Что такое обедненная смесь топлива в двигателе
Чем грозит бедная смесь вашему двигателю.
Все будет изложено в упрощенном варианте и лаконично.
Стехиометрия(соотношение воздух/топливо) 14.7:1 считается идеальной. Однако такое соотношение применимо, когда обороты двигателя находятся в стационаре, причем не выше 3500 об. То есть, вы едете по трассе и обороты коленвала предположим около 3000. Вы не ускоряетесь и не замедляетесь. Это и есть обороты в стационаре. Но, когда вы собираетесь ускориться и нажимаете на педаль акселератора, необходимо некоторое обогащение смеси вплоть до 12:1. Зависит от архитектуры двигателя, его геометрии, скорости нажатия на педаль, глубины и т.д.
Это необходимо:
1. Чтобы избежать детонации.
2. Ускорение интенсивнее. То есть, мы получаем необходимое нам ускорение за меньшее время и меньшее количество оборотов коленвала и расход топлива останется таким же или даже меньше, нежели альфа оставалась бы равной 1.
Теперь, предположим вы хотите выкрутить обороты до значений близких к отсечке. Например, едем гружённые в гору, с кем-то стартуете, хотите достичь результата — в общем причин может быть много. Тут уже(примерно от 3700 об. и выше) соотношение 14.7:1 является смесью бедной.
Какие последствия бывают после работы ДВС на бедной смеси вы найдете здесь. Пишет кандидат наук, а не какой нибудь диванный эксперт.
Вот небольшая выдержка:
Чрезмерно высокое термосиловое воздействие на поршень со стороны горячих газов в камере сгорания — частая причина дефектов и поломок. Так, детонация приводит к разрушению перемычек между кольцами, а калильное зажигание — к прогарам.
Или вот:
Поршень расширяется быстрее цилиндра, к тому же неравномерно, и в конечном итоге зазор в отдельных местах юбки (как правило, вблизи отверстия под палец) становится равным нулю. Начинается задир — схватывание и взаимный перенос материалов поршня и зеркала цилиндра, а при дальнейшей работе двигателя происходит заклинивание поршня.
Ниже пример состава смеси в мощностных режимах. В качестве примера взята стоковая прошивка с Январь 7.2 для 124-го двигателя, (экологический класс евро 2) потому что будет более понятна для всех.
Бедная или богатая смесь бензина и воздуха
Бедная или богатая смесь бензина и воздуха
В данной статье расскажем, что такое бедная или богатая смесь бензина и воздуха. Какие пропорции оптимальны для работы двигателя.
Смесь, в которой на 1 кг бензина приходится 15 кг воздуха (со стандартным содержанием кислорода), принято называть нормальной. Если на ней работает двигатель, его мощность достаточно высока при неплохой экономичности.
Уменьшим поступление воздуха до 12,5-13 кг. Смесь обогатится (бензином) — станет мощностной, потому что, сгорая в цилиндрах наиболее быстро, создает максимальное давление на поршни, а значит высокую мощность. Правда, экономичность ухудшается на 15-20%.
Бедная или богатая смесь
Зависимость основных характеристик двигателя от состава топливно-воздушной смеси
Если стремиться к экономичности, воздуха к смеси следует немного добавить — до 16 кг на 1 кг бензина. Такую смесь называют экономичной. Расход бензина становится минимальным, правда потеря мощности до 8-10% в сравнении с «мощностной». Смесь такого состава называют обедненной. Если при сгорании на 1 кг бензина затрачивается 11-12 кг воздуха, смесь называют богатой. Дальнейшее обогащение 5-6 кг воздуха на 1 кг топлива приводит к тому, что способность смеси к воспламенению ухудшается настолько, что двигатель может остановиться.
