Степень сжатия под бензин 92
Степень сжатия и октановое число бензина. Таблица
Автомобильное топливо — легкокипящая углеводородная фракция (33–205°C) прямой нефтеперегонки. Ключевые параметры бензина — степень сжатия и октановое число. Современные автомобильные бензины маркируются обозначениями «АИ» и цифровыми индексами 80–98. В зависимости от конкретного типа двигателя используется бензин определённой марки. Разберём основные характеристики автомобильного жидкого топлива подробнее. Степень сжатия — устойчивость к самовоспламенению
Физическое отношение суммарного объёма цилиндра в момент нахождения поршня в мёртвой точке к рабочему объёму камеры внутреннего сгорания характеризуется степенью сжатия (СЖ). Показатель описывается безразмерной величиной. Для бензиновых приводов она составляет 8–12, для дизельных — 14–18. Увеличение параметра повышает мощность, КПД мотора, а также снижает расход топлива. Однако высокие значения СЖ повышают риск самовоспламенения горючей смеси при высоком давлении. По этой причине бензин с большим показателем СЖ также должен обладать высокой детонационной стойкостью — октановым числом (ОЧ).
Октановое число — детонационная стойкость
Преждевременное сгорание бензина сопровождается характерным стуком, вызванным детонационными волнами внутри цилиндра. Подобный эффект обусловлен низким сопротивлением жидкого горючего к самовоспламенению в момент компрессии. Детонационная стойкость характеризуется октановым числом, а в качестве эталона выбрана смесь из н-гептана и изооктана. Товарные марки бензина имеют показатель ОЧ в районе 70–98, что соответствует процентному содержанию изооктана в смеси. Для повышения этого параметра в смесь вводят специальные октан-корректирующие присадки — сложные эфиры, спирты и реже этилаты тяжёлых металлов. Существует взаимосвязь между степенью сжатия и маркой бензина:
- В случае СЖ меньше 10 используют АИ-92.
- При СЖ 10–12 необходим АИ-95.
- Если СЖ равен 12–14 — АИ-98.
- При СЖ равном 14 понадобится АИ-98.
Для стандартного карбюраторного двигателя СЖ равен приблизительно 11,1. В таком случае оптимальный показатель ОЧ равен 95. Однако в некоторых гоночных типах авто используются метанол. СЖ в подобном примере достигает 15, а ОЧ варьируется от 109 до 140.
Использование низкооктанового бензина
В автомобильной инструкции указан тип двигателя и рекомендуемое горючее. Использование горючей смеси с низким ОЧ приводит к преждевременному выгоранию горючего и иногда разрушению конструкционных элементов мотора.
Важно также понимать, какая система подачи топлива применяется. Для механического (карбюраторного) типа соблюдение требований по ОЧ и СЖ обязательно. В случае автоматической, или инжекторной системы топливно-воздушная смесь корректируется электроникой. Бензиновая смесь насыщается либо обедняется до необходимых значений ОЧ, а двигатель работает нормально.
Высокое октановое число топлива
АИ-92, а также АИ-95 — наиболее применяемые марки. Если в бак залить, к примеру, 95-ый вместо рекомендуемого 92-го, серьёзных поломок не будет. Возрастёт лишь мощность в пределах 2–3%. Если же заправить авто 92-ым вместо 95-го или 98-го, то увеличится расход топлива, а мощность снизится. Современные автомобили с электронным впрыском контролируют подачу горючей смеси и кислорода и тем самым защищают двигатель от нежелательных эффектов.
Таблица зависимости степени сжатия и октанового числа
Детонационная стойкость автомобильного горючего имеет прямую взаимосвязь со степенью сжатия, которая представлена в таблице ниже.
| ОЧ | СЖ |
| 72 | 6,8–7,0 |
| 76 | 7,2–7,5 |
| 80 | 8,0–9,0 |
| 91 | 9,0 |
| 92 | 9,1–9,2 |
| 93 | 9,3 |
| 95 | 10,5–12 |
| 98 | 12–14 |
| 100 | Более 14 |
Заключение
Автомобильные бензины характеризуются двумя основными характеристиками — детонационной стойкостью и степенью сжатия. Чем выше СЖ, тем больше требуется ОЧ. Использование горючего с меньшим либо большим значением детонационной стойкости в современных авто не навредит двигателю, но повлияет на мощность и расход топлива.
