Тонкости настройки часть 2 – Мифы о бедной смеси
Большинство людей при настройке двигателей с турбокомпрессором используют более богатую смесь воздух-топливо. Многие полагают, что избыток топлива охлаждает поршня, поступающий воздух и тем самым помогает в борьбе с детонацией. В действительности, так все и есть, обогащенная смесь решает проблемы с детонацией, но только не из-за того, что понижает температуру в камере сгорания.
Давайте на эту ситуацию взглянем немного глубже. Не переживайте, на уровень школьной программы по физике и 8-9 класс по химии. Удельная теплота парообразования (Heat of Vaporization) современного бензина 340 Kj/kg. Если произвести не сложные расчеты (в предыдущих постах это уже много раз делали) то при работе двигателя на смеси 12.5, бензин при испарении понизит температуру поступающего воздуха на 28.1* градусов. При составе топливно-воздушной смеси 11.0 – температура понизится на 32* градуса. Разница всего составляет 3.8* градуса. Из этого следует, что эта небольшая разница имеет очень небольшой эффект на анти детонационные свойства любого двигателя.
Идеальное сгорание топлива, это когда продуктом на выходе является только углекислый газ CO2 и вода H2O, еще это называется стехиометрическое соотношение. Для бензина это соотношение равняется 14.7 кг воздуха к 1кг бензина. В идеальном случае азот не вступает в реакцию с другими атомами и выходит из выхлопной трубы в виде N2.
Максимальное процентное содержание углекислого газа СО2
Но в реальности воздух и топливо смешиваются не совсем равномерно. Камера сгорания не идеальна, поэтому мы можем найти участки в ней, в которых смесь богаче или беднее чем в других. Часть топлива оседает на металле в каналах и КС, соответственно не сгорает. Часть уходит в carbon deposit в КС и т.д.
Из-за наличия кислорода в местах с бедной смесью в КС мы можем получить больше мощность, используя в среднем более богатую смесь. Увеличение степени обогащения работает, конечно, только до определенного уровня.
Большинство двигателей показывают максимальную мощность, конечно при условии оптимального угла зажигания, где-то между 12-13.
Для понимания необходимо вспомнить еще и о скорости горения смеси, после ее воспламенения от свечи зажигания ДВС. Чем выше плотность смеси, тем ближе молекулы друг к другу и соответственно выше скорость горения. Также соотношение топливно-воздушной смеси влияет на скорость горения. Где-то между 12.5-13 максимальная скорость горения. Смесь беднее 13 и богаче 12 начинает гореть медленнее . И как раз, поэтому, это соотношение выдает и максимальную мощность. После зажигания смеси температура и давление в цилиндрах увеличивается. Оптимальный пик давления, для максимальной мощности находится между 15-20 градусах, после верхней мертвой точки ATDC.
Актуальный оптимум для пика давления не зависит от нагрузки или оборотов ДВС, но зависит от геометрии двигателя. А вот момент зажигания, который необходимо произвести немного раньше т.к. необходимо время для распространения фронта от свечи (свечей) – зависит от многих факторов.
Турбокомпрессор или повышение степени сжатия ДВС увеличивают плотность смеси, следовательно, увеличивается скорость горения и необходимо момент зажигания сделать более поздним, что бы пик давления в цилиндрах пришелся на 16* (синяя линия) после верхней мертвой точки ATDC. Более раннее зажигание сдвинет пик ближе к верхней мертвой точки, чрезмерно повысит давление и температуру в камере сгорания и это вызовет детонацию (красная линия). Более позднее зажигание приведет к значительной потери мощности (зеленная линия).
Если двигатель детонирует, пик давления слишком близко к TDC, то часто для решения этой проблемы увеличивают подачу топлива (более богатая смесь), что в свою очередь приводит к уменьшению скорости горения и конечно, пик давления в цилиндрах отодвигается от TDC, происходит позже. Точно такой же эффект можно было бы достичь сделав угол зажигания позже.
Оптимальная смесь с более поздним зажиганием произведет больше мощности т.к. больше энергии будет получено в процессе сгорания топливно-воздушной смеси . А вот почему, давайте вспомним учебник химии за 8-9 класс.
Когда углеводород, коим является топливо и конечно бензин, вступает в реакцию с кислородом (содержащимся в воздухе), процесс горения не так уж и прост и происходит в несколько этапов. Напомню еще раз, при идеальном сгорании в результате получится СО2 и Н2О. На первой этапе молекулы топлива (углеводород ) разбиваются в водород и углерод. Водород соединяется с кислородом (из воздуха) и образует воду (Н2О), а углерод образует в первой стадии Монооксид углерода (угарный газ СО). Во второй стадии СО преобразуется в Диоксид углерода (углекислый газ) СО2.
