Warum oder warum nicht den Motorwirkungsgrad steigern, indem das Auto „kraftstoffsparend“ betrieben wird (mit Turbolader oder Kompressor)?

Jeder möchte, dass sein Auto weniger Kraftstoff verbraucht, oder? Ich habe die folgende Passage über das Betreiben des Auto-Kraftstoffmagers von dieser Website gelesen :

Lassen Sie den Motor kraftstoffarm laufen, dh verwenden Sie überschüssige Luft. Es ist bekannt, dass kraftstoffsparendes Fahren den Wirkungsgrad verbessert. Früher liefen die Motoren unter Fahrbedingungen immer mager - etwa 15% Luftüberschuss - das war wirtschaftlich. Also, was passiert, um dies zu ändern? Das Problem ist der Dreiwegekatalysator (CO, UHC, NOx), der für Motorabgase verwendet wird. Dies funktioniert nur, wenn das Luft / Kraftstoff-Verhältnis des Motors (nach Masse) stöchiometrisch (chemisch korrekt) ist. Für Benzin beträgt dieses Verhältnis 14,6: 1. Der Motorcomputer, der zusammen mit dem Motorluftmengenmesser, den elektronischen Einspritzdüsen und dem Abgassauerstoffsensor arbeitet, hält das stöchiometrische Verhältnis für den größten Teil Ihrer Fahrt aufrecht. Nur bei diesem Verhältnis kann der Katalysator sowohl CO als auch UHC (zu CO2 und H2O) oxidieren und das NOx (zu N2) chemisch reduzieren. (UHC = unverbrannte Kohlenwasserstoffe.) Was die Menschheit braucht, ist ein Mager-NOx-Katalysator.

Diese Passage scheint absolut sinnvoll zu sein. Verwenden Sie mehr Luft und erhöhen Sie die Kraftstoffeffizienz. Ich verstehe jedoch nicht, warum der Katalysator nicht mit mehr Luft im Motor umgehen kann.

Was sind die Vor- und Nachteile, wenn Luft mit einem Turbolader oder einem Kompressor in den Motor gepresst wird, die rechtfertigen, dass ein Auto dies tut oder nicht?

Mager, mehr Luft

Ich glaube, die Ursache des Missverständnisses liegt darin, wie der Begriff "schlank" interpretiert wird.

Eine magere Mischung bedeutet nicht, dass mehr Luft vorhanden ist. Es zeigt das Vorhandensein eines höheren Luftanteils im Vergleich zu Kraftstoff an (Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder AFR ).

Ein kurzes Beispiel

Gemisch A enthält 1000 g Luft und 80 g Kraftstoff. AFR = 1000/80 = 12,5

Gemisch B enthält 100 g Luft und 7 g Kraftstoff. AFR = 100/7 = 14,3

Seit 14,3> 12,5 ist Gemisch B magerer als Gemisch A, obwohl Gemisch A mehr Luft enthält.

Aus diesem Grund hat @cdunn recht . Das Vorhandensein eines Turboladers oder Laders beeinträchtigt nicht die Fähigkeit eines Katalysators mit angemessener Größe, seine Arbeit zu verrichten.

Warum ist es für Katzen nicht gut, mager zu laufen?

Ein Katalysator ist dafür ausgelegt, schädliche Gase aus Abgasen zu entfernen. Dies geschieht durch eine chemische Reaktion, an der ein oder mehrere Katalysatoren beteiligt sind.