Тепловые двигатели используют топливо и кислород (из воздуха) для производства энергии за счет сгорания. Чтобы гарантировать процесс сгорания, в камеру сгорания необходимо подавать определенное количество топлива и воздуха. Полное сгорание происходит, когда сгорает все топливо, в выхлопных газах не будет количества несгоревшего топлива. Воздушно-топливное отношение (AF или AFR) - это отношение массы воздуха м к и массы топлива м к , используемое двигателем при работе:
\ [\ bbox [# FFFF9D ] {AFR = \ frac {m_a} {m_f}} \ tag {1} \]Обратное соотношение называется соотношением топливо-воздух (FA или FAR) и рассчитывается как:
\ [FAR = \ frac {m_f} {m_a} = \ frac {1} {AFR} \ tag {1} \]Идеальное (теоретическое) соотношение воздух-топливо для полного сгорания называется стехиометрическим соотношением воздух-топливо .Для бензинового (бензинового) двигателя стехиометрическое соотношение воздух-топливо составляет около 14,7: 1. Это означает, что для полного сжигания 1 кг топлива нам необходимо 14,7 кг воздуха. Сгорание возможно даже в том случае, если AFR отличается от стехиометрического. Чтобы процесс сгорания происходил в бензиновом двигателе, минимальная AFR составляет около 6: 1, а максимальная - до 20: 1.
Когда воздушно-топливное отношение выше стехиометрического, воздушно-топливная смесь называется обедненной .Когда воздушно-топливное отношение ниже стехиометрического, воздушно-топливная смесь называется , богатая . Например, для бензинового двигателя AFR 16,5: 1 является бедным, а 13,7: 1 - богатым.
В таблице ниже мы можем видеть стехиометрическое соотношение воздух-топливо для нескольких видов ископаемого топлива.
| Топливо | Химическая формула | AFR |
| Метанол | CH 3 OH | 6.47: 1 |
| Этанол | C 2 H 5 OH | 9: 1 |
| Бутанол | C 4 H 9 OH | 11.2: 1 |
| Дизель | C 12 H 23 | 14.5: 1 |
| Бензин | C 8 H 18 | 14.7: 1 |
| пропан | C 3 H 8 9000 9 | 15.67: 1 |
| Метан | CH 4 | 17.19: 1 |
| Водород | H 2 | 34.3: 1 |
Источник: wikipedia.org
Например, чтобы полностью сжечь 1 кг этанола, нам нужно 9 кг воздуха, а для сжигания 1 кг дизельного топлива нам нужно 14,5 кг воздуха.
Двигатели с искровым зажиганием (SI) обычно работают на бензине (бензине). AFR двигателей SI варьируется в диапазоне от 12: 1 (обогащенный) до 20: 1 (обедненный), в зависимости от условий работы двигателя (температура, скорость, нагрузка и т. Д.).). Современные двигатели внутреннего сгорания работают в максимально возможной степени вокруг стехиометрического AFR (главным образом по соображениям последующей обработки газа). В таблице ниже вы можете увидеть пример AFR двигателя SI, функции оборотов и крутящего момента двигателя.
Рисунок: Пример функции отношения воздух-топливо (AFR) оборотов и крутящего момента двигателя
Двигатели с воспламенением от сжатия (CI) обычно работают на дизельном топливе. Из-за особенностей процесса сгорания двигатели CI всегда работают на бедных смесях с AFR от 18: 1 до 70: 1.Основное отличие по сравнению с двигателями SI состоит в том, что двигатели CI работают на стратифицированных (неоднородных) воздушно-топливных смесях, в то время как SI работает на однородных смесей (в случае двигателей с впрыском через порт).
Приведенная выше таблица вводится в сценарий Scilab и создается контурный график.
