Предложений изменить программу управления мотором
пруд пруди. Наберете в поисковике заветную фразу - убедитесь. Но лишь
те мастера хороши, которые могут объяснить, что при этом происходит в
цилиндрах.
ПЕРВЫМ ДЕЛОМ САМОЛЕТЫ
Законы
физики едины для любой техники. Но то, что в поршневом двигателе скрыто
от наших глаз, в реактивном порой видно снаружи! Как-то приятель
затащил меня на тренировку знаменитых «Витязей». Когда гром, всего
минутой раньше сотрясавший небо и землю, постепенно затих, Толя,
закурив, лукаво подмигнул: «Ну, как тебе... наша цветомузыка?».
Так
шутник обозначил и неописуемую акустику двигателей АЛ-31Ф, и кинжальное
пламя, изрыгаемое их форсажными камерами: у большинства двигателей
пламя форсажа желто-белое, а тут - прозрачно-синее, что говорит о
чистоте сгорания и меньшем расходе топлива. Непросто было в те годы
добиться такой великолепной настройки! В цифровой системе управления,
интеллекте двигателя осталась частичка труда моего друга, который
гордился этим до последнего часа.
Вот так горит топливо и в любом первоклассном автомобильном двигателе.
ГОРИ, ГОРИ ЯСНО
Топливо может гореть по-разному.
На снимках - портативная газовая горелка. Если воздух в ней максимально
прикрыть, то пьезоискорка газ не зажигает. Разве что спичка... Возле
сопла пламя сизое, а дальше - бело-желтое, неустойчивое, мечущееся (фото
1). Плюс черный дымок. Нет, такое нам не подойдет!
Добавляя
воздуха, получаем смесь, которая отлично загорается от искры (фото 2).
Голубой кинжал огня быстро нагрел докрасна стальной прут диаметром 5 мм.
Но при подводе еще большего количества воздуха процесс становится
неустойчивым: пламя трещит - и стремится оторваться от горелки. Худо,
если погаснет, а закрыть кран (допустим, на вашей кухне) некому...
Поняли, как важна устойчивость горения?
В
цилиндрах действуют те же принципы. Для сгорания бензина, солярки, газа
и т. п. тоже необходим кислород воздуха. Легкость воспламенения бензина
зависит от притока окислителя и соотношения масс этих компонентов. Если
оно близко к 14,7:1, смесь называют стехиометрической -воздуха ровно
столько, сколько нужно для полного сгорания бензина. Отклонения от этого
идеала для удобства оценивают коэффициентом избытка воздуха X. В нашем
примере X = 1. Если X больше единицы, смесь называют бедной, меньше -
богатой.
Теоретически, при полном сгорании
бензина отработавшие газы должны содержать два продукта реакций -
углекислый газ С02 (13,7% объема) и водяной пар Н20 (13,1%). Прочее - в
основном негорючий азот. Но в реальном двигателе не всё так чисто, как в
теории, - есть закоулки, где процесс сгорания замедлен, из-за этого в
выхлопе появляются недоокисленные соединения - до 0,7% СО и до 0,2% СН.
Окись углерода СО - угарный газ, ему не хватило кислорода, чтобы стать
безобидным С02. СН - это пары топлива, углеводороды, до которых пламя
вообще не добралось. А в режимах с высокими температурами может
появиться около 0,1% оксидов азота NOx.
С этими
скромными дозами «ядов» трехкомпонентный каталитический нейтрализатор
справляется легко. Первые два дожигает, a NOx восстанавливает до
безвредного азота N2.
БОГАЧ - БЕДНЯК
Если
обогатить смесь
до X = 0,8...0,9, скорость сгорания будет максимальной. Обычно такая
используется для получения высокой мощности. Но часть топливного заряда в
цилиндре не успевает отработать, экономичность хуже, доли СО и СН
растут. Мораль: зазря машину не «педалировать
огаче. Например,
форсунки льют, а воздуха не хватает. Мощность снижена, мотор прожорлив, в
выхлопе уйма СО и СН, а вдобавок черная копоть.
Что она собой
представляет? Это тлерод С, полученный в ходе реакций и не окислившийся
из-за нехватки кислорода. Увы, он закорачивает свечи, и несгоревшее
топливо, попадая в нейтрализатор, перегревает, губит его. Поэтому
система самодиагностики, решив, что в каком-либо цилиндре много
пропусков воспламенения, отключает его форсунку и сигнализирует:
«Проверь двигатель».
Ну а смесь, в которой
окислителя так мало, что она и вовсе не горит, называют переобогащенной.
Например, бензиновые пары в баке не взрываются,
можно одновременно добиться максимума мощности и минимума расхода топлива!
хотя указатель уровня топлива может искрить!
А
что будет, если обеднять смесь? При X = 1.05...1Д0 мотор наиболее
экономичен, но с явным недобором мощности. Горение замедленное, а лишний
воздух уносит в трубу немало полезной теплоты. В отработавших газах
больше азота, есть и лишний кислород. При сильном обеднении смеси (в
основном у двигателей с непосредственным впрыском топлива в цилиндры)
быстро растут выбросы NOx. Обычный нейтрализатор с ними не справляется,
нужны более сложные системы очистки.
Наконец,
смесь, в которой так много воздуха, что она вовсе не воспламеняется,
называют переобедненной. Бывает и такая. Если при резком открыта
дросселя мотор «проваливает», значит, топливо не поспевает за воздухом.
Типичная причина - забитый грязью фильтр на входе в бензонасос.
Вновь
повторим: мотор не может развивать максимум мощности при минимуме
расхода топлива. Наш график это подтверждает. Элементарная физика!
Посему оптимальной для наиболее распространенных инжекторных двигателей
считается стехиометрическая смесь. Экономичность и мощность приемлемые -
и почти никакого вреда для экологии!
При одном и том же составе смеси невозможно одновременно добиться максимума мощности и минимума расхода топлива!
Журнал "ЗаРулем" август 2012
