Mengapa atau mengapa tidak meningkatkan efisiensi mesin dengan menjalankan mobil "lean-fuel" (menggunakan turbo atau supercharger)?

Semua orang ingin mobil mereka menggunakan lebih sedikit bahan bakar, bukan? Saya membaca bagian berikut tentang menjalankan bahan bakar mobil dari situs web ini :

Jalankan engine-lean-engine, yaitu gunakan udara berlebih. Telah diketahui bahwa menjalankan lean-fuel meningkatkan efisiensi. Di masa lalu, di bawah kondisi jelajah, mesin selalu berjalan ramping - sekitar 15% udara berlebih - ini ekonomis. Jadi apa yang terjadi untuk mengubah ini? Masalahnya adalah katalis tiga arah (CO, UHC, NOx) yang digunakan pada knalpot engine. Ini hanya berfungsi jika rasio udara / bahan bakar mesin (berdasarkan massa) adalah stoikiometrik (benar secara kimia). Untuk bensin rasio ini adalah 14,6: 1. Komputer engine, yang bertindak selaras dengan sensor aliran udara engine, injektor bahan bakar elektronik, dan sensor oksigen buang, mempertahankan rasio stoikiometri untuk sebagian besar berkendara Anda. Hanya pada rasio ini katalis dapat mengoksidasi CO dan UHC (menjadi CO2 dan H2O) dan secara kimia mengurangi NOx (menjadi N2). (UHC = hidrokarbon yang tidak terbakar.) Yang dibutuhkan manusia adalah katalis lean-NOx.

Perikop ini tampaknya masuk akal total. Gunakan lebih banyak udara dan tingkatkan efisiensi bahan bakar. Namun, saya tidak mengerti mengapa catalytic converter tidak dapat menangani atau diadaptasi untuk menangani lebih banyak udara di mesin.

Apa kelebihan dan kekurangan untuk memaksa udara masuk ke mesin dengan menggunakan turbo atau supercharger yang akan membenarkan mobil melakukan atau tidak melakukannya?

Bersandar ≠ Lebih Banyak Udara

Saya percaya sumber kesalahpahaman adalah bagaimana istilah "lean" ditafsirkan.

Campuran ramping tidak menunjukkan adanya lebih banyak udara. Ini menunjukkan adanya proporsi udara yang lebih tinggi dibandingkan bahan bakar (rasio udara-bahan bakar, atau AFR ).

Contoh cepat

Campuran A memiliki 1.000 g udara, 80 g bahan bakar. AFR = 1000/80 = 12.5

Campuran B memiliki 100 g udara, 7 g bahan bakar. AFR = 100/7 = 14,3

Sejak 14.3> 12.5, Campuran B lebih ramping dari Campuran A, meskipun Campuran A memiliki lebih banyak udara.

Inilah sebabnya mengapa @cdunn benar ; Kehadiran turbocharger atau supercharger tidak memengaruhi kemampuan konverter katalitik berukuran tepat untuk melakukan tugasnya.

Jadi mengapa kucing tidak baik berlari?

Konverter katalitik dirancang untuk menggosok gas berbahaya dari gas buang. Ini dilakukan melalui reaksi kimia yang melibatkan keberadaan katalis.

Jenis desain kucing yang paling populer saat ini adalah catalytic converter tiga arah, yang menangani tiga jenis gas berbahaya:

• nitrogen oksida (NOx, bukan NOS)
• karbon monoksida (CO)
• hidrokarbon yang tidak terbakar (HC)

Tangkapannya adalah kucing bekerja dengan baik di jendela AFR sempit, seperti yang ditunjukkan gambar ini:

• Berlari terlalu ramping , dan kucing akan kesulitan menggosok NOx dari gas buang
• Jalankan terlalu kaya , dan knalpot Anda akan memiliki lebih banyak konten HC, CO

Operasi lean vs katalis pembuangan:

The tiga-cara catalytic converter dipasang untuk kendaraan bensin tidak dapat beroperasi di bawah kondisi mesin ramping karena reaksi NO _x untuk nitrogen dan oksigen adalah reaksi reduksi, dan untuk ini terjadi perlu ada oksidasi yang sesuai. Dalam katalis tiga arah yaitu oksidasi CO dan hidrokarbon menjadi CO ₂ . Jika kelebihan oksigen hadir maka oksigen, daripada NO _x akan bertindak sebagai agen pengoksidasi untuk CO dan HCS - karena itu agen pengoksidasi yang lebih kuat - dan NO _x akan tetap tidak bereaksi.

Teknologi untuk mengurangi NO _x tanpa kehadiran sesuai gas teroksidasi di buang mesin tidak eksis dan semakin digunakan pada mesin diesel, yang tidak menjalankan ramping. Namun itu membutuhkan lebih banyak peralatan di dalam kendaraan, menambah biaya dan kerumitan, dan beberapa pendekatan memerlukan aditif yang perlu diisi ulang karena sudah habis.

Teknologi ramping membakar telah digunakan di mesin bensin di masa lalu, tapi mungkin gagal untuk menangkap pada karena peraturan pengetatan pada NO _x emisi - mungkin membuat kemunculan sebagai NO _x teknologi pengurangan menjadi lebih mapan.

Keuntungan dan kerugian dari turbocharger dan supercharger

Menggunakan turbocharger atau supercharger memungkinkan lebih banyak output daya untuk perpindahan engine yang sama - atau, perpindahan engine yang lebih kecil untuk output daya yang sama. Ini berarti mesin bisa lebih kecil dan lebih ringan, dan silinder yang lebih kecil memiliki kerugian gesekan yang lebih rendah. Mesin bensin kecil terbaru seperti jajaran Ecoboost Ford biasanya menggunakan supercharging dan turbocharging untuk memberikan efisiensi bahan bakar yang tinggi.

