Топливно-воздушная смесь для бесперебойной работы мотора

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

Что такое топливно-воздушная смесь?

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

Оптимальный состав топливовоздушной смеси

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

Влияние 

топливовоздушной смеси на мощность и расход топлива

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

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

Таблица соотношения горючего и воздуха

Соотношение горючего и воздуха для топливной смеси

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

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

Топливовоздушная смесь: что это, описание, свойства

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

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

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

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

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

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

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

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

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

ГОРЮЧАЯ СМЕСЬ И ОТРАБОТАВШИЕ ГАЗЫ

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

 

Топливо-воздушная смесь решает все

Повышенная эмиссия вредных веществ возникает, когда соотношение воздух-топливо в смеси отрегулировано неправильно.

Идеальное соотношение топлива и воздуха для бензиновых двигателей: 14,7 кг воздуха на 1 кг топлива. Такое соотношение также называется стехиометрической смесью. Практически все бензиновые двигатели сейчас приводятся в движение при сгорании такой идеальной смеси. Решающую роль при этом играет кислородный датчик.

Только при таком соотношении гарантируется полное сгорание топлива, а катализатор практически полностью преобразовывает вредные выхлопные газы углеводород (НС), оксид углерода (СО) и оксиды азота (NOx) в экологически безвредные газы.
Соотношение действительно использованного воздуха к теоретической потребности называется числом кислорода и обозначается греческой буквой лямбда. При стехиометрической смеси лямба равна единице.

Как это осуществляется на практике?

За состав смеси отвечает система управления двигателем („ECU» = „Engine Control Unit»). ECU контролирует топливную систему, которая в процессе сгорания подает точно дозированную топливно-воздушную смесь. Однако для этого системе управления двигателем необходимо иметь информацию, работает ли в данный конкретный момент двигатель на обогащенной (недостаток воздуха, лямбда меньше единицы) или на обедненной (избыток воздуха, лямбда больше единицы) смеси.
Эту решающую информацию предоставляет лямбда-зонд:

В зависимости от уровня остаточного кислорода в выхлопном газе он подает различные сигналы. Система управления двигателем анализирует данные сигналы и регулирует подачу топливно-воздушной смеси.

Технология кислородных датчиков постоянно развивается. На сегодняшний день лямбда-регулирование гарантирует низкий выброс вредных веществ, обеспечивает эффективный расход топлива и долгий срок службы катализатора. Для максимально быстрого достижения лямбда-зондом рабочего состояния  сегодня используется высокоэффективный керамический нагреватель.

Сами керамические элементы с каждым годом становятся всё лучше. Это гарантирует еще более точное
измерение показателей и обеспечивает соблюдение более строгих норм по выбросам вредных веществ. Разработаны новые типы кислородных датчиков для специальных применений, например, лямбда-зонды, электрическое сопротивление которых изменяется с изменением состава смеси (титановые датчики), или же широкополосные кислородные датчики.

Принцип работы кислородного датчика (лямбда-зонда)

Чтобы катализатор работал оптимально, соотношение топлива и воздуха должно быть очень точно согласовано.

Это задача лямбда-зонда, который непрерывно измеряет содержание остаточного кислорода в выхлопных газах. Посредством выходного сигнала он регулирует систему управления двигателем, которая благодаря этому точно устанавливает топливно-воздушную смесь.

Топливовоздушная смесь в бензиновом двигателе

 

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

 

Содержание

 

Топливовоздушная смесь

 

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

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

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

 

Коэффициент избытка воздуха λ

 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

 

Системы смесеобразования

 

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

 

 

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

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Топливовоздушные смеси для двигателей внутреннего сгорания

Категория:

   Тракторы-2

Публикация:

   Топливовоздушные смеси для двигателей внутреннего сгорания

Читать далее:

Топливовоздушные смеси для двигателей внутреннего сгорания

Процесс сгорания топлива — это процесс его окисления. Для горения топлива в цилиндрах двигателя используется кислород, содержащийся в атмосферном воздухе. Наиболее полно сгорает топливо в том случае, если оно раздробляется на мельчайшие частички (испаряется) и тщательно перемешивается с достаточным количеством воздуха.

Смесь топлива с воздухом, как уже отмечалось, называется горючей смесью. В цилиндрах к горючей смеси примешиваются отработавшие газы (примерно 6… 18 %) и получается рабочая смесь, на которой фактически работает двигатель.

Состав горючей смеси определяется соотношением массового количества топлива и воздуха. Зная массовую концентрацию кислорода в воздухе (около 23%), можно рассчитать количество воздуха, необходимое для сгорания определенной массы топлива известного химического состава. Так, например, для полного сгорания 1 кг бензина необходимо около 15 кг воздуха.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Смесь, в которой на 1 кг топлива приходится теоретически необходимое (расчетное) количество воздуха L0, называется нормальной.

Коэффициент избытка воздуха для карбюраторных двигателей (бензин, керосин) находится в пределах 0,85…1,15, для дизельных двигателей — 1,2…1,7. 0,85, обедненная — а  1,0…1,15, бедная — а > 1,15.

Для полного сгорания топлива нормальной горючей смеси требуется идеальное смесеобразование, при котором каждая частичка кислорода воздуха вступает в реакцию (каждой частичкой сжигаемого топлива. Практически же не все топливо смеси сгорает из-за невозможности включить в процесс окисления весь кислород, имеющийся в цилиндре. По мере обогащения горючей смеси недостаток кислорода в ней возрастает. При горении такой смеси образуются продукты неполного сгорания в виде окиси углерода (СО), водорода Н2 и частицы несгоревшего углерода, дающие нагар.

