Термодинаміка для субараста

Тюнинг и доводка автомобилей

Термодинаміка для субараста

Сообщение ®@©E® » Вс авг 24, 2008 21:06

Термодинаміка для субараста

В ці теплі літні дні, коли "спідометри показують +40 за Цельсієм", ми поговоримо про вплив температури повітря на роботу мотора, вплив інтеркулера на температуру повітря і вплив турбіни на нагрів інтеркулера. Десь так. Думав в який розділ запостити, вирішив що «Тюнінг» все-таки ближче.


При збільшенні температури повітря є 2 основних ефекти, які впливають на роботу мотора.
1. Підвищення температури суміші в циліндрах збільшує ризик детонації. Або, якщо висловлюватись більш технічними термінами, збільшує вимоги до октанового числа (ONR = Octane Number Requirement). Вважається, що на кожні 10°C приходиться 1 ONR. ЕБУ зменшить ймовірність детонації зменшивши кут випередження запалювання при збільшенні температури. Логічно, що це може привести до зменшенння потужності. Кожен градус кута запалювання змінює ONR на 0.5..0.75. Тобто при підвищенні температури на кожні 10 градусів цельсія нам треба буде зменшувати кут запалювання на 1.33…2.0 колінвальні градуси. Теоретично. А як насправді?
Для MY06 Forester XT, чуть спрощена схема компенсації виглядає так:
Код: Выделить всё
Timing Compensation (Intake Temp)
Intake Air Temp, °C   20   30   40   50   60   70   80   90   100   110
Ignition Correction   .0   .0   -1.05   -2.11   -3.87   -5.98   -8.09   -8.09   -8.09   -8.09

Залежність потужності від кута запалювання описати складніше. Спробую цим графіком:
Изображение
В точці MBT (Mean Brake Torque) у нас деякий кут випередження запалювання (в загальному не 0!), при якому досягається пік обертального моменту.

2. Підвищення температури при сталому тиску знижує густину повітря: буквально зменшується кількість молекул, які потрапляють в циліндри на кожному такті. А значить і потужність теж зменшується.
D2 / D1 = T1 / T2 – D1, D2 – густини (нехай в кг/м3); T1, T2 – температури (в Кельвінах)
Коефіцієнт густини, DR (Density Ratio), для деяких 2-х температур:

DR = T1(K) / T2(K)

Наприклад, якщо ми маємо деякий мотор, який при 16°С розвиває 200 к.с., то при 40°С його потужність буде:

200 * DR = 200 * (273.15 +16)/(273.15+40) = 200 * 0.92 = 184 к.с.

Чому 16°С? Це температура, при якій проводять вимірювання по нормам SAE.

Тут є одна складність: температура на впуску завжди відрізняється від температури навколишнього середовища.

Цього тижня я знайшов застосування цифровому термометру, який міряє до 250°C. Вирішив дослідити правдивість показів ІАT сенсора. Повіршивши термометр собою (було 37°C) і кип’ятком з чайника (було 98°C) я признав даний вимірювальний прилад достатньо точним для експеримента :crazy: Покази сенсора дивився за допомогою ноутбука підключеного до діагностичного роз’єма. Сенсор і термометр (термопроба була закріплена на корпусі MAF’a ) показували одну і ті ж значення +-1 градус. Температура на впуску вища температури навколишнього середовища на 5-25°C. Виглядає, так що справді холодний впуск може бути дуже корисним.

Термодинаміка турбо-систем.
{в процесі написання}

Компресор турбіни, стискаючи повітря, нагріває його. Всі знають приклад: якщо швидко накачувати колесо велосипеда, і насос і колесо нагріваються. Дехто пам’ятаючи з шкільного курсу закон Гей-Люссака і рівняння стану ідеального газу Менделеєва-Клапейрона може пояснити чому. Але для того щоб знати, наскільки нагрітим виходить повітря з турбіни, нам потрібно подивитись на фізику адіабатичного процеса.
Адіабатичний процес (грец. αδιαβατος — неперехідний) — в термодинаміці зміна стану тіла без обміну теплом з навколишнім середовищем. Його можна здійснити, проводячи стискання чи розширення тіла (наприклад, газу) дуже швидко (с)Wikipedia

Повний текст енциклопедичної статті тут:
http://uk.wikipedia.org/wiki/Адіабатичний_процес

Изображение

Cp i Cv – молярні теплоємності для сталого тиску і сталого об’єму відповідно. Для двоатомного ідеального газу γ = 1.395 (в довідниках переважно 1.4). В розрахунках доводиться оперувати тільки тиском і температурою, тому рівняння стану нам набагато цікавіше в такому вигляді:

