Recopilación de datos detallados sobre la relación aire-combustible
Nombre chino: Relación aire-combustible mbth: Relación aire-combustible Disciplina aplicada: Física Ámbito de aplicación: Introducción a los motores mecánicos, principios, instrumentos de medición, proporciones, métodos de control, características de control de la relación aire-combustible de la gasolina Motores en condiciones de funcionamiento transitorias, mezcla combustible Introducción a la relación aire-combustible, la relación aire-combustible A/F (a: aire, F: combustible-combustible) representa la relación de mezcla de aire y combustible. La relación aire-combustible es un parámetro importante cuando el motor está en marcha y tiene un gran impacto en las emisiones, la potencia y la economía del motor. Principio Para lograr la mejor eficiencia catalítica (superior a 90) de los gases de escape, es necesario instalar un sensor de oxígeno en el tubo de escape del motor y se puede lograr un control de circuito cerrado. Su principio de funcionamiento es que el sensor de oxígeno convierte la concentración de oxígeno medida en los gases de escape en una señal eléctrica y la envía a la ECU, controlando así la relación aire-combustible del motor en un área estrecha y cercana al ideal (14,7: 1). Si la relación aire-combustible es grande, aunque la tasa de conversión de CO y HC aumenta ligeramente, la tasa de conversión de óxidos de nitrógeno cae bruscamente a 20. Por lo tanto, es necesario garantizar la mejor relación aire-combustible y lograr la mejor relación aire-combustible. La clave es asegurarse de que el sensor de oxígeno funcione correctamente. Si el combustible contiene plomo y silicio, el sensor de oxígeno se envenenará. Además, el uso inadecuado puede provocar depósitos de carbón en el sensor de oxígeno, cerámica agrietada, cables de resistencia quemados en el calentador y circuitos abiertos en los circuitos internos. Un sensor de oxígeno defectuoso provocará una relación aire-combustible inexacta, empeorará las condiciones del escape, reducirá la eficiencia del convertidor catalítico y reducirá a largo plazo la vida útil del convertidor catalítico. La relación aire-combustible real del instrumento de medición se obtiene midiendo la concentración de oxígeno en los gases de escape, y el componente más crítico es el sensor de oxígeno de amplio rango. Los instrumentos que miden la relación aire-combustible a menudo se denominan analizadores de relación aire-combustible y medidores de relación aire-combustible. Tomemos como ejemplo el analizador de relación aire-combustible ALM-S producido por la empresa estadounidense ECOTRONS. Utilizando el sensor de oxígeno de amplio rango LSU4.9 de Bosch y el chip controlador dedicado CJ125, la precisión de la medición es alta. Cuando está funcionando un motor proporcional, el combustible debe estar en una proporción adecuada con el aire inhalado para formar una mezcla combustible, que es la relación aire-combustible. Teóricamente, la cantidad mínima de gramos de aire por gramo de combustible necesarios para una combustión completa se denomina relación teórica aire-combustible. La relación teórica aire-combustible de varios combustibles es diferente: la gasolina es 14,7 y el diésel es 14,3. Una mezcla con una relación aire-combustible mayor que el valor teórico se llama mezcla pobre. Tiene más gasolina y menos combustible, combustión completa, bajo consumo de combustible, menos contaminación, pero menos potencia. Una mezcla con una relación aire-combustible menor que el valor teórico se llama mezcla rica. Tiene menos aire y más combustible, y tiene mayor potencia, pero combustión incompleta, alto consumo de combustible y alta contaminación. Los motores de gasolina con relación aire-combustible tienen la mayor potencia cuando la relación aire-combustible es de 12 a 13, el menor consumo de combustible cuando la relación aire-combustible es 16 y la concentración más baja de contaminantes alrededor de 18. Por lo tanto, para reducir el consumo de combustible y la contaminación, se debe utilizar en la medida de lo posible una mezcla pobre con una alta relación aire-combustible, y se debe proporcionar una mezcla rica sólo cuando sea necesario. Esta práctica se llama mezcla pobre y ahora se utiliza en la mayoría de los motores de gasolina. El factor más importante que afecta las emisiones de los motores de gasolina es la relación aire-combustible de la mezcla. En teoría, para la combustión completa de un kilogramo de combustible se necesitan 14,7 kilogramos de aire. La relación entre aire y combustible se llama relación estequiométrica. Cuando la relación aire-combustible es menor que la relación estequiométrica, se suministra una mezcla rica. En este momento el motor genera mayor potencia, pero la combustión es incompleta y se produce más CO y HC. Cuando la mezcla es ligeramente mayor que la relación estequiométrica, la eficiencia de la combustión es la más alta y el consumo de combustible es bajo, pero los óxidos de nitrógeno también son los mayores. Cuando se suministra la mezcla pobre, la velocidad de combustión se vuelve más lenta y la combustión es inestable. , provocando que el HC aumente. Actualmente, el control de circuito cerrado se utiliza en el sistema de inyección de gasolina controlado electrónicamente para controlar la relación aire-combustible cerca de la relación estequiométrica, y se instala un convertidor catalítico de tres vías delante del silenciador del sistema de escape para realizar un posprocesamiento en el Este es el método más eficaz para reducir los contaminantes del escape de los automóviles. La eficiencia de purificación del convertidor es máxima cerca de la relación estequiométrica. Método de control Para cumplir con los requisitos de diversas condiciones de funcionamiento del motor, la relación aire-combustible de la mezcla no se puede controlar en un circuito cerrado, pero se utiliza una estrategia que combina circuito cerrado y circuito abierto. Hay tres modos de control principales: arranque en frío y control de bucle abierto cuando la temperatura del agua de refrigeración es baja. Debido a la baja velocidad de arranque, la baja temperatura del agua de refrigeración y la escasa volatilidad del combustible, es necesario compensar el combustible hasta cierto punto. La relación aire-combustible de la mezcla está relacionada con la temperatura del agua de refrigeración. A medida que aumenta la temperatura, la relación aire-combustible aumenta gradualmente.
