Dlaczego silnik benzynowy musi utrzymywać stosunek powietrze-paliwo, a silnik wysokoprężny nie?

To proste pytanie od dłuższego czasu mnie denerwuje. Ilość paliwa wtryskiwanego do silnika benzynowego obliczana jest na podstawie ilości powietrza wchodzącego przez przepustnicę (mierzonej przez czujnik bezwzględnego przepływu masowego powietrza / kolektora). Jednak ilość paliwa wtryskiwanego do silnika wysokoprężnego po prostu zależy od prasy na pedał, a powietrze może być swobodnie zasysane do cylindrów. Oznacza to, że podczas normalnej pracy olej napędowy pracuje bardzo ubogo, a benzyna stale utrzymuje stosunek stechiometryczny (nie uwzględnia się sytuacji wysokiego obciążenia). Dlaczego silnik benzynowy nie może być ubogi również bez przepustnicy, tylko w zależności od ilości wtryskiwanego paliwa?

Wygląda na to, że już wiesz, dlaczego silnik benzynowy utrzymuje stosunek paliwo / powietrze tak blisko stosunku stechiometrycznego, jak to możliwe, ale tylko ze względu na informacje dla kogokolwiek innego: stechiometryczny stosunek paliwo / powietrze to ilość tlenu potrzebna do spalania cała benzyna całkowicie. „Chude” spalanie pozostawia trochę tlenu, a „bogate” spalanie oznacza, że ​​benzyna nie pali się tak całkowicie.

Diesle są ubogie, ponieważ według tej strony:

W silniku wysokoprężnym paliwo jest wtryskiwane do komory spalania pod koniec suwu sprężania i ulega samozapłonowi. Jest to odpowiedzialne za dźwięk spalania generowany przez silnik Diesla, który jest muzyką dla każdego, kto czyta to czasopismo. W miarę mieszania się paliwa z powietrzem spalanie trwa. Proces ten jest bardzo niejednorodny (ponieważ paliwo i powietrze są mieszane w komorze spalania, nie jest tak jednorodne jak w silniku gazowym, w którym mieszanina została utworzona przed wejściem do głowicy cylindrów). Podczas spalania powstaje sadza, ponieważ część paliwa pali się niewystarczającą ilością tlenu, a spalanie paliwa nie zostało zakończone. W miarę wtryskiwania dodatkowego paliwa powstaje coraz więcej sadzy. W związku z tym, stosunek powietrza do paliwa w silniku wysokoprężnym musi zawsze być mniejszy niż stechiometryczny, aby zapobiec nadmiernej ilości dymu. Z tego powodu zmodyfikowany, wysokowydajny olej napędowy będzie wydmuchiwał czarny dym, ponieważ jest napędzany wyłącznie energią, bez obaw o wytwarzanie sadzy. Wolny od dymu olej napędowy ma mniej paliwa w cylindrze niż w cylindrze silnika benzynowego, dlatego moc oleju napędowego jest zmniejszona w porównaniu.

Benzyna jest wtryskiwana przed zapłonem, więc ma czas na bardziej jednorodne wymieszanie. Olej napędowy jest wtryskiwany pod koniec suwu sprężania, więc pali się pod ciśnieniem prawie natychmiast, zanim zdąży rozlać się po dostępnym powietrzu. Jak wynika z powyższego cytatu, włączenie ubogiej mieszanki silnika wysokoprężnego jest próbą zmniejszenia ilości wytwarzanej sadzy, co zmniejsza emisję.

Edytować

Aby odpowiedzieć na pytanie, co dzieje się z silnikiem benzynowym, który pali szczupłą mieszankę.

Wtrysk benzyny do silnika ma efekt chłodzenia. Silnik z mieszaniem ubogim, w którym jest mniej benzyny, niż jest to konieczne do osiągnięcia stosunku stechiometrycznego, będzie pracował cieplej niż silnik pracujący w stosunku stechiometrycznym lub jeden bogaty. Biegnij zbyt ubogo i ryzykujesz przegrzaniem oraz dodatkowym zużyciem elementów silnika, takich jak uszczelki. Przy wyższych stopniach sprężania szczupłe silniki mogą być bardziej wydajne pod względem zużycia paliwa i emitować mniej dwutlenku węgla. Minusem jest to, że jest więcej emisji NOx, które wymagają bardziej złożonego katalizatora niż większość współczesnych pojazdów.

