Dlaczego lub dlaczego nie zwiększyć wydajności silnika, uruchamiając samochód „ubogim w paliwo” (za pomocą turbosprężarki lub doładowania)?

Wszyscy chcą, aby ich samochody zużywały mniej paliwa, prawda? Na tej stronie przeczytałem następujący fragment o prowadzeniu ubogiej w paliwo samochodowe :

Uruchom silnik ubogi w paliwo, to znaczy zużyj nadmiar powietrza. Powszechnie wiadomo, że uboga w paliwo poprawia wydajność. W dawnych czasach, w warunkach przelotowych, silniki zawsze pracowały ubogie - około 15% nadmiaru powietrza - było to ekonomiczne. Co się stało, aby to zmienić? Problemem jest trójdrożny (CO, UHC, NOx) katalizator stosowany w wydechach silnika. Działa to tylko wtedy, gdy stosunek powietrze / paliwo silnika (wagowo) jest stechiometryczny (chemicznie poprawny). W przypadku benzyny stosunek ten wynosi 14,6: 1. Komputer silnika współpracujący z czujnikiem przepływu powietrza w silniku, elektronicznymi wtryskiwaczami paliwa i czujnikiem tlenu w spalinach utrzymuje stosunek stechiometryczny przez większość jazdy. Tylko przy tym stosunku katalizator może zarówno utlenić CO, jak i UHC (do CO2 i H2O) i chemicznie zredukować NOx (do N2). (UHC = niespalone węglowodory.) Ludzkość potrzebuje katalizatora ubogiego w NOx.

Ten fragment wydaje się mieć sens. Zużyj więcej powietrza i zwiększ zużycie paliwa. Nie rozumiem jednak, dlaczego katalizator nie radzi sobie ani nie może być przystosowany do obsługi większej ilości powietrza w silniku.

Jakie są zalety i wady wtłaczania powietrza do silnika za pomocą turbosprężarki lub turbosprężarki, które uzasadniałyby to, że samochód to robi lub nie?

Lean ≠ Więcej powietrza

Uważam, że źródłem nieporozumień jest sposób interpretacji terminu „lean”.

Chude mieszanki nie wskazują na obecność większej ilości powietrza. Wskazuje na obecność większego udziału powietrza w porównaniu z paliwem (stosunek powietrze-paliwo lub AFR ).

Szybki przykład

Mieszanina A zawiera 1000 g powietrza i 80 g paliwa. AFR = 1000/80 = 12,5

Mieszanina B zawiera 100 g powietrza i 7 g paliwa. AFR = 100/7 = 14,3

Od 14,3> 12,5 Mieszanina B jest chudsza niż Mieszanina A, mimo że Mieszanka A ma więcej powietrza.

Właśnie dlatego @cdunn ma rację ; obecność turbosprężarki lub turbosprężarki nie wpływa na zdolność odpowiedniego katalizatora do wykonywania pracy.

Dlaczego więc nie jest dobrze, aby koty biegały chude?

Katalizator przeznaczony jest do usuwania szkodliwych gazów ze spalin. Odbywa się to poprzez reakcję chemiczną, która obejmuje obecność katalizatora (ów).

Najpopularniejszym obecnie rodzajem konstrukcji kotów jest trójdrożny katalizator, który obsługuje trzy rodzaje szkodliwych gazów:

• tlenki azotu (NOx, nie NO )
• tlenek węgla (CO)
• niespalone węglowodory (HC)

Chodzi o to, że koty działają dobrze w wąskim oknie AFR, ponieważ ten obraz pokazuje:

• Biegnij zbyt ubogo , a kotowi będzie trudno wyszorować NOx z gazów wydechowych
• Uruchom zbyt bogaty , a rura wydechowa będzie miała znacznie więcej zawartości HC, CO

Praca uboga a katalizatory spalin:

Trójdrożny katalizator zamontowane w pojazdach Benzyny mogą działać na ubogiej mieszance warunkach pracy silnika, ponieważ reakcja NO _x do azotu i tlenu jest reakcja redukcji, a to nastąpiło musi istnieć odpowiednia utleniania. W trójdrożnego katalizatora, który jest utlenianie węglowodorów CO i CO ₂ . Gdyby obecny był nadmiar tlenu, wówczas tlen, a nie NO _x , działałby jako środek utleniający dla CO i HC - ponieważ jest to silniejszy środek utleniający - a NO _x pozostałoby nieprzereagowane.

Istnieje technologia redukcji NO _x bez obecności odpowiednich utleniających się gazów w spalinach silnika i jest coraz częściej stosowana w silnikach wysokoprężnych, które pracują na ubogich mieszankach. Jednak potrzebuje więcej wyposażenia w pojeździe, zwiększając koszty i złożoność, a niektóre podejścia wymagają dodatku, który należy uzupełnić, gdy jest zużyty.

Technologia Lean Burn była stosowana w silnikach benzynowych w przeszłości, ale być może nie udało się jej uchwycić z powodu zaostrzenia przepisów dotyczących emisji NO _x - może pojawić się ponownie, gdy technologia redukcji NO _{x stanie} się bardziej popularna.

Zalety i wady turbosprężarek i turbosprężarek

Zastosowanie turbosprężarki lub sprężarki doładowującej pozwala uzyskać większą moc wyjściową przy takim samym wydatku silnika - lub mniejszą pojemność skokową silnika przy tej samej mocy wyjściowej. Oznacza to, że silnik może być mniejszy i lżejszy, a mniejsze cylindry mają mniejsze straty tarcia. Najnowsze małe silniki benzynowe, takie jak gama Forda Ecoboost, zazwyczaj wykorzystują zarówno doładowanie, jak i turbodoładowanie, aby zapewnić wysoką oszczędność paliwa.