EngSpd_rpm_X = [500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500]; EngTq_Nm_Y = [10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 80; 90; 100; 110; 120; 130; 140]; EngAFR_rat_Z = [14 14,7 16.4 17,5 19,8 19,8 18,8 18,1 18,1 18,1 18,1 18,1 18,1; 14 14,7 14,7 16,4 16,8 16,4 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8 16,8; 14 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 15,7 15,7 15,7 15,3 14,9 14,9 14,9; 14,2 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 13,9 13,3 13,3 13,3; 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,5 12,9 12,9 12,9; 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,3 13,3 12,6 12,1 11,8; 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14.7 14,7 14,7 13,6 12,9 12,2 11,8 11,3; 14,1 14,2 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 14,7 13,3 12,5 11,9 11,4 10,9; 13,4 13,4 13,8 14,3 14,3 14,7 14,7 13,6 13,1 12,2 11,5 11,1 10,7; 13,4 13,4 13,4 13,4 13,4 13,6 13,6 12,1 12,1 11,6 11,2 10,8 10,5; 13,4 13,4 13,4 13,4 13,1 13,1 13,1 11,8 11,8 11,2 10,7 10,5 10,3; 13,4 13,4 13,4 13,4 12,9 12,9 12,5 11,6 11,3 10,5 10,4 10,3 10,2; 13,4 13,4 13,4 13,4 12,9 12,9 12,5 11.6 11,3 10,5 10,4 10,3 10,2; 13,4 13,4 13,4 13,4 12,9 12,9 12,5 11,6 11,3 10,5 10,4 10,3 10,2]; контур (EngSpd_rpm_X, EngTq_Nm_Y, EngAFR_rat_Z», 30) Xgrid () xlabel («Скорость двигателя [об / мин]») ylabel («Крутящий момент двигателя [Нм]») название ( 'x-engineer.org')
Выполнение приведенных выше инструкций Scilab сгенерирует следующий контурный график:
Изображение: контурный контур воздух-топливо с Scilab
Как рассчитывается стехиометрическое соотношение воздух-топливо
Чтобы понять, как стехиометрическое соотношение воздух-топливо Рассчитав, нужно взглянуть на процесс сгорания топлива .Сжигание в основном представляет собой химическую реакцию (называемую окислением ), в которой топливо смешивается с кислородом и производит диоксид углерода (CO 2 ), воду (H 2 O) и энергию (тепло). Примите во внимание, что для того, чтобы произошла реакция окисления, нам нужна энергия активации (искра или высокая температура). Кроме того, чистая реакция является сильно экзотермической (с выделением тепла).
\ [\ text {Fuel} + \ text {Oxygen} \ xrightarrow [high \ text {} температура \ text {(CI)}] {spark \ text {(SI)}} \ text {двуокись углерода} + \ text {Water} + \ text {Energy} \]Пример 1.
Для лучшего понимания, давайте посмотрим на реакцию окисления метана . Это довольно распространенная химическая реакция, поскольку метан является основным компонентом природного газа (в пропорции около 94%).
Шаг 1 . Напишите химическую реакцию (окисление)
\ [CH_4 + O_2 \ rightarrow CO_2 + H_2O \]Шаг 2 . Сбалансируйте уравнение
\ [CH_4 + {\ color {Red} 2} \ cdot O_2 \ rightarrow CO_2 + {\ color {Red} 2} \ cdot H_2O \]Шаг 3 .Запишите стандартный атомный вес для каждого атома
\ [\ begin {split}\ text {Hydrogen} & = 1.008 \ text {amu} \\
\ text {Carbon} & = 12.011 \ text {amu} \\
\ text {Oxygen} & = 15.999 \ text {amu}
\ end {split} \]
Шаг 4 . Рассчитайте массу топлива, которая составляет 1 моль метана, состоящего из 1 атома углерода и 4 атомов водорода.
\ [m_f = 12.011 + 4 \ cdot 1.008 = 16.043 \ text {g} \]Шаг 5 . Рассчитайте массу кислорода, которая состоит из 2 молей, каждый моль состоит из 2 атомов кислорода.
\ [m_o = 2 \ cdot 15.999 \ cdot 2 = 63.996 \ text {g} \]Шаг 6 . Рассчитайте необходимую массу воздуха, которая содержит рассчитанную массу кислорода, учитывая, что воздух содержит около 21% кислорода.
\ [m_a = \ frac {100} {21} \ cdot m_o = \ frac {100} {21} \ cdot 63.996 = 304.743 \ text {g} \]Шаг 7 . Рассчитайте соотношение воздух-топливо, используя уравнение (1)
\ [AFR = \ frac {m_a} {m_f} = \ frac {304.743} {16.043} = 18.995 \]Рассчитанная AFR для метана не совсем такая, как указано в литература.Разница может быть связана с тем, что в нашем примере мы сделали несколько предположений (воздух содержит только 21% кислорода, продукты сгорания - только углекислый газ и вода).
