Некоторые размышления об особенностях горения различных топлив в различных двигателях периодического действия.

[Kim]

ответ 1 - определение детонации:

... взрывного протекания реакции горения – детонации, ....

калилка - это другое

 

[A&Ts]

ответ 1 - определение детонации: ... взрывного протекания реакции горения – детонации, ....

"ответ 1" неверный без упоминания об ударной волне... которая все крушит...

 

[Kim]

"ответ 1" неверный без упоминания об ударной волне... которая все крушит...

всегда ли, говоря о взрыве, нужно обязательно упоминать об ударной волне?

Взрыв термобарического боеприпаса стоит немного особняком -
там после сгорания идёт схлопывание с падением давления на 0.1-0.15 ат
рвёт лёгкие даже в укрытиях, если они негерметичные.

Это аналогично поведению дымного и бездымного пороха:
второй горит, другой взрывается.

 

[Kim]

Факторы, впрямую не влияющие на сгорание. Но кто знает…

1. Настроенный впуск.
В середине 90-х появилась фишка – делать впускные трубопроводы определённой длины к каждому цилиндру. Полагается, что столб воздуха при впуске разгоняется и к моменту закрытия впускного клапана этот разогнавшийся столб по собственной инерции «дожимает» туда, улучшая наполнение. Но получается, что для разных оборотов нужны трубопроводы различной длины. На малых оборотах – подлиннее, на высоких – покороче. Таким образом принятое решение об их длине настраивает двигатель на улучшение работы в определённом диапазоне. Были попытки сделать переключаемую длину путём установки соответствующих клапанов, ну и совсем заморочливые системы плавной регулировки длины.

Мне приходилось ездить на двигателе одной модели с такой системой настройки впуска и со старой, когда идёт длинный впускной трубопровод с очень коротким коллектором возле двигателя. К сожалению, между этими процессами был срок около 14-ти лет…
ощущения субъективны, но попытки понять разницу почти ни к чему не привели, более того, первый вариант нравится даже больше, поскольку двигатель работает более гибко, т.е. хорошо на ВСЕХ оборотах, а улучшение в каком-либо диапазоне тяжело поймать ощущениями.

А теперь приведём рассуждения по гидродинамике.
В каждом индивидуальном трубопроводе к цилиндру столб воздуха принудительно разгоняется и тормозится, а на это требуется дополнительная энергия. Современные двигатели вполне совершенны, и вводить дополнительные энергозатраты является непозволительной роскошью. Длинный столб воздуха в едином трубопроводе впуска гораздо лучше дожмёт воздух в цилиндр, если, конечно, его скорость будет существенной. А для этого нужно всего лишь слегка уменьшить сечение до разумно малого, что не должно сильно увеличить сопротивление. Ну а разгон/торможение на коротких участках в коллекторе минимально затрачивает энергию. Если говорить о количественных величинах, то лучше опираться на сечение канала впуска воздуха на входе в головку цилиндров. Для четырёхцилиндрового автомобильного двигателя можно принять общее сечение равным 3-4 таким сечениям при длине более полуметра, но лучше до метра.

Никого не хотел обидеть.
Всего лишь моё мнение.

 

[Андрей из Томска]

Здравствуйте. Как вы оцените впускной коллектор М 332 (337+два цилиндра) ? Диаметр трубы после заслонки 5,7 см ( S=55,5 см2), диаметр патрубков к головкам 4,2 см ( S=13,9 см2). Сечение трубы равно сумме сечений патрубков. В данной компоновке происходит равное наполнение цилиндров или же оно различно ? Если оно различно ,то стоило ли увеличивать сечение трубы, сделать как бы ресивер, на сколько позволят габариты ?
Двигатель оборудован механическим отключаемым нагнетателем и мех. впрыском топлива.

 

[KarnoKul]

Факторы, впрямую не влияющие на сгорание. Но кто знает…

Никого не хотел обидеть.
Всего лишь моё мнение.

Просмотр « Рабочий процесс перспективного поршневого ДВС» (ugatu.ac.ru)
В этой статье тоже про горение....

