Коэффициент избытка воздуха (λ, лямбда) в дизельном двигателе — это важный параметр, характеризующий соотношение между количеством воздуха, фактически поступившим в цилиндр, и теоретически необходимым количеством воздуха для полного сгорания топлива. Он показывает, насколько богатой или бедной является топливовоздушная смесь.
Формула коэффициента избытка воздуха:
λ = Vair / Vair, st
Где:
- λ — коэффициент избытка воздуха Vair — фактический объем воздуха, поступившего в цилиндр за цикл Vair, st — стехиометрический объем воздуха, необходимый для полного сгорания топлива (теоретический объем)
Значение коэффициента избытка воздуха для дизельного двигателя:
- λ > 1 (бедная смесь): Воздуха больше, чем необходимо для полного сгорания топлива. В дизельных двигателях это нормальный режим работы. λ = 1 (стехиометрическая смесь): Количество воздуха точно соответствует количеству, необходимому для полного сгорания топлива. λ < 1 (богатая смесь): Воздуха меньше, чем необходимо для полного сгорания топлива. Богатые смеси не характерны для нормальной работы дизельных двигателей.
Оптимальный диапазон коэффициента избытка воздуха для дизельных двигателей:
В дизельных двигателях всегда поддерживается избыток воздуха (λ > 1). Типичный диапазон значений λ:
- Номинальный режим работы: 1.2 — 2.5 Режим максимальной мощности: 1.2 — 1.5 Режим холостого хода: 4.0 и выше Режим частичных нагрузок: 2.0 — 3.0
Почему дизельные двигатели работают с избытком воздуха?
- Полнота сгорания: Избыток воздуха обеспечивает более полное сгорание топлива, что приводит к снижению выбросов CO (угарного газа) и HC (углеводородов). Предотвращение дымности: При недостатке воздуха (богатой смеси) образуется сажа и другие продукты неполного сгорания, что приводит к дымности выхлопа. Охлаждение цилиндра: Избыточный воздух способствует охлаждению цилиндра и снижению температуры выхлопных газов. Работа без дроссельной заслонки: В отличие от бензиновых двигателей, дизельные двигатели обычно не используют дроссельную заслонку для регулирования количества поступающего воздуха. Мощность регулируется изменением количества впрыскиваемого топлива.
Влияние отклонений от оптимального значения λ:
- Слишком низкий λ (близок к 1):
- Повышенная дымность выхлопа. Увеличение выбросов CO и HC. Повышение температуры деталей двигателя.
Слишком высокий λ:
- Снижение мощности двигателя. Повышенный расход топлива (в некоторых режимах). Повышение выбросов NOx (оксидов азота) (особенно при высоких температурах в цилиндре).
Способы регулирования коэффициента избытка воздуха:
- Изменение подачи топлива: Основной способ регулирования мощности дизельного двигателя. Управление турбонаддувом (если имеется): Изменение давления наддува позволяет регулировать количество поступающего воздуха. Система рециркуляции отработавших газов (EGR): Часть отработавших газов направляется обратно во впускной коллектор, что снижает температуру сгорания и выбросы NOx.
Современные дизельные двигатели:
Современные дизельные двигатели оснащены электронными системами управления двигателем (ECU), которые постоянно контролируют и регулируют коэффициент избытка воздуха для обеспечения оптимальной работы двигателя, снижения выбросов и повышения экономичности. Датчики кислорода (лямбда-зонды) в выпускной системе используются для контроля состава выхлопных газов и обратной связи для ECU.
Таким образом, коэффициент избытка воздуха является ключевым параметром для дизельных двигателей, обеспечивающим оптимальный процесс сгорания и минимизацию вредных выбросов. Поддержание оптимального значения λ является важной задачей для современных систем управления дизельными двигателями.
