Основи двигуна - епізод 2 - давайте поговоримо про споживання
Чи знаєте ви оптимальну площу для використання вашого двигуна? 1500 об/хв, 3000 об/хв, нога до підлоги ?
Попереджаю: ця стаття призначена для початківців трохи менше, ніж попередня 😉
Графік нижче - графік, який виражає питома витрата палива як функція швидкості обертання та навантаження двигуна.
фактичне питоме споживання (CSE) або гальмо специфічне споживання палива (BSFC) англійською мовою що це таке ?
Це витрата палива щодо виробленої потужності. CSE виражається в г/кВт.год: ми маємо витрату палива в г/год, поділену на потужність в кВт. Насправді CSE є безпосередньо картиною ефективності та полегшує порівняння двигунів. Приклад: забезпечити потужність 50 кВт (68 к. С.), Двигун з КПЕ 280 г/кВт.год має кращу ефективність, ніж той, що має КСЕ 290 г/кВт.год. Дійсно, щоб забезпечити однакову потужність, йому потрібно більше палива.
Графік складається з ізозначень, тобто кожна кольорова крива відповідає значенню, і все, що оточене цією кривою, має значення менше значення. Наприклад, усе на червоній кривій 240 має значення менше 240 г/кВт.год.
частота обертання двигуна виражається на осі абсцис в об/хв.
На осі y у вас є те, що називається середній ефективний тиск (ПМЕ) є показником навантаження двигуна і відповідає тиску, який слід підтримувати під час ходу потужності (цикл двигуна складається з 4 тактів: впуск - компресія - горіння/розширення - вихлоп) для виконання роботи, яку виконує “справжній” двигун протягом повного циклу. Ці дані дуже корисні, оскільки дозволяють подолати робочий об'єм двигуна. Приклад: при PME 10 бар двигун робочим об'ємом 2,0 л забезпечує крутний момент 159 Нм, а двигун робочим об'ємом 1,4 л забезпечує крутний момент 111 Нм.
Щоб отримати додаткову інформацію про МСП, ви можете подивитися на сторінці Вікіпедії: http://fr.wikipedia.org/wiki/Pression_moyenne_effective
Одиницею МСП зазвичай є бар (це тиск). Тут ми маємо кН/м2, що дорівнює 0,01 бар, тобто 1000 кН/м2 еквівалентно 10 бар.
Для цього двигуна ми бачимо, що максимальний показник PME досягається при 4500 об/хв і має значення 11,2 бар: це справді атмосферний бензиновий двигун.
Як тільки все це буде нормально, що можна сказати про цей графік ?
Багато речей. Зокрема, можна розмежувати зону, де ефективність двигуна максимальна і, отже, там, де добре працювати. Будьте обережні, навіть якщо всі двигуни одного типу (під типом я маю на увазі атмосферний бензин/наддувний бензин/наддувний мазут) мають карти CSE одного типу, кожен двигун має свої особливості.
У випадку з цим двигуном ми бачимо зону opti для низьких швидкостей (від 1750 до 3500 об/хв) і для кожного середнього та високого (> 7 бар PME). Ми можемо відзначити два опті: 2000 об/хв і 7,5 бар PME і 3000 об/хв і 9 бар ПМЕ.
При 2000 об/хв максимальний показник PME становить 10 бар: отже, можна сказати, що оптична точка (7,5 бар) знаходиться при 75% навантаженні. Однак зверніть увагу, що навантаження двигуна більше не може бути безпосередньо пов'язана з натисканням на педаль акселератора. Дійсно, можна подумати (і це було у добрі старі часи), що якщо ми натиснемо педаль акселератора на 50%, ми просимо двигун забезпечити 50% крутного моменту, доступного на цій швидкості. Насправді все це зроблено добре, щоб автомобіль залишався приємним у користуванні. Наприклад, на низьких оборотах, залежно від автомобіля, ви можете закінчити з тим, що двигун віддає весь свій крутний момент, коли ви натискаєте на педаль лише на 50%.
Як двигун регулює своє навантаження ?
Дійсно, ви всі знаєте, що коли ви наступаєте на акселератор, машина пришвидшується. Насправді, коли ви рухаєтесь на певній швидкості і залежно від передачі, яку ви включили, ваш двигун працює з певною швидкістю: це фізично, і все це поєднується. Коли ви наступаєте на акселератор, щоб спалити гуму або просто рухаєтесь по дорозі, ви збільшуєте навантаження на свій двигун. Наприклад, ви переходите від 10% навантаження до 100% навантаження. Для атмосферного бензинового двигуна ця модифікація проводиться шляхом відкриття дросельної заслінки. Корпус метелика Фактично діє як пробка на вході в двигун: чим більше ви її відкриваєте, тим більше повітря може потрапити в циліндр під час фази впуску. Чим більше повітря ви заблокуєте, тим більше палива ви зможете впорскувати і, отже, більше крутного моменту ви можете створити. Отож ми натискаємо на акселератор, дросель відкривається, ми забезпечуємо крутний момент, який дозволяє машині розганятися і, отже, збільшувати оберти.
Чому споживання дуже велике в районах із низьким навантаженням (внизу графіку?)
Отже, ви розумієте, що коли ви знаходитесь на землі, метелик повністю відкритий. З іншого боку, як тільки ви трохи піднімаєте її підошву, вона закривається і створює те, що називається а перепад тиску. Це все одно, що мати шприц і заткнути отвір - вам важче наповнити його повітрям, ніж якби ви його не заткнули. Вам доведеться вкласти більше енергії, щоб це побачити. Це точно те ж саме з двигуном: вам потрібно перекачувати повітря: це втрати від накачування. Вони вище, чим більше метелик закритий. Це причина, чому ми маємо дуже високі значення CSE в нижній частині графіка 400, 500 г/кВт.год або навіть більше в нижніх рядках. ККД двигуна дуже низький у цій галузі, і це який би не був режим. Чим більше ми завантажуємо, тим більше продуктивність покращується.
