в коллекторе.

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

Использование отношения A/F

Итак, что мы можем теперь сделать с этими данными и что в них хорошего? Что ж, возвращаясь к проверенному временем методу обеднения, он состоит из мгновенного наклона к пику EGT, а затем корректировки смеси до смещения EGT от пика на заранее определенное количество градусов. Это число либо рекомендовано производителем, либо выбрано оператором в соответствии с его оценкой безопасной и желательной рабочей точки. Косвенным и желаемым результатом является конкретное и постоянное соотношение воздух/топливо.

Именно здесь прямое указание соотношения A/F значительно упрощает процесс настройки крейсерской смеси. Просто сделайте один запуск, чтобы определить и отметить соотношение A/F, которое приводит к желаемому смещению температуры EGT, и во всех будущих полетах устанавливайте смесь с этим соотношением A/F. Измените настройки мощности или высоты и измените настройки смеси, чтобы сохранить желаемое соотношение A/F. Это так просто! Конечно, всегда следите за CHT — значениями и тенденциями — и убедитесь, что они находятся в приемлемом диапазоне.

Для наилучшей скорости/производительности я обычно использую обогащенную смесь 85 F, что соответствует соотношению A/F примерно 12,5. В экономичном крейсерском режиме я провожу около 50 пиковых нагрузок с соотношением A/F около 16.

Тем не менее, при изучении эксплуатационных рекомендаций мне стало ясно, что мы, пилоты, многого не понимаем. Вторая врезка «Отношение A/F и взаимосвязь с детонацией, предварительным зажиганием и безопасными условиями эксплуатации» представляет собой попытку углубить это понимание.

Долгосрочная эффективность

После нескольких недель полета с этой установкой она мне очень нравится. Забегая вперед, ключевой вопрос заключается в том, какова будет долговечность кислородного датчика. Дэйв Хиршман в своей статье цитирует Клауса Савьера, основателя Light Speed ​​Engineering, калифорнийской фирмы, занимающейся разработкой и продажей электронных систем зажигания:

«Лямбда-датчики избавляют от необходимости строить предположения. Пилоты, взлетающие из высокогорных аэропортов, могут с первого взгляда точно настроить смесь для максимальной мощности перед началом разбега, а пилоты, выравнивающиеся на большой высоте в крейсерском режиме, могут легко и быстро настроить смесь для максимальной эффективности. Я летаю с лямбда-зондами на двух своих самолетах уже в общей сложности 800 часов».

Посмотрим!

Три месяца спустя…

Все еще сильны! Пока производительность системы идентична той, с которой она была изначально. Судя по всему, новые датчики кислорода действительно терпимы к небольшому количеству свинца в авиагазе. Процесс установки смеси стал простым и автоматическим, как и было задумано.

Ссылки

  1. John Deakin, «Pelican’s Perch» #43, #63-66
  2. Lycoming SSP700A, «Новая старая техника наклона»
  3. Continental «Советы по уходу за двигателем»
  4. «Обработка двигателей Lycoming»
  5. Инструкция по обслуживанию Lycoming 1094D, «Процедуры обогащения топливной смесью»

Фотографии: Reinhard Metz.

Соотношение воздух/топливо двигателя


Главная, Библиотека по ремонту автомобилей, автозапчасти, аксессуары, инструменты, руководства и книги, автомобильный БЛОГ, ссылки, индекс , автор Ларри Карли, авторское право, 2019 г. AA1Car.com

Соотношение воздух/топливо (A/F) — это соотношение смеси или процентное соотношение воздуха и топлива, подаваемых в двигатель топливной системой. Обычно он выражается по весу или массе (фунты воздуха к фунтам топлива). Соотношение воздух/топливо важно, поскольку оно влияет на холодный пуск, качество холостого хода, управляемость, экономию топлива, мощность, выбросы выхлопных газов и долговечность двигателя.

Чтобы смесь воздуха и топлива могла гореть внутри двигателя, соотношение воздуха и топлива должно находиться в определенных пределах минимальной и максимальной воспламеняемости, в противном случае смесь может не воспламениться. Слишком много воздуха и недостаточно топлива или слишком много топлива и недостаточно воздуха может создать смесь, которая не сгорит при воспламенении свечи зажигания. Результатом могут быть пропуски зажигания, потеря мощности и повышенные выбросы (в первую очередь несгоревшие углеводороды или углеводороды).

ХИМИЯ ЗА СООТНОШЕНИЯМИ ВОЗДУХ/ТОПЛИВО

Когда топливно-воздушная смесь химически идеально сбалансирована, кислорода достаточно, чтобы сжечь все топливо. Такое соотношение называется СТЕХИОМЕТРИЧЕСКОЙ топливной смесью. Весь кислород в воздухе и все углеводороды в топливе будут израсходованы, не останется ничего, кроме водяного пара (h3O) и углекислого газа (CO2). В легких крейсерских условиях и низкой нагрузке на двигатель большинству двигателей нравится стехиометрическая смесь A/F, потому что она дает самые низкие выбросы углеводородов и угарного газа (CO) и хорошую экономию топлива.



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 зависит 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 углеводородов с длинной цепью. Одним из его основных ингредиентов является октан (C8h28), но он также включает в себя множество 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 с прямой цепью от C4 до C8, от 25 до 40 процентов алканов с разветвленной цепью от C4 до C10, 10 процентов циклоалканов, до 25 процентов ароматических соединений, 10 процентов неразветвленных и циклических алкенов и менее одного процентов бензола.

Большая часть бензина, продаваемого в США, также смешивается с этаноловым спиртом для увеличения запаса топлива, улучшения октанового числа (устойчивости к детонации) и добавления кислорода для более чистого горения. Топливные смеси с этанолом и бензином варьируются от 10% этанола (Е10) до 85% этанола (Е85). Смеси этанола E10 одобрены EPA для использования во всех бензиновых двигателях, в то время как E15 был недавно одобрен для использования в автомобилях 2001 года и новее. Для автомобилей, поддерживающих FLEX FUEL, можно использовать смеси этанола и бензина, содержащие до 85 процентов этанола (E85).

СТЕХИОМЕТРИЧЕСКОЕ СООТНОШЕНИЕ ВОЗДУХ/ТОПЛИВО

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

Для бензина Е10 (90-процентный бензин с 10-процентным содержанием этанолового спирта) стехиометрическое соотношение составляет 14,08:1.

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

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

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

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

Для ПРОПАНА (сжиженный 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 имеют соотношение A/F в диапазоне от 18:1 до 70:1.

ОБОГАТОЕ И ОБЕДНОЕ СООТНОШЕНИЕ ВОЗДУХ/ТОПЛИВО

Когда соотношение воздух/топливо отличается от стехиометрического соотношения, оно сгорает по-разному и по-разному влияет на работу двигателя, выбросы, экономию топлива и долговечность. Условия вождения в реальном мире требуют разных соотношений A/F в разное время, поэтому соотношение A/F не является чем-то статичным и неизменным. Он динамичен и меняется в зависимости от меняющихся условий эксплуатации.

Во-первых, нам нужно объяснить разницу между ОБОГАТОЙ и ОБЕДНЕННОЙ топливно-воздушными смесями.

Соотношение A/F, которое содержит больше воздуха и меньше топлива, чем стехиометрическое соотношение, называется обедненной топливной смесью. Бедной смесью будет смесь с соотношением выше 14,7: 1 для бензина.

Соотношение A/F, которое содержит меньше воздуха и больше топлива, чем стехиометрическое соотношение, называется обогащенной топливной смесью. Богатой смесью будет смесь с соотношением бензина менее 14,7: 1.

ОБЕДНЯЯ смесь A/F обычно сгорает ГОРЯЧЕ и потребляет 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 стук).

ОПАСНОСТЬ ДЕТОНАЦИИ ОБЕДНЕННОЙ ВОЗДУХО-ТОПЛИВНОЙ СМЕСИ

Детонация – это ненормальная форма сгорания, которая может возникнуть, когда сочетание высоких температур и давлений внутри камеры сгорания вызывает самовозгорание топлива до того, как загорится свеча зажигания. Вместо плавного расширяющегося наружу шара пламени от свечи зажигания карманы топлива воспламеняются и сталкиваются друг с другом, создавая слышимый стук. Детонация — это плохо, потому что она слишком быстро увеличивает давление сгорания. Это приводит к ударам молотка по поршням, которые могут повредить поршни, кольца, шатунные вкладыши и прокладки головки блока цилиндров. Слишком бедная топливная смесь может даже прожечь дыру в верхней части поршня! Так что всегда следует избегать очень бедной топливной смеси, особенно когда двигатель разгоняется или сильно работает под нагрузкой.