И вот именно во второй стадии реакции, скрыт ответ на поставленный вопрос. Если нет кислорода, не происходит процесс окисления (горения) – не выделяется энергия так необходимая для двигателя. Если больше нет молекул кислорода (большинство использовалось в первой стадии процесса) то и не возможна вторая стадия СО в СО2. НО 2/3 ЭНЕРГИИ ВЫДЕЛЯЕТСЯ ПРИ ГОРЕННИ УГЛЕРОДА ИМЕННО ВО ВТОРОЙ СТАДИИ ПРОЦЕССА. Часть кислорода, получается, была использована только на 1/3. Это хорошо видно на ниже приведенном графике, показывающим КПД, эффективность процесса сгорания в зависимости от состава топливно-воздушной смеси
EQ (Equivalence Ratio) – все, что больше 1 – это богатая смесь (Rich), все что меньше 1 — бедная (lean)
Именно по этой причине более богатая смесь производит меньше энергии, более низкий пик давления и температуры и конечно меньше мощность. И главное понижает возможность возникновения детонации. Это, похоже, как если вы немного отпустили педаль газа, прикрыли дроссельную заслонку. Типичный двигатель не детонирует при не полностью открытой дроссельной заслонке (в пол газа), потому что меньше давление и температура в цилиндрах.
Вот почему настройка ДВС на слишком богатых смесях приводит не только к чрезмерному расходу топлива, но и часто не выдает ожидаемой мощности.
По этой же самой причине при настройке двигателя на обогащённых смесях (турбо мотор) лучше использовать газоанализатор, а не широкополосный датчик кислорода . И наоборот в случае с дизельными машинами т.к. они работают на очень бедных смесях. На ниже приведенном графике отчетливо видно, как с обогащением топлива увеличивается содержание угарного газа СО
Конечно, бывают исключительные случаи, когда вы просто вынуждены настраивать мотор на супер богатых смесях ( AFR < 11.0) и результат в максимальной мощности будет выше. Один из таких примеров – установка турбины на атмо мотор без понижения степени сжатия и без использования интеркулера.
Лично я предпочитаю настраивать турбо моторы на небольшом бусте, не увлекаясь сильно обогащением смеси и оптимальном угле зажигания.
Наверное, стоит привести реальный пример для атмосферных моторов с использованием бедных смесей. В Европе очень популярны много часовые гонки на кольце – 6, 12 или 24 часа. Для получения бонуса на пит стопах и дозаправках — моторы, при предварительно правильной его подготовки, настраивают на работу при смеси 14.0. Конечно, в таком случае максимальная мощность будет немного меньше, но в этой дисциплине главное, кто будет на финише первый после многочасовой гонки и естественно большим плюсом является экономия топлива.
С учетом того, что мотор используется в режиме “ газ в пол “ большую часть времени, необходимо ДВС специально подготовить и если этого не сделать, то результат может быть печальным. Главное, необходимо уделить внимание борьбе с повышенной температурой в цилиндрах в течении длительного времени.
Основная температурная нагрузка приходится на поршня и выпускные клапана. Начинать необходимо с замены свечей зажигания на несколько ступеней холоднее и желательно медных. Далее специально подготавливаем седла выпускных клапанов под высокие температуры – задача как можно больше обеспечить отвод тепла. Не стоит забывать и о самом клапане, его форме и материале. Стандартный клапан, возможно использовать, но только после предварительно нанесенного на него специального керамического покрытия
Температура у выпускных клапанов бешеная, данное покрытие понизит в пределах 70-80* градусов. Впускные также не помешает обработать, но это уже больше для повышения мощности, а не безопасности. Многие думают, что впускные клапана не сильно нагреваются. Я лично с этим не согласен, если нанести на них специальную краску, которая изменяет свой цвет в зависимости от максимальной температуры, то результат после гонки – более 450 градусов. Температура была бы и выше, но они охлаждаются поступающей топливно-воздушной смесью. Температура не критична для самого клапана, седла на впуске, но зачем лишний раз нагревать поступающий воздух, тем самым уменьшая его плотность. Это покрытие даст прибавку в мощности 1-2%.
Поршень – здесь главное зазоры и конечно необходимо нанести на него керамическое покрытия, создающее температурный барьер
А вот, что бывает с поршнями на длинных гонках, если не правильный зазор и без покрытия
При проведении выше перечисленных мероприятий с двигателем, мотор без проблем будет работать на смесях 14.0 в течении длительного времени, выдавать не плохую мощность и мало кушать – то, что надо для многочасовых гонок.