С обогащением горючей смеси увеличивается расход топлива и растет мощность, развиваемая двигателем. Обогашенная горючая смесь по сравнению с нормальной имеет более низкую температуру воспламенения и более высокую удельную теплоту сгорания. Поэтому она применяется при запуске и при работе двигателя с полной нагрузкой

Обеднение смеси приводит к снижению удельной теплоты ее сгорания, а следовательно, и к уменьшению мощности двигателя. При этом снижается также и расход топлива. Наиболее эффективна работа двигателя на обедненной смеси при неполной нагрузке, в этом случае двигатель работает с высокой топливной экономичностью.

Состав смеси оказывает большое влияние на скорость сгорания горючей смеси в цилиндрах. Наиболее интенсивно горение развивается в условиях небольшого обогащения смеси. Медленное же горение смеси приводит к ее догоранию при такте расширения. Это ухудшает использование теплоты в двигателе, снижает давление газов и мощность, увеличивает расход топлива и приводит к перегреву двигателя.

Рекламные предложения:

Читать далее: Работа простейшего карбюратора

Категория: — Тракторы-2

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Смесеобразование и поступление топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Настройка вашего двигателя по соотношению воздух / топливо

В настройке двигателя есть старая поговорка, что при настройке смеси в вашем двигателе вы можете быть слишком богатыми несколько раз, но только один раз слишком бедной. Имея это в виду, определение воздушно-топливного отношения (также называемого смесью) вашего двигателя может иметь решающее значение для мощности, которую он производит, насколько экономично он работает и как долго он прослужит. К счастью, если двигатель в вашем Mopar серийный, вам, вероятно, не придется слишком беспокоиться о соотношении воздух / топливо, потому что завод позаботился об этом за вас, установив соответствующий размер и настроенный карбюратор (или систему впрыска топлива. ).Но если ваш двигатель был модифицирован с добавлением послепродажного карбюратора, впуска, кулачка, головок или множества других деталей, вам необходимо отрегулировать соотношение воздух / топливо в соответствии с потребностями вашего двигателя.

Каждый раз, модифицируя 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 делает первоначальное обоснованное предположение о том, какого размера должен быть карбюратор, размеров жиклеров и момента зажигания. Большинство из нас сначала пытается немного обогатить карбюратор, используя также консервативные настройки времени и осторожно подбирая правильную настройку.Когда дело доходит до определения соотношения воздух / топливо в двигателе, мы считываем значения свечей зажигания, но считывание показаний свечей зажигания — это больше искусство, чем наука, и новым свечам может потребоваться несколько сотен миль до сезона, чтобы узнать, является ли смесь в целом подходящей. обедненная или обычно богатая, но не сообщает вам, на какой фазе работы двигателя возникает данное состояние. К счастью, у Innovate Motorsports есть несколько отличных продуктов для наиболее точного определения соотношения воздух / топливо с помощью электроники.

Хотя идеальное соотношение воздуха и топлива в бензиновом двигателе внутреннего сгорания несколько варьируется от двигателя к двигателю и от топлива к топливу, существует диапазон того, что мы называем нормальной работой для высокопроизводительных приложений.Путем определения их химического состава всем видам топлива присваивается так называемое стехиометрическое соотношение воздуха и топлива, при этом идеальное значение, определенное для чистого бензина, составляет 14,7: 1. Все бензины имеют разные свойства и присадки, но при этом изменяется идеальное соотношение воздуха и топлива, необходимое для правильной работы двигателя и максимальной мощности. Принято считать, что большинство двигателей Mopar V-8 реагируют на соотношение воздух / топливо где-то между 12,5 и 13,2 частями воздуха на каждую часть топлива или на соотношение 12.От 5: 1 до 13,2: 1, и возможность определить это соотношение является ключом к оптимальной производительности.

Innovate Motorsports предлагает несколько комплектов и вспомогательных продуктов, которые будут определять и даже записывать соотношение воздух / топливо в вашем двигателе. Эти инструменты работают независимо от того, установлен ли двигатель на стенде или в вашем автомобиле, они точны и просты в установке. Установив кислородный датчик (также известный как лямбда-зонд) в выхлопе вашего автомобиля (или в выхлопе динамометрического стенда), вы можете подключить портативный портативный измеритель Innovate, регистратор данных или стационарный манометр и считывать показания воздуха. соотношение топлива в реальном времени.В этих измерителях используется технология LM-2, обеспечивающая быстрый отклик, а модели с регистраторами данных также позволяют записывать данные для воспроизведения, позволяя вам точно видеть, когда автомобиль находится в разогретом или скудном состоянии во всем рабочем диапазоне. Мы использовали портативную модель Innovate в недавнем динамометрическом сеансе и получили отличные результаты, наблюдая в режиме реального времени данные о соотношении воздух-топливо и определяя, где двигатель можно настроить для получения более качественной смеси, но можно было бы легко сделать то же самое с двигателем, установленным в машина.

Посмотреть все 7 фотографий Современные двигатели с впрыском топлива настраиваются автоматически бортовыми компьютерами или могут быть перенастроены с помощью дополнительных загрузчиков. Эта же технология позволяет считывать информацию о соотношении воздух / топливо в реальном времени, даже если ваш автомобиль карбюраторный.