Нельзя обеднять смесь беспредельно: когда воздуха больше 20 кг на 1 кг бензина, воспламенение от искры станет ненадежным и может прекратиться. Пока он работает на бедной смеси, нечего ждать достаточной мощности и, как ни странно, экономичности. Ведь тяговые характеристики машины ухудшаются настолько, что водитель вынужден ее «подхлестывать», переходя на пониженную передачу там, где легко ехал на высшей.
На слишком богатой смеси, мощность мотора существенно снижается, а расход бензина увеличивается. Значит, богатая или, хуже, переобогащенная смесь — это избыток бензина или недостаток воздуха.
Тонкости настройки часть 2 – Мифы о бедной смеси
Большинство людей при настройке двигателей с турбокомпрессором используют более богатую смесь воздух-топливо. Многие полагают, что избыток топлива охлаждает поршня, поступающий воздух и тем самым помогает в борьбе с детонацией. В действительности, так все и есть, обогащенная смесь решает проблемы с детонацией, но только не из-за того, что понижает температуру в камере сгорания.
Давайте на эту ситуацию взглянем немного глубже. Не переживайте, на уровень школьной программы по физике и 8-9 класс по химии. Удельная теплота парообразования (Heat of Vaporization) современного бензина 340 Kj/kg. Если произвести не сложные расчеты (в предыдущих постах это уже много раз делали) то при работе двигателя на смеси 12.5, бензин при испарении понизит температуру поступающего воздуха на 28.1* градусов. При составе топливно-воздушной смеси 11.0 – температура понизится на 32* градуса. Разница всего составляет 3.8* градуса. Из этого следует, что эта небольшая разница имеет очень небольшой эффект на анти детонационные свойства любого двигателя.
Идеальное сгорание топлива, это когда продуктом на выходе является только углекислый газ CO2 и вода H2O, еще это называется стехиометрическое соотношение. Для бензина это соотношение равняется 14.7 кг воздуха к 1кг бензина. В идеальном случае азот не вступает в реакцию с другими атомами и выходит из выхлопной трубы в виде N2.
Максимальное процентное содержание углекислого газа СО2
Но в реальности воздух и топливо смешиваются не совсем равномерно. Камера сгорания не идеальна, поэтому мы можем найти участки в ней, в которых смесь богаче или беднее чем в других. Часть топлива оседает на металле в каналах и КС, соответственно не сгорает. Часть уходит в carbon deposit в КС и т.д.
Из-за наличия кислорода в местах с бедной смесью в КС мы можем получить больше мощность, используя в среднем более богатую смесь. Увеличение степени обогащения работает, конечно, только до определенного уровня.
Большинство двигателей показывают максимальную мощность, конечно при условии оптимального угла зажигания, где-то между 12-13.
Актуальный оптимум для пика давления не зависит от нагрузки или оборотов ДВС, но зависит от геометрии двигателя. А вот момент зажигания, который необходимо произвести немного раньше т.к. необходимо время для распространения фронта от свечи (свечей) – зависит от многих факторов.
Турбокомпрессор или повышение степени сжатия ДВС увеличивают плотность смеси, следовательно, увеличивается скорость горения и необходимо момент зажигания сделать более поздним, что бы пик давления в цилиндрах пришелся на 16* (синяя линия) после верхней мертвой точки ATDC. Более раннее зажигание сдвинет пик ближе к верхней мертвой точки, чрезмерно повысит давление и температуру в камере сгорания и это вызовет детонацию (красная линия). Более позднее зажигание приведет к значительной потери мощности (зеленная линия).
Если двигатель детонирует, пик давления слишком близко к TDC, то часто для решения этой проблемы увеличивают подачу топлива (более богатая смесь), что в свою очередь приводит к уменьшению скорости горения и конечно, пик давления в цилиндрах отодвигается от TDC, происходит позже. Точно такой же эффект можно было бы достичь сделав угол зажигания позже.