Какая смесь должна быть на турбо моторе
вот про что я говорил. ОБСУДИМ? 
Сообщение 05 мар 2007, Пн 12:11
Сообщение 05 мар 2007, Пн 12:39
wasd писал(а): вот про что я говорил. ОБСУДИМ?
это условно все, рекомендации
кому-то надо богаче, кому можно победнее
Сообщение 05 мар 2007, Пн 12:47
Сообщение 05 мар 2007, Пн 12:47
Mura писал(а): это условно все, рекомендации
кому-то надо богаче, кому можно победнее
Сообщение 05 мар 2007, Пн 13:00
Состав ГС опред. соотношением расхода
G воз : G топ
Нормальная ГС 15 (14.7) весовых частей воздуха : 1 весовая часть топлива — это @ = 1
Обеднёная ГС 15-17в.ч.в. : 1в.ч.т. -@>1
Бедная ГС болие 17:1 -@>1
Обогощённая 13-15:1 -@<1
Богатая менее 15:1 -@<1
ГС с @>1 применяют для улутшения экологичности, при @ = 1.05-1.1 экологичность увеличивается на 10-15 % , а потеря мощьности состовляет 4-5%
ГС см @<1 повышает мощьность, снижает экологичность, ухудшается температура цикла и т.д.
Неравномерное расспледедение ГС по цилиндрам, приводит к обеднению, или обогошению ГС в отдельных цилиндрах, что в свою очередь приводит к потере мощьности.
Необходимая скорость горения в цилинндрах:
Vгор=10-30 м/с
При этой скорости достигается максимальное использование тепловой энергии, а это в свою очередь увеличивае скорость наростания давления, и полное сгорание топлива, максимальный КПД. (@=1)
При меньшей скорости горения,догорание ГС идёт в выпускном тракте, наблюдается потеря мощности, увелечения расхода, ухудшения токсичности отработаных газов и т.д. (@<1)
При большей скорости горения, возникает детонация, перегрев, и т.д. (@>1)
На качество приготовления ГС влияют:
-время отведённое на приготовление ГС (чем выше обороты тем меньше времени, пример на 6000 об/мин время на приготовление порядка 0.01с);
-температура окружающей среды, двигателя;
-конструкция впрыска, впускного тракта;
-качество топлива.
Основные причины увеличения расхода топлива
Оптимальное соотношение бензина и воздуха в двигателе
В данной статье расскажем, что такое бедная или богатая смесь бензина и воздуха. Какие пропорции оптимальны для работы двигателя. Мелкодисперсная смесь атмосферного воздуха и жидкого топлива с небольшим включением парообразной фазы называется топливно-воздушной смесью или ТВС. Именно она, сгорая в цилиндрах двигателя, придает поступательное движение поршням и обеспечивает движение автомобиля. В зависимости от своей структуры, ТВС может быть гомогенной (однородной по своему составу), или обладать слоистой структурой. В зависимости от вида нагрузки, заложенных параметров экономии топлива, и требуемого состава выхлопных газов (содержания вредных веществ и окислов азота), система впрыска топлива самостоятельно выбирает наиболее оптимальную структуру топливно-воздушной смеси.
СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ В ДВИГАТЕЛЯХ
В двигателях внутреннего сгорания горючая смесь требуемого состава приготавливается из топлива и воздуха в специальном устройстве — карбюраторе, а затем подается в нужном количестве непосредственно в цилиндры двигателя.
Смесь, в которой на 1 кг бензина приходится 15 кг воздуха (со стандартным содержанием кислорода), принято называть
нормальной
. Если быть точным, смесь в соотношении бензина и воздуха в соотношении 1:14,7 называют стехиометрической. Если на ней работает двигатель, его мощность достаточно высока при неплохой экономичности.
