Laajempi juttu, mutta aloitetaan:
"Erilaisilla polttoaineilla testaaminen:
Käytetyt bensiinit olivat Neste 98E, Neste 95E ja Shell V-Power (99+ oktaaninen).
Toivomuksena oli, että eri bensiinejä käytettäessä saataisiin selvyyttä,
kuinka moottorin säätöparametreja joutuisi muuttamaan (polttoainekartat ja
sytytysennakon määrä).
Seossuhteen muutoksen mittaamiseen käytettiin laajakaista ETASlambdamittaria,
joka oli kalibroitu näyttämään oikeita arvoja bensiinillä. On
tärkeää, että käytettään oikein kalibroitua mittaria, koska muuten
mittausarvoissa saattaa olla heittoa.
Mittari sijoitettiin pakosarjassa heti kollektorin jälkeen, koska tässä kohtaa
pakoputkistoa mittaustuloksia voidaan pitää luotettavina. Liian lähelle
pakokanavaa sijoitettu anturi voi ylikuumentua (yli 800 astetta) ja rikkoutua.
Toisaalta liian kauas pakoputkistossa sijoitettu anturi voi antaa virheellisiä
tuloksia johtuen liian alhaisesta lämpötilasta.
Lambdamittari mittaa pakokaasujen palamattoman jäännöshapen määrää
(laiha seos), tai palamattomien hiilivetyjen määrää (rikas seos)
pakokaasuista. Lambda -arvo mittaa, kuinka kaukana seossuhde on
stoikiometrisesta seossuhteesta. Lambda 1,0 on stoikiometrinen seossuhde,
rikas seos on alle 1,0 ja laiha seos yli 1,0.
Ilma-polttoaineseoksesta puhuttaessa viitataan myös AFR-arvoon (Air Fuel
Ratio, suom. ilma-polttoainesuhde). AFR- ja lambda-arvo ovat suorassa
yhteydessä toisiinsa ja kun tiedetään AFR arvo, voidaan lambda laskea.
Verrattaessa Nesteen valmistavia 95- ja 98-oktaanisia polttoaineita ei
havaittu merkittäviä eroja tehon tai väännön suhteen. Myöskään ei havaittu,
että moottorin nakutusherkkyys olisi lisääntynyt käytettäessä matalamman
oktaaniluvun omaavaa bensiiniä.
Kolmantena testatun Shell V-Powerin ero Nesteen bensiineihin oli
mitattavissa. SuperFlow-testaamisjakson aikana havaittiin, että V-Power
antoi saman tehon ja väännön pienemmällä sytytysennakolla (-5 astetta) ja
hieman laihemmalla ilma-polttoaineseoksella (Neste: lambda 0,90; V-Power
0,93). Tuloksista pääteltiin, että V-Powerin palamistehokkuus olisi parempi
kuin Nesteen bensiineillä. Lisäksi oletettiin, että ilma-polttoaineseoksen
optimaalinen seossuhde olisi laihempi, koska sytytysennakkoa tai
polttoainetta ei tarvittu niin paljon parhaan suorituskyvyn saavuttamiseksi.
Tämä antoi aihetta epäillä, että bensiinien kemiallisissa koostumuksissa olisi
eroja.
Kun tutkitaan näiden polttoaineiden eroja, on huomattavaa, että oktaaniluvun
lisäksi polttoaineiden etanolipitoisuuksissa on eroja, Neste 98 sisältää n. 5 %
etanolia, kun taas V-Power-bensiini sisältää etanolia alle 0,1 %.
Lambda-arvon muutos selittyy etanolin määrän erosta bensiinien välillä. Kun
etanolia ja bensiiniä sekoitetaan, muuttuu seoksen stoikiometrinen seos,
etanolin stoikiometrinen arvo on 9:1 (AFR-luku, ilma-polttoaineseoksen
suhdeluku), kun taas bensiinin stoikiometrinen arvo on 14,7:1. Kun näitä
aineita yhdistetään, syntyy seos jonka stoikiometrinen arvo on näiden väliltä.
Stoikiometrin arvo ilmoittaa täydellistä palamista. Yleensä paras teho
saavutetaan kuitenkin hieman rikkaammalla seoksella. Moottori
saavutti parhaan tehon lambda arvon ollessa 0,9-0,94 (vastaa bensiinin
AFR-arvoa 13,2-13,8).
Koska moottorin paras teho saavutettiin hieman laihemmalla seoksella
käytettäessä V-Poweria verrattuna Neste 98E:hen , todettiin tämän johtuvan
etanolista, jota 98E sisälsi. Myös erot sytytysennakoissa selittyisi etanolin
hitaammalla palamisnopeudella, mutta määrän ollessa näin pientä ei uskottu
sen olevan pelkästään siitä johtuvaa. Muutos voi johtua myös bensiinien
muista kemiallisista ominaisuuksista, mutta tarkkaa syytä ei saatu selvitettyä.
Palamistapahtuma:
Normaalin otto moottorin ideaalisessa palamistapahtumassa ilmapolttoaineseos
palaa kontrolloidusti ja säännönmukaisesti palotilassa. Palamistapahtuma alkaa sytytystulpasta noin 5-45 kampiakselin astetta
ennen yläkuolokohtaa, riippuen moottorin kierroksista ja kuormitusasteesta.