Kerugian utama dari turbocharging atau supercharging adalah kompleksitas tambahan dan biaya peralatan, tetapi ini semakin dipandang bermanfaat untuk peningkatan efisiensi.

Bukan karena catalytic converter tidak dapat menangani lebih banyak udara, itu yang menjalankan lean meningkatkan suhu pembakaran (saya sebenarnya tidak tahu mengapa, tapi sekarang saya penasaran) dan catalytic converter perlu dijalankan di dalam bahan kimia itu. jangkauan operasi. Ada hubungannya dengan chemistry yang saya juga tidak tahu.

Adapun keuntungan untuk turbo boost dan supercharging, bukan hanya udara yang dinaikkan, tetapi campuran bahan bakar udara dalam proporsi yang benar juga ditingkatkan. Lebih banyak udara / bahan bakar untuk setiap langkah daya memberi Anda lebih banyak daya. Kerugian dari turbocharger adalah bahwa dengan desain yang salah itu akan memberikan banyak daya, tetapi daya itu akan memperlambat throttle.

Kerugian dari supercharger adalah bahwa mereka didorong oleh poros engkol melalui sabuk yang berarti mereka mengkonsumsi daya untuk melakukan pekerjaan mereka. Mereka jelas menghasilkan lebih banyak kekuatan daripada yang mereka konsumsi, tetapi itu masih berkurang oleh seberapa banyak yang dikonsumsi. Karena turbocharger digerakkan oleh gas buang, satu-satunya efek sampingnya adalah sedikit tekanan balik.

Salah satu alasan lain untuk tidak melakukan ini pada mobil jalanan Anda adalah itu akan mengurangi jarak tempuh Anda (konsumsi bahan bakar lebih cepat), dan daya tambahan akan membuat keausan pada mesin yang mungkin atau mungkin tidak dirancang untuk menanganinya.

Semoga itu bisa membantu!

Satu titik tambahan untuk disentuh adalah bahwa lebih ramping dan lebih kaya relatif terhadap kondisi apa mesin sudah berjalan di bawah. Dalam hal reaksi kimia, mesin mobil cenderung berjalan sedikit kaya secara default - lebih banyak bahan bakar daripada yang dibutuhkan untuk semua udara - karena mengurangi frekuensi ledakan dalam campuran.

Jika Anda mengubah hal-hal sehingga berjalan lebih ramping daripada kondisi operasi yang dirancang, Anda dapat beralih ke pembakaran stoikiometrik. Ini berarti bahwa semua bahan bakar dikonsumsi oleh semua udara dan reaksinya seimbang. Ini juga untuk peledakan. Ini menghasilkan ping (atau ketukan) dan kerusakan pada silinder dan piston. Jika Anda mengubah hal-hal untuk membuatnya lebih ramping dengan cukup untuk bergerak melampaui rasio stoikiometrik, ancaman ledakan berkurang tetapi jika Anda bergerak terlalu ramping, Anda akan meningkatkan tingkat kebakaran - lebih banyak kerusakan pada mesin (dan catalytic converter) ).

Menjalankan campuran lean dengan sendirinya tidak akan menyebabkan ledakan, ping, atau ketukan. Pilot pesawat piston era lama WW2 digunakan untuk menjalankan campuran miring serius pada jarak jauh untuk meningkatkan jangkauan dan aman untuk melakukannya ketika mereka berada di ketinggian pengaturan daya jelajah. Anda tidak akan pernah mempertimbangkan melakukannya dalam pendakian atau dengan kekuatan tinggi.

Dengan mesin otomotif, Anda harus memiliki pemrograman adaptif yang akan menyesuaikan campuran dari kaya menjadi ramping tergantung pada tingkat beban mesin. Pada jarak yang jauh, jalan yang rata dengan kecepatan jalan raya yang stabil, Anda mungkin bisa berlari sedikit dalam waktu yang cukup lama, tetapi untuk gaya khas kota Anda, berhenti dan pergi, atau medan berbukit, Anda mungkin tidak akan pernah berada dalam rentang daya di mana akan aman, efisien atau efektif.

Sedangkan untuk emisi, menjalankan lean tentu saja menciptakan Nitrogen Oksida, sehingga mungkin menjadi perhatian tambahan di daerah rawan kabut asap.

Ada alasan tambahan untuk tidak menjalankan lean, yang berlaku sangat baik untuk mesin turbocharged - bahan bakar tambahan menciptakan 'lapisan batas' antara produk pembakaran dan dinding silinder. Ini menyerap panas ekstra selama pembakaran untuk membantu menjaga suhu ruangan dalam toleransi.

Mobil modded yang menjalankan dorongan turbo / supercharger sangat tinggi sering kali pada titik berjalan terlalu ramping, di mana injektor tidak dapat memasok bahan bakar yang cukup untuk mempertahankan lapisan batas ini, dan tekanan / suhu ruang bakar meningkat. Dalam kasus ekstrem, ini menghasilkan peledakan / ketukan, dan peningkatan tinggi dapat menyebabkan kerusakan fisik piston.

Pertanyaan bagus. Jawabannya adalah bahwa untuk menghilangkan emisi non-CO2 dan memberikan efisiensi dan daya yang wajar pada mesin, HARUS membakar bahan bakar secara eksplosif dan kaya sebelum TDC, kemudian membakarnya lagi bersandar setelah TDC, dan akhirnya membakarnya lagi untuk ketiga kalinya setelah muatan meninggalkan silinder pembakaran cepat dan memasuki silinder ekspansi ulang yang kurang panas dan lebih lambat.