Luft-drivstoff-forhold: Hvordan påvirker det motorytelsen?
Et luft-drivstoff-forhold er et dimensjonsløst tall som uttrykker forholdet mellom den faktiske mengden luft i blandingen og den teoretiske mengden (støkiometrisk mengde) luft som tilsvarer drivstoffet som brukes. Koeffisienten, navngitt på engelsk som Air-Fuel Ratio, er betegnet med den greske bokstaven λ (lambda).
Koeffisienten definert på denne måten brukes hovedsakelig innen forbrenningsmotorer fordi det er en nødvendig parameter for fremstilling av blandingen. Luft-drivstoff-forholdet uttrykker dermed blandingens rikdomsnivå. Hvert drivstoff trenger en annen mengde luft for perfekt forbrenning.
Innhold
- I henhold til luft-drivstoffforholdet kan vi dele forbrenningsblandingen inn i
- Effekt av blandingssammensetning på motorparametere
- Forbrenning av en støkiometrisk blanding
- Rik blandingsforbrenning
- Mager blandingsforbrenning
- Effekt av blandingssammensetning på motorkomponenter
- Luft-drivstoff koeffisient λ: Hva betyr de spesifikke verdiene?
For eksempel, avhengig av sammensetningen, krever 1 kg vanlig bilbensin omtrent 14,7 kg luft for fullstendig forbrenning. For diesel trengs 15 til 15,5 kg luft for 1 kg drivstoff. Således, hvis det perfekte forholdet mellom drivstoff og luft i blandingen opprettholdes, vil luft-drivstoffforholdet nå 1 (λ = 1). I et slikt tilfelle snakker vi om en støkiometrisk blanding.
I henhold til luft-drivstoffforholdet kan vi dele forbrenningsblandingen inn i:
- Hvis blandingen inneholder nøyaktig den støkiometriske mengden luft λ = 1, kalles den støkiometrisk (inneholder riktig forhold mellom luft for perfekt forbrenning av drivstoff)
- Hvis blandingen inneholder mer luft λ > 1, kalles den mager ( inneholder mindre drivstoff enn det som kan forbrennes)
- Hvis blandingen inneholder mindre luft λ < 1, kalles den rik (inneholder mer drivstoff enn det som kan forbrennes)
Med forskjellige driftsmoduser for motoren endres imidlertid arbeidsforholdene til motoren, og dermed varierer kravene til mengden drivstoff som tilføres.
Typiske driftsmoduser for motoren der blandingens sammensetning må justeres er for eksempel:
- Kaldstart
- Kald motor
- Varmer opp motoren
- Akselerasjon
- Retardasjon
- Tomgang
- Klimaanlegg på
- Full last
- Høyde
Effekt av blandingssammensetning på motorparametere:
Avhengig av luft-drivstoffforholdet, under samme motorforhold, påvirkes følgende:
- Drivstofforbruk
- Motorytelse
- Mengde utslipp
- Jevne motordrift
- Motorvarmebelastning
Alle disse parametrene avhenger av sammensetningen av blandingen. Imidlertid skiller det faktiske blandingsforholdet til blandingen seg vesentlig fra det teoretiske. Temperaturen, hastigheten og belastningen på motoren bestemmer det.
Blandingsforholdet der ytelse, utslipp og forbruk når de beste verdiene er unikt for hver motor og driftsmodus.
Forbrenning av en støkiometrisk blanding:
I teorien skal det ikke forekomme utslipp ved brenning av en støkiometrisk blanding. I praksis er situasjonen imidlertid annerledes. På grunn av utilstrekkelig homogenisering av drivstoffet og dets interaksjon med andre stoffer (motorolje, urenheter i drivstoffet, påvirkning av nitrogen fra luften) og den korte tiden som forbrenningsprosessen må skje, oppstår utslippsdannelse.
Siden motorene til vanlige biler hovedsakelig drives med delvis belastning, er de designet for denne operasjonen slik at driften deres er så effektiv som mulig i denne modusen. I denne driftsmodusen er arbeid med en støkiometrisk blanding et passende kompromiss mellom ytelse, drivstofforbruk og mengden utslipp som produseres.
I tillegg må motorene til dagens biler først oppfylle utslippsgrensene, så bruk av en støkiometrisk blanding (λ = 1) ser ut til å være det mest hensiktsmessige fordi det er da katalysatoren har maksimal effektivitet. Motoren er derfor den mest økologiske.
Rik blandingsforbrenning:
Ved forbrenning av en rik blanding skjer forbrenningen raskere, og luft-drivstoff-forholdet reduserer makstemperaturen ved fordampning, noe som sikrer intern kjøling av sylindergruppen, som igjen gjør det mulig å øke motorens kompresjonsforhold.