Когда углеводород, коим является топливо и конечно бензин, вступает в реакцию с кислородом (содержащимся в воздухе), процесс горения не так уж и прост и происходит в несколько этапов. Напомню еще раз, при идеальном сгорании в результате получится СО2 и Н2О. На первой этапе молекулы топлива (углеводород ) разбиваются в водород и углерод. Водород соединяется с кислородом (из воздуха) и образует воду (Н2О), а углерод образует в первой стадии Монооксид углерода (угарный газ СО). Во второй стадии СО преобразуется в Диоксид углерода (углекислый газ) СО2.
И вот именно во второй стадии реакции, скрыт ответ на поставленный вопрос. Если нет кислорода, не происходит процесс окисления (горения) – не выделяется энергия так необходимая для двигателя. Если больше нет молекул кислорода (большинство использовалось в первой стадии процесса) то и не возможна вторая стадия СО в СО2. НО 2/3 ЭНЕРГИИ ВЫДЕЛЯЕТСЯ ПРИ ГОРЕННИ УГЛЕРОДА ИМЕННО ВО ВТОРОЙ СТАДИИ ПРОЦЕССА. Часть кислорода, получается, была использована только на 1/3. Это хорошо видно на ниже приведенном графике, показывающим КПД, эффективность процесса сгорания в зависимости от состава топливно-воздушной смеси
EQ (Equivalence Ratio) – все, что больше 1 – это богатая смесь (Rich), все что меньше 1 — бедная (lean)
Именно по этой причине более богатая смесь производит меньше энергии, более низкий пик давления и температуры и конечно меньше мощность. И главное понижает возможность возникновения детонации. Это, похоже, как если вы немного отпустили педаль газа, прикрыли дроссельную заслонку. Типичный двигатель не детонирует при не полностью открытой дроссельной заслонке (в пол газа), потому что меньше давление и температура в цилиндрах.
Вот почему настройка ДВС на слишком богатых смесях приводит не только к чрезмерному расходу топлива, но и часто не выдает ожидаемой мощности.
Конечно, бывают исключительные случаи, когда вы просто вынуждены настраивать мотор на супер богатых смесях ( AFR 
Температура у выпускных клапанов бешеная, данное покрытие понизит в пределах 70-80* градусов. Впускные также не помешает обработать, но это уже больше для повышения мощности, а не безопасности. Многие думают, что впускные клапана не сильно нагреваются. Я лично с этим не согласен, если нанести на них специальную краску, которая изменяет свой цвет в зависимости от максимальной температуры, то результат после гонки – более 450 градусов. Температура была бы и выше, но они охлаждаются поступающей топливно-воздушной смесью. Температура не критична для самого клапана, седла на впуске, но зачем лишний раз нагревать поступающий воздух, тем самым уменьшая его плотность. Это покрытие даст прибавку в мощности 1-2%.
Поршень – здесь главное зазоры и конечно необходимо нанести на него керамическое покрытия, создающее температурный барьер
А вот, что бывает с поршнями на длинных гонках, если не правильный зазор и без покрытия
При проведении выше перечисленных мероприятий с двигателем, мотор без проблем будет работать на смесях 14.0 в течении длительного времени, выдавать не плохую мощность и мало кушать – то, что надо для многочасовых гонок.
Обедненная топливно-воздушная смесь: инжектор, карбюратор, ГБО
Слишком бедная топливовоздушная смесь является достаточно распространенной неполадкой, которая приводит к серьезным сбоям в работе мотора. Ошибки и нарушения процесса смесеобразования могут возникать на карбюраторных или инжекторных двигателях, а также на силовых агрегатах с дополнительно установленным ГБО.
Бедная и богатая смесь топлива является отклонением от нормы, в результате чего двигатель может начать перерасходовать горючее, плохо заводится, теряет мощность на разных режимах, дымит, перегревается.
Например, если в цилиндры все время подается бедная смесь, последствия могут быть достаточно серьезными. В ряде случаев отмечено появление белого налета на свечах зажигания и пропуски зажигания, бедная смесь становится причиной возникновения локальных перегревов, прогара клапанов и оплавления поршней.
