Koeficient presežka zraka je brezdimenzijska številka, ki izraža razmerje med dejansko količino zraka v mešanici in teoretično količino (stehiometrično količino) zraka, ki ustreza uporabljenemu gorivu. Koeficient presežka zraka, v angleščini imenovan Air-Fuel Ratio, je označen z grško črko λ (lambda).

Tako definiran koeficient se uporablja predvsem na področju motorjev z notranjim zgorevanjem, saj je nujen parameter za pripravo zmesi. Koeficient presežka zraka tako temeljito izraža stopnjo bogatosti mešanice. Vsako gorivo za popolno zgorevanje potrebuje drugačno količino zraka.

Vsebina

• Glede na vrednost koeficienta presežka zraka lahko zgorevalno mešanico razdelimo na
• Vpliv sestave mešanice na parametre motorja
• Zgorevanje stehiometrične mešanice
• Bogato zgorevanje mešanice
• Zgorevanje redke mešanice
• Vpliv sestave mešanice na komponente motorja
• Faktor presežka zraka λ: Kaj pomenijo specifične vrednosti?

Na primer, 1 kg običajnega avtomobilskega bencina, odvisno od njegove sestave, potrebuje približno 14,7 kg zraka za popolno zgorevanje. Pri dizlu je za 1 kg goriva potrebnih od 15 do 15,5 kg zraka. Če torej ohranimo popolno razmerje med gorivom in zrakom v mešanici, bo vrednost koeficienta presežka zraka dosegla 1 (λ = 1). V tem primeru govorimo o stehiometrični zmesi.

Glede na vrednost koeficienta presežka zraka lahko zgorevalno mešanico razdelimo na:

• Če mešanica vsebuje natanko stehiometrično količino zraka λ = 1, jo imenujemo stehiometrična (vsebuje pravilno razmerje zraka za popolno zgorevanje goriva)
• Če mešanica vsebuje več zraka λ > 1, jo imenujemo revna ( vsebuje manj goriva, kot ga lahko zgori)
• Če mešanica vsebuje manj zraka λ < 1, se imenuje bogata (vsebuje več goriva, kot ga lahko zgori)

Pri različnih režimih delovanja motorja pa se spreminjajo delovni pogoji motorja in s tem tudi zahteve glede količine dovedenega goriva.

Tipični načini delovanja motorja, pri katerih je treba prilagoditi sestavo mešanice, so na primer:

• hladen zagon
• hladen motor
• ogrevanje motorja
• pospeševanje
• pojemek
• prosti tek
• klimatska naprava vključena
• polna obremenitev
• nadmorska višina

Vpliv sestave mešanice na parametre motorja:

Glede na koeficient presežka zraka pri enakih pogojih motorja vpliva na:

• poraba goriva
• zmogljivost motorja
• količina emisij
• enakomernost delovanja motorja
• toplotna obremenitev motorja

Vsi ti parametri so odvisni od sestave mešanice. Vendar se dejansko mešalno razmerje zmesi bistveno razlikuje od teoretičnega. Določen je s temperaturo, hitrostjo in obremenitvijo motorja.

Mešano razmerje, pri katerem zmogljivost, emisije in poraba dosegajo najboljše vrednosti, je edinstveno ne samo za vsak motor, ampak tudi za vsak način delovanja motorja.

Zgorevanje stehiometrične mešanice:

Teoretično pri zgorevanju stehiometrične mešanice ne bi smelo prihajati do emisij. V praksi pa je situacija drugačna. Zaradi nezadostne homogenizacije goriva in njegove interakcije z drugimi snovmi (motorno olje, primesi v gorivu, vpliv dušika iz zraka) ter kratkega časa, v katerem mora potekati proces zgorevanja, prihaja do nastajanja emisij.

Ker motorji običajnih avtomobilov delujejo predvsem pri delni obremenitvi, so za to delovanje zasnovani tako, da je njihovo delovanje v tem načinu kar se da učinkovito. Pri tem načinu delovanja je torej delo s stehiometrično mešanico primeren kompromis med zmogljivostjo, porabo goriva in količino proizvedenih emisij.

Poleg tega morajo motorji današnjih avtomobilov predvsem izpolnjevati mejne vrednosti emisij, zato se zdi uporaba stehiometrične mešanice (λ = 1) najprimernejša, saj ima takrat katalizator največjo učinkovitost in motor je torej najbolj ekološki.

Bogato zgorevanje mešanice:

Pri zgorevanju bogate zmesi poteka zgorevanje hitreje, odvečno gorivo pa z izhlapevanjem zniža maksimalno temperaturo, kar zagotavlja notranje hlajenje skupine valjev, kar posledično omogoča povečanje kompresijskega razmerja motorja.

Sorodni članek - 

Kompresijsko razmerje: Ste vedeli, kaj označuje in kakšen vpliv ima na motor?

