Pourquoi ou pourquoi ne pas augmenter l'efficacité du moteur en faisant fonctionner la voiture avec une consommation de carburant réduite (en utilisant un turbo ou un compresseur)?

Tout le monde veut que ses voitures utilisent moins de carburant, non? J'ai lu le passage suivant sur le fonctionnement du carburant de voiture pauvre de ce site Web :

Faites fonctionner le moteur pauvre en carburant, c'est-à-dire utilisez un excès d'air. Il est bien connu que le fonctionnement pauvre en carburant améliore l'efficacité. Autrefois, dans des conditions de croisière, les moteurs fonctionnaient toujours pauvres - environ 15% d'excès d'air - c'était économique. Que se passe-t-il donc pour changer cela? Le problème est le catalyseur à trois voies (CO, UHC, NOx) utilisé sur les échappements des moteurs. Cela ne fonctionne que si le rapport air / carburant du moteur (en masse) est stœchiométrique (chimiquement correct). Pour l'essence, ce rapport est de 14,6: 1. L'ordinateur du moteur, agissant de concert avec le capteur de débit d'air du moteur, les injecteurs de carburant électroniques et le capteur d'oxygène d'échappement, maintient le rapport stœchiométrique pour la plupart de votre conduite. Ce n'est qu'à ce rapport que le catalyseur peut à la fois oxyder le CO et l'UHC (en CO2 et H2O) et réduire chimiquement les NOx (en N2). (UHC = hydrocarbures imbrûlés.) Ce dont l'humanité a besoin, c'est d'un catalyseur pauvre en NOx.

Ce passage semble avoir un sens total. Utilisez plus d'air et augmentez le rendement énergétique. Cependant, je ne comprends pas pourquoi le convertisseur catalytique ne peut pas gérer ou être adapté pour gérer plus d'air dans le moteur.

Quels sont les avantages et les inconvénients de forcer l'air dans le moteur au moyen d'un turbo ou d'un compresseur qui justifierait qu'une voiture le fasse ou non?

Lean ≠ Plus d'air

Je crois que la source du malentendu réside dans la façon dont le terme «maigre» est interprété.

Un mélange pauvre n'indique pas la présence de plus d'air. Il indique la présence d'une proportion plus élevée d'air par rapport au carburant (rapport air-carburant ou AFR ).

Exemple rapide

Le mélange A contient 1 000 g d'air, 80 g de carburant. AFR = 1000/80 = 12,5

Le mélange B contient 100 g d'air, 7 g de carburant. AFR = 100/7 = 14,3

Depuis 14,3> 12,5, le mélange B est plus maigre que le mélange A, même si le mélange A a plus d'air.

C'est pourquoi @cdunn a raison ; la présence d'un turbocompresseur ou d'un compresseur ne nuit pas à la capacité d'un convertisseur catalytique de taille appropriée de faire son travail.

Alors pourquoi n'est-il pas bon pour les chats de courir maigres?

Un convertisseur catalytique est conçu pour éliminer les gaz nocifs des gaz d'échappement. Il le fait par une réaction chimique qui implique la présence de catalyseur (s).

Le type de conception de chat le plus populaire aujourd'hui est le convertisseur catalytique à trois voies, qui gère trois types de gaz nocifs:

• oxydes d'azote (NOx, pas NSA)
• monoxyde de carbone (CO)
• hydrocarbures imbrûlés (HC)

Le hic, c'est que les chats fonctionnent bien dans une fenêtre AFR étroite, comme le montre cette image:

• Courez trop maigre et le chat aura du mal à éliminer les NOx des gaz d'échappement
• Courez trop riche et votre tuyau d'échappement aura beaucoup plus de contenu HC, CO

Fonctionnement pauvre vs catalyseurs d'échappement:

Le convertisseur catalytique à trois voies installé sur les véhicules à essence ne peut pas fonctionner dans des conditions de moteur pauvre car la réaction des NO _x à l'azote et à l'oxygène est une réaction de réduction, et pour cela, il doit y avoir une oxydation correspondante. Dans le catalyseur à trois voies qui est l'oxydation du CO et des hydrocarbures en CO ₂ . Si un excès d'oxygène était présent, alors l'oxygène, plutôt que les NO _x , agirait comme agent oxydant pour le CO et les HC - car c'est un agent oxydant plus puissant - et les NO _x ne réagiraient pas.

Il existe une technologie pour réduire les NO _x sans la présence de gaz oxydables correspondants dans les gaz d'échappement du moteur et elle est de plus en plus utilisée sur les moteurs diesel, qui fonctionnent au plus pauvre. Cependant, il a besoin de plus d'équipement dans le véhicule, ce qui augmente les coûts et la complexité, et certaines approches nécessitent un additif qui doit être réapprovisionné au fur et à mesure de son utilisation.

La technologie de mélange pauvre a été utilisée dans les moteurs à essence dans le passé, mais n'a peut-être pas réussi à se propager en raison du durcissement des réglementations sur les émissions de NO _x - elle pourrait réapparaître à mesure que la technologie de réduction des NO _x deviendrait plus établie.

Avantages et inconvénients des turbocompresseurs et des suralimenteurs

L'utilisation d'un turbocompresseur ou d'un compresseur permet une puissance de sortie plus élevée pour la même cylindrée du moteur - ou, une cylindrée plus petite pour la même puissance. Cela signifie que le moteur peut être plus petit et plus léger, et que les cylindres plus petits ont des pertes de friction plus faibles. Les derniers petits moteurs à essence tels que la gamme Ecoboost de Ford utilisent généralement à la fois la suralimentation et la turbocompression pour donner un rendement énergétique élevé.

