Бедная или богатая смесь бензина и воздуха
В данной статье расскажем, что такое бедная или богатая смесь бензина и воздуха. Какие пропорции оптимальны для работы двигателя.
Смесь, в которой на 1 кг бензина приходится 15 кг воздуха (со стандартным содержанием кислорода), принято называть нормальной. Если на ней работает двигатель, его мощность достаточно высока при неплохой экономичности.
Уменьшим поступление воздуха до 12,5-13 кг. Смесь обогатится (бензином) — станет мощностной, потому что, сгорая в цилиндрах наиболее быстро, создает максимальное давление на поршни, а значит высокую мощность. Правда, экономичность ухудшается на 15-20%.
Бедная или богатая смесь
Зависимость основных характеристик двигателя от состава топливно-воздушной смеси
Если стремиться к экономичности, воздуха к смеси следует немного добавить — до 16 кг на 1 кг бензина. Такую смесь называют экономичной. Расход бензина становится минимальным, правда потеря мощности до 8-10% в сравнении с «мощностной». Смесь такого состава называют обедненной. Если при сгорании на 1 кг бензина затрачивается 11-12 кг воздуха, смесь называют богатой. Дальнейшее обогащение 5-6 кг воздуха на 1 кг топлива приводит к тому, что способность смеси к воспламенению ухудшается настолько, что двигатель может остановиться.
Нельзя обеднять смесь беспредельно: когда воздуха больше 20 кг на 1 кг бензина, воспламенение от искры станет ненадежным и может прекратиться. Пока он работает на бедной смеси, нечего ждать достаточной мощности и, как ни странно, экономичности. Ведь тяговые характеристики машины ухудшаются настолько, что водитель вынужден ее «подхлестывать», переходя на пониженную передачу там, где легко ехал на высшей.
На слишком богатой смеси, мощность мотора существенно снижается, а расход бензина увеличивается. Значит, богатая или, хуже, переобогащенная смесь — это избыток бензина или недостаток воздуха.
Богатая, бедная и нормальная топливовоздушная смесь
Каждый водитель наверняка хотя бы раз слышал определение “топливовоздушная смесь”. Особенно часто об этом говорят, когда выясняют причины проблем с пуском двигателя. Например, если мотор глохнет сразу после старта, это может указывать на бедную топливовоздушную смесь. А возникновение ошибки P0172 в бортовой системе компьютера, напротив, может указывать на слишком богатую топливовоздушную смесь. В этой статье рассмотрим, что в целом представляет собой такая смесь, когда ее называют бедной, а когда богатой.
Оглавление: 1. Что такое топливовоздушная смесь 2. Нормальная, богатая и бедная топливовоздушная смесь 3. Богатая и обогащенная топливовоздушная смесь 4. Бедная и обедненная топливовоздушная смесь
Что такое топливовоздушная смесь
Для работы автомобильного двигателя в камеру сгорания должна быть подана топливовоздушная смесь. Для ее формирования в двигателе используется система впрыска, которая отвечает за создание правильного соотношения подаваемого воздуха с топливом.
Нормальная, богатая и бедная топливовоздушная смесь
В ходе многолетних испытаний установлено, что оптимальное соотношение топлива и воздуха для работы автомобильного двигателя — 1:14,7. Такая топливовоздушная смесь называется нормальной или стехиометрической.
Обратите внимание:
Часто можно в литературе встретить, что нормальная топливовоздушная смесь — 1:15, что является округлением. Профессионалы берут в расчет именно 1:14,7.
Богатой топливовоздушной смесью принято называть такую, которая формируется с соотношением 1:13 или менее.
Обогащенной называют топливовоздушную смесь, которая формируется с соотношением топлива к воздуху от 1:13 до 1:14,7.
Бедной топливовоздушной смесью называется состав, в котором воздуха больше 17 кг на 1 кг топлива, то есть в соотношении 1:15 и выше.
Тогда как обедненной топливовоздушной смесью называют состав с соотношением от 1:14,7 (или 1:15) до 1:17 топлива к воздуху.
Разобравшись с соотношениями, отдельно рассмотрим каждый из вариантов, который отличается от нормы.
