Обедненный ожог

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найти источники:  "Lean-burn"  -  новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( март 2008 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Постное сжигание относится к сжиганию топлива с избытком воздуха в двигателе внутреннего сгорания . В двигателях с обедненной смесью соотношение воздух: топливо может быть бедным до 65: 1 (по массе). Соотношение воздух / топливо, необходимое для стехиометрического сгорания бензина, напротив, составляет 14,64: 1. Избыток воздуха в двигателе, работающем на обедненной смеси, выделяет гораздо меньше углеводородов. Высокое соотношение воздух-топливо также можно использовать для уменьшения потерь, вызванных другими системами управления мощностью двигателя, такими как потери при дросселировании.

Принцип [ править ]

Режим сжигания обедненной смеси - это способ снизить потери на дросселирование. Двигатель в типичном транспортном средстве рассчитан на обеспечение мощности, необходимой для ускорения, но должен работать значительно ниже этой точки при нормальной работе на постоянной скорости. Обычно мощность отключается при частичном закрытии дроссельной заслонки. Однако дополнительная работа, выполняемая при прокачке воздуха через дроссель, снижает эффективность. Если соотношение топливо / воздух уменьшается, то меньшая мощность может быть достигнута при приближении дроссельной заслонки к полностью открытому, а эффективность во время нормального вождения (ниже максимального крутящего момента двигателя) может быть выше.

Эти двигатели предназначены для сжигания обедненной может использовать более высокие коэффициенты сжатия и тем самым обеспечить более высокую производительность, эффективное использование топлива и низкий уровень выхлопных выбросов углеводородов , чем те , что в обычных бензиновых двигателей . Ультра обедненные смеси с очень высоким соотношением воздух-топливо могут быть получены только с помощью двигателей с прямым впрыском .

Главный недостаток обедненной смеси заключается в том, что для снижения выбросов NOx требуется сложная каталитическая система нейтрализатора . Двигатели, работающие на обедненной смеси, плохо работают с современными трехкомпонентными каталитическими нейтрализаторами, которые требуют баланса загрязняющих веществ в выхлопном отверстии, чтобы они могли проводить реакции окисления и восстановления, поэтому большинство современных двигателей имеют тенденцию двигаться по инерции и выбегать при стехиометрической точке или около нее. .

Chrysler Electronic Lean-Burn [ править ]

С 1976 по 1989 год компания Chrysler оборудовала многие автомобили своей системой Electronic Lean-Burn (ELB) , которая состояла из компьютера контроля искры и различных датчиков и преобразователей . Компьютер отрегулировал время зажигания на основе вакуума в коллекторе, частоты вращения двигателя, температуры двигателя, положения дроссельной заслонки с течением времени и температуры поступающего воздуха. В двигателях, оборудованных ELB, использовались распределители с фиксированной синхронизацией без традиционных вакуумных и центробежных механизмов опережения. Компьютер ELB также напрямую управлял катушкой зажигания, устраняя необходимость в отдельном модуле зажигания.

ELB выпускался как в открытом, так и в закрытом вариантах; Системы с открытым контуром производили выхлоп, достаточно чистый для многих вариантов транспортных средств, оборудованных таким образом, чтобы соответствовать федеральным правилам выбросов США 1976 и 1977 годов и канадским правилам выбросов до 1980 года, без каталитического нейтрализатора . Версия ELB с обратной связью использовала кислородный датчик и карбюратор с обратной связью и была введена в производство по мере ужесточения требований по выбросам, начиная с 1981 года, но ELB с открытым контуром использовалась еще в 1990 году на рынках с нестрогими правилами выбросов, на автомобили, такие как мексиканский Chrysler Spirit. Стратегии контроля искры и определения и преобразования параметров двигателя, представленные в ELB, использовались до 1995 года на автомобилях Chrysler, оборудованных впрыском топлива через дроссельную заслонку . ^{[ необходима цитата ]}

Газовые двигатели для тяжелых условий эксплуатации [ править ]

Концепции сжигания обедненной смеси часто используются при проектировании двигателей, работающих на природном газе , биогазе и сжиженном нефтяном газе (СНГ) для тяжелых условий эксплуатации . Эти двигатели могут работать либо на постоянной обедненной смеси, когда двигатель работает со слабой топливно-воздушной смесью независимо от нагрузки и скорости двигателя, либо на неполной обедненной смеси (также известной как «обедненная смесь» или «смешанная обедненная смесь». ), где двигатель работает на обедненной смеси только при низкой нагрузке и на высоких оборотах двигателя, а в других случаях возвращается к стехиометрической топливовоздушной смеси.

