Piston Engines Lesson 4 #ATPL
Summary
TLDREl guion trata sobre la relación entre aire y gasolina en motores de combustión interna, destacando que la combustión completa ocurre con una proporción de aire a gasolina de 14.7:1, conocida como la relación estociométrica. Sin embargo, para evitar detonaciones y mejorar el rendimiento, se utiliza una mezcla ligeramente más rica. La mezcla se ajusta según la velocidad del motor y la salida de potencia, siendo más rica durante el arranque y el funcionamiento lento, y más débil para vuelo económico. También se menciona la importancia de la regulación de la mezcla en función de la altitud y la utilización de instrumentos como el medidor de temperatura de gases de escape para ajustar la mezcla adecuada.
Takeaways
- 🔥 La mezcla de aire y vapor de gasolina se quema en proporciones que varían entre 8:1 y 30:1.
- ⚖️ La relación de aire a gasolina de 14.7:1 es conocida como la relación estociométrica o químicamente correcta, donde ocurre la combustión completa.
- 🚫 La mezcla químicamente correcta no siempre produce los mejores resultados en un motor de pistón debido al riesgo de detonación.
- 💨 En sistemas de inducción de carburador, la mezcla y distribución de los partículas de aire y combustible no es perfecta, lo que puede afectar el rendimiento.
- 🌡️ Al correr el motor con una mezcla más rica, no se pierde mucho poder ya que el exceso de combustible solo reduce levemente la eficiencia volumétrica del motor.
- 💨 Al correr el motor con una mezcla más débil, la reducción de potencia es significativamente mayor ya que parte del oxígeno inspirado no se utiliza.
- 🛫 Es común correr motores de aviones con carburadores en una mezcla un poco más rica que la químicamente correcta para garantizar un rendimiento óptimo.
- 📉 La consumo específico de combustible disminuye a medida que la mezcla se enfraquece por debajo de 15:1, lo que es útil para vuelos de巡航.
- 🔥 Las mezclas muy débiles pueden causar sobrecalentamiento y estragos en los componentes del motor, como la válvula de escape.
- 📊 Las necesidades de la mezcla varían con la velocidad del motor y la salida de potencia, lo que se refleja en las curvas de mezcla de aire-combustible típicas.
Q & A
¿Cuál es la proporción de aire a gasolina que se considera rica y en qué casos se utiliza?
-La proporción de aire a gasolina que se considera rica es de 8 a 1, y se utiliza en algunos motores de automóviles que funcionan con combustión deficiente.
¿Cuál es la proporción de aire a gasolina conocida como la relación estociométrica y por qué es importante?
-La proporción de aire a gasolina conocida como la relación estociométrica es de 14.7 a 1 por peso. Es importante porque en esta proporción, todo el oxígeno en la carga se combina con todo el hidrógeno y carbono durante la combustión.
¿Por qué no se utiliza la mezcla químicamente correcta en motores de pistón para obtener los mejores resultados?
-La mezcla químicamente correcta no da los mejores resultados en motores de pistón porque la temperatura de combustión es tan alta que puede causar detonaciones y perder potencia.
¿Cómo afecta una mezcla ligeramente rica el rendimiento del motor en comparación con una mezcla más débil?
-Una mezcla ligeramente rica no afecta mucho el rendimiento del motor, ya que todo el oxígeno todavía se consume y el exceso de combustible simplemente reduce ligeramente la eficiencia volumétrica del motor. En cambio, una mezcla débil reduce rápidamente el poder ya que parte del oxígeno inspirado no se utiliza.
¿Por qué es común correr motores de aeronaves con carburadores con una mezcla ligeramente rica en comparación con la mezcla químicamente correcta?
-Es común correr motores de aeronaves con carburadores con una mezcla ligeramente rica, alrededor de 12.5 a 1, para asegurarse de que ningún cilindro funcione con una potencia severamente reducida debido a una mezcla demasiado débil.
¿Cómo se ven afectados el rendimiento y el consumo de combustible cuando se utiliza una mezcla más débil que la relación estociométrica?
-Cuando se utiliza una mezcla más débil que la relación estociométrica, el rendimiento disminuye debido a que la combustión es más lenta y se quema a una temperatura más baja. Sin embargo, el consumo específico de combustible disminuye ya que la eficiencia aumenta debido a la combustión más fría y la disminución en la ocurrencia de detonaciones.