Богатая и обогащенная топливовоздушная смесь
Выше мы дали информацию о том, в каких соотношениях должна быть сформирована смесь, чтобы ее считали богатой или обогащенной. Теперь расскажем о ситуациях, когда в двигателе (при нормальной его работе) может формировать такая смесь.
Обогащенную смесь система впрыска топлива может формировать на этапе разгона автомобиля, когда требуется увеличение мощности.
Обратите внимание:
Иногда обогащенную или богатую смесь называют мощностной.
Чем меньше воздуха на 1 кг топлива, тем быстрее сгорает топливовоздушная смесь. Соответственно, создается на поршни двигателя максимальное давление, что приводит к увеличению мощности мотора.
Но здесь важно знать несколько нюансов, которые связаны с использованием более богатой смеси, чем нормальная:
- Чем более богатой является смесь, тем больше расход топлива на 100 км пробега.
- Богатая смесь, за счет более быстрого сгорания, оказывает большее давление на компоненты двигателя. Из-за этого мотор, который постоянно эксплуатируется на мощностной смеси, может быстрее выйти из строя.
- Нельзя обогащать смесь бесконечно. Когда соотношение топлива к воздуху начнет приближаться к 1:5,5, воспламенение смеси заметно ухудшится.
Бедная и обедненная топливовоздушная смесь
Если обогащенная топливовоздушная смесь может применяться для повышения мощности двигателя. То обедненная топливовоздушная смесь применяется для снижения расхода топлива двигателем.
Обратите внимание:
У некоторых современных автомобилей есть режим экологичности, который принудительно обедняет смесь.
Важно отметить одну деталь, которая касается экономичности при обедненной топливовоздушной смеси. Если сильно обеднить смесь, доведя соотношение топлива к воздуху до 1:20, то эффективность воспламенения такой смеси снизится. Есть риск того, что автомобиль просто “заглохнет”.
Современные автомобили самостоятельно следят за формированием нужной смеси под конкретные задачи водителя.
Бедная или богатая смесь бензина и воздуха
Смесь, в которой на 1 кг паров бензина приходится 15 кг воздуха (со стандартным содержанием в нем кислорода), принято называть нормальной. Если на ней работает двигатель вашего автомобиля, его мощность достаточно высока при неплохой экономичности.
Уменьшим поступление воздуха до 12,5-13 кг. Смесь обогатится (бензином) — станет так называемой мощностной, потому что, сгорая в цилиндрах наиболее быстро, создает максимальное давление на поршни, а значит, высокую мощность. Правда, экономичность ухудшается довольно ощутимо, на 15-20%.
Если стремиться к экономичности, воздуха к смеси следует немного добавить — до 16 кг на 1 кг бензина. Такую смесь называют экономичной. Расход бензина становится минимальным, правда, ценой некоторых потерь мощности — до 8-10% в сравнении с ‘мощностной’. Смесь такого состава принято называть обедненной. Если при сгорании на 1 кг бензина затрачивается лишь 11-12 кг воздуха, смесь называют богатой. Дальнейшее обогащение 5-6 кг воздуха на 1 кг топлива приводит к тому, что способность смеси к воспламенению ухудшается настолько, что двигатель вообще может остановиться.
Нельзя обеднять смесь беспредельно: когда воздуха больше 20 кг на 1 кг бензина, воспламенение от искры станет ненадежным и может вообще прекратиться. А пока он хоть как-то работает на бедной смеси, нечего ждать не только достаточной мощности, но и, как ни странно, экономичности. Ведь тяговые характеристики машины ухудшаются настолько, что водитель вынужден ее ‘подхлестывать’ — например, переходя на пониженную передачу там, где легко ехал на высшей.
Зависимость основных характеристик двигателя от состава топливно-воздушной смеси
Предположим, вы заметили: выхлопные газы отчетливо видны невооруженным глазом и имеют характерный цвет.
Основных причин две. Первая — износ деталей двигателя, о чем мы говорили неоднократно. В цилиндры проникает масло и, сгорев, создает красивый голубой шлейф за кормой и довольно неприятный запах гари в салоне. Подышав ею неделю-другую, вы поймете, что с мотором пора что-то делать: заменять детали, растачивать и т. п. Ситуация, действительно, неприятная, но никогда не путайте ее с другой — когда неполадки возникают в системе питания.
