Процентное соотношение воздуха и топлива при сгорании

2. До какого предела можно уменьшить подачу воздуха. (Я имею в виду соотношение AFR, например, 10:1, 8:1)?

Поймите, если бы вы открыли дроссельную заслонку и больше ничего не произошло бы (не потребовалось бы дополнительное топливо), то двигатель работал бы на обедненной смеси (с более высоким соотношением воздуха и топлива ... 16:1, 18:1 и намного выше).

Компьютер или карбюратор в большинстве транспортных средств регулируют количество подаваемого топлива, чтобы поддерживать его в определённом соотношении, которое на самом деле немного ниже стехиометрического, в диапазоне 13:1. Вряд ли оно когда-либо будет идеально стехиометрическим. Топливо подаётся немного обогащённым по двум причинам. Во-первых, это предотвращает детонацию. Детонация, или преждевременное зажигание, происходит гораздо легче, когда соотношение воздух/топливо (A/F) бедное. Детонация — бич бензинового двигателя, она приводит к его повреждению. Во-вторых, это также помогает сократить выбросы, в частности оксидов азота (NOx), которые являются самыми вредными из трёх веществ, которые пытаются контролировать наиболее цивилизованные страны. Они являются одной из причин кислотных дождей, того самого коричневого тумана, который вы видите в загрязнённых городах, и вызывают ожоги лёгочной ткани у людей.

Чтобы соотношение воздуха и топлива было близким к стехиометрическому, карбюратор использует поток воздуха для втягивания топлива. Чем больше поток воздуха, тем больше втягивается топлива. Отверстия для этого находятся прямо над дроссельными заслонками. Это означает, что при открытии дроссельных заслонок увеличивается поток воздуха через трубку Вентури, что, в свою очередь, увеличивает поток топлива. Если дроссельные заслонки открываются слишком быстро, отверстиям в трубке Вентури будет сложно сначала подстроиться под поток воздуха. В большинстве карбюраторов есть ускорительный насос, который подаёт дополнительное топливо в трубку Вентури для компенсации и поддержания соотношения воздух/топливо ближе к желаемому.

Что касается впрыска топлива (ВВТ), то сами «бабочки» просто регулируют поток воздуха. В зависимости от конструкции ВВТ, поступающий воздух может измеряться несколькими способами. Его можно измерить с помощью:

• Датчик абсолютного давления в коллекторе (ДАДК): определяет разницу давлений внутри впускного коллектора и снаружи него. Эта разница может быть связана с показаниями вакуумметра на впуске.


• Датчик массового расхода воздуха (ДМРВ): напрямую сообщает компьютеру, сколько воздуха поступает во впускной коллектор. Он используется вместе с датчиком абсолютного давления во впускном коллекторе для получения более точных показаний и, следовательно, лучшей реакции.


• Датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ): напрямую связан с «бабочками» (дроссельными заслонками) и сообщает компьютеру о намерениях водителя. Открывайте шире, чтобы ехать быстрее: закрывайте, чтобы ехать медленнее.


• Датчик кислорода (или лямбда-зонд): сообщает компьютеру, насколько хорошо сгорает топливно-воздушная смесь, что позволяет вносить микрокорректировки в подачу топлива для достижения желаемого состава топливно-воздушной смеси.


• Датчик впуска воздуха: измеряет температуру воздуха во впускном тракте до того, как воздух попадает в двигатель. Чем холоднее воздух, тем он плотнее, а значит, в нём больше кислорода, что влияет на соотношение воздуха и топлива, если его не учитывать.

Есть и другие датчики, которые играют свою роль. По сути, то, что происходит внутри ЭБУ двигателя (и это в самом базовом смысле), заключается в том, что компьютер получает данные от каждого из этих устройств. Внутри компьютера есть «таблицы поиска», которые под «этими условиями» позволяют топливным форсункам оставаться открытыми в течение xx времени. Обычно это измеряется в миллисекундах. Входные данные используются для сопоставления количества топлива, которое должно поступать в двигатель через каждую топливную форсунку. По мере того как компьютер получает новую информацию и фиксирует изменения условий, он соответствующим образом корректирует работу. Компьютер также «обучается» с течением времени, определяя с помощью датчика O2, что работает, а что нет. Он вносит небольшие изменения в справочные таблицы для точной настройки. Это позволяет со временем вносить коррективы и учитывать незначительные различия между автомобилями (даже если в остальном они идентичны).

