реальные симптомы и причины появления

⏰Время чтения: 5 мин.

Приветствую, Друзья🖐

В моей практике очень часто приходится сталкиваться с проблемами бедной смеси. Поэтому рассмотрим, что такое бедная смесь, какие причины бедной смеси и как они проявляются.

⛔Для начала советую забыть всё, что Вы читали до этого на других копипастных сайтах. Так будет проще понять, что я хочу до Вас донести.

🚩И обязательно дочитайте до конца

Приступим.

🚦Немного простой теории. Смесь, которая поступает в цилиндры двигателя, называется топливо-воздушной. Потому что она состоит из топлива и воздуха. Наиболее полноценное сгорание смеси происходит при строгом соотношении топлива и воздуха. Примерно 14,7 кг воздуха на 1 кг топлива. Именно килограммы! Ни количество, ни объем, ни попугаи, а именно килограммы. Поэтому строгой массе воздуха должна соответствовать строгая масса топлива.

Это был первый важный момент.

💡Второй важный момент заключается в том, что 14,7 к 1 – это соотношение примерное и для идеальных условий. Потому что топливо бывает разным. И воздух тоже бывает разным. ДА-да, от воздуха тоже много зависит. По большому счету, в воздухе нас интересует только кислород. Именно он нам необходим для горения. А содержание кислорода в воздухе не одинаково. Именно поэтому в системе управления двигателем установлено столько “не особо важных датчиков”. Казалось бы, зачем датчик атмосферного давления? Или датчик температуры воздуха?

✔А всё это сделано для определения “качества” воздуха. Ведь горячий и холодный воздух имеют разную плотность, поэтому и разную массу. А мы ведь помним, что всё считается по массе?

Атмосферное давление тоже важно, так как при разном давлении разное количество кислорода в воздухе.

Но это уже другая, более глобальная тема, и полностью раскрывать её именно в этом материале я не буду, чтобы не отнимать Ваше драгоценное время.

Я написал об этом по двум причинам:

📌Чтобы Вы лучше понимали, о чем будет идти речь дальше

📌Чтобы сразу стало очевидно, что бедная смесь может быть по многим причинам, а не только по тем, которые все сайты перепечатывают друг у друга и при этом почти никто не понимает о чем они пишут.

Ведь Вы нигде не найдете информацию, что причина бедной смеси может быть из-за ДТВ или датчика давления. А это вполне реальные причины, которые не редко встречаются в практике.

Также стоит отметить, что смесь 14,7 к 1 не является постоянной. Это всего лишь эталонное значение. А смесь варьируется в неком диапазоне

Ошибка бедная смесь Р0171

Теперь хочу поведать ещё один важный момент. Для диагноста наличие ошибок в системе управления двигателем помогает при поиске причин неисправностей.

Но, в то же время, отсутствие ошибок никоим образом не означает, что всё работает исправно. Я скажу даже больше – примерно в 95% случаев каких-либо проблем ошибок нет вовсе. Поэтому диагностика – это не чтение ошибок, а анализ параметров и сопоставление их между собой.

Поэтому это порождает два важных вывода:

📌Если ошибка бедная смесь Р0171 появилась вчера, то это совсем не означает, что проблема возникла именно вчера. Неисправность могла появиться год назад и постепенно прогрессировать. И когда уже ЭБУ не смог скомпенсировать ее влияние топливными коррекциями, тогда уже вылезла ошибка Р0171. Поэтому регулярная диагностика у хорошего диагноста поможет избежать появления ошибок в дороге.

📌Если на авто имеется проблема бедной смеси, то это не означает, что обязательно должна появиться ошибка

💡Вот пример из практики. Приехал автомобиль с жалобами на проблемный утренний запуск и “троение” при прогреве. Ошибок никаких нет, но при диагностике и анализе четко видно, что датчик кислорода “висит” внизу

🔔Это означает, что у нас слишком бедная смесь. Но ошибок никаких нет. Устранив причину бедной смеси, я вернул автомобиль к нормальной работе.

Таких примеров я могу показать огромное количество.

Также хочется рассказать, что бедная смесь – это общее понятие и оно делится на разную симптоматику:

✔Бедная смесь на холостом ходу

✔Бедная смесь под нагрузкой

✔Бедная смесь при прогреве

Это все разные ситуации и они требуют разных решений.

🚩Но, чтобы не растягивать материал, мы не будем разбирать их все отдельно, а обобщим и назовем общие причины бедной смеси

Причины бедной смеси

✅Низкое давление топлива. Проявляется очень сильным возрастанием расхода топлива и запуском холодного двигателя не с первого раза. Я для себя вывел некую закономерность – во сколько раз снизилось давление топлива, во столько раз повысится расход. Например, если нормальное давление топлива было 4 атм, а расход составлял 10 литров на сотню км, то при снижении давления до 2 атм, расход возрастет до 20 литров на сотню км. ⭐Как просто измерить давление топлива показано на странице Замер давления топлива

✅Нарушена работа форсунок. Проявляется неровной работой двигателя и затрудненным пуском в холодную погоду. Требуется промывка форсунок без снятия. ⭐Как это сделать показано на странице Промывка инжектора и клапанов

Профилактическая промывка рекомендуется каждые 30 тыс.км. Если установлено ГБО, тогда промывать необходимо в два раза чаще.

✅Мусор в топливной рампе. Проявляется очень проблемным запуском на холодную. Требуется демонтаж рампы, удаление мусора и замена фильтрующих элементов в форсунках. ⭐Как это сделать я показал в этом видео

 

✅Подсос воздуха во впускной коллектор. Это тема отдельной статьи. Если кратко, то это зависит от системы управления двигателем. Если она построена на ДМРВ

тогда подсос оказывает большое влияние на бедную смесь.

А если она построена на ДАД

то подсос практически не влияет на появление бедной смеси. За исключением подсоса уже практически возле клапанов (прокладки между впускным коллектором и ГБЦ, уплотнители форсунок)

⭐Как просто проверить наличие подсоса, я показал в этом видео

 

✅Закоксовывание и заклинивание в закрытом положении клапана ЕГР. Одна из самых частых причин. Люди необдуманно ставят заглушку под клапан ЕГР, а потом приезжают с проблемой бедной смеси. Причем даже не догадываются, что они собственноручно создали эту проблему. Дело в том, что при закрытом клапане в камеру сгорания попадает больше кислорода, чем должно быть в этот момент. Датчик кислорода это видит и ЭБУ начинает загонять топливные коррекции в большой плюс. Это приводит к ошибке бедная смесь

✅Негерметичность прокладок выпускного коллектора или трещины выпускного коллектора. Газы двигаются пульсациями, а не постоянно с одной скоростью. Поэтому через трещину выпускного коллектора может поступать воздух извне. В нем кислорода больше, чем в выхлопных газах, поэтому датчик кислорода на него отреагирует.

Это приведет к ошибке Бедная смесь. Хотя по факту смесь не будет являться таковой. Необходимо оценить свечи зажигания. Если при ошибке бедная смесь свечи имеют черный налет

тогда ошибка Бедная смесь ошибочна. В этом случае стоит проверить выпускной коллектор.

✅Неисправность датчиков ДТОЖ, ДАД и ДТВ. Проявляется по разному. Но очень легко определяется при грамотной компьютерной диагностике.

📛Ну и напоследок самая популярная причина, описанная тысячами копирайтеров на сайтах для поисковых машин, которые заполонили весь топ выдачи поисковых систем.

И звучит эта причина так – не правильно стоят метки ГРМ.

📢Если Вы увидели эту причину, тогда быстро покидайте такой сайт. Это сайт для поисковых роботов, статьи для которого пишет девочка копирайтер.

⭐А для тех, кто предпочитает читать сайты для людей (их, к сожалению, почти не осталось), я скажу, что сбитые фазы ГРМ ухудшают наполняемость цилиндра. Поэтому воздуха туда попадет меньше. А если кислорода у нас меньше, тогда какая будет смесь? Бедная или богатая? Кто внимательно прочитал эту страницу полностью, тот сможет дать ответ самостоятельно😉

⚡Ведь вся суть бедной смеси:

☑мало топлива

☑много воздуха

☑то и другое одновременно

Бедная смесь что это

Причины работы двигателя на обедненной топливной смеси всего две — много воздуха и мало бензина.

Много воздуха.
Почти всегда посторонний подсос воздуха приводит к неравномерной работе двигателя. Обороты при этом не меняются (что бы не там писали в Тойотовском разделе про марковники), немного падают или плавно меняются с периодом в пару-тройку секунд.

Как правило, подсос воздуха происходит через поврежденные уплотнения впускного коллектора, через порванные диафрагмы усилителя тормозов или сервоприводов вспомогательных систем двигателя.
У многих двигателей система вентиляции картера расчитана таким образом, что в картере постоянно присутствует разряжение (чтобы сальники не текли). Соответственно, если в картер поступает лишний воздух, например через неплотно вставленный масляный щуп, негерметично закрытую маслозаливную горловину, либо шланг вентиляции, просто выведеный под капот, то этот воздух из картера поступает в цилиндры. Этот воздух там оказывается лишним, так как не учитывается датчиком расхода воздуха и блок управления двигателем об этом воздухе просто ничего не знает.

Мало бензина.
Тут причины следующие — малое давление топлива в рампе (умирающий бензонасос, грязные топливные фильтры), низкая пропускная способность инжекторов (по причине из загрязнения), либо малое время их открытия.

Как определить причину.
Первое что делаем — выкручиваем свечи после того как двигатель поработал под нагрузкой хотя бы полчаса.
— Если нагар на них светлый (белесый), то это признак работы на обедненной смеси (тип свечей естественно должен соответствовать модели двигателя).
— Если нагар на свечах светлый или нормальный (не черный), но заметно отличается в разных цилиндрах по цвету, то либо имеет место подсос воздуха, либо загрязнение инжекторов. Если есть желание, можно взять шприц кубиков на 10, набрать туда бензина и через какое-нибудь из имеющихся вблизи рессивера отверстий плеснуть туда этот бензин при работающем на холостом ходу двигателе. В случае бедной смеси по причине подсоса воздуха, двигатель заработает заметно ровнее и прибавит обороты.
Сам я предпочитаю проверку времени открытия форсунок. Дело в том, что это время приблизительно одинаковое у всех современных двигателей (специально заряженные моторы не рассматриваем). При работе прогретого двигателя на ХХ это время находится в пределах 2-2,5-2,7 мс (у кого есть желание, тот может уточнить это время для своего двигателя самостоятельно). Если инжектора сильно загрязнены, или снижено давление в топливной системе, то это время будет около 3 мс или еще больше. В этом случае стоит промыть инжектора Винсом, без снятия их с двигателя.
— Если после промывки время открытия инжекторов изменилось мало (по изменению этого времени можно весьма точно судить о степени загрязненности топливной системы) — надо мерить давление в системе на входе (!) в топливную рампу. Делаем это при помощи простейшей приспособы из обычного стрелочного шинного манометра, тройника и соединительных шлангов. Время открытия форсунок можно мерить любым осцилографом.
— Если нагар на свечах сильно светлый и примерно одинаковый, можно сразу мерить давление топлива.
— Малое время открытия инжектора встречается очень редко. Доводилось сталкиваться на Субаре (был какой-то левый датчик температуры ОЖ) и на Паджерике (высохли электролитические кондеры в блоке управления двигателем).

Для того чтобы автомобиль мог хорошо работать, двигателю необходимо качественное питание. Чтобы в камерах сгорания получался взрыв необходимой мощности, смесь топлива и воздуха должна была качественной. Иногда она готовится с отклонениями в одну или другую сторону. Это бедная смесь, либо наоборот – богатая. Что это такое, какие причины бедной топливной смеси, симптомы и как работает двигатель? Попробуем ответить на данные вопросы.

Процесс смесеобразования в двигателях автомобилей

В ДВС горючая смесь необходимого состава готовится в карбюраторах или в случае с инжекторной системой питания – рассчитывается электроникой. Смесь, где на 1 кг бензина или другого горючего используется 15 кг воздуха, считается нормальной. В этом режиме двигатель работает достаточно экономно, при этом его мощность находится на высоком уровне. Для экономии количество воздуха в смеси увеличивают. Так, обедненная смесь – это когда на 1 л бензина используется до 15-17 кг воздуха. Расход горючего становится минимальным, а потери мощности составляют всего 8-10 %. Бедная смесь – это когда на 1 л бензина приходится более 17 кг воздуха. На таком составе мотор работает неустойчиво, потребляется большой объем топлива, уменьшается мощность. Это вредно для силового агрегата. Кроме того, такое явление часто ведет за собой пропуски в системе зажигания, задержки при нажатии на педаль акселератора.

Почему смесь становится бедной

Владельцы инжекторных автомобилей знают, что при помощи ЭБУ и соответствующих настроек в прошивке силовой агрегат может самостоятельно изменять соотношение воздуха и паров бензина, то есть менять топливную смесь. Многие думают: мотор работает автоматически, и это хорошо. Однако большинство владельцев инжекторных авто забывают о балансе. Иногда готовится бедная смесь. Почему так случается? На это есть различные причины.

Основные признаки обеднения состава топливной смеси

Главный симптом, по которому определяют, что автомобиль работает на неправильном составе, – двигатель, который постоянно глохнет. При очень малом количестве паров бензина в смеси искра, генерируемая свечой, просто не может воспламенить такое топливо. Еще один признак – машина в процессе движения дергается, а то и вовсе двигается рывками. Иногда эти симптомы могут говорить и о других неисправностях. Поэтому стоит проверить еще и другие системы.

Последствия эксплуатации двигателя на бедной смеси

В целом последствий не так уж и много. Двигатель будет задыхаться при работе на холостых оборотах. Также существует серьезный риск перегрева – топливная смесь сгорает гораздо медленнее, чем это необходимо. Двигателю будет трудно набрать обороты под нагрузкой. В наиболее серьезных ситуациях, когда длительное время подается бедная смесь, двигатель сильно перегревается, что в большинстве случаев приводит к прогару клапанов. А это серьезные затраты на ремонт.

Причины приготовления бедной смеси

Существует несколько типовых причин, по которым топливная смесь приготавливается неправильно. Все эти причины можно разделить на большой объем воздуха и малое количество горючего.

Как проверить клапан EGR

Чтобы проверить работу данного клапана, сперва его демонтируют и затем уже проверяют. Тест можно осуществить при помощи струи сжатого воздуха. Воздух подают в одно из отверстий – клапан должен работать. Посмотреть это можно в верхней части через отверстие. Клапан засоряется по причине наличия в нем грязного воздуха. На гнезде или пластинке элемента образуются углеродистые отложения. Клапан заклинивает, и в результате готовится неправильная, а чаще слишком бедная смесь.