 

[Kim]

Здравствуйте. Как вы оцените впускной коллектор М 332 (337+два цилиндра) ? Диаметр трубы после заслонки 5,7 см ( S=55,5 см2), диаметр патрубков к головкам 4,2 см ( S=13,9 см2). Сечение трубы равно сумме сечений патрубков. В данной компоновке происходит равное наполнение цилиндров или же оно различно ? Если оно различно ,то стоило ли увеличивать сечение трубы, сделать как бы ресивер, на сколько позволят габариты ?
Двигатель оборудован механическим отключаемым нагнетателем и мех. впрыском топлива.

Посмотреть вложение 476834

Добрый день.
Сначала о цифрах. Диаметр 5.7 см даёт сечение 25.5 кв.см, что примерно вдвое больше сечения к каждом цилиндру (измерение штангелем по фото не производил). При полных оборотах и без учёта коэффициента наполнения расход вохдуха:
3980*2700/60/2=89550 куб.см/секунду,
что даёт среднюю скорость в подающем трубопроводе:
89550/25.5=3511 см/сек.=35 м/сек
не такая уж и большая величина.
Средняя в патрубке в каждый цилиндр:
35*25.5/13.9=64 м/сек
больше, но не в этом вопрос.
От общего трубопровода идут патрубки примерно по 20 см (опять без измерений)
Три патрубка отходят под прямым углом, а четвёртый - просто загиб. Коэффициенты сопротивления для потока из трубы в отросток под прямым углом и просто для поворота трубы можете посмотреть в справочнике, и они довольно сильно отличаются. Более точный расчёт требует учёта бОльшей длины крайнего патрубка. Лучше делать отростки под углом хотя бы 45 градусов.
Кроме того, в каждом воздух ускоряется и тормозится. При уменьшении длины патрубков энергозатраты будут уменьшены.

Теперь к постановке задачи.
Чего Вы хотите достичь?
- улучшить наполнение цилиндров.
- улучшить равномерность наполнения цилиндров
Чего ещё можно пожелать?

Ресивер служит для сглаживания поступления/потребления.
Например, компрессор. Включается периодически, наполняя ресивер. Потребители из этого ресивера получают необходимый воздух, даже если компрессор не работает.

У двигателя поступление воздуха на вход цилиндров равномерное, тем более при наличии нагнетателя.
Потребление периодическое, но при 4-х цилиндрах вполне равномерное, а при 6-ти практически гладкое.
И зачем ресивер?

Приведённые выше соображения несколько улучшат работу, но не ожидайте, что вы сможете их ощутить просто органолептически, без приборов...
Хотя, вполне возможно, и ощутите..
Иногда двигатель просто "поёт" или "шуршит"...

 

[Kim]

Просмотр « Рабочий процесс перспективного поршневого ДВС» (ugatu.ac.ru)
В этой статье тоже про горение....

- папа упал с лестницы
- что-нибудь сказал?
- неприличные слова опускать?
- опускать
- летел молча


Если бы не на своей ветке, то и читать бы не стал.
Бред сивой кобылы в каждом абзаце.

Самое мягкое:
писали не инженеры, и не имеющие отношения к науке.
Инженерами и научными работникаи не используются слова:
- вероятно,
- очевидно.
Остальное ещё хуже.

 

[Андрей из Томска]

Спасибо за ответ.

Чего Вы хотите достичь?

