Motronic: Смесеобразование - описание

Сообщение

: Motronic: Смесеобразование - описание; Screenshot_71.jpg (535.27 КБ) 8 просмотров

Обзор

Влияющие факторы

Топливовоздушная смесь

Для работы двигателя Отто требуется определённое соотношение между воздухом и топливом. Отношение 14,7:1 теоретически является критерием для полного сгорания. Это соотношение называется стехиометрическим. Определённые режимы работы двигателя требуют коррекции состава смеси. Удельный расход топлива двигателя Отто во многом зависит от состава топливовоздушной смеси. Для достижения полного сгорания и возможно меньшего расхода топлива требуется излишек воздуха, превышение которого также ограничено вследствие увеличения времени сгорания и ухудшения воспламеняемости смеси. В применяемых в настоящее время двигателях расход топлива при соотношении 15...18 кг воздуха на 1 кг топлива является минимальным. Для наглядного представления это значит, что для сгорания 1 литра бензина требуется около 10 000 литров воздуха (рис. 1). Так как автодвигатели работают в основном на частичных нагрузках, они конструктивно рассчитаны на наименьший расход топлива в данном режиме. При других режимах, как холостой ход и полная нагрузка, обогащённая смесь является более выгодной. Система смесообразования должна обеспечивать такие различающиеся требования.

Коэффициент избытка воздуха

Для обозначения отклонений реальной топливовоздушной смеси от теоретически необходимой (14,7:1), была принята единица измерения коэффициента избытка воздуха λ (Лямбда)[1)]. В России принято обозначение α

α = подведённая воздушная масса / расход воздуха для стехиометрического сгорания.

α = 1: подведённая воздушная масса соответствует теоретической потребности

α < 1: недостаток воздуха или богатая смесь. Повышенная мощность достигается при α = 0,85...0,95.

α > 1: излишек воздуха или бедная смесь имеет место в диапазоне от α = 1,05...1,3. При этом отмечается уменьшенный расход топлива и снижение мощности двигателя.

α > 1,3: смесь становится невоспламеняемой. Возникают сбои при воспламенении. Двигатель работает с перебоями перебоями.

: Соотношение воздух - топливо для оптимальной работы двигателя внутреннего сгорания; Screenshot_3.jpg (81.92 КБ) 24 просмотра

Двигатели Отто достигают своей максимальной мощности при недостатке воздуха 5...15% (α = 0,95...0,8), минимального расхода топлива при превышении объема воздуха 10...20% (α = 1,1...1,2) и безупречного холостого хода при α =1,0. Рисунки 2 и 3 показывают зависимость мощности и удельного расхода топлива, а также характеристики токсичности отработавших газов от коэффициента избытка воздуха α. Из них видно, что идеального состава смеси, при котором бы все факторы имели выгодные величины, не существует. Практика показывает, что наиболее приемлем коэффициент избытка воздуха α = 0,9...1,1. Для каталитической доработки выпускных газов в трёхкомпонентном катализаторе при рабочей температуре двигателя обязательно должно выдерживаться условие α = 1. Для достижения этого количество всасываемого воздуха должно точно измеряться и к нему должно подмешиваться точно дозированное количество топлива. Наряду с точным количеством вспрыскиваемого топлива для достижения процесса сгорания необходима также однородность смеси и её хорошее распыление. При невыполнении этих условий крупные капли топлива оседают во впускной трубе, что ведёт к повышению эмиссии СН.

Приспосабливание к рабочим режимам.

На некоторых режимах работы потребность в топливе резко отличается от расхода топлива прогретого двигателя, так что требуется коррекция в смесеобразовании.

Холодный пуск

При холодном пуске всасываемая топливовоздушная смесь обедняется. Это происходит в результате недостаточного перемешивания всасываемого воздуха с топливом, недостаточного испарения топлива и усиленного пленкообразования на холодных стенках трубопроводов. В целях компенсации этого явления и облегчения пуска холодного двигателя требуется подача дополнительного топлива в момент пуска.

Послепусковая фаза

После пуска при низких температурах на короткое время требуется обогащение смеси путём подачи дополнительного топлива до тех пор, пока не повысится температура в камере сгорания и улучшится смесеобразование в цилиндре. Дополнительно, за счёт богатой смеси достигается больший крутящий момент, что способствует переходу к нужным оборотам холостого хода.

: Влияние коэффициента избытка воздуха на токсичность отработавших газов.; Screenshot_4.jpg (211.06 КБ) 23 просмотра

Прогрев двигателя.

За пуском и послепусковой фазой следует фаза прогрева двигателя. Ещё и на этой фазе двигателю требуется обогащенная смесь, поскольку часть топлива ещё конденсируется на холодных стенках цилиндра. В связи с тем, что при пониженных температурах смесеобразование ухудшено (например, из-за слабого перемешивания воздуха с топливом, а также образования капель топлива) во впускной трубе образуется пленка топлива, которая испаряется только при достижении высоких температур. Вышеназванные факторы обуславливают при пониженной температуре необходимость дополнительного обогащения смеси.

Частичные нагрузки

При частичных нагрузках главным в смесеобразовании является минимальный расход топлива. Для соблюдения жестких норм по токсичности при применении трёхкомпонентного катализатора требование α = 1 является обязательным.

