Главная › Двигатель › Топливо-воздушная смесь и работа двигателя

Топливо-воздушная смесь и работа двигателя

От чего зависит мощность двигателя, сколько нужно сжигать топлива и воздуха, чтобы получить максимальную мощность или максимальную экономичность? Разберемся в этом на понятном языке.

Для того чтобы понять всю картину, для начала опишу как двигатель определяет сколько нужно налить топлива, сколько воздуха попало в цилиндр, сколько в итоге сгорело и как вообще прошло это горение.

Современный двигатель имеет для этого некоторые датчики, считывая их параметры, корректирует свои дальнейшие действия. Будем рассматривать все по порядку, в двигатель затягивается воздух создаваемым разряжением поршней (или затягивается турбиной) через датчик массового расхода воздуха (MAF) который позволяет определить количество воздуха (учитывая его температуру и плотность). Следующий на пути датчик угла открытия дроссельной заслонки , за ним датчик давления во впускном коллекторе + в совокупности с датчиком коленвала считающий обороты двигателя, позволяют определить нагрузку. Вот как, все это позволяет корректировать смесь делая ее оптимальной, к тому же можно проследить за исправностью работы какого-либо датчика в этой цепочке, не начал ли кто-то из них врать.

На этом еще не все, воздух попал в цилиндр и компьютер дал указ форсункам на столько-то миллисекунд открыться, впрыснув топливо. Форсунки должны уложиться в срок пока на это дает согласие датчик распределительного вала . Вот топливовоздушная смесь находится в цилиндре, остаётся ее поджечь, компьютер анализируя все перечисленные датчики и внесенные корректировки опрашивает еще кучу электроники из них состояние кондиционера генератора и прочего, идет к последней инстанции датчику коленвала и определяет момент зажигания. Топливо загорается, и компьютер следит как протекает реакция, продолжая все время слушать датчик детонации в случае его недовольства, вносятся дополнительные корректировки к углу опережения зажигания , сдвигая его на более поздний. Сгоревшая смесь вылетает в выхлопную трубу где поджидает кислородный датчик анализирующий количество кислорода в выхлопных газах, кстати тоже может указать на плохую работу выше указанных датчиков, сообщая компьютеру что посчитал он все плохо и вообще его закидало бензином, и он скоро покроется сажей и откажется так работать.

Важно качественно контролировать топливовоздушную смесь, идеальной будет стехиометрическая . Внесем немного ясности, что такое стехиометрия и как это слово применимо к процессам протекающих в ДВС.

Допустим у нас есть два вещества топливо и воздух, каждое из них имеет свою массу. В результате реакции окисления(горения) топливовоздушной смеси образуются другие вещества и выделяется энергия. Стехиометрической реакцией будет та, в которой вся масса воздуха и вся масса топлива про взаимодействуют и на выходе останется только продукты горения. В ДВС все обстоит иначе, невозможно создать идеальные условия горения, неточные относительно теоретических расчетов показания датчиков, не полное перемешивание топлива с воздухом, часть топлива конденсируется или оседает на стенках деталей. Цепная реакция, протекающая в момент возгорания, распространяется равномерно, а не по всему объему, в результате чего часть кислорода вступает в реакцию с другими соединениями образуя отходы затрачивая энергию, тем самым, не вступив в реакцию с топливом. Упустим разговоры про экологию и химию. Из этого следует, что максимальная мощность двигателя достигается на более богатой смеси, компенсируя потерю осевшего топлива, которое очень долго горит и чаще догорает уже в трубе или в катализаторе. Богатая топливовоздушная смесь более насыщенная и уже больше имеет пригодного для реакции газообразного топлива.

Значения лямбды за графиком приводит к пропускам зажигания.