Датчик ДМРВ

Иногда необходимо проверить все, что можно. Стоит начать с диагностики датчиков. Как известно, одна из самых популярных проблем – это забитый или засоренный датчик расхода воздуха. Если на нем скопилось большое количество грязи, то это нередко приводит к медленному реагированию ЭБУ на расход воздуха и его смену. Дополнительно датчик может загрязняться испарениями горючего, которые проходят во впускном коллекторе. Кроме того, налет может скапливаться через корпус дроссельной заслонки, когда мотор не работает. На датчике откладывается слой из парафина, из-за которого в ЭБУ попадают неверные данные о пропорциях топливной смеси.

Неисправности во впускной системе

Для устранения проблемы обедненной смеси рекомендуется также провести диагностику дроссельной заслонки. Положение заслонки должно четко соответствовать положению педали акселератора. Если дроссельная заслонка автоматическая, важно обратить внимание на то, чтобы ее положение соответствовало температуре силового агрегата. На горячем двигателе она должна быть полностью открыта, на холодном – повернута на определенный угол. Если заслонка открыта, значит, система регулирования воздушной заслонки неисправна. На что еще грешат в случае, если в моторе образовывается бедная смесь? Причины – инжектор и поврежденные прокладки впускного коллектора. Чтобы устранить эту неисправность, рекомендуется подтянуть коллектор, а при необходимости и заменить прокладки.

Проблемы с ГРМ

Чтобы механизм газораспределения никак не влиял на обеднение топливной смеси, его необходимо проверять. А при необходимости – настраивать. При обследовании газораспределительного механизма особое внимание обращают на натяжной ролик и на ремень (его состояние и метки). Если привод цепной, тогда проверяют и цепь вместе с системой натяжителей.

Топливная система

Проверки топливной системы будут отнюдь не лишними. Здесь важно проверить производительность форсунок, но это можно выполнить лишь при наличии специального оборудования. Зачастую большинство неполадок форсунок связаны с некачественным бензином – тогда можно отделаться простой промывкой данных деталей.

Ложные ошибки

Случается, что система вместе с ошибками бедной смеси выдает и другие коды. Например, p0100 или же p0102. По ним сразу видно, что причина в датчике. Для решения проблемы необходимо выполнить очистку датчика. Для этих целей рекомендуется применить специальные средства для очистки электроприборов. Но лучше все-таки замена.

Коды обедненной смеси

Не стоит думать, что если появилась ошибка «бедная смесь», причины этого сообщают только один код. Например, P0171 – стандартный, однако для автомобилей марки «Форд» этот шифр сообщает о проблемах в первом цилиндре. В некоторых моделях от Honda может появиться ошибка P0172, которая сообщает о бедной смеси.

Ремонтировать как можно скорее

Следует помнить, что если двигатель длительное время эксплуатировался с такими проблемами, то это может существенно сократить его ресурс. Обедненная смесь может стать причиной преждевременного выхода из строя огромного количества различных узлов и агрегатов. В этом случае ремонт выйдет значительно дороже, чем если вовремя выполнить диагностику и устранить возникшую неисправность.

Пришлось лично столкнуться с такой проблемой, как обедненная смесь, выяснить все причины. Поэтому хочу рассказать по личному опыту, на что обращать внимание в первую очередь. Сегодня узнаем в начале, что вообще собой представляет обедненная смесь, как она влияет на двигатель. А также, узнаем, какими признаками и причинами она сопровождается.

Что это такое?

Для начала нужно понимать, в чем отличие между богатой и бедной смесью. Итак, все прекрасно понимают, что топливо состоит не только из «горючки», но и определенной доли воздуха. В зависимости от режима, типа работы ДВС и ещё массы факторов, смешивание перечисленных компонентов может производиться в разных пропорциях. Если взять средние порции, то это в пределах 1 кг. бензина на 14-15 кг. воздуха. То есть это средние показатели, при которых мотор работает стабильно.

Но, если, к примеру, уменьшить количество воздуха, скажем до 12 кг., то соответственно часть бензина возрастает. Но, при этом увеличивается мощность, расход топлива. Если сократить еще количество воздуха, то смесь становится обогащенной, то есть богатой.

В случае, когда количество воздуха возрастает, наблюдаем обратный эффект, когда топливная смесь становится обедненной. Соответственно уменьшается мощность, и при этом сокращается потребление топлива.

То есть, бедная смесь это когда:

Признаки обедненной смеси

Признаков на самом деле много, причем они могут даже напоминать проблемы связанные с другими узлами. Итак, можно выделить:

• Не стабильная работа на холостом ходу. Тут стоит также обратить внимание на регулятор холостого хода, возможно, забился и т.д.

• При попытке тронуться с места ДВС глохнет.

• При нажатии на педаль акселератора, нет реакции или она очень слабая.

• Мотор не тянет даже без нагрузки.

К примеру, если взять карбюраторные машины, то автомобиль не редко начинает «чихать», если смесь бедная. На инжекторах происходят хлопки, взрывы в выхлопной системе.

Кроме того, определить, какая смесь, нормальная, обедненная или наоборот богатая, поможет цвет свечей. Но, тут нюанс, определяется это только на инжекторных моторах. Например, если цвет свечей коричневатый, то ДВС в порядке. Но, если оттенок светлый, белый, свидетельствует о том, что в топливной смеси слишком много воздуха, значит смесь обедненная.

Если цвет свечей темный, но наоборот недостаток воздуха.

Но, точную причину сложно определить только по нагару. Кроме того, нагар может свидетельствовать о неправильно выставленном зажигании, это уже другой вопрос. Вообще среди автомобилистов уже давно замечена закономерность, если хлопки в выпускном коллекторе короткие и как бы одиночные, то это свидетельствует о богатой смеси. А вот, взрывы, хлопки протяженные, частые, то уже точно, смесь бедная. Если последнее, то машина и вовсе начнет глохнуть, дергаться, может вообще не завестись.

Причины и диагностика

При компьютерной проверке автомобиля, сканер зачастую фиксирует такую ошибку, как обедненная смесь, под кодом Р0171. Коды ошибок различных датчиков, тоже могут свидетельствовать о проблемах с топливообразованием. Итак, какие же причины поступления большего воздуха или малого количества топлива?

1. Датчик воздуха, он же ДМРВ.

В первую очередь обращать внимание нужно на всевозможные датчики. Наиболее чаще проблемы с бедной смесью появляются тогда, когда ДМРВ попросту засорен или «умер». К примеру, если он загрязненный, то «мозги» реагируют на показания с замедлением, отчего подается неверная «команда» на форсунки, на поставку воздуха в увеличенном объёме. На неисправности с ДМРВ, как правило, реагирует ЭБУ, если в течение определенного времени, была замечена поставка большего количества воздуха. К примеру, код ошибка на отечественных Lada — Р0103.

2. Проблемы с клапаном EGR.

Данный клапан отвечает за возвращение в цилиндр определенного количества отработанного газа. На клапан подаются сигналы от ЭБУ, который, в свою очередь получает и анализирует показания от датчика температуры «охлаждайки», давления масла, датчика дросселя, датчика температуры во впускном коллекторе и т.д. То, есть если какой-то из перечисленных выше датчиков, подает неправильные данные, ЭБУ это может растолковать неправильно и направить на клапан EGR, сигнал, по которому последний откроется на большее время и добавит отработанных газов, больше чем нужно. Но, зачастую причина банальней, клапан сломан, засорен, отчего и работает не правильно. Код ошибки РО404.

3. Проблемы с впускной системой, неисправности датчика положения дроссельной заслонки (ДПДЗ).

Проведите диагностику дроссельной заслонки, возможно, она загрязнена или работает не правильно. Помните, что положение заслонки должно отвечать температуре мотора (если заслонка автоматическая) либо положению педали газа. На горячем ДВС заслонка должна быть открыта, на холодном повернутой под определенным углом, зависит от модели машины. Соответственно, если заслонка работает не правильно, значит и воздушная заслонка формирует неверное количество воздуха. Проверьте ДПДЗ, код ошибки — Р2135.

4. Датчик абсолютного давления (ДАД) во впускном коллекторе. Он отвечает за определение плотности воздуха и формирование топливной смеси. Если на ЭБУ подаются неверные значения, то соответственно смесь может быть, как бедной, так и богатой. Коды в зависимости от машины отличаются, Р0107, Р0108, Р0106 и т. д.

5. Регулятор холостого хода. Не редко воздух подсасывается в местах установки ДХХ, если не герметичное соединение, загрязненный датчик и тому подобное. Выход, проверить герметичная ли посадка, прочистить РХХ, по необходимости заменить. При сканировании могут появляться такие коды ошибки — Р1509, Р1513, Р1514 и т.д., относящиеся к этому датчику.

6. Проблемы с ГРМ. Обратите внимание, как выставлены метки, в каком состоянии ролики и т. д. Проверьте в целом систему натяжителей.

7. Датчик кислорода он же лямбда-зонд. Сбои в работе данного датчика зачастую и становятся причиной появления бедной смеси. Прогоревший катализатор, так же и фиксируется сканером, как бедная смесь катализатор. Проверьте и его, диагностика выдает, как правило, коды — Р0135, Р0134, Р0136, РО133.

8. Проверьте работоспособность топливного насоса, может он качает не достаточное количество топлива. Заодно проверьте регулятор давления в рампе на герметичность. Не лишним будет проверить топливные фильтры.

9. Почистите форсунки, не редко из-за некачественного топлива они просто загрязняются, отчего подается обедненная смесь.

10. Отдельное внимание уделите проверке карбюратора, если тип ДВС таковой. Проверьте, правильно ли выставлен «поплавок», не загрязнены ли жиклеры, игла и т.д. Проверьте на герметичность соединения впускного топливопровода к карбюратору, топливный насос, воздушный клапан, фильтр и т.д.

Заключение

В итоге, хотелось бы подчеркнуть основное, что узнать точную причину появления бедной смеси, поможет компьютерная диагностика, если визуально все проблемы были исправлены. Нужно понимать, что на современных автомобилях, практически любая неисправность фиксируется в виде кода ошибки. Поэтому сканирование специальным оборудованием, позволяет точно установить причину неполадки и не привести к более серьезным неисправностям.

Бедная смесь: что это значит и почему это плохо?

Для правильного сгорания топливовоздушной смеси, состоящей из топлива и воздуха, необходимо соблюдение пропорции. Идеальной или стехиометрической называют пропорцию, где на одну часть бензина приходится 14.7 частей воздуха (1:14.7).

Любое отклонение в ту или другую сторону будет восприниматься двигателем как «бедная» или «богатая» топливовоздушная смесь (ТВС). Если количество воздуха снизится до 12- 13 ч., смесь будет обогащена бензином и станет мощностной. Она быстрее будет гореть, создавая большую мощность, а также температуру. Это неминуемо приведет к увеличению расхода топлива примерно на 15-20%. От 13 до 15 ч. воздуха — обогащенная смесь, менее 13 — богатая. Обогащение не может длиться до бесконечности и уже на отметке 5-6 частей воздуха на 1 часть топлива, начнутся проблемы с воспламенением такой ТВС. В конце концов двигатель, скорее всего, заглохнет, ошибка: Р0172 — богатая топливовоздушная смесь.

Что такое бедная смесь?

Бедной, как вы уже догадались, будет смесь, которая перенасыщена воздухом 15-17 ч. на 1 ч. топлива. В таком случае будет наблюдаться серьезная экономия горючего, правда падение мощности будет таким же ощутимым. Ухудшится разгонная динамика, а мощность в целом упадет примерно на 8-10%. При увеличении количества воздуха до 17 частей на одну часть топлива смесь становится «бедной». При соотношении 1:21 ТВС не сможет воспламениться, мотор заглохнет. Как вы понимаете сильный перебор в ту или другую сторону приводит к полной остановке двигателя, ошибка: Р0171 — бедная ТВС;

Распространенные признаки бедной смеси:

• Перегрев мотора;
• Ухудшение динамики;
• Детонация, возможны хлопки, удары, стуки;
• Вялый разгон, плохая тяга;
• Свечи имеют светло-серый нагар.

Нагар светлого цвета возникает в результате высоких температур, которые возникают при сгорании бедной ТВС. За счет большого количества воздуха горение проходит с большей интенсивностью и при высоких температурах. Причем проблемы со свечами — далеко не самое страшное, что может вас ожидать. Намного страшнее и серьезнее — перегрев силового агрегата, а также его последствия (прогар прокладок, клапанов и поршней).

Вторая проблема, вытекающая отсюда — загрязнение ОС и перегрев всей выпускной системы.

Почему происходит обеднение?

Как правило, смесь обедняется в результате перебоев в работе топливной системы: насос неисправен, проблемы с форсунками, забит топливный фильтр, топливо не может быт доставлено из-за проблем с магистралями.

Для чего ТВС искусственно обедняют?

Необходимость обеднения смеси может возникать по двум причинам: экономия топлива и снижение токсичности выхлопа. Существуют режимы работы двигателя, когда двигатель не нуждается в большом количестве топлива или мощности, например, работа на холостых или движение на небольшой скорости без нагрузки. Для этого смесь может искусственно обедняться путем регулировки подачи воздуха и топлива. Также существуют технологии, позволяющие открывать только один впускной клапан или путем изменения фаз открытия и закрытия, образуя дополнительное сопротивление на выпуске.

Что такое «бедная смесь»? Почему ТВС становится бедной и кто в этом виноват? |

Для многих автомобилистов тот факт, что ТВС (топливно-воздушная смесь) состоит из четко обусловленных пропорций воздуха и топлива, будет настоящим открытием. Есть также и те, кто вообще не понимает как устроен ДВС или о том, что для правильного сгорания топлива в цилиндрах необходим воздух.

Точнее не просто воздух, а конкретное его количество. Нарушение пропорций ведет к возникновению двух эффектов, которые очень часто нарушают работу двигателя и доставляют немало хлопот автомобилистам. Под двумя эффектами подразумевается: бедная и богатая ТВС. В первом случае соотношение порции топлива к порции воздуха будет меньше, нежели необходимо для правильной работы мотора. Во втором случае наоборот — топлива будет больше, чем воздуха.