На одном из моторов я хотел бы получить бОльшую мощность (крутящий момент) путем весовой балансировки и балансировки по объему ( измерить и уравнять камеры сгорания в 4х цилиндрах). Не делать кардинальных, затратных модернизаций, а снизить расходы мотора на борьбу с самим собой. На сколько это возможно в условиях частной мастерской.
На мой дилетантский взгляд 4й цилиндр ( который ближе к заслонке) находится в более комфортных условиях по наполнению ТВС, тогда как 1й( самый дальний) получает меньший заряд или более богатый по топливу заряд. Хотелось бы поставить цилиндры в равные комфортные условия по наполнению.
Если вы говорите что дугообразный отросток не к месту, то есть штатные коллекторы с одинаковыми 4мя отростками. Длину отростков можно было бы уменьшить сделав раздающую трубу большего диаметра в виде овала в сечении.
С нагнетателем не особо понятно создает ли он сопротивление на входе или нет в выключенном состоянии, по Руководству он продолжает вращаться с оборотами примерно равными КВ.
Еще вопрос к вам, но немного не по этой теме. Я планировал установить маслосъемные колпачки на направляющие клапана впуска ( штатно их нет). Изготовить новые направляющие из БРКМЦ с местом под заводской колпачок. Цель - снизить всасывание масла через зазор клапан - направляющая. Дело даже не в расходе масла авиационного мотора, а в том беспорядке что это масло устраивает сгорая. Тарелка впускного клапана обрастает шубой, нагар на днище и в первой канавке кольца и т.д. Сейчас большинство колпачков из Витона, встречал данные что при 200 град С ,этот материал работает без потери эластичности 1000 часов. Температура головок до 210 град.С, т.е. 210 на взлете не более 5 мин. Штатная, рекомендуемая 140-185 С.
Каково ваше мнение по такой модернизации, игра стоит свеч ? Кстати, свеч зажигания в том числе)

 

[Kim]

Спортивного разряда по моторам у меня нет, то бишь публикаций и учёной степени.
Поэтому ответы воспринимайте как результат наличия знаний и здравого (в меру) смысла.

БОльшую мощность путём весовой и объёмной балансировки впрямую не получить, только как результат более приятной работы.

Встародавние времена 70-х - 80-х, когда возможности доработки практически отсутствовали,
энтузиасты доводили моторы ВАЗ с 75 до 85 сил полировкой каналов, удалением облоя и неточностей совпадения отверстий впуска и выпуска.
За точность не ручаюсь, не принимал участия.

" есть штатные коллекторы с одинаковыми 4мя отростками"
это значит, что цилиндры работают в одинаковых условиях. Одинаково плохих.
По поводу высказанных Вами условий 1-го и 4-го цилиндра не смогу подтвердить или опровергнуть - некогда поползать по справочникам, да и не уверен, что это нужно кроме как для академических расчётов.
Если дорабатывать, то по тем направлениями, что описал - уменьшений отростков, уменьшение угла поворота потока в направлении цилиндра. Овал в сечении совершенно необязателен, да и увеличение сечения не нужно.

О нагнетателе - всякая хрень на впуске создаёт сопротивление.
Вопрос лишь в том, получаете Вы больше, чем тратите, либо наоборот?

Маслосъёмные колпачки на двигателях воздушного охлаждения не ставят не просто из лени.
Температура головки велика, клапанов ещё больше, напряжённый режим работы создаёт местные перегревы, которые как раз в районе клапанов.
Материал колпачков просто не выдерживает. При температуре головки 210 градусов температура штока клапана может быть градусов на 100 выше, особенно выпускного.
А сгоревшая резина работу мотора не улучшает.
Вполне возможно, втулки клапанов изношены. Менять их или нет - опять же выбор между затратами и результатом.

А вот дальше как раз по теме.
Несгоревшее масло - это просто плохой процесс сгорания в цилиндре.
Маслосъёмные колпачки нагар уменьшат, но кардинально ничего не поменяют.
Чем более универсальны рекомендации, тем меньше они применимы к переделке конкретного мотора. Просто потому, что переделка/изготовление новой головки цилиндров - не совсем мелкое усовершенствование.

 

[Kim]

Если хотите получить относительно достоверные сведения о разнице питания воздухом цилиндров, то...

- найдите институт (или как там нынче называется, университет, учебное заведение), в котором есть кафедра гидромеханики.
- придёте на кафедру и предложите дать студентам курсовик с условиями двигателя.
- возможны два варианта: равномерное движение воздуха, либо по закону открытия впускных клапанов.

Второй вариант курсовика значительно сложнее.
Предполагаю, что преподавателям предложение понравится - ведь лучший вариант заинтересовать студентов - дать им конкретный рабочий вариант применения знаний.
Ну а Вы получите многократно рассчитанный вариант питания двигателя с профессиональными комментариями преподавателей.
И далее можете рисовать варианты коллекторов и подсовывать преподавателям/студентам.

