Внутренние сгорания двигатели (ДВС) — основной источник энергии для большинства транспортных средств. Их эффективность зависит от правильного соотношения бензина и воздуха в процессе сгорания, известного как стехиометрическое. Это соотношение критично для оптимальной работы двигателя, снижения выбросов вредных веществ и повышения экономичности топлива. В статье рассмотрим, как настроить это соотношение, какие факторы на него влияют и почему его соблюдение важно для долговечности и производительности двигателя.
Оптимальное соотношение бензина и воздуха в двигателе
В этой статье мы рассмотрим, что представляют собой бедная и богатая смеси бензина с воздухом, а также какие пропорции являются наилучшими для функционирования двигателя. Топливно-воздушная смесь (ТВС) — это мелкодисперсная комбинация атмосферного воздуха и жидкого топлива, в которой присутствует небольшое количество паров. Именно эта смесь, сгорая в цилиндрах двигателя, создает движение поршней и, соответственно, приводит в движение автомобиль.
ТВС может иметь разные структуры: она может быть гомогенной, то есть однородной по составу, или же слоистой. В зависимости от типа нагрузки, заданных параметров экономии топлива и необходимых характеристик выхлопных газов (включая содержание вредных веществ и оксидов азота), система впрыска топлива автоматически определяет наиболее подходящую структуру топливно-воздушной смеси.
Эксперты в области двигателестроения подчеркивают важность правильного соотношения бензина и воздуха в двигателе внутреннего сгорания. Это соотношение, известное как стехиометрическое, составляет примерно 14,7 частей воздуха на одну часть бензина. При соблюдении этого баланса достигается оптимальная эффективность сгорания, что способствует максимальной мощности и минимальным выбросам вредных веществ. Однако, в реальных условиях, факторы, такие как температура, давление и качество топлива, могут влиять на это соотношение. Неправильное соотношение может привести к недостаточному сгоранию, увеличению расхода топлива и повышению уровня токсичных выбросов. Поэтому современные системы управления двигателем стремятся поддерживать оптимальное соотношение, адаптируясь к изменяющимся условиям работы, что является ключевым аспектом для повышения экологичности и экономичности автомобилей.
СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ В ДВИГАТЕЛЯХ
В двигателях внутреннего сгорания необходимая горючая смесь формируется из топлива и воздуха в специальном устройстве — карбюраторе, после чего она подается в цилиндры двигателя в нужном объеме.
Смесь, в которой на 1 кг бензина приходится 15 кг воздуха (с учетом стандартного содержания кислорода), называется нормальной. Более точно, смесь с соотношением бензина и воздуха 1:14,7 считается стехиометрической. Двигатель, работающий на такой смеси, демонстрирует высокую мощность и хорошую экономичность.
Если уменьшить количество воздуха до 12,5 — 13 кг, смесь станет обогащенной (бензином) и мощностной, так как быстрое сгорание в цилиндрах создает максимальное давление на поршни, что приводит к увеличению мощности. Однако это также ухудшает экономичность на 15-20%. Если на 1 кг бензина расходуется от 13 до 15 кг воздуха, такую смесь называют обогащенной, а если менее 13 кг — богатой.
Дальнейшее обогащение до 5-6 кг воздуха на 1 кг топлива приводит к тому, что смесь теряет способность к воспламенению, и двигатель может остановиться. При соотношении бензина и воздуха 1:5 смесь уже не воспламеняется.
Для достижения экономичности следует немного увеличить количество воздуха — до 15-17 кг на 1 кг бензина. Такую смесь называют обедненной. В этом случае расход бензина минимален, но мощность может снизиться на 8-10% по сравнению с «мощностной» смесью. Если воздуха больше 17 кг, смесь считается бедной. При соотношении бензина и воздуха 1:21 и более воспламенение не происходит.
Однако обеднять смесь бесконечно нельзя: когда воздуха становится более 20 кг на 1 кг бензина, воспламенение от искры становится ненадежным и может прекратиться. Работая на бедной смеси, двигатель не сможет обеспечить достаточную мощность, и, как ни странно, экономичность также ухудшается. Тяговые характеристики автомобиля снижаются настолько, что водителю приходится переключаться на пониженную передачу в тех ситуациях, где он ранее легко двигался на высшей.
