Еще раз об эффективности ДВС Червякова
Я пообещал Владимиру Ивановичу рассказать о том почему, на мой взгляд, он достиг на своем автомобиле улучшения топливной экономичности, увеличив степень сжатия и установив более поздний угол зажигания. Хочу обратить внимание, что Владимир Иванович продолжает упорно утверждать, что причиной этому является придуманное им большее переменное плечо, на которое действует газовая сила. Никакие мои попытки объяснить ему абсурдность этих утверждений на него действия не имеют. Еще одну причину улучшения топливной экономичности он видит в том, что цикл с подводом тепла на расширении является более экономичным, что тоже противоречит известным фактам. Его утверждение о том, что мощность двигателя после доработки возросла до 98 сил, вообще комментировать не хочется. Ну не может человек на глазок определять мощность, нельзя такие вещи писать - это только вызывает сомнения и в остальных озвучиваемых цифрах. Позиция Червякова такова - раз автомобиль стал более экономичным, то то, что я утверждаю верно.
Еще раз о методе определения крутящего момента через переменное плечо
(только для Владимира Ивановича, всем другим просьба не читать)
Владимир Иванович утверждает, что метод расчета крутящего момента, применяемого в двигателестроении не верен, и предлагает считать его через придуманное им переменное плечо. Причем утверждает он это уже давно, но до сих пор так и не удосужился привести свою формулу расчета. Если же взять и вывести, наконец, эту формулу, то совершенно очевидно, что она будет точно такой же, как и используемая. Но при этом именно метод, предлагаемый Владимиром Ивановичем, неверен.
Для того чтобы убедится в этом достаточно снять картер и посмотреть что есть в двигателе – ну нет там никакого переменного плеча, есть шатун который действует на шатунную шейку, находящуюся на постоянном расстоянии от оси вращения. И действует этот шатун на шейку под разными углами. И имеющаяся методика расчета как раз это и учитывает – она раскладывает силу, действующую на шейку через шатун на две составляющие – перпендикулярную к оси кривошипа и действующую вдоль этой оси.
И неверность методики расчета, предлагаемой Владимиром Ивановичем, несмотря на ту же формулу крутящего момента, состоит в том, что при подобном расчете пропадает сила, действующая воль оси кривошипа. Нахождение этой силы тоже необходимо для последующего расчета и подшипников и коленвала двигателя. Более того, именно имеющаяся методика расчета отражает физическую сущность процессов происходящих в кшм.
Что мы имеем
Есть доработанный двигатель, степень сжатия в котором повышена и установлен более поздний угол зажигания. При этом экономичность автомобиля возросла, по утверждению автора, чуть ли не в два раза.
Хотел найти внешние характеристики современных двигателей ВАЗ, но выяснилось что это теперь коммерческая тайна. Нашел только график удельного расхода для двигателя копейки, минимум которого находится на уровне около 220 гр./ л. с. в час. Даже если предположить, что двигатель значительно улучшен по своей экономичности до 200 гр./л. с. в час, хотя чего мелочиться, пусть будет 180 (у дизелей бывают такие расходы), то можно прикинуть КПД серийного двигателя. Учитывая, что 1 л. с. в час это 2,6478МДж, а теплотворная способность бензина около 44 МДж/кг, то есть в 180 гр. содержится 44*0,18=7,92МДж получаем КПД серийного двигателя КПД = (2,6478/7,92)*100 = 33%.
Так что утверждения Владимира Ивановича о возможном КПД двигателя в 60 процентов выглядят, вроде, вполне логично. В самом деле, если серийный автомобиль тратит 8 литров на сотню, а доработанный 4, то, наверное, КПД увеличился в 2 раза и стал больше 60%.
При этом вроде бы определились, что никакое плечо ни на что не влияет, что же остается подвод тепла на расширении на самом деле так выгоден?
Но есть опыт использования дизелей с наддувом, в котором для ограничения максимального давления в цилиндре применяется поздний впрыск топлива. И этот опыт говорит о том, что данный метод ухудшает топливную экономичность двигателя. То есть, утверждение о более экономичной работе двигателя при подводе тепла на расширении - НЕВЕРНО.
Так откуда же тогда высокая топливная экономичность доработанного двигателя?