Kompresjonsforhold: Hvilken effekt har det på motoren?
Takket være dette øker motorens kraft, men samtidig øker også forbruket, fordi ikke alt drivstoffet forbrennes perfekt, og en del av energien forblir ubrukt.
Alle andre parametere går til side i denne modusen, og ytelse blir hovedparameteren. Blandingen blir dermed anriket (λ < 1) for å oppnå høyest mulig motorytelse.
Mager blandingsforbrenning:
Det laveste forbruket oppnås i mager blandingsforbrenningsmodus; dermed når luft-drivstoff-forholdet verdien (λ > 1). Når motoren er under lav belastning er ytelsen ikke interessant, så prioriteringen blir drivstofforbruk.
I et slikt tilfelle er innstilling av en litt mager blanding (λ > 1), som oppnår størst drivstoffbesparelse, det klare valget for denne modusen.
Effekt av blandingssammensetning på motorkomponenter:
En rik blanding har en betydelig effekt fra et motorvernsynspunkt, fordi drivstoffet som ikke brenner fjerner temperaturen fra forbrenningskammeret gjennom dets fordampning, og sikrer derved effektiv kjøling av forbrenningskammeret.
Kjøleeffekten øker med rikdommen i blandingen, noe som er spesielt viktig for ekstremt belastede motorer. Dette er grunnen til at en rik blanding brennes ved maksimal motorbelastning.
Det er imidlertid ikke nødvendig å overdrive det med blandingens rikdom, fordi uforbrent drivstoff vasker oljefilmen fra veggene på sylindrene, noe som øker risikoen for stempelfeste. I tillegg øker dette dannelsen av karbon, hvis avleiringer forhindrer fjerning av varme fra forbrenningskammeret.
Motorbanking: Hva er det, og hvordan forhindres det?
Når du brenner en mager blanding, er det en risiko for fravær av intern kjøling, noe som kan føre til en termisk overbelastning av enkelte motorkomponenter, for eksempel stempler, ventiler og tennplugger. Høyere lokale temperaturer i sylinderen øker imidlertid risikoen for detonasjonsforbrenning betydelig.
Intern drivstoffkjøling kan bare brukes til gnist-tenningsmotorer fordi de kan arbeide med en rik blanding på grunn av lengre tid for tilberedning (drivstoff kommer inn i sylindrene sammen med luft eller sprøytes inn i sylinderen under inntaksslaget).
I forbrenningsmotorer, der drivstoff sprøytes inn i sylinderen, og forbrenningsfasen starter samtidig, vil en rik blanding som ikke blander seg godt med luften føre til overdreven røyk. Dette betyr at selv ved full belastning av dieselmotoren, er luft-drivstoff-forholdet bare nær den støkiometriske blandingen, slik at høyest mulig ytelse oppnås.
Luft-drivstoff koeffisient λ: Hva betyr de spesifikke verdiene?
- <0,5-dennedregrensenforbrennbarhet(rikblanding),blandingenavdrivstoffoglufterikkelengerbrennbar
- <1-rikblanding,mangelpåluft,øktkraftogdreiemoment
- 0,9-høyestedreiemoment,godmotordrift,dårligerespesifiktdrivstofforbruk
- 0,9til1,1-teoretiskegnetblandingavdrivstoffogluft
- >1 - mager blanding, overflødig luft, drivstoffbesparelse, økonomisk drift
- 1,3 til 1,5 - den øvre grense for brennbarheten til blandingen (mager blanding), blandingen av drivstoff og luft er ikke lenger brennbar
- 1,6 til 1,7 - øvre grense for brennbarheten til blandingen for motorer med en lagdelt blanding
Men generelt brenner en motor som fungerer ved riktig temperatur og belastning:
Dieselmotor - brenner en inhomogen (stratifisert) blanding med et høyt overskudd av luft. Blandingen er mager, har en større andel luft enn det som ville tilhøre en viss mengde drivstoff, og luft-drivstoffforholdet er derfor λ > 1.
Bensinmotor med indirekte injeksjon - brenner en homogen blanding. Koeffisienten for andelen luft er λ = 1, og en slik blanding kalles støkiometrisk.
Gassmotor med direkte innsprøytning - brenner homogen, men ikke-homogen (lagdelt) blanding. En homogen blanding injiserer et drivstoff λ = 1 dose inn i forbrenningskammeret under inntaksslaget.
En lagdelt blanding injiserer drivstoff i den virvlede luften under kompresjonsslaget, og skaper en lokalt homogen blanding i tennpluggområdet. Imidlertid er det en mager blanding i de andre rommene i sylinderen, og luft-drivstoffkoeffisienten er derfor λ > 1.