Le principal inconvénient de la suralimentation ou de la suralimentation est la complexité et le coût supplémentaires de l'équipement, mais cela est de plus en plus considéré comme intéressant pour les gains d'efficacité.

Ce n'est pas que le convertisseur catalytique ne peut pas gérer plus d'air en soi, c'est que le fonctionnement pauvre augmente la température de combustion (je ne sais pas pourquoi, mais maintenant je suis curieux) et le convertisseur catalytique doit fonctionner à l'intérieur c'est chimique plage de fonctionnement. Quelque chose à voir avec la chimie que je ne connais pas non plus.

En ce qui concerne les avantages du turbo boost et de la suralimentation, ce n'est pas seulement l'air qui augmente, c'est le mélange air-carburant en proportion correcte qui est augmenté. Plus d'air / carburant pour chaque coup de puissance vous donne plus de puissance. L'inconvénient des turbocompresseurs est qu'avec une mauvaise conception, ils fourniront beaucoup de puissance, mais cette puissance sera en retard sur l'accélérateur.

L'inconvénient des compresseurs est qu'ils sont entraînés par le vilebrequin à travers une courroie, ce qui signifie qu'ils consomment de l'énergie pour faire leur travail. Ils produisent clairement plus d'énergie qu'ils n'en consomment, mais il est toujours réduit de la quantité qu'il consomme. Les turbocompresseurs étant entraînés par les gaz d'échappement, leur seul effet secondaire est une légère contre-pression.

Une autre raison de ne pas le faire sur votre tramway est que cela diminuera votre kilométrage (consommation de carburant plus rapide), et la puissance supplémentaire mettra l'usure d'un moteur qui peut ou non avoir été conçu pour le gérer.

J'espère que cela pourra aider!

Un point supplémentaire à aborder est que plus maigre et plus riche sont liés aux conditions dans lesquelles le moteur fonctionne déjà. En termes de réactions chimiques, les moteurs de voiture ont tendance à être un peu riches par défaut - plus de carburant qu'il n'en faut pour tout l'air - car cela réduit la fréquence des détonations dans le mélange.

Si vous modifiez les choses pour qu'elles soient plus maigres que les conditions de fonctionnement conçues, vous pouvez passer à une combustion stœchiométrique. Cela signifie que tout le carburant est consommé par tout l'air et que les réactions sont exactement équilibrées. C'est aussi aux détonations. Il en résulte un cliquetis (ou un cliquetis) et des dommages aux cylindres et aux pistons. Si vous changez les choses pour le rendre plus maigre suffisamment pour aller au-delà du rapport stœchiométrique, la menace de détonation est réduite, mais si vous vous déplacez trop maigre, vous augmenterez le taux de ratés - plus de dommages au moteur (et au convertisseur catalytique) ).

L'exécution d'un mélange pauvre en soi ne va pas nécessairement provoquer une détonation, un cliquetis ou un cliquetis. Les pilotes d'avions à piston temporisés de l'époque de la Seconde Guerre mondiale utilisaient des mélanges très pauvres sur de longs trajets pour augmenter la portée et il était sûr de le faire lorsqu'ils étaient à l'altitude de croisière et aux réglages de puissance. Vous n'envisageriez jamais de le faire dans une montée ou à une puissance élevée.

Avec un moteur automobile, vous devriez avoir une programmation adaptative qui ajusterait le mélange de riche à pauvre en fonction du niveau de charge du moteur. Sur une route longue distance et nivelée à des vitesses d'autoroute stables, vous pourriez probablement courir maigre une bonne partie du temps, mais pour votre style typique de ville, arrêtez-vous et allez, ou terrain vallonné, vous ne seriez probablement jamais dans une plage de puissance où il serait sûr, efficace ou efficient.

En ce qui concerne les émissions, le fonctionnement sans gaspillage crée certainement des oxydes d'azote, ce qui peut être une préoccupation supplémentaire dans les zones sujettes au smog.

Il y a une raison supplémentaire pour ne pas fonctionner en mode pauvre, qui s'applique très bien aux moteurs turbocompressés - le carburant supplémentaire crée une «couche limite» entre les produits de combustion et la paroi du cylindre. Cela absorbe la chaleur supplémentaire pendant la combustion pour aider à maintenir la température de la chambre dans la tolérance.

Les voitures moddées qui utilisent un turbo / compresseur de suralimentation très élevé sont souvent sur le point de fonctionner trop maigres, dans la mesure où les injecteurs ne peuvent pas fournir suffisamment de carburant pour maintenir cette couche limite, et la pression / température de la chambre de combustion augmente. Dans les cas extrêmes, cela entraîne une détonation / cliquetis et, sous une forte poussée, peut endommager physiquement le piston.

Bonne question. La réponse est que pour éliminer les émissions sans CO2 et fournir une efficacité et une puissance raisonnables, un moteur DOIT brûler le carburant de manière explosive et riche juste avant le PMH, puis le brûler à nouveau maigre après le PMH, et enfin le brûler une troisième fois après que la charge a quitté le cylindre de combustion rapide et entré dans le cylindre de ré-expansion moins chaud et plus lent.