О моторе и не только Или как знания могут практически помочь

[Н-С]

Вступление:
Создав эту тему, хочу обсудить ряд вопросов с людьми, обладающими высокими знаниями, как практическими, так и теоретическими.
Не считаю постыдным и рад буду узнать от грамотных людей, ту информацию, которой не обладаю, научиться тому, чего пока не умею или не знаю.

Поэтому убедительно прошу:

1. Если кто-то не понимает о чём идёт речь или уровень обсуждения зашкаливает за рамки средней школы, не нужно писать - «я с вас улыбаюсь, мы тут академий не заканчивали» и вставлять свои «ржавые пять копеек». Проходите мимо и не мусорьте постами на пол-листа.

2. Если вы не согласны с чем-либо, не надо утверждать «на все 100%, мамой клянусь», или «всё это бред», и переходить на личности, только потому, что у вас практический опыт 20 лет или опыт у соседа.
Предоставьте доказательства как можно рациональнее - своё техническое объяснение этого процесса на основе законов физики, химии, механики, если необходимо, то с поясняющим рисунком или фотографией. Если вы не можете этого сделать самостоятельно, то предоставьте ссылку на ресурс, где есть такие доказательства.
Если и этого вы не можете сделать, то проходите мимо молча.

Очень надеюсь на ваше понимание. Тогда тему будет легче читать и понять простому человеку. Да и те, кто считал всё это бредом, начнут немного вникать и понимать ранее им неизвестное.

[Н-С]

1. Проверка компрессии в цилиндрах, степень сжатия, наполняемость цилиндра.

Много раз наблюдал за типичной ошибкой владельцев авто при самостоятельном измерении компрессии.
«У меня компрессия 8 – говорит один. А у меня 6 – сказал второй. Да как вы ездите, у меня 13 и так должно быть – говорит третий.»
Дроссельная заслонка создана для искусственного ограничения наполняемости цилиндра, является сопротивлением на пути поступления смеси или воздуха (у Логана воздуха).
Закрытая заслонка не является идеальным герметизатором, остаётся тонкий просвет для доступа воздуха, плюс система холостого хода. При низких оборотах (300 об/мин.) время отведённое на впуск достаточно большое 0,1 сек. на такт. Цилиндр успевает заполниться до 0,5 от атмосферного давления.
Причём у каждого отдельно взятого двигателя наполняемость может быть разной из-за разных оборотов от стартера и разного прохождения (в пределах 20 %) воздуха через закрытую заслонку и систему холостого хода.
Измерять компрессию в таких условиях нельзя.

Практическое применение знаний:
Компрессия измеряется на прогретом двигателе, с исправным и заряженным аккумулятором.
Двигатель вращается от стартера при полном нажатии на педаль газа.
Система зажигания должна быть отключена, в Логане можно отключить разъём питающий высоковольтные катушки зажигания.
Нормальное давление 12-13 бар. Почему не 9,5 как степень сжатия? Потому что при сжатии воздух прогревается, тем сильнее, чем больше сжатие. У прогретого воздуха давление выше, чем у холодного.
Если бы сжатый воздух можно было бы оставить на долгое время без утечки, то после остывания давление стало бы 9,5 бар, ровно столько, во сколько он был сжат.

Как известно, для предотвращения детонации нельзя использовать низкооктановый бензин при высоких степенях сжатия. Так ли это?
Для написания инструкций простому пользователю это так. Но не для разработчиков и конструкторов.
Детонация – высокоскоростное, взрывоподобное сгорание бензина в десятки раз превышающее скорость горения в обычном режиме.