Соотношение воздух / топливо в двигателе

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

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

ХИМИЯ ЗА СООТНОШЕНИЕМ ВОЗДУХ / ТОПЛИВО

Когда топливно-воздушная смесь идеально сбалансирована химически, имеется только необходимое количество кислорода для сжигания всего топлива.Это соотношение называется СТОХИОМЕТРИЧЕСКОЙ топливной смесью. Весь кислород в воздухе и все углеводороды в топливе будут потреблены, не оставив ничего, кроме водяного пара (h3O) и двуокиси углерода (CO2). В условиях легкого крейсерского полета и низкой нагрузки двигателя большинству двигателей нравится стехиометрическая смесь A / F, поскольку она производит самые низкие выбросы углеводородов и оксида углерода (CO) и обеспечивает хорошую 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 будет варьироваться в зависимости от топлива и его химического состава. Количество кислорода, необходимое для соотношения A / F, будет зависеть от количества и типа углеродных и водородных связей в топливе, поэтому разные виды топлива имеют разные оптимальные соотношения A / F.

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

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

СТОХИОМЕТРИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ ВОЗДУХ / ТОПЛИВО

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

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

Для приложений Flex Fuel стехиометрическое соотношение A / F для E85 составляет 9,7: 1.

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

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

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

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

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

БОЛЬШИЕ И БЕДИЛЬНЫЕ СООТНОШЕНИЯ ВОЗДУХ / ТОПЛИВО

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

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

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

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

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

ОПАСНОСТЬ ДЕТОНАЦИИ БЕДАЛЬНОГО ВОЗДУХА / ТОПЛИВНОЙ СМЕСИ

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

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

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

БОГАТЫЕ СМЕСИ ВОЗДУХ / ТОПЛИВО, МОЩНОСТЬ И ВЫБРОСЫ

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

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

Соотношение воздух / топливо постоянно меняется от богатого до обедненного в соответствии с изменяющимися условиями эксплуатации.

ПОЧЕМУ СООТНОШЕНИЕ ВОЗДУХ / ТОПЛИВО ПОСТОЯННО МЕНЯЕТСЯ

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

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

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

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

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

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

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

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

ОБОГАЩЕНИЕ ТОПЛИВА

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

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

НАСТРОЙКА СООТНОШЕНИЯ ВОЗДУХ / ТОПЛИВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ

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

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

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

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

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

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

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

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

КАК ОКСИД АЗОТА ВЛИЯЕТ НА СООТНОШЕНИЕ ВОЗДУХ / ТОПЛИВО

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

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

КАК ИЗМЕНИТЬ СООТНОШЕНИЕ ВОЗДУХ / ТОПЛИВО

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

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

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

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

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

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

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

LAMBDA : ЕЩЕ ОДИН СПОСОБ УКАЗАНИЯ СООТНОШЕНИЯ ВОЗДУХ / ТОПЛИВО

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

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

Если смесь Воздух / Топливо БЫЛА (больше стехиометрического соотношения или 14,7 для бензина), значение лямбда будет ВЫШЕ 1.00.

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

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

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

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

---

Статьи по теме:

Как работает электронный впрыск топлива

Как впрыск топлива влияет на выбросы

Диагностика впрыска топлива

Проблемы с впрыском топлива

Впрыск топлива: диагностика Безвозвратный EFI

Топливные форсунки (устранение неисправностей)

Как диагностировать и устранять проблемы карбюратора

Правильное соотношение воздух-топливо в 6 различных условиях (с таблицей)

Последнее обновление 9 декабря 2020 г.

Что такое Соотношение воздух-топливо?

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

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

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

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

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

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

Правильное соотношение воздух-топливо в различных условиях

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

Запуск

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

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

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

Прогрев (холостой ход)

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

См. Также: Сколько газа ДЕЙСТВИТЕЛЬНО расходуется на холостом ходу?

Ускорение

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

Крейсерская скорость (постоянная скорость)

В этом состоянии двигатель уже прогрет, а топливно-воздушная смесь находится около стехиометрического отношения, которое составляет примерно 14,7: 1 . Это обеспечивает наилучшее сочетание экономии топлива, выбросов и мощности.

Тяжелые грузы

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

Замедление

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

Таблица соотношения воздух / топливо

9027

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

Симптомы неправильного соотношения воздух / топливо

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

Соотношение воздух / топливо слишком богатое

• Ваш двигатель может выделять черный дым из выхлопных газов.
• Высокий расход топлива
• Сильный запах несгоревшего топлива

Соотношение воздух / топливо слишком бедное

• Двигатель заикается или дергается
• Плохое ускорение
• Неровный холостой ход; автомобиль будет вибрировать

Причины неправильного соотношения воздух / топливо

Что может произойти, если смесь топлива и воздуха будет слишком богатой? — Мворганизация.org

Что может произойти, если смесь топлива и воздуха будет слишком богатой?

Когда ваш двигатель работает на богатой смеси, это приведет к плохим выбросам. Богатая топливовоздушная смесь создаст черный дым, который будет выходить из выхлопной трубы.

Что такое богатое соотношение воздух / топливо?

