Бедная и богатая смесь бензина — воздуха в двигателе авто

Расскажем подробно — что такое бедная (обедненная) или богатая (обогащенная) смесь бензина и воздуха в двигателе автомобиля. Какие пропорции оптимальны для работы мотора. Теория для начинающих и чайников.

Смесеобразование в двигателях

В двигателях внутреннего сгорания горючая смесь требуемого состава приготавливается из топлива и воздуха в специальном устройстве (карбюратор, система впрыска), а затем подается в нужном количестве внутрь мотора. Смесь, в которой на 1 кг бензина приходится 15 кг воздуха (со стандартным содержанием кислорода), принято называть нормальной. Если быть точным, смесь бензина и воздуха в соотношении 1:14,7 называют стехиометрической. Это основные пропорции для любого двигателя, но бывают варианты.

Уменьшим поступление воздуха до 12,5 — 13 кг. Смесь обогатится (бензином) — станет мощностной, потому что, сгорая в цилиндрах наиболее быстро, создает максимальное давление на поршни, а значит высокую мощность. Правда, экономичность ухудшается на 15-20%. Если при сгорании на 1 кг бензина затрачивается от 13 до 15 кг воздуха смесь называют обогащенной, если менее 13 кг воздуха — богатой.

• Устройство двигателя для чайников

Дальнейшее обогащение 5 — 6 кг воздуха на 1 кг топлива приводит к тому, что способность смеси к воспламенению ухудшается настолько, что двигатель может остановиться. Если соотношение бензина и воздуха станет 1:5, то смесь не воспламеняется.

Если стремиться к экономичности, воздуха к смеси следует немного добавить — до 15 — 17 кг на 1 кг бензина. Такую смесь называют обедненной. Расход бензина становится минимальным, правда потеря мощности до 8 — 10% в сравнении с «мощностной». Если воздуха свыше 17 кг — смесь такого состава называют бедной. Смесь при соотношении бензина и воздуха 1:21 и более не воспламеняется.

Нельзя обеднять смесь беспредельно: когда воздуха больше 20 кг на 1 кг бензина, воспламенение от искры станет ненадежным и может прекратиться. Пока он работает на бедной смеси, нечего ждать достаточной мощности и, как ни странно, экономичности. Ведь тяговые характеристики машины ухудшаются настолько, что водитель вынужден ее «подхлестывать», переходя на пониженную передачу там, где легко ехал на высшей.

На слишком богатой смеси, мощность мотора существенно снижается, а расход бензина увеличивается. Значит, богатая или переобогащенная смесь — это избыток бензина или недостаток воздуха.

Для чего обедняют смесь

Смесь обеднять нужно в любом случае — это экономичность и токсичность при одинаковой мощности.

Топливовоздушная смесь воспламеняется от искры в некотором диапазоне концентраций. Направленным движением воздуха в цилиндре и факелом впрыскиваемого топлива можно достичь локальной «богатой» смеси в районе свечи зажигания на всех режимах работы, что позволит ей надёжно воспламеняться. При этом суммарно смесь в цилиндре будет «бедной».

На некоторых режимах (холостой ход, низкая нагрузка) нет необходимости в большой дозе топлива. Значит не нужно большое количество воздуха. Для таких режимов могут уменьшить количество воздуха, например, не открывая один из двух впускных клапанов или сильно искажая фазы их открытия/закрытия, создавая дополнительное сопротивление на выпуске.

На режимах больших нагрузок открывается все, что можно и врыскиваемое топливо закруживается воздухом в цилиндре так, что смесь у свечи будет локально богатой и обеспечено «плавное» воспламенение и сгорание порций топлива в этом вихре. Т.е. смесь предельно обедняется, но лишь вихри воздуха помогают её нормально сжигать.

Рабочий состав — журнал За рулем

Об этой системе мы и хотим поговорить сегодня. Понятно, что кое-как подав топливо и воздух в двигатель, можно его вообще не запустить, а нам надо, чтобы он не только пускался с первых оборотов стартера, но и хорошо тянул, не расходовал лишнего, не отравлял выхлопом природу и нас. Это возможно только в том случае, когда система питания правильно работает.

«АЛЬФА» КАК ОНА ЕСТЬ

Возможно, тема сегодняшней беседы не покажется интересной грамотному автомобилисту, легко связывающему воедино теорию и практику. Но мы в первую очередь имеем здесь в виду новичков, для которых далеко не все, что происходит в цилиндрах двигателя, понятно, а тем более — очевидно.

