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.