Пример 2.
Тот же метод можно применять для сжигания бензина. Учитывая, что бензин состоит из изооктана (C 8 H 18 ), рассчитайте стехиометрическое воздушно-топливное отношение для бензина .
Шаг 1 . Напишите химическую реакцию (окисление)
\ [C_ {8} H_ {18} + O_2 \ rightarrow CO_2 + H_2O \]Шаг 2 .Сбалансируйте уравнение
\ [C_ {8} H_ {18} + {\ color {Red} {12.5}} \ cdot O_2 \ rightarrow {\ color {Red} 8} \ cdot CO_2 + {\ color {Red} 9} \ cdot H_2O \]Шаг 3 . Запишите стандартный атомный вес для каждого атома
\ [\ begin {split}\ text {Hydrogen} & = 1.008 \ text {amu} \\
\ text {Carbon} & = 12.011 \ text {amu} \\
\ text {Oxygen} & = 15.999 \ text {amu}
\ end {split} \]
Шаг 4 . Рассчитайте массу топлива, которая составляет 1 моль изооктана, состоящего из 8 атомов углерода и 18 атомов водорода.
\ [m_f = 8 \ cdot 12.011 + 18 \ cdot 1.008 = 114.232 \ text {g} \]Шаг 5 . Рассчитайте массу кислорода, которая состоит из 12,5 молей, каждый моль состоит из 2 атомов кислорода.
\ [m_o = 12,5 \ cdot 15.999 \ cdot 2 = 399,975 \ text {g} \]Шаг 6 . Рассчитайте необходимую массу воздуха, которая содержит рассчитанную массу кислорода, учитывая, что воздух содержит около 21% кислорода.
\ [m_a = \ frac {100} {21} \ cdot m_o = \ frac {100} {21} \ cdot 399.975 = 1904.643 \ text {g} \]Шаг 7 . Рассчитайте соотношение воздух-топливо, используя уравнение (1)
\ [AFR = \ frac {m_a} {m_f} = \ frac {1904.643} {114.232} = 16,673 \]Опять же, рассчитанное стехиометрическое соотношение воздух-топливо для бензина равно немного отличается от того, который представлен в литературе. Таким образом, результат является приемлемым, поскольку мы сделали много предположений (бензин содержит только изооктан, воздух содержит только кислород в пропорции 21%, единственными продуктами сгорания являются углекислый газ и вода, сгорание идеальное).
Коэффициент эквивалентности воздушно-топливного отношения - лямбда
Мы увидели, что такое и как рассчитать стехиометрическое (идеальное) воздушно-топливное отношение. В действительности, двигатели внутреннего сгорания не работают точно с идеальным AFR, но с ценностями, близкими к этому. Поэтому у нас будет идеальная и реальная воздушно-топливная AFR. Соотношение между фактическим воздушно-топливным отношением (AFR фактическим ) и идеальным / стехиометрическим воздушно-топливным отношением (AFR идеальным ) называется эквивалентным воздушно-топливным отношением или лямбда- (λ).
\ [\ bbox [# FFFF9D] {\ lambda = \ frac {AFR_ {actual}} {AFR_ {ideal}}} \ tag {3} \]Например, идеальное соотношение воздух-топливо для бензина (бензин ) двигатель 14,7: 1. Если фактическая / реальная AFR равна 13,5, коэффициент эквивалентности лямбда будет равен:
\ [\ lambda = \ frac {13.5} {14.7} = 0,92 \]В зависимости от значения лямбды, двигатель должен работать с обедненной стехиометрическая или богатая воздушно-топливная смесь.
| Коэффициент эквивалентности | Тип воздушно-топливной смеси | Описание |
| λ <1.00 | Rich | Недостаточно воздуха, чтобы полностью сжечь количество топлива; после сгорания в отработавших газах остается несгоревшее топливо |
| λ = 1,00 | Стехиометрический (идеальный) | Масса воздуха является точной для полного сгорания топлива; после сгорания в отработавших газах нет избыточного кислорода и несгоревшего топлива. |
| λ> 1,00 | Lean | Кислорода больше, чем требуется для полного сжигания количества топлива; после сгорания в выхлопных газах избыток кислорода |
В зависимости от типа топлива (бензин или дизельное топливо) и типа впрыска (прямой или непрямой) двигатель внутреннего сгорания может работать с бедным, стехиометрическим или насыщенным воздухом топливные смеси.