В этой статье мы рассмотрим, что такое бедная смесь в карбюраторе и как устранить бедную смесь. Также мы ответим на вопрос, что такое бедная смесь на инжекторе, причины обеднения рабочей смеси во время работы мотора на газу, а также как самому обнаружить проблему и выполнить ремонт.
Обеднение топливно-воздушной смеси: причины и признаки бедной смеси
В самом начале необходимо четко понять, что значит бедная смесь. Следует напомнить о том, что в камере сгорания топливный заряд не только состоит из горючего, но также предполагает часть воздуха. Эти компоненты смешивается в определенных пропорциях применительно к разным режимам работы ДВС.
Если не сильно вдаваться в подробности, оптимальным принято считать соотношение 1 кг бензина на 15 кг поступившего воздуха. Такая смесь называется стехиометрической, то есть имеет соотношение 1:14.7. Данное соотношение позволяет двигателю развить достаточную мощность, при этом также сохраняется приемлемый расход топлива.
Если же количество воздуха снизить, например, до 13 кг, тогда в составе смеси закономерно увеличится доля бензина. Двигатель начнет выдавать еще больше мощности, при этом экономичность ухудшается, то есть увеличивается расход. Еще большее сокращение количества воздуха приведет к тому, что смесь станет слишком богатой.
В конечном итоге такое обогащение будет означать, что заряд теряет способность к воспламенению, свечи заливает, цилиндры не работают. При соотношении 1:5 переобогащенная смесь в цилиндрах больше не воспламеняется от искры.
Данный процесс может протекать и в обратном порядке, то есть происходит увеличение доли воздуха в составе смеси. В этом случае речь идет об обеднении заряда. На бедной смеси расход топлива меньше, при этом также заметно снижается мощность двигателя.
Это позволяет наилучшим образом сбалансировать мощность мотора и расход горючего. Например, при минимальных нагрузках на двигатель нет смысла все время подавать в цилиндры стехиометрическую или богатую «мощностную» смесь.
Если же нагрузки возрастают, тогда об экономии топлива путем обеднения речь не идет, так как в нагруженных режимах от агрегата требуется нормальная или даже максимальная отдача.
Итак, вернемся к нашей проблеме. Как уже было сказано, слишком бедная смесь на газу или на бензине может проявиться как на карбюраторном, так и на инжекторном двигателе. Вполне очевидно, что главными причинами такого обеднения являются:
Основными признаками обеднения смеси можно считать то, что двигатель плохо заводится и неустойчиво работает на ХХ, мотор сразу же глохнет после попыток начать движение, во время езды водитель сильно нажимает на педаль газа, но автомобиль не ускоряется, силовой агрегат «не тянет» под нагрузкой, дергается, захлебывается и т.д.
Добавим, что в ряде случаев можно выкрутить свечи зажигания из двигателя, после чего первичная диагностика далее проводится по цвету нагара на свечах. Коричневый светлый нагар укажет на то, что явных проблем со смесеобразованием нет, то есть смесь сгорает в двигателе нормально.
Черный нагар является признаком избыточного обогащения смеси. Сероватый светлый или белесый нагар говорит о том, что двигатель работает на обедненной смеси, перегревается и т.д. Также отметим, что нагар и его цвет можно считать точным признаком только в том случае, когда двигатель полностью исправен, зажигание настроено и работает нормально, а также нет проблем со свечами.
Бедная смесь на холостом ходу и под нагрузкой: карбюратор, инжектор
Для определения возможных причин бедной смеси начнем с более простого карбюраторного ДВС. На таких моторах чаще всего неполадка локализуется в системе питания. В списке частых неисправностей отмечены:
Получается, к обеднению горючей смеси может привести неправильная настройка дозирующей системы (карбюратора). Например, если выставлен низкий уровень горючего в поплавковой камере. Также не следует исключать вероятность засорения топливных жиклеров, отдельные нарушения во время их регулировки и т.п.
