Почему бы или почему бы не повысить КПД двигателя, запустив автомобиль на обедненной топливной смеси (с использованием турбокомпрессора или нагнетателя)?

Бережливое ≠ больше воздуха

Я считаю, что источник непонимания заключается в том, как интерпретируется термин «бережливое производство».

Бедная смесь не указывает на присутствие большего количества воздуха. Это указывает на наличие более высокой доли воздуха по сравнению с топливом (соотношение воздух-топливо, или AFR ).

Быстрый пример

В смеси А 1000 г воздуха, 80 г топлива. АФР = 1000/80 = 12,5

В смеси В 100 г воздуха, 7 г топлива. АФР = 100/7 = 14,3

Поскольку 14,3 > 12,5, смесь B обеднена, чем смесь A, хотя в смеси A больше воздуха.

Вот почему @cdunn прав ; наличие турбокомпрессора или нагнетателя не влияет на способность каталитического нейтрализатора соответствующего размера выполнять свою работу.

Так почему же кошкам нехорошо бегать худыми?

Каталитический нейтрализатор предназначен для удаления вредных газов из выхлопных газов. Он делает это посредством химической реакции, которая включает в себя присутствие катализатора(ов).

Наиболее популярным типом конструкции кота на сегодняшний день является трехкомпонентный каталитический нейтрализатор, который справляется с тремя видами вредных газов:

• оксиды азота (NOx, а не NOS)
• окись углерода (СО)
• несгоревшие углеводороды (HC)

Загвоздка в том, что кошки хорошо работают в узком окне AFR, как показано на этом изображении:

• Работайте слишком бедно , и кошке будет трудно вычистить NOx из выхлопных газов.
• Заправляйтесь слишком богато , и в вашей выхлопной трубе будет намного больше содержания углеводородов и CO.

Бедная работа по сравнению с катализаторами выхлопных газов:

Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор , установленный на автомобилях с бензиновым двигателем, не может работать в условиях обедненной смеси, потому что реакция NO _x на азот и кислород является реакцией восстановления, и для этого должно произойти соответствующее окисление. В трехстороннем катализаторе происходит окисление СО и углеводородов до СО ₂ . Если бы присутствовал избыток кислорода, то кислород, а не NO _x действовал бы как окислитель для CO и HCs, потому что это более сильный окислитель, и NO _x оставался бы непрореагировавшим.

Технология снижения выбросов NO _x без присутствия соответствующих окисляемых газов в выхлопных газах двигателей существует и все чаще используется в дизельных двигателях, работающих на обедненной смеси. Однако для этого требуется больше оборудования в автомобиле, что увеличивает стоимость и сложность, а некоторые подходы требуют добавки, которую необходимо пополнять по мере ее использования.

Технология сжигания обедненной смеси использовалась в бензиновых двигателях в прошлом, но, возможно, не прижилась из-за ужесточения правил выбросов NO _x - она ​​может снова появиться по мере того, как технология сокращения NO _x станет более устоявшейся.

Преимущества и недостатки турбокомпрессоров и нагнетателей

Использование турбокомпрессора или нагнетателя позволяет получить большую выходную мощность при том же рабочем объеме двигателя или меньший рабочий объем двигателя при той же выходной мощности. Это означает, что двигатель может быть меньше и легче, а цилиндры меньшего размера имеют меньшие потери на трение. В новейших небольших бензиновых двигателях, таких как Ford Ecoboost, обычно используется как наддув, так и турбонаддув для обеспечения высокой топливной экономичности.

Основным недостатком турбонаддува или наддува является дополнительная сложность и стоимость оборудования, но это все чаще рассматривается как стоящее с точки зрения повышения эффективности.

Дело не в том, что каталитический нейтрализатор не может обрабатывать больше воздуха как таковой, а в том, что работа на обедненной смеси увеличивает температуру сгорания (я на самом деле не знаю почему, но теперь мне любопытно), и каталитический нейтрализатор должен работать внутри своего химического состава. рабочий диапазон. Что-то связанное с химией, чего я тоже не знаю.