Основной причиной слишком бедного топлива могут быть загрязненные топливные форсунки, низкое давление топлива (слабый топливный насос или засорение топливной магистрали или фильтра) или недостаточный поток топлива (насос или производительность форсунки слишком малы для применения). В двигателях с измененными характеристиками (особенно с нагнетателем или турбокомпрессором) обычно требуется топливный насос с более высокой производительностью и / или топливные форсунки с более высоким расходом, чтобы не отставать от возросших потребностей двигателя в топливе. Если насос или форсунки не справляются, топливная смесь может стать обедненной, что приведет к детонации двигателя и возможному саморазрушению!

Все последние модели двигателей оригинального оборудования с компьютеризированным управлением двигателя оснащены ДАТЧИКОМ ДЕТОНАЦИОННОГО ЗАДАЧИ для защиты двигателя от детонации. Если датчик детонации обнаруживает вибрации, похожие на детонацию, он подает сигнал компьютеру управления двигателем на мгновение замедлить момент зажигания, что снижает риск детонации. Компьютер двигателя также может обогащать топливную смесь, потому что добавление топлива помогает снизить температуру сгорания и снижает риск детонации.

БОГАТЫЕ ВОЗДУШНО-ТОПЛИВНЫЕ СМЕСИ, МОЩНОСТЬ И ВЫБРОСЫ

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

Обычно уровень CO в выхлопе хорошо настроенного двигателя, работающего при стехиометрическом соотношении или близком к нему, должен составлять от нуля до менее половины процента. Если автомобиль оснащен каталитическим нейтрализатором, уровень CO в выхлопной трубе должен быть равен нулю или очень близок к нулю. Угарный газ является опасным и смертельным загрязнителем, потому что даже небольшое количество может убить!


Соотношение воздух/топливо постоянно меняется от богатого к бедному в соответствии с изменяющимися условиями эксплуатации.

ПОЧЕМУ СООТНОШЕНИЕ ВОЗДУХ/ТОПЛИВО ПОСТОЯННО МЕНЯЕТСЯ

Несмотря на то, что стехиометрические соотношения A/F обеспечивают наилучшие результаты с точки зрения экономии топлива и выбросов, двигатель не может работать со стехиометрическим соотношением все время. Иногда ему нужна ОБОГАТАЯ смесь, а иногда может быть полезна БЕДНАЯ смесь. Вот почему:

Холодному двигателю для запуска требуется очень ОБОГАТАЯ топливная смесь (по крайней мере, на начальном этапе, пока он не прогреется). Период холодного пуска — 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 непосредственным впрыском бензина (GDI) чище после холодного запуска, потому что топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания под чрезвычайно высоким давлением. Это улучшает распыление топлива, поэтому оно будет легче смешиваться с воздухом для более чистого сгорания.

На более старых двигателях с карбюратором воздушная заслонка обеспечивает начальное обогащение смеси. Закрытие воздушной заслонки ограничивает поток воздуха в карбюратор, чтобы обогатить смесь. По мере прогрева двигателя воздушная заслонка постепенно открывается, чтобы впустить больше воздуха, пока, в конце концов, она больше не нужна, и двигатель работает с нормальным соотношением воздух/топливо.

На более старых двигателях с впрыском топлива отдельная форсунка холодного пуска обеспечивает подачу дополнительного топлива во время холодного пуска. На более новых двигателях EFI компьютер дает команду на обогащение смеси при прокручивании коленчатого вала и первом запуске двигателя. Компьютер запрограммирован на подачу точно необходимого количества топлива в зависимости от температуры двигателя и температуры воздуха.

Холодному двигателю также требуется ОБОГАТАЯ топливная смесь, пока он прогревается, чтобы работать на холостых оборотах. Смесь A/F будет постепенно обедняться по мере повышения температуры двигателя и снижения частоты вращения холостого хода с высокой скорости холостого хода (около 850–1000 об/мин) до нормальной скорости холостого хода (обычно от 500 до 600 об/мин). На карбюраторе за это отвечает воздушная заслонка и кулачок быстрого холостого хода.


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

В двигателе с впрыском топлива компьютер поддерживает обогащение смеси A/F до тех пор, пока кислородный датчик не нагреется до температуры, достаточной для того, чтобы система управления с обратной связью перешла в режим ЗАМКНУТОГО КОНТУРА. Как только это происходит, компьютер начинает использовать сигнал кислородного датчика для точной настройки смеси A/F. Компьютер регулирует скорость холостого хода с помощью электродвигателя регулятора скорости холостого хода или соленоида на корпусе дроссельной заслонки, что 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 обороты холостого хода и смесь холостого хода регулируются вращением винтов. Вращение винта регулировки состава смеси на холостом ходу (по часовой стрелке) обедняет смесь A/F, а выворачивание его (против часовой стрелки) обогащает смесь A/F. Цель состоит в том, чтобы получить максимально плавный холостой ход на рекомендуемой скорости холостого хода.

ОБОГАЩЕНИЕ ТОПЛИВА

Когда вы нажимаете на педаль газа, чтобы ускориться, обогнать другое транспортное средство или подняться в гору, двигателю требуется ОБОГАТАЯ смесь для увеличения мощности. На старых двигателях с карбюратором ускорительный насос и силовой клапан обеспечивают дополнительное обогащение топлива при открытии дроссельной заслонки. На более новых автомобилях с электронным впрыском топлива компьютер двигателя контролирует нагрузку двигателя с помощью датчика массового расхода воздуха, датчика положения дроссельной заслонки и датчиков абсолютного давления во впускном коллекторе, чтобы изменить соотношение A/F, когда вы нажимаете на газ. Затем компьютер увеличивает продолжительность импульса топливных форсунок, чтобы подавать больше топлива в двигатель до тех пор, пока это необходимо. Компьютер также будет использовать сигналы обратной связи от датчиков кислорода в выхлопных газах для контроля соотношения воздух/топливо по мере его изменения, чтобы при необходимости можно было внести коррективы.

В легких крейсерских условиях, когда нагрузка на двигатель меньше или при замедлении, большинство двигателей могут безопасно работать с более низким соотношением A/F для улучшения экономии топлива. Во многих случаях форсунки могут даже полностью отключаться при замедлении для дополнительной экономии топлива. В двигателях, в которых цилиндры отключаются для экономии топлива, форсунки на неработающих цилиндрах временно отключаются.

НАСТРОЙКА СООТНОШЕНИЯ ВОЗДУХ/ТОПЛИВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

Когда автопроизводители разрабатывают заводские настройки для двигателя, они должны соблюдать стандарты экономии топлива и выбросов. Поэтому для достижения этих целей двигатели настроены на более бедную топливную характеристику, а это означает, что часто есть возможности для улучшения, когда речь идет о повышении мощности.

Для повышения производительности более БОГАТОЕ соотношение A/F добавит мощности. Насколько богаче должно быть соотношение A/F, зависит от приложения и желаемого повышения производительности.

При пиковой мощности бензина с прямым насосом (без этанола в смеси) соотношение A/F может достигать 12,5:1. Если вы используете насосный бензин E10, соотношение A/F 12:1 обеспечит пиковую мощность. Если вы станете богаче, это просто приведет к трате топлива и фактически уменьшит мощность.

Эксплуатация гоночного двигателя на максимальной мощности в течение длительного периода времени может привести к победе в гонке, ЕСЛИ двигатель сможет продержаться достаточно долго, чтобы закончить гонку. Но для гонок на выносливость или повседневного вождения использование пикового соотношения A/F может быть не лучшей идеей. Смесь A/F от 13,1 до 13,3 по-прежнему будет производить почти такую ​​же пиковую мощность, как и при соотношении 12,5:1, но с меньшей нагрузкой на сам двигатель.

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

Для достижения 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 работал весь сезон, возможно, было бы разумно немного уменьшить смесь и перейти на соотношение A / F от 4,5 до 4,8: ​​1. Все зависит от приложения. Безнаддувный гоночный двигатель, работающий на метаноле, лучше всего работает с соотношением A/F 5:1, в то время как высокопроизводительному Hemi с наддувом может потребоваться сверхбогатая смесь 3,5:1, чтобы двигатель не плавил поршни. Дополнительный метанол в действительно высокомощном двигателе нужен в основном для дополнительного охлаждения внутри камеры сгорания.

