Состав топливо воздушной смеси определяется. Причины приготовления богатой топливной смеси. Причины образования богатой смеси
Мощность двигателя, а, следовательно, скорость, разгон и рывок автомобиля напрямую зависят от характеристик энергоносителя – бензина. Но любителей и профессионалов не обманешь, они прекрасно знают, что в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания , спрятанного под капотом любимого автомобиля, сгорает не жидкий бензин или дизель, а топливно-воздушная смесь. Именно ее состав, отношение массы атмосферного воздуха к массе жидкого топлива позволяет разогнаться до максимальной скорости, совершить рывок во время выполнения маневра обгона, или преодолеть крутой подъем.
В этот момент смесь входит во впускной коллектор в виде облака очень маленьких капель топлива, рассеянного среди молекул воздуха. Из-за процесса распыления имеется больше площади поверхности, с которой можно взаимодействовать; топливо больше не находится в листе или пленке, а в капельках. Тем не менее, все еще существует проблема: частицы топлива могут быть очень маленькими, но они все еще находятся в жидкой форме. Требуется тепло для замены жидкого топлива в разреженное состояние, чтобы двигатель мог сжигать его, когда дуги свечи зажигания.
Топливно-воздушная смесь – основные понятия
Мелкодисперсная смесь атмосферного воздуха и жидкого топлива с небольшим включением парообразной фазы называется топливно-воздушной смесью или ТВС. Именно она, сгорая в цилиндрах двигателя, придает поступательное движение поршням и обеспечивает движение автомобиля.
В зависимости от своей структуры, ТВС может быть гомогенной (однородной по своему составу), или обладать слоистой структурой. В зависимости от вида нагрузки, заложенных параметров экономии топлива, и требуемого состава выхлопных газов (содержания вредных веществ и окислов азота), система впрыска топлива самостоятельно выбирает наиболее оптимальную структуру топливно-воздушной смеси.
Обеднение смеси на инжекторе: «чек», бедная смесь
Это изменение фазы происходит, когда заряд проходит через впускной коллектор. Скорость испарения бензина напрямую связана с количеством доступного тепла. По мере того, как температура окружающей среды падает, также скорость испарения. При минус 45 градусов по Фаренгейту, только 20 процентов топлива испарятся, при этих условиях двигатель с бензиновым двигателем прекратит работу, если не будет обеспечен вспомогательный источник тепла. И наоборот, возникает другая проблема, если температура в нижней части становится слишком высокой, например, в жаркий летний день: топливо испаряется до входа в зону Вентури карбюратора и не позволяет двигателю работать.
Бедная и богатая ТВС, узлы и системы дозирования
Эмпирическая формула дает определение «нормальной» ТВС, как смеси 14,7 килограмм атмосферного воздуха и 1 килограмма жидкого топлива. Топливная смесь, количество воздуха в которой больше указанного в соотношении, называется бедной, и, соответственно, богатой, при меньшем количестве воздуха.
И хотя скорость холодного испарения может быть изменена на нефтеперерабатывающем заводе, это лишь слегка меняет ситуацию. Например, гоночный бензин имеет крайне плохое испарение на холоде и, скорее всего, не позволит двигателю работать. Для запуска холодного двигателя требуется значительно обогатить смесь; который называется дросселем. Без дросселя топливный заряд, который достигает цилиндров, будет слишком обедненным, чтобы загореться. Даже если двигатель запустился, до тех пор, пока не произойдет передача тепла, распределение топлива будет страдать из-за того, что бензин будет путаться в бегунах впускного коллектора.
- бедная — воздуха > 14,7
- богатая — воздуха < 14,7
В двигателях внутреннего сгорания за приготовление и состав топливно-воздушной смеси отвечает карбюраторный узел, который в настоящее время практически вытеснен инжекторной системой впрыска. И одна, и другая система обеспечивает многообразие режимов работы ДВС за счет приготовления смеси с различным содержанием атмосферного воздуха.
Еще одна проблема - медленная скорость проворачивания двигателя во время запуска и чрезмерное трение, которое должно быть преодолено стартером. Когда впускной коллектор достаточно горячий для хорошего испарения топлива, функция дросселя должна быть сведена к нулю. Соотношение - части воздуха к одной части топлива. Когда число опускается ниже, на стандартное количество топлива поступает меньше воздуха. В стандартном карбюраторе нисходящего потока дроссель представляет собой просто бабочку или пластину, расположенную в воздушном рупоре.
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.
