Почему бензиновый двигатель должен поддерживать соотношение воздух-топливо, а дизельный - нет?

Этот простой вопрос давал мне покой. Количество топлива, впрыскиваемого в бензиновый двигатель, рассчитывается в соответствии с количеством воздуха, поступающего через дроссельный клапан (измеряется датчиком массового расхода воздуха / абсолютного давления в коллекторе). Однако количество топлива, впрыскиваемого в дизельный двигатель, просто зависит от нажатия педали, и воздух может свободно всасываться в цилиндры. Это означает, что при нормальной работе дизель работает очень обедненно, а бензин постоянно поддерживает стехиометрическое соотношение (ситуации с высокой нагрузкой не учитываются). Почему бензиновый двигатель не может работать без дроссельной заслонки, в зависимости от количества впрыскиваемого топлива?

Похоже, вы уже знаете, почему бензиновый двигатель поддерживает соотношение топливо / воздух как можно ближе к стехиометрическому, насколько это возможно, но просто для информации для кого-либо еще: стехиометрическое соотношение топливо / воздух - это количество кислорода, необходимое для горения. весь бензин полностью. «Бережливое» сжигание оставляет некоторый остаток кислорода, а «богатое» сжигание означает, что бензин не сгорает полностью.

Дизели работают на худой, потому что, по данным этого сайта:

В дизельном двигателе топливо впрыскивается в камеру сгорания вблизи конца такта сжатия и самовозгорается. Это ответственно за звук сгорания, который генерирует дизельный двигатель, и это музыка для всех, кто читает этот журнал. При смешивании топлива с воздухом горение продолжается. Этот процесс очень неоднороден (поскольку топливо и воздух смешиваются в камере сгорания, он не такой равномерный, как в газовом двигателе, в котором смесь создается до входа в головку цилиндров). Сажа образуется во время сгорания, потому что часть топлива сгорает при недостатке кислорода, а сгорание топлива не завершается. Когда впрыскивается дополнительное топливо, появляется все больше сажи. Следовательно, Соотношение воздух / топливо дизельного двигателя всегда должно быть меньше стехиометрического, чтобы предотвратить чрезмерное количество дыма. По этой причине модифицированный дизель высокой мощности будет выпускать черный дым, потому что он работает только на энергии, не заботясь о выработке сажи. В бездымном дизеле в цилиндре меньше топлива, чем в цилиндре бензинового двигателя, поэтому мощность дизеля по сравнению с этим снижается.

Бензин впрыскивается до его воспламенения, поэтому он успевает смешиваться более однородно. Дизель впрыскивается в конце такта сжатия, поэтому он сгорает под давлением почти сразу, прежде чем успеет распространиться по доступному воздуху. Как указано в приведенной выше цитате, работа на дизельном двигателе является попыткой уменьшить количество производимой сажи, что снижает выбросы.

редактировать

Для решения вашего вопроса о том, что происходит с бензиновым двигателем, который горит обедненным.

Впрыск бензина в двигатель оказывает охлаждающее действие. Двигатель, работающий на обедненном топливе, где бензина меньше, чем необходимо для достижения стехиометрического соотношения, будет работать быстрее, чем двигатель, работающий со стехиометрическим соотношением, или двигатель, работающий на обогащенном топливе. Работайте слишком постно, и вы рискуете перегреться и получить дополнительный износ компонентов двигателя, таких как уплотнения. При более высоких степенях сжатия бедные двигатели могут быть более экономичными и производить меньше выбросов углерода. Недостатком является то, что существует больше выбросов NOx, которые требуют более сложного каталитического нейтрализатора, чем большинство современных транспортных средств.

Я должен также прояснить ваше последнее предложение. Ваш акселератор подключен к дроссельной заслонке (напрямую или через провод) и контролирует, сколько воздуха может попасть в двигатель. Он не контролирует напрямую количество бензина. Датчик массового расхода определяет, сколько воздуха поступает в двигатель, передает эту информацию в ЭБУ, и ЭБУ контролирует количество впрыскиваемого топлива. Находится ли ваш автомобиль в бедном или богатом состоянии, определяется ECU через входные данные от датчика массового расхода, датчика O2 и / или настроек производителя или пользователя. Во времена карбюратора было легко настроить двигатель, чтобы он работал богатым или обедненным, но вам нужно специальное оборудование для регулировки настроек в ECU.

Между прочим, существуют различные причины, по которым производитель или владелец транспортного средства может захотеть использовать свой двигатель с обедненным или богатым двигателем, что связано с производительностью, охлаждением или экономией топлива.

Я очень удивлен, что никто не упомянул это конкретно, но ответ - детонация. Рыба Пуассона была близка, но дополнительный износ из-за повышенной температуры цилиндра не главная проблема. Основная проблема заключается в дополнительном нагреве, вызывающем самовоспламенение бензина перед искрой и разрушение двигателя.

Дизель не страдает от этой проблемы, поскольку он в основном работает по этому принципу - дизель воспламеняется, как только он входит в цилиндр.

Я предполагаю, что если бы бензин имел гораздо более высокий октановый рейтинг, то технически мы могли бы использовать его как дизель.

