Рабочий состав — журнал За рулем

Об этой системе мы и хотим поговорить сегодня. Понятно, что кое-как подав топливо и воздух в двигатель, можно его вообще не запустить, а нам надо, чтобы он не только пускался с первых оборотов стартера, но и хорошо тянул, не расходовал лишнего, не отравлял выхлопом природу и нас. Это возможно только в том случае, когда система питания правильно работает.

«АЛЬФА» КАК ОНА ЕСТЬ

Возможно, тема сегодняшней беседы не покажется интересной грамотному автомобилисту, легко связывающему воедино теорию и практику. Но мы в первую очередь имеем здесь в виду новичков, для которых далеко не все, что происходит в цилиндрах двигателя, понятно, а тем более — очевидно.

Итак… К концу такта сжатия в камере сгорания над поршнем должна быть такая смесь воздуха и паров топлива, которая способна воспламениться от искры между электродами свечи. Далеко не любая смесь на это способна. Если в ней слишком мало воздуха (много топлива) или наоборот — сгорание становится ненадежным или вообще прекращается.

За правильным составом рабочей смеси в цилиндрах двигателя следит система питания. Нынче она либо карбюраторная, либо впрысковая (инжекторная). У каждой свои плюсы и минусы. Первая (по крайней мере, опытным автомобилистам) кажется попроще. Зато вторая, если правильно настроена, обеспечивает высокую стабильность рабочего процесса в цилиндрах — именно к ней и пришли, стремясь к идеалу — экологически чистому автомобилю.

Чтобы топливо сгорело полностью, требуется участие в процессе достаточного количества окислителя: на один килограмм паров (подчеркну!) бензина — не менее 14,9 кг воздуха. Вот такое их соотношение обозначают коэффициентом a=1,0. По мере уменьшения подачи воздуха смесь называют (условно) обогащенной (a=0,85-0,90), богатой, переобогащенной. Та же логика — при увеличении доли воздуха: обедненная (a=1,05-1,15), бедная и так далее.

При обогащенных смесях удается достичь наивысшей мощности, но ценой несколько большего расхода топлива из-за его неполного сгорания. В то же время дефицит окислителя означает «недоокисление» продуктов: первой в выхлопных газах появляется окись углерода СО, а дальнейшее обогащение приводит к черному выхлопу, так как вместе с газами выбрасывается несгоревший углерод С — частички сажи. Кстати, к этому моменту содержание СО может вырасти до 9-10%. Ездить на такой машине недопустимо.

При обедненных смесях мотор экономичнее, но недобирает в мощности. Обогащать смесь до значений a ниже 0,85 нет смысла — еще больше вырастет расход топлива, а мощность снизится, поскольку слишком богатая смесь хуже горит. Обеднять выше 1,15 тоже не нужно: в силу ряда причин (замедленное воспламенение, неустойчивое горение и т. п.) заметно снизятся мощностные показатели, расход топлива начнет расти — не в последнюю очередь из-за того, что появляются пропуски вспышек в цилиндрах. Результат — повышенное содержание в выхлопных газах СН — несгоревших углеводородов. То есть паров бензина.

Итак, возможный диапазон изменений состава смеси для бензинового двигателя довольно узок. Для чего мы об этом говорим, если «альфу» пальцем не пощупаешь, линейкой не измеришь? А чтобы было понятно: не всякое «баловство» с системой питания оправдано, «настраивать» ее нужно очень тщательно. Об этом стоит сразу напомнить тем, кто мечтает повысить экономичность мотора, поставив в карбюратор топливные жиклеры поменьше. Или достичь сказочной мощности, закрутив неоправданно большие! В обоих случаях, как правило, получают противоположные результаты. Заодно предостережем тех, кто путает местами жиклеры первой и второй камер. Случись такое, первая будет готовить очень богатые смеси (мотор прожорлив, а тянет еле-еле), а вторая, если и до нее дело дойдет, — слишком бедные. Конечно, оба «коктейля» в цилиндрах как-то смешаются, но приведут к новым проблемам.

