¿Qué es la mezcla combustible en el motor? ¿Qué debo hacer si es anormal?
Cómo se forma la mezcla en el motor de un coche
Como todos sabemos, el motor necesita combustible para funcionar. El combustible se divide en gasolina y diésel. La mayoría de los automóviles utilizan gasolina como combustible, por lo que hoy solo hablaremos de los motores de gasolina.
Los motores de los automóviles dependen de la gasolina para quemarse en el cilindro del motor y luego expandirse para realizar el trabajo, empujar el pistón hacia abajo y luego empujar el cigüeñal para girar y generar potencia de salida. Por tanto, la base de la potencia del motor es la combustión de la gasolina. La calidad de la combustión de la gasolina determina directamente el nivel de potencia del motor. Todo el mundo sabe que para quemar gasolina se necesita oxígeno. ¿De dónde viene el oxígeno? Consíguelo desde el aire. Por lo tanto, introducir aire y gasolina en el motor en una cierta proporción y manera es la clave para asegurar la combustión completa de la gasolina. Así es como se forman la relación y la mezcla de aire y combustible del motor.
Existen tres formas de formar una mezcla de motor de gasolina: carburador, inyección multipunto e inyección directa en cilindro. Se han eliminado los carburadores de los automóviles y sólo se siguen utilizando algunas motocicletas de gama baja. No hablaremos de ellos hoy.
En un sistema de inyección de combustible de inyección multipunto, después de que el aire es purificado por el filtro de aire, ingresa al colector de admisión a través de la válvula de mariposa, donde se mezcla con la gasolina inyectada por el inyector, y luego Pasa a través de la válvula de admisión, ingresa al cilindro del motor, luego se comprime y se enciende para realizar el trabajo, y finalmente los gases de escape quemados se descargan del motor a través de la válvula de escape, completando un ciclo de trabajo.
Pero en el sistema de inyección directa de combustible en el cilindro, el aire no se mezcla con la gasolina en el colector de admisión, sino que se mezcla con la gasolina en el cilindro. Los demás procesos son los mismos que los de la inyección multipunto. . Este método de formación de mezcla puede lograr una combustión pobre y una combustión estratificada, lo que puede reducir mejor el consumo de combustible. En el contexto de la conservación de energía y la reducción de emisiones, la inyección directa en el cilindro es la dirección de desarrollo de los motores del futuro.
Entonces, ¿cuál es la proporción más adecuada entre aire y gasolina? Esto implica el concepto de relación mezcla aire-combustible (o coeficiente de exceso de aire).
¿Cuál es la relación aire-combustible?
La relación aire-combustible A/F (a: aire-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. La relación de masa ideal teórica de la relación aire-combustible es 14,7: 1, que se denomina relación teórica aire-combustible. La relación de masa para la combustión completa del combustible es de 14,7 kg de aire por 1 kg de combustible, y la relación de volumen correspondiente es de 9500 litros de aire por 1 litro de combustible.
Teóricamente, la cantidad de aire necesaria para la combustión completa del combustible es igual a la cantidad teórica de aire. De hecho, la cantidad de aire suministrada es siempre mayor o menor que la cantidad de aire teórica. Para evaluar la cantidad de aire utilizada en el funcionamiento del motor, a menudo se introduce el concepto de coeficiente de exceso de aire.
Durante el funcionamiento del motor, la relación entre el volumen de aire real L suministrado al quemar 1 kg de combustible y el volumen de aire teórico LO se denomina coeficiente de exceso de aire.
Teóricamente, el aire y la gasolina se pueden mezclar en cualquier proporción, pero sólo cuando la concentración de la mezcla está dentro de un cierto rango se pueden cumplir los requisitos de funcionamiento del motor. Bajo diferentes condiciones de funcionamiento del motor, existen mezcla normal, mezcla rica y mezcla pobre, que se presentan a continuación.
Mezcla estándar
Para garantizar un funcionamiento estable y confiable del motor, la composición de la mezcla favorable generalmente está en el rango de 0,85 ~ 1,2.
Mezcla concentrada
Cuando el coeficiente de exceso de aire es 0,85 ~ 0,95, la velocidad de propagación de la llama es la más alta. En este momento, la velocidad de combustión es la más rápida, lo que puede hacer que el cilindro. La presión y la temperatura alcanzan el máximo en poco tiempo. La pérdida de calor es pequeña y el trabajo se realiza al máximo.
Debido a que el combustible suministrado en este momento es ligeramente mayor que el combustible requerido para una combustión completa, se mejora la utilización del oxígeno, aumenta el número de moléculas de los productos de combustión, aumenta la presión del gas y la El motor emite la máxima potencia. Esta mezcla se llama mezcla de máxima potencia.