На графике очень хорошо видна зависимость мощности от качества топливовоздушной смеси, которое в состоянии отследить лямбда, (меньше число лямбда- богаче смесь и наоборот ) при условии, что момент зажигания оптимальный. Оптимальным углом считается момент воспламенивший смесь и при последующем горении быстро расширяющиеся газы имеют максимальное давление на поршень, когда он уже опустился на 15-17 градусов ниже мертвой точки. При чрезмерно раннем зажигании поршень продолжает сжимать и без того огромное давление над поршнем, затрачивая на это энергию и время. Так же возникновение детонации до ВМТ несет разрушительные последствия. Детонация протекает во много раз быстрее обычного процесса горения, охватывая большую площадь камеры сгорания мгновенно и при очень высокой температуре, разрушая детали двигателя. Взрывная волна отражается от стенок цилиндра многократно издавая металлический стук, датчик детонации улавливает это явление. Чаще всего детонация возникает из-за перегрева острых кромок в камере сгорания, тарелок клапанов, образуя калийное зажигание. более выражена на низких и средних оборотах, когда скорость топливовоздушной смеси не столь велика и подвержена нагреву, предусматриваются специальные вытеснители в камере сгорания, позволяющие лучше перемешать воздух с топливом, выталкивая клином из щели между головкой и поршнем, когда он подходит к ВМТ придавая завихрение и концентрацию в районе свечи.

Мощность двигателя, а, следовательно, скорость, разгон и рывок автомобиля напрямую зависят от характеристик энергоносителя – бензина. Но любителей и профессионалов не обманешь, они прекрасно знают, что в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания , спрятанного под капотом любимого автомобиля, сгорает не жидкий бензин или дизель, а топливно-воздушная смесь. Именно ее состав, отношение массы атмосферного воздуха к массе жидкого топлива позволяет разогнаться до максимальной скорости, совершить рывок во время выполнения маневра обгона, или преодолеть крутой подъем.

Топливно-воздушная смесь – основные понятия

Мелкодисперсная смесь атмосферного воздуха и жидкого топлива с небольшим включением парообразной фазы называется топливно-воздушной смесью или ТВС. Именно она, сгорая в цилиндрах двигателя, придает поступательное движение поршням и обеспечивает движение автомобиля.

В зависимости от своей структуры, ТВС может быть гомогенной (однородной по своему составу), или обладать слоистой структурой. В зависимости от вида нагрузки, заложенных параметров экономии топлива, и требуемого состава выхлопных газов (содержания вредных веществ и окислов азота), система впрыска топлива самостоятельно выбирает наиболее оптимальную структуру топливно-воздушной смеси.

Бедная и богатая ТВС, узлы и системы дозирования

Эмпирическая формула дает определение «нормальной» ТВС, как смеси 14,7 килограмм атмосферного воздуха и 1 килограмма жидкого топлива. Топливная смесь, количество воздуха в которой больше указанного в соотношении, называется бедной, и, соответственно, богатой, при меньшем количестве воздуха.

бедная — воздуха > 14,7
богатая — воздуха < 14,7

В двигателях внутреннего сгорания за приготовление и состав топливно-воздушной смеси отвечает карбюраторный узел, который в настоящее время практически вытеснен инжекторной системой впрыска. И одна, и другая система обеспечивает многообразие режимов работы ДВС за счет приготовления смеси с различным содержанием атмосферного воздуха.

Историческая справка. Барботажный карбюратор – единственный в своем роде узел, позволявший приготовить идеальную топливно-воздушную смесь. Такая ТВС представляла собой смесь паров и атмосферного воздуха и позволяла достигнуть максимального КПД двигателя при минимальном расходе жидкого горючего. К сожалению, конструкция барботажного карбюратора была громоздкой и небезопасной в использовании, а отношение количества воздуха и паров топлива сильно зависело от температуры окружающей среды.

Историческая справка. После принятия свода норм и законов, известного как EURO 3 и регламентирующего содержание вредных для экологии веществ в выхлопных газах автомобилей, производители ДВС перешли на многоточечную инжекторную систему впрыска топлива. Каждая форсунка обслуживает «свой» цилиндр, а электронная дозирующая система подбирает необходимый состав смеси, который хоть незначительно, но отличается от цилиндра к цилиндру. На практике такое усложнение приводит к снижению надежности и усложнению ремонта в случае поломки.

Гомогенная и слоистая ТВС – отличия в режимах работы двигателя

Однородная топливная смесь наиболее универсальна для обеспечения работы двигателя внутреннего сгорания во всех возможных режимах. Стабильная теплоотдача позволяет развить максимальную мощность, не превышая среднедопустимого давления и температуры горения в цилиндрах, что положительно сказывается на стабильности работы двигателя и его долговечности. Однако все достоинства имеют и оборотную сторону. В данном случае, это неоптимальный расход топлива, «загрязнение» выхлопных газов не сгоревшими микрочастицами.