Zahvaljujoč temu se poveča moč motorja, hkrati pa se poveča tudi njegova poraba, saj vse gorivo ne zgori popolnoma in del njegove energije ostane neizkoriščen.

V tem načinu gredo vsi drugi parametri na stran in glavni parameter postane zmogljivost. Zmes je tako obogatena (λ < 1), da se doseže največja možna zmogljivost motorja.

Zgorevanje redke mešanice:

V režimu zgorevanja revne zmesi je dosežena najmanjša poraba in tako koeficient presežka zraka doseže vrednost (λ > 1). Pri nizki obremenitvi motorja zmogljivost ni zanimiva, zato postane prioriteta poraba goriva. V takem primeru je jasna izbira za ta način nastavitev rahlo revne mešanice (λ > 1), s katero dosežemo največje prihranke goriva.

Vpliv sestave mešanice na komponente motorja:

Bogata mešanica ima pomemben učinek pri zaščiti motorja, saj gorivo, ki ne zgori, z izhlapevanjem odvzema toploto iz zgorevalne komore in tako zagotavlja učinkovito hlajenje zgorevalne komore. Hladilni učinek se povečuje z bogastvo mešanice, kar je še posebej pomembno pri izjemno obremenjenih motorjih. To je glavni razlog za izgorevanje bogate mešanice pri največji obremenitvi motorja.

Z bogatostjo zmesi pa ni treba pretiravati, saj se nezgorelo gorivo spira oljni film s sten valjev, kar povečuje nevarnost zagozdenja bata. Poleg tega se s tem poveča nastajanje ogljika, katerega usedline preprečujejo odvajanje toplote iz zgorevalne komore.

Sorodni članek - 

Detonacijsko izgorevanje: kaj je to in kaj ga povzroča?

V primeru zgorevanja revne zmesi obstaja nevarnost odsotnosti notranjega hlajenja, kar lahko povzroči toplotno preobremenitev nekaterih komponent motorja, na primer bati, ventili in ((svečke) ). Višje lokalne temperature v jeklenki pa znatno povečajo nevarnost detonacijskega izgorevanja.

Notranje hlajenje goriva pa se lahko uporablja le pri ((iskrnih) motorjih), ker lahko delajo z bogato mešanico zaradi daljšega časa za njeno pripravo (gorivo vstopi v valje skupaj z zrakom ali se vbrizga v valj med sesalnim taktom).

Pri dizelskih motorjih, kjer se gorivo vbrizga v valj in se hkrati začne faza zgorevanja, bi bogata mešanica, ki se ne meša dobro z zrakom, povzročila prekomerno dimljenje. To pomeni, da je tudi pri polni obremenitvi dizelskega motorja koeficient presežka zraka le blizu stehiometrične mešanice, tako da je dosežena najvišja možna zmogljivost.

Faktor presežka zraka λ: Kaj pomenijo specifične vrednosti?

• <0,5-spodnjamejavnetljivosti(bogatazmes),mešanicagorivainzrakanivečvnetljiva
• <1-bogatazmes,pomanjkanjezraka,povečanamočinnavor
• 0,9-največjinavor,dobrodelovanjemotorja,slabšaspecifičnaporaba
• 0,9do1,1-teoretičnoprimernamešanicagorivainzraka
• >1 - revna mešanica, presežek zraka, varčevanje z gorivom, varčno delovanje
• 1,3 do 1 ,5 - zgornja meja vnetljivosti zmesi (revna zmes), zmes goriva in zraka ni več vnetljiva
• 1,6 do 1,7 - zgornja meja vnetljivosti zmesi za motorje s plastno mešanico

Na splošno pa pravilno delujoč motor pri pravilni temperaturi in obremenitvi gori:

Dizelski motor - zgoreva nehomogeno (razslojeno) zmes z velikim presežkom zraka. Zmes je revna, ima večji delež zraka, kot bi pripadal določeni količini goriva, zato je koeficient presežka zraka λ > 1.

Bencinski motor s posrednim vbrizgom - zgoreva homogeno mešanico. Koeficient deleža zraka je λ = 1 in takšno mešanico imenujemo stehiometrična.

Bencinski motor z neposrednim vbrizgom - zgoreva homogeno, a tudi nehomogeno (slojasto) mešanico. Pri homogeni mešanici se med sesalnim taktom v zgorevalno komoro vbrizga odmerek goriva λ = 1.

Pri stratificirani zmesi se gorivo med kompresijskim taktom vbrizga v vrtinčen zrak, kar ustvari lokalno homogeno zmes v območju vžigalne svečke. V drugih prostorih valja pa je revna zmes, zato je koeficient presežka zraka λ > 1.

Video, v katerem Engineering Explained razlaga koeficient presežka zraka (v angleščini):