Идеальное (теоретическое) соотношение воздух-топливо для полного сгорания называется стехиометрическим соотношением воздух-топливо. Когда соотношение воздух-топливо ниже стехиометрического, топливно-воздушная смесь называется богатой.Например, для бензинового двигателя AFR 16,5: 1 — обедненный, а 13,7: 1 — богатый.

В чем разница между богатым и обедненным топливом?

«Обедненный» означает более низкое соотношение топлива и воздуха; то есть меньше топлива в смеси; по сравнению с чем-то зависящим от контекста. «Богатый» означает более высокое соотношение топлива и воздуха; то есть больше топлива в смеси; по сравнению с чем-то зависящим от контекста.

Что такое плохое соотношение воздух-топливо?

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

Каким должен быть мой AFR на холостом ходу?

Как это влияет на производительность?

	Бензин AFR	Метанол AFR
Круиз	14,7-15,5	6,4-6,8
Холостой ход	13,5-15,0	6,0–6,6
Стоич	14.7	6,4
WOT	11,5-13,3	5,1-5,8

Как узнать, богат я или худой?

Что касается бережливого производства, то при более высоких рабочих температурах свечи выглядят так, как будто они сгорели до корочки. Чтобы выяснить, в каком направлении двигаться на верхнем конце, я включаю высшую передачу, прикрепляю его, и когда он начинает ложиться, слегка вытаскиваю дроссель и смотрю, восстанавливается ли он. Если это так, вы худой, а если станет хуже, вы богаты.

Может ли работающий Rich двигатель повредить?

Работа на богатой смеси вредна для двигателя, так как на клапанах и поршнях накапливается нагар, что ухудшает рабочие характеристики двигателя. Работа на богатой смеси типична для холодного запуска, но быстро прекращается, как только датчики кислорода нагреваются, потому что двигатель замыкает топливный контур и сжигает топливо до воздуха в правильных пропорциях.

Как выглядят свечи зажигания на богатой смеси?

Богатые условия эксплуатации: Если ваш двигатель работает слишком богато, свеча зажигания будет черной и покрытой сажей.Условия работы на обедненной смеси: если ваш двигатель работает слишком бедной, свеча зажигания будет белой. Если свеча зажигания черная и маслянистая, она загрязнена маслом.

Что заставляет двигатель с впрыском топлива работать на обогащенной смеси?

Неисправность датчика массового расхода воздуха Датчик определяет количество воздуха в топливной смеси, необходимое после каждого сгорания. Если он заблокирован или неисправен, двигатель вашего автомобиля будет работать на обогащенной смеси.

Влияет ли обогащение на производительность?

Ваш двигатель, работающий на разогретой смеси, приведет к многочисленным проблемам и заметным симптомам, таким как малый расход топлива, снижение эффективности, более низкое ускорение, тряска на холостом ходу и сильный запах бензина.

Может ли утечка вакуума обогатить автомобиль?

Утечка вакуума может стать причиной богатого состояния и неровной работы. Если утечка средняя, ​​ЭБУ обнаружит, что что-то не так, и запустит один из назначенных ему режимов безопасности. Скорее всего не покажет CEL.

Может ли работать богатый дым из-за белого дыма?

Дизельный двигатель требует точной синхронизации и давления топлива в насосе форсунки. Когда время не соответствует ожидаемому, ваш двигатель будет работать на богатой смеси, что приведет к тому, что топливо не сгорит полностью, а вместо этого будет выходить из выхлопной трубы в виде белого или серого дыма.

Может ли работать на богатой смеси масло?

Да, неправильное соотношение воздух-топливо может привести к потемнению моторного масла. В частности, богатое состояние выталкивает дымные несгоревшие выхлопные газы через поршневые кольца, которые поглощаются картерным маслом двигателя. Однако, если ваши датчики O2 действительно неисправны, на приборной панели загорится индикатор Check Engine.

Каковы симптомы богатой машины?

Когда автомобиль работает на богатой смеси, это означает, что двигатель получает слишком много топлива и слишком мало воздуха.Ваш автомобиль по-прежнему будет заводиться и ехать, если он разогнан, но вы, скорее всего, будете испытывать такие симптомы, как низкий расход бензина, медленное ускорение и сильный запах бензина (особенно на холостом ходу).

Что может вызвать топливо в масле?

Когда топливная форсунка остается открытой, топливо выливается наружу. В этом случае бензин обязательно попадет в масло. Если давление топлива в вашем автомобиле слишком высокое (выше 7 фунтов на квадратный дюйм), это может привести к попаданию бензина в моторное масло. Газ также может просочиться во впускной коллектор, если есть проблема с карбюратором.

Может ли загрязненный воздушный фильтр вызвать расход масла?

Да, возможно. Очень грязный воздушный фильтр приведет к большему сужению впускного тракта. Это вызовет более высокий уровень вакуума. Если у вашего двигателя слабые / изношенные сальники (например, сальники клапанов), более высокий вакуум может вытягивать масло за их пределы и вызывать сгорание масла в двигателе.

Воздушный фильтр моего двигателя загрязнен?

Фильтр, забитый грязью, является очевидным признаком загрязненного воздушного фильтра. Визуальный осмотр — простой способ узнать, нужно ли менять воздушный фильтр.Новый воздушный фильтр белого или не совсем белого цвета, тогда как грязный воздушный фильтр будет казаться темнее, а грязь и мусор будут видны.

Какая наиболее частая причина чрезмерного расхода масла?

