Õhu-kütuse suhe: kuidas see mõjutab mootori jõudlust?
Õhu-kütuse suhe on mõõtmeteta arv, mis väljendab segu tegeliku õhuhulga ja kasutatud kütusele vastava teoreetilise õhuhulga (stöhhiomeetrilise koguse) suhet. Koefitsient, mida inglise keeles nimetatakse Air-Fuel Ratio, tähistatakse kreeka tähega λ (lambda).
Sel viisil määratletud koefitsienti kasutatakse peamiselt sisepõlemismootorite valdkonnas, kuna see on segu valmistamisel vajalik parameeter. Õhu-kütuse suhe väljendab seega põhjalikult segu rikkuse taset. Iga kütus vajab täiuslikuks põlemiseks erinevat kogust õhku.
Sisu
Näiteks kulub 1 kg tavalise autobensiini täielikuks põlemiseks olenevalt koostisest ligikaudu 14,7 kg õhku. Diislikütuse puhul kulub 1 kg kütuse kohta 15–15,5 kg õhku. Seega, kui segus säilib ideaalne kütuse ja õhu suhe, jõuab õhu-kütuse suhe 1-ni (λ = 1). Sellisel juhul räägime stöhhiomeetrilisest segust.
Õhu-kütuse suhte järgi saame põlemissegu jagada järgmisteks osadeks:
- Kui segu sisaldab täpselt stöhhiomeetrilises koguses õhku λ = 1, nimetatakse seda stöhhiomeetriliseks (sisaldab õiget õhu vahekorda kütuse täiuslikuks põlemiseks)
- Kui segu sisaldab rohkem õhku λ > 1, nimetatakse seda lahjaks ( sisaldab vähem kütust, kui on võimalik põletada)
- Kui segu sisaldab vähem õhku λ < 1, nimetatakse seda rikkaks (sisaldab rohkem kütust, kui jõuab põletada)
Mootori erinevate töörežiimide korral muutuvad aga mootori töötingimused ja seega erinevad ka nõuded tarnitavale kütusekogusele.
Mootori tüüpilised töörežiimid, mille puhul tuleb segu koostist reguleerida, on näiteks:
- Külmkäivitus
- Külm mootor
- Mootori soojendamine
- Kiirendus
- Aeglustus
- Tühikäik
- Kliimaseade sisse
- Täiskoormus
- Kõrgus
Segu koostise mõju mootori parameetritele:
Olenevalt õhu-kütuse vahekorrast mõjutavad samad mootoritingimused järgmist:
- Kütusekulu
- Mootori jõudlus
- Heitmete hulk
- Mootori töö ühtlus
- Mootori soojuskoormus
Kõik need parameetrid sõltuvad segu koostisest. Segu tegelik segamissuhe erineb aga oluliselt teoreetilisest. Mootori temperatuur, kiirus ja koormus määravad selle.
Segu suhe, mille juures jõudlus, heitkogused ja tarbimine saavutavad parimad väärtused, on iga mootori ja töörežiimi puhul ainulaadne.
Stöhhiomeetrilise segu põletamine:
Teoreetiliselt ei tohiks stöhhiomeetrilise segu põletamisel heitmeid tekkida. Praktikas on aga olukord teine. Kütuse ebapiisava homogeniseerimise ja selle koostoime teiste ainetega (mootoriõli, kütuses sisalduvad lisandid, õhust tuleva lämmastiku mõju) ning põlemisprotsessi lühikese aja tõttu tekivad heitgaasid.
Kuna tavaautode mootorid töötavad peamiselt osalise koormusega, on need selleks tööks mõeldud nii, et nende töö oleks selles režiimis võimalikult tõhus. Selles töörežiimis on stöhhiomeetrilise seguga töötamine sobiv kompromiss jõudluse, kütusekulu ja tekkivate heitkoguste vahel.
Lisaks peavad tänapäeva autode mootorid esmalt täitma heitgaaside piirnorme, seega tundub stöhhiomeetrilise segu (λ = 1) kasutamine kõige sobivam, sest just siis on katalüsaatoril maksimaalne efektiivsus. Mootor on seega kõige ökoloogilisem.
Segu rikkalik põlemine:
Rikkaliku segu põletamisel toimub põlemine kiiremini ning õhu-kütuse suhe vähendab maksimaalset temperatuuri aurustumise teel, mis tagab silindrigrupi sisemise jahutuse, mis omakorda võimaldab tõsta mootori surveastet.
Kompressiooniaste: milline on selle mõju mootorile?
