Raportul aer-combustibil: Cum afectează acesta performanța motorului?
Un raport aer-combustibil este un număr adimensional care exprimă raportul dintre cantitatea reală de aer din amestec și cantitatea teoretică (cantitatea stoechiometrică) de aer corespunzătoare combustibilului utilizat. Coeficientul, denumit în engleză ca raport aer-combustibil, este notat cu litera greacă λ (lambda).
Coeficientul astfel definit este utilizat cu precădere în domeniul motoarelor cu ardere internă deoarece este un parametru necesar pentru prepararea amestecului. Raportul aer-combustibil exprimă astfel complet nivelul de bogăție al amestecului. Fiecare combustibil are nevoie de o cantitate diferită de aer pentru arderea sa perfectă.
Conţinut
- În funcție de raportul aer-combustibil, putem împărți amestecul de ardere în
- Efectul compoziției amestecului asupra parametrilor motorului
- Arderea unui amestec stoichiometric
- Arderea amestecului bogat
- Arderea amestecului slab
- Efectul compoziției amestecului asupra componentelor motorului
- Coeficientul aer-combustibil λ: Ce înseamnă valorile specifice?
De exemplu, în funcție de compoziția sa, 1 kg de benzină obișnuită pentru mașini necesită aproximativ 14,7 kg de aer pentru arderea completă. Pentru motorină, este nevoie de 15 până la 15,5 kg de aer pentru 1 kg de combustibil. Astfel, dacă se menține raportul perfect între combustibil și aer din amestec, raportul aer-combustibil va ajunge la 1 (λ = 1). Într-un astfel de caz, vorbim de un amestec stoichiometric.
În funcție de raportul aer-combustibil, putem împărți amestecul de ardere în:
- Dacă amestecul conține exact cantitatea stoechiometrică de aer λ = 1, se numește stoichiometric (conține raportul corect de aer pentru arderea perfectă a combustibilului)
- Dacă amestecul conține mai mult aer λ > 1, se numește slab ( conţine mai puţin combustibil decât poate fi ars)
- Dacă amestecul conţine mai puţin aer λ < 1, se numeşte bogat (conţine mai mult combustibil decât poate fi ars)
Cu toate acestea, cu diferite moduri de funcționare ale motorului, condițiile de lucru ale motorului se schimbă și, prin urmare, cerințele pentru cantitatea de combustibil furnizată diferă.
Modurile de funcționare tipice ale motorului în care compoziția amestecului trebuie ajustată sunt, de exemplu:
- Pornire la rece
- Motor rece
- Încălzirea motorului
- Accelerație
- Decelerare
- Funcționare în gol
- Aer condiționat pornit
- Încărcare completă
- Altitudine
Efectul compoziției amestecului asupra parametrilor motorului:
În funcție de raportul aer-combustibil, în aceleași condiții de motor, sunt afectate următoarele:
- Consumul de combustibil
- Performanța motorului
- Cantitatea de emisii
- Uniformitatea funcționării motorului
- Sarcina termică a motorului
Toți acești parametri depind de compoziția amestecului. Cu toate acestea, raportul de amestecare real al amestecului diferă semnificativ de cel teoretic. Temperatura, viteza și sarcina motorului o determină.
Raportul de amestec la care performanța, emisiile și consumul ating cele mai bune valori este unic pentru fiecare motor și mod de funcționare.
Arderea unui amestec stoichiometric:
În teorie, emisiile nu ar trebui să apară la arderea unui amestec stoichiometric. În practică însă, situația este diferită. Din cauza omogenizării insuficiente a combustibilului și a interacțiunii acestuia cu alte substanțe (ulei de motor, impurități din combustibil, influența azotului din aer) și a timpului scurt în care trebuie să aibă loc procesul de ardere, are loc formarea emisiilor.
Deoarece motoarele mașinilor obișnuite sunt acționate în principal la sarcină parțială, ele sunt proiectate pentru această operațiune, astfel încât funcționarea lor să fie cât mai eficientă în acest mod. În acest mod de funcționare, lucrul cu un amestec stoichiometric este un compromis potrivit între performanță, consumul de combustibil și cantitatea de emisii produse.
În plus, motoarele mașinilor de astăzi trebuie să îndeplinească mai întâi limitele de emisie, așa că folosirea unui amestec stoechiometric (λ = 1) pare a fi cea mai potrivită pentru că atunci convertizorul catalitic are randament maxim. Motorul este, deci, cel mai ecologic.
Arderea amestecului bogat:
La arderea unui amestec bogat, arderea are loc mai rapid, iar raportul aer-combustibil reduce temperatura maximă prin evaporare, ceea ce asigură răcirea internă a grupului de cilindri, ceea ce face posibilă, la rândul său, creșterea raportului de compresie al motorului.