Двигатель, расходующий много масла, можно отрегулировать так, что окиси углерода (СО) в выхлопе почти не будет (хотя даже голубой дымок не пахнет французскими духами). Но серый или, еще хуже, черный дым из трубы — позор для настоящего автолюбителя! Как мы уже говорили, это признак богатой смеси. Ни на каких режимах его быть не должно, поскольку содержание ‘СО’ в выхлопе может превысить допустимое в несколько раз!
Но и это не все. На слишком богатой смеси, как было сказано, мощность мотора существенно снижается, а расход бензина увеличивается. А значит, тотчас и мнение о вас сложится как о беспомощном ‘чайнике’ — ну, кому это понравится?
Казалось бы, что проще: давайте регулировать карбюратор так, чтобы смесь на любых режимах оставалась бедной — не будет ни ‘СО’, ни черного дыма! На деле не все так просто. Карбюратор, даже простейший, должен позволять двигателю приемлемо работать на самых разнообразных режимах, согласовать которые иногда трудно. Зачастую, обеспечивая работу на одном режиме, жертвуют какими-то характеристиками на другой — тем самым оптимизируют работу машины как целого.
Например, холодный пуск (зимой) требует сильного обогащения смеси, при горячем же (когда двигатель достиг максимальной эксплуатационной температуры) такое обогащение, наоборот, недопустимо, — и карбюратор должен готовить смесь, соответствующую каждой из этих ситуаций.
Другой пример: когда мотор не связан с колесами (передача выключена), вы имеете дело с ‘нормальным’ холостым ходом двигателя. Но если сбросить газ на высокой скорости, не разъединяя связи мотора и колес, — это тоже холостой ход, ‘принудительный’. Понятно — режимы существенно различны!
Нагрузочных режимов — великое множество. Если максимальная мощность достигается при определенных условиях — скажем, полный газ при 5500 об/мин, то промежуточные значения мощности можно получить (и реализовать на ведущих колесах) по-разному: меняя обороты коленвала, степень открытия дросселей и передачу.
Не забудем и о всевозможных переходных режимах, когда меняются и скорость движения, и открытие дросселей карбюратора, наполнение цилиндров топливно-воздушной смесью, ее состав, давление, температура.
Итак, богатая или, хуже, переобогащенная смесь — это всегда избыток бензина или недостаток воздуха. Кстати, для старого двигателя со сниженной компрессией и повышенным давлением картерных газов, что сопровождается выбросом в полость воздушного фильтра копоти и капель масла, засорение воздушных жиклеров — дело обычное!
С крайне бедными смесями мы сталкиваемся, когда по каким-либо причинам поступление бензина резко ухудшается, — мотор реагирует на это или провалами мощности (не тянет) или вообще глохнет при попытках дать ему даже небольшую нагрузку. Возможна такая картина: пуск и работа на холостом ходу — нормальные, но тронуться с места и проехать десяток метров машина отказывается!
Если подача бензина ослаблена, возможны другие ‘фокусы’: при низких и средних нагрузках мотор работает нормально, но при попытке интенсивно разогнаться на полной мощности он вдруг ‘проваливает’ — машина движется словно прыжками, пока не снизится нагрузка. В этом случае нужно искать помеху на пути бензина: забитый грязью бензофильтр, плохо работающий бензонасос, грязь в топливной магистрали.
-
Смотрите так же:
- Цены на обучение
- Обучение на МКПП
- Обучение на АКПП
Топливная смесь
Современная система управления двигателем следит за тем, чтобы в его цилиндрах сгорала экологически чистая топливовоздушная смесь. Но некоторые автомобилисты, меняя прошивки, в том числе, влияющие на состав смеси, хотят добиться еще большей мощности или меньшего расхода топлива.
Законы физики едины для любой техники. Но то, что в поршневом двигателе скрыто от наших глаз, в реактивном порой видно снаружи. Особенно ярко — на самолетных газотурбинных двигателях. У отлично настроенного двигателя АЛ-31 пламя форсажа не желтоватое, как на двигателях многих других фирм, а прозрачно-синее, что говорит о высокой чистоте сгорания, меньшем расходе топлива. Вот только добиться такого результата, не ухудшая устойчивости работы двигателя, далеко не просто.