Изображение: 3-цилиндровый бензиновый двигатель Ecoboost с прямым впрыском (лямбда-карта)
Кредит: Ford
Например, 3-цилиндровый двигатель Ford Ecoboost работает со стехиометрическим воздушно-топливным отношением для холостых и средних оборотов двигателя и полного диапазона нагрузки и с богатой воздушно-топливной смесью на высокой скорости и нагрузке. Причиной, по которой он работает с богатой смесью при высоких оборотах и нагрузке двигателя, является охлаждения двигателя . Дополнительное топливо (которое останется несгоревшим) впрыскивается для поглощения тепла (за счет испарения), снижая таким образом температуру в камере сгорания.
Изображение: Дизельный двигатель (лямбда-карта)
Кредит: wtz.de
Двигатель с воспламенением от сжатия (дизель) работает постоянно с обедненной топливно-воздушной смесью , значение коэффициента эквивалентности (λ) зависит от рабочая точка двигателя (скорость и крутящий момент). Причиной этого является принцип работы дизельного двигателя: управление нагрузкой не через массу воздуха (которая всегда избыточна), а через массу топлива (время впрыска).
Помните, что стехиометрический коэффициент эквивалентности (λ = 1.00) означает соотношение воздух-топливо 14,7: 1 для бензиновых двигателей и 14,5: 1 для дизельных двигателей.
Влияние воздушно-топливного отношения на производительность двигателя
Рабочие характеристики двигателя с точки зрения мощности и расхода топлива сильно зависят от воздушно-топливного отношения. Для бензинового двигателя самый низкий расход топлива достигается при бедной AFR. Основная причина в том, что кислорода достаточно, чтобы полностью сжечь все топливо, которое превращается в механическую работу. С другой стороны, максимальная мощность достигается с богатыми воздушно-топливными смесями.Как объяснено ранее, добавление большего количества топлива в цилиндр при высокой нагрузке и скорости двигателя охлаждает камеру сгорания (за счет испарения топлива и поглощения тепла), что позволяет двигателю создавать максимальный крутящий момент двигателя и, следовательно, максимальную мощность.
Изображение: функция мощности двигателя и расхода топлива для соотношения воздух-топливо (лямбда)
На рисунке выше мы видим, что мы не можем получить максимальную мощность двигателя и самый низкий расход топлива при одном и том же воздушно-топливном топливе соотношение. Наименьший расход топлива (наилучшая экономия топлива) достигается с использованием бедных смесей воздух-топливо с AFR 15.4: 1 и коэффициент эквивалентности (λ) 1,05. Максимальная мощность двигателя достигается при использовании богатых воздушно-топливных смесей с AFR 12,6: 1 и коэффициентом эквивалентности (λ) 0,86. При стехиометрической воздушно-топливной смеси (λ = 1) существует компромисс между максимальной мощностью двигателя и минимальным расходом топлива.
Двигатели с воспламенением от сжатия (дизельные) всегда работают на бедных воздушно-топливных смесях (λ> 1,00). Большинство современных дизельных двигателей работают с λ между 1,65 и 1,10. Максимальный КПД (самый низкий расход топлива) получается около λ = 1.65. Увеличение количества топлива выше этого значения (в направлении 1,10) приведет к увеличению количества сажи (несгоревших частиц топлива).
Существует интересное исследование, выполненное Р. Дугласом на двухтактных двигателях. В своей докторской диссертации « Исследование замкнутого цикла двухтактного двигателя » Р. Дуглас приводит математическое выражение функции сгорания с эффективностью сгорания (η λ ) и коэффициента эквивалентности (λ).
Для искрового зажигания (бензиновый двигатель) с коэффициентом эквивалентности между 0.3; участок (lmbd_g, eff_lmbd_g, 'б', 'LineWidth', 2) держать участок (lmbd_d, eff_lmbd_d, 'R', 'LineWidth', 2) Xgrid () xlabel ('$ \ lambda \ text {[-]} $') ylabel ('$ \ eta _ {\ lambda} \ text {[-]} $') название ( 'x-engineer.org') легенда ( 'бензин', 'дизель', 4)
При выполнении приведенных выше инструкций Scilab выдается следующее графическое окно.