La relación aire-combustible se puede dividir en dos situaciones al ralentí con carga parcial: Si se obtiene la mejor economía, se puede utilizar un método de control de circuito abierto para controlar la relación aire-combustible para que funcione en un estado de mezcla pobre que sea mayor. que la relación estequiométrica. Para lograr bajas emisiones y una buena economía de combustible, es necesario utilizar un sistema de inyección de gasolina controlado electrónicamente y un convertidor catalítico de tres vías para realizar un control de circuito cerrado de la relación aire-combustible. La línea de puntos de la figura muestra la relación entre las concentraciones de emisiones de CO, HC y óxidos de nitrógeno y la relación aire-combustible sin añadir un convertidor catalítico de tres vías. La línea continua representa la relación entre CO, HC, NOx y la relación aire-combustible después de usar un convertidor catalítico de tres vías. En la figura se puede ver que sólo cuando la relación aire-combustible está cerca de la relación estequiométrica, las concentraciones de emisión de HC, CO y óxidos de nitrógeno son pequeñas. Los motores equipados con inyección de gasolina controlada electrónicamente adoptan un método de control de circuito cerrado, que puede controlar estrictamente la relación aire-combustible de la mezcla dentro de un rango estrecho cerca de la relación estequiométrica, y el convertidor catalítico de tres vías puede lograr la mayor eficiencia de purificación. Cuando el acelerador está completamente abierto (WOT): para obtener la máxima potencia del motor y evitar que se sobrecaliente, se utiliza un control de circuito abierto para controlar la relación aire-combustible de la mezcla dentro del rango de 12,5 ~ 13,5. En este momento, la mezcla en el motor se quema más rápido y tiene la presión de combustión más alta, por lo que la potencia de salida también es mayor. Características del control de la relación aire-combustible en condiciones de funcionamiento transitorias de motores de gasolina La adición de un reactor catalítico de tres vías es una solución de control de emisiones madura y ampliamente utilizada para motores de gasolina de inyección electrónica. Para mejorar la eficiencia de purificación de los reactivos catalíticos de tres vías, la relación aire-combustible debe controlarse cerca de la relación estequiométrica, es decir, el coeficiente de exceso de aire a=. Cuando el motor de gasolina está funcionando en condiciones de funcionamiento estables, el sistema de control electrónico detecta la cantidad de aire que ingresa al cilindro a través del sensor de flujo de aire de admisión y controla el ancho del pulso de inyección para garantizar que la relación aire-combustible esté cerca del valor teórico de aire. relación de combustible (a= 1). Al mismo tiempo, se utiliza un sensor de oxígeno para detectar la concentración de oxígeno en los gases de escape y controlar la relación aire-combustible, formando un sistema de control de circuito cerrado para eliminar las fluctuaciones de la relación aire-combustible causadas por las tolerancias de las piezas y los cambios en el medio ambiente. condiciones durante la producción en masa. Sin embargo, durante la condición de trabajo de transición del motor de gasolina, existen los siguientes problemas técnicos al controlar con precisión la relación aire-combustible cerca de la relación teórica aire-combustible (a= 1): (1) El eco del sensor de oxígeno está retrasado. . La señal del sensor de oxígeno refleja la concentración de la mezcla de combustión. Cuando la posición del acelerador del motor de gasolina cambia repentinamente, las condiciones de funcionamiento del motor de gasolina cambian rápidamente, el tiempo de eco del control de retroalimentación de la relación aire-combustible del sensor de oxígeno es largo y la relación aire-combustible de retroalimentación llega demasiado tarde. (2) Cuando la válvula del acelerador cambia repentinamente, se produce un fenómeno dinámico de carga y descarga en el sistema de admisión, lo que hace que la cantidad de aire que pasa a través del sensor de flujo de aire (colector de admisión) no sea igual a la cantidad real de aire que ingresa al cilindro. La cantidad de inyección de combustible se calcula en función de la cantidad de aire de admisión. Hay una desviación (3) La relación aire-combustible cambia debido a las características dinámicas de la película de aceite en el tubo de admisión. Para los motores de gasolina con inyección multipunto, la gasolina se inyecta cerca de la válvula de admisión. Parte de la gasolina ingresa directamente al cilindro en forma de vapor de aceite y el resto se deposita en la pared del colector de admisión en forma de una película de aceite líquido. La película de aceite se evapora en el cilindro a una determinada velocidad. Cuando el acelerador de un motor de gasolina cambia repentinamente, la velocidad de rotación del motor de gasolina cambia, lo que hace que cambie la cantidad de gasolina que ingresa directamente al cilindro en forma de vapor y se evapora en forma de película de aceite. (4) La sincronización provoca una desviación de la relación aire-combustible. Por un lado, en lo que respecta a un determinado cilindro, el proceso de inyección de combustible precede al proceso de admisión de aire, por lo que el volumen de inyección de combustible en este momento se calcula a partir del volumen de admisión de aire de otros cilindros; del sensor de oxígeno es el trabajo anterior Reflejado por la concentración de la relación aire-combustible en circulación, el flujo de aire de admisión cambia mucho durante la rápida apertura y cierre del acelerador del motor de gasolina. Por lo tanto, es de gran importancia estudiar la relación aire-combustible. estrategia de control que satisfaga todas las condiciones de trabajo.