Почему бензиновому двигателю необходимо поддерживать соотношение воздух-топливо, а дизельному двигателю - нет?

Похоже, вы уже знаете, почему бензиновый двигатель поддерживает соотношение топливо/воздух как можно ближе к стехиометрическому соотношению, но просто для информации для всех остальных: стехиометрическое соотношение топливо/воздух — это количество кислорода, необходимое для сгорания. весь бензин полностью. При «бедном» сжигании остается некоторое количество кислорода, а при «богатом» сжигании бензин сгорает не так полно.

Дизели работают на обедненной смеси, потому что, согласно этому веб-сайту:

В дизельном двигателе топливо впрыскивается в камеру сгорания ближе к концу такта сжатия и самовоспламеняется. Это отвечает за звук сгорания, который производит дизельный двигатель, который звучит музыкой для ушей всех, кто читает этот журнал. По мере смешивания топлива с воздухом горение продолжается. Этот процесс очень неоднороден (поскольку топливо и воздух смешиваются в камере сгорания не так равномерно, как в газовом двигателе, где смесь создается до поступления в головку блока цилиндров). Сажа образуется при сгорании, так как часть топлива сгорает при недостатке кислорода, и сгорание топлива не завершается. По мере впрыска дополнительного топлива образуется все больше и больше сажи. Следовательно, соотношение воздух/топливо в дизельном двигателе всегда должно быть меньше стехиометрического, чтобы предотвратить чрезмерное количество дыма. По этой причине модифицированный высокопроизводительный дизель будет дымить черным дымом, потому что он питается только от мощности, не заботясь об образовании сажи. В бездымном дизеле в цилиндре находится меньше топлива, чем в цилиндре бензинового двигателя, поэтому мощность дизеля по сравнению с ним меньше.

Бензин впрыскивается до воспламенения, поэтому он успевает смешаться более однородно. Дизель впрыскивается ближе к концу такта сжатия, поэтому он сгорает под давлением почти сразу, прежде чем успевает распространиться по доступному воздуху. Как говорится в приведенной выше цитате, работа дизельного двигателя на обедненной смеси является попыткой уменьшить количество образующейся сажи, что снижает выбросы.

Редактировать

Чтобы ответить на ваш вопрос о том, что происходит с бензиновым двигателем, который сжигает обедненную смесь.

Впрыск бензина в двигатель имеет охлаждающий эффект. Двигатель, работающий на обедненной смеси, в котором бензина меньше, чем необходимо для достижения стехиометрического соотношения, будет нагреваться сильнее, чем двигатель, работающий при стехиометрическом соотношении, или двигатель, работающий на обогащенной смеси. Работайте на слишком обедненной смеси, и вы рискуете перегреться и вызвать дополнительный износ таких компонентов двигателя, как уплотнения. При более высоких степенях сжатия двигатели с обедненной смесью могут быть более экономичными и производить меньше выбросов углерода. Недостатком является то, что существует больше выбросов NOx , для которых требуется более сложный каталитический нейтрализатор, чем у большинства современных автомобилей.

Я также должен прояснить ваше последнее предложение. Ваш ускоритель подключен к дроссельной заслонке (напрямую или «по проводам») и контролирует, сколько воздуха пропускается в двигатель. Он напрямую не контролирует количество впрыскиваемого бензина. Датчик массового расхода определяет , сколько воздуха проходит в двигатель, передает эту информацию в ЭБУ, а ЭБУ контролирует количество впрыскиваемого топлива. Независимо от того, работает ли ваш автомобиль на обедненной или богатой смеси, ЭБУ определяет входные данные датчика массового расхода воздуха, датчика кислорода и/или настроек производителя или пользователя. Во времена карбюраторов было легко настроить двигатель на богатую или бедную смесь, но для настройки параметров в ЭБУ требуется специальное оборудование.

Между прочим, есть различные причины, по которым производитель или владелец транспортного средства может захотеть использовать свой двигатель на обедненной или богатой смеси, связанной с производительностью, охлаждением или экономией топлива.

Я очень удивлен, что никто конкретно не упомянул об этом, но ответ - детонация. Poisson Fish был близок, но дополнительный износ из-за повышения температуры цилиндра не является основной проблемой. Основная проблема заключается в избыточном нагреве, из-за которого бензин самовоспламеняется до появления искры и разрушает двигатель.

Дизель не страдает от этой проблемы, так как он в основном работает по такому принципу - дизель воспламеняется, как только попадает в цилиндр.

Я предполагаю, что если бы у бензина было намного более высокое октановое число, то технически мы могли бы работать на нем как на дизеле.

