Бензин - воздух
Прошивка, обманка, апджеттинг, павэркоммандер... Для кого-то это звучит музыкой, для других абракадаброй, есть и те, кто считает всё это чушью и «барабаном Страдивари», руководствуясь золотым правилом механика («Не мешай машине нормально работать»). Зачем все эти манипуляции с системой впуска, как это происходит на практике и как оптимизировать процессы сгорания - об этом в новом цикле статей.
В ближайших номерах под разными рубриками разные авторы поделятся своими знаниями и опытом по «оптимизации процессов сгорания в заданном диапазоне оборотов», рассмотрев всесторонне всего одну систему, наиболее часто нуждающуюся в доработках, подчас вынужденных. Но сначала - о сути такой оптимизации и о том, зачем к ней прибегают на практике.
Для начала вспомним несколько терминов и понятий. И для того, чтобы напомнить, и для того, чтобы конкретизировать их применительно к практике. Горючая смесь - смесь воздуха и паров бензина, приготовленная системой питания и подаваемая в цилиндр.
Рабочая смесь - горючая смесь плюс остатки отработавших газов, находящиеся в надпоршневом пространстве к моменту зажигания в цилиндре. Стехиометрическая (нормальная) горючая смесь -14, 7 кг воздуха на 1 кг топлива. Такое соотношение считается оптимальным для полного сгорания условного (или химически чистого, что одно и то же) бензина.
Обогащённая (мощностная) горючая смесь-смесь, в которой количество топлива больше, нежели 1 кг бензина на 14,7 кг воздуха. Обогащение вызвано неполным сгоранием топлива в цилиндрах ввиду малого количества времени, отводимого на процесс расширения, а также несовершенством организации процессов смесеобразования, зажигания распространения фронта горения. Коэффициент избытка воздуха (коэффициент да) - отношение количества воздуха, попавшего в цилиндр, к теоретически необходимому. Таким образом, при обогащённой смеси Коэффициент лямбда будет меньше единицы.
Это теория. А что на практике? Да то же, что теории, кроме одного: циферок. И дело не только в том, что все эти коэффициенты и числа содержатся в основном в учебниках и научных трудах, написанных в 1950-70-е годы, когда ДВС были, говоря, несколько иными. Зависят эти коэффициенты от десятков самых различных факторов, остановимся на важнейших из них. Сначала пройдёмся по составу стехиометрической смеси. Здесь два компонента: воздух и топливо. С воздухом более-менее ясно: его состав плотность (а значит, содержание кислорода) сильно колеблются в зависимости от погодных факторов. Чем ниже атмосферное давление и выше влажность, температура и высота над уровнем моря - тем ниже содержание кислорода в воздухе. Разница не особо большая, в реальных условиях редко случаются колебания выше 5 %, но и этих процентов бывает достаточно для серьёзного падения мощности, а то и вовсе дырки в поршне. Впрочем, последнее касается в основном «тюненых в мясо» двухтактников, а потому немного мимо нас с вами, но на мощность влияет всё равно.
А с топливом непоняток ещё больше. Ведь в баках плещется отнюдь не чистый бензин с его теплотворной способностью 10770 ккал/кг и 14,7 кг условного воздуха на кг горючего. Чистый высокооктановый бензин (он же алкилат) слишком дорог, а применение тетраэтилсвинца, коего хватало для повышения ОЧ долей процента, запрещено. Современное топливо - это коктейль из всевозможных компонентов, от бензола до метилтилтретбутилэфира (МТБЭ). Последнего в продаваемом на заправках «95-м», а тем более «98-м», до 15%. МТБЭ, обычно смешиваемый с третбутиловым спиртом (ТБС) и известный в таком виде как смесь "Фетерол» или «Октан-115», имеет на 20-25 % более низкую теплотворность. А содержание в смеси кислорода (в разы меньше, нежели в легендарном метане, но всё же) дополнительно обедняет смесь. И это только один из компонентов моторного топлива! Если же не вдаваться далее органическую химию, останется подытожить: реальный бензин не только требует другого количества условного воздуха для полного сгорания, каждого сорта топлива, на каждой заправке параметры свои.
Но даже если заправляться на одной и той же заправке, состав смеси будет колебаться, а её реальный коэффициент избытка воздуха сильно отличаться от заложенного при заводских настройках мотоцикла. Колеблясь при этом ещё при перемене погоды. Ещё важнее, что наши стандарты по бензину в плане содержания присадок и смесей либеральнее европейских (чем нефтяники и пользуются). А значит, на нашем бензине работа рассчитанных на «их» топливо движков далека от расчетной.
И это только по стехиометрической смеси! А нам ведь надо её ещё забогатить, чтоб получить максимальную мощность. И мощность эта будет расти в разы быстрее, нежели подача топлива. Но лишь до определённого момента: после достижения пиковой мощности (естественно, в конкретных погодных условиях и конкретном топливе) с увеличением подачи топлива отдача будет падать ещё быстрее. (В реальности происходит наоборот: «пляшут» от максимально возможного жиклера, меняя его на всё меньшие до достижения максимальной мощности, потом для верности - до начала её падения... А потом ввинчивают на пару размеров большие: небольшое переобогащение необходимо для снижения переобеднения смеси при колебаниях погоды - а главное, при резком закрытии дросселя. Но это реалии настройки, мы же говорим о теоретических принципах).
 |
Каков коэффициент избытка для достижения максимальной мощности? В справочниках и мануалах приводят значения от 0,84 до 0,93. Ничего себе разброс, да? А точнее не скажет никто, ибо это зависит от конструкции и настройки данного двигателя.
Да-да, от настроек тоже. Но от них в меньшей степени. Куда больше значения составу смеси приходится придавать при доработках «периферии» движка. Скажем, установка «нулевика» на впуск, снижая сопротивление, резко повышает плотность свежего заряда на «верхах». Настолько, что на карбюраторных моторах требует увеличения производительности жиклера на 8-10 % (в зависимости от геометрии и конструкции фильтра), чтобы компенсировать увеличение количества воздуха. Юзеры «карбовых движков» также знают, что замена штатного выпуска на «прямоток» тоже требует замены жиклера, но на 2-5 % помясистее, не более того, а вот иголочку надо поднять существенно, чтобы скомпенсировать «провал» в третьей четверти диапазона. Причина тому проста: снижение сопротивления на выпуске резко повышает эжекционный эффект (а он наибольший у «гражданских» моторов именно в конце «середины» - начале «верхов»); следовательно, остатков несгоревших углеводородов в рабочей смеси на этих оборотах будет меньше, а кислорода больше. Значит, нужно подбросить свежих дровишек. Благо, мощность в обоих случаях вырастет не меньше роста производительности и расхода топлива. Но карбюраторы - уходящая эпоха истории ДВС, а для перенастройки впрыска отвёртка, пассатижи и коробок с жиклерами штука бесполезная. Тут нужны другие приспособления, более высокотехнологичные. О них - в следующем номере.