Единственный недостаток - привязка к семестрам/сессии и длительность процесса.
Зато можно обсчитать множество вариантов.

 

[Андрей из Томска]

Если не перемещать заслонку, то я не представлю как организовать короткие отростки и более плавное их сочленение с основной трубой. Если же переносить заслонку, то вся механика разбежится, все плечи, рычаги и тяги надо будет не только правильно отчертить, но и изготовить, за заслонкой находится блок рычагов который управляет и топливным насосом и заслонкой. Там все достаточно тесно, как впрочем в любом авиамоторе.

 

[Kim]

шарообразный сей предмет
бывает нужен нам порою
ведь думать нужно головою
и способа другого нет

всякая переделка - весьма сложная работа.

 

[Kim]

Факторы, впрямую не влияющие на сгорание. Но кто знает…

2. Рабочая температура двигателя и материалы.
Примерно до середины 1990-х годов рабочую температуру ставили 90 градусов. На этой температуре двигателя включался вентилятор радиатора. Почему такая? Никаких объяснений на этот счёт в тогдашней литературе не только не было, даже намёков на такой вопрос не было.
На двигателе Пежо/Ситроен HDi dw10 рабочая температура была установлена равной 75 градусам. Описаний тоже не было.

А вот дальше было интересно.
BMW разработало для Пежо/Ситроен бензиновый двигатель 1.6. Вроде бы передовой навороченный – без дроссельной заслонки, управление величиной подъёма клапанов. Минимальное прижатие поршневых колец. Температура на хх = 105 градусов, при нагрузке уменьшается…
Говно жуткое. Топливо жрёт вёдрами. На 115 тысячах км компрессия падает до трёх => полная капиталка. Примерно тогда же умирает механизм управления подъёмом клапанов => замена головы. Электронный термостат умирает тогда же. В термостате умирает не только электроника (хотя она – в первую очередь), но и сам корпус. Из-за высокой температуры термопласт, из которого он сделан, легко крошится под пальцами. Из того же материала и подходящие трубки охлаждения – участь та же…

Конечно же, от материалов температура тоже зависит.
В 1940 -50-х годах перешли от чугунных поршней к алюминиевым. Их масса хорошо снизилась, что позволило повысить обороты. Потом на автомобильных двигателях стали применять и алюминиевые головки цилиндров. На некоторых остались чугунные, но это двигатели для тяжёлых условий работы.
Алюминий как материал гораздо слабее чугуния. С одной стороны, вероятность прогара алюминия выше, нежели чугуна. С другой стороны, лучшая теплопроводность снижает такую вероятность. Оценивать, что лучше, лучше в каждом случае индивидуально.
Сказать, что лучший теплоотвод снижает экономичность двигателя, конечно, можно, но доказать это, скорее, нет.
Тут можно больше говорить о большей прочности и жаростойкости того или иного материала. На этом форуме я говорил о желательности применения для поршней в некоторых случаях жаропрочной стали.

Материал цилинра тоже бывает в трёх вариантах:
- сталь,
- чугун,
- алюминий.
Сталь применялась как сухие тонкостенные гильзы. Но чугун по трибомеханическим свойствам лучше, поэтому сталь сейчас применяется редко, даже в случае сухих гильз применяют чугун. Чугун весьма износостоек как в варианте сухих/мокрых гильз, так и чугунного блока. Если, конечно, не делать минимальную юбку поршней при коротких шатунах. Ну а температуру горения чугун переносит весьма стойко. Также чугун очень хорошо переводит энергию механических ударов в тепловую.
Алюминий в качестве материала цилиндра используется обычно в дешёвых двигателях, чаще двухтактных, что и объясняет их малую долговечность. Пара трения сталь/алюминий весьма хороша, применяется во вкладышах, но это единственное преимущество. Во вкладышах есть масляный клин, а вот полусухое трение поршневых колец - это хреново даже для такой пары. Применение покрытий типа никасила несколько улучшает ситуацию, но совсем ненамного.

Ну а далее конструкторы сами принимают решение.