Что касается преимуществ турбонаддува и наддува, то увеличивается не только воздух, но и топливовоздушная смесь в правильной пропорции. Больше воздуха/топлива на каждый рабочий такт дает вам больше мощности. Недостатком турбокомпрессоров является то, что при неправильной конструкции они будут обеспечивать большую мощность, но эта мощность будет отставать от газа.

Недостатком нагнетателей является то, что они приводятся в движение коленчатым валом через ремень, что означает, что они потребляют некоторую мощность для выполнения своей работы. Они явно производят больше энергии, чем потребляют, но она все равно уменьшается на столько, сколько потребляет. Поскольку турбонагнетатели приводятся в действие выхлопными газами, их единственным побочным эффектом является небольшое противодавление.

Еще одна причина не делать этого на своем уличном автомобиле заключается в том, что это уменьшит пробег (более быстрый расход топлива), а дополнительная мощность приведет к износу двигателя, который может быть или не быть предназначен для этого.

Надеюсь, это поможет!

Еще один момент, на который следует обратить внимание, заключается в том, что обеднение и обогащение зависят от условий, в которых уже работает двигатель. С точки зрения химических реакций, автомобильные двигатели, как правило, по умолчанию работают немного на обогащенной смеси — больше топлива, чем требуется для всего воздуха, — потому что это снижает частоту детонаций в смеси.

Если вы измените что-то так, чтобы оно работало на более обедненной смеси , чем расчетные рабочие условия, вы можете перейти к стехиометрическому сгоранию. Это означает, что все топливо потребляется всем воздухом и реакции точно уравновешиваются. Это тоже к детонациям. Это приводит к звону (или стуку) и повреждению цилиндров и поршней. Если вы измените что-то, чтобы сделать его более обедненным настолько, чтобы выйти за пределы стехиометрического соотношения, угроза детонации снижается, но если вы двигаетесь слишком бедно, вы увеличиваете количество пропусков зажигания, что приводит к большему повреждению двигателя (и каталитического нейтрализатора). ).

Бедная смесь сама по себе не обязательно вызовет детонацию, стук или стук. Пилоты старых поршневых самолетов времен Второй мировой войны использовали очень обедненные смеси на дальних рейсах, чтобы увеличить дальность полета, и это было безопасно делать, когда они находились на крейсерской высоте и настройках мощности. Тем не менее, вы бы никогда не подумали о том, чтобы делать это на подъеме или на большой мощности.

С автомобильным двигателем вам нужно было бы иметь адаптивное программирование, которое регулировало бы смесь от богатой до обедненной в зависимости от уровня нагрузки двигателя. На длинных дистанциях по ровной дороге с постоянной скоростью вы, вероятно, могли бы ехать с наклоном большую часть времени, но для вашего типичного городского стиля с частыми остановками или холмистой местности вы, вероятно, никогда не окажетесь в диапазоне мощности, где это будет безопасным, эффективным или действенным.

Что касается выбросов, работа на обедненной смеси определенно создает оксиды азота, так что это может быть дополнительной проблемой в районах, подверженных смогу.

Есть еще одна причина не работать на обедненной смеси, которая очень хорошо применима к двигателям с турбонаддувом: лишнее топливо создает «пограничный слой» между продуктами сгорания и стенкой цилиндра. Это поглощает дополнительное тепло во время сгорания, чтобы поддерживать температуру в камере в допустимых пределах.

Модифицированные автомобили, которые работают с очень высоким наддувом турбонаддува / нагнетателя, часто находятся на грани слишком бедной смеси, поскольку форсунки не могут подавать достаточное количество топлива для поддержания этого пограничного слоя, а давление / температура в камере сгорания увеличивается. В крайних случаях это приводит к детонации/стуку, а при высоком наддуве может привести к физическому повреждению поршня.

Хороший вопрос. Ответ заключается в том, что для устранения выбросов, отличных от CO2, и обеспечения приемлемой эффективности и мощности двигатель ДОЛЖЕН сжигать топливо взрывным образом и обогащать его непосредственно перед ВМТ, затем снова сжигать его на обедненной смеси после ВМТ и, наконец, сжигать его в третий раз после того, как заряд покидает ВМТ. цилиндр быстрого сгорания и вошел в менее горячий и более медленный цилиндр повторного расширения.