Cuando el coeficiente de exceso de aire es inferior a 0,85, se denomina mezcla rica. En este momento, debido a la reducida velocidad de propagación de la llama, la potencia se reduce debido a la falta de oxígeno, la combustión es incompleta, la eficiencia térmica se reduce y el consumo de combustible aumenta; Cuando el motor está en ralentí o funcionando con carga baja, la apertura del acelerador es pequeña, entra menos mezcla nueva al cilindro y hay relativamente más gases de escape residuales, lo que fácilmente puede provocar fallos de encendido.
Si el motor suministra una mezcla demasiado rica a carga media, la velocidad de propagación de la llama será baja, la velocidad de combustión disminuirá y se quemará una gran cantidad de mezcla, haciendo que el motor se sobrecaliente fácilmente y La temperatura del escape aumentará. Los componentes de combustión incompleta en los gases de escape a alta temperatura se encuentran con el aire en el puerto de escape y se oxidan violentamente, provocando la explosión del tubo de escape.
Cuando el coeficiente de exceso de aire = 0,4 ~ 0,5, debido a una grave falta de oxígeno, la llama no puede propagarse y la mezcla no puede arder. Este es el caso de los llamados "cilindros inundados" en algunos motores.
Mezcla pobre
Cuando el coeficiente de exceso de aire = 1,05 ~ 1,15, la velocidad de propagación de la llama sigue siendo muy alta. En este momento, el aire es relativamente suficiente y el combustible puede eliminarse por completo. quemado, por lo que la eficiencia térmica es la más alta y el menor consumo de combustible efectivo. La mezcla con esta concentración se denomina mezcla más económica.
Cuando el coeficiente de exceso de aire es superior a 1,15, se denomina mezcla pobre. En este momento, la velocidad de propagación de la llama se reduce mucho y la combustión es lenta, de modo que el proceso de combustión continúa hasta el final de la carrera de escape y el postquemador aumenta, lo que reduce la potencia del motor y aumenta el consumo de combustible. Debido al proceso de combustión prolongado, la válvula de admisión se abrió al final de la carrera de escape y los gases de escape a alta temperatura con exceso de oxígeno pueden encender el aire fresco en el tubo de admisión, provocando que el tubo de admisión explote.
Cuando el coeficiente de exceso de aire = 1,3 ~ 1,4, el poder calorífico del combustible es demasiado bajo y la mezcla no puede difundirse, lo que provoca fallos de encendido o calado. La concentración de esta mezcla es el límite inferior para la propagación de la llama.
Sin embargo, algunos motores tienen diseños especiales en la estructura de la cámara de combustión, que pueden utilizar una mezcla muy pobre para lograr una combustión pobre o una combustión estratificada. En este momento, la concentración de la mezcla ya no es de importancia rectora. .
Análisis de las condiciones de trabajo del motor
Durante el funcionamiento real del motor, sus condiciones de trabajo cambian constantemente dentro del rango de trabajo. Cuando las condiciones de trabajo cambian, el motor cambia el aire de la mezcla combustible. Los requisitos de proporción de combustible también son diferentes y hay dos situaciones principales: condiciones de operación estables y condiciones de operación de transición.
Requisitos de mezcla en condiciones de funcionamiento estables Las condiciones de funcionamiento estable del motor se refieren a la situación en la que el motor se ha calentado por completo y ha entrado en funcionamiento normal, y la velocidad y la carga no han cambiado repentinamente dentro de un período determinado. de tiempo. Las condiciones de funcionamiento estables se pueden dividir en ralentí, carga ligera, carga media, carga pesada y carga completa.
Las condiciones transitorias de funcionamiento de un automóvil durante su funcionamiento se pueden dividir en las siguientes tres formas: arranque en frío, calentamiento, aceleración y desaceleración.
Condición de funcionamiento en ralentí
La condición de velocidad en ralentí significa que el motor no tiene salida de potencia externa y funciona a la velocidad estable más baja. En este momento, el trabajo realizado por la mezcla después de la combustión solo se utiliza para superar la resistencia interna del motor y mantenerlo funcionando de manera estable a la velocidad más baja.
Al ralentí, la válvula de mariposa está cerrada. Por tanto, el vacío dentro del tubo de admisión es muy grande. Cuando se abre la válvula de admisión, la presión en el cilindro puede ser mayor que la presión en el tubo de admisión y los gases de escape se expanden hacia el tubo de admisión. Durante la carrera de admisión, estos gases de escape y la nueva mezcla ingresan al cilindro al mismo tiempo. Como resultado, la mezcla de gases en el cilindro contiene una gran proporción de gases de escape. Para garantizar la combustión normal de esta mezcla diluida en los gases de escape, es necesario suministrar una mezcla muy rica.