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

ПРИМЕЧАНИЕ: Соотношение A/F, обеспечивающее реальную пиковую мощность двигателя без перенапряжения до уровня, при котором происходит повреждение, зависит от многих факторов, помимо химического состава самого топлива. Переменные, влияющие на соотношение A/F, когда в двигателе фактически возникает пиковая мощность, включают степень сжатия, момент зажигания, подъем клапана, перекрытие и продолжительность, конструкцию камеры сгорания, температуру двигателя, температуру окружающего воздуха, давление наддува (в двигателях с наддувом). или двигатель с турбонаддувом) и использование других добавок мощности, таких как закись азота (N2O).

КАК ЗАКИСЬ АЗОТА ВЛИЯЕТ НА СООТНОШЕНИЕ ВОЗДУХ/ТОПЛИВО

Всем известно, что закись азота действительно может увеличить мощность двигателя. В зависимости от дозы, N2O может повысить мощность от 100 до 400 л. с. и более! Он делает это, добавляя дополнительный кислород в топливно-воздушную смесь. Воздух, которым мы дышим, содержит всего около 21 процента кислорода. Остальное в основном состоит из азота (78 процентов), который практически не влияет на выработку энергии при сгорании. Фактически, часть атмосферного азота в камере сгорания будет соединяться с кислородом при высокой температуре, образуя загрязняющие вещества NOX. Это также крадет немного энергии из процесса сгорания за счет уменьшения количества кислорода, доступного для сжигания топлива.

Если закись азота впрыснуть в двигатель, теплота сгорания разрушает 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 обеспечения максимальной мощности двигателя. На самом деле, вы ДОЛЖНЫ добавлять дополнительное топливо при впрыске N2O, чтобы смесь A/F не стала опасно обедненной и не обожгла поршни.

КАК РЕГУЛИРОВАТЬ СООТНОШЕНИЕ ВОЗДУХ/ТОПЛИВО

Можно выполнить различные модификации, чтобы изменить нормальное соотношение воздух/топливо в двигателе для увеличения мощности.

В двигателях с карбюратором увеличение размера отверстия главных дозирующих форсунок увеличит подачу топлива в основной контур, что приведет к обогащению соотношения воздух/топливо. Размеры струи кодируются числами, поэтому обращение к таблице размеров поможет вам определить наилучший размер для данного набора обстоятельств. Однако это может меняться в зависимости от температуры воздуха и атмосферного давления. Холодный воздух плотнее теплого, 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 где-нибудь вроде Денвера, который находится в миле над уровнем моря, воздух будет намного тоньше (менее плотный). Для этого также потребуются форсунки несколько меньшего размера, чтобы поддерживать то же соотношение A/F для пиковой мощности.

Настройка двигателя путем замены форсунок в основном представляет собой процесс проб и ошибок, чтобы увидеть, форсунки какого размера обеспечивают оптимальное соотношение воздух/топливо для лучшей производительности. Это можно сделать, заменив форсунки, выполнив пробный запуск, чтобы увидеть, как работает двигатель, а затем изменив размеры форсунок вверх или вниз на размер или два, пока не будут достигнуты наилучшие результаты. Или, чтобы сэкономить время, настройку можно выполнить на динамометрическом стенде.

ПРИМЕЧАНИЕ. Изменение давления топлива в карбюраторе НЕ изменит соотношение A/F (если только вы не увеличите давление настолько, что откроется поплавковый игольчатый клапан внутри карбюратора и заполнит двигатель).

В двигателях с электронным впрыском топлива соотношение воздух/топливо можно изменить, перепрограммировав компьютер для увеличения подачи топлива за счет увеличения времени включения или продолжительности каждого импульса форсунки. Существуют также интерфейсные модули для некоторых приложений, которые изменяют сигналы датчика кислорода, чтобы обмануть компьютер, заставив его думать, что топливная смесь беднее, чем она есть на самом деле, поэтому он добавляет больше топлива для обогащения смеси.

Перенастройку системы EFI лучше всего выполнять тем, кто знает, что делает. Вы действительно можете все испортить, 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, воздушного потока и температуры.

Карта A/F определяется при работе двигателя на различных скоростях и нагрузках при 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, чтобы увеличить мощность без перегрузки двигателя или траты топлива. Настройка динамометрического стенда также является хорошим способом убедиться, что смесь A/F не становится опасно обедненной в определенные моменты, что может привести к детонации и повреждению двигателя.

ЛЯМБДА : ДРУГОЙ СПОСОБ ВЫРАЖЕНИЯ СООТНОШЕНИЯ ВОЗДУХ/ТОПЛИВО

Еще один способ выразить соотношение воздух/топливо – это греческая буква Лямбда . 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 машины для проверки выбросов будут отображать как численное соотношение воздух/топливо, так и/или значение лямбда. Значение определяется путем измерения количества несгоревшего кислорода в выхлопных газах.

Когда соотношение воздух/топливо находится на стехиометрическом уровне (независимо от типа топлива), значение лямбда будет равно ЕДИНИЦЕ (1,00, если быть точным).

Если воздушно-топливная смесь бедная (больше стехиометрического соотношения или 14,7 для бензина), значение лямбда будет ВЫШЕ 1,00.

Если смесь воздух/топливо ОБОГАТАЯ (соотношение меньше стехиометрического), лямбда будет МЕНЬШЕ 1,00.

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

Пример: показание лямбда для соотношения воздух/вода 16:1 будет (16 разделить на 14,7) или 1,088.


Нажмите здесь, чтобы просмотреть или загрузить эту статью в виде файла PDF



Связанные статьи:

Как работает электронная впрыска топлива

Как внедрение топлива влияет на выбросы

. Безвозвратный EFI

Топливные форсунки (поиск и устранение неисправностей)

Как диагностировать и устранять проблемы с карбюратором


См. Наши другие веб-сайты:

Auto Repair Leforce

Carleysoftware

OBD2Help.com

Random-misfire.com

СПАНИРОВАНИЕ СПРАВОЧНИК. Условия (с таблицей)

, автор: Mark Stevens

Последнее обновление 6 июня 2022 г.

Поддержание правильного соотношения воздух-топливо важно для достижения максимальной производительности и экономии топлива от вашего двигателя. Когда это соотношение неправильное, ваш двигатель работает на обогащенной или обедненной смеси, что может привести к повреждению. В этой статье мы рассмотрим типичные идеальные соотношения воздух-топливо при различных условиях.

Содержание

Что такое соотношение воздух-топливо?

Соотношение воздух-топливо (AFR) представляет собой отношение масс между количеством воздуха и топлива, которые смешиваются вместе в камере сгорания транспортного средства. Это соотношение необходимо скорректировать, чтобы топливо сгорало правильно и эффективно.

Нужна помощь в решении проблемы с автомобилем ПРЯМО СЕЙЧАС?

Щелкните здесь , чтобы пообщаться в онлайн-чате с проверенным механиком, который ответит на ваши вопросы.

Если соотношение слишком богатое или слишком бедное, двигатель не будет оптимально сжигать воздушно-топливную смесь, что может вызвать проблемы с производительностью или израсходовать слишком много топлива. Идеальное соотношение воздух-топливо, при котором сгорает все топливо без лишнего воздуха, составляет 14,7:1. Такая смесь называется «стехиометрической». В этом случае на 1 часть топлива приходится 14,7 частей воздуха.

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

Прежде чем мы обсудим соотношение воздух-топливо в различных условиях, позвольте мне сначала объяснить различные типы соотношения воздух-топливо на транспортном средстве.

  • БОГАЩЕЕ 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)
  • Бедное топливовоздушная смесь : 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 при различных условиях

Теперь, когда вы понимаете, что такое соотношение воздух-топливо и как оно может влиять на процесс внутреннего сгорания, здесь мы рассмотрим, какое соотношение воздуха-топлива лучше всего топливные коэффициенты для различных условий.

Запуск

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

Более простой способ описать это так: на старых автомобилях с карбюратором воздушная заслонка использовалась для перекрытия воздуха, чтобы в двигатель поступало больше топлива для запуска автомобиля.

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

Прогрев (холостой ход)

После запуска и пока двигатель работает на холостом ходу, температура охлаждающей жидкости остается низкой, и требуется больше топлива, чем обычно, пока автомобиль не прогреется до рабочей температуры. Так что в этом случае необходим богатый AFR около 12:1 .

См. также: Сколько бензина ДЕЙСТВИТЕЛЬНО расходуется на холостом ходу?

Ускорение

Когда педаль акселератора нажимается для увеличения скорости, в цилиндр поступает больше воздуха, чтобы удовлетворить потребность в дополнительной мощности, поэтому, естественно, требуется больше топлива. На полном газу соотношение воздух-топливо может быть 9.0345 около 11:1 (очень богатое), в то время как умеренное ускорение может означать около 13:1 (богатое) соотношение воздух-топливо.