При этом пиковое давление в камере сгорания достигает очень большой величины, напоминающей удар молотка о наковальню. Звук, который слышен при детонации, излучают все части соприкасающиеся с взрывом – головка, клапана, стенки цилиндра, поршень. Разумеется, это губительно и разрушительно для двигателя.
При меньшем давлении во время сжатия детонация не возникает. Значит можно понизить степень сжатия – постоянный вариант для низкооктанового бензина, а можно ограничить наполняемость цилиндра двигателя с высокой степенью сжатия.
Например, если автоматически регулировать наполняемость цилиндра на уровне 0,8 от максимального значения наполнения двигателя со степенью сжатия 9,5 , то можно использовать на 76 бензине.
Наполнение цилиндра при фиксированном положении дроссельной заслонки изменяется от оборотов двигателя, чем ниже обороты – тем выше наполнение при том же положении заслонки.
Поэтому педалью газа без привычки очень тяжело ограничить наполнение, об этом нужно постоянно думать и контролировать свои действия, а в условиях городской езды, при постоянном трогании с места и переключении передач, следя за движением и светофорами – это практически не возможно.
Практическое применение:
Если в силу каких-то обстоятельств вам пришлось применить временно низкооктановый бензин, старайтесь избегать сильных нажатий на педаль газа.
Избегайте низких оборотов – когда за наполнением цилиндра вы не сможете уследить, при слабом нажатии на педаль на низких оборотах, цилиндр будет успевать наполниться и появиться звук детонации.
Подъёмы преодолевайте на пониженных передачах при достаточно высоких оборотах.

2. Мощность и крутящий момент.
Мощность двигателя – количество произведённой энергии за единицу времени.
Максимальная (номинальная) мощность – при максимальных (номинальных оборотах) без ограничения дроссельной заслонкой.
Рассмотрим подробней вариант с полностью открытой заслонкой:
С увеличением оборотов мощность двигателя растет нелинейно. На низких оборотах рост мощности имеет низкую интенсивность, максимальная интенсивность роста в районе максимального крутящего момента, после него интенсивность роста опять снижается (но не прекращается, всё равно растет).
Если бы детали двигателя позволили развить беспредельные обороты, то мы бы могли увидеть, когда рост мощности прекратился бы вовсе и даже начал снижаться, в то время как потребление топлива за единицу времени всё ещё продолжало расти. Это происки сил трения и снижение наполняемости цилиндра на сверхвысоких оборотах.
Почему мощность двигателя на максимальном крутящем моменте меньше, чем при максимальных оборотах ???
При максимальном крутящем моменте, обороты 3000 в минуту, то есть мы за одну минуту сжигаем 6000 полных камер сгорания.
При оборотах 6000 в минуту сжигаем 12000 камер сгорания.
Где больше энергии за единицу времени?
Но мощность увеличится не в 2 раза, а в 1,6 грубо говоря, а потребление топлива возрастёт в 1,8.
Мощность теряется по двум причинам – квадратичный рост сопротивления и снижение наполняемости цилиндра, а потребление топлива снижается (от 2-х раз) только из-за снижения наполняемости. Т.е. экономичность (КПД) двигателя на максимальных оборотах снижается, как и на низких оборотах. Поэтому экономически выгодный режим работы мотора под нагрузкой – это 3 – 3,2 т. об/мин.
Мощность двигателя никак не связана с применением редукторов (коробок передач), это лишь механизм трансформации крутящего момента – увеличение крутящего момента со снижением угловой скорости.
И на оборот уменьшение крутящего момента с увеличением угловой скорости. Произведение угловой скорости на крутящий момент останется тем же, а значит и мощность тоже.
Пример:
Два автомобиля (Логана 1,6л), один движется на подъём (очень крутой) на второй передаче с оборотами 3200, газ до упора. Второй движется на пятой передаче по ровному, обороты 3200, газ до упора (пошёл на обгон).
Конечная тяга (крутящий момент) на приводах у первого гораздо выше, у второго тяга ниже, но мощность двигателя в данный момент у обоих одна и та же, как и нагрузка на сцепление и первичный вал.
Графики зависимости мощности, крутящего момента и потерь:


Практическое применение знаний:
Необходимо максимальное ускорение.
Мотор на каждой передаче необходимо выводить на максимальные обороты при полном газе, а иногда и чуть выше, а потом переключать на следующую передачу, где обороты уже будут чуть выше 3000, т.к. здесь не нужна экономия, а нужны предельные возможности.
Личный пример:
Однажды я посоревновался с «Акцентом» после знака населённого пункта (за нас. пунктом).
Чисто случайно получилось соревнование, без сговора.
Акцент рвался вперёд, но явно рано переключал передачи, думаю, так на 4500 об./мин., переходя на следующую в режим макс. крутящего момента, пологая, что это лучший вариант для разгона.
Но ошибся, он раньше меня снижал мощность двигателя, понижая обороты на следующей передаче и начал отставать, догнал, только когда скорость была 150 км/ч.
Хотя макс. мощность у «Акцента» больше, а сопротивление воздуха меньше.