¿Qué sucede con los gases de escape cuando se utiliza una mezcla extremadamente débil?
-Con mezclas extremadamente débiles, los gases todavía pueden estar quemando cuando se abre la válvula de escape, exponiendo la válvula a altas temperaturas que pueden causar fracturas o deformaciones. Además, el calor de los gases de escape que permanecen en el cilindro puede causar retonos en el sistema de admisión.
¿Cómo varía el requerimiento de mezcla de aire-combustible según la velocidad del motor y la salida de potencia?
-El requerimiento de mezcla de aire-combustible es dependiente de la velocidad del motor y la salida de potencia. Se requiere una mezcla rica para arranque y funcionamiento lento, mientras que para vuelo de crucero se puede utilizar una mezcla más económica.
¿Cómo se puede mantener la mezcla correcta en un motor de aeronave que opera a diferentes altitudes?
-Para operar eficientemente un motor de aeronave a diferentes altitudes, es necesario tener algún método de definir y regular la intensidad de la mezcla. Se pueden utilizar métodos basados en el cambio en la velocidad del motor o en la lectura de la temperatura de los gases de escape.
¿Qué indica el sistema de temperatura de los gases de escape y cómo se utiliza para ajustar la mezcla de aire-combustible?
-El sistema de temperatura de los gases de escape utiliza una termocupla colocada en el tubo de escape del cilindro más caliente, que produce una tensión directamente proporcional a su temperatura. Al ajustar la mezcla hacia la posición más débil, la temperatura alcanzará un pico en la relación de 15:1. Luego, se debe ajustar la mezcla hacia la posición rica para disminuir la temperatura de los gases de escape, buscando la configuración que el manual de vuelo especifique como ajuste adecuado.
Outlines
🔥 Combustión de aire y gasolina
El primer párrafo explica la relación entre aire y gasolina en la combustión. Se menciona que la mezcla perfecta de aire y gasolina se encuentra en una proporción de 14.7 a 1 por peso, conocida como la relación estequiométrica. Sin embargo, en motores de pistones, esta relación no siempre es la más eficiente. La mezcla perfecta puede causar detonaciones y pérdida de potencia. En motores carburadores, la mezcla puede variar, lo que afecta el rendimiento. Se sugiere que en vuelos de crucero se utilice una mezcla más rica para evitar problemas de combustión y detonaciones.
🛫 Curvas de mezcla de aire-gasolina en aviones
Este párrafo describe cómo las curvas de mezcla de aire-gasolina varían según las condiciones del motor. Se destaca la necesidad de una mezcla rica para arranque y funcionamiento lento, ya que el motor está frío y la evaporación de la gasolina es limitada. También se menciona la influencia del timing de las válvulas en la mezcla de aire-gasolina. Durante el crucero, el piloto puede elegir entre una mezcla más económica o una que ofrezca mejor rendimiento. En situaciones de mayor potencia, como subida o despegue, la mezcla se enriquece para evitar detonaciones. Se discute cómo el aumento de altitud afecta la mezcla debido a la disminución de la densidad del aire.
📊 Métodos para controlar la mezcla de aire-gasolina
El tercer párrafo trata sobre los métodos para controlar la mezcla de aire-gasolina en un motor de avión. Se describe cómo el movimiento del control de mezcla desde una posición rica hacia una más débil afecta la velocidad de giro del motor y cómo esto puede ser utilizado para determinar la mezcla correcta. También se explica el uso del medidor de temperatura de gases de escape, que se basa en la temperatura de los gases en la válvula de escape, para ajustar la mezcla. Se sugiere que la mezcla se debe ajustar hacia una temperatura más baja para evitar detonaciones y mejorar el rendimiento.