При слишком богатой смеси мощность двигателя значительно падает, а расход бензина возрастает. Таким образом, богатая или, что еще хуже, переобогащенная смесь — это результат избытка бензина или недостатка воздуха.
| Соотношение (воздух:топливо) | Название смеси | Характеристики работы двигателя |
|---|---|---|
| 14.7:1 | Стехиометрическая | Оптимальное сгорание, минимальные выбросы, максимальная эффективность |
| 12.5:1 — 13.5:1 | Богатая | Максимальная мощность, повышенный расход топлива, более низкая температура сгорания |
| 15.5:1 — 16.5:1 | Бедная | Экономия топлива, повышенная температура сгорания, риск детонации, снижение мощности |
| Менее 10:1 | Очень богатая | Заливание свечей, черный дым, пропуски зажигания, сильное снижение мощности |
| Более 18:1 | Очень бедная | Пропуски зажигания, перегрев двигателя, детонация, повреждение двигателя |
Интересные факты
Вот несколько интересных фактов о соотношении бензина и воздуха в двигателе внутреннего сгорания (ДВС):
-
Стеки и стехиометрия: Оптимальное соотношение бензина и воздуха для полного сгорания углеводородов в бензине составляет примерно 14,7:1 по массе. Это соотношение называется стехиометрическим. При этом соотношении достигается максимальная эффективность сгорания и минимальные выбросы вредных веществ.
-
Богатые и бедные смеси: В зависимости от условий работы двигателя, соотношение может варьироваться. «Богатая» смесь (больше бензина, чем воздуха) используется для увеличения мощности, например, при ускорении, тогда как «бедная» смесь (больше воздуха) помогает снизить расход топлива и уменьшить выбросы при стабильной работе двигателя.
-
Влияние на производительность: Неправильное соотношение бензина и воздуха может привести к различным проблемам. Например, слишком бедная смесь может вызвать перегрев двигателя и детонацию, тогда как слишком богатая смесь может привести к неэффективному сгоранию, увеличению расхода топлива и образованию отложений в системе впуска и на свечах зажигания.
ДЛЯ ЧЕГО ОБЕДНЯЮТ СМЕСЬ?
Смесь необходимо обеднять в любом случае — это связано с экономией топлива и снижением токсичности при одинаковой мощности. Топливовоздушная смесь может воспламеняться от искры в определённом диапазоне концентраций. Благодаря направленному движению воздуха, которое зависит от конструкции коллектора, клапанных каналов и камеры сгорания поршня, а также факелу впрыскиваемого топлива, можно создать локально «богатую» смесь в области свечи зажигания на всех режимах работы двигателя, что обеспечит её надёжное воспламенение. В то же время общая смесь в цилиндре будет «бедной».
На некоторых режимах работы (например, на холостом ходу или при низкой нагрузке) нет необходимости в большом количестве топлива. Соответственно, и потребность в воздухе снижается. В таких случаях можно уменьшить количество воздуха, например, не открывая один из двух впускных клапанов или значительно изменяя фазы их открытия и закрытия, что создаёт дополнительное сопротивление на выпуске.
При высоких нагрузках открываются все возможные клапаны, и впрыскиваемое топливо смешивается с воздухом в цилиндре таким образом, что смесь в области свечи оказывается локально богатой. Это, в свою очередь, обеспечивает «плавное» последовательное воспламенение и сгорание порций топлива в этом вихре «цлиндровых страстей». Таким образом, смесь максимально обедняется, но вихри воздуха способствуют её нормальному сгоранию.
Влияние температуры на соотношение бензина и воздуха
Температура окружающей среды и температура самого двигателя играют ключевую роль в формировании оптимального соотношения бензина и воздуха в двигателе внутреннего сгорания (ДВС). Это соотношение, известное как стехиометрическое, представляет собой идеальное соотношение, при котором все молекулы топлива полностью сгорают, не оставляя остаточных продуктов. Для бензина это соотношение составляет примерно 14,7:1 по массе, то есть на 14,7 частей воздуха требуется 1 часть бензина.