В первую очередь все сказанное касается карбюраторных машин. Большинство начинающих даже самого слова «карбюратор» побаивается, а среди опытных автомобилистов немало тех, кто с этим прибором «на ты». Но и они от ошибок не застрахованы. Принципиально иное дело — система электронного впрыска. Многие ли нынче сами чинят телевизор, магнитофон, холодильник? Так и с впрыском: специалисты могут его проконтролировать, перенастроить и т. п., а владельцу с отверткой тут делать нечего. Кого-то это огорчает, но большинство довольно.

НА «ЖИВОЙ» МАШИНЕ

Итак, карбюраторные. Львиную часть времени двигатель эксплуатируют на режимах, не требующих максимальных мощности или крутящего момента, когда разумнее немного обеднить смесь. Пусть мотор работает экономичнее, да и токсичность выхлопа снизится. Среди коварнейших врагов нашего здоровья, как известно, окись углерода СО, не имеющая ни цвета, ни запаха. Только обедненная смесь позволяет снизить содержание СО до приемлемых значений и не конфликтовать с ГАИ.

Требование минимальной токсичности распространяется и на холостой ход. Современные карбюраторы (а системы впрыска — тем более) с этим справляются легко — лишь бы не вмешался неумелый владелец. Квалифицированный специалист-карбюраторщик может снизить долю СО в выхлопных газах до 0,5% и даже меньше. Но при обязательном контроле СН, так как чрезмерный рост последнего тоже недопустим. На «принудительном холостом ходу» (то есть при торможении машины двигателем) подача топлива в цилиндры вообще прекращается. В них ничего не горит, в выхлопе — почти чистый воздух.

Но есть режимы работы двигателя, при которых карбюратор готовит обогащенный состав смеси, обеспечивающий лучшие мощностные показатели. Например, для более быстрого разгона автомобиля карбюратор снабдили «ускорительным насосом». Его задача — поддерживать оптимально обогащенную смесь на режиме разгона.

Большинство карбюраторов имеют устройства, «дообогащающие» смесь и при скорости машины, близкой к максимальной, или при разгоне на пониженных передачах с педалью газа «в пол». Это так называемые эконостаты, экономайзеры мощностных режимов и т. п. И если водитель замечает, что именно на этих режимах двигатель не развивает полную мощность, то и об этих системах забывать не следует. Особенно если проверка всех прочих покажет, что с ними все в порядке.

Пуск холодного бензинового двигателя — известная проблема. В чем ее причина? В слабом испарении топлива, особенно в мороз. Большая его часть попадает в цилиндры в жидком состоянии, а паров, которые искра могла бы поджечь, образуется мало — смесь беднейшая. Как ее обогатить? Карбюраторы оснащают пусковыми устройствами. В наших «Озоне» и «Солексе», например, воздушная заслонка перед пуском закрывается (водитель вытягивает кнопку «подсоса») и при работе стартера в цилиндры подсасывается в 5-10 раз больше топлива, чем требуется для прогретого двигателя. Испаряться будут только самые легкие низкотемпературные фракции бензина, которые и воспламенятся. Но уже при первых вспышках воздушную заслонку оставлять закрытой нельзя — цилиндры зальет бензином. Не допустит этого простейший полуавтомат, реагирующий на разрежение за дросселем карбюратора. Он приоткроет заслонку на строго заданную величину (см. таблицу). Одновременно приоткрыта и дроссельная, причем оба зазора подобраны так, чтобы мотор работал устойчиво на обогащенной смеси и держал обороты примерно в половину от номинальных (до 2500-2800 об/мин), поскольку промороженное, вязкое масло создает большое сопротивление. Регулировка зазоров (см. таблицу и рисунок) очень важна, часто только от этого зависит успех пуска.