Идеальной пропорцией топливной смеси принято считать 14,7 частей воздуха к 1-й части бензина. То есть, для того, чтобы сгорел 1 кг бензина потребуется 14,7 кг воздуха. За точность смешивания или, проще говоря, дозировку отвечает либо карбюратор, либо инжектор. Кроме того, в автомобилях с ЭБУ (электронный блок управления) ТВС составляется динамически, то есть исходя из тех или иных условий и отвечают за это «мозги». Используя массу датчиков, и руководствуясь определенными алгоритмами, блок управления может либо «обеднить», либо «обогатить» топливную смесь.

Если же состав смеси обедняется или обогащается самостоятельно, ввиду той или иной неисправности, ЭБУ расценивает это как поломку и выдает ошибку, чаще всего это либо Р0171, либо Р0172 — бедная ТВС. Однако проблемы со смесеобразованием, как правило, удается обнаружить и без считывания кода ошибки. Это проявляется в виде увеличенного расхода топлива (если смесь богатая), либо в виде ухудшения динамики и нестабильной работы мотора. Также несоответствие ТВС обнаружит кислородный датчик, который следит за качеством выхлопа, а также его нейтрализацией. Если топливная смесь будет слишком богатой, то и выхлоп будет содержать больше вредного CO2, катализатор не сможет «дожечь» остатки, в результате лямбда-зонд, он же кислородный датчик, обнаружит это и сообщит в ЭБУ, который в свою очередь запишет ошибку и, скорее всего, выдаст на панель всем нам знакомую надпись «Check Engine».

Бедная смесь кроме ухудшения тяги может проявляться в виде характерного налета на свечах зажигания, белый или слегка сероватый нагар на свечах свидетельствует о том, что ТВС бедная. Более подробно о том, как диагностировать неисправность по нагару на свечах читайте здесь. Если долго не обращать внимание на обедненную смесь, то со временем на свечах могут оплавиться электроды.

Но оплавление свечей далеко не самое плохое, что может произойти от бедной смеси и повышенных температур. Перегрев двигателя, а также прогар клапанов и поршней — вот чего по-настоящему стоит опасаться. Температура сгорания ТВС повышается в результате большого содержания кислорода, для которого необходим более высокий температурный режим.

Также нередко из-за обедненной смеси возникает детонация двигателя, слышны хлопки, а также удары в резонатор. В большинстве случаев все эти явления не мешают двигателю работать, хоть и нестабильно. При более серьезном обеднении топливной смеси мотор перестанет работать, а при попытке его завести у вас ничего не выйдет. Дело в том, что всему есть предел и, если в цилиндр будет поступать сплошной воздух с запахом бензина, гореть такая ТВС не будет.

Бедная смесь причины

1. Самое первое, что необходимо проверить — форсунки. Если одна из них не будет работать должным образом или будет забита — мотор будет «колбасить». Промывка или прочистка форсунки позволит исправить ситуацию.
2. Подсос воздуха, разгерметизация. Если в каком-то из шлангов есть негерметичность или неплотное соединение, будет происходить подсос воздуха, в результате смесь обеднеет со всеми вытекающими.
3. Неисправен топливный насос. Бензонасос, который постепенно выходит из строя и работает некорректно, может стать причиной бедной смеси. Подача топлива будет происходить с перебоями, в итоге в камере сгорания будет больше воздуха нежели топлива, проще говоря — бедная ТВС.

Любая неисправность, какой бы сложной или простой она не была, требует внимания и немедленного ремонта, в противном случае вместо неисправной форсунки или топливного получите прогар клапанов или вовсе «попадете» на капремонт. У меня все, берегите себя и свою машину, следите за ее состоянием и прислушивайтесь к ее мотору, и она обязательно отблагодарит вас за это! Всем спасибо за внимание, до новых встреч на АвтоПульсаре.

Почему бедная смесь на инжекторе: причины и следствия

Бедная смесь причины инжектор

Современная инжекторная система является самой популярной в автомобилях. Практически не осталось машин с карбюраторами, всё перешло на электронное или электронно-механическое управление. Однако это не исключило недостатков, и проблем не убавилось. Сегодня мы узнаем, почему на инжекторе возникает бедная топливная смесь.

Симптомы обеднённой ТВС

Смесь или ТВС – это определённое количество бензина и воздуха. Обеднённая смесь означает, что в ТВС меньше горючего, чем нужно. Бывает и обогащённая смесь, когда топлива уже значительно больше.

О наличии бедной ТВС можно узнать по характерным признакам:

• появление пропусков зажигания;
• задержка реагирования двигателя при ускорении и резком нажатии на педаль акселератора;
• троение двигателя;
• автоматическая остановка ДВС в режиме холостого хода;
• дёргания во время манёвра или разгона;
• изменение звука мотора при запуске;
• нестабильное функционирование мотора в целом.

Таблица по смесям топлива

Как видим, по одним лишь признакам работы двигателя можно определить наличие обеднённой ТВС.

Норма смеси

Норма – понятие важное. Сегодня она может отличаться в зависимости от того, каков стандарт «Евро». Например, для автомобилей со стандартом «Евро-2» и выше, на моторы устанавливается особый датчик или лямбда-зонд. Благодаря ему осуществляется контроль качества производимой ТВС. По нормам на 1 часть горючего должно приходиться 14 частей воздуха. При минимальном отклонении от значений бортовой компьютер сразу же выдаёт ошибку, так как при поступлении в цилиндры бедной смеси, это грозит провалами и перегревом мотора. Очевидно, что обеднённая ТВС не может способствовать поспешности набора силовым агрегатом оборотов.

Требования к автомобильному бензину

Перегрев мотора не приведёт ни к чему хорошему. Через некоторое время автомобилист столкнётся со следующим:

• поршни, клапаны и кольца двигателя прогорят;
• мотор потеряет тягу;
• повысится расход тосола, масла и бензина.

Причины

Почему же происходит такое. Оказывается, причины бедной ТВС довольно просты, их надо искать в работе самой машины. Выявить их конкретно удастся с помощью тестирования. И наперво анализу подвергаются искрообразующие элементы – свечи. Если одна из них плохо работает, то возникновение бедной ТВС – разумеется априори.

Система впрыска

Главной причиной обеднения смеси называют ошибки, возникающие в системе впрыска. Как известно, здесь «рулят» форсунки, которые впрыскивают топливо в двигатель, контролируют приготовление ТВС. Со временем форсунки имеют свойство засоряться, и тогда нужна бывает промывка.

Неправильная работа форсунок – это всегда проблемы, и одна из них – создание обеднённой смеси. Горючее впрыскивается, но в очень малом количестве, так как одна или несколько из форсунок забиты, засорены.

Одной из причин засорения форсунок является несвоевременная замена фильтров. Они пропускают посторонние частички, сор, который оседает в отверстиях форсунок.

Система впрыска инжектор

Важно также следить за состоянием топливного резервуара. Со временем внутри него тоже оседает немало отложений, и поступающее топливо постепенно начинает всё больше загрязняться, что забивает фильтры и форсунки.

Система впрыска помимо форсунок включает также различные датчики, контролирующие угол открытия воздушного клапана. Такие регуляторы, которые передают неправильную информацию, нужно заменять.

К распространённым причинам возникновения обеднённой смеси относят в свой черёд неверное функционирование топливной системы. Обычно, это бывает связано с:

• потреблением низкокачественного бензина, заливаемого на российских АЗС;
• засорением топливных элементов автомобиля.

Фильтры и завоздушивание

Последнее больше всего касается топливных фильтров. Как известно, на современных авто их бывает два: сетка грубой очистки и ФТО (тонкая очистка). Оба фильтра крайне важны, засорение одного из них приводит к сложностям в работе всей машины. Поэтому так важно своевременно менять фильтры, следить за их состоянием. Сетка грубой очистки расположена внутри погружного топливного насоса, а ФТО – установлен отдельно, как правило, под порогом авто.

ФТО или фильтр тонкой очистки топлива

Возможно также, что в системе инжектора возникло завоздушивание. Воздух подсасывается из топливных шлангов или из других мест, что в итоге приводит к его увеличению в процентном отношении. Определённое количество воздуха попадает в смесь, обедняет её. Поэтому так важно следить за герметизацией.

На некоторых автомобилях со временем может потрескаться впускной коллектор. Если его не заменить, воздух начнёт проникать в больших количествах. Ещё одно распространённое место подсоса – датчик ХХ. Нужно заменить его вместе с порвавшимся уплотнительным кольцом.

Что делать

Если обнаружена та или иная ошибка, её можно устранить своими руками или обратившись к специалистам. Почему это нужно сделать, написано подробно выше. Очевидно, что лучше будет отогнать автомобиль на СТО, где опытные мастера проверят и остальные неисправности, проконтролируют и настроят все элементы автомобильной системы, согласно нормам.

Самостоятельная наладка

Опытные автомобилисты и сами умеют регулировать угол положения дросселя. С помощью грамотной настройки удастся отрегулировать расход горючего и привести смешивание ТВС к норме.

Регулировка дроссельной заслонки

Таким образом, самостоятельная наладка инжектора при возникновении проблем с топливной смесью сводится к следующим действиям.

1. Проверить соединительные штекеры, на которых могут появиться отложения грязи.
2. Осмотреть подводящие трубки на предмет пропуска воздуха.
3. Проверить работу форсунок, промыть их, если процедура давно не проводилась.
4. Проверить искрообразующие элементы. Если одна из свечей чересчур светлая, то это явный признак избытка воздуха.
5. Протестировать катушки зажигания.
6. Проверить выхлоп, по которому можно легко судить о наличии бедной смеси. Так, при обеднённой смеси глушитель имеет свойство издавать автоматную очередь.
7. Проверить работу топливного насоса, который имеет свойство со временем умирать. Бывает и так, что он работает вполсилы, и его всё равно приходится менять.

И напоследок. Помните, что если инжектор оснащён механическим впрыском, то причина может скрываться ещё и в РДТ. Этот датчик, который установлен на топливной рампе для слежения и контролирования количества топлива.

Если заботиться о своём автомобиле, своевременно проводить ТО, ставить оригинальные запчасти, проблемы можно свести к минимуму.

Ошибка P0171 Мерседес- cлишком бедная смесь

3 814

Что означает код P0171

Код ошибки P0171 означает, что топливная система первой головы (bank 1 ) автомобиля Мерседес плохо работает или на этой стороне двигателя имеется потеря герметичности впускного тракта. Происходит обеднение топливной смеси — двигатель получает слишком мало топлива и много воздуха.

Каковы причины кода P0171?

Причинами ошибки P0171 могут быть:

• Неисправный регулятор давления топлива автомобиля Mercedes
• Топливный насос не создает нужного давления
• Забитый топливный фильтр автомобиля Mercedes
• Неисправный блок управления двигателем
• Подсос воздуха
• Неисправный инжектор(ы)
• Неисправный кислородный датчик автомобиля Mercedes
• Неисправный датчик массового расхода воздуха

Каковы симптомы кода P0171?

• Потеря мощности
• Горит индикатор «Check Engine»
• Не ровная работа двигателя автомобиля Mercedes. Плавают обороты
• Двигатель с трудом заводится
• Двигатель не заводится

Если эта ошибка в течении длительного времени не устраняется и автомобиль Мерседес эксплуатируется на обедненной топливно-воздушной смеси это приведет к повреждению каталитического нейтрализатора (катализатора).

Как диагностируется ошибка P0171?

Предполагая, что никаких других кодов неисправностей не существует, можно  диагностировать код P0171, проверяя двигатель на наличие утечек вакуума с помощью вакуумметра и проверив давление в топливной системе с помощью манометра.

Вероятнее всего причина ошибки будет найдена во время этих двух тестов. Если причина находится не в топливной системе и не в лишнем воздухе, то на следующем шаге нужно проверить MAF-сенсор автомобиля  Mercedes (датчик массового расхода воздуха) и датчики кислорода (лямбда-зонд).

Если все эти тесты были выполнены, и никаких проблем не найдено, то вероятнее всего неисправность находится в блоке управления двигателем Мерседес.

Если блок управления зафиксировал два кода DTC  — P0171 и  P0174, то очень вероятно, что проблема в лишнем воздухе, подсос воздуха во впускном тракте. Если нет подсоса нет, то  следующий этап  — замена воздушного фильтра и очистка расходомера. Если проблема остается, то возможно, потребуется заменить первый (передний) датчик кислорода.

Распространенные ошибки при диагностике кода ошибки P0171

Самая распространенная ошибка, которая может быть допущена при диагностике кода P0171 ошибка — отсутствие бюллетеней технического обслуживания для конкретной модели автомобиля. И хотя не каждая модель имеет TBS для этой ошибки, всегда разумнее это проверить и сэкономить время и усилия.

Насколько серьезен код P0171?

Ошибка P0171 является серьезной проблемой. Если в блоке управления двигателем хранится эта ошибка, то двигатель автомобиля не будет поддерживать правильное соотношение воздуха и топлива. Во время движения будет потеря мощности и повышенный расход топлива. Для того что бы автомобиль работал нормально, неисправность нужно устранить как можно скорее. Не правильная работа двигателя в течении длительного времени может привести к более серьезным неисправностям для устранения которых понадобится куда больше средств.

Что возможно потребуется ремонтировать для устранения ошибки Р0171 в автомобиле Mercedes?

• Замена топливного насоса
• Замена топливного фильтра
• Замена регулятора давления топлива Mercedes
• Замена блока управления двигателем
• Замена одной или нескольких форсунок
• Замена одного или нескольких датчиков кислорода MB
• Замена датчика массового расхода воздуха
• Ремонт подсоса воздуха

 

Как быстро определить на какой смеси работает двигатель.На бедной или на богатой. | Электроник

Смесь в цилиндре должна полностью сгорать при нахождении поршня в 15-20 градусах по углу поворота коленчатого вала после верхней мертвой точки. Что бы это было именно так состав смеси не должен выходить за определенный диапазон.

Двигатель гранты.

Двигатель гранты.

Скорость горения смеси зависит от ее состава.

Смесь полностью сгорает при соотношении 14,7 грамм воздуха к 1 грамму бензина. Это оптимальное сочетание воздух топливо, при сгорании которого в атмосферу выбрасывается минимальное количество вредных веществ. Но поддерживать его на всех режимах нельзя, так как двигатель будет не достаточно приемистым и не разовьет необходимой мощности.

Такой состав смеси поддерживается на режиме холостого хода и частичных нагрузках.

Бедная смесь.