Итак… К концу такта сжатия в камере сгорания над поршнем должна быть такая смесь воздуха и паров топлива, которая способна воспламениться от искры между электродами свечи. Далеко не любая смесь на это способна. Если в ней слишком мало воздуха (много топлива) или наоборот — сгорание становится ненадежным или вообще прекращается.

За правильным составом рабочей смеси в цилиндрах двигателя следит система питания. Нынче она либо карбюраторная, либо впрысковая (инжекторная). У каждой свои плюсы и минусы. Первая (по крайней мере, опытным автомобилистам) кажется попроще. Зато вторая, если правильно настроена, обеспечивает высокую стабильность рабочего процесса в цилиндрах — именно к ней и пришли, стремясь к идеалу — экологически чистому автомобилю.

Чтобы топливо сгорело полностью, требуется участие в процессе достаточного количества окислителя: на один килограмм паров (подчеркну!) бензина — не менее 14,9 кг воздуха. Вот такое их соотношение обозначают коэффициентом a=1,0. По мере уменьшения подачи воздуха смесь называют (условно) обогащенной (a=0,85-0,90), богатой, переобогащенной. Та же логика — при увеличении доли воздуха: обедненная (a=1,05-1,15), бедная и так далее.

При обогащенных смесях удается достичь наивысшей мощности, но ценой несколько большего расхода топлива из-за его неполного сгорания. В то же время дефицит окислителя означает «недоокисление» продуктов: первой в выхлопных газах появляется окись углерода СО, а дальнейшее обогащение приводит к черному выхлопу, так как вместе с газами выбрасывается несгоревший углерод С — частички сажи. Кстати, к этому моменту содержание СО может вырасти до 9-10%. Ездить на такой машине недопустимо.

При обедненных смесях мотор экономичнее, но недобирает в мощности. Обогащать смесь до значений a ниже 0,85 нет смысла — еще больше вырастет расход топлива, а мощность снизится, поскольку слишком богатая смесь хуже горит. Обеднять выше 1,15 тоже не нужно: в силу ряда причин (замедленное воспламенение, неустойчивое горение и т. п.) заметно снизятся мощностные показатели, расход топлива начнет расти — не в последнюю очередь из-за того, что появляются пропуски вспышек в цилиндрах. Результат — повышенное содержание в выхлопных газах СН — несгоревших углеводородов. То есть паров бензина.

Итак, возможный диапазон изменений состава смеси для бензинового двигателя довольно узок. Для чего мы об этом говорим, если «альфу» пальцем не пощупаешь, линейкой не измеришь? А чтобы было понятно: не всякое «баловство» с системой питания оправдано, «настраивать» ее нужно очень тщательно. Об этом стоит сразу напомнить тем, кто мечтает повысить экономичность мотора, поставив в карбюратор топливные жиклеры поменьше. Или достичь сказочной мощности, закрутив неоправданно большие! В обоих случаях, как правило, получают противоположные результаты. Заодно предостережем тех, кто путает местами жиклеры первой и второй камер. Случись такое, первая будет готовить очень богатые смеси (мотор прожорлив, а тянет еле-еле), а вторая, если и до нее дело дойдет, — слишком бедные. Конечно, оба «коктейля» в цилиндрах как-то смешаются, но приведут к новым проблемам.

В первую очередь все сказанное касается карбюраторных машин. Большинство начинающих даже самого слова «карбюратор» побаивается, а среди опытных автомобилистов немало тех, кто с этим прибором «на ты». Но и они от ошибок не застрахованы. Принципиально иное дело — система электронного впрыска. Многие ли нынче сами чинят телевизор, магнитофон, холодильник? Так и с впрыском: специалисты могут его проконтролировать, перенастроить и т. п., а владельцу с отверткой тут делать нечего. Кого-то это огорчает, но большинство довольно.

НА «ЖИВОЙ» МАШИНЕ

Итак, карбюраторные. Львиную часть времени двигатель эксплуатируют на режимах, не требующих максимальных мощности или крутящего момента, когда разумнее немного обеднить смесь. Пусть мотор работает экономичнее, да и токсичность выхлопа снизится. Среди коварнейших врагов нашего здоровья, как известно, окись углерода СО, не имеющая ни цвета, ни запаха. Только обедненная смесь позволяет снизить содержание СО до приемлемых значений и не конфликтовать с ГАИ.