Когда он вызывается во время проворачивания, дроссель закрывается и выдает почти полный вакуум коллектора в бустерную трубку Вентури, забирая большое количество топлива через основную измерительную систему. Первые дроссельные системы были подключены водителем изнутри автомобиля. Расположенная на приборной панели ручка с надписью «дроссель» будет вытащена примерно на дюйм или около того, что закроет бабочку в карбюраторе, и оператор отрегулирует количество отверстий, чтобы обеспечить бесперебойную работу двигателя и разрешить движение автомобиля в то время как двигатель все еще был холодным.
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.
Если бы смесь была слишком тощей, двигатель опустился бы, плюнул бы через карбюратор и, возможно, вспыхнул бы. По мере того, как тепло накапливалось, это была задача водителя медленно отменить дроссель, снова нажав ручку, позволяя карбюратору обеспечить нормальную смесь. Часто водитель забывал, и дроссель все равно слегка вызывался при полностью нагретом двигателе. Это вызовет чрезмерно богатую смесь, заглушает свечи зажигания, загрязняет смазочное масло бензином и создает чрезмерный углерод в цилиндрах, все время тратит впустую хорошее количество бензина.
Гомогенная и слоистая ТВС – отличия в режимах работы двигателя
Однородная топливная смесь наиболее универсальна для обеспечения работы двигателя внутреннего сгорания во всех возможных режимах. Стабильная теплоотдача позволяет развить максимальную мощность, не превышая среднедопустимого давления и температуры горения в цилиндрах, что положительно сказывается на стабильности работы двигателя и его долговечности. Однако все достоинства имеют и оборотную сторону. В данном случае, это неоптимальный расход топлива, «загрязнение» выхлопных газов не сгоревшими микрочастицами.
Обогащённая и обеднённая
Детройт нуждался в лучшем способе, чем-то, что работало независимо от памяти водителя. Автоответчиком, который работал через термостатическую биметаллическую пружину, был ответ. Естественно, он подвергался воздействию температуры нижней части, которая на холоде была бы окружающей, или рядом с ним. По мере того, как двигатель нагревается, пружина самоблокируется. Все, что нужно сделать, это толкать дроссель на пол один раз перед запуском двигателя - это закроет дроссель и позволит дроссельной заслонке идти против кулачок, чтобы вызвать быстрый холостой ход.
Эти недостатки устранимы при использовании топливно-воздушной смеси слоистой структуры. В цилиндры подается обедненная смесь, расчетные параметры теплоотдачи которой обеспечивают основные режимы работы ДВС, а так же оптимальный расход топлива. Но большое содержание атмосферного воздуха приводит к нестабильному воспламенению и разной скорости горения топливной смеси при каждом такте сжатия — расширения, что является причиной падения мощности и нестабильности работы двигателя в целом.
Когда двигатель вырабатывал тепло, напряжение пружины ослабевало, а дроссельная пластина и быстродействующий кулачок погаснут. Но возникла проблема: как будет подаваться достаточное количество воздуха сразу после запуска, поскольку температура на биметаллической пружине оставалась прежней: с ручным дросселем водитель регулировал угол плиты для плавного двигателя, но пружина не могла этого сделать. Вакуум - это ответ Когда автоматический дроссель закрывается, он также вызывает быстродействующую камеру съедобно увеличивайте скорость холостого хода двигателя.
Достигнуть единообразия позволяет впрыск в зону воспламенения небольшого количества обогащенной смеси в качестве катализатора реакции окисления. В карбюраторных двигателях для решения данной задачи используют дополнительный впускной клапан, а инжекторные системы оснащаются двухрежимной форсункой.
Причина этого заключается в том, чтобы помочь двигателю преодолеть внутреннее трение при холоде и увеличить уровень сигнала в усилителе Вентури, увеличивая скорость воздуха через впускной коллектор. Чем быстрее заряд перемещается, тем меньше вероятность того, что чрезвычайно плотная смесь выпадет из подвески. Но главная причина быстрого холостого хода - открыть дроссельную пластину против натяжения пружины. Высокая скорость холостого хода приведет к тому, что входящий воздух начнет течь на дроссельную пластину и слегка закрутит ее, чтобы опустить смесь.
Использование обедненной и обогащенной ТВС
- Попытка уменьшить расход топлива путем регулировки топливной системы , зачастую приводит к неприятным последствиям. Увеличение количества воздуха в топливной смеси повышает температуру горения и приводит к преждевременным поломкам двигателя. Прогорание поршневых колец и эрозия стенок цилиндров – обычное дело при езде на обедненной ТВС. При все большем обеднении смеси наблюдается снижение мощности двигателя, при увеличении нагрузки появляются «провалы». Движение автомобиля становится дерганным, малейший подъем может стать непреодолимым препятствием. При достижении соотношения 30 к 1 мотор начинает глохнуть.