Уменьшим поступление воздуха до 12,5 — 13 кг. Смесь обогатится (бензином) — станет
мощностной
, потому что, сгорая в цилиндрах наиболее быстро, создает максимальное давление на поршни, а значит высокую мощность. Правда, экономичность ухудшается на 15-20%. Если при сгорании на 1 кг бензина затрачивается от 13 до 15 кг воздуха смесь называют
обогащенной
, если менее 13 кг воздуха —
богатой
. Дальнейшее обогащение 5-6 кг воздуха на 1 кг топлива приводит к тому, что способность смеси к воспламенению ухудшается настолько, что двигатель может остановиться. Если соотношение бензина и воздуха станет 1:5, то смесь не воспламеняется. Если стремиться к экономичности, воздуха к смеси следует немного добавить — до 15-17 кг на 1 кг бензина. Такую смесь называют
обедненной
. Расход бензина становится минимальным, правда потеря мощности до 8-10% в сравнении с «мощностной». Если воздуха свыше 17 кг — смесь такого состава называют
бедной
. Смесь при соотношении бензина и воздуха 1:21 и более не воспламеняется. Нельзя обеднять смесь беспредельно: когда воздуха больше 20 кг на 1 кг бензина, воспламенение от искры станет ненадежным и может прекратиться. Пока он работает на бедной смеси, нечего ждать достаточной мощности и, как ни странно, экономичности. Ведь тяговые характеристики машины ухудшаются настолько, что водитель вынужден ее «подхлестывать», переходя на пониженную передачу там, где легко ехал на высшей.
На слишком богатой смеси, мощность мотора существенно снижается, а расход бензина увеличивается. Значит, богатая или, хуже, переобогащенная смесь — это избыток бензина или недостаток воздуха.
ДЛЯ ЧЕГО ОБЕДНЯЮТ СМЕСЬ?
Смесь обеднять нужно в любом случае — это экономичность и токсичность при одинаковой мощности. Топливовоздушная смесь воспламеняется от искры в некотором диапазоне концентраций. Направленным движением воздуха (зависит от формы коллектора, клапанных каналов, камеры сгорания поршня) в цилиндре и факелом впрыскиваемого топлива можно достичь локальной «богатой» смеси в районе свечи зажигания на всех режимах работы, что позволит ей надёжно воспламеняться. При этом суммарно смесь в цилиндре будет «бедной». На некоторых режимах (х.х., низкая нагрузка) нет необходимости в большой дозе топлива. Соответственно, нет необходимости и в большом количестве воздуха. Для таких режимов могут уменьшить количество воздуха, например, не открывая один из двух впускных клапанов или сильно искажая фазы их открытия/закрытия, создавая дополнительное сопротивление на выпуске. На режимах больших нагрузок открывается все, что можно и врыскиваемое топливо закруживается воздухом в цилиндре таким образом, что смесь у свечи будет локально богатой и, главное, будет обеспечено «плавное» последовательное воспламенение и сгорание порций топлива в этом вихре «цлиндровых страстей». Т.е., смесь предельно обедняется, но лишь вихри воздуха помогают её нормально сжигать.
Историческая справка.
Барботажный карбюратор – единственный в своем роде узел, позволявший приготовить идеальную топливно-воздушную смесь. Такая ТВС представляла собой смесь паров и атмосферного воздуха и позволяла достигнуть максимального КПД двигателя при минимальном расходе жидкого горючего. К сожалению, конструкция барботажного карбюратора была громоздкой и небезопасной в использовании, а отношение количества воздуха и паров топлива сильно зависело от температуры окружающей среды.
Историческая справка.
После принятия свода норм и законов, известного как EURO 3 и регламентирующего содержание вредных для экологии веществ в выхлопных газах автомобилей, производители ДВС перешли на многоточечную инжекторную систему впрыска топлива. Каждая форсунка обслуживает «свой» цилиндр, а электронная дозирующая система подбирает необходимый состав смеси, который хоть незначительно, но отличается от цилиндра к цилиндру. На практике такое усложнение приводит к снижению надежности и усложнению ремонта в случае поломки.
© 2016-2020 24techno-guide.ru
Все права защищены. Использование материалов сайта возможно только при условии установки активной прямой ссылки на наш ресурс.
ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ
Главная
(Главная страница сайта)
Авто
(Обзоры, отзывы, тест-драйвы автомобилей)
Двигатели
(Описание и устройство различных двигателей)
Техно
(Статьи про технику и механику)
Тюнинг
(Обзор тюнингованых автомобилей)
Ремонт
(Ремонт своими руками)
Трактора
(Тракторная спец техника)
Осаго
(Все про автострахование)
Автозвук
(Музыка в машину)
АвтоЗАКОНЫ
(Пдд, штрафа и автозаконы)
Лайфхаки
(Хитрости жизни)
Фото/Видео
(Без комментариев)
Все статьи
(Все публикаций которые есть на сайте)
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.
Читать также: Из чего делают диски
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.
Неисправности подачи воздуха
Ошибка «Богатая смесь» , которую определяет система диагностики автомобиля, гораздо чаще бывает вызвана недостаточным поступлением кислорода в камеру сгорания. Причин такому нарушению несколько.