Die beliebteste Art des Katzendesigns ist heute der Dreiwegekatalysator, der drei Arten von schädlichen Gasen handhabt:

• Stickoxide (NOx, nicht NOS)
• Kohlenmonoxid (CO)
• unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC)

Der Haken ist, dass Katzen in einem engen AFR-Fenster gut funktionieren, wie dieses Bild zeigt:

• Wenn Sie zu mager laufen , wird es der Katze schwer fallen, NOx aus den Abgasen zu entfernen
• Fahre zu fett und dein Endrohr wird viel mehr HC, CO enthalten

Magerer Betrieb gegenüber Abgaskatalysatoren:

Der in Benzinfahrzeugen verbaute Dreiwegekatalysator kann nicht unter mageren Motorbedingungen betrieben werden, da die Reaktion von NO _x zu Stickstoff und Sauerstoff eine Reduktionsreaktion ist und dazu eine entsprechende Oxidation stattfinden muss. Im Dreiwegekatalysator ist das die Oxidation von CO und Kohlenwasserstoffen zu CO ₂ . Wenn überschüssiger Sauerstoff vorhanden wäre, würde der Sauerstoff anstelle des NO _x als Oxidationsmittel für CO und HCs wirken, da es ein stärkeres Oxidationsmittel ist, und das NO _x würde nicht umgesetzt bleiben.

Es gibt eine Technologie zur Reduzierung von NO _x ohne das Vorhandensein entsprechender oxidierbarer Gase im Motorabgas, die zunehmend bei Dieselmotoren eingesetzt wird, die mager laufen. Es erfordert jedoch mehr Ausrüstung im Fahrzeug, was Kosten und Komplexität erhöht, und einige Ansätze erfordern ein Additiv, das aufgefüllt werden muss, wenn es verbraucht ist.

Die Magerverbrennungstechnologie wurde in der Vergangenheit in Benzinmotoren eingesetzt, konnte sich jedoch möglicherweise aufgrund der verschärften Vorschriften für NO _x -Emissionen nicht durchsetzen - sie könnte erneut auftauchen, da die NO _x -Reduktionstechnologie sich weiter etabliert.

Vor- und Nachteile von Turboladern und Ladern

Die Verwendung eines Turboladers oder Laders ermöglicht mehr Leistung bei gleichem Hubraum - oder einen kleineren Hubraum bei gleicher Leistung. Dies bedeutet, dass der Motor kleiner und leichter sein kann und kleinere Zylinder geringere Reibungsverluste aufweisen. Die neuesten kleinen Benzinmotoren wie die Ecoboost-Baureihe von Ford verwenden in der Regel sowohl Aufladung als auch Turboaufladung, um eine hohe Kraftstoffeffizienz zu erzielen.

Der Hauptnachteil der Turboaufladung oder der Aufladung ist die zusätzliche Komplexität und die zusätzlichen Kosten der Ausrüstung, was jedoch zunehmend als lohnend für die Effizienzgewinne angesehen wird.

Es ist nicht so, dass der Katalysator per se nicht mehr Luft handhaben kann, sondern dass eine magere Fahrweise die Verbrennungstemperatur erhöht (ich weiß eigentlich nicht warum, aber jetzt bin ich neugierig) und der Katalysator muss in seiner Chemikalie laufen Arbeitsbereich. Etwas mit der Chemie zu tun, die ich auch nicht kenne.

Was die Vorteile für Turboaufladung und Aufladung angeht, so wird nicht nur die Luft erhöht, sondern auch das Luft-Kraftstoff-Gemisch im richtigen Verhältnis. Mehr Luft / Kraftstoff für jeden Kraftstoß gibt Ihnen mehr Kraft. Der Nachteil von Turboladern besteht darin, dass sie bei falschem Design viel Leistung liefern, aber diese Leistung hinter dem Gas zurückbleibt.

Der Nachteil von Kompressoren ist, dass sie von der Kurbelwelle über einen Riemen angetrieben werden, was bedeutet, dass sie etwas Energie verbrauchen, um ihre Arbeit zu erledigen. Sie produzieren deutlich mehr Strom als sie verbrauchen, aber es ist immer noch reduziert, wie viel es verbraucht. Da Turbolader von Abgasen angetrieben werden, ist ihr einziger Nebeneffekt ein leichter Gegendruck.

Ein weiterer Grund, warum Sie dies bei Ihrem Straßenauto nicht tun sollten, ist, dass dies Ihre Laufleistung (schnellerer Kraftstoffverbrauch) senkt und die zusätzliche Leistung einen Motor verschleißen lässt, der möglicherweise für die Handhabung ausgelegt ist oder nicht.