Крейсерская (постоянная скорость)

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

Тяжелые грузы

При больших нагрузках, например, при подъеме в гору или при буксировке прицепа, транспортному средству требуется двигатель для увеличения мощности. Это означает, что для избыточных требований при больших нагрузках требуется богатое соотношение воздух-топливо, аналогичное ускорению. АФР будет где-то 903:45 около 12:1 .

Замедление

В этом случае педаль акселератора отпущена, что означает, что от двигателя не требуется выходной мощности, кроме как для поддержания его работы. В этот момент будет существовать соотношение воздух-топливо примерно 17:1 (бедная смесь), поскольку потребность в топливе в этот момент очень низкая. На этом этапе также очищаются выхлопные газы.

Таблица соотношения воздух-топливо

9
Состояние Общее соотношение воздух/топливо
Starting Up 9:1
Warming Up (Idling) 12:1
Accelerating 11:1 to 13:1
Cruising (Constant Speed) 14,7: 1
Тяжелая нагрузка (буксировка/в гору) 12: 1
СПАСИВАНИЕ (FOT OFF GAS) 17: 1
66666666696666666666666666666666666666666666666666666666666666666. Вот несколько распространенных признаков того, что соотношение воздух-топливо слишком богатое или слишком обедненное:

Соотношение воздух-топливо слишком богатое

  • Ваш двигатель может выделять черный дым из выхлопной трубы
  • Высокий расход топлива
  • Сильный запах несгоревшего топлива
    • Двигатель будет глохнуть или дергаться
    • Плохой разгон
    • Неравномерный холостой ход (автомобиль будет вибрировать)

    Причины неправильного соотношения воздух-топливо

    • Неисправная топливная форсунка
    • Засоренный или грязный воздушный фильтр
    • Неисправный датчик соотношения воздух-топливо
    • Неисправный кислородный датчик
    • Неисправный датчик MAF
    • Неисправный ECM
    • Неисправный датчик положения распределительного вала
    ответ СРОЧНО!

    Соотношение воздух-топливо – x-engineer.

    org

    Содержание

    • Определение соотношения воздух-топливо
    • Формула соотношения воздух-топливо
    • Соотношение воздух-топливо для различных видов топлива
    • Как рассчитывается стехиометрическое соотношение воздух-топливо
    • Лямбда-соотношение воздух-топливо
    • Соотношение воздух-топливо и мощность двигателя
    • Калькулятор соотношения воздух-топливо
    • Влияние соотношения воздух-топливо на выбросы двигателя
    • Лямбда-регулирование сгорания с обратной связью
    • Определение соотношения воздух-топливо

      Тепловые двигатели используют топливо и кислород (из воздуха) для производства энергии посредством сгорания. Для обеспечения процесса сгорания в камеру сгорания необходимо подавать определенное количество топлива и воздуха. А полное сгорание происходит, когда все топливо сгорает, в выхлопных газах не будет несгоревшего топлива.

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

      Идеальное (теоретическое) соотношение воздух-топливо для полного сгорания , называется стехиометрическое соотношение воздух-топливо . Для бензинового (бензинового) двигателя стехиометрическое соотношение воздух-топливо составляет около 14,7: 1. Это значит, что для полного сгорания 1 кг топлива нам потребуется 14,7 кг воздуха. Возгорание возможно, даже если АТР 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 соотношения, смесь воздух-топливо называется постный . Когда соотношение воздух-топливо ниже стехиометрического соотношения, топливовоздушная смесь называется богатой . Например, для бензинового двигателя AFR 16,5:1 соответствует обедненной смеси, а 13,7:1 – богатой смеси.

      Назад

      Формула соотношения воздух-топливо

      Применительно к двигателям 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 соотношением (FA или FAR) и рассчитывается как:

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

      Вернуться назад

      Соотношение воздух-топливо для различных видов топлива

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

      Топливо Химическая формула AFR
      Methanol CH 3 OH 6. 47:1
      Ethanol C 2 H 5 OH 9:1
      Butanol C 4 H 9 OH 11.2:1
      Diesel C 12 H 23 14.5:1
      Gasoline C 8 H 18 14.7:1
      Propane C 3 H 8 15.67:1
      Methane CH 4 17.19:1
      Hydrogen H 2 34,3:1

      Источник: wikipedia.org

      Например, чтобы полностью сжечь 1 кг этанола, нам нужно 9 кг воздуха, а чтобы сжечь 1 кг дизельного топлива, нам нужно 14,5 кг воздуха.

      Искровое зажигание (SI) Двигатели обычно работают на бензине (бензине) в качестве топлива. AFR двигателей SI колеблется в диапазоне от 12:1 (богатая смесь) до 20:1 (бедная смесь) в зависимости от режима работы двигателя (температура, частота вращения, нагрузка и т. д.). Современные двигатели внутреннего сгорания работают, насколько это возможно, в пределах стехиометрического AFR (в основном из-за доочистки газа). В таблице ниже вы можете увидеть пример AFR двигателя SI, функции частоты вращения двигателя и крутящего момента.

      Изображение: Пример зависимости соотношения воздух-топливо (AFR) от частоты вращения и крутящего момента двигателя

      Воспламенение от сжатия (CI) Двигатели обычно работают на дизельном топливе. Из-за характера процесса сгорания двигатели с системой внутреннего сгорания всегда работают на бедных смесях с AFR от 18: 1 до 70: 1. Основное различие по сравнению с двигателями SI заключается в том, что двигатели CI работают на стратифицированных (неоднородных) воздушно-топливных смесях, а SI работают на гомогенных смесях (в случае двигателей с распределенным впрыском).

      Приведенная выше таблица вводится в сценарий Scilab, после чего 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 12,912,9 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 12,912,9 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)
      сетка()
      xlabel('Обороты двигателя [об/мин]')
      ylabel('Момент двигателя [Нм]')
      название('x-engineer. org')
       

      Выполнение приведенных выше инструкций Scilab создаст следующий контурный график:

      Изображение: контурный график воздуха и топлива в Scilab

      Назад

      Как рассчитывается стехиометрическое соотношение воздух-топливо

      Чтобы понять, как рассчитывается стехиометрическое соотношение воздух-топливо, нам нужно рассмотреть процесс сгорания топлива. Горение – это в основном химическая реакция (называемая окислением ), в которой топливо смешивается с кислородом и образуется двуокись углерода (CO 2 ), вода (H 2 O) и энергия (тепло). Учтите, что для того, чтобы произошла реакция окисления, нужна энергия активации (искра или высокая температура). Кроме того, чистая реакция сильно экзотермична (с выделением тепла).

      \[\text{Топливо}+\text{Кислород}\xrightarrow[высокая \text{ } температура \text{ (CI)}]{искра \text{ (SI)}} \text{Углекислый газ} + \ text{Вода} + \text{Энергия}\]
      Пример 1. Для лучшего понимания рассмотрим реакцию окисления метана . Это довольно распространенная химическая реакция, так как метан является основным компонентом природного газа (в пропорции около 94 %).

      Шаг 1 . Напишите 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

      \[ \begin{split}
      \text{Водород} &= 1,008 \text{ а.е.м.}\\
      \text{Углерод} &= 12,011 \text{ а.е.м.}\\
      \text{Кислород} &= 15,999 \text{ а.е.м.}
      \end{split} \]

      Шаг 4 . Рассчитайте массу топлива, которое составляет 1 моль метана, состоящего 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, состоящего из 2 молей, каждый из которых состоит из 2 атомов кислорода.

      \[m_o =2 \cdot 15,999 \cdot 2= 63,996 \text{g}\]

      Шаг 6 . Рассчитайте необходимую массу воздуха, содержащего расчетную массу кислорода, принимая во внимание, 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, используя уравнение (1)

      \[AFR = \frac{m_a}{m_f} = \frac{304,743}{16,043} = 18,995 \]

      Расчетное значение AFR для метана не совсем соответствует указанному в литература. Разница может заключаться в том, что в нашем примере мы сделали несколько допущений (воздух содержит только 21 % кислорода, продукты сгорания – 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 . Напишите 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

      \[ \begin{split}
      \text{Водород} &= 1,008 \text{ а.е.м.}\\
      \text{Углерод} &= 12,011 \text{ а.е.м.}\\
      \text{Кислород} &= 15,999 \text{ а.е.м.}
      \end{split} \]

      Шаг 4 . Рассчитайте массу топлива, которое составляет 1 моль изооктана, состоящего 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, который состоит из 12,5 молей, каждый моль состоит из 2 атомов кислорода.