В первую очередь может быть элементарно загрязнен воздушный фильтр. По некоторым причинам (тяжелые условия эксплуатации, езда по грязным дорогам) этот элемент системы очистки кислорода может прийти в негодность даже раньше указанного производителем срока. Поэтому необходимо визуально оценить очиститель. Если он грязный, покрыт маслом, его в срочном порядке необходимо заменить. Иначе мотор быстро выйдет из строя.
Соотношение — топливо — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Соотношение — топливо
Соотношение топлива и воздуха ( F / A) является обратной величиной. [1]
Соотношение топлива и кислорода, необходимое для получения максимальной мощности, совершенно отлично от того, которое требуется для максимальной экономичности Желательно установить причины этого различия и управлять им по мере необходимости. [2]
Соотношение топлива и воздуха определяют на глаз по длине факела в топке и цвету дыма в трубе. Если имеется автоматический газоанализатор, то количество воздуха проверяют по содержанию СОа за котлом. При правильном поступлении воздуха цвет пламени должен быть светлосоломенный, а дым из трубы слегка серый. По мере нарастания на решетке шлаковой подушки, открытие шиберогз на воздуховодах под решетку постепенно увеличивают. Воздух должен подаваться под решетку непрерывно. [3]
Подбор соотношения топлива и сырья не представляет трудностей, если состав карбонатного сырья постоянен. [4]
Влияние соотношения топлива и воздуха на излучатель-ную способность пламени также велико. Из рис. 44 видно, что при избытке природного газа излучательная способность значительно больше, чем при избытке воздуха; ясно также, что светимость пламени быстро падает, если образуется избыток воздуха. Кроме того, рисунок показывает, каково соотношение между составляющими излучения пламени: излучением газов и излучением твердых частиц. [6]
Регулирование соотношения топлива к воздуху должно быть автоматическим; летчик не должен возиться с дросселями или проверять их положение. [7]
При соотношении топлива и воздуха меньше 1: 13 скорость горения уменьшается, экономичность двигателя и его мощность снижаются. Смесь такого состава называется богатой. Если соотношение топлива и воздуха в смеси больше 1: 18, скорость ее горения также резко снижаете, что также приводит к потере экономичности и мощности. Смесь такого состава называется бедной. Когда содержание воздуха в смеси менее 6 кг на 1 кг топлива или более 20 кг на 1 кг топлива, горючая смесь в цилиндрах не воспламеняется. [8]
Регулировать расход воздуха и соотношение топлива и воздуха для поддержания горения трудно из-за сравнительно низких давлений и высоких скоростей в камере сгорания. Вопрос о внешнем сопротивлении двигателя должен быть тщательно продуман так же, как и вопрос об удельном импульсе. Удельный импульс обычно бывает меньше 100 сек и достигает максимума при удельной скорости полета. Диапазон удельного расхода топлива для наилучших рабочих условий составляет 0 9 — 1 4 кг-час на 1 г тяги. [10]
Состав рабочей смеси зависит от соотношения топлива и воздуха. Теоретически для полного сгорания 1 кг топлива необходимо 15 кг воздуха. Такую смесь называют нормальной. [11]
Выполненный анализ показывает, что введение регулятора соотношения топлива и воздуха, решая задачу ограничения роста температуры и поддержания ее на предельном уровне, вместе с тем вносит элементы неустойчивости и увеличения перерегулирования. Поэтому установка такого регулятора требует очень тщательного исследования динамики регулирования и выбора таких динамических констант и корректирующих устройств, гри которых ослабляется вредное влияние второго регулятора на процесс регулирования. [12]
Регулирование температуры пара за котлом осуществляется изменением соотношения топлива и воды для каждого корпуса. Впрыскивающие пароохладители устанавливаются перед ширмовым пароперегревателем и выходной ступенью конвективного пакета. [13]
Концентрация NO возрастает до максимума при том соотношении топлива и воздуха, которое дает минимальное количество несгоревших углеводородов и окиси углерода. Дальнейшее увеличение этого соотношения ведет к снижению концентрации NO, но увеличивает концентрацию НС. Таким образом, можно заключить, что путем изменения только соотношения воздуха и топлива невозможно добиться одновременного снижения в выхлопе количеств НС, iNO и СО. Многие другие факторы, помимо уже упомянутых, влияют на выбросы данного двигателя с искровым зажиганием. Детальное рассмотрение этих факторов содержится в других источниках [3, 4], а также в публикациях Общества автомобильных инженеров. [15]
Страницы: 1 2 3 4 5
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.