Warum oder warum nicht die Motoreffizienz erhöhen, indem man das Auto „kraftstoffarm“ fährt (unter Verwendung eines Turbos oder Kompressors)?

Mager ≠ Mehr Luft

Ich glaube, die Quelle des Missverständnisses liegt darin, wie der Begriff „lean“ interpretiert wird.

Ein mageres Gemisch bedeutet nicht, dass mehr Luft vorhanden ist. Es zeigt das Vorhandensein eines höheren Luftanteils im Vergleich zum Kraftstoff an (Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder AFR ).

Schnelles Beispiel

Gemisch A hat 1.000 g Luft, 80 g Kraftstoff. AFR = 1000/80 = 12,5

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

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

Deshalb hat @cdunn recht ; Das Vorhandensein eines Turboladers oder Kompressors beeinträchtigt nicht die Fähigkeit eines Katalysators von angemessener Größe, seine Arbeit zu erledigen.

Warum ist es also nicht gut für Katzen, schlank zu laufen?

Ein Katalysator dient dazu, schädliche Gase aus Abgasen auszuwaschen. Dies geschieht durch eine chemische Reaktion, die die Anwesenheit von Katalysator(en) beinhaltet.

Die beliebteste Art von Cat-Design ist heute der Drei-Wege-Katalysator, 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 dem Kat schwer fallen, NOx aus den Abgasen zu entfernen
• Wenn Sie zu fett laufen , hat Ihr Endrohr viel mehr HC- und CO-Gehalt

Magerbetrieb vs. Abgaskatalysatoren:

Der in Benzinfahrzeuge eingebaute Drei-Wege-Katalysator kann nicht unter mageren Motorbedingungen betrieben werden, da die Reaktion von NO _x zu Stickstoff und Sauerstoff eine Reduktionsreaktion ist und dafür eine entsprechende Oxidation stattfinden muss. Beim Drei-Wege-Katalysator ist das die Oxidation von CO und Kohlenwasserstoffen zu CO ₂ . Wenn überschüssiger Sauerstoff vorhanden wäre, würde eher der Sauerstoff als das NO _x als Oxidationsmittel für CO und HCs wirken – weil es ein stärkeres Oxidationsmittel ist – und das NO _x würde nicht umgesetzt bleiben.

Technologie zum Reduzieren von NOx _ohne das Vorhandensein von entsprechenden oxidierbaren Gasen im Motorabgas existiert und wird zunehmend bei Dieselmotoren verwendet, die mager laufen. Es erfordert jedoch mehr Ausrüstung im Fahrzeug, was Kosten und Komplexität hinzufügt, und einige Ansätze erfordern ein Additiv, das nachgefüllt werden muss, wenn es verbraucht ist.

Die Magerverbrennungstechnologie wurde in der Vergangenheit in Benzinmotoren verwendet, konnte sich aber aufgrund der strengeren Vorschriften für NO _x -Emissionen möglicherweise nicht durchsetzen – sie könnte wieder auftauchen, wenn die NO _x -Reduktionstechnologie etablierter wird.

Vor- und Nachteile von Turboladern und Kompressoren

Die Verwendung eines Turboladers oder Kompressors ermöglicht mehr Leistung bei gleichem Hubraum – oder einen kleineren Hubraum bei gleicher Leistung. Dadurch kann der Motor kleiner und leichter werden und kleinere Zylinder haben geringere Reibungsverluste. Die neuesten kleinen Benzinmotoren wie die Ecoboost-Baureihe von Ford verwenden typischerweise sowohl Kompressoraufladung als auch Turboaufladung, um eine hohe Kraftstoffeffizienz zu erreichen.

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

Es ist nicht so, dass der Katalysator per se nicht mit mehr Luft umgehen kann, es ist so, dass das Magerlaufen die Verbrennungstemperatur erhöht (ich weiß eigentlich nicht warum, aber jetzt bin ich neugierig) und der Katalysator muss in seiner Chemikalie laufen Arbeitsbereich. Irgendwas mit der Chemie, das weiß ich auch nicht.

Was die Vorteile für Turbo-Boost und Aufladung betrifft, so wird nicht nur die Luft erhöht, sondern das Luft-Kraftstoff-Gemisch im richtigen Verhältnis, das erhöht wird. Mehr Luft / Kraftstoff für jeden Krafthub gibt Ihnen mehr Leistung. Der Nachteil von Turboladern ist, dass sie bei falscher Konstruktion viel Leistung liefern, diese Leistung jedoch hinter dem Gas zurückbleibt.