Mindmap
Keywords
💡Combustión completa
💡Relación estociométricas
💡Mezcla rica
💡Mezcla débil
💡Detonation
💡Eficiencia volumétrica
💡Inducción
💡Ignición
💡Temperatura de gases de escape
💡Altitud
Highlights
空气和汽油蒸汽在8:1到30:1的比例范围内混合时会燃烧。
完全燃烧仅在14.7:1的空燃比时发生,这是化学上正确的比例。
化学上正确的空燃比为15:1,但这不是活塞发动机的最佳工作比例。
在化油器系统中,空气和燃料颗粒的混合和分布不完美,导致混合比例在不同部分有所不同。
略微富油的混合对动力影响不大,因为所有氧气都被消耗了。
运行在弱混合比的发动机会迅速减少动力,因为部分吸入的氧气没有被利用。
弱混合比除了燃烧温度较低外,燃烧速率也比化学正确比例慢。
在经济巡航时,可以使用18:1的空燃比,并需要提前点火时机。
非常弱的混合可能导致排气阀打开时气体仍在燃烧,从而暴露阀门于高温。
混合需求最终取决于发动机转速和功率输出。
启动和慢速运行时需要富油混合,因为发动机冷启动时缺乏热量帮助燃料蒸发。
在巡航飞行中,飞行员可以选择经济巡航或性能巡航的混合比。
当需要更高功率时,如爬升,混合比会富化到大约11:1。
当全功率选择时,混合比必须富化到大约10:1,以确保没有气缸因混合过稀而动力严重下降。
随着飞行高度的增加,空气密度降低,如果不调节,混合比会变得更富。
为了在高空有效操作发动机,必须有方法来定义和调节混合强度。
通过观察发动机转速的变化,可以手动调节混合比以找到化学正确的混合比。
利用排气气体温度表也可以调节混合比,它通过热电偶测量最热气缸的排气温度。
Transcripts
[Music]
although air and gasoline Vapor will
burn when mixed in proportions ranging
between 8 to 1 which is considered to be
rich and 30 to1 which is used in some
lean burn automobile
engines complete combustion only occurs
with an air gasoline ratio of 14.7 to1
by
weight this ratio is termed the
stochiometric or chemically correct
ratio at this ratio all of the oxygen in
the charge combines with all of the
hydrogen and carbon during
combustion for the purposes of this
lesson we'll restrict our numerical
definition of the chemically correct
ratio to two significant figures thus
we'll specify 15:1 as a chemical correct
ratio for air and
gasoline it's important to remember that
the chemically correct mixture does not
give the best results in a piston engine
because the temperature of combustion is
so high at this ratio that power can be
lost through
detonation in practice particularly in a
carburetor induction system mixing of
the air and fuel particles and their
distribution is less than perfect this
results in some parts of the induction
system having a richer mixture and
others having a weaker mixture than the
optimum
strength this variation in mixture
strength may even exist between one
cylinder and another adjacent to it as
is evident in this example of a simple
Automotive twin carburetor induction
system where the difference in the
distance that the air fuel stream has to
travel between the carburetor and say
the number one and number two cylinders
will have a quantifiable effect on per
performance having a slightly Rich
mixture does not have much effect on
power since all of the oxygen is still
consumed and the excess of fuel merely
serves to slightly reduce the effective
volumetric efficiency of the
engine in fact the cooling effect of the
evaporating fuel can to some extent be
beneficial in cooling the charge
temperature below the level where it
might otherwise
detonate running the engine on a weak
mixture however
rapidly reduces power since some of the
inspired oxygen is not being utilized
the power reduction thus suffered is
much greater than that which results
from a slight richness of
mixture it is therefore quite common to
run aircraft engines which are fitted
with carburetors when maximum power
rather than best fuel economy is the
objective that's somewhat richer than
the chemically correct mixture for
example about 12.5 to1 to ensure that no
cylinder is left running at severely
reduced power from being unduly
weak a mixture which is weaker than the
chemically correct ratio besides burning
at a lower temperature than that which
would occur with the chemically correct
ratio also Burns at a slower rate than
the chemically correct ratio because of
the greater proportion of nitrogen in
the
cylinder power output thus decreases as
the mixture is weakened but because of
the increase in efficiency which results
from cooler burning and the associated
decreased occurrence of detonation the
fall in power is proportionally less
than the decrease in fuel
consumption thus the specific fuel
consumption decreases as the mixture
strength is weakened below
15:1 for economical cruising at moderate
Power air fuel ratios of 18:1 may be
used and advancing the ignition timing
being necessary to allow for the slower
rate of
combustion the current number number of
modern aircraft with the facility to
vary the ignition timing in Flight is
limited however following the recent
introduction of electronic engine
control a rise in this number is
likely with extremely weak mixtures the
gases may still be burning when the
exhaust valve opens exposing the valve
to high temperatures which may cause the
valve to crack or
distort as the inlet valve opens the
heat of the exhaust gases remaining in
the cylinder may still be so high that
it could ignite the mixture in the
induction system and popping back occurs
through the induction
manifold this slow burning also causes
overheating because a certain amount of
the heat generated in combustion is not
converted into work by expanding the
gases in the cylinder as it should be it
therefore remains in the cylinder and
has to be dissipated by the cooling
system the mixture requirement is
ultimately dependent upon engine speed
and power output this diagram shows