Нелишне здесь напомнить о типичных ошибках неопытных автолюбителей. Будьте аккуратнее с «подсосом»! Очень важно представлять, когда пользоваться им недопустимо. Если карбюратор исправен и настроен, «подсос» нужен только при пуске двигателя, да и то холодного. В теплое время года он, простояв сутки, вполне заводится и без подсоса. Боже упаси закрывать воздушную заслонку при пуске горячего мотора — смесь может так переобогатиться, что перестанет воспламеняться. Если водитель — по ошибке или недомыслию — вытягивает «подсос», когда горячий двигатель работает под значительной нагрузкой, его остановка удивлять не должна: и смесь плохо горит, и мощности не хватает.

Трудно завести мотор, который в жаркую погоду «остывал» под капотом минут 10-15 (вообще-то время зависит и от конкретного сорта бензина, его испаряемости.) Когда над поверхностью бензина в поплавковой камере и выше, в воздухофильтре, скопятся плотные пары топлива, мотор не пустишь, пока эти пары, пройдя цилиндры, не уйдут в выпускную систему. Первые вспышки — свидетельство того, что в цилиндры стала поступать смесь, способная сгорать. Сначала мотор работает словно с натугой (смесь еще слишком богатая), потом легче и, наконец, «подхватывает»! В этой ситуации не только о подсосе нужно забыть. Строго противопоказано и «топтать» педаль газа, чтобы не срабатывал ускорительный насос и дополнительно не обогащал смесь. Ускорить «продувку» и последующий пуск можно, удерживая педаль газа нажатой, но, повторяем, не играя ею!

Различные модели карбюраторов оснащаются и другими устройствами, которые помогают правильно управлять составом смеси. Ну а в системах впрыска (особенно современных электронных) все проблемы, которых мы касались, решаются по-своему просто, точно и гибко. Но это уже другая тема…

Схема пускового устройства («Озон»): 1 — воздушная заслонка; 2 — пневмопривод воздушной заслонки; 3 — дроссельная заслонка.

Топливовоздушная смесь: что это, описание, свойства

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рейтинг

( 2 оценки, среднее 5 из 5 )

Основные сведения о двигателе — топливно-воздушная смесь

Поиск по ключевым словам

Основы соотношения воздух/топливо, стехиометрия и лямбда

Для создания мощности двигателю нужны воздух, топливо и искра. Чтобы оптимизировать работу вашего двигателя, вам нужна правильная смесь воздуха и топлива.

Соотношение воздух/топливо (AFR)

AFR означает соотношение воздух/топливо. Топливо не сгорает само по себе. Его нужно смешать с воздухом. AFR говорит вам, сколько частей воздуха смешано с каждой частью топлива. Например, AFR 14,7:1 (или просто 14,7) означает, что смесь состоит из 14,7 частей воздуха на одну часть топлива.

Стехиометрическое соотношение (стехиометрическое)

Когда AFR является идеальным, смесь полностью сгорает во время сгорания. Это известно как стехиометрическое соотношение или просто «стехиометрическое соотношение».

Различные виды топлива содержат разное количество энергии. Их стоимость также будет отличаться:

Лямбда (λ)

Другой способ взглянуть на топливно-воздушную смесь — значение лямбда. Он представлен греческим символом «λ». Лямбда равна AFR, деленной на стех.

При измерении воздушно-топливной смеси с использованием лямбда стоич всегда будет равен единице (1) для любого топлива.

Бедная или богатая смесь

Когда топливовоздушная смесь содержит слишком много топлива, она становится богатой . Когда не хватает топлива, это худ.

• AFR выше стеич. = бедная смесь.
• AFR ниже стеич. = богат.
• Значение лямбда выше 1 = бедная смесь.
• Значение лямбда меньше 1 = богатое.

Как измеряется?

Воздушно-топливную смесь можно проанализировать, взглянув на данные кислородного датчика вашего ЭБУ. Еще один способ контролировать смесь воздух/топливо – использовать датчик соотношения воздух/топливо. Многие датчики AFR также отображают значение лямбда.

Как это влияет на производительность?

Контроль воздушно-топливной смеси — это точный способ максимизировать производительность, экономичность и избежать повреждения двигателя.