При нормальных условиях эксплуатации чрезмерный расход масла, как правило, является механической проблемой. В большинстве случаев, когда были исследованы проблемы с расходом масла, это обычно оказывается проблемой утечки — либо протекает прокладка клапанной крышки, либо протекает уплотнение коленчатого вала, либо протекает одно из основных уплотнений.

Почему моей машине так часто нужно масло?

Из-за износа автомобили с возрастом с большей вероятностью потребляют моторное масло. Распространенные причины, приводящие к сгоранию масла, включают изношенные штоки клапанов, направляющие и уплотнения, а также поршневые кольца, все из которых могут позволить маслу просачиваться в камеры сгорания. …

Анализ и прогнозирование взаимосвязи между соотношением воздух-топливо (AFR), лямбда (λ) и процентными показателями выбросов выхлопных газов автомобилей с бензиновым двигателем с использованием универсальной и переносной системы измерения выбросов.

Для целей настоящего исследования данные были собраны данные о соотношении воздух-топливо (AFR), лямбда (λ) и выбросах выхлопных газов с использованием анализатора E INSTRUMENTS Model F5000-5GAS для 125 автомобилей на контрольно-пропускном пункте, расположенном на главной автомагистрали на юге провинции Сулеймания в регионе Курдистан. К северу от Ирака (см. Рис.4, 5). Собранные данные для каждого транспортного средства включали компанию-производителя, размер двигателя, год выпуска, соотношение воздух-топливо (AFR), лямбду (λ), а также процентные и значения выбросов выхлопных газов.

Рис. 4

Карта Ирака с местом исследования — город Калар (Google Maps)

Рис. 5

Сбор данных, измерение воздушно-топливного отношения (AFR), лямбда (λ) и выбросов выхлопных газов

Измерения воздушно-топливного отношения (AFR), лямбда (λ) и выбросов выхлопных газов включали 6 транспортных средств с бензиновыми двигателями (1.6, 1,8, 2,0, 2,4, 2,5 и 2,7 л бензиновых двигателей) с разными годами выпуска. Измеренные выхлопные газы для каждого транспортного средства включали кислород (O ₂ ), диоксид углерода (CO ₂ ), монооксид углерода (CO), оксид азота (NO) и углеводороды (CxHy). Для целей данного исследования были выбраны наиболее часто встречающиеся автомобили с двумя двигателями объемом 1,6 и 2,5 л.

Чтобы отдельно проанализировать и спрогнозировать взаимосвязь между соотношением воздух-топливо (AFR), лямбда (λ) и процентами выбросов выхлопных газов и значениями транспортных средств, работающих на бензине, для каждого из двух выбранных размеров двигателя (1.6 и 2,5 л бензиновых двигателей) собранные данные, воздушно-топливное соотношение (AFR), лямбда (λ) и измерения выбросов были классифицированы, изучены и обсуждены следующим образом:

Анализировать и прогнозировать взаимосвязь между воздухом и воздухом. топливное соотношение (AFR), лямбда (λ) и процентные значения и значения выбросов выхлопных газов для бензинового двигателя объемом 1,6 л

Изучить взаимосвязь между соотношением воздух-топливо (AFR), лямбда (λ) и процентами выбросов выхлопных газов и значениями для Объем бензинового двигателя 1,6 л, собранные данные для каждого транспортного средства, включая компанию-производителя, год выпуска, соотношение воздух-топливо (AFR), лямбда (λ) и процент и значения выбросов выхлопных газов, были обобщены и проиллюстрированы в таблице 3.

Таблица 3 Компания-производитель, год выпуска, соотношение воздух-топливо (AFR), лямбда (λ) и процент выбросов выхлопных газов и значения для автомобилей с объемом двигателя 1,6 л

Связь между соотношением воздух-топливо (AFR) и соотношением воздух-топливо или лямбда (λ).

Для автомобиля с объемом двигателя 1,6 л измеренные значения λ находились в диапазоне от 1 до 5,14 (см. Таблицу 3), при этом теоретически, λ = 1,0 соответствует стехиометрическому AFR, а бедные смеси имеют λ> 1,0. Измеренные значения AFR варьировались от 14.От 71: 1 до 75,60: 1 (см. Таблицу 3), где теоретическая AFR для бензинового двигателя для полного сгорания, стехиометрическая AFR составляет около 14,7: 1, а AFR> 14,7: 1 — обедненная. Измерения λ и AFR показывают, что все автомобили, эксплуатируемые на топливовоздушных смесях, находились в диапазоне от стехиометрической до бедной.

Лямбда — это отношение фактического AFR к стехиометрическому AFR, согласно которому измерения показывают, что стехиометрическое AFR составляет 14,71: 1, где все измеренные значения AFR, соответствующие измеренному λ = 1, равны 14.{2} {-} \, 2.0128 \, \ lambda \, + \, 21.493 $$

(3)

где AFR = соотношение воздух-топливо, λ = соотношение воздух-топливо или лямбда

Рис. 6

Связь между соотношением воздух-топливо или лямбда (λ) и соотношением воздух-топливо (AFR) для транспортных средств с объемом двигателя 1,6 л

Связь между соотношением воздушно-топливного эквивалента или лямбда (λ) и процентами и значениями выбросов выхлопных газов

Связь между измеренной лямбдой (λ) и выхлопными газами, которые включают кислород (O ₂ ), диоксид углерода (CO _{) 2} ), оксид углерода (CO), оксид азота (NO) и углеводороды (CxHy) изучались и обсуждались следующим образом:

1. 1.