Powinienem również wyjaśnić twoje ostatnie zdanie. Twój akcelerator jest podłączony do przepustnicy (bezpośrednio lub „napędzany drutem”) i kontroluje, ile powietrza może dostać się do silnika. Nie ma bezpośredniego wpływu na ilość wtryskiwanej benzyny. Czujnik przepływu masy wykrywa, ile powietrza przepływa do silnika, przekazuje tę informację do ECU, a ECU kontroluje ilość wtryskiwanego paliwa. O tym, czy Twój samochód jest ubogi czy bogaty, decyduje ECU na podstawie danych wejściowych z czujnika przepływu masy, czujnika O2 i / lub ustawień producenta lub użytkownika. W czasach gaźnika łatwo było dostroić silnik, aby pracował na bogatym lub ubogim, ale potrzebujesz specjalnego sprzętu, aby dostosować ustawienia w ECU.

Nawiasem mówiąc, istnieją różne powody, dla których producent lub właściciel pojazdu może chcieć pracować na ubogim lub bogatym silniku w związku z wydajnością, chłodzeniem lub zużyciem paliwa.

Jestem bardzo zaskoczony, że nikt nie wspomniał o tym konkretnie, ale odpowiedzią jest detonacja. Poisson Fish był blisko, ale dodatkowe zużycie spowodowane podwyższoną temperaturą cylindra nie jest głównym problemem. Głównym problemem jest dodatkowe ciepło powodujące samozapłon benzyny przed iskrą i zniszczenie silnika.

Olej napędowy nie cierpi z powodu tego problemu, ponieważ zasadniczo działa na tej zasadzie - olej napędowy zapala się, gdy tylko wejdzie do cylindra.

Domyślam się, że gdyby benzyna miała znacznie wyższą liczbę oktanową, to technicznie moglibyśmy pracować jak olej napędowy.

Jeśli zmieszałeś olej napędowy z powietrzem, zanim dostanie się on do cylindra, a następnie skompresujesz go w normalnym skoku sprężania (silnik Diesla), z pewnością wybuchłby, zanim osiągniesz najwyższy martwy punkt. Jednak podczas normalnej pracy olej napędowy jest wtryskiwany do cylindra i pali się, gdy opuszcza wtryskiwacz i wchodzi w kontakt z ogrzanym powietrzem. Zapala się tylko olej napędowy wchodzący do komory spalania. Ponieważ nie ma innego paliwa, nie ma tam nic do detonacji. Silniki z zapłonem iskrowym mają całe paliwo i powietrze obecne w komorze spalania i czekają, aż iskra się zapali. Następnie przód płomienia przesuwa się na zewnątrz od świecy zapłonowej. Jeśli ciśnienie jest zbyt wysokie lub temperatura jest zbyt wysoka lub w cylindrze jest gorący punkt, cała mieszanka paliwowo-powietrzna może wybuchnąć jednocześnie. Na marginesie: - W rzeczywistości silnik Diesla może być stosowany w silniku o zapłonie iskrowym. Kiedyś mieliśmy ciągnik z małym zbiornikiem benzyny i dużym zbiornikiem oleju napędowego lub nafty. Zacząłeś od benzyny, przełączyłeś się na olej napędowy, gdy silnik się rozgrzał, i przestawiłeś się z powrotem na benzynę przed wyłączeniem, aby upewnić się, że benzyna w gaźniku jest gotowa do następnego uruchomienia. Nie można było zacząć na zimno od oleju napędowego i nie działało dobrze na benzynie, gdy jest gorące. Uważam, że stopień sprężania był wyższy niż normalna benzyna, ale mniejszy niż normalny olej napędowy, a benzyna spowodowałaby detonację, gdy temperatury wzrosłyby przed przejściem na olej napędowy. aby upewnić się, że benzyna w gaźniku jest gotowa do następnego uruchomienia. Nie można było zacząć na zimno od oleju napędowego i nie działało dobrze na benzynie, gdy jest gorące. Uważam, że stopień sprężania był wyższy niż normalna benzyna, ale mniejszy niż normalny olej napędowy, a benzyna spowodowałaby detonację, gdy temperatury wzrosłyby przed przejściem na olej napędowy. aby upewnić się, że benzyna w gaźniku jest gotowa do następnego uruchomienia. Nie można było zacząć na zimno od oleju napędowego i nie działało dobrze na benzynie, gdy jest gorące. Uważam, że stopień sprężania był wyższy niż normalna benzyna, ale mniejszy niż normalny olej napędowy, a benzyna spowodowałaby detonację, gdy temperatury wzrosłyby przed przejściem na olej napędowy.

