Kütusetabel

Kütuse tabel, ka kütusekaart (ingl fuel map), on seaded või juhised mootori juhtajule kontrollimaks sissepritsega sisepõlemismootoritega masinate õhu ja kütuse vahekorda põlemiskambris. See on koostatud tootja poolt kindlale mootori mudelile ning ei ole teiste mootoritega ühilduv.

Lihtsuse mõttes saab seda ette kujutada kahedimensioonilise tabelina, kus ühel teljel on energia hulk, mida on vaja kulutada tööülesande täitmiseks, teisel teljel on mootori pöörded, ning vastavasse asukohta tabelisse on kantud selleks olukorraks optimaalne kütuse ja õhu vahekord.

 Vajadus ja levik 
alt=Pildil on kujutatud 1968. aasta Volkswagen Tüüp 3 originaalses "Peruu rohelises" värvitoonis.|pisi|1968 Volkswagen Tüüp 3
Autotootjad hakkasid esmakordselt katsetama elektrooniliselt juhitud süsteeme, et saavutada suuremat kontrolli põlemiskambris toimuva plahvatuse üle. Esimest korda ilmus antud süsteemiga masin laiemale tarbijaskonnale 1968. aastal Volkswageni poolt toodetud Tüüp 3-s. Seega oli see esimene masstoodetud masin, mis kasutas juhtimiseks kütuse tabelit. 

Alles 1970. aastate lõpus hakkasid valitsuste poolt üha karmimate heitgaaside piirangute tõttu laialdaselt levima kütuse tabelit kasutava juhtajuga varustatud autod. Sellest ajast on kütusekaarte koostatud eesmärgiga, et plahvatus toimuks viisil, mis annaks parima mootori efektiivsuse ning võimsuse tasakaalu. Kuna karburaatoriga autodel ei ole võimalik sisepõlemiskambris olevat kütuse hulka nii täpselt kontrollida, siis oli kütuse kaardi kasutamine ainus viis vähendada heitgaaside kogust. Alles aastaid hiljem hakati seda kasutama ka motospordis võimsuse suurendamiseks.

 Tööpõhimõte 
Kütuse tabel koostatakse inseneride poolt juba mootori ehitamise faasis ning täiustatakse mootori testimisel. Kütusekaarte on mitut liiki. Insenerid on need koostanud võttes arvesse mitmeid tegureid. Masstoodetud igapäevases kasutuses olevatele masinatele on üldiselt koostatud kaardid, mis arvestavad võimalikult suure kütuse ökonoomsusega. Seevastu motospordis on vaja saavutada mootori maksimaalne võimsus ning seega on sellised kütusekaardid teistsugused. Motospordis on lisaks kasutusel erinevad kütuse tabelid erinevate ilmastiku olude jaoks, sest väändemoment peab olema vastavuses teekatte oludega.
alt=Pildil on kujutatud veoautot, millel tuleb väljalasketorust musta värvi heitgaasi. See on näide mittetäielikust põlemisest.|pisi|musta värvi väljaheitegaas on märk mittetäielikust põlemisest
Mootori võimsus ja õhu ja kütuse vahekord ei ole lineaarselt suurenev seos ning seetõttu vanad karburaatoritega mootorid olid saastavamad kui elektrooniliselt juhitud variandid. Põhjus seisneb selles, et ilma kompleksseid mehaanilisi süsteeme kasutamata ei ole võimalik reguleerida kütuse hulka mootoris nii, et seda saaks pöörete suurenedes, kuid koormuse vähenedes, vastavalt vähendada. Seega sattus tihti põlemiskambrisse vajaminevast rohkem kütust, tekitadesmittetäieliku põlemise, mis omakorda põhjustab tahmamist ja süsinikmonooksiidi heite suurenemist.

Enamik sisepõlemismootoritest kasutavad kütusena bensiini, mille peamine komponent on oktaan. Oktaani täielik põlemisvõrrand on järgnev:

25 O2 + 2 C8H18 → 16 CO2 + 18 H2O + energia

Asendades võrrandis oktaani moolide arvu ühega, saame et ühe mooli oktaani täielikuks põlemiseks on vaja 12.5 mooli hapnikku. Arvestades, et õhus on ligikaudu 21 protsenti hapnikku, saame et ühe mooli oktaani põlemiseks on vaja ligikaudu 59.5 mooli hapnikku. Seega on molaarne kütuse ja õhu suhe 59,5. Tegelikkuses kasutatakse aga massi järgi õhu ja kütuse suhet. Seda saame arvutada kui korrutame moolide arvud vastavate molaarmassidega (oktaani puhul 114 g/mol ja õhu puhul ligikaudu 28.97 g/mol) ning jagades saadud õhu massi oktaani massiga. Võttes arvesse ka bensiinis sisalduvaid lisandeid ning kõrvalaineid, saame et ühe massikoguse bensiini jaoks on vaja ligikaudu 14.7 massikogust õhku. 