Все что больше 14,7 к 1 (например, 17 к 1) считается обедненной и бедной смесью. Скорость горения на этом составе уменьшается, и смесь уже сгорает полностью не при 20 градусах, а при большем угле поворота коленчатого вала после верхней мертвой точки. Горение происходит на протяжении большего объема цилиндра, а значит, он сильнее нагревается. При сильном обеднении смесь может продолжать гореть и в тот момент, когда поршень уже находится в нижней мертвой точки, при этом двигатель будет перегреваться. Когда откроется впускной клапан и свежая топливо — воздушная смесь начнет поступать в цилиндр, то она воспламенится от еще не сгоревшей старой смеси. Пламя распространится по впускной системе и будет хлопок из воздушного фильтра.

Поэтому один из признаков работы двигателя на бедной смеси хлопки во впускной системе.

Богатая смесь.

Если состав смеси меньше 14,7 к 1 (например, 12,5 к 1) то это значит что смесь обогащенная. Максимальная скорость горения достигается при этом составе. Чем быстрее горит смесь, тем больше будет давление на поршень, а значит, двигатель сможет отдать свою максимальную мощность. Поэтому такое соотношение воздух топливо используется на переходном режиме и режиме максимальной мощности.

Но если смесь сильно обогащена, то скорость горения ее падает. Так же как и в случаи с бедной смесью она продолжает гореть в момент, когда поршень уже находится в нижней мертвой точке.

Но перегрева из-за сильно обогащенной смеси не происходит, потому что температура ее горения ниже, чем у бедной смеси.

Когда открывается выпускной клапан, отработанные газы вмести с не сгоревшим топливом, поступают в выпускную систему. Здесь топливо встречается с воздухом, и состав смеси нормализуется, в результате чего происходит его догорание при выходе из глушителя.

Поэтому при работе двигателя на сильно обогащенной смеси слышны хлопки из глушителя.

Как быстро определить.

Для того чтобы понять на какой смеси работает двигатель нужно создать заведомо бедную или заведомо богатую смесь. То есть, если двигатель работает на холостом ходу не устойчиво, то для того чтобы определить связана это с неисправностью в системе топливоподачи или нет нужно создать искусственно подсос воздуха (для определения пере обогащенной смеси) либо подать газ на впуск с газового балончика ( для определения бедной смеси). Если двигатель в этот момент начнет работать нормально, то значит нужно искать причину именно в системе питания.

Допустим, двигатель работает на бедной смеси, его трясет. В момент, когда мы подаем газ на впуск, он смешивается с воздухом и соотношение воздух топливо нормализуется. Двигатель начинает работать нормально, на время пока не сгорит газ, и смесь снова станет бедной.

Тоже с богатой смесью, когда мы создаем подсос, дополнительный воздух смешивается с топливом, состав нормализуется, и работа двигателя стабилизируется.

признаков того, что ваш двигатель работает на обедненной смеси

Автор: Jay P, пятница, 24 февраля 2017 г.

Ваш двигатель работает на обедненной смеси, если ваша топливно-воздушная смесь слишком легкая — это означает, что топливо в вашей камере зажигания воспламеняется из-за слишком большого количества воздуха или слишком малого количества топлива. Поскольку ваш двигатель работает на меньшем количестве топлива, чем должен, он работает на обедненной смеси.

обедненный двигатель всегда является признаком другой проблемы — это может быть загрязненный датчик массового расхода воздуха, поврежденный датчик кислорода или поврежденные топливные форсунки. Какой бы ни была проблема, определение того, что ваш двигатель работает на обедненной смеси, важно для поддержания здоровья вашего автомобиля.

1: Плохая работа

У вашего автомобиля будет меньше мощности, чем было раньше. Например, это может проявляться в медленном ускорении при определенных оборотах или в общем недостатке мощности вашего автомобиля. Это результат того, что в камере зажигания меньше топлива, чем ожидает компьютер автомобиля, а мощность, вырабатываемая двигателем, будет ниже, чем обычно. Если ваша машина движется очень наклонно, иногда при замедлении вы можете даже столкнуться с огнем или треском.

2: Автомобиль не заводится

У вас могут быть проблемы с запуском автомобиля, или ваш двигатель может не вращаться. Это связано с тем, что вашего первоначального зажигания может быть недостаточно для поддержания сгорания, или ваш двигатель может не иметь достаточной мощности, чтобы заставить коленчатый вал вращаться, что приводит к его застреванию.

3: Свечи зажигания чистые или белые

Распространенным признаком того, что автомобиль работает обедненным, является то, что свечи зажигания чистые или становятся белыми. Свечи зажигания обычно коричневого или серого цвета, что связано с нормальным зажиганием.Однако ваши свечи зажигания станут либо слишком чистыми (о чем свидетельствует отсутствие нормального цвета), либо белыми, когда ваш двигатель работает на значительно обедненной смеси.

Скудный бег может быть индикатором множества серьезных проблем в вашей машине, и определить, что может быть основной причиной, непросто. Если вы испытываете вышеперечисленные симптомы, обратитесь к лицензированному механику для диагностики вашего автомобиля. Fiix может проводить проверки экономичного двигателя у вас дома или на работе, часто на 30% дешевле, чем в магазине.Забронируйте онлайн на fiix.io или позвоните по телефону 647-361-4449 сегодня!

В чем разница между обедненной и богатой топливной смесью?

Частью ухода за автомобилем является обеспечение правильной топливно-воздушной смеси. В двигателе есть несколько датчиков, которые помогут вам в этом, и если что-то пойдет не так, вы не только заметите проблемы с производительностью двигателя, но и, вероятно, получите предупреждение о проверке двигателя на приборной панели вашего автомобиля. Ideal Automotive может проверить вашу топливно-воздушную смесь и исправить ее, если она слишком бедная или слишком богатая.Что это обозначает? Давайте поговорим о смеси воздуха и бензина в вашей машине, о том, что она делает и как на нее можно повлиять.

Автомобильные двигатели 101

Бензиновые двигатели используют сгорание для выработки энергии. Они делают это, воспламеняя воздух и топливо в камере сгорания, чтобы создать тепло и давление. Затем газы сгорания расширяются и толкают поршни, которые находятся в цилиндрах, вверх и вниз, чтобы поворачивать коленчатый вал. Коленчатый вал вращает колеса, и именно так движется ваш автомобиль.Смесь воздуха и топлива может повлиять на нагревание и давление, и если эта смесь не получится, вы не сможете завести свой автомобиль.

Обедненная смесь

Бедная топливная смесь означает, что в ней больше воздуха, чем бензина. Это может произойти при неисправности датчика массового расхода воздуха (MAF) или датчика кислорода. Эти датчики предназначены для измерения воздуха в вашем двигателе, в том числе в топливно-воздушной смеси. Вы также можете получить обедненную смесь, если топливный насос или топливные форсунки забиты.Бедная топливная смесь приведет к нехватке бензина в двигателе вашего автомобиля, и в результате этого будет недостаточно. Он будет шипеть, может заглохнуть, съесть бензин, чтобы чрезмерно компенсировать потерю мощности, и даже может дать ответный удар или издать хлопающие звуки из выхлопной трубы.

Богатая смесь

Вы, наверное, уже догадались, но богатая смесь — это такая смесь, в которой слишком много бензина. Это может быть вызвано неисправным топливным насосом, выпускающим слишком много бензина в двигатель, проблемой с регулировкой вашего карбюратора, негерметичными топливными форсунками или форсунками, застрявшими в открытом положении, неисправным датчиком массового расхода воздуха или кислородом, неисправным блоком управления двигателем и забит воздушный фильтр.Симптомы богатой бензиновой смеси включают в себя предупреждение светового индикатора двигателя, которое мы обсуждали выше, запах бензина, низкая экономия топлива, помпаж двигателя или двигатель, который заливает воздух, сбой при проверке выбросов и нагар на свечах зажигания.

Позвоните в авторемонтную мастерскую Ideal Automotive в Блейне, штат Миннесота, если вам кажется, что в вашем автомобиле отсутствует топливовоздушная смесь. Мы будем рады изучить и исправить любые обнаруженные проблемы.

Вот почему бедные двигатели не нагреваются.

О работе двигателей внутреннего сгорания связано множество мифов.Во-первых, двигатель, работающий на обедненной смеси, что означает, что в цилиндры поступает слишком много воздуха, имеет тенденцию к перегреву. Джейсон Фенске из Engineering Explained опровергает этот миф в этом видео.

Идеальное соотношение бензина и воздуха для сгорания составляет 14,7: 1, что означает 14,7 частей воздуха на одну часть газа по массе. Бедная смесь содержит больше воздуха, чем реально может быть использовано для сжигания. Противоположностью обедненной смеси является богатая пропорция, в которой меньше 14,7 частей воздуха и, следовательно, слишком много топлива.

Температура на самом деле имеет тенденцию к пику с этим идеальным соотношением, снижаясь как когда двигатель работает на обедненной смеси, так и когда он работает на богатой смеси, сказал Фенске.

Высокие температуры также соответствуют высокому уровню выбросов оксидов азота (NOx), одного из основных загрязнителей, создаваемых двигателями внутреннего сгорания, — отметил Фенксе. По его словам, химическая реакция, приводящая к образованию NOx, происходит при высоких температурах.

Почему при работе на обедненной или богатой смеси температура падает? Из-за остатков.Избыток топлива в богатой смеси переходит из жидкости в газ, охлаждая цилиндр. Избыточный воздух бедной смеси не сгорит при сгорании, поэтому его присутствие снижает температуру цилиндра. «Это основной принцип, лежащий в основе систем рециркуляции выхлопных газов, которые некоторые автопроизводители используют для снижения выбросов NOx», — отметил Фенксе.

Так откуда же появился миф о том, что обедненные двигатели работают горячими? Фенске считает, что люди могут путать двигатели, которые работают на «менее богатой» смеси, с двигателями, которые действительно работают на обедненной смеси.

По словам Фенксе, при настройке на мощность двигатели обычно настраиваются на богатую работу. Опять же, «богатый» — это что-либо с соотношением воздух: топливо менее 14,7: 1. По мере того, как смесь приближается к этому идеальному соотношению, температура имеет тенденцию повышаться, а также вероятность детонации. По словам Фенске, причиной путаницы может быть более высокий риск детонации, близкий к идеальному, по сравнению с более богатыми смесями, которые находятся дальше от этого соотношения. Как правило, чем ближе смесь к 14,7: 1, тем выше температура сгорания.

Разница между обедненной и богатой топливной смесью

6 мая 2019 г. Автор: Мадху

Ключевое различие между бедной и богатой топливной смесью заключается в том, что в мы используем бедную смесь для максимальной эффективности, в то время как мы используем богатую смесь для максимальной мощности в двигателе.

Мы используем термины бедные и богатые топливные смеси для описания процессов сгорания в двигателях и промышленных печах. Прежде чем анализировать разницу между обедненной и богатой топливной смесью, важно узнать больше о соотношении воздух-топливо.Соотношение воздух-топливо является параметром для двигателей внутреннего сгорания и промышленных печей. Таким образом, это соотношение очень важно для определения эффективности двигателя или печи. Существует три основных типа топливовоздушных смесей: «бедные топливные смеси», «стехиометрические топливные смеси» и «богатые топливные смеси». Стехиометрическая топливная смесь — это воздушно-топливная смесь, которая содержит точное количество воздуха, необходимое для сжигания всего топлива в смеси. Между тем, бедная топливная смесь содержит больше воздуха, чем необходимое количество воздуха для полного сгорания топлива, тогда как богатая топливная смесь содержит меньше воздуха, чем необходимое количество воздуха для полного сгорания топлива.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Обзор и основные отличия
2. Что такое смесь обедненного топлива
3. Что такое смесь богатого топлива
4. Сравнение бок о бок — смесь обедненного и богатого топлива в табличной форме
5. Резюме

Что такое обедненная топливная смесь?

Обедненная топливная смесь — это топливовоздушная смесь, в которой больше воздуха, чем требуется для полного сгорания топлива. Следовательно, в этой смеси есть избыток воздуха. Эти топливно-воздушные смеси более эффективны, но могут приводить к более высоким температурам.Эти температуры приводят к образованию оксидов азота.

Рисунок 1: Сравнение богатой и бедной смеси на диаграммах

Однако некоторые двигатели специально разработаны для этого типа топливовоздушных смесей, чтобы получить более высокий КПД. Мы можем назвать процесс сгорания в этих двигателях «обедненным сжиганием».

Что такое богатая топливная смесь?

Богатая топливная смесь — это топливовоздушная смесь, в которой меньше воздуха, чем требуется для полного сгорания топлива.Эти топливовоздушные смеси менее эффективны. Причина в том, что этим смесям не хватает воздуха, необходимого для полного сгорания топлива.

Рисунок 2: Сравнение выработки энергии обедненной и богатой топливными смесями

Однако богатая топливная смесь может производить очень большое количество энергии. Горение происходит при более низких температурах; таким образом, мы говорим, что он горит круче.

В чем разница между обедненной и богатой топливной смесью?

Обедненная топливная смесь — это топливовоздушная смесь, в которой больше воздуха, чем требуется для полного сгорания топлива.С другой стороны, богатая топливная смесь представляет собой тип топливовоздушной смеси, в которой меньше воздуха, чем количество воздуха, необходимое для полного сгорания топлива. Итак, в этом принципиальное отличие бедной топливной смеси от богатой.

Кроме того, существенная разница между бедной и богатой топливной смесью состоит в том, что сгорание двигателей, использующих бедную топливную смесь, происходит при очень высокой температуре, в то время как сгорание происходит при низких температурах в богатых топливных смесях. Точно так же бедные топливные смеси производят более горячие дымовые газы по сравнению с богатыми топливными смесями.Более того, еще одно различие между бедной и богатой топливной смесью состоит в том, что бедные топливные смеси производят оксиды азота, тогда как богатые топливные смеси производят монооксид углерода.

Прежде всего, ключевое различие между обедненной и богатой топливной смесью состоит в том, что мы используем бедную смесь для максимальной эффективности, в то время как мы используем богатую смесь для максимальной мощности в двигателе.

Резюме — обедненная и богатая топливная смесь

Термины «обедненная» и «богатая» в топливных смесях относятся к воздушно-топливным смесям с большим или меньшим количеством воздуха по сравнению с топливом.Однако ключевое различие между обедненной и богатой топливной смесью заключается в том, что мы используем бедную смесь для максимальной эффективности, в то время как мы используем богатую смесь для максимальной мощности в двигателе. Эти топливовоздушные смеси используются в двигателях внутреннего сгорания и промышленных печах.

Артикул:

1. Джеймс Дж. Спейт, доктор философии, доктор наук, в Справочнике по промышленным углеводородным процессам, 2011.