Вот так горит топливо и в первоклассном автомобильном двигателе. Современный автомобильный двигатель, получив подобную «идеологию», основательно поумнел. Избавляя человека от забот, машина сама себя диагностирует, сообщает о «болячках», подсказывает, когда ехать к мастерам.
В России любое горючее вещество – бензин, керосин, солярку, спирт, газ – народ называет топливом, хотя ничто не может гореть без окислителя. Чаще всего это кислород воздуха. Что же и как полыхает в цилиндрах широко распространенных бензиновых двигателей?
Распыленное форсунками горючее испаряется в каналах перед впускными клапанами. В цилиндрах же сгорает газообразная рабочая смесь горючего и воздуха. Она «гомогенная» (одного состава по всему объему), – такую электронной системе управления двигателем (ЭСУД) проще контролировать. Но если у кого-то еще трудится карбюраторный автомобиль, то многое справедливо и для него, – разница лишь в способах регулирования режимов работы.
В частности, для надежного воспламенения важно, как соотносятся в рабочей смеси массы воздуха и горючего. Смесь из 14,7 г воздуха и 1 г бензина называют стехиометрической. Воздуха ровно столько, сколько нужно для полного сгорания бензина. Отклонения от этого идеала для удобства оценивают так называемым коэффициентом избытка воздуха λ. В нашем примере. Если λ больше единицы, смесь называют бедной, меньше – богатой. При λ = 1 возможна полноценная окислительная реакция, не оставляющая неиспользованных компонентов. В отработавших газах (до первого датчика кислорода в системе выпуска) два основных продукта сгорания – углекислый газ СО2 (13,7 % по объему) и водяной пар H2O (13,1 %). Азот воздуха не горюч, – этот балласт занимает 71,5%. Правда, в реальном двигателе не все так гладко, как в теории. Даже при сжигании стехиометрической смеси в отработавших газах присутствуют СО (до 0,7 %) и СН (до 0,2 %). А на режимах с высокими температурами могут появиться и токсичные оксиды азота NOx – около 0,1 %.
С этими дозами ядов трехкомпонентный каталитический нейтрализатор справляется практически стопроцентно, это его штатный режим работы. Первые два он «доокислит» (дожжет), а оксиды NOx восстановит до безвредного азота N2.
Карбюратор и при самой грамотной регулировке не может гарантировать стехиометрии даже на основных режимах работы, не говоря уже о переходных. Отсюда экологические проблемы. Это основная причина того, что о карбюраторах (при всей их простоте и привлекательности для кого-то) автомобильный мир постепенно забывает.
Но убавим немного воздуха. При λ = 0,8. 0,9 получается смесь для режимов высокой мощности, ибо скорость ее сгорания самая высокая. Но некоторая часть «заряда» в цилиндре не успевает прореагировать, доли СО и СН, как и расход топлива, несколько выше, чем при стехиометрии.
Еще меньше воздуха? Слишком богатая смесь горит неэффективно. Расход топлива велик, мощность снижена, в отработавших газах много токсичных продуктов – СО, СН и С. Первый из них – окись углерода, «угарный газ без цвета и запаха». Из-за дефицита кислорода он «недоокислился» до СО2. Второй – «углеводороды», пары горючего, не успевшие воспламениться и выброшенные в трубу. Третий – появившиеся в ходе реакций частицы углерода (черная копоть), которым тоже не хватило воздуха, чтобы догореть.
Копоть нарушает работу свечей – угольные «мостики» прерывают искрообразование – и в нейтрализаторе дожигается слишком много топлива, он перегревается, а при температурах свыше 1000 о С ему приходит конец. Поэтому система самодиагностики, обнаружив, что в каком-то цилиндре слишком много пропусков воспламенения, отключает его форсунку – и сигнализирует: «проверь двигатель!»
Ну а если окислителя так мало, что смесь невозможно зажечь, ее называют переобогащенной. Именно поэтому плотные бензиновые пары в баке не взрываются даже при неисправном, сильно искрящем электрическом указателе уровня топлива.