Seda väärtust nimetatakse stöhhiomeetriliseks õhu ja kütuse suhteks bensiini jaoks. Sellest väärtusest väiksema suhte korral on meil kütust üleliia ning toimub mittetäielik põlemine, kus lisaks süsihappegaasile tekib põlemisel ka süsinikmonooksiidi ja põlemata kütus avaldub tahmamisena. Niimoodi ei saavutata maksimaalset põlemistemperatuuri ega saada kätte maksimaalset energiat. Suurema väärtuse korral on õhku üleliia ning põlemiskambrisse sattunud liigne õhk jahutab mootorit ja seega tekib energia kadu.

 Kütuse tabeli koostamine 
Praktikas, aga ei kasutata peaaegu kunagi stöhhiomeetrilist suhet. See tuleneb sisepõlemismootori eripäradest ja teadmisest et ideaalset soojusmasinat ei ole võimalik ehitada. Seega saavutatakse suurim võimsus väiksema suhtega, sest liigne kütus aitab kaasa jahutamisel ning nii välditakse ülekuumenemist. Tekkinud põlemata süsiniku osakesed on head juhtimaks soojust silindrist välja. Lisaks aitab suurem kütuse kogus kaasa ühtlasele põlemisele silindris ja kütuse atomiseerumisele, mis omakorda vähendab kolbide vibreerimist. Lisaks saavutatakse suurim kütuse kokkuhoid kasutades suuremat õhu ja kütuse suhet, sest konstantsel kiirusel sõites ei ole vaja ära kasutada kogu kütusest saadud energiat ning suurem õhu kogus aitab mootorit hoida paremini töötemperatuuril.  

Seega on kütuse tabeli koostamisel vaja võtta arvesse, et kas eesmärk on saavutada maksimaalne võimsus, maksimaalne väändemoment või maksimaalne ökonoomsus. Algselt koostatud tabelid on suures osas teoreetilised ning arvutatud kasutades matemaatilisi võrrandeid. Täpsem tuunimine saavutatakse testimisel kasutades mootori pöörete vahemikus erinevat koormust. 

 Kütuse tabeli kujutamine 
Kütuse tabel on mootori juhtaju jaoks kolmedimensiooniline andmestruktuur. Üldjuhul sõnastikku salvestatud inimese poolt ettemääratud või arvuti poolt koostatud andmed. Kütuse tabeli kujutamisel on kasutusel kaks erinevat meetodit.  

Peamiselt on enamlevinud variant arvuline 2D tabel. Tabel koosneb kahest teljest ja telgedele kantud lahtritest. X-teljel on kujutatud mootori pöörete vahemik, määratud jaotisega tühikäigust maksimaalse mootori kiiruseni, ning y-teljel on kujutatud sarnaselt mootori koormus täielikust mootori seisakust kuni tootja poolt määratud lubatud suurima koormuseni. Lahtritesse on kantud vastav õhu ja kütuse suhe, mida mootori juhtaju peab järgima. Sellisest kujutusviisist on lihtne aru saada, sest kahedimensioonilisi graafe on parem lugeda, kuid samas on seal ka lihtne muudatusi teha. Sellise kujutamise halvaks küljeks on andmete puudus. Sedasi piirkonniti märkides ei saa ilma suure lahtrite arvuta teha väga täpseid muudatusi ning suure hulga andmeid genereerib arvutiprogramm. 

Täpsem on kasutada 3D graafi. Sellisel graafil on sarnaselt 2D graafile kujutatud x-teljel pöördeid ja y-teljel mootori koormust, kuid enam ei ole õhu ja kütuse suhe määratud lahtritena, vaid selleks on võetud kasutusele z-telg. Sedasi märkides saame vaadata kõiki mootori olukordi täpselt ning see on kõige lähedasem kujutusviis tegelikkusele. Muuta saab teoorias kõiki punkte ning koostada väga täpse tabeli. Sellist kujutusviisi kasutavad peamiselt spetsialistid motospordis või tehastes, kus on oluline suur täpsus ning 3D graafi lugemine ja ajakulu ei ole probleemiks. 

Viimaseks on mõlema kujutusviisiga märgitud ka värv. See ei oma mingit arvulist tähtsust ning on ainult kasutatud disaini eesmärgil, et teha tabeli lugemist lihtsamaks. Sinised ja rohelised toonid tähistavad kütuse ülekaalu segus, ehk õhu ja kütuse suhte väärtus jääb nendel aladel alla stöhhiomeetrilise suhte. Lisaks on sinised alad väiksema väärtusega kui rohelised. Kollased ja oranžid toonid tähistavad väärtuseid, mis on väga lähedal stöhhiomeetrilisele suhtele. Kollaselt kujutatud toonid jäävad natuke alla stöhhiomeetrilise suhte ning oranžilt kujutatud toonid jäävad natuke üle stöhhiomeetrilise suhte või on sellega võrdsed. Viimaks tähistavad punased ja lillad toonid väärtuseid, mis on suuremad, kui stöhhiomeetriline suhe. Lillalt kujutletud väärtused on arvuliselt suuremad kui punaselt kujutletud väärtused. Tihti ei kasutada bensiinimootoritele mõeldud kütuse tabelites lillat värvi, sest selle värviga kujutatakse väärtuseid, mis on bensiinimootoris kasutamiseks liiga kõrged. Seega on lillad toonid levinud eelkõige diiselmootoritele loodud kütuse tabelites, kuna diislikütus vajab täielikuks põlemiseks rohkem hapnikku. 

 Viited 

Kategooria:Autondus