Hoffentlich hilft das!

Ein weiterer Punkt, den Sie ansprechen sollten, ist, dass schlanker und fetter im Verhältnis zu den Bedingungen sind, unter denen der Motor bereits läuft. In Bezug auf chemische Reaktionen neigen Automotoren dazu, standardmäßig ein wenig fett zu laufen - mehr Kraftstoff als für die gesamte Luft benötigt wird -, da die Häufigkeit von Detonationen im Gemisch verringert wird.

Wenn Sie Dinge so ändern, dass sie magerer als die vorgesehenen Betriebsbedingungen laufen , können Sie zu einer stöchiometrischen Verbrennung übergehen. Dies bedeutet, dass der gesamte Kraftstoff von der gesamten Luft verbraucht wird und die Reaktionen exakt aufeinander abgestimmt sind. Dies gilt auch für Detonationen. Dies führt zu einem Klingeln (oder Klopfen) und einer Beschädigung der Zylinder und Kolben. Wenn Sie Änderungen vornehmen, um das stöchiometrische Verhältnis zu überschreiten, wird die Gefahr einer Detonation verringert. Wenn Sie sich jedoch zu mager bewegen, wird die Rate von Aussetzern erhöht - dies führt zu mehr Schäden am Motor (und am Katalysator) ).

Das Betreiben einer mageren Mischung allein führt nicht unbedingt zur Detonation, zum Pingen oder zum Klopfen. Die Piloten von Kolbenflugzeugen aus der Zeit des Zweiten Weltkrieges liefen auf langen Strecken mit extrem mageren Mischungen, um die Reichweite zu erhöhen. Dies war in Reiseflughöhen und Leistungseinstellungen problemlos möglich. Du würdest es jedoch niemals in Betracht ziehen, es im Steigflug oder bei hoher Leistung zu machen.

Bei einem Kraftfahrzeugmotor wäre eine adaptive Programmierung erforderlich, mit der das Gemisch je nach Belastung des Motors von fett auf mager eingestellt werden kann. Auf einer langen, ebenen Straße mit gleichmäßiger Autobahngeschwindigkeit könnten Sie wahrscheinlich eine ganze Weile mager laufen, aber für ein typisches Stop-and-go-Erlebnis in der Stadt oder in hügeligem Gelände würden Sie sich wahrscheinlich nie in einem Leistungsbereich befinden, in dem es möglich ist wäre sicher, effizient oder effektiv.

Was die Emissionen angeht, erzeugt Lean auf jeden Fall Stickoxide, so dass dies in smoggefährdeten Gebieten ein zusätzliches Problem darstellen kann.

Es gibt noch einen weiteren Grund, warum man nicht mager fährt, was sehr gut für turbogeladene Motoren gilt - der zusätzliche Kraftstoff bildet eine "Grenzschicht" zwischen den Verbrennungsprodukten und der Zylinderwand. Dies absorbiert zusätzliche Wärme während der Verbrennung, um die Kammertemperatur innerhalb der Toleranz zu halten.

Modded Cars mit sehr hohem Turbo / Ladedruck laufen häufig zu mager, da die Einspritzdüsen nicht genügend Kraftstoff liefern können, um diese Grenzschicht aufrechtzuerhalten, und der Druck / die Temperatur im Brennraum steigt an. In extremen Fällen führt dies zur Detonation / zum Klopfen und kann bei starker Anhebung zu einer Beschädigung des Kolbens führen.

Gute Frage. Die Antwort ist, dass ein Motor den Kraftstoff kurz vor dem oberen Totpunkt explosionsartig und fett verbrennen MUSS, um CO2-freie Emissionen zu eliminieren und einen angemessenen Wirkungsgrad und Leistung zu erzielen. Dann muss er nach dem oberen Totpunkt wieder mager verbrannt und schließlich ein drittes Mal verbrannt werden, nachdem die Ladung den Tank verlassen hat schneller Verbrennungszylinder und trat in den weniger heißen und langsameren Nachexpansionszylinder ein.