Сверхмощные двигатели, работающие на обедненной газовой смеси, пропускают вдвое больше ^[1] воздуха, чем теоретически необходимо для полного сгорания в камеры сгорания. Чрезвычайно слабые топливовоздушные смеси приводят к более низким температурам сгорания и, следовательно, к снижению образования NOx. Хотя двигатели, работающие на обедненной газовой смеси, предлагают более высокий теоретический тепловой КПД, переходные характеристики и производительность могут быть скомпрометированы в определенных ситуациях. Однако достижения таких компаний, как North American Repower , в области контроля топлива и технологии замкнутого контура привели к производству современных двигателей большой мощности, сертифицированных CARB, для использования в парках коммерческих автомобилей. ^[2] Газовые двигатели, работающие на обедненной смеси, почти всегда имеют турбонаддув, в результате чего высокие показатели мощности и крутящего момента недостижимы для стехиометрических двигателей из-за высоких температур сгорания.

В газовых двигателях большой мощности могут использоваться камеры предварительного сгорания в головке блока цилиндров. Бедная газовая и воздушная смесь сначала сильно сжимается поршнем в основной камере. Гораздо более богатая, хотя и гораздо меньшая по объему, газо-воздушная смесь вводится в камеру предварительного сгорания и воспламеняется от свечи зажигания. Фронт пламени распространяется на обедненную газо-воздушную смесь в цилиндре.

Это двухступенчатое сжигание обедненной смеси дает низкий уровень NOx и отсутствие выбросов твердых частиц. Тепловой КПД выше по мере достижения более высоких степеней сжатия.

Производителями тяжелых газовых двигателей на обедненной смеси являются MTU , Cummins , Caterpillar , MWM , GE Jenbacher , MAN Diesel & Turbo , Wärtsilä , Mitsubishi Heavy Industries , Dresser-Rand Guascor , Waukesha Engine и Rolls-Royce Holdings .

Системы сжигания обедненной смеси Honda [ править ]

Одна из новейших технологий сжигания обедненной смеси, доступная в производимых в настоящее время автомобилях, использует очень точное управление впрыском топлива, сильную завихрение воздух-топливо, создаваемую в камере сгорания, новый линейный датчик воздух-топливо ( датчик O2 типа LAF ) и обедненную смесь -сжигать катализатор NOx для дальнейшего снижения образующихся выбросов NOx, которые увеличиваются в условиях «обедненного сжигания» и соответствуют требованиям по выбросам NOx.

Такой подход со стратифицированным зарядом к сгоранию на обедненной смеси означает, что соотношение воздух-топливо неодинаково во всем цилиндре. Вместо этого точный контроль над впрыском топлива и динамикой потока на впуске позволяет увеличить концентрацию топлива ближе к наконечнику свечи зажигания (более богатое), что требуется для успешного зажигания и распространения пламени для полного сгорания. Оставшаяся часть впускного заряда цилиндров становится все более обедненной, при этом общее среднее соотношение воздух: топливо попадает в категорию обедненного сжигания до 22: 1.

Старые двигатели Honda, которые использовали обедненную смесь (не все), достигли этого за счет параллельной системы подачи топлива и впуска, которая подавала в форкамеру «идеальное» соотношение для начального сгорания. Затем эту горящую смесь открывали в основную камеру, где затем зажигалась гораздо более крупная и бедная смесь, чтобы обеспечить достаточную мощность. В то время, когда эта конструкция находилась в производстве, эта система ( CVCC, Compound Vortex Controlled Combustion ) в основном позволяла снизить выбросы без использования каталитического нейтрализатора . Это были карбюраторные двигатели, и относительная "неточная" природа настолько ограничивала возможности MPG концепции, что теперь при MPI (многопортовый впрыск топлива) также допускаются более высокие MPG.

Более новый многослойный заряд Honda (двигатели с обедненной смесью) работают с соотношением воздух-топливо до 22: 1. Количество топлива, всасываемого в двигатель, намного меньше, чем у обычного бензинового двигателя, который работает при соотношении 14,7: 1 - химический стехиометрический идеал для полного сгорания при усреднении бензина в соответствии с принятым стандартом нефтехимической промышленности C8H18.

Эта способность к сжиганию обедненной смеси в силу необходимости ограничений физики и химического состава сгорания применительно к текущему бензиновому двигателю должна быть ограничена для условий малой нагрузки и более низких оборотов. Требуется точка отсечки «максимальной» скорости, поскольку топливные смеси с обедненным бензином сгорают медленнее и для выработки энергии сгорание должно быть «полным» к моменту открытия выпускного клапана.

