Більшість людей при налаштуванні двигунів з турбокомпресором використовують багатшу суміш повітря-паливо. Багато хто вважає, що надлишок палива охолоджує поршня, що надходить повітря і тим самим допомагає в боротьбі з детонацією. Насправді, так все і є, збагачена суміш вирішує проблеми з детонацією, але тільки не з-за того, що знижує температуру в камері згоряння.
Давайте на цю ситуацію поглянемо трохи глибше. Не переживайте, на рівень шкільної програми з фізики і 8-9 клас з хімії. Питома теплота пароутворення (Heat of Vaporization) сучасного бензину 340 Kj / kg. Якщо провести не складні розрахунки (в попередніх постах це вже багато разів робили) то при роботі двигуна на суміші 12.5. бензин при випаровуванні знизить температуру повітря, що поступає на 28.1 * градусів. При складі паливно-повітряної суміші 11.0 - температура знизиться на 32 * градуси. Різниця всього становить 3.8 * градуси. З цього випливає, що ця невелика різниця має дуже невеликий ефект на анти детонаційні властивості будь-якого двигуна.
Ідеальне згорання палива, це коли продуктом на виході є тільки вуглекислий газ CO2 і вода H2O, ще це називається стехиометрическое співвідношення. Для бензину це співвідношення дорівнює 14.7 кг повітря до 1 кг бензину. В ідеальному випадку азот не вступає в реакцію з іншими атомами і виходить з вихлопної труби у вигляді N2.
Але в реальності повітря і паливо змішуються не зовсім рівномірно. Камера згоряння не ідеальна, тому ми можемо знайти ділянки в ній, в яких суміш багатшими або біднішими ніж в інших. Частина палива осідає на металі в каналах і КС, відповідно не згорає. Частина йде в carbon deposit в КС і т.д.
Через наявність кисню в місцях з бідної сумішшю в КС ми можемо отримати більше потужність, використовуючи в середньому більш багату суміш. Збільшення ступеня збагачення працює, звичайно, тільки до певного рівня.
Більшість двигунів показують максимальну потужність, звичайно за умови оптимального кута запалювання, десь між 12-13.
Для розуміння необхідно згадати ще й про швидкість горіння суміші, після її займання від свічки запалювання ДВС. Чим вище щільність суміші, тим ближче молекули один до одного і відповідно вище швидкість горіння. Також співвідношення паливно-повітряної суміші впливає на швидкість горіння. Десь між 12.5-13 максимальна швидкість горіння. Суміш біднішими 13 і багатше 12 починає горіти повільніше. І як раз, тому, це співвідношення видає і максимальну потужність. Після запалювання суміші температура і тиск в циліндрах збільшується. Оптимальний пік тиску, для максимальної потужності знаходиться між 15-20 градусах, після верхньої мертвої точки ATDC.
Актуальний оптимум для піку тиску не залежить від навантаження або оборотів ДВС, але залежить від геометрії двигуна. А ось момент запалювання, який необхідно зробити трохи раніше тому необхідний час для поширення фронту від свічки (свічок) - залежить від багатьох факторів.
Турбокомпресор або підвищення ступеня стиснення ДВС збільшують щільність суміші, отже, збільшується швидкість горіння і необхідно момент запалювання зробити більш пізнім, що б пік тиску в циліндрах припав на 16 * (синя лінія) після верхньої мертвої точки ATDC. Більш раннє запалення зрушить пік ближче до верхньої мертвої точки, надмірно підвищить тиск і температуру в камері згоряння і це викличе детонацію (червона лінія). Більш пізнє запалювання призведе до значної втрати потужності (зелена лінія).
Якщо двигун детонує, пік тиску занадто близько до TDC, то часто для вирішення цієї проблеми збільшують подачу палива (багатша суміш), що в свою чергу призводить до зменшення швидкості горіння і звичайно, пік тиску в циліндрах відсувається від TDC, відбувається пізніше. Точно такий же ефект можна було б досягти зробивши кут запалювання пізніше.
Оптимальна суміш з більш пізнім запаленням зробить більше потужності тому що більше енергії буде отримано в процесі згоряння паливно-повітряної суміші. А ось чому, давайте згадаємо підручник хімії за 8-9 клас.
Коли вуглеводень, яким є паливо і звичайно бензин, вступає в реакцію з киснем (що містяться в повітрі), процес горіння не так вже й простий і відбувається в кілька етапів. Нагадаю ще раз, при ідеальному згорянні в результаті вийде СО2 і Н2О. На першій етапі молекули палива (вуглеводень) розбиваються на водень і вуглець. Водень з'єднується з киснем (з повітря) і утворює воду (Н2О), а вуглець утворює в першій стадії Монооксид вуглецю (чадний газ СО). У другій стадії СО перетворюється в Діоксид вуглецю (вуглекислий газ) СО2.
