Виды смесеобразования в бензиновом двигателе: оптимизация состава смеси, лямбда‑регулирование и методы повышения мощности

Глава 1. Виды смесеобразования в бензиновых двигателях

1.1. Классификация по месту приготовления смеси

• Внешнее смесеобразование (карбюраторные двигатели):
  смесь формируется до входа в цилиндр;
  недостатки: неравномерность распределения, высокие выбросы СН.
• Внутреннее смесеобразование (инжекторные двигатели):
  впрыск топлива непосредственно в цилиндр или во впускной коллектор;
  преимущества: точность дозирования, адаптация к режимам работы.

1.2. Типы впрыска

• Центральный впрыск (моновпрыск): один инжектор на все цилиндры.
• Распределённый впрыск (многоточечный): индивидуальный инжектор для каждого цилиндра.
• Непосредственный впрыск (GDI, FSI): топливо подаётся прямо в камеру сгорания.

1.3. Влияние способа смесеобразования на параметры двигателя

• Экономичность: непосредственный впрыск снижает расход на 10–15 % за счёт послойного смесеобразования.
• Мощность: точный контроль состава смеси увеличивает крутящий момент на 5–8 %.
• Экологичность: снижение выбросов CO и CH на 20–30 % при использовании распределённого впрыска.

Глава 2. Стехиометрическая смесь и «мощностная» смесь

2.1. Стехиометрический состав

• Определение: идеальное соотношение воздуха и топлива для полного сгорания.
• Формула:C8​H18​+12,5(O2​+3,76N2​)→8CO2​+9H2​O+47N2​.
• Коэффициент избытка воздуха (λ):λ=стехиометрическое количество воздухафактическое количество воздуха​.Для стехиометрии λ=1,0.
• Массовое соотношение: 14,7 кг воздуха на 1 кг бензина.

2.2. «Мощностная» смесь

• Состав: обогащённая смесь (λ=0,8–0,9).
• Цель: максимизация скорости сгорания для увеличения мощности.
• Механизм: избыток топлива повышает тепловыделение, но снижает КПД и увеличивает выбросы.
• Применение: режимы полной нагрузки (разгон, преодоление подъёмов).

2.3. Сравнение стехиометрической и мощностной смеси

ПараметрСтехиометрия (λ=1,0)Мощностная смесь (λ=0,85)Расход топливаМинимальныйНа 15–20 % вышеМощностьНа 5–10 % ниже максимумаМаксимальнаяВыбросы COНизкиеПовышенныеТемпература выхлопаСредняяВыше на 50–100 °C

Глава 3. Топливные коррекции и лямбда‑регулирование

3.1. Краткосрочная топливная коррекция (STFT)

• Назначение: оперативная подстройка состава смеси в реальном времени.
• Источник данных: сигнал лямбда‑зонда (кислородного датчика).
• Алгоритм:
  если λ>1,0 (бедная смесь) → увеличение подачи топлива;
  если λ<1,0 (богатая смесь) → уменьшение подачи топлива.
• Диапазон: ±10–20 % от базового значения.

3 prepared. Долгосрочная топливная коррекция (LTFT)

• Назначение: компенсация систематических отклонений (износ форсунок, загрязнение датчиков).
• Механизм: усреднение STFT за длительный период (часы/дни).
• Пример: если STFT стабильно +15 %, LTFT запоминает коррекцию +10 %, снижая нагрузку на STFT.
• Критические значения: LTFT > ±25 % указывает на неисправность (например, подсос воздуха).

3.3. Лямбда‑регулирование

• Датчики:
  Циркониевый лямбда‑зонд: генерирует напряжение 0–1 В в зависимости от λ.
  Широкополосный датчик (UEGO): измеряет λ в диапазоне 0,7–1,6.
• Контур управления:
  Лямбда‑зонд фиксирует отклонение λ от заданного.
  ЭБУ рассчитывает коррекцию подачи топлива.
  Форсунки изменяют длительность импульса.
• Частота коррекции: до 10 раз в секунду.

3.4. Особенности регулирования на разных режимах

• Холостой ход: приоритет стабильности λ=1,0.
• Разгон: временное обогащение (λ=0,8).
• Торможение двигателем: обеднение (λ=1,1).

Глава 4. Методы улучшения сгорания и повышения мощности

4.1. Оптимизация смесеобразования

• Вихревое движение заряда:
  винтовые впускные каналы;
  заслонки для изменения геометрии впускного тракта.
• Многофазный впрыск:
  предварительный впрыск для прогрева камеры;
  основной впрыск для мощности;
  дополнительный впрыск для дожигания.

4.2. Повышение степени сжатия

• Эффект: рост термического КПД на 3–5 % при увеличении степени сжатия с 10:1 до 12:1.
• Ограничения: риск детонации (требуется бензин с октановым числом ≥98).

4.3. Турбонаддув и механический наддув

• Принцип: увеличение массы воздуха в цилиндре → рост мощности на 30–50 %.
• Проблемы: задержка отклика (турбояма), перегрев.
• Решения:
  турбины с изменяемой геометрией;
  комбинированный наддув (турбина + компрессор).

4.4. Системы изменения фаз газораспределения (VVT)

• Примеры: VVT‑i (Toyota), VTEC (Honda).
• Преимущества:
  оптимизация наполнения цилиндров на всех оборотах;
  снижение насосных потерь.
• Эффект: прирост мощности на 8–12 %, снижение расхода на 5 %.

4.5. Электронные системы управления

• Адаптивное регулирование:
  учёт температуры, давления, состава топлива;
  самообучение ЭБУ на основе LTFT.
• Прямое зажигание:
  индивидуальные катушки на цилиндр;
  точная синхронизация искры.

4.6. Дополнительные методы

• Охлаждение наддувочного воздуха (интеркулер): рост плотности заряда на 15–20 %.
• Поршни с углублениями: формирование вихря для лучшего смесеобразования.
• Плазменное зажигание: ускорение фронта пламени на 20–30 %.

Заключение

1. Виды смесеобразования напрямую влияют на эффективность двигателя. Непосредственный впрыск обеспечивает наилучшую точность дозирования.
2. Стехиометрическая смесь (λ=1,0) оптимальна для экологии и экономичности, а мощностная (λ=0,85) — для максимальной отдачи.
3. Топливные коррекции (STFT/LTFT) позволяют адаптировать состав смеси к изменяющимся условиям, компенсируя износ и внешние факторы.
4. Лямбда‑регулирование — ключевой механизм поддержания заданного λ, требующий исправности датчиков

Среди Вас есть диагносты? Автомеханики? Расскажите свой опыт борьбы с неисправностями например богатая или бедная смесь? Как параметры топливных коррекций помогают вам в поиске неисправностей?