Изображение

Ефективність компресора
Турбокомпресор нагріває повітря ще більше, ніж при ідеальному адіабатичному стисканні. Це пояснується тим, що крильчатка компресора стискає повітря прискорюючи і «пресуючи» молекули в напрямку виходу з компресора і молекули, які рухаються не в напрямку основного потоку буде збільшувати температуру повітря (в фізичному сенсі, температура – всього лише міра руху молекул). В деякій мірі, на нагрів повітря в компресорі впливає гаряча турбінна частина. Ефективність компресора СЕ (Compressor Efficiency), величина, яка показує наскільки нагрів повітря в турбокомпресорі більший за ідеальний адіабатичний нагрів:

CE = (∆T_adiabatic / ∆T) * 100%;


де ∆T = (T_turbo_out – T_intake); ∆T_adiabatic = T_intake * (P2/P1)^0.283 –T_intake

Виробники компресорів складають детальні компресорні карти за якими, знаючи коефіцієнт стиску і потік повітря через турбіну можна визначити теплову ефективність компресора в кожному режимі роботи.
Изображение
Pressure Ratio, PR = P_out/P_in

Приклад. Існує стереотип, що потужність турбо-мотора строго пропорційна PR. В простому варіанті це вглядає так: якщо деякий мотор, який без надуву розвиває 150кс при 6000, надути ще на 1 бар то його потужність буде 300к.с. при тих же 6000об/хв. Не буде по ряду причин, але ми поглянем тільки на термодинамічну складову. В загальному, потужність пропорційна коефіцієнту густини, а не тиску. Коефіцієнт густини:

DR = (T1/T2) * (P2/P1) – температури абсолютні (в Кельвінах), тиск абсолютний (в барах).

Нехай СЕ турбокомпресора 70%, T_intake = 27C = 300K

T_turbo_out = T_intake + (T_intake/CE) * (PR^0.283 - 1)

T_turbo_out = 300 + (300/0.7)(2^0.283 - 1) = 393K = 120C

DR = (300/393) * 2.0 = 1.53

Роль Інтеркулера в турбо-моторі важко переоцінити. Зменшуючи температуру він знижує ONR і підвищує коефіцієнт густини
(...)
  • 2

Последний раз редактировалось ®@©E® Вс сен 21, 2008 13:11, всего редактировалось 3 раз(а).
Аватара пользователя
®@©E®
 
Сообщения: 887
Зарегистрирован: Пт июн 01, 2007 22:07
Откуда: Ivano-Frankivs'k
Репутация: 12

Сообщение Akim » Вс авг 24, 2008 21:54

Хорошая тема! Респектище!
  • 0

AkimRaceTech
tel/WhatsApp O66I57426I
Аватара пользователя
Akim
 
Сообщения: 1644
Зарегистрирован: Вт май 08, 2007 11:22
Откуда: Одесса
Репутация: 29

Сообщение pyh » Вс авг 24, 2008 22:41

просто нет слов) молодца
  • 0

Evo X STOCK
Аватара пользователя
pyh
 
Сообщения: 1278
Зарегистрирован: Ср май 02, 2007 09:34
Репутация: 0

Сообщение Yaroslav WRX » Вс авг 24, 2008 23:11

Дякую ®@©E®!
Корисна тема!
  • 0

Аватара пользователя
Yaroslav WRX
 
Сообщения: 492
Зарегистрирован: Пн янв 22, 2007 12:56
Откуда: Киев/ППБ
Репутация: 0

Сообщение ATOMIC » Пн авг 25, 2008 00:04

єто для тех индивидуумов кому обьяснить почему фильтр должен быть в крыле,а кулер больше стока а лучше фронт, и почему тачка после стояния на свтофоре в жару дохнет -----нереально
ЗЫ
прилеплено ) респект автору
  • 0

+38-050-330-52-08
ECU tuning:
RACEROM, ECUTEK, HKS F-CON,
MOTEC, LINK ECU,COBB
Аватара пользователя
ATOMIC
 
Сообщения: 2073
Зарегистрирован: Сб янв 27, 2007 23:42
Откуда: а......оттуда
Репутация: 3

Сообщение Sigma STI » Вт авг 26, 2008 00:28

Круто!!!
Читаю и вспоминаю свой Мех Мат. ( чтоб его)
Было бы интересно встретиться с грамотным человеком.
  • 0

STI и FORIK мои лучшие друзья!!!
Sigma STI
 
Сообщения: 615
Зарегистрирован: Пн авг 25, 2008 23:59
Откуда: Одесса
Репутация: 12