Condiciones de carga ligera
A partir del punto A en la figura, a medida que aumenta la apertura del acelerador, la dilución se debilitará gradualmente, por lo que la mezcla debe realizarse en condiciones de carga ligera, como se muestra en el segmento AB de la figura. Es decir, cuando el motor funciona con poca carga, la mezcla suministrada también debe enriquecerse, pero el grado de enriquecimiento disminuirá a medida que aumente la carga.
Condiciones de carga media
Los motores de los coches están bajo carga media la mayor parte del tiempo. Al funcionar con carga media, la válvula de mariposa tiene suficiente apertura y ya no existe la influencia de la dilución de los gases de escape. Por lo tanto, es necesario suministrar una mezcla pobre al motor para obtener una economía de combustible óptima. Como se muestra en la sección BC, la relación aire-combustible es de aproximadamente 16 ~ 17.
Condiciones de carga pesada
Bajo carga pesada, la apertura del acelerador ha excedido 3/4. En este momento, la mezcla debería enriquecerse gradualmente a medida que aumenta la apertura del acelerador para cumplir con los requisitos de potencia del motor, como se muestra en la parte CD de la figura. Pero, de hecho, antes de abrir completamente el acelerador, si se necesita más par, se puede lograr abriendo más el acelerador. No es necesario utilizar la relación potencia aire-combustible para aumentar la potencia, pero sí seguir utilizando la mezcla económica para lograr el ahorro de combustible. Por lo tanto, antes de abrir completamente el acelerador, todas las condiciones de carga parcial se preparan de acuerdo con la mezcla económica.
Solo en condiciones de carga completa, el acelerador está completamente abierto. En este momento, para obtener la máxima potencia en esta condición, se debe proporcionar una mezcla de potencia, como se muestra en el punto D de la figura.
Durante la transición de una carga pesada a una carga completa, el enriquecimiento de la mezcla también cambia gradualmente.
Arranque en frío
Durante el arranque en frío, la velocidad del motor, la temperatura de la pared de la cámara de combustión y el flujo de aire son bajos, lo que resulta en malas condiciones de evaporación y atomización de la gasolina, lo que requiere que el motor suministre un mezcla muy rica. Para garantizar un arranque en frío suave, se requiere que la relación aire-combustible de la mezcla suministrada alcance 2:1 para producir una mezcla combustible en el cilindro. En los primeros motores EFI, incluso había inyectores de arranque en frío que funcionaban específicamente durante el arranque en frío.
Calentamiento del motor
Durante el proceso de calentamiento, aunque la temperatura del motor aumenta gradualmente a medida que aumenta la velocidad del motor, la temperatura del motor aún es baja y los gases de escape en el El cilindro es relativamente Si es demasiado, la mezcla se diluirá, lo que no favorece la combustión. Para mantener el funcionamiento estable del motor, también se necesita una mezcla espesa. El grado de enriquecimiento del motor en calentamiento debe reducirse gradualmente durante el proceso de calentamiento hasta que el motor pueda funcionar en condiciones estables con una mezcla normal.
Aceleración y desaceleración
Cuando el coche acelera, de repente se abre el acelerador y aumenta la presión en el tubo de admisión. Debido a la inercia del flujo de combustible líquido y al aumento de la presión del tubo de admisión, se reduce la evaporación del combustible y se deposita una gran cantidad de partículas de gasolina en la pared del tubo de admisión, formando una película espesa de aceite, lo que provoca que los componentes reales de la mezcla se diluyan. instantáneamente y reduciendo la velocidad del motor. Para evitar este fenómeno, es necesario inyectar combustible adicional en el tubo de admisión para obtener un buen rendimiento de aceleración.
Cuando el coche desacelera repentinamente, el conductor suelta rápidamente el pedal del acelerador y la válvula del acelerador se cierra repentinamente. En este momento, el motor todavía mantiene una alta velocidad debido a la inercia. Debido al fuerte aumento del vacío en el tubo de admisión, la presión en el tubo de admisión disminuye, lo que hace que el combustible adherido a la pared del tubo de admisión acelere la vaporización, lo que hace que la mezcla sea demasiado rica. Para evitar esto, se debe reducir el suministro de combustible cuando el motor desacelera.
Comentarios del editor
Bajo diferentes condiciones de trabajo, el motor requiere diferentes mezclas, por lo que el control de la relación aire-combustible es una parte importante del control del motor. Con el rápido desarrollo de la tecnología de control por computadora, están surgiendo una gran cantidad de nuevas tecnologías y estructuras, como la tecnología de sincronización variable de válvulas VVT, el control electrónico de elevación de válvulas, el control electrónico del acelerador, la tecnología de inyección directa en el cilindro, la tecnología de combustión estratificada y otras nuevas. tecnologías. La tecnología ha traído una serie de conceptos de control completamente diferentes. Por lo tanto, hay muchos factores involucrados en el control de la relación aire-combustible del motor que generalmente se usa para lograr una combustión pobre.