При повышении температуры окружающей среды снижается плотность воздуха, что влияет на количество кислорода, доступного для сгорания. В результате, для достижения оптимального соотношения бензина и воздуха необходимо увеличить подачу топлива. Это может привести к обогащению смеси, что в свою очередь может вызвать увеличение выбросов вредных веществ и ухудшение экономичности работы двигателя.
С другой стороны, при низких температурах, особенно в зимний период, воздух становится более плотным, что увеличивает количество кислорода в смеси. В таких условиях может потребоваться обеднение смеси, чтобы избежать проблем с зажиганием и обеспечить стабильную работу двигателя. Неправильное соотношение может привести к недостаточному сгоранию топлива, что также негативно скажется на производительности и экологии.
Температура самого двигателя также оказывает значительное влияние на соотношение бензина и воздуха. При холодном запуске двигателя, когда температура еще не достигла рабочей, система управления двигателем автоматически обогащает смесь для облегчения запуска. По мере прогрева двигателя, соотношение постепенно возвращается к стехиометрическому значению. Это связано с тем, что при повышении температуры улучшается испаряемость бензина, что способствует более полному сгоранию.
Читайте также:
Кроме того, температура влияет на вязкость масла и работу систем впрыска и зажигания. Например, при высоких температурах может происходить преждевременное зажигание (детонация), что также требует корректировки соотношения бензина и воздуха для предотвращения повреждений двигателя.
В современных автомобилях используются системы управления двигателем, которые автоматически регулируют соотношение бензина и воздуха в зависимости от температуры, давления и других факторов. Это позволяет поддерживать оптимальные условия работы двигателя в различных температурных режимах, что способствует улучшению его производительности и снижению вредных выбросов.
Таким образом, температура является одним из ключевых факторов, влияющих на соотношение бензина и воздуха в ДВС. Понимание этого влияния позволяет более эффективно управлять процессом сгорания и оптимизировать работу двигателя в различных условиях эксплуатации.
Вопрос-ответ
Какая должна быть смесь воздуха и бензина в двигателе?
Образование смеси в двигателе. В двигателе внутреннего сгорания из воздуха, а также топлива образуется горючая смесь. Это все происходит в карбюраторе, после чего подается в мотор в необходимом количестве. Смесь считается в норме при соблюдении пропорции 1:14,7.
Сколько нужно воздуха для сжигания 1 кг топлива?
В процессе горения любых топлив участвует большое количество воздуха. Так, для полного сгорания 1 кг дров требуется (4÷5) м³ воздуха, 1 кг каменного угля – (8÷9) м³, 1 кг нефти – (10÷12) м³. При пожарах, где горение протекает с большим избытком воздуха, эти цифры увеличиваются в полтора-два раза.
Каково соотношение воздуха и топлива в бензиновом двигателе?
Теоретическое соотношение воздуха и топлива в бензиновом двигателе: для полного сгорания бензина стехиометрическое соотношение воздуха и топлива составляет около 14,7:1. Для полного сгорания 1 кг бензина требуется 14,7 кг воздуха.
На 1 кг бензина сколько надо кг воздуха?
Необходимо примерно 15 кг воздуха на 1 кг бензина. То, из чего состоит топливная смесь, зависит от мощности и экономичности движения автомобиля.
Советы
СОВЕТ №1
Изучите характеристики вашего двигателя. Разные двигатели требуют различного соотношения бензина и воздуха для оптимальной работы. Ознакомьтесь с рекомендациями производителя, чтобы обеспечить максимальную эффективность и минимальные выбросы.
СОВЕТ №2
Регулярно проверяйте систему впуска и фильтры. Загрязненные фильтры или поврежденные элементы системы впуска могут нарушить баланс соотношения бензина и воздуха, что приведет к снижению производительности и увеличению расхода топлива.
СОВЕТ №3
Обратите внимание на настройки системы управления двигателем. Современные автомобили оснащены электронными блоками управления, которые автоматически регулируют соотношение бензина и воздуха. Убедитесь, что программное обеспечение обновлено и работает корректно для достижения оптимальных показателей.
СОВЕТ №4
Проводите регулярное техническое обслуживание. Регулярные проверки и замены свечей зажигания, топливных насосов и других компонентов помогут поддерживать правильное соотношение бензина и воздуха, что в свою очередь улучшит экономию топлива и общую производительность автомобиля.
