Содержание
Знакомство с технологией наддува
Уроки истории
- Уроки истории
- Гоночные автомобили с нагнетателями
- Драгстеры с нагнетателями
- Нагнетатели Рутс на легковых автомобилях
- Центробежные нагнетатели
- Шнековый нагнетатель Лисхольма
Турбокомпрессоры: прошлое и настоящее
- Турбокомпрессоры: прошлое и настоящее
- Турбокомпрессоры на овалах и традиционных кольцевых гонках
- Развитие двигателей «Формулы-1»
- Устранение проблем с прокладкой головки блока цилиндров
- Разработка специальных видов топлива
- Преодоление турбоям
- Развитие двигателей в раллийных гонках
- Комбинированный наддув
- Последовательный турбонаддув
- Развитие систем, сглаживающих последствия турбоям
Закись азота: от истоков до наших дней
- Закись азота: от истоков до наших дней
- Возвращение закиси азота
- Возвращение закиси азота на треть
- Как избежать повреждения двигателя
Наддув: теория и основные принципы
- Наддув: теория и основные принципы
- Понятие плотности
- Детонация и раннее зажигание
- Как смещение угла опережения зажигания в сторону отставания влияет на мощность
- Степень сжатия против наддува
- Двигатель с изменяемой степенью сжатия компании SAAB
- Правила соревнований и спецификации топлива
- Расчет степени сжатия
- Зазор в верхней части блока цилиндров и зона завихрения в легковых автомобилях
- Зона завихрения в гоночных двигателях
- Толщина днища поршня, положение поршневого кольца и длина шатуна
Что необходимо знать о турбокомпрессорах
- Что необходимо знать о турбокомпрессорах
- Как турбокомпрессоры увеличивают мощность на выходе
- Отношение турбины A/R и выбор корпуса
- Факторы, влияющие на выбор компрессора
- Факторы, которые следует учитывать при выборе одного или нескольких турбокомпрессоров
- Гибридные турбокомпрессоры
- Основные принципы ухода за турбокомпрессором
Управление давлением наддува турбокомпрессора
- Управление давлением наддува турбокомпрессора
- Впускные вентиляционные клапаны
- Перепускной клапан выхлопных газов
- Датчик манометрического давления и датчик абсолютного давления
- Электронное управление давлением наддува
- Выбор внешнего перепускного клапана
Стратегия предотвращения турбоям в турбокомпрессорах
Что необходимо знать о турбокомпрессорах
- Что необходимо знать о турбокомпрессорах
- Выбор между нагнетателем и турбокомпрессором
- Привод и смазка нагнетателя
- Управление давлением наддува и клапаны сброса давления
Охлаждение впускного заряда
- Охлаждение впускного заряда
- Воздушный и водяной промежуточные охладители
- Конструкции с двумя охладителями
- Трубопроводы и соединения
Впрыск воды и другие альтернативные решения
- Впрыск воды и другие альтернативные решения
- Расположение распылителей
- Смесь воды и спирта
- Вспомогательные системы впрыска
Топливо и топливные присадки
- Топливо и топливные присадки
- Химический состав топлива и другие стандарты
- Использование нитрометана и смеси
Система подачи топлива
- Система подачи топлива
- Проверка пропускной способности и классификация форсунок
- Топливный насос и фильтр
- Расположение топливных форсунок
Система впуска воздуха
- Система впуска воздуха
- Воздушные фильтры с высокими техническими характеристиками
- Модификации головки блока цилиндров
- Выбор распредвала
Впрыск закиси азота
Система выпуска отработанных газов
- Система выпуска отработанных газов
- Изготовление коллектора трубчатого типа
- Размышления о размере выхлопных труб
- Конструкция выпускного коллектора
- Изготовление и обработка коллекторов
- Конструкция и выбор глушителя
Процесс горения и система зажигания
- Процесс горения и система зажигания
- Контактные системы зажигания
- Емкостная система зажигания
- Роль датчика детонации
- Тепловой коэффициент свечи зажигания
- Типы электродов свечи зажигания и материалы
- Полярность катушки зажигания
- Крышка распределителя и контакт ротора
Система управления двигателем
- Система управления двигателем
- Датчик массового расхода воздуха
- Системы измерения интенсивности потока воздуха
- Система Alpha-N
- Использование двух блоков и система Piggy-back
- Выбор подходящего динамометрического стенда
Повышение износостойкости двигателя
- Повышение износостойкости двигателя
- Расточка цилиндров
- Хонингование цилиндра
- Основная подготовка и балансировка
- Конструкция и производство поршней
- Поршневые кольца
- Демпфер крутильных колебаний
- Маховик
Система смазки
- Система смазки