Может показаться, что цель всегда стоична. Это не так. Максимальная мощность обычно достигается при слегка богатой смеси. Управляемость лучше на крейсерских оборотах со слегка обедненной смесью. Холостой ход, как правило, лучше на слегка бедной смеси, но большой кулачок будет лучше работать на холостом ходу, если смесь будет богатой.

В следующей таблице перечислены некоторые рекомендации AFR:

Идентификатор ответа
5230
|
Опубликовано
09. 10.2019 11:52
|
Обновлено
15.05.2020 12:22

Был ли этот ответ полезен?

Что такое топливно-воздушная смесь и виды топливно-воздушной смеси?

Что такое топливно-воздушная смесь?

Воздушно-топливная смесь представляет собой комбинацию воздуха и топлива ( в максимальных случаях будет бензин ) в определенном соотношении, которое поможет двигателю работать правильно. Каждый бензиновый двигатель будет всасывать топливно-воздушную смесь для процесса всасывания , и смесь будет гореть ( или сгорать ) с использованием искр , что приводит к 90 060 процесс горения.

Чтобы смешать воздух и топливо в требуемом соотношении, велосипеду или мотоциклу поможет Карбюратор .

Читайте также:

• Карбюратор — Типы карбюраторов, детали, работа, преимущества и применение
• Разница между COP и Эффективность – и другие подробности

Содержание

Типы топливно-воздушных смесей:

Двигатели не будут работать в одних и тех же условиях на протяжении всего процесса. Иногда двигатель будет работать на медленные условия , иногда высокие и средние поэтому скорость двигателя будет зависеть от подачи воздушно-топливной смеси. Итак, типы топливовоздушной смеси зависят от типов скоростей , на которых будет работать двигатель.

Типы скорости двигателя будут классифицироваться как низкая, нормальная и высокая скорость ; согласно ему видов топливовоздушных смесей будут

• бедная смесь
• стехиометрическая смесь и
• Богатая смесь

Стехиометрическая смесь:

Стехиометрическая смесь имеет показатель смеси 15:1 . Это означает, что двигатель потребляет 15 частей воздуха и 1 часть топлива ( бензин ) для своего запуска. Стехиометрическая смесь – это смесь, которая требует нормальной скорости велосипеда или мотоцикла.

Можно даже прописать пояснение, что если двигателю нужно работать на экономичной ступени, то дроссельная заслонка пропустит топливно-воздушную смесь около 15:1 .

Читайте также:

• Четырехтактный двигатель, процесс, работа, преимущества и применение
• Двухтактный Двигатель, процесс, работа, преимущества и применение

Бедная смесь:

Бедная смесь — это смесь, при которой двигатель будет потреблять меньшее соотношение воздух-топливо и работает на низкой скорости . Топливно-воздушная смесь будет около 12:1 что означает, что 12 частей воздуха смешаны с 1 частью топлива ( бензин ).

Если сравнить обедненную смесь со стехиометрической смесью, то можно, что стехиометрическая смесь потребляет больше топлива .

Богатая смесь:

Теперь, говоря о богатой смеси , как следует из названия, двигатель будет потреблять больше топлива и воздуха для своей работы. Топливно-воздушная смесь должна быть около 17:1 .

Если внимательно наблюдать, богатая смесь будет использоваться на высоких скоростях . При высокой скорости расход воздушно-топливной смеси также высок. Если внимательно наблюдать, расход топлива на богатой смеси будет больше по сравнению со стехиометрической смесью и обедненной смесью .

Например: Если автомобиль или велосипед должны подниматься на большие высоты на дорогах, то нормальная скорость не требуется до вместо преодоления высоты машина или байк поедет обратно.

Итак, для преодоления больших высот необходимо увеличить обороты двигателя что может потребовать больше разгона и увеличится расход топлива.

Мы можем сказать, что соотношение смеси будет увеличиваться по мере увеличения ускорения, а увеличенное соотношение называется Rich Mixture .