- Чрезмерное обогащение смеси не превратит стандартную модель в гоночный болид. При уменьшении содержания воздуха в ТВС двигатель начинает работать с перебоями, падает мощность, катастрофически возрастает расход топлива. По достижении определенной пропорции двигатель невозможно будет запустить.
От чего зависит мощность двигателя, сколько нужно сжигать топлива и воздуха, чтобы получить максимальную мощность или максимальную экономичность? Разберемся в этом на понятном языке.
Это идентифицируется как «раздутый». Однако при такой конструкции дроссельная пластина не может быть достаточно раздутой, чтобы позволить двигателю работать чистым и гладким во время разминки; ему нужно было больше воздуха. Вакуумная диафрагма с привязкой, которая крепится к дроссельной пластине, решает проблему: она используется для достаточного изменения топливной смеси до тех пор, пока тепло не релаксирует дроссельную пружину. В зависимости от производителя карбюратора это устройство можно назвать отключением дроссельной заслонки, вакуумным разрывом, дроссельной заслонкой или дроссельной заслонкой.
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.
Независимо от имени, все они функционируют одинаково. Шланг соединяет диафрагму с вакуумом коллектора. Как только двигатель горит, торопящий воздух из быстрого холостого хода взрывает дроссельную заслонку открытой, когда разрыв втягивается, слегка открывая дроссельную пластину. Указанное открытие разрыва дроссельной заслонки наряду с надлежащей быстрой спецификацией холостого хода позволяет двигателю, оборудованному карбюратором, быстро запускать и плавно работать без каких-либо задержек или отказов.
Объем полномочий, который имел дроссель на бабочке, был точной спецификацией. Другие, а именно более поздние модели рочестерских карбюраторов, имели регулировку винта, что позволяло очень осторожно, конечную установку выдвижного отверстия. Общей проблемой с дроссельной заслонкой было ухудшение диафрагмы или ее набухание с годами. Распухшая диафрагма будет удерживать вакуум, но вряд ли вызовет какое-либо движение дроссельной пластины, в то время как разорванная канистра не будет перемещать пластину вообще.
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.
Симптомом неправильного или неработающего дросселя может быть загрузка двигателя вскоре после холодного запуска; это обычно сопровождается бурным бегом, выкапыванием и, если очень тяжелым, черным дымом, идущим от выхлопной трубы. На протяжении многих лет, а также сегодня многие механики никогда не понимали всю важность отвода дроссельной заслонки, наряду с ее настройкой компаньона и быстрой скоростью холостого хода. Таким образом, карбюратор получил незаслуженную репутацию в качестве финишной части, которая не позволяла двигателю хорошо работать на холоде.
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.
Отклонения подачи топлива
Это не могло быть дальше от истины. Эта машина начнется так чисто, быстро-бездельничает красиво и прогревается гладкой, как шелк, даже с количеством дыма от каждой выхлопной трубы. Отвод и автоматический дроссель от Флинта настраивались как прекрасные часы: простое, но чудесное изобретение. Бензин и другие жидкие топлива не сгорают вообще, если они не смешиваются с воздухом. Если смесь правильно горит в цилиндре двигателя, соотношение воздуха и топлива должно поддерживаться в определенном диапазоне.
Было бы более точно указать, что топливо сжигается кислородом в воздухе. Семьдесят восемь процентов воздуха по объему - это азот, который является инертным и не участвует в процессе сжигания, а 21 процент - кислород. Тепло генерируется путем сжигания смеси бензина и кислорода. Азот и газообразные побочные продукты сгорания поглощают эту тепловую энергию и превращают ее в энергию путем расширения. Доля смеси топлива и воздуха по весу крайне важна для работы двигателя. Характеристики данной смеси могут быть измерены с точки зрения скорости пламени и температуры горения.
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.
Например, смесь с отношением 12 к 1 состоит из 12 фунтов воздуха и 1 фунта топлива. Соотношение выражено в весе, поскольку объем воздуха сильно изменяется с температурой и давлением. Соотношение смесей также может быть выражено как десятичное. Двигатель развивает максимальную мощность с смесью приблизительно 12 частей воздуха и 1 части бензина по весу.
С точки зрения химика, идеальная смесь для сжигания топлива и воздуха должна составлять 067 фунтов топлива до 1 фунта воздуха. Ученый называет эту химически правильную комбинацию стехиометрической смесью. С этой смесью все топливо и весь кислород в воздухе полностью используются в процессе сжигания. Стехиометрическая смесь производит самые высокие температуры горения, поскольку наибольшая доля тепла, выделяемого для массы заряда. Если к тому же количеству заряда воздуха добавляется больше топлива, чем количество, дающее химически совершенную смесь, происходят изменения мощности и температуры.