Изображение предоставлено:

1. «Dosages- pauvres-stoechio-riches» Biologique — собственная работа (CC BY-SA 4.0) через Commons Wikimedia

Топливо-воздушная смесь — AOPA

Правильная наклона способствует повышению производительности двигателя и долговечности

Кен Гарднер

Правильная работа поршневого или поршневого авиационного двигателя требует значительно большего внимания и технических навыков, чем его автомобильный собрат.

Одной из таких областей технических навыков является правильный выбор и последующее регулирование топливно-воздушных смесей, обычно называемое обеднением или обогащением смеси.Процесс действительно следует назвать регулированием смеси, поскольку оператор может управлять как обедненным, так и богатым режимами. Распространенное заблуждение, особенно среди пилотов-студентов, заключается в том, что для поршневых авиационных двигателей требуется регулирование состава смеси, а для автомобильных двигателей — нет. Это неверно, как может сказать вам тот, кто проехал на автомобиле по дороге к Пайкс-Пик.

Карбюраторы автомобильных и авиационных двигателей содержат устройства, которые автоматически изменяют соотношение компонентов смеси. Однако эти устройства работают в зависимости от диапазонов мощности и не чувствительны к изменениям плотности воздуха.Большинство автомобилей никогда не добираются до Пайкс-Пик, а те, которые базируются в высокогорных районах, обычно требуют замены жиклеров карбюратора для удовлетворительной работы. В свете повседневных условий эксплуатации регулирование смеси было бы неприятностью в серийном автомобиле.

Хотя многие легкие самолеты, такие как Piper J-3 Cub, Taylorcraft B-12 и т. Д., Работали достаточно хорошо без регуляторов смеси, они могли бы обеспечить и будут обеспечивать более удовлетворительную работу, если бы они были оснащены ими.Такое устройство наиболее желательно, особенно на уровнях, превышающих высоту плотности 5000 футов.

Все двигатели внутреннего сгорания воздушные; следовательно, они весьма чувствительны к любым изменениям давления и качества воздуха, которым они дышат. Ни поршневые, ни газотурбинные двигатели не «всасывают» вытесняемый ими воздух; скорее, воздух нагнетается в двигатель атмосферным давлением. То же самое можно сказать и о нагнетателе, который просто смещает свой объем с гораздо большей скоростью и подает воздух в двигатель с давлением выше атмосферного до заданного перепада.

Поскольку атмосферное давление уменьшается с высотой, точно так же будет сила, доступная для проталкивания воздуха в двигатель. Снижение атмосферного давления также приводит к расширению воздуха, в результате чего он становится менее плотным, поэтому воздух, попадающий в двигатель, содержит меньше кислорода из-за расширения.

В таких условиях выходная мощность безнаддувного двигателя (дышащего исключительно атмосферным давлением) будет пропорциональна атмосферному давлению на любой заданной высоте.Снижение плотности воздуха может еще больше усугубить потерю мощности, если поток топлива не уменьшается, чтобы соответствовать меньшему количеству кислорода, связанному с менее плотным воздухом.

Газотурбинный двигатель оборудован барометрическим регулятором подачи топлива, который определяет эти изменения и автоматически регулирует расход топлива в соответствии с требованиями. Хотя устройство аналогичного типа (автоматический контроль смеси или AMC) используется на некоторых поршневых двигателях, большинство из них не имеют их. Следовательно, регулирование состава смеси становится необходимым на эшелонах полета выше 5000 футов высоты по плотности (DA) для удовлетворительной работы двигателя.Обратите внимание, мы не упомянули экономию топлива, и не зря. Экономия топлива является вторичной, а не основной причиной регулирования смеси.

Несомненно, вы много слышали об идеальной смеси. Такие названия, как стехиометрический и химически правильный, используются для улучшения описания идеальной смеси, к которой должен стремиться каждый хороший пилот. (Также не существует единственной идеальной смеси для поршневого авиационного двигателя или штатного автомобильного двигателя.) Стехиометрическая смесь — это смесь, имеющая такое соотношение топлива и кислорода, которое приведет к отсутствию обоих по завершении сгорания — отсутствие топлива или кислорода. остаются в отработанных газах.Однако такая смесь не подходит для всех режимов работы двигателя и более совершенна по определению, чем по применению. Химически правильный вариант еще более сбивает с толку.

При полной взлетной мощности двигателю самолета требуется полная богатая смесь. Термин «полностью обогащенный» в этом конкретном приложении описывает смесь, максимально обогащенную без существенной потери мощности. Такая смесь действительно приводит к потере некоторой мощности; однако потери незначительны, а добавленный поток топлива значительно способствует внутреннему охлаждению двигателя в то время, когда двигатель нуждается в этом больше всего.Таким образом, компромисс между мощностью и охлаждением является хорошим.

Такая смесь действительно была бы «идеальной смесью» для этих требований. Только что описанные условия взлетной смеси возникают при полностью открытой дроссельной заслонке, при полностью богатой смеси и при окружающих условиях на уровне моря. Та же самая взлетная смесь была бы слишком богатой и практически невыносимой в Денвере при температуре 90 градусов по Фаренгейту.

С другой стороны, взлет на полной мощности из Атлантик-Сити на уровне моря в день с температурой 0 градусов по Фаренгейту был бы признаком скудности даже при полностью богатой системе контроля смеси.В этих условиях из-за плотности воздуха ниже уровня моря двигатель фактически развивал бы большую, чем обычно, полную номинальную мощность.

Соотношения смесей определенно влияют на характеристики горения. Хотя вам не обязательно знать фактические пропорции соотношения компонентов смеси, например, 8: 1, вы должны быть знакомы с эффектами с точки зрения поведения двигателя. Соотношения смесей варьируются от богатого от 6 до 1 до бедного от 18 до 1 в зависимости от конструкции камеры сгорания и условий эксплуатации.

Большинство пилотов широко распространено мнение, что бедные смеси горят сильнее, чем богатые, и поэтому производят наибольшую мощность. Это убеждение вводит в заблуждение и редко, если вообще когда-либо, является правильным. В идеальных условиях стехиометрическая смесь дает самое горячее пламя. Однако это не обязательно относится к смеси с наибольшей мощностью. Количество смеси, вводимой в цилиндр, больше зависит от выходной мощности, чем незначительные различия в соотношении.

Расширяющиеся свойства смеси, подаваемой в цилиндр, играют важную роль в развитии мощности.Например, увеличение проектной степени сжатия приведет к значительному увеличению мощности, но с меньшим повышением температуры сгорания. Фактически, температура выхлопных газов в двигателях с более высокой степенью сжатия фактически ниже, потому что большее количество тепла, выделяемого при сгорании, преобразуется в работу. Таким образом, если расширительные силы немного более богатой смеси приводят к увеличению выходной мощности, то температура сгорания не является единственным существенным фактором.

Более того, бедная смесь 16: 1 не будет гореть так же горячо, как богатая смесь 8: 1.И бедная, и богатая смеси дают температуру пламени ниже стехиометрической. Бедная смесь горит медленнее, чем нормальная или богатая смесь, и при этом двигатель дольше подвергается действию температуры сгорания. Именно этот фактор больше, чем любой другой, заставляет двигатель работать более горячим на обедненных смесях.

Теперь давайте применим эти факты к некоторым реальным ситуациям с использованием Cessna 182 Skylane. Все взлеты на высоту до 5000 футов DA должны производиться на полном газу с полностью богатой смесью. Нашим первым примером будет взлет в Канзас-Сити.DA находится примерно на уровне моря. Мы набираем высоту 400 футов над взлетно-посадочной полосой и снижаем мощность до 75 процентов для набора высоты. Достигнув 5000 футов DA, ​​мы покидаем высоту, где полная богатая смесь была необходима для взлета и набора высоты.

Поскольку все карбюраторы не совсем одинаковы по своим характеристикам дозирования, мы проверим смесь на этом этапе. Осторожно ослабьте регулировку смеси из полного богатого положения в бедное. Если двигатель стал немного более плавным, это означает, что смесь была слишком богатой.Верните регулятор смеси в режим полного обогащения и повторите процедуру. Прекратите наклоняться в точке, где произошло увеличение плавности работы.

Если, с другой стороны, такого увеличения плавности работы не произошло и двигатель действительно стал шероховатым из-за продолжающейся обедненной смеси, верните смесь в полностью богатую и оставьте ее; он был достаточно худым.

Cessna 182 оснащена безнаддувным двигателем (NA), и, если иное не указано производителем двигателя, 75-процентный набор высоты на двигателе NA всегда должен осуществляться с богатой смесью для дополнительного охлаждения двигателя.Если смесь станет слишком богатой, двигатель начнет работать грубо. Во время набора высоты вам нужно наклоняться ровно настолько, чтобы поддерживать плавную работу и при этом оставаться в режиме обогащения.

Если бы у нашего самолета был винт фиксированного шага, такой как Cessna 172, вы бы использовали тот же метод, только вы могли бы наблюдать за тахометром и следить за увеличением оборотов двигателя. Если смесь слишком богатая, должно произойти небольшое увеличение (от 25 до 50) оборотов в минуту, а также более плавная работа. Отсутствие увеличения ни того, ни другого не будет указывать на уже удовлетворительное состояние в полностью обогащенном состоянии и будет причиной для возврата смеси в режим полного обогащения.Выполняйте такую ​​же проверку каждые 2000 футов подъема, каждый раз прекращая процедуру наклона в момент более плавной работы и / или небольшого увеличения оборотов. (У Cessna 182 пропеллер с постоянной скоростью вращения, поэтому не будет увеличения оборотов в минуту.)

После достижения крейсерской высоты выполните необходимые работы в кабине и дайте дрону набрать максимальную скорость для установленной вами мощности, прежде чем вы попытаетесь наклониться в крейсерском режиме. Это дает достаточно времени, чтобы температура двигателя снизилась после набора высоты, а пиковая скорость обеспечивает крейсерский набегающий воздух, на который вам следует наклониться.На данный момент вам доступны два варианта обедненных смесей. Если вы предпочитаете максимальную производительность, наклонитесь почти до шероховатости, а затем постепенно обогащайте смесь, обращая внимание на скорость полета. Максимальная указанная воздушная скорость (IAS) будет иметь место при максимальной мощности смеси. Сначала эта процедура потребует некоторой практики, но со временем вы научитесь в ней неплохо.

Второй вариант — максимальная экономичность и никогда не должен использоваться для крейсерской мощности выше 75 процентов — и никогда для мощности набора высоты.Постепенно откажитесь от богатой, пока двигатель не станет шероховатым. Теперь постепенно обогащайте ровно настолько, чтобы не было неровностей. Максимальная гладкость смеси достигается только при максимальной мощности. После того, как вы довели смесь до нужного уровня, никаких дальнейших изменений не требуется, если настройки мощности двигателя, высота над уровнем моря и окружающие условия остаются неизменными.

Между прочим, шероховатость, связанная с чрезмерно бедной или богатой смесью, является результатом пропусков зажигания в цилиндре. Из-за неравномерности распределения индукции один цилиндр почти всегда приводит к тому, что другие становятся слишком бедными или слишком богатыми, и будут давать пропуски зажигания, вызывая кратковременную неравномерность ритма двигателя, которую мы называем шероховатостью.Такая шероховатость не причиняет непосредственного вреда двигателю, если она не будет продолжаться какое-либо время. Часто пилот наклоняется для максимальной экономии, а затем вскоре после этого переводит регулятор смеси в более удобное положение, опасаясь оказаться слишком бедным.

Что на самом деле слишком худое? Следующие условия применимы к двигателям с прямым приводом без наддува и не обязательно к другим типам. Смесь, не превышающая нормальную полную, для взлета и набора высоты ниже 5000 футов DA будет слишком бедной.В этих рабочих режимах недостаточный расход топлива может вызвать детонацию и внутренний нагрев.

Набор высоты выше 5000 футов DA до крейсерского эшелона должен быть как можно более богатым и при этом обеспечивать плавную работу двигателя. Фактически, это та же смесь, что и при взлете и наборе высоты до 5000 футов DA, ​​только отрегулированная в более наклонное положение, чтобы компенсировать уменьшение плотности воздуха. Последствия неадекватного топлива в районах набора высоты выше 5000 футов DA такие же, как и на уровне моря до 5000 футов, только по мере уменьшения с увеличением высоты.

Чрезмерный наклон на крейсерской мощности, превышающей 75-процентную мощность, приведет к повреждению двигателя из-за перегрева клапанов и повлечет за собой возможность детонации. Вероятность повреждения из-за чрезмерного наклона быстро снижается по мере того, как крейсерская мощность снижается с 75 процентов. Например, вероятность повреждения двигателя из-за переобедненной смеси при 50-процентной мощности значительно меньше, если она вообще существует. Однако переобедненная смесь может засорить свечи зажигания и камеры сгорания из-за пропусков зажигания в цилиндрах.

Многие старые двигатели оснащены выпускными клапанами из нелегированной стали. При нормальной крейсерской мощности (примерно от 50 до 75 процентов) выпускной клапан будет раскаленным в течение периода, когда он открыт и подвергается воздействию горячих газов, выходящих из цилиндра. Если смесь достаточно бедная, чтобы создать окислительную атмосферу, выпускные клапаны обычно будут повреждены. (В бедных смесях всегда присутствует окислительная атмосфера.)

Коррозионно-стойкие клапаны из легированной стали, используемые почти во всех, если не во всех, современных двигателях, не слишком восприимчивы к воздействию окислительной атмосферы.Для этих чувствительных клапанов кислород, присутствующий в отработавших газах, имеет тенденцию соединяться со сталью клапана, когда он достигает накала. Это действие масштабирует внешнюю поверхность клапана и разрушает мелкозернистую поверхность седла клапана, в результате чего клапан начинает протекать. Как только клапан начинает протекать, его рабочая температура повышается еще больше, ослабляя его. Очень высокие температуры сгорания в конечном итоге вызовут образование канавки на лицевой стороне клапана, что потребует его немедленной замены — дорогостоящая цена за скудное количество топлива, которое можно было сэкономить.

Эти ситуации все еще случаются просто из-за неправильных процедур наклона. Если вы наклонитесь к неровности, а затем вернетесь к точке, где неровности уменьшатся, такое повреждение вряд ли произойдет, особенно когда крейсерская мощность снижается с максимума 75 процентов. Большинство повреждений при наклоне происходит из-за неправильного наклона выше 75% мощности, чаще всего во время набора высоты.

