Двигатели с бедной смесью: принцип работы, преимущества и недостатки

В двигателях внутреннего сгорания «бедная смесь» (lean-burn) означает сгорание топлива с избытком воздуха. Воздушно-топливное отношение может достигать 65:1 (по массе). Для сравнения: стехиометрическое соотношение для бензина — 14,64:1. Избыток воздуха резко снижает выбросы углеводородов. Высокие коэффициенты избытка воздуха также уменьшают потери на дросселирование, возникающие при управлении мощностью двигателя.

В статье: определение, применение, схема, принцип работы, плюсы и минусы lean-burn двигателей.

Что такое двигатель с бедной смесью?

Хотя lean-burn (и дизельные) двигатели расходуют меньше топлива и выбрасывают меньше CO₂ при стехиометрическом соотношении, наличие O₂ в выхлопах препятствует работе обычных «трехкомпонентных» катализаторов. Нужны катализаторы, восстанавливающие NOx в N₂ в оксидной среде. Термин «бедная смесь» говорит сам за себя: мало топлива в камере сгорания. Нормальное соотношение ~15:1, истинные lean-burn режимы достигают 23:1 и выше.

Lean-burn двигатели (бензиновые и дизельные) имеют лучшую топливную экономику и ниже выбросы, чем традиционно настроенные. По своей природе они сжигают меньше топлива, дают меньше несгоревших УВ и парниковых газов при той же мощности. Достигается за счет: высоких степеней сжатия, интенсивного засора воздуха в цилиндре, точной прямой впряжки с дозированием бедной смеси.

Применение: легковые авто (Honda, Toyota, Mitsubishi), тяжелые газовые и дизельные двигатели.

Схема lean-burn двигателя

[Схема не предоставлена в источнике]

Принцип работы

Работа lean-burn двигателя понятна. Режим бедной смеси снижает потери на дросселировании. В обычном режиме двигатель рассчитан на разгон, но на крейсере работает далеко от пика. Мощность снижают дросселем — но качка воздуха через закрытый дроссель снижает КПД. Если открыть дроссель шире и обеднить смесь — получаем нужную мощность с лучшим КПД в повседневных режимах (ниже пикового момента).

Lean-burn позволяет выше степень сжатия → лучше КПД, мощность, ниже УВ. Ультра-бедные смеси возможны только с прямой впрыской.

Главный минус: для снижения NOx нужна сложная каталитическая система. Обычные трехкомпонентные катализаторы требуют баланс загрязнителей на выходе для окисления и восстановления, поэтому современные двигатели на крейсере держат стехиометрию.

Видео: принцип работы lean-burn двигателя

[Видео не встроено]

Преимущества и недостатки

Преимущества:

• Повышенная топливная эффективность
• Снижение выбросов несгоревших УВ и парниковых газов
• Режим бедной смеси уменьшает потери на дросселировании

Недостатки:

• Для снижения NOx требуется сложная каталитическая система
• Относительно высокая стоимость

Заключение

Lean-burn двигатели (бензиновые и дизельные) превосходят традиционные по экономичности и экологичности. Они расходуют меньше топлива, выбрасывают меньше УВ и парниковых газов при равной мощности. Статья охватила определение, применение, схему, принцип работы, плюсы и минусы.

Надеюсь, вы узнали новое — делитесь со студентами. Спасибо за чтение, до встречи!