Начнем обеднять смесь, добавляя к стехиометрической воздуха. Смесь с λ = 1,05. 1,1 обеспечивает наилучшую экономичность, но с ощутимым недобором мощности. Такая смесь горит медленней, а лишний воздух равносилен балласту, уносящему в трубу часть полезной теплоты. При сильном обеднении смеси (в основном, у двигателей с непосредственным впрыском топлива в цилиндры) начинают так быстро расти выбросы NOx ,что обычный нейтрализатор с ними не справляется. Это сильно усложняет систему очистки отработавших газов. Но для двигателей, работающих преимущественно при стехиометрии (то есть обычных инжекторных) эта тема не актуальна. Наконец, смесь, в которой так много воздуха, что она не воспламеняется, называют переобедненной. Так, если при резком открытии дросселя мотор «проваливает», – значит, впрыск топлива не поспевает за поступлением воздуха. Хорошо известная причина – засорение топливного фильтра на входе в бензонасос!
Итак, сегодня для наиболее распространенных инжекторных двигателей оптимальной считается стехиометрическая смесь. Такова их основная настройка, прописанная в так называемых «заводских прошивках». Экономичность и мощность двигателя – на приемлемом уровне, вреда для экологии минимум. Ну а знать или не знать, как работает система, ваше личное дело. Немногие представляют себе устройство современного компьютера, а пользуются же! Важно вовремя замечать неполадки, – а устранить их обязан сервис.
Для простоты укрепления знаний можно обратиться к житейским примерам, – например, к газовой плите или деревенской печке. Если при работающем двигателе уменьшить подачу воздуха, закрыв дроссель, то ЭСУД синхронно снизит подачу топлива. А кухонная печка начнет выделять угарный газ СО.
О том, что угарного газа выделялось много, говорят черные, обугленные головешки. Почему уголь не сгорел? – Не хватило кислорода. Значит, оксида углерода СО было немало. Будь в печи пламя, как в кузнечном горне, – белое, ревущее – остался бы в ней только светлый (минеральный, не горючий) пепел.
Ну а с выстуженной печкой обращение иное. С поверхности холодных дров летучие углеводороды испаряются слабо. А цепная реакция горения устойчива и вообще возможна лишь при условии, что температура в очаге быстро достигнет градусов 800. Поэтому начинать растопку надо с мелкого топлива, но в большом количестве, чтобы поверхность горения была как можно большей. Это сухой хворост, стружки, щепки, береста, газеты. Налицо немало общего с двигателем.
Напомним, при пуске совсем холодного бензин слабо испаряется – и получить нужный состав смеси, не прибегая к каким-то дополнительным мерам, затруднительно. Поэтому контроллер прикажет форсункам настолько увеличить подачу бензина, чтобы смесь в цилиндрах смогла воспламеняться. А по мере прогрева двигателя расход топлива, в соответствии с «прошивкой мозгов», по определенному закону снижается.
Но печка – это пример «дикого», неорганизованного, горения. Гораздо показательнее экспериментировать с газовой горелкой. Бедную газо-воздушную смесь иной раз и не запалишь: хлопок – а огня нет! Если же загорится, то шумно, неустойчиво, временами даже отрываясь от горелки.
На снимках – опыты с портативной горелкой. При минимальном притоке воздуха богатая смесь от пьезо-искорки даже не загорается. От спички – неохотно. Пламя желтоватое, вялое – сразу закоптило наш стальной стержень. Затем прибавили воздуха – и получили смесь, которая отлично загорается от искры. Пламя голубое, ровное, горячее, копоти нет, стержень нагрелся докрасна. Вот эта регулировка – наилучшая.
Всякий двигатель, сжигающий топливо, неспроста называют тепловым – в нем есть та же «печка», только с лучше организованной работой. И задача, по большому счету, та же: максимум эффективности при минимуме вреда. Остается напомнить (см. график): невозможно при одном и том же составе смеси одновременно добиться максимума мощности и минимума расхода топлива. Посему оптимальной для наиболее распространенных инжекторных двигателей считается стехиометрическая смесь. С нею и мощность достаточная, и экономичность приемлемая, и вред природе – минимальный.
Подписи к фото:
1. Так горит богатая газово-воздушная смесь. Пламя горелки желтоватое и, в сравнении с правильной регулировкой, – «прохладное». Подопытный стержень закопчен.
2. Сжигаем газово-воздушную смесь оптимального состава. Пламя голубое, стержень нагрет докрасна. А позади него пламя уже не голубое – оно подсвечено частицами окалины и т. п., отрывающимися от поверхности металла.