Другой метод проверки смеси крейсерских мощностей после наклона — переключение на одиночный магнето; при такой работе двигатель более критичен к обедненным смесям.Если двигатель демонстрирует лишь небольшую шероховатость и потерю мощности, смесь не является чрезмерно бедной. Необходимо соблюдать осторожность, чтобы не выключить магнето. Если вы случайно полностью выключите зажигание, оставьте его выключенным и переведите дроссельную заслонку в положение холостого хода. Затем включите оба магнето перед подачей питания, чтобы предотвратить обратный индукционный разряд и выхлопные газы.

Оба условия структурно опасны для задействованных систем. Проверка одиночной магнитосмеси ограничена двигателями с прямым приводом и NA, и никогда не должна выполняться на двигателях с редуктором или с механическим наддувом (наддувом).

Наклон при спуске — еще один важный этап регулирования смеси. Обогатите смесь, чтобы она соответствовала мощности во время спуска, и если ваша мощность ниже 50 процентов, наилучшим вариантом будет наиболее обедненная смесь, удовлетворительная для плавной работы двигателя. Не забывайте обогащать смесь перед увеличением мощности, когда вы выравниваетесь после спуска. Многие пилоты мастерски выполняют набор высоты и крейсерский крен, а затем доводят смесь до полного обогащения для снижения мощности с высоты — это действительно загрязняет свечи и камеры сгорания.Правильно наклоненный спуск значительно помогает поддерживать ваш двигатель и свечи в постоянной чистоте.

Для взлета с большой высоты (более 5000 футов DA) смесь должна быть обеднена так же, как это делается при наборе высоты, ровно настолько, чтобы избежать чрезмерной неровности и последующей потери мощности. Это может быть выполнено на взлетном крене или удерживанием летательного аппарата тормозами и наклоном при полном статическом разгоне.

Руление и наземные операции могут быть улучшены, а образование обрастания значительно уменьшено при посещении высокогорного аэропорта, если смесь предназначена для наземных операций.(Некоторые новейшие тренажеры, особенно с двигателями с впрыском топлива, почти всегда должны опираться на землю; обратитесь к руководству пилота.) Дайте двигателю поработать на 1700 об / мин, наклонитесь до неровностей, а затем обогатите двигатель ровно настолько, чтобы восстановить плавную работу — затем сбросьте газ до холостого хода. Двигатель должен работать на холостом ходу плавно; может потребоваться дальнейшее обеднение или обогащение для получения наилучших результатов. (Для запуска потребуется немного более богатое положение, особенно при более низких температурах.)

Приведенные здесь процедуры относятся к двигателям с прямым приводом, оборудованным карбюратором, без наддува.Двигатели с впрыском топлива и с турбонаддувом — еще одна игра. Правильная накачка важна для хорошей работы двигателя и окупается не только экономией топлива. Если вы уделите внимание необходимым деталям и правильно проведете регулировку смеси, вы станете богаче, а ваш двигатель будет работать дольше и лучше.

Энергии | Бесплатный полнотекстовый | Исследование продолжительности горения и выбросов NO в обедненной смеси с КПГ и бензином

3.1. Эффективность и выбросы

Чтобы добиться постоянного BMEP в различных смесях, дроссельная заслонка была открыта больше, чем при стехиометрических условиях, и количество топлива было немного уменьшено.По мере увеличения объемного КПД КПД (эффективный) улучшается. Помимо увеличения объемного КПД, в этом процессе уменьшились насосные потери. Когда λ = 1,7 было выбрано вместо стехиометрической смеси при BMEP 3 бар, потери при перекачке были снижены примерно на 30–40%. При частичной нагрузке такие виды топлива, как КПГ, которому требуется больше воздуха для стехиометрического сгорания и которое может работать со сверхбедными смесями, имеют более высокий КПД за счет улучшения объемного КПД и насосных потерь.Этот эффект приводит к снижению выбросов CO ₂ , а также снижению расхода топлива. Согласно результатам, полученным для обоих видов топлива, КПГ КПГ равен или более эффективен (4–6%), чем бензин во всех рабочих точках. При постоянном BMEP чистая указанная эффективность увеличилась на 15% за счет использования сверхобедненной смеси вместо стехиометрической смеси. С CNG двигатель может работать с полностью открытой дроссельной заслонкой при BMEP> 4,5 бар. Это означает, что для достижения более высоких нагрузок необходимо изменять только количество топлива, например, в дизельных двигателях.Кроме того, выбросы CO ₂ снизились примерно на 12% по сравнению с бензином. Уменьшение CO ₂ было связано с увеличением эффективности и более высоким соотношением водород / углерод (H / C) СПГ. Теоретически, даже если оба топлива имеют одинаковую эффективность в стехиометрической смеси, когда сжигается 1 моль бензина или CH ₄ , CH ₄ производит примерно на 10% меньше CO ₂ .

Следовательно, выбросы CO ₂ , которые вызывают эффекты парниковых газов, могут быть уменьшены за счет использования КПГ.Кроме того, устройство Mexa 7500, которое используется для измерения выбросов, может отдельно измерять концентрацию CH ₄ в THC. Примерно 90% THC состоит из CH ₄ во всех рабочих точках.

Основная причина желания работать с обедненной смесью состоит в том, чтобы уменьшить выбросы NO, даже если эффективность остается постоянной. В эксперименте измерялся только газ NO. Предполагалось, что уровень NO будет ниже 300 частей на миллион или 3 г / кВт · ч в ультра-обедненной смеси. Как известно, в обедненных смесях средняя температура в цилиндрах снижается.По этой причине количество NO, которое экспоненциально зависит от температуры, уменьшается, даже если в смеси присутствует избыток кислорода. Из-за разницы в объемном КПД для сравнения выбросов двух видов топлива более целесообразно использовать г / кВтч вместо единицы ppm. Это также необходимо для сравнения с пределами выбросов выхлопных газов. Преобразование выхлопных газов применялось в соответствии с постановлением Европейской комиссии [22]. Кроме того, поправочный коэффициент NO, который указан в нормах и зависит от относительной влажности, был учтен согласно соответствующим директивам.Результаты NO при 1500 об / мин приведены на рисунке 2. NO был снижен до желаемых значений для BMEP 3–5 бар и рабочих условий λ ≥ 1,6. Значения NO при 2000 об / мин показаны на рисунке 3. Чтобы сохранить тот же NO значения при 1500 об / мин, относительное соотношение воздух / топливо бедной смеси должно быть увеличено до 1,7. Это состояние особенно проявляется при BMEP 5 бар. В стехиометрической смеси опережение зажигания почти одинаково для обоих видов топлива, например, 14 ° CA btdc (перед верхней мертвой точкой) для бензина и 15 btdc для CNG в этих условиях.Следовательно, ожидается, что он будет иметь такие же значения NO. Тем не менее, пламя СПГ распространяется быстрее, чем бензин, на начальном этапе развития пламени, а места первого горения имеют более высокие температуры [23]. Благодаря этому, несмотря на почти одинаковую более низкую теплотворную способность смеси для обоих видов топлива, КПГ производит более высокие выбросы NO примерно при стехиометрических условиях (Рисунок 3). Кроме того, увеличение продолжительности горения в СПГ также привело к увеличению образования NO при стехиометрических и некоторых бедных условиях. Но при увеличении относительного отношения воздух / топливо к сверхбедной смеси опережение зажигания было выше для бензина.Таким образом, бензиновый двигатель произвел больше NO в (λ = 1,3–1,6). Это соотношение показывает схожие тенденции для обеих скоростей. Предельные значения NO для обоих видов топлива не были предоставлены при условиях λ ≥ 1,6. Чтобы достичь пределов NO, двигатель работал на более бедных смесях по мере увеличения нагрузки двигателя (BMEP). В следующих разделах было исследовано, что циклические изменения приемлемы в обедненной смеси, где значения NO были слишком низкими для обоих видов топлива.

3.3. Анализ горения

В ходе исследования опережение зажигания было выбрано на основе максимального крутящего момента двигателя.За исключением стехиометрической смеси, опережение зажигания в бензиновом двигателе было выше, чем в КПГ. Как видно из рисунка 5, разница между опережением искры увеличивается при переходе в крайнюю бедную область. Эта разница связана с пределами воспламенения и ламинарной скоростью пламени топлива. В экспериментах объемный КПД мог быть разным для двух видов топлива из-за постоянных оборотов двигателя и BMEP. По этой причине количество остаточного газа, интенсивность турбулентности и температура смеси в момент зажигания имеют прямое влияние на опережение искры.При увеличении нагрузки двигателя разница между опережением зажигания для обоих видов топлива уменьшается. В случае стехиометрической смеси двигатель на обоих видах топлива работал с одинаковым опережением зажигания (14–15 ° CA btdc). Однако при BMEP 3 бара опережение зажигания в обедненной смеси быстро увеличивается для бензина (рис. 5). Задержка зажигания также была больше для бензина из-за воспламенения в более холодных условиях, чем сжатый природный газ. Опережение искры для условий 2000 об / мин показано на Рисунке 6. По мере увеличения скорости все опережения искры увеличиваются.Изменения опережения зажигания были одинаковыми для обеих скоростей двигателя. При BMEP 3 бара и 2000 об / мин опережение зажигания для обоих видов топлива составляло 20 ° CA в стехиометрической смеси, тогда как в бедной смеси (λ = 1,6) оно составляло 34 ° и 42 ° CA для КПГ и бензина, соответственно. В литературе заявлено, что бензин требует более короткого опережения зажигания, чем СПГ при тех же рабочих условиях [12,14]. Однако значения опережения зажигания, полученные в этом исследовании, не подтверждают эти результаты. Основные причины этого различия связаны с разной конструкцией экспериментальных двигателей.Исследовательский двигатель, использованный в этом исследовании, был преобразован из дизельного двигателя с искровым зажиганием. Поэтому геометрия впускного канала была разработана для создания вихревого движения воздуха. В классическом бензиновом двигателе эта конструкция другая и более простая. Кроме того, была выбрана степень сжатия 12. Благодаря поршневой конструкции исследовательского двигателя она позволяет создавать поршни различной геометрии. Эти результаты были подробно исследованы в разделе «Задержка зажигания». Кроме того, опережение искры проверялось в системе сбора данных двумя разными методами, один из которых был сигналом ЭБУ (5 В), а другой — от адаптера тока искры, установленного на кабеле свечи зажигания.Существует незначительная задержка между значениями, измеренными этими двумя методами (

Влияние разного опережения искры (SA) на задержку зажигания и тепловыделение было исследовано для обоих видов топлива. Для расчета воспламенения необходимо определить начало горения. время задержки. В некоторых исследованиях предполагается, что задержка зажигания — это время между опережением искры и местом 5% MFB (сгоревшей массовой доли). В этом исследовании задержка зажигания определяется как время между опережением искры и начало ощутимого положительного тепловыделения.Чтобы добиться положительного тепловыделения, во-первых, скорость тепловыделения рассчитывалась исходя из давления и объема в цилиндре на каждом шаге угла поворота коленчатого вала. Затем из данных по скорости тепловыделения было получено интегрированное (кумулятивное) тепловыделение. В целом расчет тепловыделения начинается незадолго до опережения искры в случае использования системы измерения давления, поскольку эти системы обычно не определяют место начала горения. Эта начальная точка (положительное место тепловыделения) для интегрированного расчета тепловыделения вводится в систему пользователем, и она должна обновляться при каждом изменении опережения зажигания.Трудно определить правильное место начала горения из-за задержки воспламенения во время измерения.

Вкратце, чтобы рассчитать интегрированное тепловыделение, начальная точка должна быть установлена ​​в тот момент, когда теплопередача от цилиндра к окружающей среде равна или меньше скорости тепловыделения, которая была рассчитана на основе информации о давлении и объеме в цилиндр. В этом исследовании, чтобы определить точку начала горения, было рассчитано интегрированное тепловыделение, начиная с любой точки во время такта сжатия до опережения искры.Затем был рассчитан вывод этой кривой. Наконец, начало горения было определено как место, где знак производной интегрированного тепловыделения постоянно изменяется перед верхней мертвой точкой (ВМТ). Для выполнения этого метода пересчета был написан код для расчета скорости тепловыделения с использованием средних данных p-V, полученных из 200 циклов с использованием метода Рассвейлера – Витроу (уравнение (1)).

Q1_2 = 1k − 1V2 [p2 − p1 (V1V2) k],

(1)

На рисунке 7 скорость тепловыделения и два различных интегрированных тепловыделения показаны вместе.Синяя линия относится к постоянной начальной точке, а оранжевая показывает тепловыделение, относящееся к начальной точке, полученной методом пересчета. На рисунке 7 показано расположение положительного тепла и интегрированного тепловыделения в увеличенном виде. Кроме того, положение смещения было показано стрелкой. При расчетах с постоянной начальной точкой (синяя линия), даже если горение начинается в реальном времени, будет считаться, что розжиг еще не начался из-за отрицательного интегрированного тепловыделения.

Эта проблема была устранена путем использования периода пересчета, как описано выше. Модель теплопередачи, такая как Woschni, может быть применена к данным скорости тепловыделения для непосредственного получения интегрированного тепловыделения. Однако для использования модели теплопередачи требуются некоторые допущения. Поэтому метод пересчета проще, чем модель теплопередачи.