typical air fuel mixture
curves note that a rich mixture is
required for starting and slow running
there are two reasons for
this the first reason concerns the fact
that fuel will only burn when it's
vaporized and is mixed with air when
first starting the engine will be cold
and there is little heat to assist the
vaporizing process therefore only the
lightest fractions of the fuel will
vaporize to make sure that there is
sufficient fuel vapor in the cylinders
to support combustion a rich mixture is
therefore
required the second reason concerns the
valve timing as we've already learned
the exhaust valve timing is given a
certain amount of lag so that full
advantage can be taken of the
considerable inertia of the gases at
normal engine speeds to obtain efficient
Scavenging of the burnt gases and to
give impetus to the incoming
charge however as engine speed reduces
the gas velocity Falls and more of the
burnt gases remain in the cylinder
whilst at still lower speeds such as
idling speed there is the tendency for
exhaust gases to be sucked back into the
cylinder by the descending piston before
the exhaust valve
closes the consequent dilution of the
induction gases is such that to maintain
smooth running a rich mixture is
required the cruise portion of the DI
shows that this is really the only time
during which the pilot has any choice in
what mixture to
set if time is No Object then during
cruising flight only moderate power is
required from the engine thus an economy
Cruise setting of approximately 17.4 to1
can be used fuel consumption will
decrease
accordingly on the other hand if speed
is of the essence then a mixture setting
which gives performance Cruise power can
be selected say somewhere in the region
of 14.4
to1 the fuel consumption will of course
rise in some cases by as much as
20% when higher power is required for
instance when climbing the mixture is
enriched to about
11:1 the extra fuel in vaporizing cools
the mixture and reduces the tendency to
desonate when full power is selected for
takeoff the mixture must be enriched to
about 10
to1 apart from the cooling effect the
excess fuel is wasted or there is
insufficient oxygen available for it to
burn
completely the higher power results from
a greater weight of charge induced in a
given time and not because of mixture
enrichment in practice excess fuel vapor
is not scavenged as Vapor because the
oxygen is shed out to some extent so
that carbon monoxide is produced during
combustion as well as carbon
dioxide with very rich mixtures some of
the carbon fails to combine with oxygen
tall and is exhausted as black
smoke because the density of the air
decreases with increase of altitude as
the aircraft altitude increases the
weight of air drawn into the cylinder
decreases for a given intake velocity
the pressure drop in the carburetor vuy
will decrease as ambient density
decreases
however the fuel flow due to this
pressure drop will not decrease by the
same proportion and so the mixture will
become
richer if we are to operate the engine
efficiently when flying at altitude then
it becomes imperative that we have some
method of defining and regulating the
mixture
strength we'll look at two methods which
can be used to maintain the the correct
mixture
control the first method that we'll
examine presumes some knowledge of the
effects that mixture change will have on
the
engine bear in mind that as the mixture
control is moved from fully Rich to a
weaker setting the air fuel ratio
approaches the chemically correct value
of approximately 15
to1 at this ratio all of the air and
fuel are consumed and the heat released
by combustion is at its
maximum more heat means more power with
a fixed pitch propeller the RPM will
rise and air speed will increase as more
power is
produced if the mixture is weakened even
more the RPM will
drop pushing the mixture control back to
where the chemically correct mixture was
found will bring the engine speed back
up but this cannot be maintained without
risking the generation of
detonation to prevent this happening the
mixture control should be moved to a
slightly richer position when the RPM
will fall
slightly the second method utilizes the
exhaust gas temperature
gauge the exhaust gas temp temperature
system is powered by a thermac couple
which is fitted into the exhaust pipe of
the hottest cylinder on the engine the
thermac couple produces a voltage which
is directly proportional to its
temperature the voltage is indicated on
a gauge which is calibrated to show
exhaust gas
temperature if the mixture control is
moved towards lean the temperature will
Peak at the ratio of
15:1 it should be remembered that this
ratio should not be used used as
detonation can
occur the mixture control should then be
moved from the peak exhaust gas
temperature position towards rich and
the exhaust gas temperature will
drop the aircraft's flight manual will
specify a temperature drop which will
give the rich crew setting this
concludes the lesson on mixture
[Music]
oh
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