Что касается подачи воздуха, чаще всего отмечен сторонний подсос в тех местах, где реализовано соединение карбюратора с впускным трубопроводом, а также в области соединения впускного коллектора с ДВС и т.д. Лишний воздух может подсасывать в результате прослабления креплений, разрушения уплотнительных прокладок, растрескивания констрктивных элементов и других дефектов.
Обеднение смеси на инжекторе: «чек», бедная смесь
Инжекторная система питания является более сложной по сравнению с карбюратором, так как включает в себя большое количество электронных датчиков. Выход из строя отдельных устройств или обеднение смеси по другим причинам приводит к тому, что на панели приборов в ряде случаев загорается «чек».
Например, воздух может подсасывать в том месте, где установлен датчик холостого хода. Одной из простейших причин может оказаться растрескавшееся или поврежденное кольцо-прокладка из резины, которое уплотняет и герметизирует соединение.
В списке наиболее частых неполадок специалисты выделяют:
К постоянным сбоям в работе ДВС по причине смесеобразования обычно приводит загрязненный датчик расхода воздуха. Этот датчик попросту теряет способность правильно рассчитывать количество расходуемого воздуха. Также следует отметить возможную утечку вакуума.
Еще одной причиной может оказаться клапан EGR. Указанный клапан системы рециркуляции отработавших газов в процессе эксплуатации сильно загрязняется и перестает плотно закрываться, в результате чего лишний воздух подсасывает во впуск через приоткрытый клапан. К повышенному расходу воздуха через клапан EGR может также привести выход из строя датчика разности давлений в системе рециркуляции.
Что касается системы питания, к обеднению смеси приводит:
В системе выпуска также отдельное внимание следует уделить лямбда-зонду и катализатору. Достаточно часто именно лямбда показывает бедную смесь, при сканировании фиксируется ошибка «бедная смесь катализатор», диагностика определяет неправильно работающий датчик кислорода, бедная смесь образуется по причине сбоев в работе кислородного датчика и вышедшего из строя/прогоревшего каталитического нейтрализатора.
Проверка и устранение причин
Общая диагностика начинается с датчиков ЭСУД. Как правило, ошибка P0171 возникает по причине сбоев в работе датчика MAF (датчик расхода воздуха). Дело в том, что указанный датчик перестает своевременно реагировать на изменения, которые касаются расхода воздуха. Причиной обычно является скопление загрязнений.
В этом случае блок управления автоматически уменьшает подачу топлива для того, чтобы количество воздуха увеличилось. Результатом становится обеднение смеси на разных режимах работы силовой установки. После этого возникает ошибка P0171, параллельно можно обнаружить ошибку P0100 или P0102. Такие коды обычно указывают на проблемы и сбои в работе датчика ДМРВ.
Для устранения причин датчик необходимо снять, после чего производится его очистка. В качестве очистителя можно использовать средство для чистки карбюраторов. Чистить устройство нужно аккуратно, чтобы не повредить чувствительный элемент. Если очистка не помогает, тогда датчик нужно заменить.
В том случае, если ДМРВ находится в рабочем состоянии, тогда дальнейшая проверка заключается в том, чтобы определить возможную разгерметизацию и подсос воздуха. Дефекты могут возникнуть в области входного трубопровода, в зоне корпуса дроссельной заслонки.
Что касается датчика разности давления в системе EGR, при его наличии этот датчик также может стать причиной появления ошибки P0171 в случае выхода из строя или сбоев. Указанный датчик стоит на двигателе, присоединен к основной трубке для подачи отработавших газов ЕГР при помощи двух отдельных патрубков. Датчик управляет клапаном системы рециркуляции выхлопа.