Эти недостатки устранимы при использовании топливно-воздушной смеси слоистой структуры. В цилиндры подается обедненная смесь, расчетные параметры теплоотдачи которой обеспечивают основные режимы работы ДВС, а так же оптимальный расход топлива. Но большое содержание атмосферного воздуха приводит к нестабильному воспламенению и разной скорости горения топливной смеси при каждом такте сжатия — расширения, что является причиной падения мощности и нестабильности работы двигателя в целом.

Достигнуть единообразия позволяет впрыск в зону воспламенения небольшого количества обогащенной смеси в качестве катализатора реакции окисления. В карбюраторных двигателях для решения данной задачи используют дополнительный впускной клапан, а инжекторные системы оснащаются двухрежимной форсункой.

Использование обедненной и обогащенной ТВС

Попытка уменьшить расход топлива путем регулировки топливной системы , зачастую приводит к неприятным последствиям. Увеличение количества воздуха в топливной смеси повышает температуру горения и приводит к преждевременным поломкам двигателя. Прогорание поршневых колец и эрозия стенок цилиндров – обычное дело при езде на обедненной ТВС. При все большем обеднении смеси наблюдается снижение мощности двигателя, при увеличении нагрузки появляются «провалы». Движение автомобиля становится дерганным, малейший подъем может стать непреодолимым препятствием. При достижении соотношения 30 к 1 мотор начинает глохнуть.
Чрезмерное обогащение смеси не превратит стандартную модель в гоночный болид. При уменьшении содержания воздуха в ТВС двигатель начинает работать с перебоями, падает мощность, катастрофически возрастает расход топлива. По достижении определенной пропорции двигатель невозможно будет запустить.

Современные автомобили приводит в движение Он характеризуется определенной схемой работы. Внутри камеры этой системы сгорает топливно-воздушная смесь. Это значит, что, заправляя автомобиль бензином или дизелем, водитель предоставляет только один необходимый элемент для движения транспортного средства.

Топливо смешивается с воздухом. бензин или дизель. Горючее испаряется при этом перед клапанами. В цилиндрах смесь топлива с воздухом сгорает от электрической искры. Если сканер автомобиля выдал ошибку р0172, это значит, что система определила отклонение. Это богатая смесь . Но можно и самостоятельно увидеть нарушения работы двигателя, вызванные такой проблемой. Как ее устранить, должен знать каждый владелец авто.

Общее понятие

Вникая в понятие, что такое слишком богатая смесь (ВАЗ , Skoda, BMW, Chevrolet и т. д.), следует сказать несколько слов о самом топливе. Оно состоит из соотнесенного в определенной пропорции бензина (дизеля) и воздуха. К цилиндрам двигателя подается жидкое горючее. От его количества во многом зависит это соотношение.

Богатой называется смесь, в которой бензина содержится больше, а воздуха - меньше нормы. Так как кислорода внутри камеры сгорания недостаточно, процесс работы двигателя теряет мощность. Догорание бензина происходит из-за этого уже в глушителе. Некоторые автомеханики называют такое состояние горючего высококалорийным.

Эти нарушения отражаются на внешнем виде свечей зажигания. На них появляется характерный черный нагар, копоть. Причин такому состоянию системы двигателя может быть несколько. Их обязательно необходимо найти и устранить.

Когда смесь становится богатой

Отклонения приготовления смеси появляются в результате определенных сбоев систем автомобиля. За процесс создания горючего отвечает инжектор. Он готовит смеси с определенным процентным содержанием кислорода. Именно эта способность представленного элемента двигателя дает возможность двигателю работать в разных режимах.

При необходимости водитель может, благодаря такому устройству, повысить скорость, справиться с подъемом, пойти на обгон и т. д.

Определяется математической формулой. Нормальным считается соотношение на 1 кг жидкого горючего 14,7 кг кислорода. Если в этой формуле по каким-то причинам увеличивается количество кислорода, такой состав называется бедным. Если же в смеси поднимается показатель количества топлива, смесь приобретает статус богатой.

Владелец автомобиля может самостоятельно отрегулировать уровень подачи кислорода к топливной смеси. Ошибки, допущенные в этом процессе, приводят к поломкам и неправильной работе транспортного средства.

