Почему или почему бы не повысить КПД двигателя, управляя автомобилем, работающим на топливе (с турбонаддувом или нагнетателем)?

Все хотят, чтобы их автомобили использовали меньше топлива, верно? Я прочитал следующий отрывок об управлении автомобильным топливом с этого сайта :

Запустите двигатель на обедненном топливе, то есть используйте избыток воздуха. Хорошо известно, что экономичный расход топлива повышает эффективность. В старые времена в крейсерских условиях двигатели всегда работали на бедных - около 15% избыточного воздуха - это было экономично. Так что же случилось, чтобы изменить это? Проблема заключается в трехкомпонентном (CO, UHC, NOx) катализаторе, используемом на выхлопах двигателя. Это работает только в том случае, если соотношение воздух / топливо в двигателе (по массе) является стехиометрическим (химически правильным). Для бензина это соотношение составляет 14,6: 1. Компьютер двигателя, действуя совместно с датчиком воздушного потока двигателя, электронными инжекторами топлива и датчиком отработанного кислорода, поддерживает стехиометрическое соотношение для большей части вашего вождения. Только при таком соотношении катализатор может окислять CO и UHC (до CO2 и H2O) и химически восстанавливать NOx (до N2). (UHC = несгоревшие углеводороды.) Человечество нуждается в катализаторе обедненного NOx.

Этот отрывок, кажется, имеет смысл. Используйте больше воздуха и увеличьте эффективность использования топлива. Тем не менее, я не понимаю, почему каталитический нейтрализатор не может работать или быть приспособлен для обработки большего количества воздуха в двигателе.

Каковы преимущества и недостатки нагнетания воздуха в двигатель с помощью турбонагнетателя или нагнетателя, которые могут оправдать действие автомобиля или его отсутствие?

Lean ≠ Больше воздуха

Я полагаю, что источник недоразумения заключается в том, как интерпретируется термин «худой».

Бедная смесь не указывает на присутствие большего количества воздуха. Это указывает на наличие более высокой доли воздуха по сравнению с топливом (соотношение воздух-топливо или AFR ).

Быстрый пример

Смесь А имеет 1000 г воздуха, 80 г топлива. AFR = 1000/80 = 12,5

Смесь Б содержит 100 г воздуха, 7 г топлива. AFR = 100/7 = 14,3

Начиная с 14,3> 12,5, смесь B более жидкая, чем смесь A, хотя в смеси A больше воздуха.

Вот почему @cdunn прав ; Наличие турбокомпрессора или нагнетателя не влияет на способность каталитического нейтрализатора соответствующего размера выполнять свою работу.

Так почему же кошкам не нужно худеть?

Каталитический нейтрализатор предназначен для удаления вредных газов из выхлопных газов. Это происходит посредством химической реакции, которая включает присутствие катализатора (ов).

Самым популярным типом конструкции для кошек сегодня является трехходовой каталитический нейтрализатор, который обрабатывает три типа вредных газов:

• оксиды азота (NOx, а не NOS)
• окись углерода (СО)
• несгоревшие углеводороды (УВ)

Суть в том, что кошки хорошо работают в узком окне AFR, как показано на этом изображении:

• Бегите слишком постно , и кошке будет трудно вычистить NOx из выхлопных газов.
• Запустите слишком богато , и ваша выхлопная труба будет иметь намного больше содержания HC, CO

Бережливая работа против выхлопных катализаторов:

Трехкомпонентный каталитический преобразователь установлен на бензиновые транспортные средства , не может работать в условиях постного двигателя , так как реакция NO _х на азот и кислород является реакцией восстановления, и для того чтобы это произошло там должен быть соответствующим окислением. В трехходовом катализаторе это окисление СО и углеводородов до СО ₂ . Если бы присутствовал избыток кислорода, то кислород, а не NO _x , действовал бы в качестве окислителя для CO и HC - потому что это более мощный окислитель - и NO _x оставался бы непрореагировавшим.

Технология снижения выбросов NO _x без присутствия соответствующих окисляемых газов в выхлопе двигателя существует и все чаще используется в дизельных двигателях, которые работают на обедненной основе. Однако для этого требуется больше оборудования в автомобиле, что увеличивает стоимость и сложность, а для некоторых подходов требуется добавка, которую необходимо пополнять по мере ее использования.

Технология бережливого сжигания использовалась в бензиновых двигателях в прошлом, но, возможно, ей не удалось завоевать популярность из-за ужесточения нормативов по выбросам NO _x - она ​​может появиться вновь, поскольку технология сокращения выбросов NO _x становится все более устоявшейся.

Преимущества и недостатки турбокомпрессоров и нагнетателей

Использование турбонагнетателя или нагнетателя обеспечивает большую выходную мощность при одном и том же рабочем объеме двигателя или меньший рабочий объем двигателя при той же выходной мощности. Это означает, что двигатель может быть меньше и легче, а меньшие цилиндры имеют меньшие потери на трение. Последние малые бензиновые двигатели, такие как Ford Ecoboost, обычно используют как наддув, так и турбонаддув, чтобы обеспечить высокую эффективность использования топлива.