Изображение: функция эффективности сгорания с коэффициентом эквивалентности
Как видно, двигатель с воспламенением от сжатия (дизельный) при стехиометрическом соотношении воздух-топливо имеет очень низкую эффективность сгорания.Наилучшая эффективность сгорания достигается при λ = 2,00 для дизельных и λ = 1,12 для двигателей с искровым зажиганием (бензиновых).
Калькулятор коэффициента расхода воздуха (лямбда)
Замечание : Эффективность сгорания рассчитывается только для дизельного топлива и бензина (бензина) с использованием уравнений (4) и (5). Для других видов топлива расчет эффективности сгорания недоступен (нет данных).
Влияние соотношения воздух-топливо на выбросы выхлопных газов двигателя
Выбросы выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания сильно зависят от соотношения воздух-топливо (коэффициент эквивалентности).Основные выбросы выхлопных газов в ДВС приведены в таблице ниже.
| Эмиссия выхлопных газов | Описание |
| CO | Окись углерода |
| HC | Гидроуглерод |
| NOx | Окиси азота |
| Отходы | Огонь 9003 частицы
Для бензинового двигателя на выбросы СО, НС и NOx в значительной степени влияет соотношение воздух-топливо .CO и HC в основном производятся из богатой воздушно-топливной смеси, а NOx - из бедных смесей. Итак, нет ни одной фиксированной воздушно-топливной смеси, для которой мы можем получить минимум для всех выбросов выхлопных газов.
Изображение: функция эффективности катализатора бензинового двигателя в соотношении воздух-топливо
Трехкомпонентный катализатор (TWC), используемый для бензиновых двигателей, имеет наибольшую эффективность, когда двигатель работает в узкой полосе вокруг стехиометрического отношения воздух-топливо. TWC конвертирует между 50… 90% углеводородов и 90… 99% окиси углерода и оксидов азота, когда двигатель работает с λ = 1.00.
Лямбда-контроль сгорания с обратной связью
Чтобы соответствовать нормам по выбросам выхлопных газов, крайне важно, чтобы двигатели внутреннего сгорания (особенно бензиновые) имели точный контроль воздушно-топливного отношения. Следовательно, все современные двигатели внутреннего сгорания имеют управления с обратной связью для соотношения воздух-топливо (лямбда) .
Изображение: лямбда-контроль двигателя внутреннего сгорания (бензиновые двигатели)
- датчик массового расхода воздуха
- первичный катализатор
- вторичный катализатор
- топливный инжектор
- верхний лямбда (кислородный) датчик
- нижний лямбда (кислород) ) датчик
- топливная цепь
- впускной коллектор
- выпускной коллектор
Важнейшим компонентом для работающей системы является лямбда (кислородный) датчик .Этот датчик измеряет уровень молекул кислорода в выхлопных газах и отправляет информацию в электронный блок управления двигателем (ЭБУ). На основании значения показаний датчика кислорода, ECU бензинового двигателя отрегулирует уровень массы топлива, чтобы поддерживать соотношение воздух-топливо на уровне стехиометрического уровня (λ = 1,00).
Например, (бензиновые двигатели), если уровень молекул кислорода выше порога для стехиометрического уровня (следовательно, мы имеем бедную смесь), на следующем цикле впрыска количество впрыскиваемого топлива будет увеличено, чтобы использовать избыток воздуха.Имейте в виду, что двигатель всегда будет переходить от смеси обедненной смеси к смеси обогащенной смеси между циклами впрыска, что даст «среднее» от стехиометрических соотношений воздух / топливо.
Для дизельных двигателей, поскольку он всегда работает с обедненным воздушно-топливным отношением, лямбда-контроль выполняется другим способом. Конечная цель остается той же, контроль выбросов выхлопных газов.
Для любых вопросов или замечаний относительно этого руководства, пожалуйста, используйте форму комментария ниже.
Не забудьте поставить лайк, поделиться и подписаться!
Коэффициент сжатияи детонация | HowStuffWorks
Для тех, кто никогда не узнал об этом или забыл, полезно знать: все двигатели внутреннего сгорания автомобилей работают практически одинаково. Подавляющее большинство автомобилей имеют четырехтактные газовые двигатели; каждый такт или такт сжатия - это когда баллон с газом и воздухом сжимается до значительно меньшего объема, прежде чем он зажигается свечой зажигания [источник: Arman].
