Először egy kicsit a keverési arányról…

Nos, még mielőtt elvesznénk az elsőre roppant bonyolultnak, másodjára már jóval egyszerűbbnek, de harmadjára viszont megint piszok összetettnek tűnő, műszaki remekmű kategóriába sorolható karburátorok bemutatásának a részleteiben, előtte kénytelenek vagyunk egy gyorstalpalót végigolvasni az égésfolyamatok témaköréből. (Húúú, de szép barokkos körmondat lett… :D )

Tehát, a benzin tökéletes égésének van egy ideális aránya, egész pontosan tömegaránya. Ezt fontos hangsúlyozni, mivel a mindenki által kívülről fújt 1:14.7-es arány nem térfogat-, hanem tömegarány. Számszerint, 1kg benzin  elégetéséhez 14.7kg levegő szükséges. Hogy néz ez ki térfogati arányokban kifejezve? A benzin sűrűsége ca. 0.74kg/dm³, vagyis 1kg benzin ca. 1.35 liter. A levegő sűrűsége viszont hozzávetőlegesen 1.22kg/m³ (vegyük észre a mértékegységbeli ugrást!), tehát 14.7kg levegő légköri nyomáson megközelítőleg 12m³ és 49 liter. Tehát számokba öntve, 1 liter benzin tökéletes elégetéséhez hozzávetőlegesen 8925 liter levegőre van szükség.

Visszatérve az égéshez. Ennek van egy jellemzője, amivel elég pontosan ki lehet fejezni az égést: s ez pediglen a légfelesleg. A szakirodalom és a gyakorlat is ezt jelöli a görög λ (lambda) betűvel, és a λ=1 jelöli a sztöchiometrikus keverési arányt. Ha dúsítjuk a keveréket, akkor az egységnyi benzin tökéletes elégetéséhez arányaiban kevesebb levegő áll rendelkezésre; míg szegényítéskor több levegő áll rendelkezésre, mint amennyire valóban szükség van.

De miért nyaggatjuk ennyire ezt a keverési arány témát ennyire? A Diesel-motorokkal szemben, ahol is minőségi szabályzás valósul meg, a benzin égésénél ez az út nem járható, mivel egy bizonyos keverési arányt túllépve, mind a két irányban gyulladásképtelen lesz a keverék. A károsanyag-kibocsátásról már nem is szólva. Tehát egyrészt az üzembiztos égés, valamint a legkisebb károsanyag-kibocsátás végett kénytelenek vagyunk mennyiségi teljesítményszabályzást megvalósítani, ami azt jelenti, hogy állandó keverési arány mellett a motorba jutó éghető gáz mennyiségét szabályozzuk.

No, menjünk tovább. Nyilván már mindenki hallott arról, hogy ha dúsítjuk a keveréket, akkor jobban megy az autó. Korlátozott feltételek mellett igen.

De azért, hogy egy kis tuningot is vigyünk az unalmas sorok közé, a lóerőhajhászásnál inkább több levegőnek a motorba juttatását célozzuk meg, hiszen több levegővel lehet csak több benzint elégetni. De több levegőt bejuttatni nehezebb is, mint több benzint… :D

Tehát, nézzük meg, mi történik, ha változtatjuk a keverési arányt? Igyekszem nem túl elméleti irányba elvinni a témát, de egy-két diagrammot kötelezőnek tartok az üzemanyagrendszer működésének a megértéséhez. Ebből az első diagramban a keverési aránynak a teljesítményre és a fogyasztásra való hatását elemezgetem ki.

keveresiaranyA diagramban “r”-rel jelölték a vízszintes tengelyen lévő keverési arányt, míg a függőleges tengelyen a teljesítményt[kW], illetőleg a fajlagos fogyasztást[g/kWh] láthatjuk. A felső görbe a teljesítmény görbéje, míg az alsó a fajlagos fogyasztás változását mutatja. Természetesen konstans fordulat és változatlan fojtószelep-állás mellett.

Mit látunk? Középen fut egy függőleges pontvonal, re-vel jelölve. Ez jelöli a sztöchiometrikus keverési arányt, alias az 1:14.7-es értéket. Ettől balra szegényedik, jobbra dúsul a keverék. Az R1-el jelölt aránynál valósul meg a faljagos fogyasztásminimum, míg az R2-nél a teljesítménymaximum. Ha az R1-től tovább szegényítjük a keveréket, akkor az Ra-t elérve gyulladásképtelenné válik a keverék, és hasonló a helyzet az Rf-et elérvén is. Tehát ebből könnyen belátható, hogy sem az R1-nél szegényebb, sem az R2-nél dúsabb keveréknek nincs értelme, legalábbis az égéstéren belüli folyamatokra koncentrálva. Ha tehát R1 alá megyünk, akkor nem csak a teljesítményünk csökken, de még a fogyasztásunk is nőni fog, mivel adott teljesítmény eléréséhez nagyobb gázt kell adnunk. Tehát R1 alá nem megyünk. Ugyanez igaz pepitában a túloldalon is: R2 fölé menve már nem csak a fogyasztást növeljük, de a motorból kicsalható teljesítményt is csökkentjük. de hol is van az az R1 és R2? Nos, egészen pontos értéket nem mernék mondani, de a fajlagos fogyasztás minimuma valahol λ=1.1 körül, míg a teljesítménymaximum valahol λ=0.88 magasságában adódik. Ezen tartományon kívülre menni értelmetlen. És eme diagrammal kapcsolatos utolsó megjegyzésem: hasonlítsuk össze a keverék R1-ről R2-re való dúsításával járó fogyasztásváltozást a teljesítményváltozással. Sőt, a személyes véleményem, hogy utcai körülmények között már az Re-ről R2-re való átállítás is kérdéseket vet fel a fogyasztásarányos teljesítményváltozás végett…