Теперь давайте перейдем к проверке топливной системы, так как уменьшение объема подаваемого топлива в ряде случаев не позволяет обогатить смесь, оставляя ее обедненной. Диагностика топливоподачи предполагает следующие шаги:
Наличие профессионального автосканера или компактного устройства, которое подключается в диагностический разъем OBD II, позволяет оценить ряд параметров без разборки двигателя и снятия оборудования. Если же ошибка P0171 появляется с некоторой периодичностью, тогда причиной может быть ненадежное соединение или повреждение электрических контактов. В этом случае проверяется проводка датчиков, жгуты проводов на контроллер, «масса».
Неисправности ГБО: ошибка «бедная смесь» на газу
Нужно понимать, что ГБО является отдельной системой питания. По этой причине для проверки бедной смеси при езде на газу только некоторые операции будут такими же, как и в случае определения причины обеднения на обычном карбюраторном или инжекторном моторе.
Если нигде не обнаружен подсос воздуха, с электронными датчиками тоже полный порядок, тогда особое внимание следует уделить следующим моментам:
С учетом того, что поколений ГБО много, на таких системах встречаются разные неисправности. Так что в отдельных случаях нужно диагностировать те или иные установленные элементы.
Например, первым поколениям газовых установок (ГБО-I, ГБО-II) была свойственна такая проблема, когда производительности (мощности) установленного редуктора могло оказаться попросту недостаточно, в результате чего при работе на нагруженных режимах газа не хватает, смесь обедняется, двигатель не тянет, появляются ошибки и т.д.
Также частой причиной обеднения смеси могут оказаться и сами газовые форсунки, причем независимо от поколения ГБО. Достаточно представить ситуацию, когда электронный блок открывает все форсунки на одинаковое время, но одна из них закрывается раньше. В результате смесь будет обедняться только в одном из цилиндров.
Подведем итоги
Как видно, существует достаточно много причин, которые приводят к нарушениям смесеобразования в сторону избыточного количества воздуха в составе топливно-воздушной смеси, то есть возникает обеднение.
Такие манипуляции с котроллером зачастую сводятся к программному отключению определенных датчиков, изменению угла открытия дроссельной заслонки, коррекции и сдвигу угла опережения зажигания, внесению определенных изменений в топливные карты и т.д.
Многие водители пытаются при помощи чип-тюнинга экономить топливо, выбирая из модифицированных прошивок ЭБУ так называемые версии «эконом». При этом уменьшение расхода во многих случаях достигается благодаря обеднению смеси на разных режимах работы двигателя.
Однако проблема бедной смеси может проявиться тогда, когда нагрузки на мотор увеличиваются выше среднего. В подобной ситуации правильным решением будет немедленное проведение компьютерной диагностики автомобиля. Если известно, что прошивка ЭБУ менялась, тогда об этом следует обязательно сообщить специалистам.
Помните, эксплуатация двигателя на слишком обедненной смеси приводит в дальнейшем к серьезным неисправностям. Чаще всего возникает необходимость ремонта ГБЦ, так как прогорают клапана, в головке появляются трещины, могут быть обнаружены проблемы с поршнями и поршневыми кольцами.
Тюнинг и модернизация свечей зажигания своими руками для улучшения топливной экономичности и других характеристик ДВС. Как самому доработать свечи.
Почему топливно-воздушная смесь детонирует в камере сгорания. Причины, вызывающие детонацию. Последствия детонационного сгорания топлива в цилиндрах ДВС.
Особенности регулировки карбюратора Солекс. Как выставить уровень топлива в поплавковой камере, настроить холостой ход, подобрать жиклеры, убрать провалы.
Почему двигатель простреливает в карбюратор, в выхлопную систему. Причины появления хлопков в карбюратор, дополнительные симптомы, устранение неисправности.
Топливные карты, чип-тюнинг и тюнинг-бокс. Влияние ЭБУ на состав рабочей смеси. Зависимость показателя AFR от различных режимов работы двигателя, детонация.
Двигатель семейства FSI: отличия, особенности, плюсы и минусы силового агрегата данного типа. Распространенные проблемы двигателей FSI, обслуживание мотора.