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

      Шаг 6 . Рассчитайте необходимую массу воздуха, содержащего расчетную массу кислорода, принимая во внимание, 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, расчетное стехиометрическое соотношение воздух-топливо для бензина равно несколько отличается от приведенного в литературе. Таким образом, результат приемлемый, так как мы сделали много допущений (бензин содержит только изооктан, воздух содержит только кислород в пропорции 21 %, единственные продукты сгорания – углекислый газ и вода, горение идеальное).

      Назад

      Лямбда соотношение воздух-топливо

      Мы видели, что такое и как рассчитать стехиометрическое (идеальное) соотношение воздух-топливо. В реальности двигатели внутреннего сгорания работают не именно с идеальным AFR, а с близкими к нему значениями. Таким образом, мы будем иметь идеальное и фактическое соотношение AFR воздух-топливо. Соотношение между фактическим соотношением воздух-топливо (AFR фактическое ) и идеальным/стехиометрическим соотношением воздух-топливо (AFR идеальное ) называется эквивалентным соотношением воздух-топливо 9.0346 или лямбда (λ).

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

      Например, идеальное соотношение воздух-топливо для бензина ( бензиновый) двигатель 14,7:1. Если фактическое/реальное AFR равно 13,5, коэффициент эквивалентности лямбда будет равен:

      \[\lambda = \frac{13,5}{14,7} = 0,92\]

      В зависимости от значения лямбда двигатель запускается с обедненной, стехиометрической или богатой воздушно-топливной смесью.

      Коэффициент эквивалентности Топливно-воздушная смесь Описание
      λ < 1,00 Богатое количество воздуха недостаточно для полного сгорания; после сгорания в выхлопных газах присутствует несгоревшее топливо
      λ = 1,00 Стехиометрический (идеальный) Масса воздуха точна для полного сгорания топлива; после сгорания нет избыточного кислорода в выхлопе и нет несгоревшего топлива
      λ > 1,00 Бедная Кислорода больше, чем требуется для полного сжигания количества топлива; после сгорания в выхлопных газах присутствует избыток кислорода

      В зависимости от вида топлива (бензин или дизель) и типа впрыска (прямой или непрямой) двигатель внутреннего сгорания может работать на бедной, стехиометрической или богатой смеси топливные смеси.

      Изображение: 3-цилиндровый бензиновый двигатель Ecoboost с непосредственным впрыском топлива (схема лямбда)
      Кредит: Ford

      Например, 3-цилиндровый двигатель Ford Ecoboost работает со стехиометрическим соотношением воздух-топливо на холостом ходу и средних оборотах двигателя и во всем диапазоне нагрузок, а также с обогащенной топливовоздушной смесью на высоких оборотах и ​​нагрузке. Причина, по которой он работает с обогащенной смесью при высоких оборотах двигателя и нагрузке, охлаждение двигателя . Дополнительное топливо (которое останется несгоревшим) впрыскивается для поглощения тепла (путем испарения), тем самым снижая температуру в камере сгорания.

      Изображение: Дизельный двигатель (лямбда-карта)
      Авторы и права: wtz.de

      Двигатель с воспламенением от сжатия (дизельный) работает все время на обедненной топливно-воздушной смеси , значение коэффициента эквивалентности (λ) зависит от рабочая точка (скорость и крутящий момент). Причиной этого является принцип работы дизеля: регулирование нагрузки не за счет массы воздуха (которого всегда в избытке), а за счет массы топлива (времени впрыска).

      Помните, что стехиометрический коэффициент эквивалентности (λ = 1,00) означает соотношение воздух-топливо 14,7:1 для бензиновых двигателей и 14,5:1 для дизельных двигателей.

      Назад

      Соотношение воздух-топливо и мощность двигателя

      Мощность двигателя и расход топлива сильно зависят от соотношения воздух-топливо. Для бензинового двигателя наименьший расход топлива достигается при обедненной смеси AFR. Основная причина заключается в том, что кислорода достаточно для полного сжигания всего топлива, что выражается в механической работе. С другой стороны, максимальная мощность достигается при обогащении топливно-воздушных смесей. Как объяснялось ранее, подача большего количества топлива в цилиндр при высокой нагрузке двигателя и скорости охлаждает камеру сгорания (за счет испарения топлива и поглощения тепла), что позволяет двигателю развивать максимальный крутящий момент двигателя и, следовательно, максимальную мощность.

      Изображение: Функция мощности двигателя и расхода топлива от соотношения воздух-топливо (лямбда)

      На рисунке выше видно, что мы не можем получить максимальную мощность двигателя и наименьший расход топлива при одном и том же соотношении воздух-топливо. Наименьший расход топлива (наилучшая экономия топлива) достигается при использовании бедных воздушно-топливных смесей с AFR 15,4: 1 и коэффициентом эквивалентности (λ) 1,05. Максимальная мощность двигателя достигается при обогащении топливно-воздушных смесей с AFR 12,6:1 и коэффициентом эквивалентности (λ) 0,86. При стехиометрической топливовоздушной смеси (λ = 1) существует компромисс между максимальной мощностью двигателя и минимальным расходом топлива.

      Двигатели с воспламенением от сжатия (дизельные) всегда работают на бедных воздушно-топливных смесях (λ > 1,00). Большинство современных дизельных двигателей работают с λ между 1,65 и 1,10. Максимальная эффективность (наименьший расход топлива) достигается при λ = 1,65. Увеличение количества топлива выше этого значения (приблизительно к 1,10) приведет к увеличению количества сажи (несгоревших частиц топлива).

      Р. Дуглас провел интересное исследование двухтактных двигателей. В своей докторской диссертации « Исследования замкнутого цикла двухтактного двигателя 93; график (lmbd_g, eff_lmbd_g, ‘b’, ‘Ширина линии’, 2) держать график (lmbd_d, eff_lmbd_d, ‘r’, ‘Ширина линии’, 2) сетка() xlabel(‘$\лямбда\текст{[-]}$’) ylabel(‘$\eta_{\lambda} \text{[-]}$’) название(‘x-engineer. org’) легенда(‘бензин’,’дизель’,4)

      Выполнение приведенных выше инструкций Scilab выводит следующее графическое окно.

      Изображение: Функция полноты сгорания от коэффициента эквивалентности

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

      Go back

      Air fuel ratio calculator

      m a [g] Fuel type

      MethanolEthanolButanolDieselGasolinePropaneMethaneHydrogen

      λ [-]
      m f [g] η λ [%]

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

      Назад

      Влияние соотношения воздух-топливо на выбросы двигателя

      Выбросы выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания сильно зависят от соотношения воздух-топливо (коэффициент эквивалентности). Основные выбросы отработавших газов в ДВС приведены в таблице ниже.

      Эмиссия выхлопных газов Описание
      CO Углерод.0426
      NOx оксиды азота
      Сажа частицы несгоревшего топлива CO и HC в основном образуются при обогащении воздушно-топливной смеси, а NOx — при обедненной смеси. Итак, не существует фиксированной воздушно-топливной смеси, для которой мы можем получить минимум для всех выбросов выхлопных газов.

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

      Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор (TWC), используемый в бензиновых двигателях, имеет наивысшую эффективность, когда двигатель работает в узком диапазоне вокруг стехиометрического соотношения воздух-топливо. TWC преобразует от 50 до 90 % углеводородов и от 90 до 99 % окиси углерода и оксидов азота при работе двигателя с λ = 1,00.

      Назад

      Лямбда-регулирование сгорания с замкнутым контуром

      Чтобы соответствовать нормам по выбросам отработавших газов, для двигателей внутреннего сгорания (особенно бензиновых) крайне важно иметь точный контроль соотношения воздух-топливо. Поэтому все современные двигатели внутреннего сгорания имеют замкнутый контур управления соотношением воздух-топливо (лямбда) .

      Изображение: Двигатель внутреннего сгорания с замкнутым контуром лямбда-регулирования (бензиновые двигатели)

      1. Датчик массового расхода воздуха
      2. Первичный катализатор
      3. Вторичный катализатор
      4. Топливная форсунка
      5. Верхний лямбда (кислород) нижний лямбда-зонд
    • Нижний лямбда-зонд датчик
    • контур подачи топлива
    • впускной коллектор
    • выпускной коллектор
    • Важным компонентом для работы системы является лямбда-зонд (кислородный) . Этот датчик измеряет уровень молекул кислорода в выхлопных газах и отправляет информацию в электронный блок управления двигателем (ECU). Основываясь на показаниях датчика кислорода, ЭБУ бензинового двигателя регулирует уровень массы топлива, чтобы поддерживать соотношение воздух-топливо на стехиометрическом уровне (λ = 1,00).