Если вы смешаете дизельное топливо с воздухом до того, как он попадет в цилиндр, а затем сожмете его в нормальном (дизельном двигателе) такте сжатия, он обязательно взорвется, прежде чем вы достигнете верхней мертвой точки. Однако при нормальной работе дизель впрыскивается в цилиндр и сгорает, когда выходит из форсунки и вступает в контакт с нагретым воздухом. Воспламеняется только дизельное топливо, попадающее в камеру сгорания. Поскольку другого топлива нет, детонировать нечему. В двигателях с искровым зажиганием все топливо и воздух, присутствующие в камере сгорания, готовы и ждут искры, чтобы начать воспламенение. Затем фронт пламени движется наружу от свечи зажигания. Если давление слишком высокое, или температура слишком высокая, или в цилиндре есть горячая точка, вся топливно-воздушная смесь может детонировать сразу. В качестве примечания: - Дизель на самом деле можно использовать в двигателе с искровым зажиганием. Когда-то у нас был трактор с маленьким бензобаком и большим баком для дизеля или керосина. Вы запускали двигатель на бензине, переключались на дизель, когда двигатель прогревался, и снова переключались на бензин перед выключением, чтобы убедиться, что бензин в карбюраторе готов к следующему запуску. На холодном дизеле было невозможно завести, а на горячем бензине - плохо. Я считаю, что степень сжатия была выше, чем у обычного бензина, но меньше, чем у обычного дизеля, и бензин вызывал детонацию, когда температура повышалась до того, как вы переключились на дизель. чтобы убедиться, что в карбюраторе есть бензин, готовый к следующему запуску. На холодном дизеле было невозможно завести, а на горячем бензине - плохо. Я считаю, что степень сжатия была выше, чем у обычного бензина, но меньше, чем у обычного дизеля, и бензин вызывал детонацию, когда температура повышалась до того, как вы переключились на дизель. чтобы убедиться, что в карбюраторе есть бензин, готовый к следующему запуску. На холодном дизеле было невозможно завести, а на горячем бензине - плохо. Я считаю, что степень сжатия была выше, чем у обычного бензина, но меньше, чем у обычного дизеля, и бензин вызывал детонацию, когда температура повышалась до того, как вы переключились на дизель.

В других ответах не было отмечено, что соотношение воздух-топливо зависит от положения, в котором вы его измеряете. Таким образом, хотя соотношение воздух-топливо, усредненное по всему цилиндру, бедное (настолько обедненное, что сгорание было бы невозможно, если бы смесь была однородной), очень близко к точке впрыска оно чрезвычайно богатое (настолько богатое, что сгорание невозможно). t возможно), а чуть дальше от точки впрыска она стехиометрична, и, таким образом, топливо сгорает.

На самом деле бензиновому двигателю не нужно поддерживать стехиометрическое соотношение воздух-топливо. Есть бензиновые двигатели с непосредственным впрыском, как и дизели. Точно так же бензиновый двигатель с непосредственным впрыском имеет очень близкое к точке впрыска богатое соотношение воздух-топливо, но немного дальше оно является стехиометрическим, и, таким образом, топливо сгорает, хотя в целом соотношение воздух-топливо может быть бедным.

Однако проблема обедненного соотношения воздух-топливо заключается в том, что кислорода слишком много, что позволяет азоту в воздухе сгорать до различных оксидов азота. Образующиеся NOx являются загрязняющими веществами и в будущем не позволят всем двигателям, использующим обедненное соотношение воздух-топливо, соответствовать правилам, если только не используется какая-либо система SCR. Так что, если вам не нравится добавлять жидкость SCR вручную, единственным вариантом в будущем будет стехиометрический двигатель.

Потому что в двигателе с искровым зажиганием ограничение потока воздуха - единственный способ контролировать обороты двигателя. Было бы трудно контролировать обороты двигателя, изменяя только топливо, не ограничивая поток воздуха. Это связано с тем, что в двигателях с искровым зажиганием зажигание начинается там, где находится свеча зажигания, и уходит от этой точки. В то время как в двигателях с воспламенением от сжатия зажигание начинается там, где находится топливо после впрыска. Кроме того, двигатели с воспламенением от сжатия с непосредственным впрыском не являются гомогенной смесью, поскольку топливу не дается достаточно времени для смешивания в камере сгорания до воспламенения. Вы можете увидеть это на видео YouTube камеры внутри дизельного двигателя. На видео вы можете буквально увидеть следы воспламеняющегося топлива, когда оно вылетает из сопла форсунки. Кроме того, когда я был ребенком, у меня была старая газонокосилка, и я играл с винтом регулировки смеси, и, сделав двигатель более бедным, я мог достичь более высоких оборотов, фактически не перемещая дроссельную заслонку. Я действительно не понимаю, почему более бедная топливная смесь дает более высокую температуру, но это может быть потому, что, поскольку между каплями топлива больше расстояние, поскольку их меньше, каждой капле может быть предоставлено больше времени для сгорания и, следовательно, генерирование большего количества топлива. тепло, но я не уверен, что это просто теория.

Бензиновые двигатели работают как можно ближе к стехометрическому соотношению, потому что в этом диапазоне каталитический нейтрализатор работает наиболее эффективно .
Избегайте смеси, богатой топливом, поскольку это может привести к повреждению нейтрализатора.

Воздуха

Дизельный двигатель не использует дроссельную заслонку для управления подачей воздуха, дроссельная заслонка всегда открыта.

Это означает, что дизельный двигатель всегда всасывает максимальное количество воздуха, а мощность регулируется количеством подаваемого топлива. В бензиновом двигателе дроссельная заслонка регулирует количество воздуха, поступающего в двигатель, это количество будет варьироваться в зависимости от нагрузки и, следовательно, необходимости регулирования соотношения воздух-топливо.

Надеюсь, это поможет.