Обычно поддерживается следующее соотношение. Около 14:7 для холостого хода, крейсерского режима, частичного открытия дроссельной заслонки и немного богаче (12–13:1) для режима частичного открытия дроссельной заслонки.

Дроссельная заслонка регулирует количество воздуха, поступающего в двигатель. Задача карбюратора или системы впрыска топлива — соотносить количество топлива, поступающего в двигатель, с количеством поступающего воздуха.

Давайте посмотрим, смогу ли я прояснить для вас кое-что.

Стехиометрическое соотношение (AFR) для бензина составляет 14,7 : 1, верно?

Это верно, и важно понимать концепцию стехиометрического соотношения. Это значит, что при сжигании топлива и воздуха они должны находиться в таком соотношении, чтобы полностью сгореть и ничего не осталось (ну, по крайней мере, ничего из исходных веществ).

То есть если используется 1 мл бензина, то используется 14,7 мл воздуха, верно?

Нет, это неверно. Соотношение зависит от количества соединений на молекулярном уровне. Поскольку жидкое топливо намного, намного плотнее воздуха, нельзя использовать такие единицы измерения объёма, как миллилитр (мл). Если вы хотите представить себе эти количества рядом друг с другом, вам нужно распылить топливо, превратив его в газ, а затем смешать 1 мл газообразного топлива с 14,7 мл воздуха. Или вы можете взвесить топливо и воздух и смешать их.

То есть, если я буду всё сильнее и сильнее нажимать на педаль газа, подача воздуха будет всё больше и больше сокращаться?

В статье в Википедии хорошо объясняется, что такое соотношение воздух-топливо и как оно меняется:

Стехиометрическая смесь, к сожалению, сгорает очень быстро и может повредить компоненты двигателя, если он работает на такой топливно-воздушной смеси при высокой нагрузке. Из-за высоких температур при использовании такой смеси возможна детонация топливно-воздушной смеси вскоре после достижения максимального давления в цилиндре при высокой нагрузке (так называемый стук или звон). Детонация может привести к серьёзным повреждениям двигателя, поскольку неконтролируемое сгорание топливно-воздушной смеси может создать очень высокое давление в цилиндре. Как следствие, стехиометрические смеси используются только при небольшой нагрузке. При ускорении и высоких нагрузках используется более богатая смесь (с меньшим соотношением воздуха и топлива), что позволяет получить более холодные продукты сгорания и тем самым предотвратить детонацию и перегрев головки блока цилиндров.

Итак, ответ на ваш вопрос: да, воздушная часть соотношения уменьшена. Можно также сказать, что количество топлива увеличено, но в результате получается слишком большое количество топлива. Избыточное топливо не сгорает, но оказывает необходимое охлаждающее действие.

Если я правильно понял ваше утверждение, то при нажатии на педаль газа общее количество воздуха увеличивается. Педаль газа — это, по сути, регулятор подачи воздуха: чем больше газа, тем больше воздуха (и больше топлива). Соотношение уменьшается, как объяснялось выше, но общее количество каждого из них увеличивается.

До какой степени можно уменьшить количество воздуха?

Мне бы не помешала помощь с этими цифрами, но я думаю, что в двигателе можно найти диапазон коэффициента избытка воздуха от 12:1 (обогащённая смесь) до 16:1 (обеднённая смесь).

Если смесь слишком богатая или бедная, воспламенение будет затруднено, и даже если горение произойдёт, оно не будет очень мощным.

Итак, в карбюраторе этим занимается дроссельная заслонка, а в системе с непосредственным впрыском топлива — ЭБУ, верно?

В карбюраторном двигателе карбюратор отвечает за смешивание нужного количества топлива с воздухом. Дроссельная заслонка пропускает больше воздуха, а чем больше воздуха проходит через карбюратор, тем больше топлива он расходует.

В автомобиле с системой электронного впрыска топлива (EFI) компьютер (ЭБУ) использует датчик массового расхода воздуха (ДМРВ) для определения количества воздуха, поступающего в двигатель, а затем рассчитывает, как долго должна работать каждая топливная форсунка, чтобы обеспечить правильное соотношение. Количество воздуха по-прежнему регулируется дроссельной заслонкой.