      Например (бензиновые двигатели), если уровень молекул кислорода выше порога стехиометрического уровня (поэтому мы имеем бедную смесь), то при следующем цикле впрыска количество впрыскиваемого топлива будет увеличено, чтобы использовать лишний воздух. Имейте в виду, что двигатель всегда будет переходить с обедненной смеси до богатой смеси между циклами впрыска, что даст «среднее» соотношение стехиометрических воздушно-топливных смесей.

      Для дизельных двигателей, поскольку они всегда работают на бедной топливной смеси, лямбда-регулирование осуществляется другим способом. Конечная цель осталась прежней — контроль выбросов выхлопных газов.

      Если у вас есть какие-либо вопросы или замечания относительно этого урока, пожалуйста, используйте форму комментариев ниже.

      Не забудьте поставить лайк, поделиться и подписаться!

      Контроль воздушно-топливной смеси с помощью датчика UEGO

      Раньше, если вы настраивали автомобиль с нештатными карбюраторами или модифицированной системой впрыска топлива и нуждались в настройке, вы использовали старую школу методы. Если от этого у вас слезились глаза, значит, он был слишком насыщенным. Если это имело неприятные последствия, оно было слишком бедным. Вы также можете проверить цвет свечи зажигания и выхлопной трубы на наличие признаков богатой и обедненной работы, но это были средние значения с течением времени, а не мгновенные снимки конкретной настройки дроссельной заслонки.

      В гоночных мастерских были динамометры и газоанализаторы, которые могли напрямую измерять насыщенность смеси при определенных условиях нагрузки, но у самодельщика не было доступа к таким приборам. Затем, в середине 1970-х, Heathkit выпустила CI-1080, портативный анализатор выхлопных газов, предназначенный для домашних мастеров. Это было откровением. Внезапно механик на заднем дворе получил доступ к инструменту, который можно было использовать для непосредственного измерения процентного содержания угарного газа в выхлопных газах, что тесно связано с воздушно-топливной смесью.

      Использование Heathkit было немного неудобным, так как дисплей должен был располагаться там, где его можно было видеть во время вождения, кабели питания должны были быть подключены к аккумулятору под капотом, а датчик выхлопа должен был быть выведен наружу. окно и вставлен в выхлопную трубу. Но как только вы уговорили детали повиснуть там, это дало вам то, что вам нужно, а именно измерение выхлопной смеси в реальном времени, отображаемое большой аналоговой стрелкой качания. Вы могли видеть, какой процент CO был на холостом ходу, во время движения, при частичной нагрузке и при полностью открытой дроссельной заслонке, и соответствующим образом перенастраивать карбюратор или настраивать впрыск.

      Мой винтажный портативный анализатор выхлопных газов Heathkit CI-1080 все еще время от времени используется, хотя его безопасное подключение во время вождения немного затруднительно. Rob Siegel

      Heathkit и другие аналогичные винтажные портативные анализаторы выхлопных газов до сих пор продаются на eBay, потому что у них все еще есть ниша, если вам нужен минимально инвазивный инструмент для выполнения одноразового измерения. Однако, если вы считаете, что для настройки и настройки может потребоваться больше, чем просто несколько дисков, и вам нужно что-то с постоянной и чистой установкой, в наши дни есть гораздо лучший подход — сверхширокополосный кислородный датчик, соединенный с установленным на приборной панели. датчик воздуха/топлива.

      Кислородные датчики были впервые использованы в середине-конце 1970-х годов как часть электронных систем впрыска топлива на автомобилях, оснащенных каталитическими нейтрализаторами. Первые датчики были циркониевого типа, производившие выходное напряжение в диапазоне от 0,1 до 1,0 вольт, при этом 0,45 вольта были довольно близки к идеальному стехиометрическому соотношению воздух/топливо, равному 14,7 (в данном контексте «идеальный» означает «эффективный и чистый»). — горение»). Однако по мере того, как смесь отклоняется от стехиометрического значения 0,45 В, циркониевые датчики становятся очень нелинейными, фактически сообщая ЭБУ автомобиля, что выхлопная смесь является «богатой» или «бедной», но не 9.0566 как богатый или худой. Эта установка хорошо работала для раннего электронного впрыска топлива, но неадекватна, если вы пытаетесь, например, правильно направить пару веберов с боковой тягой.

      В ответ на все более строгие стандарты экономии топлива и контроля выбросов в 1990-х годах стали использоваться широкополосные кислородные датчики (также называемые «сверхширокополосными» или сверхширокополосными датчиками). Они имеют линейный выход от 0 до 5 вольт, что делает их идеальными для настройки. При продаже вместе с датчиком воздуха/топлива для настройки вы можете увидеть датчики, называемые универсальными датчиками кислорода в выхлопных газах (UEGO).

      Установка UEGO обычно состоит из трех основных частей: самого сверхширокополосного кислородного датчика, установленного на приборной панели датчика соотношения воздух/топливо (также называемого датчиком воздуха/топлива или AFM) и кабеля, соединяющего их.

      Тем не менее, датчик должен быть установлен на выхлопе, и для этого вам необходимо установить выпускную пробку, которая представляет собой отверстие с резьбой, в которое ввинчивается датчик. Датчик следует монтировать в первой удобной точке, где выхлопные газы из цилиндров были собраны в единую трубу, поэтому его обычно устанавливают в головке, перед резонатором или каталитическим нейтрализатором. Важно, чтобы датчик располагался под углом выше горизонтали, чтобы влага не скапливалась на наконечнике. Когда я их устанавливал, я обычно отмечал нужное место на головной трубе, снимал его и относил трубу и заглушку в мастерскую, чтобы они просверлили отверстие и приварили заглушку. Можно было бы подумать, что это можно сделать в мастерской по выхлопным газам без предварительной разборки выхлопной трубы, но ориентация датчика с наклоном вверх в сочетании с отсутствием зазора между другими компонентами часто затрудняет, если не делает невозможным, получение сверлить под нужным углом.

      Заглушка и кислородный датчик установлены на выхлопной трубе моего BMW 2002tii 1972 года выпуска. На этой машине она плотно прилегает из-за расположения опорных кронштейнов, необходимых для пятиступенчатой ​​коробки передач. Роб Сигел

      Существует множество вариантов АСМ-датчика. Поскольку мы живем в цифровом мире, и поскольку большинство людей хотят знать численное значение соотношения воздух/топливо, многие датчики АСМ дают цифровое считывание. У некоторых есть круглое кольцо огней, имитирующее качающуюся иглу, в дополнение к цифровому считыванию. Лично я очень чувствителен к установке на приборной панели моего старого BMW чего-либо, что выглядит так, как будто оно телепортировано не из того десятилетия, а тем более не из того века, поэтому я предпочитаю старомодную качающуюся иглу воздуха/топлива. метр. Мне нравится аналоговая модель блэкфейс от компании AEM, так как она очень похожа на олдскульные датчики VDO, которые у меня иногда уже есть в автомобилях. Комплект AEM с манометром, датчиком и кабелем имеет номер детали 30-5130 и стоит около 200 долларов.

      Аналоговый указатель уровня воздуха/топлива AEM, выполненный в черном цвете, имеет приятный винтажный вид. AEM Electronics

      Помимо установки заглушки, другой сложной частью установки является прокладка кабеля от датчика к манометру. Оба конца кабеля имеют многоконтактные разъемы хорошего размера. При прокладке одного провода обычно можно легко провести его через существующую втулку в брандмауэре, но физический размер этих разъемов достаточно велик, и это может быть затруднительно. Разъем, который подключается к задней части манометра, меньше, чем тот, который подключается к кислородному датчику, и с некоторой осторожностью я смог провести его через брандмауэр через втулку для одного из моих шлангов кондиционера. Если вы не можете этого сделать, вам, вероятно, придется пропустить разъем через отверстие для переключателя.

      И, наконец, крепление манометра. Сначала я пытался использовать универсальную подставку для крепления манометра от Auto Meter, но в конце концов я просто отбалансировал свой манометр в маленьком сменном стакане, который находится слева от комбинации приборов в моем BMW 2002tii. Когда он установлен там, я могу видеть его во время вождения, но глаз не привлекает к нему как к неоригинальному инструменту.