Сообщение vintik » Чт авг 28, 2008 11:28

:Rose:
  • 0

Последний раз редактировалось vintik Пт май 08, 2009 20:32, всего редактировалось 1 раз.
Аватара пользователя
vintik
 
Сообщения: 512
Зарегистрирован: Чт май 24, 2007 19:32
Откуда: Одесса
Репутация: 9

Сообщение pyh » Чт авг 28, 2008 12:24

мне тебя очень жаль :crazy:
  • 0

Evo X STOCK
Аватара пользователя
pyh
 
Сообщения: 1278
Зарегистрирован: Ср май 02, 2007 09:34
Репутация: 0

Сообщение ®@©E® » Сб янв 31, 2009 16:49

Продовжимо...
тут: http://forum.club-subaru.com/viewtopic. ... 6&start=15 у нас почалась деяка розмова на тему детонації і статичної компресії, в якій було досить багато теорії, яка не має нічого спільного з реальністю.

Про детонацію.
Детонаційне згорання відбувається в тій області камери згоряння, де тиск і температура перевищують деякі граничні значення. Характеристикою детонаційною стійкості служить октанове число. Спробуємо перерахувати параметри, які мають вплив на тиск і температуру в камері згоряння:
- AFR
- кут запалювання
- об'ємна ефективність (тут список з 2 десятків параметрів, які визначають об'ємну ефективність)
- форма гбц
- форма поршня
- температура ГБЦ
- температура суміші
- температура вихлопних газів
- атомізація суміші.
- статична компресія
- теплотворна здатність палива
- швидкість згоряння палива.
Всі ці параметри творять єдину систему. Everything depends on everything. А тому спроби передбачити наявність детонації лише на основі октанового числа, надуву і СЖ абсурдні з самого початку. Динамічна компресія визначається статичною СЖ і об'ємною ефективністю. Об'ємна ефективність варіюється в широких межах і ситуація коли два мотори, СЖ одного 7.5:1, а іншого 12.5:1 мають одинакову динамічну компресію - абсолютно реальна.
  • 0

Аватара пользователя
®@©E®
 
Сообщения: 887
Зарегистрирован: Пт июн 01, 2007 22:07
Откуда: Ivano-Frankivs'k
Репутация: 12

Сообщение ®@©E® » Сб янв 31, 2009 17:00

про графік
Изображение
що він показує? залежність потужності від статичної СЖ, тільки при інших рівних. Інакшими словами, якщо стискати одну і ту саму кількість суміші все сильніше і сильніше, то до певної межі ми будемо отримувати більшу потужність. А піднімаючи надув ми збільшуєм кількість суміші майже пропорційно надуву. З поправкою на пропускну здатність головок, детонацію і кросовер-ефект більший надув завжди означає більшу потужність :Yahoo!: Підняття надуву ефективне аж до точки коли нестисливе паливо зробить гідроудар в камері згоряння :D
  • 0

Аватара пользователя
®@©E®
 
Сообщения: 887
Зарегистрирован: Пт июн 01, 2007 22:07
Откуда: Ivano-Frankivs'k
Репутация: 12

Сообщение GTI » Сб янв 31, 2009 17:51

®@©E®
Все правильно, мы поднимаем наддув, увеличивая подачу смеси. Но почему моторы не ездят с наддувом 3,4,5 бар? - ведь это реально. Вся фигня в том, что у тебя физический предел прочности ЦПГ и КШМ наступит раньше - мотор разорвет, причем не от гидроудара. Ведь я не зря тебе привел кусок диссертации. Можно ездить на СЖ 20-50, но надо управлять теплоподачей, т.к. большая часть работы тепловой энергией будет совершаться уже на обратном ходе поршня. Т.е. она будет только разогревать двигатель, не увеличивая его мощности.
Вот о чем я пытался тебе сказать.Эту картинку я привел, т.к. у нее крутизна кривой почти повторяет кривую зависимости прироста мощности от давления наддува при СЖ=const.
А именно - нагрузки на мотор растут не пропорционально росту мощности. Это доказывает абсурдность поднятия наддува до больших величин при высокой статической СЖ - не выгодно экономически, т.к соотношение: цена мотора/мощность не будет укладываться в приемлемые величины, ведь за все платить надо денюжки.

