Настройка поршневого авиационного двигателя на диностенде

Соотношение воздуха/топлива, лямбда и мощность двигателя

Стехиометрический коэффициент (лямбда)

Когда соотношение топливо/воздух выше стехиометрического, воздушно-топливная смесь называется обедненной. Когда соотношение топливо/воздух ниже стехиометрического, воздушно-топливная смесь называется обогащенной. Например, для бензинового двигателя соотношение AFR 16,5: 1 является бедным, а 13,7: 1 богатым.

В таблице ниже представлено оптимальное стехиометрическое соотношение топливо/воздух для большинства видов топлива.

Например, чтобы полностью сжечь 1 кг этанола, нам нужно 9 кг воздуха, а для сжигания 1 кг дизельного топлива нам нужно 14,5 кг воздуха.

ДВС с искровым зажиганием (Spark Ignition, SI) обычно работают на бензине. AFR двигателей SI варьируется в промежутке от 12: 1 (обогащенный) до 20: 1 (обедненный), на это влияют условия работы двигателя (температура, скорость, нагрузка и т. д.). Современные ДВС работают в максимально возможной близости от стехиометрического коэффициента AFR (по соображениям экологии). 

Двигатели с воспламенением от сжатия обычно работают на дизельном топливе. Из-за особенностей процесса сгорания двигатели (Compression Ignition, CI) всегда работают на бедных смесях с AFR от 18: 1 до 70: 1. Основное отличие по сравнению с двигателями SI состоит в том, что двигатели CI работают на слоистых (неоднородных) воздушно-топливных смесях, тогда как двигатели SI работают на однородных смесях (в случае с электронным впрыском). 

По мере развития электронных систем управления - двигатели становились все более сложными, а государственные нормативы, касающиеся выбросов выхлопных газов, становились строже, в современных двигателях всё чаще используются компьютерные системы с электронным впрыском топлива, которые могут более точно контролировать поток топлива в двигатель, обеспечивая точное смешивание топлива и воздуха. Современные инжекторные двигатели оснащены электронными блоками управления (ЭБУ), которые отвечают за смесеобразование и управление углом опережения зажигания (УОЗ) двигателя. ЭБУ регулирует количество поступающего топлива в двигатель, меняя время открытия форсунок. Это позволяет добиться не только экономии топлива и снижения уровня выбросов выхлопных газов, но и большей мощности и крутящего момента. 

Вообще система впрыска топлива своим появлением обязана авиации. Именно благодаря требованию стабильной работы двигателя в условиях перегрузок во время второй мировой войны была разработана механическая система впрыска топлива, которая позволила выполнять манёвры, ранее недоступные для машин с карбюраторными двигателями

На более старых двигателях внутреннего сгорания использовали карбюраторы для смешивания топлива и воздуха. Процесс настройки карбюраторного двигателя мы рассматривать не будем, поскольку карбюраторные двигатели и шаманские танцы с бубном уходят в прошлое. Теперь рычаг управления двигателем не привязан к дроссельной заслонке и полностью управляется сервоприводом по сигналу из ЭБУ.

Топливная карта

Топливная карта является условным понятием зависимости соотношения топлива/окислителя от оборотов ДВС и его нагрузки (открытия дроссельной заслонки). На самом деле это целая система зависимостей, ПИД-регуляторов и коэффициентов коррекции.

Топливная карта в виде таблицы

При более детальном рассмотрении - зависимость более сложная и учитывается положение дроссельной заслонки

• температура охлаждающей жидкости
• температура воздуха на впуске
• значения лямбда зонда
• массовый расход воздуха
• давление воздуха после турбонагнетателя
• давление топлива
• угол опережения зажигания
• детонация
  

В левом столбце можно посмотреть перечень параметров, которые контролирует ЭБУ

В более современных двигателях управление происходит без сигнала от дроссельной заслонки. Появился такой параметр как "driver wish", который даёт ЭБУ двигателя информацию о том, как быстро должно ускоряться транспортное средство по положению рычага управления двигателем (педали газа). Это позволяет не замечать нагрузку при изменении массы ТС.

Но это уже вопрос больше функционала ЭБУ, чем настройки двигателя.

Топливные карты охватывают всю рабочую зону двигателя с частотой вращения двигателя от холостого хода до максимальных оборотов в минуту и ​​с крутящим моментом от полного торможения двигателем, отрицательным крутящим моментом, при полной нагрузке, и основная цель состоит в том, чтобы настроить двигатель на все возможные ситуации и позволяют ему работать на своем оптимальном уровне и с максимальным потенциалом при каждом возможном изменении нагрузки и оборотов.

Карта зажигания

По аналогии с топливной картой в ЭБУ двигателя заложена карта коррекции зажигания.

Карта коррекции зажигания в зависимости от разряжения (давления) во впускном коллекторе

Что понадобится для настройки двигателя?

• Моторный диностенд (например Superflow Powermark)
  
• Широкополосный лямбда-зонд
• Оборудование для перепрошивки ЭБУ

Диностенд Superflow Powermark

Как настраивать двигатель на стенде?

Если Ваш ЭБУ поддерживает широкополосные лямда-зонды (ШДК), то Вы счастливчик. Вся настройка сводится к заполнению таблицы с так называемым "целевым" соотношением топливо/воздух (Target AFR). ПИД-регулятор ЭБУ двигателя сделает всю работу по подбору коэффициентов коррекции, а Вам остается только наблюдать за показаниями мощности и крутящего момента на экране стенда. Самое главное, чтобы показания ШДК совпадали с показаниями газоанализатора стенда.

Чтобы не испортить двигатель во время испытаний - контролируйте основные рабочие параметры: температуру ОЖ, выхлопных газов и давление масла.

Если у Вас остались вопросы по стендам для испытания двигателей, или вы хотите купить диностенд - звоните нам, наши специалисты Вам помогут!