О том, почему мотор затрачивает энергии меньше для разгона с 0 до 40 км/ч., чем с 40 км/ч. до 80 км/ч. поговорим позже в следующем пункте, я тоже не железный.
Пожалуйста, ваши замечания и пояснения, только без пустозвонства, по существу и с объяснениями.

[Captain]

Я то как раз академию закончил ( даже 2). Но ниче не понял. Мамой клянусь.
Че доказать надо?

[Сергей98]

Н-С! Никто не отменял закон Бойля- Мариота! Вы абсолютно во всем правы, НО у каждой машинки, как и у каждого человека, есть особенности. Они настолько идивидуальны, что Ваши графики должны содержать семейство кривых. Поэтому ваши опоненты Вам не смогут ничего возразить. Ну разве попрешь против законов природы или до же самое против физики ?

[Н-С]

Я то как раз академию закончил ( даже 2). Но ниче не понял. Мамой клянусь.
Че доказать надо?

Ничего, раз не поняли. Я же просил...

[Н-С]

Они настолько идивидуальны, что Ваши графики должны содержать семейство кривых.

Да, согласен.
Но, эти графики только для пояснения принципов, они не идеалы, а только наброски.
Поэтому я и неуказываю на них конкретных цифр, кроме основных.

[lomograf]

Папа, а с кем это ты сейчас разговаривал? Лично у меня с покупкой нового автомобиля куда-то делась бОльшая часть отвратительных инструментов и из рук ушла былая ловкость. А литературы (не дай Бог) на чердаке навалом.

[Н-С]

А литературы (не дай Бог) на чердаке навалом.

Расскажите что-нибудь из неё по теме, мне лично будет интересно, честно, без издёвки.
Я по ранним вашим постам понял, что вы человек образованный.

3. Полезная и вредная инерционность.

Автомобиль запасает ровно столько энергии, сколько ему передаёт двигатель (если считать без учёта потерь при качении и сопротивлении воздуха).
При скорости 40 и 80 (т.е. в 2 раза), кинетическая энергия (энергия движения) отличается в 4 раза, т.е. 2 во второй степени.
Сокращая скорость с 80 до 40, вы гасите 3/4 энергии, а с 40 до нуля лишь 1/4.
Тоже самое при наборе скорости, двигатель в таких же соотношениях потратит энергии (в виде сожженного бензина).
Это полезно знать тому, кто хочет ездить экономичнее, меньше тратить бензина по городу и реже менять тормозные колодки.
Часто наблюдаю глупую езду: душит газ до последнего, хотя видит, что впереди горит красный, а потом тормозит, хотя можно было тормозить двигателем заранее.
Тоже касается и деталей двигателя работающих на полезном эффекте инерции – маховик и коленвал. Их запасённая энергия напрямую, точнее квадратично зависит от оборотов.
Преодоление сжатия в цилиндре за счёт маховика на низких оборотах происходит значительно хуже из-за снижения инерции последнего.
Но давление на сжатие, как писалось выше, не постоянное и зависит от положения дроссельной заслонки.
Пока двигатель работает на холостых, наполняемость цилиндра не высокая, инерция маховика достаточна для мягкой работы, но стоит включить передачу и нагрузить двигатель на низких оборотах, сразу же почувствуете дрожь, вибрацию. С наполненным цилиндром и сильной вспышкой, низкая энергия маховика не может совладать.
Поэтому езда на низких оборотах с нагрузкой вредна, а полная нагрузка на поршень может возникать и при частичном (не полном) нажатии на педаль акселератора, т.к. цилиндр успевает наполниться на низких оборотах и через не полностью открытую заслонку.