Если быть более точным, поршень сжимает смесь топлива и воздуха в камере сгорания двигателя.И так называемая степень сжатия - и каждый двигатель имеет свое отношение - относится к тому, сколько из этой комбинации топлива и воздуха сжимает поршень. «В четырехцилиндровом 2-литровом двигателе каждый цилиндр имел бы емкость 500 куб. См», - говорит Джон Нильсен, директор утвержденного ремонта автомобилей в Американской автомобильной ассоциации (AAA). «Когда поршень движется вниз по цилиндру, он всасывает 500 куб. См воздуха и топлива. Клапаны закрываются, и поршень движется вверх, сжимая заряд объемом 500 куб. См. Если этот заряд сжимается до 50 куб. См, степень сжатия двигателя будет быть 10: 1."
Помните, что при нормальных условиях смесь сжатого воздуха и газа зажигается свечой зажигания. Но когда этого не происходит, и вместо этого смесь взрывается в камере сгорания, а не воспламеняется от свечи зажигания, это называется детонацией - или, как это более широко известно, стучит и пингует [источник: Nielsen].
Чтобы проиллюстрировать, что здесь происходит, Нильсен говорит подумать о велосипеде.Чтобы генерировать наибольшую мощность, оптимальный подход состоит в том, чтобы прикладывать нисходящее давление в верхней части хода и прикладывать равномерное давление примерно к нижней части хода. «То же самое относится и к поршню, движущемуся в цилиндре», - говорит он. «Когда цилиндр детонирует, топливо сгорает со сверхзвуковой скоростью и высвобождает свою энергию слишком быстро, что-то вроде быстрого нажатия на педаль велосипеда».
Что приводит нас к октановым числам бензина. Проще говоря, октановые числа являются мерой способности газа противостоять детонации.Большинство автозаправочных станций предлагают три сорта октана, с обычной оценкой, как правило, на уровне 87, средней ценовой категории на уровне 89 и премиальной ценой на уровне 92 или 93 [источник: Федеральная торговая комиссия]. Нетрудно определить, какое октановое число имеет газ: станции должны размещать их на ярко-желтых наклейках на каждом насосе.
Нажмите вперед, чтобы узнать, что такое степень сжатия и как двигатель может предупредить вас о детонации и пинге.
,влияет на расход топлива в условиях цикла движения CAFE. Исходя из вышеизложенных соображений, комитет решил, что для обеспечения удовлетворительной работы на топливе 87 AKI может потребоваться снижение степени сжатия двигателей с турбонаддувом и уменьшенными размерами. Влияние снижения степени сжатия на эффективность обсуждается в заключении этого раздела.
Второй метод оценки эффективности снижения расхода топлива заключался в рассмотрении данных сертификационных испытаний экономии топлива EPA за модельные годы 2014 и 2015 годов для аналогичных транспортных средств, оснащенных двигателем с турбонаддувом, двигателем меньшего размера или двигателем с наддувом. Чтобы предоставить информацию о сопоставимых уровнях производительности, данные экономии топлива EPA были скорректированы до равного отношения мощности к весу для каждого набора сопоставимых транспортных средств с использованием метода, описанного в TSD (EPA / NHTSA 2012b).Обнаружено, что двигатели с турбонаддувом и меньшими размерами при равной мощности с безнаддувными двигателями имеют почти сопоставимые пиковые уровни крутящего момента в пределах менее +/- 8 процентов, поэтому дальнейшие поправки на разницу крутящего момента в этих сравнениях не применялись.
Следующее эмпирическое выражение, разработанное NHTSA, использовалось для корректировки сравнений экономии топлива с равным отношением мощности к весу (NHTSA 2012):
, где GPM (галлон / миль) = CO 2 (г / ми) / 8,887 г CO 2 / галлон бензина,
л.с. / масса = номинальная мощность автомобиля, разделенная
на снаряженную массу,
Вес = Масса в снаряженном состоянии автомобиля в фунтах,
С, β л.с. / вес, β масса = константы и
i = отдельное транспортное средство.
Значения для констант в вышеприведенном уравнении перечислены в таблице 2.15, как описано в RIA NHTSA (2012).
