Содержание

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.

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;…

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 отношение
  • 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. 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 стехиометрическим соотношением 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 топливовоздушной смеси выше стехиометрического соотношения, смесь топливовоздушной смеси называется обедненной . 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

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

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

Обратное отношение называется соотношением топлива и воздуха (FA или FAR) и рассчитывается как:

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

Назад

Соотношение воздух-топливо для различных видов топлива

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

Топливо Химическая формула AFR
5 CH

Метанол 0 055 OH9 Дизель 0

91890

0 1

Источник: wikipedia.org

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

Искровое зажигание (SI) Двигатели обычно работают на бензине (бензине) 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 отличие от двигателей SI заключается в том, что двигатели CI работают на стратифицированных (неоднородных) воздушно-топливных смесях, а SI работают на гомогенных смесях (в случае двигателей с портовым 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 14,914,9;
                14,2 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 13,9 13,3 13,3 13,3;
                14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,5 12,9 12,9 12,9;
                14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,3 13,3 12,6 12,1 11,8;
                14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 13,6 12,9 12,2 11,8 11,3;
                14,1 14,2 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 13,3 12,5 11,9 11,4 10,9;
                13,4 13,4 13,8 14,3 14,3 14,7 14,7 13,6 13,1 12,2 11,5 11,1 10,7;
                13,4 13,4 13,4 13,4 13,4 13,6 13,6 12,1 12,1 11,6 11,2 10,8 10,5;
                13,4 13,4 13,4 13,4 13,1 13,1 13,1 11,8 11,8 11,2 10,7 10,5 10,3;
                13,4 13,4 13,4 13,4 12,912,9 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)

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

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. Соотношение между фактическим соотношением воздух-топливо (AFR , фактическое ) и идеальным/стехиометрическим соотношением воздух-топливо (AFR , идеальное ) называется эквивалентным соотношением воздух-топливо 9.0028 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 значение 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.

6,47:1
Этанол C 2 H 5 OH 9:1
Бутанол C 4 H 9 OH 11,2:1
С 12 Н 23 14,5:1
Бензин C 8 H 18 14,7:1 0 80

 C 3 H 8 15,67:1
Метан CH 4 17,19:1
Водород H 2
Коэффициент эквивалентности Тип воздушно-топливной смеси 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 Постная 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 топлива (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 эффективности сгорания от коэффициента эквивалентности

Как вы видите, двигатель с воспламенением от сжатия (дизельный) при стехиометрическом соотношении воздух-топливо имеет очень низкую эффективность сгорания. Наилучшая полнота сгорания достигается при λ = 2,00 для дизельных двигателей и λ = 1,12 для двигателей с искровым зажиганием (бензиновых). 9

Калькулятор соотношения воздух-топливо 80

м f [г] 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.

0

Выхлопные газы Описание
CO окись углерода 9007 HC 9007 90
углеводород
NOX Оксиды азота
SOOOT Нобурочные частицы топлива

для бензолинового двигателя, CO, HC и выпускные газолистые выбросы. 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 максимальную 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.

Вернуться 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-зонд (кислород)
  7. Нижний лямбда-зонд датчик
  8. контур подачи топлива
  9. впускной коллектор
  10. 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 обедненную 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» стехиометрическое соотношение 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!

Настройка двигателя по соотношению воздух/топливо

| Практическое руководство – Двигатель и трансмиссия

Quick Tech

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

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

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

Innovate Motorsports предлагает несколько комплектов и сопутствующих товаров, которые определяют и даже записывают соотношение воздух/топливо в вашем двигателе. Эти приборы работают независимо от того, установлен ли двигатель на динамометрическом стенде или в вашем автомобиле, они точны и просты в установке. Установив кислородный датчик (также известный как лямбда-зонд) в выхлопную трубу вашего автомобиля (или выхлопную трубу на диностенде), вы можете подключиться к портативному портативному измерителю Innovate, регистратору данных или стационарному манометру и считывать показания воздуха. соотношение топлива в режиме реального времени. Эти счетчики предлагают технологию LM-2, обеспечивающую 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.

Posted inПопулярное