Задержка зажигания была рассчитана после определения начала горения. Время между опережением искры и началом горения было определено как задержка зажигания (DI-SA).Как показано на Рисунке 8, задержка зажигания имела ту же тенденцию, что и опережение искры. Время задержки воспламенения бензина в ультра-бедной смеси меньше из-за приближения к пределам воспламенения и скорости ламинарного пламени. Этот эффект также наблюдался при изменении цикла к циклу. При увеличении скорости задержка зажигания увеличивалась, как и ожидалось, но общая тенденция аналогична опережению искры (рисунок 6 и рисунок 9). Задержка воспламенения одинакова для обоих видов топлива в случае стехиометрической смеси с одинаковым опережением зажигания.Кроме того, этот период для КПГ короче, чем для бензина на обедненной смеси. Например, при BMEP 5 бар и 1500 об / мин продолжительность задержки воспламенения составляла 5 ° CA для обоих видов топлива в стехиометрических условиях, тогда как для КПГ и бензина в обедненной смеси она составляла 11 ° CA и 16 ° CA соответственно. Однако некоторые исследователи определяют этот период как более длительный для КПГ в стехиометрических условиях [6,7,12]. Основная причина такого контраста — конструктивные различия экспериментальных двигателей. Pan et al.[14] использовали двигатель с переменной степенью сжатия, и результаты показывают, что задержка зажигания уменьшается с увеличением степени сжатия. Но, несмотря на увеличение степени сжатия, задержка зажигания у КПГ была больше, чем у бензина. Для исследовательского двигателя Antor 3LD 450 степень сжатия установлена ​​на 12. Это высокий показатель по сравнению с другими исследованиями. Поэтому уменьшение задержки зажигания не является неожиданной ситуацией. Эта проблема решается в части продолжительности записи. Период задержки воспламенения был определен как время между местом начала горения (иногда SA) и 5% или 10% MBF и началом горения некоторыми исследователями [13,14].Время задержки зажигания, основанное на этом определении, приведено на рисунке 10. Этот рисунок показывает, что время задержки зажигания меньше для КПГ. Таким образом, оба определения времени задержки воспламенения оказывают незначительное влияние и не меняют общий результат данного исследования. Небольшая разница между результатами, полученными на основе двух определений, связана с разной скоростью ламинарного пламени топлива. Горение началось раньше при использовании 5% или 10% МБФ. Таким образом, время задержки воспламенения КПГ меньше, чем у бензина в стехиометрической смеси из-за более высокой скорости ламинарного пламени при низких температурах и условиях давления [5,6].Значения тепловыделения сравнивались, чтобы получить представление о периоде сгорания топлива. Выбранная опережение искры (SA) было одинаковым для обоих видов топлива в условиях стехиометрической смеси. Скорость тепловыделения для обоих видов топлива с одинаковым опережением зажигания показана на рисунке 11. Можно видеть, что бензин сгорает быстрее, чем СПГ. Однако скорости тепловыделения для этих видов топлива очень похожи вплоть до верхней мертвой точки. На самом деле ламинарные скорости горения обоих видов топлива в атмосферных условиях практически одинаковы.После ВМТ скорость тепловыделения бензина увеличивалась быстрее. В этом рабочем состоянии задержки воспламенения обоих видов топлива снова одинаковы (Рисунок 8). Однако ламинарные скорости пламени обоих видов топлива показывают разное поведение при высоком давлении и температуре [9,24]. Следовательно, в процессе сгорания оба топлива могут работать быстрее или медленнее друг друга. Здесь КПГ имеет более высокий объемный КПД, чем бензин из-за условий эксперимента. Таким образом, такие параметры, как температура и интенсивность турбулентности, положительно влияют на скорость тепловыделения СПГ.Задержка воспламенения и продолжительность горения зависят от скорости тепловыделения для обоих видов топлива. Турбулентность оказывает большое влияние на скорость тепловыделения. Испытательный двигатель, который используется в некоторых исследованиях, преобразован из бензинового базового двигателя. Следовательно, он не предназначен для создания высоких уровней турбулентности. Двигатель, который использовался в этом исследовании, преобразован из дизельного двигателя. Геометрия впускного коллектора этого двигателя создает дополнительное вихревое движение. Кроме того, в отличие от некоторых других исследований, в которых использовался поршень плоского типа, в этом исследовании на верхней части поршня имеется чашеобразная камера сгорания.Некоторые исследователи исследовали влияние геометрии камеры сгорания на параметры горения [17]. Опережение искры и задержка зажигания уменьшаются по мере увеличения входящего уровня (диаметр поршня / диаметр стакана) [16]. Кроме того, уменьшение диаметра чаши увеличивает турбулентность на краю чаши и уменьшает движение воздуха вокруг свечи зажигания. Это положительное условие для процесса образования ядра пламени. Горение происходит в две разные стадии из-за чаши. Горение в чаше происходит быстро из-за высокой турбулентности.Это решающий фактор в период раннего развития пламени и продолжительности горения [25,26]. Как упоминалось выше, формы камеры сгорания на поршне влияют на опережение искры, задержку зажигания и период развития пламени. Однако влияние увеличения интенсивности турбулентности на КПГ и бензин было другим в этом исследовании, потому что опережение зажигания и время задержки зажигания КПГ выше в экспериментах, в которых использовались двигатели на основе бензина, описанные в литературе. Напротив, в экспериментах, в которых использовались дизельные двигатели, были получены разные результаты.Brequigny et al. [27] исследовали влияние числа Льюиса и длины Маркштейна (L _b ) на ламинарную и турбулентную скорости пламени. Бензин более устойчив к складкам пламени из-за его более высоких L _e и L _b . Следовательно, увеличение интенсивности турбулентности более эффективно для КПГ, в то время как для бензина оно действует медленнее. Высокое давление и температура в реальных условиях эксплуатации двигателя помогают снизить это сопротивление бензина [27]. В отличие от бензина, ламинарная скорость пламени СПГ чрезмерно уменьшается с повышением температуры и давления [5].В результате повышенная интенсивность турбулентности приводит к быстрому прогрессированию СПГ во время задержки зажигания и раннего развития пламени. Однако скорость горения СПГ снижается из-за влияния высокого давления на скорость ламинарного пламени в конце горения. Это было более отчетливо видно в условиях эксплуатации стехиометрической смеси. Как упоминалось ранее, скорость тепловыделения бензина выше, чем у КПГ в условиях стехиометрической смеси. Но в обедненной смеси соотношение между продолжительностью горения немного меняется.На рисунке 12 скорость тепловыделения обоих видов топлива приведена в условиях сверхбедной смеси. В этом состоянии опережение искры должно быть различным, чтобы топлива имели постоянное среднее эффективное давление разрыва. Для достижения максимального тормозного момента опережение зажигания для КПГ и бензина установлено на 27 ° CA и 37 ° CA btdc, соответственно. Хотя бензин воспламенился на 10 ° C раньше, чем СПГ, скорость выделения тепла не была такой высокой, как у стехиометрической смеси. Кроме того, максимальное значение суммарного тепловыделения было одинаковым для КПГ и бензина.Однако интегрированная кривая тепловыделения следовала по пути, отличному от стехиометрических условий. В частности, быстрое сгорание природного газа ближе к концу сгорания было основным различием между стехиометрическими и ультра-бедными условиями. В литературе для сравнения продолжительности горения использовался период между 5% и 90% MBF. На рисунке 13 показаны продолжительности горения КПГ и бензина при 1500 об / мин. Оценки периода распространения горения, основанные на скорости тепловыделения в предыдущем разделе, были подтверждены продолжительностью горения.В диапазоне λ = 1 — 1,2 продолжительность горения бензина была меньше, чем КПГ. При BMEP 5 бар и 1500 об / мин продолжительность горения в стехиометрической смеси составляла приблизительно 24 ° CA и 27 ° CA для бензина и СПГ, соответственно, тогда как в обедненном состоянии она составляла приблизительно 34 ° CA и 30 ° CA (λ = 1.6). Однако, как показано на Рисунке 13, по мере того, как смесь переходит от стехиометрических условий к обедненной зоне, продолжительность горения уменьшается, а затем снова увеличивается. Обычно продолжительность горения увеличивается по мере того, как смесь становится бедной [28].Эта ситуация отчетливо наблюдалась при 2000 об / мин. Кроме того, одновременно использовались датчики свечей зажигания GU21D и Kistler 6118CF-6CQ04, чтобы определить, была ли ошибка, вызванная датчиками. Хотя не было изменений в уменьшении продолжительности горения (от стехиометрического до обедненного), это было обнаружено. что были существенные различия между 90% местоположениями MBF, рассчитанными с разных датчиков. Как правило, обнаружение 90% MBF происходит примерно на 10 ° CA позже, согласно датчикам свечей зажигания.Принимая во внимание, что местоположения 5%, 10%, 50% и 70% MBF были чрезвычайно похожи для обоих датчиков давления. На основании всех этих результатов был сделан вывод, что эта неожиданная тенденция к снижению продолжительности горения была вызвана тепловым ударом, воздействующим на датчик давления. Этот эффект стал более заметным в стехиометрической смеси из-за высоких температур в цилиндре. Воздействие теплового удара на преобразователь стало более ощутимым во время такта расширения [29,30]. Однако, если сравнивать бензин и КПГ, тепловой удар оказывает незначительное влияние на датчики в том же относительном соотношении воздух / топливо.Чтобы увидеть этот эффект, длительность МБФ 5–80% была исследована в тех же условиях. Как показано на Рисунке 14, как и ожидалось, продолжительность горения увеличивается, когда смесь становится беднее, тогда как, учитывая время MBF 5–90%, для стехиометрической смеси наблюдалась обратная тенденция (Рисунок 13). Такое же объяснение допустимо для 2000 об / мин (Рисунок 15). Например, при BMEP 5 бар и 2000 об / мин продолжительность горения в стехиометрической смеси составляла примерно 17,5 ° CA и 18,5 ° CA, тогда как для бедной смеси она составляла примерно 25.5 ° CA и 22,5 ° CA для бензина и КПГ соответственно.

Следовательно, в то время как продолжительность горения бензина меньше в стехиометрической смеси, в бедной смеси КПГ горит быстрее, чем бензин. В отличие от некоторых исследований, увеличение интенсивности турбулентности уменьшило эту разницу для КПГ в стехиометрической смеси. Увеличение интенсивности турбулентности было более эффективным в отношении продолжительности горения СПГ. Это изменение косвенно влияет на опережение зажигания и продолжительность задержки. А именно, величина опережения зажигания, которая требовалась для получения максимального крутящего момента двигателя, была уменьшена.Следовательно, время задержки зажигания сокращается из-за более высокой температуры во время воспламенения в цилиндре.

Соотношение воздух-топливо, лямбда и характеристики двигателя — x-engineer.org

Тепловые двигатели используют топливо и кислород (из воздуха) для производства энергии путем сгорания. Чтобы гарантировать процесс сгорания, в камеру сгорания необходимо подавать определенное количество топлива и воздуха. Полное сгорание происходит, когда все топливо сгорает, в выхлопных газах не будет несгоревшего количества топлива. Соотношение воздух-топливо (AF или AFR) — это соотношение между массой воздуха м _a и массой топлива м _f , используемой двигателем при работе:

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

Обратное соотношение называется топливно-воздушным соотношением (FA или FAR) и рассчитывается как:

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

Идеальное (теоретическое) соотношение воздух-топливо для полного сгорания называется стехиометрическим соотношением воздух-топливо .Для бензинового (бензинового) двигателя стехиометрическое соотношение воздух-топливо составляет около 14,7: 1. Это означает, что для полного сжигания 1 кг топлива нам необходимо 14,7 кг воздуха. Возгорание возможно даже в том случае, если AFR отличается от стехиометрического. Для процесса сгорания в бензиновом двигателе минимальное значение AFR составляет около 6: 1, а максимальное может достигать 20: 1.

Когда соотношение воздух-топливо выше стехиометрического отношения, топливовоздушная смесь называется обедненной .Когда соотношение воздух-топливо ниже стехиометрического, топливно-воздушная смесь называется богатая . Например, для бензинового двигателя AFR 16,5: 1 — обедненный, а 13,7: 1 — богатый.

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

9000ia2.org Пример: wikipedia2.org Чтобы полностью сжечь 1 кг этанола, нам нужно 9 кг воздуха, а чтобы сжечь 1 кг дизельного топлива, нам нужно 14,5 кг воздуха.

Двигатели с искровым зажиганием (SI) обычно работают на бензине (бензине). AFR двигателей SI варьируется в пределах от 12: 1 (богатая) до 20: 1 (бедная), в зависимости от условий эксплуатации двигателя (температура, частота вращения, нагрузка и т. Д.).). Современные двигатели внутреннего сгорания работают в максимально возможной степени со стехиометрическим AFR (в основном по причинам доочистки газа). В таблице ниже вы можете увидеть пример AFR двигателя SI, функцию частоты вращения и крутящего момента двигателя.

Изображение: Пример функции воздушно-топливного отношения (AFR) частоты вращения и крутящего момента двигателя

Воспламенение от сжатия (CI) Двигатели обычно работают на дизельном топливе. Из-за характера процесса сгорания двигатели CI всегда работают на обедненных смесях с AFR от 18: 1 до 70: 1.Основное отличие от двигателей SI заключается в том, что двигатели CI работают на слоистых (неоднородных) воздушно-топливных смесях, в то время как SI работают на гомогенных смесях (в случае двигателей с распределенным впрыском).

Приведенная выше таблица вводится в скрипт Scilab и создается контурный график.

 EngSpd_rpm_X = [500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500];
EngTq_Nm_Y = [10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140];
EngAFR_rat_Z = [14 14,7 16.4 17,5 19,8 19,8 18,8 18,1 18,1 18,1 18,1 18,1 18,1;
                14 14,7 14,7 16,4 16,4 16,4 16,5 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8;
                14 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 15,7 15,7 15,3 14,9 14,9 14,9;
                14,2 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 13,9 13,3 13,3 13,3;
                14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,5 12,9 12,9 12,9;
                14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,3 13,3 12,6 12,1 11,8;
                14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14.7 14,7 14,7 13,6 12,9 12,2 11,8 11,3;
                14,1 14,2 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 13,3 12,5 11,9 11,4 10,9;
                13,4 13,4 13,8 14,3 14,3 14,7 14,7 13,6 13,1 12,2 11,5 11,1 10,7;
                13,4 13,4 13,4 13,4 13,4 13,6 13,6 12,1 12,1 11,6 11,2 10,8 10,5;
                13,4 13,4 13,4 13,4 13,1 13,1 13,1 11,8 11,8 11,2 10,7 10,5 10,3;
                13,4 13,4 13,4 13,4 12,9 12,9 12,5 11,6 11,3 10,5 10,4 10,3 10,2;
                13,4 13,4 13,4 13,4 12,9 12,9 12,5 11.6 11,3 10,5 10,4 10,3 10,2;
                13,4 13,4 13,4 13,4 12,9 12,9 12,5 11,6 11,3 10,5 10,4 10,3 10,2];
контур (EngSpd_rpm_X, EngTq_Nm_Y, EngAFR_rat_Z ', 30)
xgrid ()
xlabel ('Скорость двигателя [об / мин]')
ylabel ('Крутящий момент двигателя [Нм]')
название ('x-engineer.org')
 

Выполнение приведенных выше инструкций Scilab сгенерирует следующий контурный график:

Изображение: контурный график воздух-топливо с помощью Scilab

Как вычисляется стехиометрическое соотношение воздух-топливо

Чтобы понять, как рассчитывается стехиометрическое соотношение воздух-топливо , нам нужно посмотреть на процесс сгорания топлива.Сжигание — это в основном химическая реакция (называемая окислением ), в которой топливо смешивается с кислородом и производит углекислый газ (CO ₂ ), воду (H ₂ O) и энергию (тепло). Учтите, что для протекания реакции окисления необходима энергия активации (искра или высокая температура). Кроме того, результирующая реакция сильно экзотермична (с выделением тепла).