Główną wadą turbodoładowania lub doładowania jest dodatkowa złożoność i koszt sprzętu, ale jest to coraz częściej postrzegane jako opłacalne ze względu na wzrost wydajności.

Nie chodzi o to, że katalizator nie jest w stanie poradzić sobie z większą ilością powietrza, chodzi o to, że uboga mieszanka podnosi temperaturę spalania (właściwie nie wiem dlaczego, ale teraz jestem ciekawa), a katalizator musi pracować wewnątrz swojej substancji chemicznej Zakres pracy. Coś związanego z chemią, której też nie znam.

Jeśli chodzi o zalety turbodoładowania i doładowania, to nie tylko powietrze jest zwiększane, ale mieszanka paliwowa w odpowiedniej proporcji, która jest zwiększana. Więcej powietrza / paliwa na każdy skok mocy daje większą moc. Wadą turbosprężarek jest to, że przy niewłaściwej konstrukcji zapewni dużą moc, ale ta moc opóźni przepustnicę.

Wadą sprężarek doładowujących jest to, że są napędzane przez wał korbowy za pomocą paska, co oznacza, że ​​zużywają one trochę mocy, aby wykonywać swoją pracę. Wyraźnie wytwarzają więcej energii, niż zużywają, ale nadal jest ona zmniejszana o ile zużywa. Ponieważ turbosprężarki napędzane są spalinami, ich jedynym efektem ubocznym jest niewielkie przeciwciśnienie.

Innym powodem, dla którego nie należy tego robić w samochodzie ulicznym, jest to, że zmniejszy on przebieg (szybsze zużycie paliwa), a dodatkowa moc spowoduje zużycie silnika, który mógł lub nie został zaprojektowany do obsługi tego.

Mam nadzieję, że to pomaga!

Jednym dodatkowym punktem, na który należy zwrócić uwagę, jest to, że uboższe i bogatsze są w stosunku do warunków, w których silnik już pracuje. Jeśli chodzi o reakcje chemiczne, silniki samochodów zwykle pracują nieco bogato - więcej paliwa niż potrzeba na całe powietrze - ponieważ zmniejsza to częstotliwość detonacji w mieszance.

Jeśli zmienisz rzeczy tak, aby działały lżejsze niż zaprojektowane warunki pracy, możesz przejść do spalania stechiometrycznego. Oznacza to, że całe paliwo jest zużywane przez całe powietrze, a reakcje są dokładnie zrównoważone. Dotyczy to również detonacji. Powoduje to pingowanie (lub pukanie) i uszkodzenie cylindrów i tłoków. Jeśli zmienisz rzeczy, aby było bardziej odchudzone o tyle, aby wyjść poza stosunek stechiometryczny, zagrożenie detonacją zostanie zmniejszone, ale jeśli przesuniesz się zbyt pochylnie, zwiększysz liczbę przerw zapłonu - więcej uszkodzeń silnika (i katalizatora) ).

Samo uruchomienie ubogiej mieszanki niekoniecznie spowoduje detonację, pingowanie lub pukanie. W czasie drugiej wojny światowej piloci samolotów tłokowych używali poważnie ubogich mieszanek na długich dystansach, aby zwiększyć zasięg i było to bezpieczne, gdy znajdowali się na wysokości przelotowej i ustawieniach mocy. Jednak nigdy nie pomyślałbyś o zrobieniu tego podczas wspinaczki lub z dużą mocą.

W przypadku silnika samochodowego trzeba mieć programowanie adaptacyjne, które dostosowuje mieszankę z bogatej do ubogiej w zależności od poziomu obciążenia silnika. Na długodystansowej, poziomej jezdni ze stałymi prędkościami na autostradzie prawdopodobnie prawdopodobnie będziesz biegał chudo przez dłuższy czas, ale dla typowego miejskiego stylu zatrzymywania się i jazdy lub pagórkowatego terenu prawdopodobnie nigdy nie znajdziesz się w zakresie mocy tam, gdzie byłoby bezpieczne, wydajne lub skuteczne.

Jeśli chodzi o emisje, prowadzenie ubogiej mieszanki zdecydowanie tworzy tlenki azotu, więc może to stanowić dodatkowy problem na obszarach podatnych na smog.

Istnieje dodatkowy powód, dla którego nie stosuje się ubogiej mieszanki, która ma bardzo dobre zastosowanie w silnikach z turbodoładowaniem - dodatkowe paliwo tworzy „warstwę graniczną” między produktami spalania a ścianą cylindra. Absorbuje to dodatkowe ciepło podczas spalania, aby utrzymać temperaturę w komorze w granicach tolerancji.

Zmodyfikowane samochody, które mają bardzo wysokie doładowanie z turbodoładowaniem / doładowaniem, często są zbyt ubogie, ponieważ wtryskiwacze nie mogą dostarczyć wystarczającej ilości paliwa, aby utrzymać tę warstwę graniczną, a ciśnienie / temperatura w komorze spalania wzrasta. W skrajnych przypadkach powoduje to detonację / stukanie, a przy wysokim doładowaniu może spowodować fizyczne uszkodzenie tłoka.

Dobre pytanie. Odpowiedź jest taka, że ​​aby wyeliminować emisje inne niż CO2 i zapewnić rozsądną wydajność i moc, silnik MUSI spalić paliwo wybuchowo i bogato tuż przed TDC, a następnie spalić go ponownie chudo po TDC, a na koniec spalić po raz trzeci po tym, jak ładunek opuści ładunek szybki cylinder spalania i wszedł do mniej gorącego i wolniejszego cylindra ponownego rozprężania.