W innych odpowiedziach nie zauważono, że stosunek powietrza do paliwa zależy od miejsca, w którym go mierzysz. Tak więc, mimo że stosunek powietrza do paliwa uśredniony dla całego cylindra jest ubogi (tak ubogi, że spalanie nie byłoby możliwe, gdyby mieszanina była jednorodna), bardzo blisko punktu wtrysku jest niezwykle bogaty (tak bogaty, że spalanie nie jest możliwe), a nieco dalej od punktu wtrysku jest stechiometryczny, a zatem paliwo pali się.

W rzeczywistości silnik benzynowy nie musi utrzymywać stechiometrycznego stosunku powietrza do paliwa. Istnieją silniki benzynowe z wtryskiem bezpośrednim, tak jak są silniki wysokoprężne. Podobnie silnik benzynowy z bezpośrednim wtryskiem ma bardzo zbliżony stosunek paliwa do paliwa bogaty w punkt wtrysku, ale nieco dalej jest stechiometryczny, a zatem paliwo pali się, nawet jeśli globalnie stosunek paliwa do paliwa może być ubogi.

Jednak problem stosunku ubogiego powietrza w paliwo polega na tym, że jest za dużo tlenu, co umożliwia spalanie azotu w powietrzu do różnych tlenków azotu. Wytworzony NOx jest zanieczyszczeniem, a w przyszłości uniemożliwi wszystkim silnikom stosowanie mieszanki ubogiej w paliwo w celu zapewnienia zgodności z przepisami, chyba że zostanie zastosowany jakiś system SCR. Tak więc, chyba że lubisz dodawać płyn SCR ręcznie, jedyną opcją w przyszłości będzie silnik stechiometryczny.

Ponieważ w silniku o zapłonie iskrowym ograniczanie przepływu powietrza jest jedynym sposobem kontrolowania prędkości obrotowej silnika. Trudno byłoby kontrolować obroty silnika poprzez zmianę samego paliwa bez ograniczania przepływu powietrza. Jest tak, ponieważ w silnikach o zapłonie iskrowym zapłon rozpoczyna się w miejscu, w którym znajduje się świeca zapłonowa, i odsuwa się od tego punktu. Natomiast w silnikach o zapłonie samoczynnym zapłon rozpoczyna się wszędzie tam, gdzie znajduje się paliwo po wtrysku. Również silniki o zapłonie samoczynnym z wtryskiem bezpośrednim nie są jednorodną mieszanką, ponieważ paliwo nie ma wystarczającej ilości czasu na wymieszanie w komorze spalania przed zapłonem. Możesz to zobaczyć na wideo z kamery na silniku Diesla na YouTube. Na filmie można dosłownie zobaczyć ślady paliwa zapalającego się podczas rozpylania z dyszy wtryskiwacza. Również jako dziecko miałem starą kosiarkę i bawiłem się śrubą regulacyjną mieszanki, a dzięki zmniejszeniu prędkości obrotowej silnika mogłem osiągnąć wyższe obroty bez poruszania przepustnicą. Nie do końca rozumiem, dlaczego uboższa mieszanka paliwowa wytwarza wyższą temperaturę, ale może tak być, ponieważ ponieważ istnieje większa odległość między kroplami paliwa, ponieważ jest ich mniej, każda kropla może mieć więcej czasu na spalenie, a zatem generuje więcej upał, ale nie jestem pewien, czy to tylko teoria.

Silniki benzynowe pracują jak najbliżej stosunku stechometrycznego, ponieważ w tym paśmie katalizator jest najbardziej wydajny .
Unika się mieszanki bogatej w paliwo, ponieważ może to uszkodzić konwerter.

Powietrze

Silnik wysokoprężny nie wykorzystuje przepustnicy do sterowania powietrzem, przepustnica jest zawsze otwarta.

Oznacza to, że silnik wysokoprężny zawsze pobiera maksymalną ilość powietrza, a moc jest regulowana ilością dostarczanego paliwa. Dzięki przepustnicy silnika benzynowego kontroluje ilość powietrza dopływającego do silnika, ilość ta będzie się zmieniać w zależności od obciążenia, a zatem potrzeby kontroli stosunku powietrza do paliwa.

Mam nadzieję, że to pomaga.