Дальнейшая корректировка до равных характеристик, измеряемых временем разгона от 0 до 60 миль в час, потребовала бы полного моделирования системы с использованием полных кривых крутящего момента для каждого двигателя в транспортных средствах, перечисленных в таблице, но это было за рамками комитета.
EPA сертификационные испытания транспортных средств с различными двигателями часто имеют другие различия в трансмиссии и транспортных средств.Модель с сосредоточенными параметрами (LPM) использовалась для корректировки сертификационных данных с учетом этих особенностей, чтобы можно было определить только эффективность двигателя с турбонаддувом, уменьшенного размера. Эти скорректированные данные о потреблении топлива сравнивались с прогнозами LPM об эффективности двигателей с турбонаддувом и уменьшенными размерами после учета других технологий на сертифицированных транспортных средствах. LPM был выбран, поскольку EPA и NHTSA использовали его в конечном процессе нормотворчества, и это достаточно точный метод для этой цели.
Приложение Таблица 2А.5 (в конце этой главы) показывает скорректированные данные о потреблении топлива по сравнению с прогнозами LPM для двигателей с турбонаддувом и уменьшенными размерами. В Таблице 2A.5 для справки также показаны данные об экономии топлива на этикетке EPA, данные о нескорректированной экономии топлива CAFE и данные об экономии топлива, скорректированные с учетом отношения мощности к массе.
ТАБЛИЦА 2.15 Значения для констант в эмпирическом уравнении NHTSA
| Автомобили | Грузовики | |
| β л.с. / вес = | 1.09 × 10 3 | 1,13 × 10 3 |
| β вес = | 3,29 × 10 –2 | 3,45 × 10 –2 |
| C = | –3,29 | 2,73 |
Сравнение скорректированных данных о потреблении топлива с прогнозами LPM обычно показывает, что фактические данные о потреблении топлива показывают меньшее сокращение, чем прогнозы LPM.Нормализованные сертификационные сокращения расхода топлива транспортных средств варьировались от 1 до 13 процентных пунктов ниже снижения потребления топлива, рассчитанного LPM для двигателей с турбонаддувом и уменьшенными размерами. Предполагая, что некоторые из транспортных средств с большим дефицитом по сравнению с оценками LPM были реализованы на ранних этапах, комитет оценил, что репрезентативный потенциал снижения расхода топлива для двигателей с турбонаддувом и уменьшенными размерами может быть на 1-2 процентных пункта ниже, чем оценки EPA и NHTSA. , как воплощено в LPM.Нормализованное сертифицированное снижение потребления топлива для двух транспортных средств превысило расчетное снижение потребления топлива LPM для двигателей с турбонаддувом и уменьшенными размерами.
Третий метод оценки эффективности снижения расхода топлива заключался в заключении договора с Мичиганским университетом (U of M) на проведение полной системной симуляции автомобиля среднего размера, начиная с базового двигателя I4. Детали этого моделирования обсуждаются в главе 8. Некоторые из технологий, оцененных при полном моделировании систем, включали турбонаддув и уменьшение до 33% и 50% с охлажденным EGR.Эти технологии были применены к двигателю после применения уменьшенного трения, фазирования с двумя кулачками (регулируемая синхронизация клапанов), дискретного регулируемого подъема клапана и стехиометрического прямого впрыска бензина. В таблице 2.16 сравниваются результаты этого моделирования с оценками, содержащимися в Анализе регулирующего воздействия (RIA) (2012) НАБДД, и результатами моделирования из LPM EPA. LPM описан в RIA EPA (2012a) и TSD (EPA / NHTSA 2012b). Все оценки, приведенные в таблице, относятся к предыдущим технологиям, уже примененным к двигателю, как описано в главе 8, и они значительно меньше оценок, относящихся к базовому двигателю I4, как показано в других таблицах в этой главе. из-за отрицательных синергий.Моделирование полной системы U of M моделировало интерактивные эффекты технологий двигателей, перечисленных в таблице 2.16. Аналогичным образом, отрицательные синергизмы были включены в оценки RIA NHTSA для технологий двигателей и в оценки LPM.
Сокращение расхода топлива в результате полной имитации системы для двигателя BMEP с турбонаддувом, уменьшенным на 50 процентов и 24 бар с охлажденным EGR находилось в пределах 2–
,