Полная нагрузка

При полностью открытой дроссельной заслонке двигатель должен достичь своего наибольшего крутящего момента или максимальной мощности. Как видно из рис. 2 топливо воздушная смесь обогащается до α = 0,85...0,90.

Ускорение

При быстром открытии дроссельной заслонки состав смеси кратковременно обедняется вследствие ограниченной способности топлива к испарению при повышении давления во впускной трубе. Для достижения хорошего перехода требуется обеспечить зависимость между обогащением смеси и температурой двигателя. Путем такого обогащения можно получить хорошие разгонные характеристики.

Принудительный холостой ход

Движение на принудительном холостом ходу, каждое торможение, то есть езда в городском режиме позволяют практически полностью прерывать подачу топлива. На этих фазах работы двигателя отсутствуют выбросы токсичных отработавших газов.

Высотная коррекция

На больших высотах (например, езда в горах) плотность воздуха падает. Это значит, что всасываемый в двигатель воздух имеет меньшую массу, нежели на равнине. Если это явление не учесть при смесеобразовании, то создается чрезмерное обогащение, которое приведёт к перерасходу топлива и повышению токсичности отработавших газов.

Смесеобразующие системы

Назначение карбюратора или системы впрыска - подготовить наилучшую топливовоздушную смесь на любых режимах работы двигателя. В последние годы для смесеобразования применяются в основном системы впрыска, обеспечивающие выполнение требований по экономичности, мощности, безупречные ездовые характеристики и наименьшую токсичность отработавших газов. Впрыск позволяет точнее соизмерить подачу топлива в зависимости от режима и нагрузки двигателя и более гибко реагирует на внешние условия. Смесеобразование при этом регулируется так, чтобы токсичность отработавших газов была незначительной.

Многоточечный впрыск

Многоточечный впрыск идеально выполняет данные задачи. В системе многоточечного впрыска каждый цилиндр имеет свою форсунку, которая подаёт топливо непосредственно перед впускным клапаном. Это, например, системы КЕ и L-Jetronic с соответствующими вариантами (рис. 4).

Механическая система впрыска

Из механических систем впрыска широкое применение нашла система K-Jetronic. Эта система работает без привода и подаёт топливо непрерывно.

Комбинированная электронно-механическая система впрыска

Система КЕ-Jetronic создана на основе механической системы K-Jetronic. Она позволяет учесть большое число параметров двигателя посредством электронноуправляемых дополнительных функций и точно дозировать топливо на различных режимах.

Электронная система впрыска

Электронноуправляемые системы впрыскивают топливо с помощью электромагнитных форсунок циклического действия. Это, например, системы L-Jetronic, LH-Jetronic и Motronic, как единая система зажигания и впрыска.

Одноточечный впрыск

Одноточечный впрыск – это электронноуправляемая система впрыска, при которой электромагнитная форсунка прерывисто подаёт топливо по оси впускного трубопровода перед дроссельной заслонкой. Mono-Jetronic – это обозначение системы центрального впрыска фирмы Бош (рис. 5).

Преимущества систем впрыска

Снижение расхода топлива

Сбор информации, необходимой для работы двигателя (например, частота вращения, нагрузка, температура, положение дроссельной заслонки), делает возможным точное согласование системы как в стационарных, так и в динамических режимах. Благодаря этому двигатель получает ровно столько топлива, сколько ему необходимо.

Высокая нагрузка

Использование систем K- и L-Jetronic позволяет оптимально оформить впускной тракт и увеличить крутящий момент за счёт оптимального наполнения цилиндров. В результате достигаются более высокие мощности оптимальный крутящий момент. Благодаря тому, что замер расхода воздуха и подача топлива при впрыске разделены, при использовании системы Mono-Jetronic достигается повышенная мощность по сравнению с карбюратором вследствие уменьшения дросселирования.

: Многоточёчный впрыск топлива; Screenshot_5.jpg (89.07 КБ) 21 просмотр

Динамичное ускорение.

Системы впрыска реагируют незамедлительно на изменение нагрузки. Это справедливо как для много-, так и для одноточечного впрыска: при многоточечном впрыске топливо подаётся непосредственно к впускному клапану, в результате чего значительно уменьшается пленкообразование. При одноточечном впрыске вследствие движения смеси во впускном коллекторе приходится учитывать образование и испарение пленки на переходных режимах. Соответствующие системы и функции при подаче топлива и смесеобразовании позволяют преодолеть и этот фактор.

Улучшение холодного пуска и прогрева двигателя.

Посредством точной дозировки топлива, в зависимости от температуры и пусковой частоты вращения удаётся достичь быстрого пуска и добиться быстрого возрастания частоты вращения до холостого хода. При прогреве за счёт подачи точного количества топлива достигается равномерная работа двигателя и хорошая реакция на увеличение нагрузки при минимально возможном расходе топлива.

Низкотоксичные отработавшие газы.

Концентрация токсичных компонентов находится в прямой зависимости от коэффициента избытка воздуха. Если ставится задача эмиссии возможно меньшего количества вредных веществ двигателем, то возникает необходимость обеспечения определённого коэффициента избытка воздуха в процессе смесеобразования. Системы впрыска обеспечивают требуемую точность в процессе смесеобразования.

: Одноточечтный впрыск; Screenshot_6.jpg (83.34 КБ) 19 просмотров