Nos, most hogy már képben vagyunk a keverékkel kapcsolatos alapfogalmakkal, nézzük meg a kipufogógázok változását a légfelesleg függvényében!

Kipufogógázok a légfelesleg függvényébenMiért is van erre szükség? Amíg volt “zöldkártya”, addig az alapjárati és a terhelés nélküli emelt fordulati CO-t megnézték, a többi pedig nem érdekelt senkit. Sőt, igazából az sem. Tehát ha a papír megvolt, akkor még a vastag fekete kormot okádó zöldplakettes Diesel-eket sem szedték ki a rend szigorú őrei a forgalomból, de ez már más tészta. De vissza a benzinüzemű autók kipufogógázának az elemzéséhez; milyen infókat is tudunk nyerni a mérésekből?

Kezdjük a leg-magátólértetődőbbel, az Oxigén-nel. Ha a légfelesleg oldaláról közelítjük meg a kérdést, akkor máris megválaszoltuk azt. Vagyis λ=1-nél nincsen sem légfelesleg, sem oxigénhiányos állapot. Tehát itt az kipufogógáz oxigéntartalmát vizsgálva a függvényben egyértelmű törés lesz. Elméleti szinten a λ=1-nél és az ennél szegényebb keveréknél az oxigéntartalom nulla kellene legyen, de mivel az égés sohasem tökéletes, ezért nem lesz nulla. De attól még a törés érzékelhető a görbében. És mire lehet ezt az infót használni? Mármint ha van egy oxigénszenzorunk. Egyszerű, a λ=1 pontot lehet egész pontosan “megfogni” vele.

Folytassuk a Széndioxid-dal. A széndioxid görbéjéből kiválóan látszik, hogy van egy maximuma, ami érdekes módon az R2-es pontban van, vagyis a teljesítmény maximumánál. Na, itt már látom lelki szemeim előtt az olvasó szája szélén megjelenő mosoly-kezdeményt. :-D

Folytassuk a Szénmonoxid-dal. Na, az előző bekezdés tanulságaiból kiindulva már rutinosan keresünk valami jellegzetes pontot. Sokat nem is kell keresni: látható, hogy amely ponttól a CO már nem releváns mértékben csökken tovább, az adja a fogyasztásminimum (R1) pontját. A “nem releváns” kifejezést azért használtam, mivel a motorok valóságos égési folyamatai a veszteségek miatt nem tökéletes, így a valóságban a CO R1-től még tovább csökkenthető, de drasztikus teljesítményvesztés és fogyasztásnövekedés mellett.

Kissé hasonló a helyzet a Szénhidrogének-kel is. Bár a minimuma nem teljesen a fajlagos fogyasztásminimumba esik, inkább egy gondolatnyival alá, de a többi gáz együttes elemzésével ez is elég hasznos infót ad arról, hogy hol is vagyunk pontosan. Számszerűen, ha a CH (és a CO) érdemben már nem csökken tovább, illetve inkább úgy fogalmaznám, hogy ahonnan emelkedni kezd, akkor az kb. az R1-es pont.

Természetesen ezek mérése egy elég összetett, és ennek megfelelő árszínvonalú műszert igényel, amelyek viszont telepített műszerek szoktak lenni, így a pontos mérés igazából csak görgős fékpadon lehetséges. Ha viszont ilyen körülmények sikerül egy átalakított motort a teljes fordulatszám-tartományában és a teljes terhelés spektrumában kimérni és ennek megfelelően beállítani, akkor egy részterhelésen kifejezetten gazdaságos, ámbár szükség esetén a maximumát hozó motort lehet alkotni. De mivel keveseknek adatik meg a lehetőség, hogy otthon egy négygáz-elemző műszerrel és egy görgős fékpaddal tudjanak játszadozni délután, így sokan élnek a szélessávú lambdaszonda által szolgáltatott eredményekkel. Ez ugyan csak számokat ad, aminek nincsen minimuma, meg maximuma, csak egy egyszerű szám, de ha a tapasztalati lambda értékeknek utánaolvasunk, utánakérdezünk, akkor ezekre koncentrálva menet közben is tesztelhetjük az autót, és a műszer mérései, illetve a log-olt eredmények alapján csak egy darab oxigénszenzorral is egész közel kerülhetünk a kívánt keverési arányokhoz.

Na, akkor ezek fényében máris el lehet kezdeni fejben játszadozni a keverési arány lehetőségeivel… :-D

- Geree -