Основным недостатком турбонаддува или наддува является дополнительная сложность и стоимость оборудования, но это все чаще рассматривается как полезное для повышения эффективности.

Дело не в том, что каталитический нейтрализатор не может обрабатывать больше воздуха как такового, а в том, что обедненный режим повышает температуру сгорания (я на самом деле не знаю, почему, но теперь мне интересно), и каталитический нейтрализатор должен работать внутри своего химического вещества. рабочий диапазон. Что-то связанное с химией, которую я тоже не знаю.

Что касается преимуществ для турбонаддува и наддува, то увеличивается не только воздух, но и воздушно-топливная смесь в правильной пропорции. Больше воздуха / топлива для каждого рабочего хода дает вам больше мощности. Недостаток турбокомпрессоров в том, что при неправильной конструкции он будет обеспечивать большую мощность, но эта мощность будет отставать от газа.

Недостатком нагнетателей является то, что они приводятся в движение коленчатым валом через ремень, что означает, что они потребляют некоторую мощность для выполнения своей работы. Они явно производят больше энергии, чем потребляют, но они все равно уменьшаются на сколько бы они ни потребляли. Поскольку турбонагнетатели приводятся в движение выхлопными газами, их единственным побочным эффектом является небольшое противодавление.

Еще одна причина не делать этого на вашем уличном автомобиле - это то, что это уменьшит ваш пробег (более быстрый расход топлива), а дополнительная мощность приведет к износу двигателя, который может или не может быть сконструирован для этого.

Надеюсь, это поможет!

Еще один момент, на который стоит обратить внимание, - это то, что беднее и богаче зависит от того , в каких условиях двигатель уже работает. С точки зрения химических реакций, автомобильные двигатели имеют тенденцию работать немного по умолчанию - больше топлива, чем необходимо для всего воздуха - потому что это уменьшает частоту детонаций в смеси.

Если вы изменяете вещи , чтобы они работать компактнее , чем проектируемые условия эксплуатации, вы можете перейти в стехиометрическое горение. Это означает, что все топливо потребляется всем воздухом, и реакции точно сбалансированы. Это тоже к детонациям. Это приводит к пингу (или стуку) и повреждению цилиндров и поршней. Если вы измените положение, чтобы сделать его более обедненным, чтобы выйти за пределы стехиометрического соотношения, угроза детонации уменьшится, но если вы двигаетесь слишком обедненным, вы увеличите частоту пропусков зажигания - больше повреждения двигателя (и каталитического нейтрализатора). ).

Сама по себе скудная смесь не обязательно вызовет детонацию, пинг или стук. Пилотные летательные аппараты с таймерным поршнем эпохи Второй мировой войны использовались на длинных выборных рейсах с сильно наклоненными смесями для увеличения дальности полета, и это было безопасно, когда они находились на крейсерских высотах и ​​в настройках мощности. Вы никогда не подумаете сделать это на подъеме или на большой мощности.

При использовании автомобильного двигателя вам потребуется адаптивное программирование, которое будет регулировать смесь от обогащенной до обедненной в зависимости от того, какой уровень нагрузки был у двигателя. На длинном ровном шоссе с устойчивыми скоростями вы, вероятно, могли бы довольно долго бегать по наклонной дороге, но для вашего типичного городского стиля остановка и движение или холмистая местность, вы, вероятно, никогда не окажетесь в диапазоне мощностей, где будет безопасным, эффективным или действенным.

Что касается выбросов, то при работе в условиях бедного мяса определенно образуются оксиды азота, что может вызывать дополнительные опасения в зонах, подверженных смогу.

Существует еще одна причина, по которой двигатель не работает в обедненном состоянии, что очень хорошо применимо к двигателям с турбонаддувом - дополнительное топливо создает «пограничный слой» между продуктами сгорания и стенкой цилиндра. Это поглощает дополнительное тепло во время сгорания, чтобы помочь поддерживать температуру в камере в пределах допуска.

Модифицированные автомобили, которые работают с очень высоким уровнем наддува / турбонагнетателя, часто находятся на грани слишком бедного хода, поскольку инжекторы не могут подавать достаточное количество топлива для поддержания этого пограничного слоя, и давление / температура в камере сгорания увеличивается. В крайних случаях это приводит к детонации / детонации, а при сильном наддуве может привести к физическому повреждению поршня.

Хороший вопрос. Ответ заключается в том, что для устранения выбросов, не связанных с CO2, и обеспечения разумной эффективности и мощности двигатель ДОЛЖЕН сжигать топливо взрывоопасно и богато непосредственно перед ВМТ, затем снова сжигать его после обеднения ВМТ и, наконец, сжигать его в третий раз после того, как заряд покинул цилиндр быстрого сгорания и вошел в менее горячий и медленный цилиндр повторного расширения.