\ [\ text {Топливо} + \ text {Кислород} \ xrightarrow [высокая \ text {} температура \ text {(CI)}] {искра \ text {(SI)}} \ text {Углекислый газ} + \ text {Water} + \ text {Energy} \]

Пример 1.

Для лучшего понимания давайте посмотрим на реакцию окисления метана . Это довольно распространенная химическая реакция, поскольку метан является основным компонентом природного газа (примерно 94%).

Шаг 1 . Запишите химическую реакцию (окисление)

\ [CH_4 + O_2 \ rightarrow CO_2 + H_2O \]

Шаг 2 . Сбалансируйте уравнение

\ [CH_4 + {\ color {Red} 2} \ cdot O_2 \ rightarrow CO_2 + {\ color {Red} 2} \ cdot H_2O \]

Шаг 3 .Запишите стандартный атомный вес для каждого атома.

\ [\ begin {split}
\ text {Hydrogen} & = 1.008 \ text {amu} \\
\ text {Carbon} & = 12.011 \ text {amu} \\
\ text {Oxygen} & = 15.999 \ text {amu}
\ end {split} \]

Шаг 4 . Вычислите массу топлива, равную 1 моль метана, состоящему из 1 атома углерода и 4 атомов водорода.

\ [m_f = 12.011 + 4 \ cdot 1.008 = 16.043 \ text {g} \]

Шаг 5 . Вычислите массу кислорода, состоящую из 2 моль, каждый моль состоит из 2 атомов кислорода.

\ [m_o = 2 \ cdot 15.999 \ cdot 2 = 63.996 \ text {g} \]

Шаг 6 . Вычислите необходимую массу воздуха, который содержит расчетную массу кислорода, учитывая, что воздух содержит около 21% кислорода.

\ [m_a = \ frac {100} {21} \ cdot m_o = \ frac {100} {21} \ cdot 63.996 = 304.743 \ text {g} \]

Шаг 7 . Рассчитайте соотношение воздух-топливо, используя уравнение (1)

\ [AFR = \ frac {m_a} {m_f} = \ frac {304.743} {16.043} = 18.995 \]

Расчетный AFR для метана не совсем такой, как указано в литература.Разница может быть связана с тем, что в нашем примере мы сделали несколько предположений (воздух содержит только 21% кислорода, продуктами сгорания являются только углекислый газ и вода).

Пример 2.

Тот же метод можно применить для сжигания бензина. Учитывая, что бензин состоит из изооктана (C ₈ H ₁₈ ), рассчитайте стехиометрическое соотношение воздух-топливо для бензина .

Шаг 1 . Запишите химическую реакцию (окисление)

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

Шаг 2 .Сбалансируйте уравнение

\ [C_ {8} H_ {18} + {\ color {Red} {12.5}} \ cdot O_2 \ rightarrow {\ color {Red} 8} \ cdot CO_2 + {\ color {Red} 9} \ cdot H_2O \]

Шаг 3 . Запишите стандартный атомный вес для каждого атома.

\ [\ begin {split}
\ text {Hydrogen} & = 1.008 \ text {amu} \\
\ text {Carbon} & = 12.011 \ text {amu} \\
\ text {Oxygen} & = 15.999 \ text {amu}
\ end {split} \]

Шаг 4 . Вычислите массу топлива, которая представляет собой 1 моль изооктана, состоящего из 8 атомов углерода и 18 атомов водорода.

\ [m_f = 8 \ cdot 12.011 + 18 \ cdot 1.008 = 114.232 \ text {g} \]

Шаг 5 . Вычислите массу кислорода, которая состоит из 12,5 моль, каждый моль состоит из 2 атомов кислорода.

\ [m_o = 12,5 \ cdot 15,999 \ cdot 2 = 399,975 \ text {g} \]

Шаг 6 . Вычислите необходимую массу воздуха, который содержит расчетную массу кислорода, учитывая, что воздух содержит около 21% кислорода.

\ [m_a = \ frac {100} {21} \ cdot m_o = \ frac {100} {21} \ cdot 399.975 = 1904.643 \ text {g} \]

Шаг 7 . Рассчитайте соотношение воздух-топливо с помощью уравнения (1)

\ [AFR = \ frac {m_a} {m_f} = \ frac {1904.643} {114.232} = 16.673 \]

Опять же, рассчитанное стехиметрическое соотношение воздух-топливо для бензина равно немного отличается от приведенного в литературе. Таким образом, результат приемлем, поскольку мы сделали множество предположений (бензин содержит только изооктан, воздух содержит только кислород в пропорции 21%, единственными продуктами сгорания являются углекислый газ и вода, сгорание идеальное).

Коэффициент эквивалентности воздушно-топливного отношения — лямбда

Мы видели, что такое стехиометрическое (идеальное) соотношение воздух-топливо и как рассчитать его. На самом деле двигатели внутреннего сгорания работают не с идеальным AFR, а с близкими к нему значениями. Таким образом, у нас будет идеальный и реальный АСО на воздушном топливе. Соотношение между фактическим соотношением воздух-топливо (AFR _{фактическое} ) и идеальным / стехиометрическим соотношением воздух-топливо (AFR _{идеальное} ) называется эквивалентным соотношением воздух-топливо эквивалента или лямбда (λ).

\ [\ bbox [# FFFF9D] {\ lambda = \ frac {AFR_ {actual}} {AFR_ {ideal}}} \ tag {3} \]

Например, идеальное соотношение воздух-топливо для бензина (бензин ) двигатель 14,7: 1. Если фактический / реальный AFR равен 13,5, лямбда-коэффициент эквивалентности будет:

\ [\ lambda = \ frac {13.5} {14.7} = 0,92 \]

В зависимости от значения лямбда двигателю предлагается работать с бережливым двигателем. , стехиометрическая или богатая топливовоздушная смесь.

Топливо	Химическая формула	AFR
Метанол	CH 3 OH	6.47: 1
Этанол	C 2 H 5 OH	9: 1
Бутанол	C 4 H 9 OH	90 11,2:	C 12 H 23	14,5: 1
Бензин	C 8 H 18	14,7: 1
9014 H 902 902 902 Пропан	15.67: 1
Метан	CH 4	17.19: 1
Водород	H 2	34,3: 1

Коэффициент эквивалентности	Тип топливовоздушной смеси	Описание
λ <1.00	Rich	Недостаточно воздуха для полного сжигания топлива; после сгорания в выхлопных газах остается несгоревшее топливо
λ = 1,00	Стехиометрический (идеальный)	Масса воздуха точна для полного сгорания топлива; после сгорания в выхлопе нет избытка кислорода и несгоревшего топлива
λ> 1,00	Бедная	Кислорода больше, чем требуется для полного сжигания топлива; после сгорания в выхлопных газах присутствует избыток кислорода

В зависимости от типа топлива (бензин или дизельное топливо) и типа впрыска (прямой или непрямой) двигатель внутреннего сгорания может работать с обедненным, стехиометрическим или богатым воздухом -топливные смеси.

Изображение: 3-цилиндровый бензиновый двигатель Ecoboost с прямым впрыском (лямбда-карта)
Кредит: Ford

Например, 3-цилиндровый двигатель Ford Ecoboost работает со стехиометрическим соотношением воздух-топливо для холостых и средних оборотов двигателя и полного диапазона нагрузок. и с богатой топливовоздушной смесью на высоких оборотах и ​​нагрузках. Причина, по которой он работает на богатой смеси при высоких оборотах двигателя и нагрузке, охлаждения двигателя . Дополнительное топливо (которое останется несгоревшим) впрыскивается для поглощения тепла (за счет испарения), таким образом снижая температуру в камере сгорания.

Изображение: Дизельный двигатель (лямбда-карта)
Кредит: wtz.de

Двигатель с воспламенением от сжатия (дизельный) постоянно работает на бедной топливовоздушной смеси , значение коэффициента эквивалентности (λ) зависит от рабочая точка двигателя (частота вращения и крутящий момент). Причина этого — принцип работы дизельного двигателя: управление нагрузкой не через массу воздуха (которая всегда в избытке), а через массу топлива (время впрыска).

Помните, что коэффициент стехиометрической эквивалентности (λ = 1.00) означает соотношение воздух-топливо 14,7: 1 для бензиновых двигателей и 14,5: 1 для дизельных двигателей.

Влияние воздушно-топливного отношения на характеристики двигателя

Характеристики двигателя с точки зрения мощности и расхода топлива сильно зависят от соотношения воздух-топливо. Для бензинового двигателя самый низкий расход топлива достигается при обедненном AFR. Основная причина в том, что имеется достаточно кислорода, чтобы полностью сжечь все топливо, что переводится в механическую работу. С другой стороны, максимальная мощность получается на богатых топливовоздушных смесях.Как объяснялось ранее, подача большего количества топлива в цилиндр при высокой нагрузке и скорости двигателя охлаждает камеру сгорания (за счет испарения топлива и поглощения тепла), что позволяет двигателю создавать максимальный крутящий момент двигателя, а значит, максимальную мощность.

Изображение: мощность двигателя и функция расхода топлива воздушно-топливного отношения (лямбда)

На рисунке выше мы видим, что мы не можем получить максимальную мощность двигателя и самый низкий расход топлива при том же соотношении воздух-топливо. . Самый низкий расход топлива (лучшая экономия топлива) достигается на обедненных топливовоздушных смесях с AFR 15.4: 1 и коэффициент эквивалентности (λ) 1,05. Максимальная мощность двигателя достигается при использовании богатых топливовоздушных смесей с AFR 12,6: 1 и коэффициентом эквивалентности (λ) 0,86. При стехиометрической топливовоздушной смеси (λ = 1) существует компромисс между максимальной мощностью двигателя и минимальным расходом топлива.

Двигатели с воспламенением от сжатия (дизельные) всегда работают на обедненных топливовоздушных смесях (λ> 1,00). Большинство современных дизельных двигателей работают с λ от 1,65 до 1,10. Максимальный КПД (наименьший расход топлива) достигается около λ = 1.65. Увеличение количества топлива выше этого значения (до 1,10) приведет к образованию большего количества сажи (несгоревших частиц топлива).

Есть интересное исследование, выполненное Р. Дугласом на двухтактных двигателях. В своей докторской диссертации «Исследования замкнутого цикла двухтактного двигателя » Р. Дуглас дает математическое выражение функции коэффициента эквивалентности (λ) полноты сгорания (η _λ ).

Для искрового зажигания (бензиновый двигатель) с коэффициентом эквивалентности от 0.3; сюжет (lmbd_g, eff_lmbd_g, ‘b’, ‘LineWidth’, 2) держать сюжет (lmbd_d, eff_lmbd_d, ‘r’, ‘LineWidth’, 2) xgrid () xlabel (‘$ \ lambda \ text {[-]} $’) ylabel (‘$ \ eta _ {\ lambda} \ text {[-]} $’) название (‘x-engineer.org’) легенда (‘бензин’, ‘дизель’, 4)

При выполнении приведенных выше инструкций Scilab выводится следующее графическое окно.

Изображение: Функция эффективности сгорания от коэффициента эквивалентности

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

Калькулятор соотношения воздух-топливо (лямбда)

Наблюдение : КПД сгорания рассчитывается только для дизельного и бензинового (бензинового) топлива с использованием уравнений (4) и (5). Для других видов топлива расчет эффективности сгорания недоступен (NA).

Влияние воздушно-топливного отношения на выбросы выхлопных газов двигателя

Выбросы выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания сильно зависят от воздушно-топливного отношения (коэффициента эквивалентности).Основные выбросы выхлопных газов в ДВС сведены в таблицу ниже.

NOx частицы

Эмиссия выхлопных газов	Описание
CO	окись углерода
HC	hidrocarbon
NOx 9029 оксид

Для бензиновых двигателей выбросы CO, HC и NOx в выхлопных газах сильно зависят от соотношения воздух-топливо .CO и HC образуются в основном из богатой топливовоздушной смеси, а NOx — из бедных. Итак, не существует фиксированной воздушно-топливной смеси, для которой мы можем получить минимум для всех выбросов выхлопных газов.

Изображение: функция эффективности катализатора бензинового двигателя в соотношении воздух-топливо

Трехкомпонентный катализатор (TWC), используемый для бензиновых двигателей, имеет наивысшую эффективность, когда двигатель работает в узком диапазоне около стехиометрического отношения воздух-топливо. TWC преобразует от 50… 90% углеводородов до 90… 99% окиси углерода и окислов азота, когда двигатель работает с λ = 1.00.

Лямбда-регулирование сгорания с обратной связью

Чтобы соответствовать требованиям по выбросам выхлопных газов, для двигателей внутреннего сгорания (особенно бензиновых) критически важно иметь точный контроль воздушно-топливного отношения. Таким образом, все современные двигатели внутреннего сгорания имеют замкнутый контур управления воздушно-топливным соотношением (лямбда) .

Изображение: Лямбда-регулирование с обратной связью двигателя внутреннего сгорания (бензиновые двигатели)

1. датчик массового расхода воздуха
2. первичный катализатор
3. вторичный катализатор
4. топливная форсунка
5. передний лямбда-зонд
6. нижний лямбда-датчик (кислород) датчик
7. цепь подачи топлива
8. впускной коллектор
9. выпускной коллектор

Критическим компонентом для работы системы является лямбда-зонд .Этот датчик измеряет уровень молекул кислорода в выхлопных газах и отправляет информацию в электронный блок управления двигателем (ЭБУ). На основании значения показания кислородного датчика ЭБУ бензинового двигателя регулирует уровень массы топлива, чтобы поддерживать соотношение воздух-топливо около стехиметрического уровня (λ = 1,00).

Например (бензиновые двигатели), если уровень молекул кислорода выше порогового значения для стехиметрического уровня (следовательно, у нас бедная смесь), при следующем цикле впрыска количество впрыскиваемого топлива будет увеличено, чтобы использовать избыток воздуха.Имейте в виду, что двигатель всегда будет переходить с бедной смеси на богатой смеси между циклами впрыска, что будет давать «среднее» стехиометрическое соотношение воздух-топливо.

Для дизельных двигателей, поскольку они всегда работают на обедненной смеси воздух-топливо, лямбда-регулирование выполняется по-другому. Конечная цель остается прежней — контроль выбросов выхлопных газов.