Критерии выбора составов смеси

Бензиновый двигатель регулируется не только количественно (дросселированием воздушного потока на впуске) но и качественно (изменением отношения воздух-топливо). Отношение массы воздуха к массе топлива (air fuel ratio – AFR) называют “Составом смеси”. Теоретически для полного сгорания 1кг топлива требуется 14.7кг воздуха, состав 14.7/1 называется стехиометрическим. Стехиометрический состав смеси часто применяется для достижения минимальной токсичности так как обеспечивает наиболее оптимальные режимы сгорания по ОГ, однако такой состав не обеспечивает ни максимальной мощности двигателя, ни экономии топлива! Поэтому, состав смеси реального двигателя не ставящего перед собой цель выполнение каких либо норм токсичности, должен изменятся в зависимости от оборотов и нагрузки в довольно широких пределах. Для правильной настройки программы управления следует понимать, что двигатель может работать в 2-х состояниях – режим нагрузок, и режим принудительного холостого хода (торможения двигателем). В режиме нагрузок двигатель должен вырабатывать эффективную мощность. Для этого он должен работать в определенном диапазоне составов смеси для обеспечения надежного воспламенения и устойчивого горения топливной смеси. Диапазон регулирования по составу смеси, в котором обеспечивается бесперебойная и устойчивая работа двигателя ограничен пределами 12.5-16.4 +/-0.5. При этом смесь 12.5+/-0.5 называется мощностной – поскольку при работе на ней обеспечивается максимальная мощность двигателя. А смесь 16.4 +/-0.5 – экономичной (максимальная экономия топлива). Ширина этого диапазона определяется в основном системой зажигания (энергией искры) и степенью сжатия двигателя (возможности воспламенения смеси), увеличение степени сжатия увеличивает диапазон рабочих смесей, увеличение энергии системы зажигания немного расширяет диапазон для богатых смесей и немного более бедных смесей. (в сверх бедных смесях, даже после того, как произошло зажигание – фронт пламени не распространяется от свечи – пламя затухает, вне зависимости от энергии системы зажигания). Помните, что не имеет смысла на нагрузочных режимах или в режиме ХХ устанавливать составы смеси богаче или беднее указанных пределов – вы не получите ни мощности ни низкого расхода! На режимах ПХХ, когда двигатель не должен развивать эффективной мощности, допустимо использовать любые составы смеси (вплоть до полного отсутствия топлива в смеси).

Как правило состав смеси должен плавно меняться от бедной (экономичной) смеси до богатой (мощностной) смеси при увеличении оборотов или нагрузки, идеализированно. Пределы работы двигателя на бедных смесях можно определить, проехав на автомобиле в режиме круиза удерживая на последней передаче фиксированные скорости 90-120 и анализируя лог для определения режимных точек обороты/дроссель. Если мы возьмем прошивку J5LS, то форма поверхности состава cмеси заданная положением дросселя и оборотами должна быть обратной поверхности “базового циклового наполнения”. Т.е. в точке, где БЦН имеет максимальное значение, смесь должна быть самой богатой, а в точке, где БЦН минимально – самой бедной. Остальные точки выстраиваются в соответствии с наполнением двигателя воздухом. На высоких оборотах смесь также должна быть мощностной.

В мощностном режиме (более 70% дросселя) для разных двигателей и назначения авто Я рекомендую следующие составы:

Для дорожного автомобиля -12.5-13

Для дорожного автомобиля оснащенного нейтрализатором –13-13.5

Для спортивного автомобиля – 12-12.7

Для городского турбокомпрессорного автомобиля (при избытке) – 10-11.5

Для турбокомпрессорного автомобиля используемого в спортивных соревнованиях 11.5-12.0

Это не точные рекомендации но, как правило, они срабатывают. Помните, что в основном составы определяются степенью сжатия двигателя и формой камеры сгорания, чем выше степень сжатия – тем богаче должна быть смесь для исключения детонации. Вы можете поэкспериментировать с составами для поиска оптимального для вашего двигателя, двигаясь в разные стороны от рекомендуемых составов и оценивая изменения в динамике автомобиля на полной нагрузке или использовать мощностной стенд для поиска оптимального состава смеси. Помните – что при обогащении смеси, в системе должен отсутствовать каталитический нейтрализатор. Впрочем, он не любит и бедных смесей.