- Вязкость и мощность
- Масляные насосы
- Система сухого картера
- Масляный бак
- Сапуны двигателя и разрежение в картере
- Масляные экраны и отражатели
- Вакуумный насос картера
Система охлаждения
- Система охлаждения
- Система охлаждения под давлением
- Охлаждение высокомощных двигателей
- Техническое обслуживание и конструкция радиатора
Модификация заводского двигателя с наддувом
Проверка теории на практике
- Проверка теории на практике
- Тест на соотношение топливовоздушной смеси и детонацию
- Тест для проверки эффективности компрессора
- Тест технических характеристик турбокомпрессора
- Проверка эффективности промежуточного охладителя
- Расчет эффективности промежуточного охладителя
- Проверка на наличие утечек под давлением и проблемы в конструкции воздуховодов
- Проверки водяного промежуточного охладителя
- Другие «похитители» мощности
И еще несколько размышлений
Химический состав топлива и другие стандарты
Обычно пользователи нашего сайта находят эту страницу по следующим запросам:
топливные присадки, расход топлива, стабилизатор топлива, сеточка бензонасоса, нитрометан, октановое число топлива
Химический состав топлива и другие стандарты
Антидетонационные характеристики углеводородных видов топлива связаны с их молекулярной структурой. Когда молекулы водорода и углерода плотно связаны, потребуется значительная тепловая энергия и давление, чтобы разорвать эти связи, таким образом обеспечивая полноценное горение. Тепловая энергия, необходимая для этого процесса, образуется из пламени горения. Поэтому, когда плотно связанные молекулы присутствуют в формуле топлива, тепловая энергия, которая могла бы использоваться для быстрого увеличения давления в цилиндре, частично используется для разрыва связей внутри соединения. Естественно, этот процесс замедляет скорость увеличения давления и скорость горения, позволяя сделать процесс контролируемым.
Другим фактором является испаряемость топлива, а также температура, при которой топливо начинает испаряться. Если во впускном канале или вцилиндре топливо вернется в жидкое состояние, оно не сгорит. С другой стороны, если топливо будет быстро испаряться, контролировать скорость горения будет невозможно, к тому же возникнут большие проблемы, связанные с его хранением. Поэтому перед химиками встала непростая задача по созданию топлива с соответствующим составом, чтобы обеспечить необходимые антидетонационные характеристики (октановое число) и испаряемость при определенной температуре.
Раньше большое значение имела упругость паров топлива по Рейду, однако применительно к техническим характеристикам топлива эти числа не будут иметь такого веса. На государственном уровне значение упругости паров топлива по методу Рейда регулируется, чтобы обеспечить безопасность в обращении с топливом (если оно будет легко и быстро достигать точки кипения, топливные баки и емкости будут вздуваться и в конце концов взрываться), понизить количество вредных выбросов во время перевозки топлива и избежать падения самолетов по причине закипания топлива и образования паровых пробок в топливных магистралях. Согласно европейскому стандарту EN228, значение упругости паров топлива по Рейду для автомобилей должно быть от 0,35 до 0,7 бар летом и от 0,55 до 0,99 бар зимой. Правилами гонок «Формулы-1» установлено значение упругости паров бензина по Рейду от 0,45 до 0,6 бар. Топливо Avgas должно обладать упругостью паров по Рейду от 0,38 до 0,48 бар, и большая часть видов топлива для гонок также попадает в этот диапазон.
Более глубокое понимание нам дает кривая температуры перегонки, так как она показывает, насколько быстро и при какой температуре топливо превращается в горючий пар. Объем, который испаряется до температуры 70°С, должен способствовать улучшению технических характеристик холодного пуска двигателя, но, если пропорция будет слишком большой, топливо закипит в топливопроводах. Объем топлива, который испаряется при температуре 100°С, определяет технические характеристики рабочего двигателя на этапе прогрева, а также технические характеристики ускорения и реакции дроссельной заслонки при нормальной рабочей температуре. Объем испарившегося топлива при температуре 140°С и 180°С должен быть достаточно большим, чтобы компенсировать разжижение смазочного масла, особенно до того, как двигатель достигнет нормальной рабочей температуры.
