Вопрос

Существуют ли химические ограничения для состава смеси, которую может использовать двигатель?

Я знаю, что вопрос/заголовок немного двусмысленный, но я не смог уместить его в одно предложение, поэтому, пожалуйста, дайте мне возможность объяснить. Вы можете изменить состав смеси в двигателе по любой причине. По ряду причин неразумно делать смесь слишком бедной или слишком богатой. Слишком бедная смесь приведет к прогару клапанов и свечей зажигания, расплавлению головки блока цилиндров и т. д. Слишком богатая смесь смоет масляную пленку, приведет к расходу и загрязнению масла, образованию сажи в выхлопных газах, загрязнению свечей зажигания и т. д. Не говоря уже о высоком расходе топлива.



Но это не реальные ограничения, а просто причины не использовать слишком богатую или слишком бедную смесь. Мне любопытно, насколько богатой или бедной может быть смесь, прежде чем бензин просто не воспламенится. Я понимаю, что это зависит (в значительной степени) от конструкции двигателя, но давайте предположим, что у нас есть идеальный двигатель, оптимизированный для работы на максимально богатой или максимально бедной смеси.



Я как-то читал, что, по мнению большинства тюнеров, 1,2 лямбда (или 17,6 AFR) — это самый низкий показатель, при котором двигатель не заглохнет. Чуть выше 1 — это самый экономичный показатель, 0,88 — самый мощный, а 0,82 — самый горячий во время прогрева. Но я не видел, чтобы кто-то это доказывал, и Google мне не помог. Поэтому мне интересно, знает ли кто-нибудь из вас что-то ещё об этом или может ли кто-нибудь подтвердить эту информацию.



В качестве справочной информации: у меня есть авиационный двигатель, на котором я провожу испытания. В рамках этих испытаний мне нужно измерить коэффициент избытка воздуха с помощью кислородного датчика Bosch LSU4.9. Двигатель представляет собой обычный 4-цилиндровый 16-клапанный оппозитный двигатель с многоточечным впрыском. В соответствии с техническими характеристиками двигатель рассчитан на работу в диапазоне от 0,82 до 1,12 лямбда.



Я использую контроллер Innovate LM-2 и самодельный контроллер для измерения состава смеси. В первом используется датчик Bosch LSU4.2, во втором — LSU4.9. Оба всегда дают одинаковый результат. Странно то, что состав смеси меняется от 0,7 лямбда на низких оборотах до 1,6 на высоких. Я не считал это возможным, но, поскольку оба датчика показывают одинаковые результаты, скорее всего, так оно и есть. Бедная смесь может быть вызвана утечкой в выхлопной системе, из-за которой поступает кислород, но тогда лямбда-значение 0,7 никогда не будет достигнуто. Поэтому я пытаюсь выяснить, выдают ли мои датчики ложные результаты или двигатель действительно работает на такой нелепой смеси. При этом двигатель никогда не глохнет и не работает плохо.



Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/40943/is-there-a-chemical-limitation-to-the-mixture-an-engine-can-maintain

11 Комментариев

  1. Вы не сможете сделать двигатель ещё более «бедным», чем если вообще не будете подавать топливо. Это может показаться глупым, но на самом деле двигатель может работать без топлива в течение нескольких тактов. Некоторые двигатели способны отключать цилиндры в определённых режимах работы. Я понимаю, что технически это не «обеднение», потому что не происходит воспламенения.



    Что касается слишком богатой смеси, то для того, чтобы топливо сгорало, оно должно быть хорошо распылено, то есть представлять собой туман из топлива, который находится в воздухе и сжимается в цилиндре. При слишком богатой смеси топливо может «выпасть в осадок». То есть оно больше не распыляется в воздухе, а скапливается на дне камеры сгорания (то есть на головке поршня), и топливо сгорает не полностью. Несгоревшее топливо попадает в выхлопную систему. Момент, когда это происходит, во многом зависит от вашей топливной системы. Хуже всего с этим справляется традиционный карбюратор. Современные форсунки сверхвысокого давления, такие как те, что используются в двигателях VW TSI, могут распылять больший объём топлива, хотя обычно это делается в паре с турбонагнетателем, чтобы в двигатель поступало больше воздуха, чем при атмосферном давлении, и смесь не становилась слишком богатой.



    Я не уверен, что это ответ на ваш вопрос. Полагаю, вы могли бы заполнить бензином целый цилиндр, но он бы точно не загорелся.


  1. Для начала стоит обратиться к публикациям о двигателях таких людей, как Рикардо, который проектировал и строил испытательные двигатели для проверки экстремальных значений степени сжатия, состава смеси, фаз газораспределения и т. д. Одним из таких двигателей был E6T.


  1. Верно, если ваша цель — добиться максимальной производительности. Но вопрос в том, насколько вы можете стать «толстыми» или «тощими» в физическом/химическом смысле. Очевидно, что вы никогда не достигнете показателя 0,88 или 1,05 или чего-то подобного, если ваша цель — производительность в любой области.
  1. Это противоречит здравому смыслу, ведь для оптимальной мощности нужен холодный воздух. Именно поэтому в высокопроизводительных автомобилях с турбонаддувом установлены интеркулеры. Холодный воздух более плотный, поэтому в нём содержится больше кислорода на кубический сантиметр.
  1. Я понимаю вашу точку зрения: в определённый момент воздух насыщается парами бензина, как и в случае с водой. В воздухе можно «растворить» лишь определённое количество бензина. Но чем выше температура воздуха, тем больше паров в нём можно «растворить», и это может зайти очень далеко. Думаю, вы уже превысили предел воспламенения. С другой стороны, бедные смеси просто не будут гореть, если их концентрация слишком мала. Если он всё ещё горит, то, скорее всего, это локальное обогащение смеси, а не обеднение. Точно так же, как в дизельных двигателях, где смесь в целом бедная, но в форсунке есть локальное обогащение.
  1. Интересный совет. Я ознакомился с его работой, она кажется очень интересной.
  1. @Zaid Да, серьёзно, всё в этом двигателе отличается от стандартного автомобильного. Начнём с того, что это авиационный двигатель, у него по две форсунки и свечи зажигания на цилиндр, 4 катушки, по два датчика каждого типа, два ЭБУ, две сети CAN. Это действительно сводит меня с ума.
  1. Да, степень сжатия должна быть довольно низкой, чтобы обеспечить такое обедненное сгорание без самовоспламенения, а момент зажигания должен быть довольно ранним по сравнению с другими. Коэффициент избытка воздуха 1,6 делает его работу похожей на работу дизельного двигателя
  1. Из-за особенностей конструкции и применения степень сжатия, момент зажигания и т. д. не такие, как в автомобильных двигателях.
  1. @Zaid Это обычный двигатель, работающий на 95RON, но он оптимизирован для повышения долговечности и экономии топлива при высоких оборотах.
  1. На каком топливе работает двигатель самолёта? На обычном неэтилированном бензине или на авиационном топливе?
Вы уже ответили на этот вопрос