Признаки отклонения

Богатая смесь - ВАЗ , УАЗ, BMW, Audi и прочих существующих марок автомобилей - может проявляться широким спектром отклонений в работе автомобиля. При возникновении таких нарушений необходимо срочно выяснить причину такого состояния двигателя.

В транспортных средствах, в которых установлен автосканер, при возникновении представленных отклонений загорается индикатор с соответствующим кодом ошибки (P0172). Глушитель в таком случае может издавать громкие хлопки. Это происходит из-за догорания воздуха в выхлопной трубе. Это один из первых признаков нарушений.

При этом можно заметить появление в выхлопных газах черного, серого оттенков. Это также связано с неуместным способом догорания топлива. Выхлоп не проходит никакой очистки. В трубе находится большое количество атмосферного кислорода. Поэтому отработанный газ приобретает характерный грязный оттенок.

Управление автомобилем

Слишком богатая смесь проявляется также при управлении транспортным средством. Это сразу же заметит практически любой водитель. Машина становится менее динамичной. Мощность работы двигателя резко снижается. Так как процесс сгорания в камере мотора происходит медленнее, механизм не способен работать на полную силу.

В некоторых случаях машина может даже не поехать. Но это при очень серьезных отклонениях соотношения горючего и воздуха в камере сгорания.

При езде на автомобиле владелец может заметить, что расход топлива стал больше. Это также характерный признак нарушения работы двигателя из-за работы при богатой смеси. Объясняется это нарушение просто. Двигатель в таких условиях работает неэффективно. Смесь горючего расходуется неправильно. Чтобы предотвратить низкую скорость сгорания, мотор начинает впрыскивать в камеру больше жидкого топлива.

Основные причины

Существует несколько основных причин, которые вызывают отклонения соотношения воздуха и бензина. Самыми основными из них могут быть отклонения в системе управления двигателем, а также нарушения работы привода воздушной заслонки. Неисправность инжектора тоже может объяснять, почему определяется богатая смесь. Карбюратор при неправильной настройке также способен стать причиной отклонений. Еще одним фактором образования богатой смеси считается засорение воздушного фильтра.

Нередко причиной нарушений в топливной системе становятся неправильные действия владельца автомобиля. С целью уменьшения расхода бензина или увеличения мощности мотора водитель может неправильно отрегулировать систему. В результате он получает проблемы с двигателем и необходимость проведения внеочередного техобслуживания или даже ремонта.

Отклонения подачи топлива

Так как процесс формирования горючей смеси состоит из двух основных компонентов (бензин и воздух), нарушения возможны со стороны подачи каждого из них. Избыток топлива определяется гораздо реже, чем недостаток воздуха. Но типичные нарушения подачи горючего следует рассмотреть подробнее.

Слишком богатая смесь, причины которой связаны с топливной системой, может быть вызвана высоким давлением в магистрали. Это отклонение вызывается неисправностью бензонасоса или системы регуляции. Чтобы проверить эту версию, применяют специальный манометр для топлива.

Отклонения в составе смеси может вызывать адсорбер. Через него из-за неисправности системы улавливания паров впускается большое количество бензина.

Также могут быть неисправными форсунки. Инжектор в закрытом состоянии может быть неспособен держать топливо. Это становится причиной попадания его в камеру даже при закрытых форсунках.

Неисправности подачи воздуха

Ошибка «Богатая смесь» , которую определяет система диагностики автомобиля, гораздо чаще бывает вызвана недостаточным поступлением кислорода в камеру сгорания. Причин такому нарушению несколько.

В первую очередь может быть элементарно загрязнен воздушный фильтр. По некоторым причинам (тяжелые условия эксплуатации, езда по грязным дорогам) этот элемент системы очистки кислорода может прийти в негодность даже раньше указанного производителем срока. Поэтому необходимо визуально оценить очиститель. Если он грязный, покрыт маслом, его в срочном порядке необходимо заменить. Иначе мотор быстро выйдет из строя.

В некоторых случаях причиной неполноценной подачи воздуха в камеру сгорания может стать поломка датчика его расхода. Это поможет выявить система показаний сканера. Иногда определяется неисправность датчика давления воздуха в коллекторной системе.