Tämä sytytysennakko mahdollistaa palamisprosessille aikaa kehittää korkea
paine oikeaan kohtaan kampiakselikierrosta.
Sytytyshetkellä sytytystulpan kärki- ja sivuelektrodin välille muodostuu
valokaari joka sytyttää ilma-polttoaineseoksen. Syttymisen jälkeen
palorintama etenee palotilassa ja sen lämpötila nousee, mikä edelleen
kiihdyttää palamista ja palorintaman etenemistä. Tämä nopeasti kiihtyvä
palaminen on seurausta liekkirintaman etenemisestä polttoaineseoksessa ja
turbulenttisen pyörteilyn johdosta palavan alueen pinta-ala on suurempi kuin
staattisessa seoksessa.
Normaalissa palamistapahtumassa palorintama etenee seoksessa
polttoaineelle tyypillisten palamisominaisuuksien mukaan. Paine nousee
palotilassa tasaisesti maksimiarvoon, kuluttaen miltei kaiken polttoaineen ja
sylinteripaine laskee männän liikkuessa alaspäin. Tavoitteena on, että
sylinteripaine on korkeimmillaan kun mäntä saavuttaa yläkuolokohdan, tai
hieman sen jälkeen. Tällöin laajeneva kaasu antaa parhaan mekaanisen
hyötysuhteen moottorille.
Nakutus:
Kun normaalisti palavan liekkirintaman ulkopuolelle jäävä palamaton
polttoaine-ilmaseos kuumenee kasvavan palamislämmön ja paineen
vaikutuksesta, nakutusta - eli detonointia - esiintyy. Kyseisiä rajuja
syttymisiä voidaan luonnehtia ilma-polttoaineseoksen kontrolloimattomaksi
räjähdysmäiseksi palamiseksi. Tällöin sylinteripaine nousee korkeammaksi
kuin suunniteltu ja vahingoittaa moottoria. Vahinkojen määrä vaihtelee lievän
nakutuksen aiheuttamasta pienistä pintavahingoista rajun nakutuksen
paineiskun aiheuttamiin mäntä- ja kansivaurioihin.
Nakutusriskiä voidaan vähentää käyttämällä korkeampioktaanista
polttoainetta, rikastamalla ilma-polttoaineseosta (rikkaampi seos sisältää
enemmän polttoainetta, joka sitoo lämpöä, joka taas alentaa palotilan
lämpötilaa), vähentämällä hetkellistä sylinterin maksimipainetta laskemalla
moottorin kierroksia, vähentämällä imusarjan painetta ja näin ollen vähentää
ilman määrää, sekä vähentämällä moottorin kuormitusastetta. Myös suuri
karstan määrä palotilassa voi lisät nakutusriskiä.
Koska nakutus liittyy läheisesti palotilan lämpötilaan ja paineeseen voidaan
nakutusriskiä vähentää jo moottorin suunnitteluvaiheessa. Nakutusriskiä
vähentäviä keinoja ovat esimerkiksi: puristussuhteen pienentäminen,
pakokaasun takaisinkierrätys, sytytysennakon muuttaminen, palotilan
muotoilu ja jäähdytysjärjestelmän riittävä kapasiteetti.
Nakutus aiheuttaa erittäin suuren ja piikkimäisen paineennousun palotilassa,
mutta sen kesto on yleensä hyvin lyhyt. Katsottaessa palamistapahtuman
kuvaajaa huomataan, että ennen sytytyshetkeä sylinteripaine nousee
tasaisesti, mutta nakutushetkellä on havaittavissa korkea piikki
sylinteripaineessa. Tämä korkea paineennousu seuraa vasta varsinaisen
sytytyshetken jälkeen.
Yleinen oletus on, että nakutuksen hetkellä kuultavan äänen aiheuttaa
kahden palamisrintaman kohtaaminen. Nakutushetkellä paineaallot
aiheuttavat moottoriin mekaanisiin osiin resonanssia, joiden taajuus on noin
5000–7000 Hz. Nakutuksen ääni (joka on havaittavissa erityisellä
nakutussensorilla, tai korvin kuultavissa), on siis seurausta moottorin
akustisista reaktioista nakutuksen aiheuttamiin paineaaltoihin. Nakutuksen
taajuus riippuu myös moottorissa käytetyistä materiaaleista (alumiini, teräs).
Esisyttyminen:
Esisyttyminen sekoitetaan monesti terminä nakutukseen. Kyseessä on
kuitenkin kahdesta eri ilmiöstä. Esisyttymisellä tarkoitetaan ilmapolttoaineseoksen
ennenaikaista syttymistä, joka tapahtuu ennen
sytytystulpan kipinän aiheuttamaa seoksen syttymistä. Syttymisen
aiheuttaa jokin muu kuuma kohta palotilassa. Näitä voi olla esimerkiksi väärä
sytystulppa, jonka pintalämpötila nousee liian kuumaksi tai karstan
aiheuttama kuuma piste männän pinnassa tai kannessa. Myös
esisyttymisessä palotilan paine ja lämpötila nousee äkisti. Tämä voi
aiheuttaa nakutusta ja edelleen johtaa esisyttymiseen. Esisyttymisen riskiä
voi yrittää pienentää samoin keinoin kuin nakutustakin".
Lisää:
http://en.wikipedia.org/wiki/Engine_knockingT,
Jukka