Tänu sellele suureneb mootori võimsus, kuid samas suureneb ka selle kulu, sest kogu kütus ei põle ideaalselt ära ning osa selle energiast jääb kasutamata.
Kõik muud parameetrid jäävad selles režiimis kõrvale ja peamiseks parameetriks saab jõudlus. Seega rikastatakse segu (λ < 1), et saavutada mootori kõrgeim võimalik jõudlus.
Lahja segu põletamine:
Madalaim tarbimine saavutatakse lahja segu põlemisrežiimis; seega saavutab õhu-kütuse suhe väärtuse (λ > 1). Kui mootor on väikese koormuse all, pole jõudlus huvitav, seega muutub prioriteediks kütusekulu.
Sellisel juhul on selle režiimi jaoks selge valik kergelt lahja segu (λ > 1) seadistamine, mis saavutab suurima kütusesäästu.
Segu koostise mõju mootori komponentidele:
Rikkalikul segul on mootorikaitse seisukohalt oluline mõju, sest kütus, mis ei põle, eemaldab oma aurustumise kaudu põlemiskambrist temperatuuri, tagades seeläbi põlemiskambri tõhusa jahutamise.
Jahutusefekt suureneb koos segu rikkalikkusega, mis on eriti oluline äärmiselt pingestatud mootorite puhul. Seetõttu põletatakse mootori maksimaalsel koormusel rikkalik segu.
Segu rikkalikkusega ei maksa aga üle pingutada, sest põlemata kütus peseb silindrite seintelt õlikile, mis suurendab kolvi kinnijäämise ohtu. Lisaks suurendab see süsiniku teket, mille ladestused takistavad soojuse eemaldamist põlemiskambrist.
Mootori koputamine: mis see on ja kuidas seda vältida?
Lahja segu põletamisel on oht, et puudub sisemine jahutus, mis võib kaasa tuua mõnede mootorikomponentide, näiteks kolbide, ventiilide ja süüteküünalde termilise ülekoormuse. Kõrgem lokaalne temperatuur silindris suurendab aga oluliselt detonatsioonipõlemise ohtu.
Sisemist kütusejahutust saab kasutada ainult ottomootorite puhul, kuna need saavad töötada rikkaliku seguga, kuna selle valmistamiseks kulub pikem aeg (kütus siseneb silindritesse koos õhuga või süstitakse silindrisse sisselasketakti käigus).
Põlemissüütemootorites, kus kütus süstitakse silindrisse ja põlemisfaas algab samaaegselt, tooks rikkalik segu, mis ei segune hästi õhuga, liigset suitsu. See tähendab, et isegi diiselmootori täiskoormusel on õhu-kütuse suhe ainult stöhhiomeetrilise segu lähedal, nii et saavutatakse kõrgeim võimalik jõudlus.
Õhk-kütuse koefitsient λ: mida konkreetsed väärtused tähendavad?
- <0,5-süttivusealuminepiir(rikassegu),kütusejaõhusegueioleenamsüttiv
- <1-rikassegu,õhupuudus,suurenenudvõimsusjapöördemoment
- 0,9-suurimpöördemoment,heamootoritöö,halvemkütuseerikulu
- 0,9kuni1,1-teoreetiliseltsobivkütusejaõhusegu
- >1 - lahja segu, liigne õhk, kütusesääst, ökonoomne töö
- 1,3 kuni 1,5 - ülemine segu (lahja segu) süttivuse piir, kütuse ja õhu segu ei ole enam süttiv
- 1,6 kuni 1,7 - kihilise seguga mootorite segu süttivuse ülempiir
Kuid üldiselt põleb korralikult töötav mootor õigel temperatuuril ja koormusel:
Diiselmootor – põletab ebahomogeenset (kihistunud) segu suure õhuhulgaga. Segu on lahja, õhu osakaal on suurem kui teatud kütusekoguses ja õhu-kütuse suhe on seetõttu λ > 1.
Kaudsissepritsega bensiinimootor – põletab homogeense segu. Õhu osakaalu koefitsient on λ = 1 ja sellist segu nimetatakse stöhhiomeetriliseks.
Otsesissepritsega gaasimootor - põletab homogeenset, kuid mittehomogeenset (kihilist) segu. Homogeenne segu süstib sisselasketakti ajal põlemiskambrisse kütust λ = 1 doos.
Kihisegu süstib kütust survetakti ajal keerlevasse õhku, luues süüteküünla piirkonnas lokaalselt homogeense segu. Siiski on silindri teistes ruumides lahja segu ja seetõttu on õhu-kütuse koefitsient λ > 1.