Автоматическая система диагностики

Если система диагностики автомобиля показывает, что возникла ошибка «Слишком богатая смесь» , необходимо предпринять определенные действия. Для этого необходимо разобраться в принципах работы сканера.

Воздух подается в горючее при диагностике сенсора МАР и лямбда-зонд. Может, вызвана отклонениями именно этих систем. Однако, кроме них, проблемы могут быть связаны с отклонениями в тепловых зазорах (двигатель с ГБО), при механическом повреждении уплотнительных материалов, недостаточной компрессии или отклонении при работе ГРМ.

Чтобы понять, почему автоматическая диагностика указывает такую ошибку, владелец автомобиля может выполнить несколько действий. В первую очередь требуется проанализировать информацию, которую предоставляет сканер. Далее можно искусственно сымитировать условия появления такой неисправности.

Следующим шагом может стать проверка узлов и механизмов, например контактов, отсутствия подсоса, а также работоспособность систем, связанных с подачей топлива и кислорода в камеру сгорания.

Устранение системной ошибки

Если система диагностики указывает, что автомобилем применяется богатая смесь , необходимо произвести ряд действий. Неисправный узел находится при последовательной проверке каждой системы. Для этого мультиметром проверяются датчики ДЖОТ, MAF, а также лямбда-зонд.

Затем проверяют уплотнители и соединения на впуске воздуха, а также выпускном коллекторе. Подсоса быть не должно. После проведения всех манипуляций и устранения неисправности делается сброс корректировок топливной подачи. При этом долгосрочные программы относительно этой настройки возвращаются до первоначального значения.

Если в топливном баке готовится слишком богатая смесь , первое, что рекомендуют сделать опытные автомеханики, это сбросить дополнительные настройки работы инжектора. Если владелец производил самостоятельные настройки системы регулировки топлива, он мог допустить серьезные ошибки. Богатая топливная смесь приведет к неизбежной поломке мотора очень скоро.

Если причина отклонений связана с системой форсунок, это можно определить визуально. При такой неисправности на внешней стороне инжектора появляются следы сгорания топлива.

Гарь и копоть можно обнаружить также и на одной стороне уплотнительного медного кольца. Такие отклонения бывают вызваны неправильной установкой инжектора. Если уплотнительное кольцо находится не на своем месте, также возможны подобные неисправности.

Редкие поломки

Специалисты утверждают, что 90% всех ошибок « связаны с регулировкой инжектора. Устранить ее несложно. Главное - вовремя обратить внимание на неправильную работу двигателя автомобиля.

Самыми редкими, экзотическими считаются неисправности блока управления двигателем, а также плохое состояние контактов. Иногда встречаются случаи отравления кислородного датчика. Выявить такие отклонения способен опытный специалист. Самостоятельно решить проблему в этом случае удается не каждому владельцу автомобиля.

Рассмотрев, что собой представляет богатая смесь, можно понять опасность возникновения такой ситуации. При появлении непредвиденных ситуаций лучше обратиться в сервисный центр. На пунктах техобслуживания есть необходимый инструмент, с помощью которого можно произвести диагностику. Это сохранит двигатель автомобиля.

В данной статье расскажем, что такое бедная или богатая смесь бензина и воздуха. Какие пропорции оптимальны для работы двигателя. Мелкодисперсная смесь атмосферного воздуха и жидкого топлива с небольшим включением парообразной фазы называется топливно-воздушной смесью или ТВС. Именно она, сгорая в цилиндрах двигателя, придает поступательное движение поршням и обеспечивает движение автомобиля. В зависимости от своей структуры, ТВС может быть гомогенной (однородной по своему составу), или обладать слоистой структурой. В зависимости от вида нагрузки, заложенных параметров экономии топлива, и требуемого состава выхлопных газов (содержания вредных веществ и окислов азота), система впрыска топлива самостоятельно выбирает наиболее оптимальную структуру топливно-воздушной смеси.

СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ В ДВИГАТЕЛЯХ

В двигателях внутреннего сгорания горючая смесь требуемого состава приготавливается из топлива и воздуха в специальном устройстве - карбюраторе, а затем подается в нужном количестве непосредственно в цилиндры двигателя.

