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.
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
- Топливно-воздушная смесь – основные понятия
- Бедная и богатая ТВС, узлы и системы дозирования
- Гомогенная и слоистая ТВС – отличия в режимах работы двигателя
- 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.
Использование обедненной и обогащенной ТВС
- 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. - 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.
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.Введение Типичные вопросы, которые рассматриваются в этом разделе о горении: Ссылка на: апплет продуктов сгорания Воздух и топливо смешиваются в поршневом цилиндре, образуя реагенты горения. Равновесные продукты сгорания Если температура конечного продукта ниже 1000 K, продуктами являются CO2, h3O, N2, O2, CO и h3 с точными концентрациями в зависимости от температуры реакции и соотношения топливо/воздух. При высоком соотношении топливо/воздух не хватает кислорода для превращать весь углерод в топливе в двуокись углерода, что приводит к образованию монооксид углерода. При температуре выше 1000 К диссоциация
реакции в процессе горения
приведет к дополнительным видам, включая OH, NO, H и O. В двигателе внутреннего сгорания NO образуется
в период горения при температурах реакции выше 2000 К. Определения Соотношение топливо/воздух
Коэффициент эквивалентности
Если коэффициент эквивалентности равен единице, горение стехиометрическое. Если он равен 1, сгорание богатое с неполным сгоранием. Топливо Шесть распространенных видов топлива:
C 3 H 8 Пропан C 2 H 5 OH Этанол С 8 Н 18 Октан
Н 2 Водород Раствор для молей CO на моль воздуха, v5 , равен предоставлено:  Решения для молярных коэффициентов продуктов
 Следующий апплет является расширением параметров производительности двигателя. Апплет: Производительность двигателя Апплет параметров с типом топлива. Этот апплет сравнивает эффект типа топлива на производительность двигателя, а также включая эффекты передачи тепла. корреляция Вошни использовался коэффициент теплопередачи. На следующей странице обсуждается метод, используемый для определить Цинь. |
Если предположить, что все топливо будет израсходовано в ходе реакции, при температурах менее 1000 К,
химическая реакция может
написано как:
Скорость разложения
NO очень медленно действует при температурах ниже 2000 K, поэтому концентрации NO «замерзают» при концентрациях выше
равновесные значения при более низких температурах.Автономный прибор для диагностики состава топливовоздушной смеси
SAFR — Автономный прибор для диагностики состава топливовоздушной смеси| 406-388-2377 • Пн-Пт 9:00-17:00 MST | | 0 товаров | Навигация по веб-сайтам DPElectronicJetKit.comPowerlabHQ.comSAFRtool.comPinConnectorKits.com |
|
AFR является важным показателем для настройки производительности. Если воздуха подается ровно столько, чтобы полностью сжечь все топливо, это соотношение известно как стехиометрическая смесь, которая определяется как соотношение 14,6 AFR. Чем ниже AFR, тем богаче смесь. Чем выше AFR, тем беднее смесь. 
Когда вы включаете передачу и едете на малой скорости, мы называем это состоянием движения LIGHT CRUISE. Поскольку 14,6 является отраслевым стандартом стоичного значения AFR, мы обычно предпочитаем, чтобы эти условия работали немного богаче. Мы ищем точную настройку двигателя, чтобы добиться максимально плавной работы.