Měření bohatosti palivové směsi

V dnešní moderní době je ve většině dopravních prostředků příprava paliva řešena elektronicky se zpětnou vazbou z analýzy výfukových plynů. Pokud je ale oldschool vozidlo s přípravou směsi pomocí karburátoru a je potřeba tento systém seřídit, přijde velmi vhod přenosný analyzátor výfukových plynů. A proč? No protože seřizování karburátorových systémů pomocí jiných metod je většinou dobově někde u opolidí.
Jak to tedy vlastně funguje? Spalovací proces uvnitř válce motoru s vnitřním spalováním krásně popisuje následující stechiometrická rovnice:
$$25\, O_2 + 2\, C_8H_{18}\rightarrow 16 \, CO_2+18\, H_2O + energie$$
Prakticky to popisuje "dokonalé" spalování, kde se 1 gram paliva s 15 gramy vzduchu přemění s nejlepší účinností na oxid uhličitý, vodu a energii (převážně teplo). Zavedlo se používání tzv. bohatosti palivové směsi, což není nic jiného nežli hmotnostní poměr vzduch/palivo, anglicky zkratkou AFR (air-fuel ratio). Směs tedy může být stechiometrická, bohatá (rich) a nebo chudá (lean).

Stechiometrický poměr (podobně jako chudý) směsi sice přináší nejlepší efektivitu spalování, avšak směs hoří vysokou teplotou a značně namáhá části motoru. Proto se bohatost směsi nastavuje spíše na lehce bohatou. Proč? Spalování je sice méně efektivní, teplota spalovacího prostoru je však nižší a výkon motoru může být o něco větší. Spotřeba paliva taky. Detaily jsou objasněny [zde].
Pro měření bohatosti směsi paliva se běžně používá kyslíkový senzor, v česku nejčastěji znám jako lambda sonda. Je to senzor, který právě měří poměr kyslíku vůči zbytku plynné směsi (v našem případě výfukových plynech). O jeho funkci se nebudu rozepisovat, snad jen stojí za zmínku že v dnešní době se používají širokopásmové sondy se kterými je měření velmi přesné.
Taková sonda (nebo i více) je dnes přítomna v každém autě a řídicí jednotka podle toho upravuje bohatost směsi, aby motor běžel optimálně. Hodnota ze senzoru je přepočítána na "reálný" poměr bohatosti paliva, což je bezrozměrné číslo definováno jako
$$AFR=\frac{m_{air}}{m_{fuel}}.$$
Pro čistý oktan je stechiometrický poměr 14,7:1. Hodnota $<14{,}7$ je směs bohatá, hodnota $>14{,}7$ je směs chudá. U atmosférických oktanových motorů je největšího výkonu dosaženo v rozmezí $12{,}5-13{,}3$.

Lambda sondu lze poměrně levně koupit (cena kolem 2k CZK), ale vyplatí se rovnou pořídit komplet se zobrazovací jednotkou, kde tento set je navíc kalibrován výrobcem (cena kolem 4k CZK). Za tu cenu to doma opravdu nikdo nevyrobí, nejvýhodnější je si to prostě koupit. Pořídil jsem tedy jednu jednotku a to konkrétně typ AEM 30-0300.

Vyhřívání lambda sondy v homemade držáku

Tento set obsahuje lambda sondu, zobrazovací jednotku, kabely a upevňovací příslušenství včetně navařovací matice pro lambda sondu. Jednotka také disponuje analogovým a digitálními výstupy, lze ji tedy použít i pro logy. Nádhera.

Držák lambda sondy

Pro sondu jsem vyrobil menší držák/přípravek, který lze nastrčit přímo do výfuku, v tomto případě do IXIL výfuku u SV650.

Měření AFR u SV650

Zprvu měření AFR bylo poměrně divoké (poměr kolísal v rozmezí 15-19). Na vině bylo příliš otevřené ústí trubky, kde docházelo k turbulencím a míchání s okolním vzduchem. Bylo tedy třeba výfukové plyny zpomalit a zajistit, aby se dovnitř nedostával okolní vzduch. Jinými slovy trochu ucpat ústí trubky ven do okolí. Pak se hodnota krásně ustálila s rozptylem 0,3. Do příště to bude chtít vyrobit regulovatelnou škrtící klapku.

AFR u SV650 při volnoběhu a zahřátém motoru

Měření s tímto přípravkem je velice jednoduché a praktické. Byla překontrolována bohatost směsi u SV650 (2x MIKUNI karburátor) a nebylo potřeba nic seřizovat.