Raport de compresie: Ce efect are asupra motorului?
Datorită acestui lucru, puterea motorului crește, dar, în același timp, crește și consumul acestuia, deoarece nu tot combustibilul este ars perfect, iar o parte din energia acestuia rămâne nefolosită.
Toți ceilalți parametri trec deoparte în acest mod, iar performanța devine parametrul principal. Amestecul este astfel îmbogățit (λ < 1) pentru a obține cea mai mare performanță posibilă a motorului.
Arderea amestecului slab:
Cel mai mic consum se realizează în modul de ardere cu amestec slab; astfel, raportul aer-combustibil atinge valoarea (λ > 1). Când motorul este sub sarcină mică, performanța nu este interesantă, așa că prioritatea devine consumul de combustibil.
Într-un astfel de caz, setarea unui amestec ușor slab (λ > 1), care realizează cele mai mari economii de combustibil, este alegerea clară pentru acest mod.
Efectul compoziției amestecului asupra componentelor motorului:
Un amestec bogat are un efect semnificativ din punct de vedere al protecției motorului, deoarece combustibilul care nu arde îndepărtează temperatura din camera de ardere prin evaporare, asigurând astfel o răcire eficientă a camerei de ardere.
Efectul de răcire crește odată cu bogăția amestecului, ceea ce este deosebit de important pentru motoarele extrem de solicitate. Acesta este motivul pentru care un amestec bogat este ars la sarcina maximă a motorului.
Cu toate acestea, nu este nevoie să exagerați cu bogăția amestecului, deoarece combustibilul nears spăla pelicula de ulei de pe pereții cilindrilor, ceea ce crește riscul de gripare a pistonului. În plus, aceasta crește formarea de carbon, ale cărui depuneri împiedică îndepărtarea căldurii din camera de ardere.
Ciocnirea motorului: ce este și cum să o preveniți?
La arderea unui amestec slab, există riscul absenței răcirii interne, care poate duce la o suprasarcină termică a unor componente ale motorului, de exemplu, pistoane, supape și bujii. Cu toate acestea, temperaturile locale mai ridicate în cilindru cresc semnificativ riscul de ardere prin detonare.
Răcirea internă a combustibilului poate fi utilizată numai pentru motoarele cu aprindere prin scânteie deoarece pot funcționa cu un amestec bogat datorită unui timp mai lung de pregătire a acestuia (combustibilul intră în cilindri împreună cu aerul sau este injectat în cilindru în timpul cursei de admisie).
La motoarele cu ardere-aprindere, unde combustibilul este injectat în cilindru, iar faza de ardere începe simultan, un amestec bogat care nu se amestecă bine cu aerul ar duce la fum excesiv. Aceasta înseamnă că, chiar și la sarcina maximă a motorului diesel, raportul aer-combustibil este doar aproape de amestecul stoechiometric, astfel încât să se obțină cea mai mare performanță posibilă.
Coeficientul aer-combustibil λ: Ce înseamnă valorile specifice?
- <0,5-limitainferioarădeinflamabilitate(amestecbogat),amesteculdecombustibilșiaernumaiesteinflamabil
- <1-amestecbogat,lipsădeaer,putereșicuplucrescute
- 0,9-cuplulcelmaimare,funcționarebunăamotorului,consumspecificdecombustibilmaislab
- 0,9pânăla1,1-amestecteoreticadecvatdecombustibilșiaer
- >1 - amestec sărac, exces de aer, economie de combustibil, funcționare economică
- 1,3 până la 1,5 - partea superioară limita de inflamabilitate a amestecului (amestec sărac), amestecul de combustibil și aer nu mai este inflamabil
- 1,6 la 1,7 - limita superioară a inflamabilității amestecului pentru motoarele cu amestec stratificat
Cu toate acestea, în general, un motor care funcționează corect la temperatura și sarcina corecte arde:
Motor diesel - arde un amestec neomogen (stratificat) cu un exces mare de aer. Amestecul este sărac, are o proporție mai mare de aer decât ar aparține unei anumite cantități de combustibil, iar raportul aer-combustibil este, prin urmare, λ > 1.
Motor pe benzină cu injecție indirectă - arde un amestec omogen. Coeficientul proporției de aer este λ = 1, iar un astfel de amestec se numește stoichiometric.
Motor pe gaz cu injecție directă - arde amestec omogen dar neomogen (stratificat). Un amestec omogen injectează un combustibil λ = 1 doză în camera de ardere în timpul cursei de admisie.
Un amestec stratificat injectează combustibil în aerul învolburat în timpul cursei de compresie, creând un amestec omogen local în zona bujiilor. Cu toate acestea, există un amestec slab în celelalte spații ale cilindrului, iar coeficientul aer-combustibil este, prin urmare, λ > 1.