      Аналоговый измеритель AEM, расположенный в сменном стакане слева от комбинации приборов в моем 2002tii, говорит мне, что мой холостой ход слишком богат. Роб Сигел

      Конечно, реальная ценность установки расходомера воздуха/топлива заключается в том, чтобы использовать его для настройки и настройки автомобиля. Мой BMW 2002tii оснащен механическим впрыском топлива и имеет то, что энтузиасты называют «верботеновым винтом» — винт обогащения на ТНВД, который заводское руководство запрещает трогать. Используя расходомер воздуха/топлива, вы можете отрегулировать его (тщательно отслеживая, на сколько четвертей оборота от стандартной настройки вы изменили его), чтобы при полностью открытой дроссельной заслонке автомобиль был слегка обогащен, скажем, соотношением воздух/топливо. около 13,5. Регулировка этого винта изменяет топливную смесь во всем диапазоне, поэтому вы затем используете другие регулировки, чтобы найти компромисс, который заставляет автомобиль работать приемлемо при других положениях дроссельной заслонки и оборотах двигателя. Во время недавней поездки на Октоберфест BMW CCA в Питтсбурге я обнаружил, что на длинных подъемах по холмам через Пенсильванию AFM выдавал показания до 15,5 — неудобно скудный, учитывая, под какой нагрузкой находился двигатель. Я остановился, отрегулировал и убедился, что под нагрузкой показания остаются ниже 15,9.0003

      И в этом часть проблемы с датчиком UEGO и датчиком АСМ — вы не можете перестать смотреть на него и хотеть внести коррективы на основе его показаний. Некоторые люди утверждают, что после определенного момента настройка становится контрпродуктивной, потому что вы пытаетесь настроиться на стандарт, которого не было, когда машина была новой. Один из подходов к этому заключается в том, чтобы вместо установки датчика на приборной панели купить один из комплектов, который использует соединение Bluetooth с вашим телефоном. Таким образом, вы можете настроить то, что вам нужно, а затем вынуть телефон и включить дисплей, если вы чувствуете, что есть необходимость его проверить.

      Комплект UEGO с поддержкой Bluetooth от PLX позволяет вам считывать состав воздушно-топливной смеси на вашем телефоне. Блок Bluetooth не показан. PLX Devices

      Если у вас нестандартная установка впуска, которую вы пытаетесь настроить на производительность, или если вы подозреваете, что ваш автомобиль работает с сумасшедшей экономией или слишком богатым, и хотите, чтобы данные докопались до сути (но обеспокоены тем, что Rube Гольдберговская конфигурация старых портативных анализаторов выхлопных газов может повредить краску вашего автомобиля), комбинация АСМ и датчика UEGO, вероятно, будет как раз для вашей скорости.

      ***

      Роб Сигел ведет колонку The Hack Mechanic ™ для журнала BMW CCA Roundel в течение 30 лет. Его новая книга « Just Needs a Recharge: The Hack Mechanic Guide to Vintage Air Conditioning » теперь доступна на Amazon. Здесь вы можете заказать собственноручную копию.

      Руководство по соотношению воздух-топливо.

      Как обеспечить безопасность двигателя

      Ничто так не приводит к отказу двигателя, как неправильное соотношение воздух-топливо. Мы покажем вам, почему это происходит и как это предотвратить.

      Соотношение воздух-топливо в автомобилях — не самая привлекательная тема для тюнинга, но для вашего двигателя это может оказаться вопросом жизни и смерти. Что лучше с научной точки зрения, что лучше для экономии топлива, что лучше для мощности и что лучше для срока службы вашего двигателя — это четыре совершенно разные вещи.

      И, что еще больше усложняет ситуацию, они различаются от двигателя к двигателю и даже от топлива к топливу. Однако на самом деле вам не нужно быть экспертом, это работа вашего настройщика.

      Но понимание основ соотношения воздух-топливо может спасти ваш двигатель и уберечь вас от очень дорогого счета за ремонт.

      Руководство по соотношению воздух-топливо

      Когда детали вашего тюнингованного автомобиля ломаются, это редко связано с тем, что они просто недостаточно прочны. Большая мощность и обороты подталкивают вещи намного ближе к их пределу, но если у вас лопнула прокладка ГБЦ или расплавился поршень, весьма вероятно, что это произошло из-за детонации, вызванной неоптимальным соотношением воздух-топливо.

      Слишком часто люди попадают в ловушку, думая: «О, у меня лопнула прокладка головки блока цилиндров, я возьму более прочную, чтобы это больше не повторилось». Но часто проблемы с надежностью продолжаются, потому что детонация вызывает отказ, а не слабость компонентов. Подавляющее большинство автомобилей могут потреблять примерно вдвое больше стандартной мощности на стандартных внутренних компонентах, если соотношение воздух/топливо правильное. Но если это не так, даже самый сильный двигатель быстро выйдет из строя при относительно небольшой мощности.

      Итак, почему плохое соотношение воздух-топливо может убить мой двигатель?

      Одно слово, детонация. Детонация — это когда часть или вся воздушно-топливная смесь воспламеняется сама по себе — без помощи свечи зажигания. Чаще всего это происходит, когда бедные смеси повышают температуру камеры сгорания до уровня, при котором топливо самопроизвольно воспламеняется.

      В то время как в легкой форме это довольно безвредно, тяжелая форма, характерная для тюнинга автомобилей, очень разрушительна. Детонация вызывает огромное давление в цилиндрах, намного превышающее даже то, что может дать самое высокое давление наддува без детонации, и это приводит, по крайней мере, к разрыву прокладки головки блока цилиндров и часто плавит ваши поршни или что-то еще, заканчивая жизнь вашего двигателя.

      Эта катастрофическая поломка может произойти очень быстро, и именно поэтому прокладки головки блока цилиндров часто разрабатываются как самое слабое место в двигателе — намного дешевле починить прокладку головки блока цилиндров, чем выполнять полную переборку днища!

      Научные данные о соотношении воздух-топливо

      Соотношение воздух-топливо (AFR) — это соотношение воздуха и топлива, впрыскиваемого в ваш двигатель. Воздух либо всасывается (обычно без наддува), либо выдувается (с турбонаддувом или с наддувом), либо впрыскивается (закись азота) во время впрыска топлива или всасывается в случае карбюраторов. Соотношение этой смеси влияет на экономию топлива, производительность, надежность или даже на то, будет ли ваш автомобиль работать вообще.

      С научной точки зрения «идеальная» смесь для нормального бензина составляет 14,7:1, что в 14,7 раз больше массы воздуха и топлива, но это не значит, что автомобиль должен работать на этом — далеко не так. Для оптимальной экономии топлива обычно лучше всего подходит соотношение 16-17:1, если меньше, машина начнет давать пропуски зажигания. Максимальная мощность обычно находится между 12-14:1, но это может быть слишком мало для безопасности на многих двигателях. Для максимальной надежности при полной мощности наилучшим считается соотношение воздух-топливо от 10,5 до 12,5:1, в зависимости от двигателя. Богаче, чем около 10,5: 1, вы начинаете получать заметный черный дым из выхлопной трубы, и автомобиль может работать должным образом без пропусков зажигания.

      Тюнинг еще больше усложняет ситуацию, так как различные степени сжатия, распредвалы, давление наддува и т. д. влияют на идеальное соотношение воздух-топливо, необходимое в любой момент, что указывает на важность переназначения вашего автомобиля при добавлении в него компонентов для настройки. Как я уверен, вы уже поняли, чтобы получить хороший автомобиль, вам нужно иметь смесь этих AFR, в зависимости от того, как автомобиль управляется в любой момент времени, и, к счастью, это то, что может современный впрыск топлива. предоставить вам, при условии, что автомобиль был правильно нанесен на карту…

      Как узнать, безопасно ли соотношение воздух-топливо?

      Хотя вы можете купить оборудование для измерения состава топливовоздушной смеси, которое полезно для серьезно настроенного автомобиля или компетентного домашнего тюнера, лучший способ узнать, что ваш AFR безопасен, — это обратиться к проверенному и надежному тюнеру, чтобы получить ваши настройки Выполнено. То, что безопасно на одном двигателе, не обязательно будет на другом, поэтому самое главное здесь – заручиться помощью эксперта, чтобы убедиться, что все в порядке. Также стоит проверять все каждые шесть месяцев или около того, чтобы убедиться, что все по-прежнему так, как должно быть.

      Если вы уверены, что вам нужен измеритель AFR, убедитесь, что это широкополосная установка, а не более дешевая узкополосная установка. Причина этого в том, что узкая полоса говорит вам только о трех вещах: 14,7:1, тоньше или богаче. Учитывая, что с точки зрения производительности даже 14,7:1 слишком мало для максимально безопасной работы, узкополосный датчик бесполезен.