Требование минимальной токсичности распространяется и на холостой ход. Современные карбюраторы (а системы впрыска — тем более) с этим справляются легко — лишь бы не вмешался неумелый владелец. Квалифицированный специалист-карбюраторщик может снизить долю СО в выхлопных газах до 0,5% и даже меньше. Но при обязательном контроле СН, так как чрезмерный рост последнего тоже недопустим. На «принудительном холостом ходу» (то есть при торможении машины двигателем) подача топлива в цилиндры вообще прекращается. В них ничего не горит, в выхлопе — почти чистый воздух.

Но есть режимы работы двигателя, при которых карбюратор готовит обогащенный состав смеси, обеспечивающий лучшие мощностные показатели. Например, для более быстрого разгона автомобиля карбюратор снабдили «ускорительным насосом». Его задача — поддерживать оптимально обогащенную смесь на режиме разгона.

Большинство карбюраторов имеют устройства, «дообогащающие» смесь и при скорости машины, близкой к максимальной, или при разгоне на пониженных передачах с педалью газа «в пол». Это так называемые эконостаты, экономайзеры мощностных режимов и т. п. И если водитель замечает, что именно на этих режимах двигатель не развивает полную мощность, то и об этих системах забывать не следует. Особенно если проверка всех прочих покажет, что с ними все в порядке.

Пуск холодного бензинового двигателя — известная проблема. В чем ее причина? В слабом испарении топлива, особенно в мороз. Большая его часть попадает в цилиндры в жидком состоянии, а паров, которые искра могла бы поджечь, образуется мало — смесь беднейшая. Как ее обогатить? Карбюраторы оснащают пусковыми устройствами. В наших «Озоне» и «Солексе», например, воздушная заслонка перед пуском закрывается (водитель вытягивает кнопку «подсоса») и при работе стартера в цилиндры подсасывается в 5-10 раз больше топлива, чем требуется для прогретого двигателя. Испаряться будут только самые легкие низкотемпературные фракции бензина, которые и воспламенятся. Но уже при первых вспышках воздушную заслонку оставлять закрытой нельзя — цилиндры зальет бензином. Не допустит этого простейший полуавтомат, реагирующий на разрежение за дросселем карбюратора. Он приоткроет заслонку на строго заданную величину (см. таблицу). Одновременно приоткрыта и дроссельная, причем оба зазора подобраны так, чтобы мотор работал устойчиво на обогащенной смеси и держал обороты примерно в половину от номинальных (до 2500-2800 об/мин), поскольку промороженное, вязкое масло создает большое сопротивление. Регулировка зазоров (см. таблицу и рисунок) очень важна, часто только от этого зависит успех пуска.

Нелишне здесь напомнить о типичных ошибках неопытных автолюбителей. Будьте аккуратнее с «подсосом»! Очень важно представлять, когда пользоваться им недопустимо. Если карбюратор исправен и настроен, «подсос» нужен только при пуске двигателя, да и то холодного. В теплое время года он, простояв сутки, вполне заводится и без подсоса. Боже упаси закрывать воздушную заслонку при пуске горячего мотора — смесь может так переобогатиться, что перестанет воспламеняться. Если водитель — по ошибке или недомыслию — вытягивает «подсос», когда горячий двигатель работает под значительной нагрузкой, его остановка удивлять не должна: и смесь плохо горит, и мощности не хватает.

Трудно завести мотор, который в жаркую погоду «остывал» под капотом минут 10-15 (вообще-то время зависит и от конкретного сорта бензина, его испаряемости.) Когда над поверхностью бензина в поплавковой камере и выше, в воздухофильтре, скопятся плотные пары топлива, мотор не пустишь, пока эти пары, пройдя цилиндры, не уйдут в выпускную систему. Первые вспышки — свидетельство того, что в цилиндры стала поступать смесь, способная сгорать. Сначала мотор работает словно с натугой (смесь еще слишком богатая), потом легче и, наконец, «подхватывает»! В этой ситуации не только о подсосе нужно забыть. Строго противопоказано и «топтать» педаль газа, чтобы не срабатывал ускорительный насос и дополнительно не обогащал смесь. Ускорить «продувку» и последующий пуск можно, удерживая педаль газа нажатой, но, повторяем, не играя ею!