Если вы смешали дизельное топливо с воздухом до того, как оно вошло в цилиндр, а затем сжали его в обычном такте сжатия (дизельный двигатель), оно, безусловно, взорвалось бы, прежде чем вы достигли верхней мертвой точки. Однако при нормальной работе дизель распыляется в цилиндр и сгорает при выходе из инжектора и контакте с нагретым воздухом. Зажигается только дизель, попадающий в камеру сгорания. Поскольку другого топлива нет, детонировать нечего. В двигателях с искровым зажиганием все топливо и воздух, присутствующие в камере сгорания, готовы и ожидают, когда искра начнет зажигание. Затем фронт пламени движется наружу от свечи зажигания. Если давление слишком высокое, или температура слишком высока, или в цилиндре имеется горячая точка, вся топливно-воздушная смесь может взорваться сразу. Как примечание стороны: - Дизель на самом деле может быть использован в двигателе с искровым зажиганием. Когда-то у нас был трактор с небольшим бензобаком и большим баком с дизельным или керосиновым топливом. Вы начали на бензине, переключились на дизель, когда двигатель прогрелся, и переключились обратно на бензин перед тем, как выключить его, чтобы убедиться, что в карбюраторе есть бензин, готовый к следующему пуску. На дизеле невозможно было замерзнуть, и он плохо работал на бензине в горячем состоянии. Я полагаю, что степень сжатия была выше, чем у обычного бензина, но меньше, чем у обычного дизеля, и бензин вызывал детонацию, когда температура повышалась до того, как вы переключились на дизель. чтобы убедиться, что в карбюраторе есть бензин, готовый к следующему пуску. На дизеле невозможно было замерзнуть, и он плохо работал на бензине в горячем состоянии. Я полагаю, что степень сжатия была выше, чем у обычного бензина, но меньше, чем у обычного дизеля, и бензин вызывал детонацию, когда температура повышалась до того, как вы переключились на дизель. чтобы убедиться, что в карбюраторе есть бензин, готовый к следующему пуску. На дизеле невозможно было замерзнуть, и он плохо работал на бензине в горячем состоянии. Я полагаю, что степень сжатия была выше, чем у обычного бензина, но меньше, чем у обычного дизеля, и бензин вызывал детонацию, когда температура повышалась до того, как вы переключились на дизель.

В других ответах не было отмечено, что соотношение воздух-топливо зависит от положения, в котором вы его измеряете. Таким образом, даже несмотря на то, что воздушно-топливное отношение, усредненное по всему цилиндру, является бедным (настолько обедненным, что сгорание было бы невозможным, если смесь была однородной), очень близко к точке впрыска оно чрезвычайно богато (настолько богато, что сгорание не происходит). Это возможно), и немного дальше от точки впрыска он является стехиометрическим, и, таким образом, топливо горит.

Фактически, бензиновый двигатель не должен поддерживать стехиометрическое соотношение воздух-топливо. Есть бензиновые двигатели с прямым впрыском, как и дизели. Бензиновый двигатель с непосредственным впрыском аналогично имеет очень близкое к богатому в точке впрыска соотношение воздух-топливо, но немного дальше он является стехиометрическим, и, таким образом, топливо сгорает, даже если в целом отношение воздух-топливо может быть бедным.

Однако проблема обедненного топливовоздушного отношения заключается в том, что в нем слишком много кислорода, что позволяет азоту в воздухе гореть до различных оксидов азота. Произведенный NOx является загрязняющим веществом, и в будущем все двигатели, использующие низкое воздушно-топливное отношение, будут не соответствовать требованиям правил, если только не используется какая-либо система SCR. Таким образом, если вы не хотите добавлять жидкость SCR вручную, единственным вариантом в будущем будет стехиометрический двигатель.

Потому что в двигателе с искровым зажиганием ограничение воздушного потока - единственный способ контролировать обороты двигателя. Было бы трудно контролировать обороты двигателя, изменяя только топливо без ограничения воздушного потока. Это связано с тем, что в двигателях с искровым зажиганием зажигание начинается там, где расположена свеча зажигания, и удаляется от этой точки. В то время как в двигателях с воспламенением от сжатия зажигание начинается везде, где находится топливо, когда оно впрыскивается. Также двигатели с воспламенением от сжатия с непосредственным впрыском не являются гомогенной смесью, поскольку топливу не дают достаточно времени для перемешивания в камере сгорания до воспламенения. Вы можете увидеть это на YouTube видео камеры внутри дизельного двигателя. На видео вы можете буквально увидеть следы воспламенения топлива, когда они распыляются из форсунки форсунки. Кроме того, когда я был ребенком, у меня была старая газонокосилка, и я играл с винтом регулировки смеси, и, делая двигатель более изящным, я мог достигать более высоких оборотов, фактически не перемещая дроссельную заслонку. Я не совсем понимаю, почему более жидкая топливная смесь дает более высокую температуру, но это может быть потому, что, поскольку между каплями топлива больше расстояние, так как их меньше, каждой капле можно дать больше времени для горения и, следовательно, генерировать больше тепло, но я не уверен, что это просто теория.

Бензиновые двигатели работают как можно ближе к стехиометрическому соотношению, потому что в этом диапазоне каталитический нейтрализатор работает наиболее эффективно .
Избегайте смеси, богатой топливом, потому что это может повредить преобразователь.

Воздуха

Дизельный двигатель не использует дроссельную заслонку для управления воздухом, дроссельная заслонка всегда открыта.

Это означает, что дизельный двигатель всегда потребляет максимальное количество воздуха, а мощность регулируется количеством подаваемого топлива. Когда дроссельная заслонка бензинового двигателя контролирует количество воздуха, поступающего в двигатель, это количество будет варьироваться в зависимости от нагрузки и, следовательно, необходимости регулирования соотношения воздух-топливо.

Надеюсь, это поможет.