      У меня нормальное соотношение воздух-топливо. Значит ли это, что мой двигатель не взорвется?

      Вы никогда, даже с самым хорошо настроенным двигателем в мире, не можете быть полностью уверены, что двигатель не заглохнет. Но до тех пор, пока ваш угол опережения зажигания не слишком неправильный, а комок находится в хорошем общем состоянии, наличие безопасного AFR, как правило, является основным ключом к его долгой жизни при интенсивном использовании.

      Другие проблемы, масло, охлаждение и общая прочность компонентов всегда могут вывести из строя двигатель, но убийцей номер один, особенно среди настроенных турбодвигателей, является детонация из-за неправильного соотношения воздух-топливо.

      Что изменит соотношение воздух-топливо?

      Время от времени на автомобилях выходит из строя электроника, это просто факт владения автомобилем, но иногда выход из строя датчика может иметь катастрофические последствия для вашего двигателя. Существуют различные датчики, которые влияют на подачу топлива, но датчики расхода воздуха, давления воздуха и температуры, скорее всего, сильно повлияют на подачу топлива, если они частично или полностью выходят из строя. Отказ таким образом, что машина работает на богатой смеси, означает, что вы должны заметить проблему, но никакого ущерба не будет нанесено, но отказ и обеднение автомобиля может закончиться катастрофой.

      Вы мало что можете сделать, чтобы предотвратить это, кроме устранения любых текущих проблем в ту минуту, когда вы их заметите, но проверка вашего AFR каждые шесть месяцев может указывать на ранние признаки проблемы. Замена датчиков на обновленные версии, особенно таких, как датчики расхода воздуха и давления, также вызовет проблемы с экономичной работой, если автомобиль не был переназначен соответствующим образом, поэтому будьте осторожны в том, в каком порядке вы обновляете компоненты.

      Замена кулачка

      Замена кулачка на больший подъем и более продолжительный срок службы позволяет вашему двигателю дышать легче, и это часто означает, что необходимы большие изменения подачи топлива не только для обеспечения безопасности двигателя, но и для получения максимальной производительности от кулачка. На высоких оборотах, когда улучшенное дыхание дает заметное увеличение мощности, обычно требуется дополнительное топливо, чтобы автомобиль не работал на обедненной смеси. Но на низких оборотах, особенно на холостом ходу, часто требуется более богатая смесь, чтобы сохранить управляемость, поскольку кулачки с большей продолжительностью действия означают, что больше топлива выбрасывается из выхлопных газов на низких оборотах.

      Проблемы с топливной системой

      Все компоненты имеют свои пределы возможностей, и при настройке двигателей вы часто достигаете предела того, с чем могут справиться ваши топливные форсунки, топливный насос и даже топливопроводы и фильтр. При превышении максимального расхода ваш двигатель будет работать на обедненной смеси и в конечном итоге выйдет из строя. Возраст является еще одним важным фактором для топливных систем, так как они постепенно забиваются грязью, а проводка топливного насоса также может изнашиваться, что снижает расход. Последний момент, о котором стоит упомянуть, это вакуумная трубка к регулятору давления топлива, особенно на двигателях с турбонаддувом и наддувом. Если эта трубка разорвется или будет удалена, двигатель будет работать с невероятной нагрузкой на наддуве, а иногда и не выдержит ни одного запуска на полном газу.

      Замена топливной системы

      Установка усовершенствованных деталей топливной системы жизненно важна для большинства автомобилей, тюнингованных помимо базовых деталей Stage 1, но их установка без соответствующей настройки автомобиля может вызвать большие проблемы. Установка форсунок большего размера без подходящего переназначения может привести к значительному перерасходу топлива в двигателе, что, хотя и не приводит к мгновенной смерти, не способствует экономичности или производительности. Наиболее потенциально опасным обновлением является регулятор давления топлива, так как вы можете быть почти уверены, что модернизированная замена не будет настроена на ваше правильное давление, и, хотя слишком большое давление не является убийцей, слишком низкое равно работе на обедненной смеси и заглохшему двигателю. Из-за этого манометр давления топлива является жизненно важным инструментом при замене регулятора.

      Изменения выхлопной системы

      Вы можете считать выхлопную систему незначительным обновлением, но если она обеспечивает значительно больший поток и производительность, автомобилю потребуется больше топлива, чтобы двигатель не работал на опасной обедненной смеси. Некоторые двигатели в некоторой степени автоматически компенсируют такие изменения, но, наоборот, многие автомобили, в частности, с турбонаддувом, могут работать с опасным обеднением из-за простой полной замены выхлопной системы и, следовательно, нуждаются в соответствующей перенастройке ЭБУ.

      Улучшенный промежуточный охладитель

      Более холодный воздух может снизить вероятность детонации, но он также намного плотнее и, следовательно, снабжает двигатель большим количеством кислорода, поэтому двигателю потребуется больше топлива, чтобы не работать на обедненной смеси. Как и в случае с выхлопом, некоторые автомобили компенсируют это и не вызывают проблем, но некоторые автомобили нуждаются в перенастройке, чтобы компенсировать интеркулер, и в этом стоит убедиться.

      Большой турбонаддув

      Многие люди этого не осознают, но даже если ваше давление наддува точно такое же, если вы установите больший турбонаддув, вы будете подавать в двигатель гораздо больше воздуха, а это значит, что он может так же легко работать скудно и умереть, как это было бы с увеличением наддува. Причина этого в том, что большая турбина не только дает более холодный и плотный воздух, но и выпускает гораздо больше воздуха из выхлопных газов, что, в свою очередь, пропускает больше воздуха в цилиндры. Без дополнительного топлива для компенсации, да, как вы уже догадались, он будет работать на обедненной смеси, взорвется, и двигатель выйдет из строя.

      Повышение давления наддува

      Это основная причина обедненного соотношения воздух/топливо, и поэтому многие автомобили с турбонаддувом имеют незаслуженную репутацию из-за продувки прокладок головок и плавления поршней. Повышение наддува улучшает мощность и крутящий момент из-за последующего значительного увеличения воздушного потока, но без соответствующего увеличения топлива автомобиль будет работать с опасной обедненной смесью и детонировать. Проблемы возникают не только из-за увеличенного воздушного потока, большее давление наддува означает более высокие температуры воздуха, а с более высокими температурами увеличивается вероятность детонации, что делает его палкой о двух концах.

      Альтернативные виды топлива

      Детонация является основной причиной для беспокойства по поводу соотношения воздух-топливо, но это потому, что обычные виды топлива для насосов не очень устойчивы к ней. В то время как супер неэтилированный бензин широко доступен на большинстве заправок, его октановое число 97-99 RON довольно низкое, и это большая часть причины, по которой мы должны работать так богато, особенно на автомобилях с турбонаддувом, чтобы сохранить вещи в безопасности.

      Гоночное топливо

      Дорогое и недоступное на местной заправочной станции, гоночное топливо, как правило, предназначено только для гоночных автомобилей, и его потребуется переназначить, чтобы получить максимальную отдачу от него, если вы заправите его в свой автомобиль. Он может иметь невероятно высокое октановое число (часто 120+ RON) и, следовательно, очень устойчив к детонации даже на более бедных смесях, но вы должны быть чертовски богаты, чтобы использовать его для своей дорожной машины!

      Метанол 

      Подходит только для полноценных гоночных автомобилей из-за его высокой токсичности, коррозионной и воспламеняющейся природы, не говоря уже о том, что вам нужно примерно в четыре раза больше топлива, чем вам нужно для работы на обычном бензине. Он популярен для автомобилей с полным сопротивлением, так как он невероятно устойчив к детонации, очень холодный, часто устраняет необходимость в промежуточном охладителе и сам содержит много кислорода, что еще больше увеличивает мощность.

      E85

      Это топливо становится все более распространенным на заправках в Великобритании, и хотя в основном оно рекламируется как дешевое и экологически чистое топливо, его главная привлекательность для поклонников тюнинга заключается в том, что его октановое число составляет около 106 RON, что делает его очень устойчив к детонации. Подобно метанолу, ему требуется дополнительное топливо для работы с максимальной производительностью, но на гораздо более удобном для дороги уровне, и он может стать предпочтительным топливом для повышения производительности, когда все больше заправочных станций решат его запасти.

      Сжиженный нефтяной газ

      При стоимости примерно половины обычного топлива он в основном используется для экономии денег, но у него также есть потенциал производительности.

      Добавить комментарий

      Ваш адрес email не будет опубликован.