Различные модели карбюраторов оснащаются и другими устройствами, которые помогают правильно управлять составом смеси. Ну а в системах впрыска (особенно современных электронных) все проблемы, которых мы касались, решаются по-своему просто, точно и гибко. Но это уже другая тема…

Схема пускового устройства («Озон»): 1 — воздушная заслонка; 2 — пневмопривод воздушной заслонки; 3 — дроссельная заслонка.

Настройка двигателя по соотношению воздух/топливо

Quick Tech

Видео по теме

В тюнинге двигателя есть старая поговорка, что при регулировке смеси в двигателе можно несколько раз перебогатить смесь, но только слишком бедную. один раз. Имея это в виду, определение соотношения воздух-топливо (также называемого смесью) вашего двигателя может иметь решающее значение для его мощности, экономичности и продолжительности работы. К счастью, если двигатель вашего Mopar стандартный, вам, вероятно, не нужно слишком беспокоиться о соотношении воздух/топливо, потому что завод позаботился об этом за вас, установив подходящего размера и настроенный карбюратор (или систему впрыска топлива). ). Но если ваш двигатель был модифицирован с добавлением вторичного карбюратора, впуска, распредвала, головок или множества других рабочих деталей, вам необходимо отрегулировать соотношение воздух/топливо в соответствии с потребностями вашего двигателя.

Каждый раз, когда вы модифицируете свой двигатель, вы изменяете его эффективность, чтобы сжигать топливо и воздух и обеспечивать мощность и крутящий момент. Поэтому, когда дело доходит до индукции, большинство из нас исходно предполагает, насколько большим должен быть карбюратор, размер форсунки и угол опережения зажигания. Большинство из нас сначала пытаются немного увеличить мощность карбюратора, используя также консервативные настройки синхронизации и подкрадываясь к правильной настройке с безопасной стороны. Когда дело доходит до определения соотношения воздух/топливо в двигателе, мы считываем свечи зажигания, но чтение свечей зажигания — это больше искусство, чем наука, и новым свечам может потребоваться несколько сотен миль, чтобы заправить их, чтобы узнать, является ли смесь в целом пригодной. обедненной или вообще богатой, но не сообщает вам, на какой фазе работы двигателя возникает состояние. К счастью, у Innovate Motorsports есть несколько отличных продуктов для определения соотношения воздух/топливо наиболее точным электронным способом.

Хотя идеальное соотношение воздуха и топлива в бензиновом двигателе внутреннего сгорания несколько различается от двигателя к двигателю и от топлива к топливу, существует диапазон того, что мы называем нормальной работой для высокопроизводительных приложений. Посредством определения их химического состава всем видам топлива присваивается так называемое стехиометрическое соотношение воздуха и топлива, при этом 14,7:1 является идеальным значением, определенным для чистого бензина. Все бензины имеют различные свойства и присадки, однако варьируется идеальное соотношение воздуха и топлива, необходимое для правильной работы двигателя и достижения его максимальной мощности. Принято считать, что большинство двигателей Mopar V-8 реагируют на соотношение воздух/топливо примерно от 12,5 до 13,2 частей воздуха на каждую часть топлива, или на соотношение от 12,5:1 до 13,2:1, и могут определить, что соотношение является ключом к оптимальной производительности.

Innovate Motorsports предлагает несколько комплектов и сопутствующих товаров, которые определяют и даже записывают соотношение воздух/топливо в вашем двигателе. Эти приборы работают независимо от того, установлен ли двигатель на динамометрическом стенде или в вашем автомобиле, они точны и просты в установке. Установив кислородный датчик (также известный как лямбда-зонд) в выхлопную трубу вашего автомобиля (или выхлопную трубу на диностенде), вы можете подключиться к портативному портативному измерителю Innovate, регистратору данных или стационарному манометру и считывать показания воздуха. соотношение топлива в режиме реального времени. Эти счетчики предлагают технологию LM-2, обеспечивающую быструю реакцию, а модели регистраторов данных также позволяют записывать данные для воспроизведения, позволяя вам точно видеть, когда автомобиль находится в богатом или бедном состоянии во всем его рабочем диапазоне. Мы использовали портативную модель Innovate на недавнем динамометрическом стенде и получили отличные результаты, просматривая данные о соотношении воздух-топливо в режиме реального времени и определяя, где двигатель можно настроить для лучшей смеси, но мы могли бы легко сделать то же самое с двигателем, установленным в автомобиль.

