Чому чи чому б не підвищити ефективність двигуна, керуючи автомобілем «на паливі» (використовуючи турбо або нагнітач)?

Усі хочуть, щоб їхні машини використовували менше палива, правда? Я читав наступний уривок про те, як працювати з автомобільним паливом на цьому веб-сайті :

Запустіть двигун з низьким рівнем палива, тобто використовуйте надлишок повітря. Добре відомо, що економія палива підвищує ефективність. За старих часів, в умовах крейсерських двигунів, двигуни завжди були неміцними - близько 15% надлишку повітря - це було економічно. То що сталося, щоб змінити це? Проблема полягає в триходовому (CO, UHC, NOx) каталізаторі, який використовується на вихлопах двигуна. Це працює лише в тому випадку, якщо співвідношення повітря / паливо двигуна (по масі) є стехіометричним (хімічно правильним). Для бензину це співвідношення становить 14,6: 1. Комп'ютер двигуна, співпрацюючи з датчиком витрати повітря в двигуні, електронними форсунками палива та датчиком викиду кисню, підтримує стехіометричне співвідношення для більшості вашої їзди. Тільки при такому співвідношенні каталізатор може як окиснювати СО, так і UHC (до CO2 і H2O) і хімічно знижувати NOx (до N2). (UHC = незагорілі вуглеводні.) Для людства потрібен нежирний каталізатор NOx.

Цей уривок, здається, має повний сенс. Використовуйте більше повітря та підвищуйте економічність палива. Однак я не розумію, чому каталітичний перетворювач не може працювати або пристосовуватися для обробки повітря в двигуні.

Які переваги та недоліки пригнічувати повітря в двигун за допомогою турбонаддува або нагнітача, що виправдовувало б машину робити чи не робити це?

Lean ≠ Більше повітря

Я вважаю, що джерело непорозуміння полягає в тому, як трактується термін "худий".

Пісна суміш не вказує на наявність більше повітря. Він вказує на наявність більшої частки повітря порівняно з паливом (коефіцієнт повітря-паливо або АФР ).

Швидкий приклад

Суміш А містить 1000 г повітря, 80 г палива. AFR = 1000/80 = 12,5

Суміш B містить 100 г повітря, 7 г палива. AFR = 100/7 = 14,3

Починаючи з 14.3> 12.5, суміш B слабша за суміш A, навіть якщо в суміші A більше повітря.

Ось чому @cdunn має рацію ; наявність турбокомпресора або нагнітача не впливає на здатність каталітичного перетворювача відповідного розміру виконувати свою роботу.

То чому котам не годиться бігати худими?

Каталітичний перетворювач призначений для очищення шкідливих газів із відпрацьованих газів. Це відбувається за допомогою хімічної реакції, яка передбачає наявність каталізатора (ів).

Найпопулярніший тип дизайну котів сьогодні - це триходовий каталітичний перетворювач, який обробляє три типи шкідливих газів:

• оксиди азоту (NOx, не NOS)
• чадний газ (CO)
• незагорілі вуглеводні (HC)

Проблема полягає в тому, що кішки добре працюють у вузькому вікні AFR, як показано на цьому зображенні:

• Бігайте занадто худорляво , і кішці буде важко очищати NOx з вихлопних газів
• Робіть занадто багатим , і у вашій задній трубі буде набагато більше вмісту HC, CO

Худість роботи проти вихлопних каталізаторів:

Трикомпонентний каталітичний перетворювач встановлений на бензинові транспортні засоби , не може працювати в умовах пісного двигуна , так як реакція NO _х на азот і кисень є реакцією відновлення, і для того щоб це відбулося там повинен бути відповідним окисленням. У триходовому каталізаторі - це окислення СО та вуглеводнів до СО ₂ . Якщо надлишок кисню був присутній, то кисень, а не NO _x , діяв би як окислювач для CO та HC - оскільки він є більш потужним окислювачем - і NO _x залишався би непрореагировавшим.

Технологія зменшення NO _x без наявності відповідних окислювальних газів у вихлопі двигуна існує і все частіше застосовується на дизельних двигунах, які не працюють. Однак воно потребує більшої кількості обладнання в транспортному засобі, додаючи вартість і складність, а деякі підходи вимагають добавки, яку потрібно поповнити по мірі використання.

Технологія пісного опіку використовувалася в бензинових двигунах в минулому, але, можливо, не вдалося застосувати її через жорсткі норми щодо викидів NO _x - це може призвести до появи, оскільки технологія зменшення NO _x стає все більш усталеною.

Переваги та недоліки турбокомпресорів і нагнітачів

Використання турбокомпресора або нагнітача дозволяє отримати більше потужності для одного і того ж оберта двигуна - або менший об'єм двигуна при однаковій потужності. Це означає, що двигун може бути меншим і легшим, а менші циліндри мають менші втрати на тертя. Останні невеликі бензинові двигуни, такі як асортимент Ford Ecoboost, як правило, використовують як нагнітання, так і турбонаддув, щоб забезпечити високу ефективність палива.