Der Nachteil von Kompressoren ist, dass sie von der Kurbelwelle über einen Riemen angetrieben werden, was bedeutet, dass sie etwas Strom verbrauchen, um ihre Arbeit zu erledigen. Sie produzieren eindeutig mehr Strom als sie verbrauchen, aber es wird immer noch um so viel reduziert, wie es verbraucht wird. Da Turbolader durch Abgase angetrieben werden, ist ihre einzige Nebenwirkung ein leichter Gegendruck.

Ein weiterer Grund, dies bei Ihrem Straßenauto nicht zu tun, ist, dass es Ihre Laufleistung verringert (schnellerer Kraftstoffverbrauch) und die zusätzliche Leistung einen Motor verschleißt, der möglicherweise dafür ausgelegt ist oder nicht.

Ich hoffe, das hilft!

Ein weiterer anzusprechender Punkt ist, dass magerer und fetter relativ zu den Bedingungen sind, unter denen der Motor bereits läuft. In Bezug auf chemische Reaktionen neigen Automotoren dazu, standardmäßig etwas fett zu laufen – mehr Kraftstoff als für die gesamte Luft benötigt wird – weil dies die Häufigkeit von Detonationen im Gemisch verringert.

Wenn Sie die Dinge so ändern, dass sie magerer als die vorgesehenen Betriebsbedingungen laufen, können Sie zu einer stöchiometrischen Verbrennung übergehen. Das bedeutet, dass der gesamte Kraftstoff von der gesamten Luft verbraucht wird und die Reaktionen genau ausbalanciert sind. Dabei handelt es sich auch um Detonationen. Dies führt zu Klingeln (oder Klopfen) und Schäden an den Zylindern und Kolben. Wenn Sie die Dinge ändern, um es so mager zu machen, dass es über das stöchiometrische Verhältnis hinausgeht, wird die Detonationsgefahr verringert, aber wenn Sie zu mager fahren, erhöhen Sie die Fehlzündungsrate - mehr Schaden am Motor (und am Katalysator). ).

Das Betreiben eines mageren Gemischs allein führt nicht unbedingt zu Detonationen, Klingeln oder Klopfen. Piloten von Oldtimer-Kolbenflugzeugen aus der Zeit des Zweiten Weltkriegs fuhren früher auf Langstrecken ernsthaft magere Gemische, um die Reichweite zu erhöhen, und es war sicher, dies zu tun, wenn sie sich auf Reiseflughöhe und Leistungseinstellungen befanden. Sie würden es jedoch niemals in einem Aufstieg oder bei hoher Leistung in Betracht ziehen.

Bei einem Automotor müssten Sie über eine adaptive Programmierung verfügen, die das Gemisch von fett auf mager anpasst, je nachdem, unter welcher Laststufe der Motor stand. Auf einer langen Strecke auf ebener Fahrbahn bei konstanten Autobahngeschwindigkeiten könnten Sie wahrscheinlich die meiste Zeit mager fahren, aber für Ihr typisches Stop-and-Go im Stadtstil oder hügeliges Gelände wären Sie wahrscheinlich nie in einem Leistungsbereich, in dem es ist sicher, effizient oder effektiv wäre.

Was die Emissionen angeht, erzeugt mageres Fahren definitiv Stickoxide, was in smoggefährdeten Gebieten ein zusätzliches Problem darstellen kann.

Es gibt einen weiteren Grund dafür, nicht mager zu laufen, was sehr gut auf Turbomotoren zutrifft – der zusätzliche Kraftstoff erzeugt eine „Grenzschicht“ zwischen den Verbrennungsprodukten und der Zylinderwand. Dadurch wird während der Verbrennung zusätzliche Wärme absorbiert, um die Kammertemperatur innerhalb der Toleranz zu halten.

Modifizierte Autos, die einen sehr hohen Turbo-/Kompressor-Boost fahren, laufen häufig zu mager, da die Einspritzdüsen nicht genügend Kraftstoff liefern können, um diese Grenzschicht aufrechtzuerhalten, und der Druck/die Temperatur der Brennkammer ansteigt. In extremen Fällen führt dies zu Detonation/Klopfen und kann bei hoher Aufladung physische Kolbenschäden verursachen.

Gute Frage. Die Antwort ist, dass ein Motor, um Nicht-CO2-Emissionen zu eliminieren und eine angemessene Effizienz und Leistung zu liefern, den Kraftstoff kurz vor dem oberen Totpunkt explosionsartig und fett verbrennen, ihn dann nach dem oberen Totpunkt wieder mager verbrennen und ihn schließlich ein drittes Mal verbrennen muss, nachdem die Ladung den verlassen hat schnellen Verbrennungszylinder und trat in den weniger heißen und langsameren Nachexpansionszylinder ein.