Всеже хочется увидеть ПРЕДЕЛЬНУЮ величину динамической СЖ для мотора, имеющего статическую СЖ=9,5 и наддув с избытком 2 бар (средний, в пиках больше). Какова она будет в численном выражении? Чтобы понимать на каком бензе этот мотор может ездить.
Это не задрочка - просто самому очень интересно. Особенно, после расказа GLXа и 5GT.
  • 0

WRX MY-06 Blue Mica
Gott schütze uns vor Wasser und Wind und vor Autos die von Wolfsburg sind!
Аватара пользователя
GTI
 
Сообщения: 9117
Зарегистрирован: Ср июл 30, 2008 22:41
Откуда: Харьков
Репутация: 1486

Сообщение ®@©E® » Сб янв 31, 2009 21:11

GTI писал(а): Но почему моторы не ездят с наддувом 3,4,5 бар? - ведь это реально.


Не їздять в основному тому що
- мотороконструктори народ консервативний
- потрібні турбіни які зможуть швидко виходити на такий надув
- потрібні значно більші інтеркулери
Хоча 4 бара буває в драгових моторах: там же і нітрометан, і сухий лід в теплообміннику...

Вся фигня в том, что у тебя физический предел прочности ЦПГ и КШМ наступит раньше - мотор разорвет, причем не от гидроудара. Ведь я не зря тебе привел кусок диссертации. Можно ездить на СЖ 20-50, но надо управлять теплоподачей, т.к. большая часть работы тепловой энергией будет совершаться уже на обратном ходе поршня. Т.е. она будет только разогревать двигатель, не увеличивая его мощности.
Вот о чем я пытался тебе сказать.Эту картинку я привел, т.к. у нее крутизна кривой почти повторяет кривую зависимости прироста мощности от давления наддува при СЖ=const.
А именно - нагрузки на мотор растут не пропорционально росту мощности. Это доказывает абсурдность поднятия наддува до больших величин при высокой статической СЖ - не выгодно экономически, т.к соотношение: цена мотора/мощность не будет укладываться в приемлемые величины, ведь за все платить надо денюжки.


Якщо спрощено, то нагрузки ростуть значно менше ніж росте потужність а потужність росте чуть-чуть менше ніж росте надув. Така природа правильно настроєного мотора з правильною турбо-системою. (до субар з TD04 це правило прикладати не можна :D )

Всеже хочется увидеть ПРЕДЕЛЬНУЮ величину динамической СЖ для мотора, имеющего статическую СЖ=9,5 и наддув с избытком 2 бар (средний, в пиках больше). Какова она будет в численном выражении? Чтобы понимать на каком бензе этот мотор может ездить.
Это не задрочка - просто самому очень интересно. Особенно, после расказа GLXа и 5GT.


Оце не знаю, були б даталоги, може щось би сказав.
  • 0

Аватара пользователя
®@©E®
 
Сообщения: 887
Зарегистрирован: Пт июн 01, 2007 22:07
Откуда: Ivano-Frankivs'k
Репутация: 12

Сообщение GTI » Сб янв 31, 2009 22:13

Убрал "много текста".
  • 0

Последний раз редактировалось GTI Вс фев 01, 2009 13:19, всего редактировалось 1 раз.
WRX MY-06 Blue Mica
Gott schütze uns vor Wasser und Wind und vor Autos die von Wolfsburg sind!
Аватара пользователя
GTI
 
Сообщения: 9117
Зарегистрирован: Ср июл 30, 2008 22:41
Откуда: Харьков
Репутация: 1486

Сообщение GTI » Сб янв 31, 2009 22:16

Как, видно из таблицы, если ввести всю теплоту по процессу V=const в двигателе со степенью сжатия 25, 40 и 51 максимальное давление Рz составит соответственно 349, 672 и 944 кг/см2. Т.е. абсолютно не приемлемые для ДВС величины.
Но в то же время многолетними экспериментами автора установлено, что бензиновый двигатель со степенью сжатия до 25 может работать без нарушения нормального процесса сгорания. При этом максимальное давление цикла в нем доходит до 80 кг/см2. Чем это можно объяснить?
Тем, что в теоретических циклах ДВС по мере увеличения степени сжатия термодинамические процессы газов переходят от одного вида к другому и завершаются изотермическим процессом подвода теплоты.


Вот только делать такие эксперименты на собственном авто очень дорого. Поэтому и мало верится.
  • 0

WRX MY-06 Blue Mica
Gott schütze uns vor Wasser und Wind und vor Autos die von Wolfsburg sind!
Аватара пользователя
GTI
 
Сообщения: 9117
Зарегистрирован: Ср июл 30, 2008 22:41
Откуда: Харьков
Репутация: 1486

Сообщение ®@©E® » Вс фев 01, 2009 10:05

Забагато текста :twisted:
  • 0

Аватара пользователя
®@©E®
 
Сообщения: 887
Зарегистрирован: Пт июн 01, 2007 22:07
Откуда: Ivano-Frankivs'k
Репутация: 12

След.

Вернуться в Тюнинг

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 9