Следует помнить, что на любом типе двигателя работающего на бензине для получения максимальной мощности состав смеси не может быть богаче, чем 12.0! Однако зачастую калибровщики вынуждены использовать более богатые составы. Составы богаче 12.5 зачастую применяются в турбокомпрессорных автомобилях – но это делается исключительно в защитных целях. Для снижения температуры в камере сгорания, чтоб исключить детонацию и плавление компонентов двигателя. Ведь как правило, удельные мощности таких двигателей достаточно велики, по сравнению с natural aspirated ДВС. При том, что их КПД не многим больше, чем у последних, что приводит к сильным тепловым нагрузкам на элементы камеры сгорания ДВС.

Применение более богатых составов позволяет снизить скорость горения смеси, охлаждать камеру сгорания и предотвращать

детонацию в высокофорсированных (турбокомпрессорных) двигателях – однако при этом эффективная мощность двигателя ВСЕГДА НИЖЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИ ВОЗМОЖНОЙ, такие составы нужны только для предотвращения разрушения ЦПГ. Никогда не применяйте в двигателях для спортивных соревнований составы богаче, чем 12.0 – вы потеряете мощность. При проектировании и постройке такого двигателя, следует обеспечить набор мер по охлаждению КС, тщательному подбору степени сжатия и октанового числа топлива для обеспечения без детонационной работы двигателя с составами не богаче 12.0 и максимальным УОЗ в мощностном режиме на оборотах 6000-9000 - 37 градусов (шатровая) или 41 градус (полу клиновая) КС.

Для некоторых спортивных двигателей, где нет требований токсичности и экономичности, для упрощения настройки имеет смысл отказаться от качественного регулирования, установив одинаковый мощностной состав смеси во всех режимах работы по оборотам и нагрузке! При этом на частичных нагрузках двигатель также работает на богатых смесях, что исключает перегрев КС и возможную детонацию при резких переходах двигателя с режимов низких нагрузок на режимы высоких связанных с изменением состава смеси. (Для гражданских двигателей в этом случае можно задействовать компенсационные механизмы управления УОЗ).

Для гражданских двигателей в экономичных режимах как правило следует выставлять значения 15.4-16, если это не вызывает отрицательных эффектов (рывков и провалов) на частичных нагрузках связанных с пропусками воспламенения. Однако если вы используете широкофазные распределительные валы – не следует на оборотах ниже 2000 выставлять составы смеси беднее, чем 13.5, поскольку это приведет к нестабильной работе двигателя на низких оборотах (провалы и подергивания). Применение более бедных составов попросту бессмысленно.

Если вы не уверены, что наполнение воздухом двигателя и степень сжатия по цилиндрам выровнены достаточно точно (это определяется формой ресивера и конструкцией двигателя) - в мощностных режимах следует использовать более богатые составы, чтоб компенсировать возможные проблемы обеднения отдельных цилиндров. Проверка баланса форсунок на стенде должна быть обязательной при постройке двигателя для спортивных соревнований. У всех форсунок установленных на двигателе допускается отклонение не более 2% от обозначенной производительности.

Отдельно стоит сказать об использовании спортивных топлив (как правило это высокооктановые кислород содержащие бензины или смеси бензина с спиртом). Обычно, для таких топлив, мощностная смесь соответствует примерно альфа=0.9 а предел воспламенения может наступить уже при альфа=0.8 (связано это с более высокой энергией необходимой для воспламенения смеси). Более подробную информацию требуйте у производителя топлива. Но оперируя в “бензиновых понятиях” следует стремиться к целевым показаниям AFR=11-12.8

Поиск по сайту: