Состав топливной смеси. Топливовоздушная смесь: что это, описание, свойства

Возможности двигателя зависят от характеристик бензина, газа или дизельного топлива. Вот только под капотом сгорает не чистый бензин, а топливно-воздушная смесь. Это происходит внутри цилиндров. При этом система впрыска для дизеля и бензинового аналога имеет существенные отличия.

Внимание! Во многом мощность мотора и его стабильная работа зависят именно от количества топлива в смеси, которая впрыскивается внутрь цилиндров.

Изменение соотношения топлива и воздуха позволяет сделать рывок и быстро набрать скорость или же заехать на крутой подъём. За процесс сублимации воздуха и топлива в машине отвечает множество датчиков, они берут контрольные показатели и посылают их в блок управления.

Управление системой впрыска топлива на следующем видео:

Что собой представляет система впрыска

Система впрыска реализует подачу топливно-воздушной смеси в цилиндры. Она состоит из множества датчиков, а её работа регулируется блоком управления. За подачу воздуха в этом узле отвечает дроссельная заслонка. Перед тем как разделиться на потоки, смесь скапливается в ресивере. Именно он измеряет расход воздуха.

Объём ресивера должен быть достаточным для того, чтобы в системе не было недостатка воздуха. Также он помогает сглаживать пульсацию при запуске. Огромную роль в конструкции играют форсунки. Они устанавливаются вблизи клапанов.

Датчики системы впрыска

Есть целый ряд датчиков, которые обеспечивают нормальную подачу топливно-воздушной смеси внутрь цилиндров, к основным из них можно причислить:

Датчик кислорода — он отвечает за содержание этого элемента в выхлопных газах. Также его называют лямбда-зондом. В продвинутых системах возможно использование двух таких датчиков.
ДПК — нужен для синхронизации системы. Отвечает за расчёт оборотов двигателя и положение коленчатого вала.
ДМРВ позволяет в зависимости от выбранного цикла наполнять цилиндры мотора сбалансированной топливно-воздушной смесью.
ДПДЗ — с его помощью становится возможным определить положение дросселя. Главная задача детали рассчитывать нагрузку, которая приходится на мотор.

Естественно, в современных машинах намного большее количество датчиков, и далеко не все они связаны с подачей топливно-воздушной смеси. Но без этих четырёх работа бы всей системы стала невозможной.

Общие понятия о топливно-воздушной смеси

Движение поршней в цилиндрах происходит благодаря микровзрыву. В результате этого вырабатывается механическая энергия, которая впоследствии преобразуется в энергию движения.

Внимание! Сокращённо топливно-воздушная смесь называется ТВС.

Топливно-воздушная смесь может быть как однородной, так и состоять из нескольких слоёв. Всё зависит от степени нагрузки и заданных параметров. В некоторых случаях состав меняется ради обеспечения большей экономии топлива. Естественно, что мощность двигателя из-за этого падает.

Состав топливно-воздушной смеси зависит от множества факторов. Одним из ключевых в последнее время становится содержание окиси азота в выхлопных газах. Современные лямбда-зонды способны проанализировать структуру выхлопных газов. Это необходимо для того, чтобы не наносить вред окружающей среде.

Внимание! Все современные автомобили, отвечающие стандарту Евро-5 оснащаются лямбда-зондами.

Какой бывает ТВС

Обогащённая и обеднённая

Топливно-воздушная смесь может быть обогащённой и обеднённой. Если же говорить о стандарте, то это 14,7 кг воздуха на 1 кг топлива. Данный параметр может отклоняться в любую сторону.

Если включение воздуха больше, то это значит, что воздушно-топливная смесь обеднённая. В случае, когда количество воздушных включений меньше — субстанция называется обогащённой.

За создание топливно-воздушной смеси отвечает карбюратор. Тем не менее, если брать во внимание последние тенденции автомобилестроения, то он практически вытеснен инжекторами.

Если во внимание брать традиционную науку автомобилестроения, то принято считать, что лучшую топливно-воздушную смесь способен создать барботажный карбюратор. Субстанция представляет собой смесь пара и воздуха. Она даёт максимальный КПД. При этом расход бензина находится на максимально низком уровне.

К сожалению, применения барботажного карбюратора ограниченно. Всё из-за его громоздкости. К тому же устройство не отличается безопасностью эксплуатации. Мало того, пропорция воздуха и горючего во многом зависит от внешних условий, таких как температура.

Оптимальное использование обогащённой и обеднённой ТВС

Многими автомобильным компаниями принимались целые комплексы мер, чтобы добиться уменьшенного расхода топлива, и если посмотреть эволюцию потребления, то, можно сказать, что им многого удалось добиться.

Большую роль в уменьшение расхода топлива на данный момент сыграла точная регулировка системы впрыска. Но этот процесс простым не назовёшь. Малейшая ошибка может вызвать противоположный ожидаемому результат.

Внимание! Слишком большое количество воздуха в смеси влияет на температуру горения. Она повышается, а это, в свою очередь, приводит к ускоренному износу двигателя.

Дело в том, что повышенная температура внутри системы негативно сказывается на стенках цилиндров. О снижении мощности двигателя здесь даже говорить не приходится. Мало того, с ростом нагрузки начинают наблюдаться неожиданные провалы мощности. В результате траектория движения становится дёрганной. Поэтому подняться на крутое возвышение становится невозможно. Как только соотношение достигает отметки 30 к 1 — двигатель глохнет.

Также стоит признать, что возможности обогащённой топливно-воздушной смеси не бесконечны. Её использование не позволит вашей машине превратиться в «феррари», но она повысит мощностные показатели. Но это при условии, что соотношение отвечает параметрам двигателя, который установлен в авто. В противном случае в работе мотора возникнут перебои, и упадёт мощность. Мало того, расход топлива возрастёт.

Внимание! Как только, в цилиндры начнёт поступать практически чистое топливо — мотор перестанет запускаться.

Гомогенная и слоистая

Однородная топливно-воздушная смесь считается оптимальной, когда нужно обеспечить стабильную работу ДВС. Она подходит практически для всех режимов. Главное достоинство функционирования двигателя на этом веществе заключается в стабильной теплоотдаче. Это позволяет достичь максимальной мощности. При этом давление и температура находятся в допустимых пределах.

Внимание! Гомогенная или однородная смесь положительно сказывается на сроках эксплуатации двигателя.

К сожалению, без недостатков обойтись не удалось. Несмотря на все видимые причины, гомогенная топливно-воздушная смесь имеет один существенный минус. Она сильно загрязняет выхлопные газы. Подобное происходит из-за микрочастиц, которые не сгорают внутри цилиндров.

В случае со слоистой топливно-воздушной смесью всё происходит по-другому. Внутрь цилиндра подаётся заранее обеднённое вещество. Но его структура составляется в зависимости от конкретного режима работы двигателя. Это позволяет максимально рационально использовать имеющиеся в наличии ресурсы.

К сожалению, слоистая топливно-воздушная смесь имеет весомый недостаток: системе не всегда удаётся контролировать наличие воздуха в общей структуре вещества. Если этот параметр слишком большой, то воспламенения не произойдёт. Также одним из побочных эффектов является нестабильное горение. Из-за этого падает мощность, а двигатель может периодически глохнуть.

При использовании слоистой топливно-воздушной смеси огромную роль играют датчики и блок управления. Общая работа этих элементов позволяет создать оптимальную структуру вещества, которая будет отлично подходить для выбранного режима работы.

В большинстве ДВС для того чтобы запустить реакцию окисления, для начала впрыскивается обогащённая топливно-воздушная смесь. Чтобы это стало возможным, в карбюраторных двигателях устанавливают ещё один впускной клапан. Инжекторные двигатели для этой цели используют форсунки.

Заключение

От качества топливно-воздушной смеси зависит работоспособность двигателя. Изменение содержания топлива или воздуха позволяет увеличить мощность или добиться большей экономии.

Для регулировки состава топливно-воздушной смеси в современных системах впрыска используются датчики, которые отслеживают десятки процессов в машине и посылают данные в блок управления, и на их основе происходит регулировка.

Слишком бедная топливовоздушная смесь является достаточно распространенной неполадкой, которая приводит к серьезным сбоям в работе мотора. Ошибки и нарушения процесса смесеобразования могут возникать на или двигателях, а также на силовых агрегатах с дополнительно установленным .

Бедная и богатая смесь топлива является отклонением от нормы, в результате чего двигатель может начать перерасходовать горючее, плохо заводится, теряет мощность на разных режимах, дымит, перегревается.

Например, если в цилиндры все время подается бедная смесь, последствия могут быть достаточно серьезными. В ряде случаев отмечено появление белого налета на свечах зажигания и , бедная смесь становится причиной возникновения локальных перегревов, и оплавления поршней.

В этой статье мы рассмотрим, что такое бедная смесь в карбюраторе и как устранить бедную смесь. Также мы ответим на вопрос, что такое бедная смесь на инжекторе, причины обеднения рабочей смеси во время работы мотора на газу, а также как самому обнаружить проблему и выполнить ремонт.

Обеднение топливно-воздушной смеси: причины и признаки бедной смеси

В самом начале необходимо четко понять, что значит бедная смесь. Следует напомнить о том, что в камере сгорания топливный заряд не только состоит из горючего, но также предполагает часть воздуха. Эти компоненты смешивается в определенных пропорциях применительно к разным режимам работы .

Если не сильно вдаваться в подробности, оптимальным принято считать соотношение 1 кг бензина на 15 кг поступившего воздуха. Такая смесь называется стехиометрической, то есть имеет соотношение 1:14.7. Данное соотношение позволяет двигателю развить достаточную мощность, при этом также сохраняется приемлемый расход топлива.

Если же количество воздуха снизить, например, до 13 кг, тогда в составе смеси закономерно увеличится доля бензина. Двигатель начнет выдавать еще больше мощности, при этом экономичность ухудшается, то есть увеличивается расход. Еще большее сокращение количества воздуха приведет к тому, что смесь станет слишком богатой.

В конечном итоге такое обогащение будет означать, что заряд теряет способность к воспламенению, цилиндры не работают. При соотношении 1:5 переобогащенная смесь в цилиндрах больше не воспламеняется от искры.

Данный процесс может протекать и в обратном порядке, то есть происходит увеличение доли воздуха в составе смеси. В этом случае речь идет об обеднении заряда. На бедной смеси расход топлива меньше, при этом также заметно снижается мощность двигателя.

Соотношение части бензина и воздуха 1:21 является тем значением, когда сильно обедненная смесь, по аналогии с переобогащенной, перестает воспламеняться. С учетом данной информации становится понятно, что для разных режимов работы ДВС состав смеси приходится менять.

Это позволяет наилучшим образом сбалансировать мощность мотора и расход горючего. Например, при минимальных нагрузках на двигатель нет смысла все время подавать в цилиндры стехиометрическую или богатую «мощностную» смесь.

Если же нагрузки возрастают, тогда об экономии топлива путем обеднения речь не идет, так как в нагруженных режимах от агрегата требуется нормальная или даже максимальная отдача.

Итак, вернемся к нашей проблеме. Как уже было сказано, слишком бедная смесь на газу или на бензине может проявиться как на карбюраторном, так и на инжекторном двигателе. Вполне очевидно, что главными причинами такого обеднения являются:

недостаточная подача топлива;
поступление лишнего воздуха;

Основными признаками обеднения смеси можно считать то, что двигатель плохо заводится и неустойчиво работает на ХХ, мотор сразу же глохнет после попыток начать движение, во время езды водитель сильно нажимает на педаль газа, но автомобиль не ускоряется, силовой агрегат «не тянет» под нагрузкой, дергается, и т.д.

Отметим, что симптомы бедной смеси могут напоминать отдельные неполадки системы зажигания, сбои УОЗ. На карбюраторных моторах двигатель «чихает» в карбюратор в случае работы на бедной смеси. На инжекторе возможны хлопки во впускном трубопроводе. При этом если элементы и настройки системы зажигания находятся в полном порядке ( , и т.д.), тогда нужно переходить к диагностике и .

Добавим, что в ряде случаев можно выкрутить свечи зажигания из двигателя, после чего первичная диагностика далее проводится по цвету нагара на свечах. Коричневый светлый нагар укажет на то, что явных проблем со смесеобразованием нет, то есть смесь сгорает в двигателе нормально.

Черный нагар является признаком избыточного обогащения смеси. Сероватый светлый или белесый нагар говорит о том, что двигатель работает на обедненной смеси, перегревается и т.д. Также отметим, что нагар и его цвет можно считать точным признаком только в том случае, когда двигатель полностью исправен, зажигание настроено и работает нормально, а также нет проблем со свечами.

Бедная смесь на холостом ходу и под нагрузкой: карбюратор, инжектор

Для определения возможных причин бедной смеси начнем с более простого карбюраторного ДВС. На таких моторах чаще всего неполадка локализуется в системе питания. В списке частых неисправностей отмечены:

карбюратор готовит смесь, которая по составу не соответствует режиму работы двигателя;
происходит недостаточная подача топлива из топливного бака, в поплавковой камере карбюратора низкий уровень горючего;
топливо не доходит до карбюратора в полном объеме, то есть возникала утечка;

Получается, к обеднению горючей смеси может привести неправильная . Например, если выставлен низкий уровень горючего в поплавковой камере. Также не следует исключать вероятность засорения топливных жиклеров, отдельные нарушения во время их регулировки и т.п.

Возможно и то, что запорная игла в поплавковой камере карбюратора залегает в закрытом положении. Параллельно необходимо проверить топливопроводы и топливные фильтры, герметичность бензобака, работу воздушного клапана в крышке бака, топливный насос.

Что касается подачи воздуха, чаще всего отмечен сторонний подсос в тех местах, где реализовано соединение карбюратора с впускным трубопроводом, а также в области соединения впускного коллектора с ДВС и т.д. Лишний воздух может подсасывать в результате прослабления креплений, разрушения уплотнительных прокладок, растрескивания констрктивных элементов и других дефектов.

Обеднение смеси на инжекторе: «чек», бедная смесь

Инжекторная система питания является более сложной по сравнению с карбюратором, так как включает в себя большое количество электронных датчиков. Выход из строя отдельных устройств или обеднение смеси по другим причинам приводит к тому, что на панели приборов в ряде случаев загорается «чек».

Например, воздух может подсасывать в том месте, где установлен датчик холостого хода. Одной из простейших причин может оказаться растрескавшееся или поврежденное кольцо-прокладка из резины, которое уплотняет и герметизирует соединение.

В списке наиболее частых неполадок специалисты выделяют:

загрязнение инжекторных форсунок;
подсос воздуха на впуске;
кислородный датчик (лямбда-зонд);
датчик массового расхода воздуха ();

К постоянным сбоям в работе ДВС по причине смесеобразования обычно приводит загрязненный датчик расхода воздуха. Этот датчик попросту теряет способность правильно рассчитывать количество расходуемого воздуха. Также следует отметить возможную утечку вакуума.

Еще одной причиной может оказаться клапан EGR. Указанный в процессе эксплуатации сильно загрязняется и перестает плотно закрываться, в результате чего лишний воздух подсасывает во впуск через приоткрытый клапан. К повышенному расходу воздуха через клапан EGR может также привести выход из строя датчика разности давлений в системе рециркуляции.

Что касается системы питания, к обеднению смеси приводит:

снижение производительности топливного насоса;
загрязненность топливных фильтров и магистралей топливоподачи;
снижение производительности и загрязнение инжекторных форсунок;
утечки через регулятор давления топлива в топливной рампе;

В системе выпуска также отдельное внимание следует уделить лямбда-зонду и катализатору. Достаточно часто именно лямбда показывает бедную смесь, при сканировании фиксируется ошибка «бедная смесь катализатор», диагностика определяет неправильно работающий датчик кислорода, бедная смесь образуется по причине сбоев в работе кислородного датчика и вышедшего из строя/прогоревшего каталитического нейтрализатора.

Проверка и устранение причин

Общая диагностика начинается с датчиков ЭСУД. Как правило, ошибка P0171 возникает по причине сбоев в работе датчика MAF (датчик расхода воздуха). Дело в том, что указанный датчик перестает своевременно реагировать на изменения, которые касаются расхода воздуха. Причиной обычно является скопление загрязнений.

Загрязнения датчика МАФ могут возникать по причине попадания топливных паров, которые проникают через впуск и дроссельный узел в те моменты, когда двигатель не работает. В результате на датчике, а также на его проводке образуется слой парафинов, что заставляет датчик отправлять на неверный сигнал о нехватке воздуха для приготовления смеси.

В этом случае блок управления автоматически уменьшает подачу топлива для того, чтобы количество воздуха увеличилось. Результатом становится обеднение смеси на разных режимах работы силовой установки. После этого возникает ошибка P0171, параллельно можно обнаружить ошибку P0100 или P0102. Такие коды обычно указывают на проблемы и сбои в работе датчика ДМРВ.

Для устранения причин датчик необходимо снять, после чего производится его очистка. В качестве очистителя можно использовать средство для чистки карбюраторов. Чистить устройство нужно аккуратно, чтобы не повредить чувствительный элемент. Если очистка не помогает, тогда датчик нужно заменить.

В том случае, если ДМРВ находится в рабочем состоянии, тогда дальнейшая проверка заключается в том, чтобы определить возможную разгерметизацию и подсос воздуха. Дефекты могут возникнуть в области входного трубопровода, в зоне корпуса дроссельной заслонки.

Необходимо отдельно проверить все соединения вакуумных шлангов, место крепления впускного коллектора, прокладку корпуса дросселя, прокладки впускного коллектора и т.д.
Также не допускается растрескивание или другие повреждения патрубков системы вентиляции картера, шлангов системы улавливания паров горючего, заглушек на впускном коллекторе.
Выпускная система должна быть полностью герметичной (без прогаров гофры и т.п.), так как дефекты возле места установки кислородного датчика также приведут к сбоям смесеобразования.

Что касается датчика разности давления в системе EGR, при его наличии этот датчик также может стать причиной появления ошибки P0171 в случае выхода из строя или сбоев. Указанный датчик стоит на двигателе, присоединен к основной трубке для подачи отработавших газов ЕГР при помощи двух отдельных патрубков. Датчик управляет клапаном системы рециркуляции выхлопа.

Загрязнения датчика разности давлений влияют на его чувствительность, в результате чего датчик сигнализирует о том, что в систему поступает недостаточно отработавших газов, тем самым заставляя клапан EGR открываться на долгое время. Такое открытие приводит к тому, что воздуха в смеси становится больше, происходит обеднение.

Теперь давайте перейдем к проверке топливной системы, так как уменьшение объема подаваемого топлива в ряде случаев не позволяет обогатить смесь, оставляя ее обедненной. Диагностика топливоподачи предполагает следующие шаги:

Прежде всего, следует убедиться в том, что топливные фильтры позволяют горючему поступать в должном объеме.
Затем потребуется замерить давление горючего в топливной рампе, а также удостовериться в работоспособности регулятора давления.
Параллельно может понадобиться проверка бензонасоса и его производительности.
Еще одной операцией будет при такой необходимости.

Наличие профессионального автосканера или компактного устройства, которое подключается в , позволяет оценить ряд параметров без разборки двигателя и снятия оборудования. Если же ошибка P0171 появляется с некоторой периодичностью, тогда причиной может быть ненадежное соединение или повреждение электрических контактов. В этом случае проверяется проводка датчиков, жгуты проводов на контроллер, «масса».

Неисправности ГБО: ошибка «бедная смесь» на газу

Нужно понимать, что ГБО является отдельной системой питания. По этой причине для проверки бедной смеси при езде на газу только некоторые операции будут такими же, как и в случае определения причины обеднения на обычном карбюраторном или инжекторном моторе.

На начальном этапе следует проверить, как ведет себя автомобиль на бензине. В ряде случаев бывает так, что при переключении на бензин машина работает нормально, никаких ошибок не возникает. Однако после перехода на газ начинаются пропуски воспламенения, горит чек и т.д.

Если нигде не обнаружен подсос воздуха, с электронными датчиками тоже полный порядок, тогда особое внимание следует уделить следующим моментам:

правильный монтаж и настройка ГБО;
чистота фильтров ГБО, каналов для подачи газа;
состояние и настройка газового редуктора;

С учетом того, что поколений ГБО много, на таких системах встречаются разные неисправности. Так что в отдельных случаях нужно диагностировать те или иные установленные элементы.

Например, первым поколениям газовых установок (ГБО-I, ГБО-II) была свойственна такая проблема, когда производительности (мощности) установленного редуктора могло оказаться попросту недостаточно, в результате чего при работе на нагруженных режимах газа не хватает, смесь обедняется, двигатель не тянет, появляются ошибки и т.д.

Также частой причиной обеднения смеси могут оказаться и сами газовые форсунки, причем независимо от поколения ГБО. Достаточно представить ситуацию, когда электронный блок открывает все форсунки на одинаковое время, но одна из них закрывается раньше. В результате смесь будет обедняться только в одном из цилиндров.

Подведем итоги

Как видно, существует достаточно много причин, которые приводят к нарушениям смесеобразования в сторону избыточного количества воздуха в составе топливно-воздушной смеси, то есть возникает обеднение.

Отметим, что на инжекторных ДВС вмешательство в штатную прошивку ЭБУ в рамках , удаления катализатора или в процессе установки ГБО могут привести к последующему нарушению смесеобразования и бедной смеси.

Такие манипуляции с котроллером зачастую сводятся к программному отключению определенных датчиков, изменению угла открытия дроссельной заслонки, коррекции и сдвигу , внесению определенных изменений в топливные карты и т.д.

Многие водители пытаются при помощи чип-тюнинга экономить топливо, выбирая из модифицированных прошивок ЭБУ так называемые версии «эконом». При этом уменьшение расхода во многих случаях достигается благодаря обеднению смеси на разных режимах работы двигателя.

Следует помнить, что некачественная сторонняя прошивка может привести к серьезным нарушениям во время работы ДВС, причем на начальном этапе водитель практически не замечает внешних признаков. На приборной панели не загорается «чек», в обычных режимах агрегат работает устойчиво и т.п.

Однако проблема бедной смеси может проявиться тогда, когда нагрузки на мотор увеличиваются выше среднего. В подобной ситуации правильным решением будет немедленное проведение компьютерной диагностики автомобиля. Если известно, что прошивка ЭБУ менялась, тогда об этом следует обязательно сообщить специалистам.

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.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ НА САЙТЕ

Идеальным циклом двигателя называется круговой замкнутый обратимый цикл, представляющий собой совокупность последовательных процессов, совершаемых идеальным газом в цилиндре идеальной машины. При идеальном цикле допускаются следующие отступления: 1)...

В зимнее время водителя подстерегает множество проблем. В первую очередь они связаны с плохим запуском двигателя автомобиля. Для того чтобы решить данную задачу, специалисты советуют устанавливать специальные предпусковые подогреватели. Указанные уст...

Современная система управления двигателем следит за тем, чтобы в его цилиндрах сгорала экологически чистая топливовоздушная смесь. Но некоторые автомобилисты, меняя прошивки, в том числе, влияющие на состав смеси, хотят добиться еще большей мощности или меньшего расхода топлива.
Законы физики едины для любой техники. Но то, что в поршневом двигателе скрыто от наших глаз, в реактивном порой видно снаружи. Особенно ярко - на самолетных газотурбинных двигателях. У отлично настроенного двигателя АЛ-31 пламя форсажа не желтоватое, как на двигателях многих других фирм, а прозрачно-синее, что говорит о высокой чистоте сгорания, меньшем расходе топлива. Вот только добиться такого результата, не ухудшая устойчивости работы двигателя, далеко не просто.
Вот так горит топливо и в первоклассном автомобильном двигателе. Современный автомобильный двигатель, получив подобную «идеологию», основательно поумнел. Избавляя человека от забот, машина сама себя диагностирует, сообщает о «болячках», подсказывает, когда ехать к мастерам.
В России любое горючее вещество – бензин, керосин, солярку, спирт, газ – народ называет топливом, хотя ничто не может гореть без окислителя. Чаще всего это кислород воздуха. Что же и как полыхает в цилиндрах широко распространенных бензиновых двигателей?
Распыленное форсунками горючее испаряется в каналах перед впускными клапанами. В цилиндрах же сгорает газообразная рабочая смесь горючего и воздуха. Она «гомогенная » (одного состава по всему объему), – такую электронной системе управления двигателем (ЭСУД) проще контролировать. Но если у кого-то еще трудится карбюраторный автомобиль, то многое справедливо и для него, – разница лишь в способах регулирования режимов работы.
В частности, для надежного воспламенения важно, как соотносятся в рабочей смеси массы воздуха и горючего. Смесь из 14,7 г воздуха и 1 г бензина называют стехиометрической . Воздуха ровно столько, сколько нужно для полного сгорания бензина. Отклонения от этого идеала для удобства оценивают так называемым коэффициентом избытка воздуха λ . В нашем примере. Если λ больше единицы, смесь называют бедной , меньше – богатой . При λ = 1 возможна полноценная окислительная реакция, не оставляющая неиспользованных компонентов. В отработавших газах (до первого датчика кислорода в системе выпуска) два основных продукта сгорания – углекислый газ СО2 (13,7 % по объему) и водяной пар H2O (13,1 %). Азот воздуха не горюч, – этот балласт занимает 71,5%. Правда, в реальном двигателе не все так гладко, как в теории. Даже при сжигании стехиометрической смеси в отработавших газах присутствуют СО (до 0,7 %) и СН (до 0,2 %). А на режимах с высокими температурами могут появиться и токсичные оксиды азота NOx – около 0,1 %.
С этими дозами ядов трехкомпонентный каталитический нейтрализатор справляется практически стопроцентно, это его штатный режим работы. Первые два он «доокислит» (дожжет), а оксиды NOx восстановит до безвредного азота N 2 .
Карбюратор и при самой грамотной регулировке не может гарантировать стехиометрии даже на основных режимах работы, не говоря уже о переходных. Отсюда экологические проблемы. Это основная причина того, что о карбюраторах (при всей их простоте и привлекательности для кого-то) автомобильный мир постепенно забывает.
Но убавим немного воздуха... При λ = 0,8...0,9 получается смесь для режимов высокой мощности, ибо скорость ее сгорания самая высокая. Но некоторая часть «заряда» в цилиндре не успевает прореагировать, доли СО и СН, как и расход топлива, несколько выше, чем при стехиометрии.
Еще меньше воздуха? Слишком богатая смесь горит неэффективно. Расход топлива велик, мощность снижена, в отработавших газах много токсичных продуктов – СО, СН и С. Первый из них – окись углерода, «угарный газ без цвета и запаха». Из-за дефицита кислорода он «недоокислился» до СО 2 . Второй – «углеводороды», пары горючего, не успевшие воспламениться и выброшенные в трубу. Третий – появившиеся в ходе реакций частицы углерода (черная копоть), которым тоже не хватило воздуха, чтобы догореть.
Копоть нарушает работу свечей – угольные «мостики» прерывают искрообразование – и в нейтрализаторе дожигается слишком много топлива, он перегревается, а при температурах свыше 1000 о С ему приходит конец. Поэтому система самодиагностики, обнаружив, что в каком-то цилиндре слишком много пропусков воспламенения, отключает его форсунку – и сигнализирует: «проверь двигатель!»
Ну а если окислителя так мало, что смесь невозможно зажечь, ее называют переобогащенной . Именно поэтому плотные бензиновые пары в баке не взрываются даже при неисправном, сильно искрящем электрическом указателе уровня топлива.
Начнем обеднять смесь, добавляя к стехиометрической воздуха. Смесь с λ = 1,05...1,1 обеспечивает наилучшую экономичность, но с ощутимым недобором мощности. Такая смесь горит медленней, а лишний воздух равносилен балласту, уносящему в трубу часть полезной теплоты. При сильном обеднении смеси (в основном, у двигателей с непосредственным впрыском топлива в цилиндры) начинают так быстро расти выбросы NOx ,что обычный нейтрализатор с ними не справляется. Это сильно усложняет систему очистки отработавших газов. Но для двигателей, работающих преимущественно при стехиометрии (то есть обычных инжекторных) эта тема не актуальна. Наконец, смесь, в которой так много воздуха, что она не воспламеняется, называют переобедненной . Так, если при резком открытии дросселя мотор «проваливает», – значит, впрыск топлива не поспевает за поступлением воздуха. Хорошо известная причина – засорение топливного фильтра на входе в бензонасос!
Итак, сегодня для наиболее распространенных инжекторных двигателей оптимальной считается стехиометрическая смесь. Такова их основная настройка, прописанная в так называемых «заводских прошивках». Экономичность и мощность двигателя – на приемлемом уровне, вреда для экологии минимум. Ну а знать или не знать, как работает система, ваше личное дело. Немногие представляют себе устройство современного компьютера, а пользуются же! Важно вовремя замечать неполадки, – а устранить их обязан сервис.
Для простоты укрепления знаний можно обратиться к житейским примерам, – например, к газовой плите или деревенской печке. Если при работающем двигателе уменьшить подачу воздуха, закрыв дроссель, то ЭСУД синхронно снизит подачу топлива. А кухонная печка начнет выделять угарный газ СО.
О том, что угарного газа выделялось много, говорят черные, обугленные головешки. Почему уголь не сгорел? – Не хватило кислорода. Значит, оксида углерода СО было немало... Будь в печи пламя, как в кузнечном горне, – белое, ревущее – остался бы в ней только светлый (минеральный, не горючий) пепел.
Ну а с выстуженной печкой обращение иное. С поверхности холодных дров летучие углеводороды испаряются слабо. А цепная реакция горения устойчива и вообще возможна лишь при условии, что температура в очаге быстро достигнет градусов 800. Поэтому начинать растопку надо с мелкого топлива, но в большом количестве, чтобы поверхность горения была как можно большей. Это сухой хворост, стружки, щепки, береста, газеты. Налицо немало общего с двигателем.
Напомним, при пуске совсем холодного бензин слабо испаряется – и получить нужный состав смеси, не прибегая к каким-то дополнительным мерам, затруднительно. Поэтому контроллер прикажет форсункам настолько увеличить подачу бензина, чтобы смесь в цилиндрах смогла воспламеняться. А по мере прогрева двигателя расход топлива, в соответствии с «прошивкой мозгов», по определенному закону снижается.
Но печка – это пример «дикого», неорганизованного, горения. Гораздо показательнее экспериментировать с газовой горелкой. Бедную газо-воздушную смесь иной раз и не запалишь: хлопок – а огня нет! Если же загорится, то шумно, неустойчиво, временами даже отрываясь от горелки.
На снимках – опыты с портативной горелкой. При минимальном притоке воздуха богатая смесь от пьезо-искорки даже не загорается. От спички – неохотно. Пламя желтоватое, вялое – сразу закоптило наш стальной стержень. Затем прибавили воздуха – и получили смесь, которая отлично загорается от искры. Пламя голубое, ровное, горячее, копоти нет, стержень нагрелся докрасна. Вот эта регулировка – наилучшая.
Всякий двигатель, сжигающий топливо, неспроста называют тепловым – в нем есть та же «печка», только с лучше организованной работой. И задача, по большому счету, та же: максимум эффективности при минимуме вреда. Остается напомнить (см. график): невозможно при одном и том же составе смеси одновременно добиться максимума мощности и минимума расхода топлива. Посему оптимальной для наиболее распространенных инжекторных двигателей считается стехиометрическая смесь. С нею и мощность достаточная, и экономичность приемлемая, и вред природе – минимальный.

Подписи к фото:
1. Так горит богатая газово-воздушная смесь. Пламя горелки желтоватое и, в сравнении с правильной регулировкой, – «прохладное». Подопытный стержень закопчен.
2. Сжигаем газово-воздушную смесь оптимального состава. Пламя голубое, стержень нагрет докрасна. А позади него пламя уже не голубое – оно подсвечено частицами окалины и т. п., отрывающимися от поверхности металла.