   Соотношение между измеренным лямбда (λ) и процентным содержанием выделяемого выхлопными газами кислорода (O ₂ ): результаты измерений показывают, что по мере увеличения значений лямбда (λ) увеличивается выброс кислорода (O ₂ ) (см. Таблицу 3 и рис.7). При идеальном или полном сгорании весь кислород (O ₂ ) будет потребляться с топливом и производить только диоксид углерода (CO ₂ ) и воду. Для измеренных значений λ и O ₂ процентов линейная зависимость, определенная с высоким R-квадратом (R ² ) = 95.67%, что означает относительно высокую точность (см. Уравнение 4 и рис. 7).

   Рис. 7

   Соотношение между соотношением воздух-топливо или значениями лямбда (λ) и процентными показателями выбросов кислорода (O ₂ ) выхлопных газов — двигатель объемом 1,6 л

   $$ Кислород \, \ left ({O_ {2}} \ right) \, \% \, = \, 0.631 \, \ lambda \, {-} \, 2.7889 $$

   (4)

   , где кислород (O ₂ )% = выхлопной кислород (O ₂ ) в процентах выбросов, λ = соотношение воздух-топливо или лямбда

2. 2.

   Соотношение между измеренной лямбда (λ) и выбросами углекислого газа (CO ₂ ) в процентах: результаты измерений показывают, что по мере увеличения значений лямбда (λ) выбросы углекислого газа (CO ₂ ) снижаются (см. Таблица 3 и Рис. 8). При полном сгорании топлива выделяют только углекислый газ (CO ₂ ) и воду. Для измеренных значений λ и процентного содержания CO ₂ линейная зависимость, определенная с высоким R-квадратом (R ² ) = 95.33%, что означает относительно высокую точность (см. Уравнение 5 и рис. 8).

   Рис. 8

   Соотношение между соотношением воздушно-топливного эквивалента или значениями лямбда (λ) и выбросом углекислого газа (CO ₂ ) выбросы в процентах — объем двигателя 1,6 л

   $$ Углерод \, диоксид \, \ left ({{\ text {CO}} _ {2}} \ right) \, \% \, = \, — \, 0.4687 \, \ lambda \, + \, 17,545 $$

   (5)

   , где диоксид углерода (CO ₂ )% = выбросы углекислого газа в выхлопных газах (CO ₂ ) в процентах, λ = соотношение воздух-топливо или лямбда

3. 3.

   Связь между измеренным значением лямбда (λ) и процентным содержанием оксида углерода (CO) в выхлопных газах: результаты измерений показывают, что по мере увеличения значений лямбда (λ) выбросы оксида углерода (CO) снижаются (см. Таблицу 3 и рис. 9). ). Наличие кислорода (O ₂ ) способствует лучшему сгоранию топлива и снижает выбросы окиси углерода (CO), образующейся при неполном сгорании топлива. При полном сгорании топлива выделяют только углекислый газ (CO ₂ ) и воду.

   Рис. 9

   Связь между соотношением воздушно-топливного эквивалента или значениями лямбда (λ) и процентным содержанием окиси углерода (CO) в выхлопных газах — двигатель объемом 1,6 л

4. 4.

   Связь между измеренными значениями лямбда (λ) и выбросов углеводородов в выхлопных газах (CxHy): результаты измерений показывают, что по мере увеличения значений лямбда (λ) выброс углеводородов (CxHy) уменьшается (см. Таблицу 3 и Рис.10). Наличие кислорода (O ₂ ) способствует лучшему сгоранию топлива и снижает выброс углеводородов (CxHy), образующихся в результате неполного сгорания топлива. При полном сгорании топлива выделяют только углекислый газ (CO ₂ ) и воду.

   Рис. 10

   Соотношение между соотношением воздух-топливо или значениями лямбда (λ) и выбросами углеводородов (CxHy) и оксида азота (NO) в выхлопных газах — двигатель объемом 1,6 л

5. 5.

   Связь между измеренной лямбда (λ) и выбросом оксида азота (NO) выхлопными газами: результаты измерений показывают, что увеличение значений лямбда (λ) не оказывает полного влияния на значения выбросов оксида азота (NO), так как азот в основном происходит от двух Источники — воздух, который смешивается с бензином внутри двигателя или / и с самим топливом (бензин, обогащенный азотом) (см. Таблицу 3 и Рис. 10).

Проанализируйте и спрогнозируйте взаимосвязь между соотношением воздух-топливо (AFR), лямбда (λ) и процентами выбросов выхлопных газов и значениями для 2.Бензиновый двигатель объемом 5 л

Для изучения взаимосвязи между соотношением воздух-топливо (AFR), лямбда (λ) и процентами выбросов выхлопных газов и значениями для бензинового двигателя объемом 2,5 л собранные данные для каждого транспортного средства, включая компанию-производителя, год выпуска , соотношение воздух-топливо (AFR), лямбда (λ) и проценты и значения выбросов выхлопных газов были обобщены и проиллюстрированы в таблице 4.

Таблица 4 Компания-производитель, год выпуска, соотношение воздух-топливо (AFR), лямбда (λ) а также процент и значения выбросов выхлопных газов для автомобилей с 2.Объем двигателя 5 л

Связь между соотношением воздух-топливо (AFR) и соотношением воздух-топливо или лямбда (λ).

Для автомобиля с объемом двигателя 2,5 л измеренные значения λ находились в диапазоне от 0,99 до 2,51 (см. Таблицу 4), при этом теоретически, λ = 1,0 соответствует стехиометрическому AFR, а бедные смеси имеют λ> 1,0. Измеренные значения AFR варьировались от 14,56: 1 до 36,92: 1 (см. Таблицу 4), где теоретический AFR для бензинового двигателя, для полного сгорания, стехиометрический AFR составляет около 14.7: 1 и AFR> 14,7: 1 — обедненный. Измерения λ и AFR показывают, что все автомобили, эксплуатируемые на топливовоздушных смесях, находились в диапазоне почти или почти стехиометрических и бедных смесей.

Лямбда — это отношение фактического AFR к стехиометрическому AFR, согласно которому измерения показывают, что стехиометрическое AFR составляет 14,71: 1, где измеренное значение AFR, соответствующее измеренному λ = 1, было 14,71: 1 (см. Таблицу 4). Для измеренных значений AFR и λ полиномиальное соотношение, определенное с высоким R-квадрат (R ² ) = 95.{2} {-} \, 0.5799 \, \ lambda \, + \, 16.646 $$

(6)

, где AFR = соотношение воздух-топливо, λ = соотношение воздух-топливо или лямбда

Рис. 11

Связь между соотношением воздух-топливо или лямбда (λ) и соотношением воздух-топливо (AFR) для транспортных средств с объемом двигателя 2,5 л

Связь между соотношением воздушно-топливного эквивалента или лямбда (λ) и процентами и значениями выбросов выхлопных газов

Связь между измеренной лямбдой (λ) и выхлопными газами, которые включают кислород (O ₂ ), диоксид углерода (CO _{) 2} ), оксид углерода (CO), оксид азота (NO) и углеводороды (CxHy) изучались и обсуждались следующим образом:

1. (1)

   Соотношение между измеренной лямбда (λ) и процентным содержанием выделяемого выхлопными газами кислорода (O ₂ ): результаты измерений показывают, что по мере увеличения значений лямбда (λ) увеличивается выброс кислорода (O ₂ ) (см. Таблицу 4 и рис.12). При идеальном или полном сгорании весь кислород (O ₂ ) будет потребляться с топливом и производить только диоксид углерода (CO ₂ ) и воду. Для измеренных значений λ и O ₂ процентов линейная зависимость, определенная с высоким R-квадратом (R ² ) = 94,05%, что означает относительно высокую точность (см. Уравнение 7 и рис. 12).

   Рис. 12

   Соотношение между коэффициентом воздушно-топливного эквивалента или значениями лямбда (λ) и процентным содержанием кислорода (O ₂ ) выхлопных газов-2.Объем двигателя 5 л

   $$ Кислород \, \ left ({O_ {2}} \ right) \, \% \, = \, 0.5144 \, \ lambda \, {-} \, 1.761 $$

   (7)

   , где кислород (O ₂ )% = выхлопной кислород (O ₂ ) в процентах выбросов, λ = соотношение воздух-топливо или лямбда

2. (2)

   Соотношение между измеренной лямбда (λ) и выбросами углекислого газа (CO ₂ ) в процентах: результаты измерений показывают, что по мере увеличения значений лямбда (λ) выбросы углекислого газа (CO ₂ ) снижаются (см. Таблица 4 и Рис.13). При полном сгорании топлива выделяют только углекислый газ (CO ₂ ) и воду. Для измеренных значений λ и процентов CO ₂ определена линейная зависимость с высоким R-квадрат (R ² ) = 92,62%, что означает относительно высокую точность (см. Уравнение 8 и рисунок 13).

   Рис. 13

   Соотношение между соотношением воздушно-топливного эквивалента или значениями лямбда (λ) и процентами выбросов углекислого газа (CO ₂ ) в выхлопных газах — двигатель объемом 2,5 л

   $$ Углерод \, диоксид \, \ left ({CO_ {2}} \ right) \, \% \, = \, — \, 0.3864 \, \ лямбда \, + \, 16.892 $$

   (8)

   , где диоксид углерода (CO ₂ )% = выбросы углекислого газа в выхлопных газах (CO ₂ ) в процентах, λ = соотношение воздух-топливо или лямбда

3. (3)

   Связь между измеренной лямбда (λ) и процентным содержанием оксида углерода (CO) в выхлопных газах: в целом результаты измерений показывают, что по мере увеличения значений лямбда (λ) выбросы оксида углерода (CO) снижаются (см. Таблицу 4 и Инжир.14). Наличие кислорода (O ₂ ) способствует лучшему сгоранию топлива и снижает выбросы окиси углерода (CO), образующейся при неполном сгорании топлива. При полном сгорании топлива выделяют только углекислый газ (CO ₂ ) и воду.

   Рис. 14

   Связь между соотношением воздух-топливо или значениями лямбда (λ) и процентным содержанием окиси углерода (CO) в выхлопных газах — двигатель объемом 2,5 л

4. (4)

   Связь между измеренными значениями лямбда (λ) и выбросов углеводородов в выхлопных газах (CxHy): в целом результаты измерений показывают, что по мере увеличения значений лямбда (λ) выброс углеводородов (CxHy) имеет тенденцию к уменьшению, за исключением некоторых аномальных значений ( см. Таблицу 4 и Рис.15). Наличие кислорода (O ₂ ) способствует лучшему сгоранию топлива и снижает выброс углеводородов (CxHy), который образуется в результате неполного сгорания топлива. При полном сгорании топлива выделяют только углекислый газ (CO ₂ ) и воду.

   Рис. 15

   Соотношение между соотношением воздух-топливо или значениями лямбда (λ) и выбросами углеводородов (CxHy) и оксида азота (NO) в выхлопных газах — двигатель объемом 2,5 л

5. (5)

   Связь между измеренной лямбда (λ) и выбросом оксида азота (NO) выхлопными газами: результаты измерений показывают, что увеличение значений лямбда (λ) не оказывает полного влияния на значения выбросов оксида азота (NO), так как азот в основном происходит от двух источников, воздух, который смешивается с бензином внутри двигателя или / и с самим топливом (бензин, обогащенный азотом) (см. Таблицу 4 и Рис.15).

Какое соотношение воздух-топливо и его значение в двигателе?

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

Карбюратор: теория карбюратора

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

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

Что такое соотношение воздух-топливо в карбюраторе?

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

Идеальное соотношение воздух-топливо в бензиновом двигателе

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

Важность соотношения воздух-топливо в двигателе с карбюратором:

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

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

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

Подробнее: Работа карбюратора >>

О компании CarBikeTech

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

Посмотреть все сообщения CarBikeTech

Каково влияние соотношения воздух-топливо на эффективность сгорания?

Во второй части этой серии статей, посвященной контролю горения промышленных источников тепла, мы рассматриваем соотношение воздух-топливо и баланс использования избыточного воздуха для потребления горючих веществ при минимизации энергии от восходящей трубы в промышленных источниках тепла.В Части I, Стехиометрическое горение и его влияние на КПД котла, мы обсудили стехиометрическое горение, то теоретическое положение, в котором оптимальное количество кислорода и топливной смеси для производства максимально возможного тепла при достижении максимальной эффективности сгорания.

Спросите, как наш расходомер может улучшить ваше энергопотребление.

Соотношение воздух-топливо и избыток воздуха

Эффективность сгорания зависит от использования правильного количества воздуха для потребления топлива.

При технологическом обогреве, работающем на топливе, самый большой источник потерь энергии — через выхлопную трубу, поэтому управление воздушным потоком имеет важное значение для эффективности сгорания.Когда топливо горит в присутствии кислорода, оно превращается в углекислый газ, воду и тепло. Рассмотрим сжигание метана (CH ₄ ).

CH ₄ + 2O ₂ → CO ₂ + 2H ₂ O + Тепло (1013 БТЕ / фут ³ )

Air содержит примерно 21% кислорода и 79% азота. В этом случае реакция полного сгорания становится:

CH ₄ + 2O ₂ + 7.53N ₂ → CO ₂ + 2H ₂ O + 7.53 N ₂ + тепло (1013 БТЕ / фут ³ )

Требуемое количество воздуха зависит от типа топлива. В идеале вы хотели бы добавить достаточно кислорода, чтобы израсходовать все топливо, чтобы не было исчерпания горючего, при минимальном избытке воздуха, чтобы предотвратить потерю энергии из дымовой трубы.

Соотношение воздух-топливо определяет количество воздуха, необходимого для сжигания определенного топлива.

Соотношение воздух-топливо определяет количество воздуха, необходимого для сжигания определенного топлива.Обычными видами топлива, используемыми в процессе сгорания, являются нефть (№ 2, 4 и 6), дизельное топливо, бензин, природный газ, пропан и древесина — соотношения для обычных газов, жидкого и твердого топлива указаны в таблицах 1.1 и 1.2.

Оптимизация соотношения воздух-топливо

Существует баланс между потерей энергии из-за использования слишком большого количества воздуха и потерей энергии из-за слишком большого количества энергии в любом процессе сгорания. Наилучшая полнота сгорания достигается при оптимальном соотношении воздух-топливо, и регулирование этого параметра обеспечивает наивысшую эффективность.В большинстве сценариев горелка, работающая на жидком и газовом топливе, достигает этого желаемого баланса, работая при 105–120% оптимального теоретического количества воздуха. Для горелок, работающих на природном газе, требуемый стехиометрический воздух составляет 9,4-11 футов ³ / 1,0 фут ³ природного газа или приблизительно соотношение воздуха и газа приблизительно 10: 1. В этом случае имеется избыток кислорода на 2%.

В зоне горения сложно измерить избыток воздуха. Однако в штабеле его можно легко измерить с помощью анализаторов кислорода.При работе с 5-20% избытком воздуха это соответствует измерению содержания кислорода в дымовой трубе от 1% до 3%.

Идеальное соотношение воздуха и топлива будет изменяться при различных рабочих нагрузках. Настройка — это процесс установления желаемого соотношения воздух-топливо при различных условиях эксплуатации. Это может быть выполнено при оценке конкретных характеристик дымовой трубы: температуры, концентрации кислорода, оксида углерода и выбросов NO _x .

В третьей части данной серии из пяти частей мы рассматриваем анализ кислорода и горючих газов в дымовых газах, а также различные потоки воздуха и топлива перед сгоранием для повышения эффективности сгорания промышленных котлов, парогенераторов, печей, печей, плавильных печей и технологических процессов. обогреватели.