Согласно европейскому стандарту, для смеси в летний период при температуре 70°С минимальный объем испарений должен составлять 15%. При температуре 100°С объем должен увеличиваться по крайней мере до 40%. При температуре 180°С должно испаряться 85% топлива, а при температуре 215°С все топливо должно испаряться. Для сравнения топливо, использующееся в гонках «Формула-1», при температуре 70°С должно испаряться на 20%, а при температуре 100°С должно превратиться в пар 46% топлива. При температуре 140°С минимальный объем испарившегося топлива составляет 75%, а при температуре 210°С все топливо должно испаряться, при этом допускается осадок 2%.
В США все совсем иначе. Сначала устанавливают, при какой температуре топливо начинает испаряться (это начальная точка кипения). Затем регистрируются температуры, при которых испаряется 10, 50 и 90% объема топлива. В завершение регистрируется точка полного испарения топлива. В таблице 12.3 для сравнения показаны характеристики четырех видов топлива для гонок. Обратите внимание на то, что топливу Trick Turbo нужна температура на 10°С больше, чем топливу Trick 108, чтобы 10% топлива превратилось в пар. Это указывает на то, что его технические характеристики не будут блестящими, пока двигатель не прогрелся. Однако реакция дроссельной заслонки будет хорошей, несмотря на высокое октановое число, так как 98% топлива превратится в пар при температуре 113°С. Для сравнения двум типам топлива VP вначале потребуется гораздо более высокая температура, однако полное испарение будет происходить при более низкой температуре.
Таблица 12.3. Технические характеристики различных типов топлива для гонок
Trick 108 | Trick Turbo | VP C-16 | VP C-23 | ||
Октановое число | По исследовательскому методу | 113 | 119 | ||
По моторному методу | 103 | 109 | 117 | 119 | |
По насосному методу | 108 | 114 | |||
Удельный вес | 0,73 | 0,73 | 0,735 | 0,71 | |
Упругость паров по Рейду | 1,85 | 4,54 | |||
Температура перегонки | Начальная точка кипения | 36°С | 34°С | ||
Испарение 10% | 58°С | 68°С | 99,7°С | 77,9°С | |
Испарение 50% | 94,5°С | 96°С | 100,6°С | 97,6°С | |
Испарение 90% | 117°С | 113°С | 102,1°С | 99,7°С | |
Полное испарение | 146°С | 144°С | 111,8°С | 110,1°С |
В состав бензина может входить до 100 различных компонентов в различных пропорциях. Если топливо в основном состоит из менее летучих антидетонационных углеводородов, двигатель будет заводиться с трудом, а реакция дроссельной заслонки при нормальной рабочей температуре двигателя будет неудовлетворительной. Если двигатель был холодным, некоторое количество топлива не будет сгорать, смывая масло с гильз цилиндра и разжижая масло в поддоне картера. С другой стороны, если основные компоненты топлива являются высоколетучими, топливо будет быстро закипать, а сопротивляемость детонации будет незначительной.
Компания Shell называет толуол метиловым бензином. Это ароматическое соединение с высокой устойчивостью к детонации.
Следовательно, состав топлива для гонок, авиационного топлива, а также топлива для использования в условиях городского движения будет разительно отличаться. Также состав топлива для обычных легковых автомобилей будет меняться в зависимости от сезона. Конечно же, существуют государственные нормы, указывающие значения скорости перегонки топлива летом и зимой (отсюда и термины «зимняя смесь» и«летняя смесь»), но на самом деле нефтеперерабатывающие компании меняют формулу практически каждый месяц. В авиации дроссельная заслонка большую часть времени неподвижна, ее положение меняется только во время взлета и посадки, поэтому реакция дроссельной заслонки не является определяющим фактором для создания смеси. А так как двигатель практически не работает непрогретым с нечастыми пусками, смыв смазки гильз цилиндров и разжижение масла не являются проблемами. В этом отношении топливо для гоночных автомобилей похоже на авиационное топливо, но в отличие от самолетов гоночные автомобили обладают отличной реакцией дроссельной заслонки, потому что состав смеси будет несколько другим, с прочно связанными фракциями с антидетонационными характеристиками и легковоспламеняющимися компонентами.
Как молекулярная структура влияет на устойчивость кдетонации
Насыщенные углеводороды, как обычный гептан и керосин, представляют собой длинные цепочки углерода и водорода, связанные слабыми молекулярными связями, которые разрываются под воздействием тепла. Изооктан относится к семейству изопарафинов. Они обладают структурой с разветвленной цепью, которая образует более прочные связи, повышая сопротивляемость детонации. Циклопарафины, или нефтеновые углеводороды, также обладают хорошими антидетонационными характеристиками, так как атомы водорода и углерода крепко соединены вкольцеобразные молекулы. Ароматизированные виды топлива, как толуол, также имеют кольцеобразную структуру с прочными связями и, следовательно, отличные антидетонационные характеристики.