Современные инжекторные двигатели настраиваются автоматически бортовыми компьютерами или могут быть перенастроены с помощью загрузчиков вторичного рынка. Эта же технология позволяет вам считывать информацию о соотношении воздух/топливо в режиме реального времени, даже если ваш автомобиль карбюраторный.

Trending Pages

• Ferrari обыгрывает Toyota и выигрывает гонку «24 часа Ле-Мана 2023» 5

  Кен Гросс| 8 июня 2023 г.

  2024 Chevrolet Camaro Garage 56 Edition брызгает Le Mans Mojo на ZL1

  Джастин Баннер | 8 июня 2023 г.

  Это злой гоночный автомобиль Ford Mustang GT3 для Ле-Мана (и не только) в 2024 году

  Кристен Ли | 9 июня 2023 г.

  Этот пикап Ford 1932 года в стиле стритрейсера 60-х ездит на сликах

  Тим Бернсау | 00Z»> 9 июня 2023 г.

  Как заменить прогнивший пол Muscle Car

  Джонни Ханкинс| 9 июня 2023 г.

  Project X возвращается на бензин с ZZ632 мощностью 1004 л.с.

  Стивен Рупп| 12 июня 2023 г.

  Trending Pages 0001

  Содержание

  • Соотношение воздух-топливо определение
  • Формула соотношения воздух-топливо
  • Соотношение воздух-топливо для различных видов топлива
  • Как рассчитывается стехиометрический состав топливовоздушной смеси
  • 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.

  Воздушно-топливное отношение 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 постное . Когда соотношение воздух-топливо ниже стехиометрического соотношения, воздушно-топливная 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.

  9 0147 C ₂ H ₅ OH

  90 147 14,5:1

  90 159

  Топливо	Химическая формула	AFR
  Метанол	CH 3 OH	6,47:1
  Этанол	9:1
  Бутанол	C 4 H 9 OH	11,2:1
  Дизель	C 12 H 23
  Бензин	C 8 H 18	14,7:1
  Пропан	C 3 H 8	15,67:1
  Метан	CH 4	17,19:1
  Водород	H 2	34,3:1

  Источник: wikipedia.org

  Например, чтобы полностью сжечь 1 кг этанола, нам нужно 9 кг воздуха, 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 однородных 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 взглянуть на 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)

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

  Этап 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 увидели, 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. Отношение между фактическим соотношением воздух-топливо (AFR _{, фактическое} ) и идеальным/стехиометрическим соотношением воздух-топливо (AFR _{, идеальное} ) называется эквивалентным соотношением воздух-топливо 9.0098 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.

  9 0147 Недостаточно воздуха для полного сжигания количества топлива; после сгорания в выхлопных газах присутствует несгоревшее топливо

  Коэффициент эквивалентности	Тип воздушно-топливной смеси	Описание
  λ < 1,00	Богатая
  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 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 (лямбда-карта)
  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 топливно-воздушной смесью на высоких оборотах и ​​нагрузке. Причина, по которой он работает с обогащенной смесью при высоких оборотах двигателя и нагрузке, заключается в охлаждении 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 воздушно-топливной 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).

  Назад

  Калькулятор соотношения воздух-топливо

  m a [г]	Тип топлива МетанолЭтанолБутанолДизельБензинПропанМетанВодород 9000 5	λ [-]
  м f [г]		η λ [%]

  Наблюдение : Эффективность сгорания рассчитывается только для дизельного и бензинового (бензинового) топлива 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.

  90 159

  Выхлопные газы	Описание
  CO	окись углерода
  УВ	углеводород
  NOx	оксиды азота
  Сажа	частицы несгоревшего топлива выбросы сильно зависят от соотношения воздух-топливо . 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 катализатор (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) датчик массового расхода воздуха первичный катализатор вторичный катализатор топливная форсунка верхний лямбда-зонд (кислород) 9002 2 лямбда ниже по потоку (кислород) датчик контур подачи топлива впускной коллектор выпускной коллектор Важным компонентом для работы системы является лямбда-зонд (кислород) . Этот датчик измеряет уровень молекул кислорода в выхлопных газах и отправляет информацию в электронный блок управления двигателем (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. Posted inПопулярное Copyright 2021 Негосударственное частное образовательное учреждение Учебный технический Центр «Светофор». Все права защищены