В чем причина
Во-первых, хочется отметить, что утверждение о 60% КПД хоть и выглядят логично, но совершенно не верно. Дело в том, что мы упустили из виду одну маленькую деталь – в реальности двигатель практически никогда не работает по внешней характеристике, для которой и определяется минимальный удельный расход. Нельзя двигаться на автомобиле при полностью открытой дроссельной заслонке и номинальных оборотах, разве что на свободной трассе и отсутствии ограничения скорости. В реальности же, двигатель постоянно работает на переходных режимах, в городском цикле на низких оборотах, и реальный КПД его совсем не 33%, а вполне возможно и в районе 10. В этом случае повышение эффективности вдвое поднимает КПД не до 60, а до 20%. И как будет вести себя доработанный двигатель при работе по внешней характеристике Владимиру Ивановичу неизвестно.
Так что экономия на доработанном двигателе проявляется при работе на частичных режимах, а на режиме максимальной мощности автомобиль практически не эксплуатируется, и, можно предположить, что удельный расход топлива при этом может быть и выше чем на серийном.
В чем может быть причина повышения экономичности на частичных режимах?
Известно, что экономичность улучшается при повышении степени сжатия. Следует также помнить, что во впускном тракте двигателя стоит дроссельная заслонка, которая изменяет наполнение цилиндров топливной смесью. То есть, реальная степень сжатия может значительно отличаться от геометрической за счет ограничения наполнения цилиндров топливной смесью.
Если K – коэффициент наполнения, Eр – реальная степень сжатия, Eг – геометрическая степень сжатия, то нетрудно увидеть, что Eр = 1+ K(Eг-1).
Увеличив в двигателе степень сжатия с 8 до 12, мы получим увеличение реальной степени сжатия, например, для K = 0,5 с 4,5 до 6,5 (Конечно нужно понимать, что и при полностью открытой заслонке коэффициент наполнения меньше 1). Это может объяснить улучшение топливной экономичности при работе на частичном режиме. При этом реальная степень сжатия находится в допустимых пределах и никакой детонации при частичной загрузке двигателя вызвать не может. Однако возникают сомнения в том, что при увеличении степени сжатия с 4,5 до 6,5 мы можем улучшить топливную экономию чуть ли не вдвое.
Владимир Иванович объясняет улучшение экономичности двигателя, основываясь на субъективных представлениях и домыслах, поэтому наберусь наглости и выскажу свои домыслы на этот счет. Дело в том, что значительное увеличение экономичности может говорить о недоведенности двигателя на частичных режимах работы. Если заводской угол опережения зажигания на малых оборотах великоват, то до вмт произойдет сгорание значительной части топлива, что приведет к значительному росту давления до вмт и ухудшению экономичности двигателя. Для проверки этого предположения нужно познакомиться с индикаторными диаграммами, которые сейчас стали составлять коммерческую тайну предприятия изготовителя. Если это так, то уменьшение угла опережения зажигания совместно с повышением степени сжатия может значительно улучшить топливную экономичность на промежуточных режимах.
Кто виноват
Возникает резонный вопрос, кто же виноват в подобной ситуации, почему двигатель имеет завышенный расход топлива, что же не понимают двигателисты его создающие. Я подозреваю, что двигателисты все прекрасно понимают, но делают то, что предписано им техзаданием на двигатель, двигатель же и автомобиль создают разные коллективы. Значит, просто никто подобной задачи перед двигателистами не ставил, и улучшение экономичности двигателя сводится к улучшению экономичности при работе по внешней характеристике, на которой двигатель редко когда работает. Виноват тот, кто это задание составляет - то есть тот, кто осуществляет общее руководство проектом.
Что делать
Было бы очень интересно узнать реальные режимы работы двигателя автомобиля при движении его по городу, по загородной трассе. Для этого нужно установить на автомобиль устройство позволяющее измерять и запоминать момент двигателя и его обороты в режиме реальной эксплуатации. На основе полученных данных узнать насколько загружен двигатель при эксплуатации и поставить задачу достижения наилучшей экономичности именно при работе на подобных режимах, тех оборотах и нагрузках которые наиболее часто встречаются. Одним из методов достижения подобной задачи может быть увеличение степени сжатия и подбора оптимального угла опережения зажигания на всех режимах, а для внешней характеристики должно быть обеспечено отсутствие детонации и калильного зажигания. При этом может ухудшиться экономичность при работе по внешней характеристике, но этим можно пожертвовать.
Еще раз о домыслах, если предположить что углы опережения зажигания частичных режимов на двигателях ВАЗ подобраны не оптимальные, то это может сулить реальную выгоду предприимчивым людям. Нужно всего лишь найти испытательный стенд, взять двигатель ВАЗ и подобрав оптимальные углы для всего диапазона оборотов зашить их в программу управления двигателем, а потом останется только радовать автовладельцев, продавая им новые прошивки и уменьшая расход топлива на литр – другой на сотню.
Алексей Варежкин