І для низьких оборотів ?
Коли двигун працює на низьких оборотах, індикатор Часи кожного циклу досить довгі: aaaadmission - coooompression - cooombustion - deteeente - echaaaappement. теплообмін які відбуваються між різними середовищами, що складають двигун, тому встигають налаштувати. Одним з них, найважливішим є обмін між газами згоряння та циліндром під час згоряння. Коли відбувається горіння, мета полягає у відновленні якомога більшої кількості енергії, що виділяється (через тиск і температуру) з поршня. Якщо є час, ми матимемо більше теплових втрат на стінах. Ви будете відновлювати енергію від охолоджуючої рідини, але менше від колінчастого вала. Це одна з причин, чому при низьких обертах у вас майже постійні значення CSE для середніх навантажень. Наприклад, при 1000 об/хв ми бачимо, що ми досягаємо 280 г/кВт.год 4 бар ПМЕ при максимальному навантаженні.
І для високих швидкостей ?
Тиск падає (генерується метеликом), як і всі тертя механіка розвивається відповідно до швидкості. Для перепадів тиску це швидкість газів, а для механічного тертя - швидкість між деталями. Чим вище частота обертання двигуна, тим більші втрати і менша ефективність. Тоді не великий сюрприз !
Чому максимальний ККД не виявляється при повному навантаженні ?
Це правда, зрештою, я вже говорив вам раніше, що чим більше дросель відкритий, тим менше падає тиск. Крім того, якщо ми маємо середню швидкість, ні занадто низьку, ні занадто високу, ми повинні мати рекордні показники.
На жаль, це не так з двох основних причин:
- Ви, можливо, знайомі з явищем брязкання в бензиновому двигуні. Це самозаймання палива, коли воно зазнає певних умов тиску/температури. Паливо може загорітися до того, як фронт полум'я, спричинений свічкою запалювання, досягне його. Це не добре, бо зовсім не освоєно. На додаток до погіршення якості горіння, це явище може генерувати хвилі тиску, шкідливі для двигуна, і навіть може зруйнувати камеру згоряння. На жаль, дуже складно уникнути цього явища, яке виникає на низьких та середніх швидкостях при великих навантаженнях. Словом, щоб уникнути цього явища, ми вдаємось до деградація випередження займання. Насправді, щоб отримати максимум користі від згоряння, піковий тиск, викликаний горінням, повинен бути правильно відрегульований за допомогою руху поршня. Якщо у вас є шум клацання, вам доведеться змінити горіння, щоб зменшити пік тиску. Поступаючи таким чином, урожайність погіршується. Отже, вищі показники СПЗ вище оптимальної зони.
Поршень після бурхливого постукування
- щось інше, при повному повному завантаженні, насиченість суміші свідомо збільшується щоб отримати максимум від двигуна. Багатство суміші відповідає співвідношенню між масою повітря і масою палива, що знаходиться в камері згоряння. У звичайній роботі (для бензинового двигуна) ми працюємо в так званій стехіометричній суміші: ми перебуваємо на багатстві 1. Коли ми збільшуємо багатство (наприклад, до 1,1), це означає, що 10% пального використовується більше, ніж потрібно . Цей прийом дає змогу намалювати останні N.m і отримати максимальну продуктивність. Якщо впорскується «непотрібне» паливо, то нормальним є збільшення споживання та CSE по всій зоні повного навантаження.
На балансі
Кожен двигун має свою карту CSE, немає оптимальної зони для всіх двигунів. Однак певні фізичні явища є загальними для всіх двигунів і можуть пояснити певні тенденції: низькі навантаження, низькі швидкості, високі швидкості, великі навантаження. Я намагався узагальнити їх тут, хоча для завершення всього цього бракує багато чого. !
FYI, ось криві крутного моменту/потужності двигуна вище. Оскільки я знайшов цю криву в Інтернеті, у мене не було переміщення, тому я припустив, що це двигун об'ємом 2 л.
Якщо у вас атмосферний бензиновий двигун, немає сумнівів: зона максимальної віддачі знаходиться при низьких/середніх обертах і великому навантаженні. Це вирішувати вам 😉
Для інформації ви знайдете карту CSE для турбодизельного двигуна. Кілька зауважень, порівняно з бензиновим двигуном: у дизельного двигуна немає дросельної заслінки (або, принаймні, він не використовується для контролю маси повітря, що затримується в циліндрі). Крутний момент, який забезпечує дизельний двигун, контролюється кількістю палива, що впорскується в циліндр. Отже, втрати від перекачування на дизельному двигуні нижчі, ніж на бензинових. Все ще існує тенденція, яка показує, що чим вище навантаження, тим краща ССЕ. Ми можемо вважати, що сила тертя на швидкості є незмінною незалежно від навантаження (що не зовсім вірно): чим вище навантаження, тим менше вплив тертя.
Також зазначається, що краща ефективність також не виявляється при повному навантаженні. Ми не можемо вважати, що є збагачення як для бензинового двигуна, але ми все одно працюємо з більшим багатством, ніж при менших навантаженнях, щоб отримати продуктивність.
Загалом, слід зазначити, що значення CSE для цього дизельного двигуна нижчі, ніж для бензинового двигуна вище...