Как уже указывалось ранее, химический состав определяет, насколько быстро и до какой степени будет сгорать топливо, а также будет ли оно обладать антидетонационными свойствами при высоких температуре и давлении в цилиндре. Топливо, обеспечивающее легкость запуска двигателя и отличную реакцию дроссельной заслонки, будет обладать слабыми молекулярными связями, которые будут разрываться ивоспламеняться спонтанно (то есть не воспламеняясь под воздействием горения в цилиндре после воспламенения свечи зажигания) при низких температуре и давлении, в отличие от типов топлива с более прочными молекулярными связями. Некоторые топливные присадки, как соединения ароматического ряда, обладают отличными антидетонационными характеристиками, так как они горят медленно, не окисляются и не сгорают полностью, пока температура и давление в камере сгорания не будут очень высокими. Подобные компоненты, следовательно, замедляют процесс горения. Поэтому топливо с высоким октановым числом только увеличит мощность двигателя, нуждающегося в топливе, которое будет обладать стабильным химическим составом при высоких температуре и давлении. В действительности, если степень сжатия, давление наддува и угол опережения зажигания не настолько велики, топливо с высоким октановым числом не будет сгорать полностью в начальной фазе такта рабочего хода, что приведет к снижению чувствительности дроссельной заслонки, а также, возможно, к потере мощности.
Это еще одна причина, по которой меня увлекает двухтопливная концепция, о которой мы говорили в предыдущей главе. С обычным и относительно недорогим топливом для движения в городских условиях в основном баке вы получаете легкий запуск двигателя, отличную реакцию дроссельной заслонки, минимальный смыв масла со стенок цилиндра и разжижение масла. При использовании либо смеси толуола и топлива Avgas, либо чистого топлива Avgas из второго бака вы получите высокую сопротивляемость детонации с недорогим и доступным топливом. Так как эти типы топлива с прочными молекулярными связями впрыскиваются только при высоком давлении наддува, горение будет быстрым иполным, обеспечивая отличную мощность на выходе и отличные антидетонационные характеристики.
Топливо для гоночных автомобилей на основе Avgas
В прошлом большая часть видов топлива для гоночных автомобилей на самом деле представляла собой, по сути, топливо Avgas. Менялась только этикетка. Поэтому топливо 115/145 продавалось как топливо для гоночных автомобилей 115, хотя, если быть точным, некоторые виды топлива 115 действительно содержали 20% масла. Недостаточно, чтобы увеличить устойчивость к детонации, но этого хватало, чтобы сократить расход топлива иоблегчить смешивание топлива и масла в двухтактных двигателях. Этого топлива уже давно нет на витринах (его сейчас используют только военные и операторы старых боевых самолетов). В большинстве случаев этилированное топливо Racing 100 на самом деле является топливом Avgas 100/130. Более ранняя разновидность зеленого цвета содержала больше свинца (примерно 1,2–1,6 г/л), затем появилось топливо синего цвета с более низким содержанием свинца (0,5–0,7 г/л). По исследовательскому методу октановое число составило 108–110, по моторному методу октановое число составило как минимум 100, повышаясь до 102. В обоих случаях высокое октановое число достигалось посредством высокого содержания алкилатов и свинца. Топливо синего цвета также содержит соединения ароматического ряда (обычно толуол), чтобы компенсировать низкое содержание свинца.
Топливо Avgas 112/160 раньше можно было приобрести в некоторых регионах США, а в наше время его продают под маркой Leaded Racing 108, при этом числовой код указывает на октановое число топлива по насосному методу. Октановое число по исследовательскому методу составило 112–114, а по моторному – от 102 до 104. Как и старое топливо Racing 115 MB (компания Shell называла толуол метиловым бензином), оно отличается высоким содержанием соединений ароматического ряда, которые увеличивают его удельный вес с 0,69 (стандартное значение для авиационного топлива) до 0,73. Это означает, что энергии в каждом полном баке будет больше, поэтому смесь необходимо обеднить, чтобы поддержать необходимое соотношение воздуха/топлива, но это также позволяет увеличить пробег до пустого бака примерно на 5–6%. А это является важным преимуществом в гонках на выносливость.