Основним недоліком турбонаддуву чи надзарядки є додаткова складність та вартість обладнання, але це все більше сприймається як корисне для підвищення ефективності.

Справа не в тому, що каталітичний перетворювач сам по собі не може переносити більше повітря, це те, що ходова швидкість підвищує температуру горіння (я фактично не знаю, чому, але зараз мені цікаво), і каталітичний перетворювач повинен працювати всередині хімічної речовини робочий діапазон. Щось із тією хімією, яку я теж не знаю.

Що стосується переваг для турбоприскореного та надзарядного, то збільшується не тільки повітря, але і повітряна паливна суміш у правильній пропорції. Більше повітря / палива на кожен силовий хід дає більше енергії. Недоліком турбокомпресорів є те, що при неправильній конструкції він забезпечить багато енергії, але ця потужність буде затримувати газ.

Недоліком нагнітачів є те, що вони приводяться в рух за допомогою колінчастого вала через ремінь, що означає, що вони споживають певну силу для виконання своєї роботи. Вони, очевидно, виробляють більше енергії, ніж споживають, але це все одно зменшується на скільки б вона не споживала. Оскільки турбокомпресори приводяться в дію вихлопними газами, їх єдиним побічним ефектом є незначний тиск у спині.

Ще однією причиною цього не робити на вуличній машині є те, що це зменшить пробіг (швидше споживання палива), а додаткова потужність призведе до зносу двигуна, який може бути, а може і не був призначений для цього.

Сподіваюся, що це допомагає!

Ще одним моментом, на який варто торкнутися, є те, що худіші та багатші стосуються тих умов, в яких вже працює двигун. Що стосується хімічних реакцій, автомобільні двигуни за замовчуванням працюють трохи багатішими - більше пального, ніж потрібно для всього повітря, - оскільки це зменшує частоту детонацій у суміші.

Якщо змінити речі, щоб вони працювали меншими, ніж призначені умови експлуатації, ви можете перейти до стехіометричного спалювання. Це означає, що все паливо витрачається всім повітрям і реакції точно врівноважені. Це також до детонацій. Це призводить до пінг (або стукання) і пошкодження циліндрів і поршнів. Якщо ви зміните речі, щоб зробити його більш худим на достатньою мірою, щоб вийти за рамки стехіометричного коефіцієнта, загроза детонації зменшиться, але якщо ви пересунетеся занадто худорляво, ви збільшите швидкість провалу - більше шкоди для двигуна (і каталітичного перетворювача ).

Запуск пісної суміші сам по собі не обов'язково спричинить детонацію, пінг або стукіт. Пілоти поршневих літаків епохи Другої світової війни використовувались для серйозної посадки сумішей на тривалих перетяжках, щоб збільшити дальність, і це було безпечно робити, коли вони знаходились на крейсерській висоті та потужності. Ти б ніколи не думав робити це в підйомі або при великій потужності.

З автомобільним двигуном вам доведеться мати адаптивне програмування, яке б регулювало суміш від насиченої до низької, залежно від того, під яким рівнем навантаження знаходився двигун. На великій відстані, рівній проїжджій частині дороги зі стійкою швидкістю шосе, ви, ймовірно, можете пробігатися нахилятися непогано багато часу, але для вашого типового міського стилю зупиняйтесь і їдьте, або горбиста місцевість, ви, мабуть, ніколи не опинитесь у діапазоні потужностей, де це було б безпечним, ефективним чи ефективним.

Що стосується викидів, то біг, що працює, безумовно, створює оксиди азоту, так що це може викликати занепокоєння в районах, схильних до смогу.

Є додаткова причина того, що не працювати, а це дуже добре стосується двигунів з турбонаддувом - додаткове паливо створює «прикордонний шар» між продуктами згоряння та стінкою циліндра. Це поглинає додаткове тепло під час горіння, щоб утримати температуру в камері в межах толерантності.

Автомобілі, які мають модифікований турбо / нагнітальний пристрій, часто стають занадто худими, оскільки форсунки не можуть доставити достатню кількість палива для підтримки цього граничного шару, а тиск / температура в камері згоряння збільшується. У крайніх випадках це призводить до детонації / стуку, а при сильному поштовху може призвести до фізичного пошкодження поршня.

Гарне питання. Відповідь полягає в тому, що для усунення викидів, що не містять CO2, та забезпечення розумної ефективності та потужності двигуна ОБОВ'ЯЗКОВО спалити паливо вибухово-багатим безпосередньо перед ТДК, потім знову спалити його після ТДК і нарешті спалити його втретє після того, як заряд залишив швидкий циліндр згоряння і ввійшов у менш гарячий і повільніший циліндр повторного розширення.