[Сергей98]

Да все правильно. Мощность движка = Работа/время. Работа - это тепло от сгорания m - количества топлива. Учитывая теплотворность топлива из таблиц физ. констант можно резюмировать, что львинная доля мощности идет на не нужные нам процессы при затратах времени > 0.

[Н-С]

львинная доля мощности идет на не нужные нам процессы при затратах времени > 0.

За то как тепло зимой в машине.

[KVA]

В своё время (около 20 лет назад) в рамках академии имел удовольствие осваивать курс теории ДВС. Гоняли двигатели на стендах, снимали с них характеристики на различных режимах, ну вобщем всё по полной программе. С тех времён сии теоритические знания применить где-то с практической точки зрения практически не приходилось. При эксплуатации старой машины да ещё и в то смутное время голова не болела по поводу экономических показателей двигателя (бенз был полухалявный), мощьностных характеристик (едет она и едет себе, по колхозу гонять негде, а на трассе вливать сильно опасался потому, как поршни были переточенными кустарным способом от ГАЗ-51). Требования к авто, равно как и их возможности, неуклонно растут с каждым годом. Теперь, когда копеечка стала счёт любить, волей-неволей приходится на все нюансы при эксплуатации машины обращаать внимание. Однако в этом процессе набор средств для проведения каких-либо эксперементов довольно ограничен, да и нужды великой в сием деянии нет. Конечно, пытливости разума своего ради, не поскупился на покупку БК. С его помощью представляется возможным более полно обозначить картину мощьностных и экономических показателей двигателя. В частности удалось определиться с наиболее экономичным стилем езды в различных условиях. А именно, в полное подтвеждение теории, очевидно, что при 3 000 оборотах двигателя под нагрузкой - это самый благоприятный режим его эксплуатации. При увеличении - непропорционально возрастающий расход, при уменьшении - нежелательный режим в области номинальных нагрузок из-за ухудшения условий работы деталей ЦПГ и КШМ и , как следствие, значительное сокращение прогнозируемого ресурса.

[Н-С]

При увеличении - непропорционально возрастающий расход, при уменьшении - нежелательный режим в области номинальных нагрузок из-за ухудшения условий работы деталей ЦПГ и КШМ и , как следствие, значительное сокращение прогнозируемого реурса.

Хочу добавить, что при снижении оборотов КПД двигателя тоже падает, за счёт более длительного времени воздействия сгоревших газов (пламени) одного такта (одной рабочей камеры) на относительно холодный окружающий металл, с потерей давления за счёт охлаждения газа.
На холостых, к примеру, работ особых не производит, а мотор сам себя греет.

[Сергей98]

кпд - зависит не от оборотов двигателя, а от соотношения энергии затраченной на пройдый путь к энергии соженного топлива. В этом то и вся подлость низкого кпд.

[Н-С]

кпд - зависит не от оборотов двигателя, а от соотношения энергии затраченной на пройдый путь к энергии соженного топлива.

Почему вы думаете, что от оборотов не зависит?
Коэффициент Полезного Действия двигателя - соотношение произведённой им работы (Дж) к затраченной энергии топлива (Дж).
Разве нет?
КПД ДВС - от 20% до 40%, высший предел у дизелей, выше степень сжатия, выше КПД.
От оборотов зависит время одного такта рабочего хода. Ниже обороты, больше время. Чем больше время, тем больше тепла от одной вспышки останется на окружающих стенках камеры сгорания.
Если бы после вспышки можно было задержать ход поршня на 1-2 сек., то газ почти полностью остыл и потерял давление - результат, почти вся энергия газа превратилась в тепло, давления на совершение работы не осталось. КПД - почти ноль.
Что вы скажите по этому поводу?

[apex]

От себя добавлю (ДОМЫСЛЫ МОИ !!!) Н-С, есть такое поганое понятие, как потери на внутренние силы трения, качество сборки, балансировка и проче... от этих параметров ОЧЕНЬ сильно КПД зависит...Толку от 100 чил, если они в квадратных подшипниках остаются, пытаясь родиться в тяжёлых поршнях