Приложения [ править ]

• 1992–95 Civic VX
• 1996–2005 Civic Hx
• 2002–05 Civic Hybrid
• 2000–06 Insight Manual transmission & Japanese spec Cvt only

Toyota lean-burn engines[edit]

In 1984, Toyota released the 4A-E engine. This was the first engine in the world to use a lean-burn combustion control system with a lean mixture sensor, Toyota called "TTC-L" (Toyota Total Clean-Lean-Burn). It was used in Japan on Toyota Carina T150 replacing the TTC-V (Vortex) exhaust gas recirculation approach used earlier, Toyota Corolla E80, and Toyota Sprinter. The lean mixture sensor was provided in the exhaust system to detect air–fuel ratios leaner than the theoretical air–fuel ratio. The fuel injection volume was then accurately controlled by a computer using this detection signal to achieve lean air–fuel ratio feedback. For optimal combustion, the following items were applied: program independent injection that accurately changed the injection volume and timing for individual cylinders, platinum plugs for improving ignition performance with lean mixtures, and high performance igniters.^[6]

The lean-burn versions of the 1587cc 4A-FE and 1762cc 7A-FE 4-cylinder engines have 2 inlet and 2 exhaust valves per cylinder. Toyota uses a set of butterflies to restrict flow in every second inlet runner during lean-burn operation. This creates a large amount of swirl in the combustion chamber. Injectors are mounted in the head, rather than conventionally in the intake manifold. Compression ratio 9.5:1.^[7]The 1998cc 3S-FSE engine is a direct injection petrol lean-burn engine. Compression ratio 10:1.^[8]

Applications[edit]

Nissan lean-burn engines[edit]

Nissan QG engines are a lean-burn aluminum DOHC 4-valve design with variable valve timing and optional NEO Di direct injection. The 1497cc QG15DE has a Compression ratio of 9.9:1^[15] and 1769cc QG18DE 9.5:1.^[16]

Applications[edit]

Mitsubishi Vertical Vortex (MVV)[edit]

In 1991, Mitsubishi developed and began producing the MVV (Mitsubishi Vertical Vortex) lean-burn system first used in Mitsubishi's 1.5 L 4G15 straight-4 single-overhead-cam 1,468-cc engine. The vertical vortex engine has an idle speed of 600 rpm and a compression ratio of 9.4:1 compared with respective figures of 700 rpm and 9.2:1 for the conventional version. The lean-burn MVV engine can achieve complete combustion with an air–fuel ratio as high as 25:1, this boasts a 10–20% gain in fuel economy (on the Japanese 10-mode urban cycle) in bench tests compared with its conventional MPI powerplant of the same displacement, which means lower CO₂ emissions.^[18][19]

The heart of the Mitsubishi's MVV system is the linear air–fuel ratio exhaust gas oxygen sensor. Compared with standard oxygen sensors, which essentially are on-off switches set to a single air/fuel ratio, the lean oxygen sensor is more of a measurement device covering the air/fuel ratio range from about 15:1 to 26:1.^[19]

To speed up the otherwise slow combustion of lean mixtures, the MVV engine uses two intake valves and one exhaust valve per cylinder. The separate specially shaped (twin intake port design) intake ports are the same size, but only one port receives fuel from an injector. This creates two vertical vortices of identical size, strength and rotational speed within the combustion chamber during the intake stroke: one vortex of air, the other of an air/fuel mixture. The two vortices also remain independent layers throughout most of the compression stroke.^[18][19]

Near the end of the compression stroke, the layers collapse into uniform minute turbulences, which effectively promote lean-burn characteristics. More importantly, ignition occurs in the initial stages of breakdown of the separate layers while substantial amounts of each layer still exist. Because the spark plug is located closer to the vortex consisting of air/fuel mixture, ignition arises in an area of the pentroof-design combustion chamber where fuel density is higher. The flame then spreads through the combustion chamber via the small turbulences. This provides stable combustion even at normal ignition-energy levels, thereby realizing lean-burn.^[18][19]

The engine computer stores optimum air fuel ratios for all engine-operating conditions—from lean (for normal operation) to richest (for heavy acceleration) and all points in between. Full-range oxygen sensors (used for the first time) provide essential information that allows the computers to properly regulate fuel delivery.^[19]

Diesel engines[edit]

All diesel engines can be considered to be lean-burning with respect to the total volume, however the fuel and air is not well mixed before the combustion. Most of the combustion occurs in rich zones around small droplets of fuel. Locally rich combustion is a source of particulate matter (PM) emissions.

See also[edit]

• Engine knocking
• Hydrogen fuel enhancement

Footnotes[edit]

Citations[edit]

References[edit]

• "Advanced Technology Vehicle Modeling in PERE, EPA, Office of Transportation and Air Quality"