І ось саме в другій стадії реакції, прихований відповідь на поставлене запитання. Якщо немає кисню, не відбувається процес окислення (горіння) - не виділяється енергія так необхідна для двигуна. Якщо більше немає молекул кисню (більшість використовувалося в першій стадії процесу) то і не можлива друга стадія СО в СО2. АЛЕ 2/3 ЕНЕРГІЇ ВИДІЛЯЄТЬСЯ при горінні ВУГЛЕЦЮ САМЕ У ДРУГІЙ СТАДІЇ ПРОЦЕСУ. Частина кисню, виходить, була використана тільки на 1/3. Це добре видно на нижче наведеному графіку, що показує ККД, ефективність процесу згоряння в залежності від складу паливно-повітряної суміші
EQ (Equivalence Ratio) - все, що більше 1 - це багата суміш (Rich), все що менше 1 - бідна (lean)
Саме з цієї причини багатша суміш виробляє менше енергії, більш низький пік тиску і температури і звичайно менше потужність. І головне знижує можливість виникнення детонації. Це, схоже, як якщо ви трохи відпустили педаль газу, прикрили дросельну заслінку. Типовий двигун не детонує при повному обсязі відкритій дросельної заслінки (в підлогу газу), тому що менше тиск і температура в циліндрах.
Ось чому настройка ДВС на занадто багатих сумішах призводить не тільки до надмірної витрати палива, але і часто не видає очікуваної потужності.
Звичайно, бувають виняткові випадки, коли ви просто змушені налаштовувати мотор на супер багатих сумішах (AFR <11.0) и результат в максимальной мощности будет выше. Один из таких примеров – установка турбины на атмо мотор без понижения степени сжатия и без использования интеркулера.
Особисто я віддаю перевагу налаштовувати турбо мотори на невеликому бусте, не захоплюючись сильно збагаченням суміші і оптимальному вугіллі запалювання.
Напевно, варто привести реальний приклад для атмосферних моторів з використанням бідних сумішей. В Європі дуже популярні багато годинні гонки на кільці - 6, 12 або 24 години. Для отримання бонусу на піт стопах і дозаправки - мотори, при попередньо правильної його підготовки, налаштовують на роботу при суміші 14.0. Звичайно, в такому випадку максимальна потужність буде трохи менше, але в цій дисципліні головне, хто буде на фініші перший після багатогодинної гонки і природно великим плюсом є економія палива.
З урахуванням того, що мотор використовується в режимі "газ в підлогу" більшу частину часу, необхідно ДВС спеціально підготувати і якщо цього не зробити, то результат може бути сумним. Головне, необхідно приділити увагу боротьбі з підвищеною температурою в циліндрах протягом тривалого часу.
Основна температурна навантаження припадає на поршня і випускні клапана. Починати необхідно з заміни свічок запалювання на кілька ступенів холодніше і бажано мідних. Далі спеціально готуємо сідла випускних клапанів під високі температури - завдання якомога більше знизити температуру води у. Не варто забувати і про самого клапані, його формі і матеріалі. Стандартний клапан, можливо використовувати, але тільки після попередньо нанесеного на нього спеціального керамічного покриття
Температура у випускних клапанів скажена, дане покриття знизить в межах 70-80 * градусів. Впускні також не завадить обробити, але це вже більше для підвищення потужності, а не безпеки. Багато хто думає, що впускні клапана не сильно нагріваються. Я особисто з цим не згоден, якщо нанести на них спеціальну фарбу, яка змінює свій колір залежно від максимальної температури, то результат після гонки - понад 450 градусів. Температура була б і вище, але вони охолоджуються надходить паливно-повітряною сумішшю. Температура не критична для самого клапана, сідла на впуску, але навіщо зайвий раз нагрівати вступник повітря, тим самим зменшуючи його щільність. Це покриття дасть надбавку в потужності 1-2%.
Поршень - тут головне зазори і звичайно необхідно нанести на нього керамічне покриття, що створює температурний бар'єр
А ось, що буває з поршнями на довгих перегонах, якщо не правильний зазор і без покриття
При проведенні вище перерахованих заходів з двигуном, мотор без проблем буде працювати на сумішах 14.0 протягом тривалого часу, видавати не погану потужність і мало їсти - то, що треба для багатогодинних гонок.
Дуже цікаво, але трохи заплутано, почали з турбо моторів, закінчили Атмо кільцевими ...
Мені дуже цікава ця тема і Ваші статті, тому що доводиться налаштовувати мотори самому і самому шукати межі дозволеного.
Є загальноприйняті параметри суміші економічною 14.7 і мощностной 13.5 для атмо моторів, за результатами експериментів, саме при трохи більш збагаченої суміші досягаються максимальні значення крутного моменту.
З ТУРБО все ще складніше і суперечок куди більше. Але вважається, що 12.5 для низького буста до 1 бару і 11.8-12 для високого буста понад одного бару.
Зрозуміло, що все ДВС і сетапи індивідуальні, але вельми цікаво було б прочитати Ваша думка про межах наддуву на звичайному бензині, без упорскування води та ін. хитрощів.
Наприклад, нам зараз вдалося досягти наддуву 1.8 бар на 95м бензині при ступені стиснення 8.2, хоча багато настройщики говорили, що це самогубство для двигуна.
14,7 це екологічна начебто, а не економічна;)
14.7 це стехіометрична суміш повітря і палива.
Від згоряння вуглеводнів, в принципі, не може бути екологічним, але є методи зниження шкідливих викидів.
Це, приблизно, як говорити, що розчин ціанистого калію слабкої концентрації - не отрута ... :))))
Ну найповніше згорання) так то на турбомотор в атмозоне можна бідних до 16 і це буде економічніше) правда не завжди безпечно :)