Смесь, в которой на 1 кг бензина приходится 15 кг воздуха (со стандартным содержанием кислорода), принято называть нормальной . Если быть точным, смесь в соотношении бензина и воздуха в соотношении 1:14,7 называют стехиометрической. Если на ней работает двигатель, его мощность достаточно высока при неплохой экономичности.

Уменьшим поступление воздуха до 12,5 - 13 кг. Смесь обогатится (бензином) - станет мощностной , потому что, сгорая в цилиндрах наиболее быстро, создает максимальное давление на поршни, а значит высокую мощность. Правда, экономичность ухудшается на 15-20%. Если при сгорании на 1 кг бензина затрачивается от 13 до 15 кг воздуха смесь называют обогащенной , если менее 13 кг воздуха - богатой . Дальнейшее обогащение 5-6 кг воздуха на 1 кг топлива приводит к тому, что способность смеси к воспламенению ухудшается настолько, что двигатель может остановиться. Если соотношение бензина и воздуха станет 1:5, то смесь не воспламеняется. Если стремиться к экономичности, воздуха к смеси следует немного добавить - до 15-17 кг на 1 кг бензина. Такую смесь называют обедненной . Расход бензина становится минимальным, правда потеря мощности до 8-10% в сравнении с "мощностной". Если воздуха свыше 17 кг - смесь такого состава называют бедной . Смесь при соотношении бензина и воздуха 1:21 и более не воспламеняется. Нельзя обеднять смесь беспредельно: когда воздуха больше 20 кг на 1 кг бензина, воспламенение от искры станет ненадежным и может прекратиться. Пока он работает на бедной смеси, нечего ждать достаточной мощности и, как ни странно, экономичности. Ведь тяговые характеристики машины ухудшаются настолько, что водитель вынужден ее "подхлестывать", переходя на пониженную передачу там, где легко ехал на высшей.

На слишком богатой смеси, мощность мотора существенно снижается, а расход бензина увеличивается. Значит, богатая или, хуже, переобогащенная смесь - это избыток бензина или недостаток воздуха.

ДЛЯ ЧЕГО ОБЕДНЯЮТ СМЕСЬ?

Смесь обеднять нужно в любом случае - это экономичность и токсичность при одинаковой мощности. Топливовоздушная смесь воспламеняется от искры в некотором диапазоне концентраций. Направленным движением воздуха (зависит от формы коллектора, клапанных каналов, камеры сгорания поршня) в цилиндре и факелом впрыскиваемого топлива можно достичь локальной "богатой" смеси в районе свечи зажигания на всех режимах работы, что позволит ей надёжно воспламеняться. При этом суммарно смесь в цилиндре будет "бедной". На некоторых режимах (х.х., низкая нагрузка) нет необходимости в большой дозе топлива. Соответственно, нет необходимости и в большом количестве воздуха. Для таких режимов могут уменьшить количество воздуха, например, не открывая один из двух впускных клапанов или сильно искажая фазы их открытия/закрытия, создавая дополнительное сопротивление на выпуске. На режимах больших нагрузок открывается все, что можно и врыскиваемое топливо закруживается воздухом в цилиндре таким образом, что смесь у свечи будет локально богатой и, главное, будет обеспечено "плавное" последовательное воспламенение и сгорание порций топлива в этом вихре "цлиндровых страстей". Т.е., смесь предельно обедняется, но лишь вихри воздуха помогают её нормально сжигать.

Историческая справка. Барботажный карбюратор – единственный в своем роде узел, позволявший приготовить идеальную топливно-воздушную смесь. Такая ТВС представляла собой смесь паров и атмосферного воздуха и позволяла достигнуть максимального КПД двигателя при минимальном расходе жидкого горючего. К сожалению, конструкция барботажного карбюратора была громоздкой и небезопасной в использовании, а отношение количества воздуха и паров топлива сильно зависело от температуры окружающей среды.

Историческая справка. После принятия свода норм и законов, известного как EURO 3 и регламентирующего содержание вредных для экологии веществ в выхлопных газах автомобилей, производители ДВС перешли на многоточечную инжекторную систему впрыска топлива. Каждая форсунка обслуживает «свой» цилиндр, а электронная дозирующая система подбирает необходимый состав смеси, который хоть незначительно, но отличается от цилиндра к цилиндру. На практике такое усложнение приводит к снижению надежности и усложнению ремонта в случае поломки.