 

[Kim]

P.S. Температуру 75 градусов можно объяснить устройством камеры сгорания в поршне.
" Также чугун очень хорошо переводит энергию механических ударов в тепловую. - это стойкость к детонации.

 

[KarnoKul]

P.S. Температуру 75 градусов можно объяснить устройством камеры сгорания в поршне.
" Также чугун очень хорошо переводит энергию механических ударов в тепловую. - это стойкость к детонации.

Вопрос: существуют ли графики зависимости удельной мощности двигателя (квт/кг) от плотности материалов цилиндров, головки, поршней, к/в, и пр. деталей двигателя)???
Без этого не совсем понятна обоснованность перехода в двс от чугуния и стали к алюминиевым сплавам.

В стирлингах и прочих ДВПТ там более-менее понятно: удельная мощность двигателя прямо зависит от температуры нагревателя. Поэтому для нагревателей используют жаропрочные и жаростойкие материалы с большим содержанием никеля (а они, как правило, высокоплотные).
А вот для двс воздушного и жидкостного охлаждения - однозначного понимания нет.

 

[Kim]

Графики можно строить какие угодно.
Двигатель - это компромисс из огромного количества решений.
Математики говорят, что при количестве параметров более трёх математически невозможно сделать оптимизацию.

Я знаю только один параметр, от которого полностью зависят характеристики разрабатываемого объёкта разработки.
Если параметр хороший, объект великолепен, плохой - получается дерьмо.

и этот параметр - талант разработчика.

Вспомните Туполева, Королёва...

 

[JohnDoe]

Уважаемый Kim, имеется гипотетический вопрос:
Закрытая труба-КС, цикл Хамфри/Ленуара. Что будет если стадию горения поделить на две, скажем части в сравнении с обычным горнием. Т.е. в первом, обычном случае прыснуши в КС полную цикловую порцию и подожгли, дождались окончания горения, открыли выпускной клапан. А во втором случае в КС сначала прыскаем и поджигаем часть топлива, а после повышения температуры и давления прыскаем основную часть топлива, остатки. Будет ли какой-либо выигрыш/проигрыш в сравнении с обычным вариантом. По моему замыслу, в случае разделения, вторая часть должна сгорать в условиях эквивалентных предварительному сжатию, т.е. с более высоким термическим КПД. Фактически заменяется механическая энергия затрачиваемая поршнем на повышение давления и температуры(вследствии изменения обьема) на эквивалентную энергию сгорания топлива.

 

[Kim]

На любой вопрос - любой ответ.

Любое механическое воздействие всегда намного экономичнее воздействия огневого/взрывного.
Ударить в ухо гораздо экономичнее, чем воздействовать на ухо маленьким взрывом.
Один снайпер гораздо экономичнее обработки территории артиллерией.

Вопрос в постановке задачи.

Второй вариант используется уже давно в дизелях с многофазным впрыском.

Описывать все последствия того или иного воздействия бывает интересно, но нужно ли?

Ставьте задачу правильно - и у Вас будет больше половины ответа.

Идите в науку:
наука - это возможность удовлетворить собственное любопытство за государственный счёт.

 

[JohnDoe]

На любой вопрос - любой ответ.

Любое механическое воздействие всегда намного экономичнее воздействия огневого/взрывного.
Ударить в ухо гораздо экономичнее, чем воздействовать на ухо маленьким взрывом.
Один снайпер гораздо экономичнее обработки территории артиллерией.

Вопрос в постановке задачи.

Второй вариант используется уже давно в дизелях с многофазным впрыском.

Описывать все последствия того или иного воздействия бывает интересно, но нужно ли?

Ставьте задачу правильно - и у Вас будет больше половины ответа.

Идите в науку:
наука - это возможность удовлетворить собственное любопытство за государственный счёт.

Про экономичность механики никаких сомнений нет. Но есть иногда задачи, когда ее хочется избежать жертвуя экономичностью в пользу, скажем удельной мощности, габаритов, массы, ресурса. И на смену поршневой ВМУ приходит ТРД.
Мой вопрос связан с золотниковой КС по циклу с постоянным обьемом. В нем, как и в прочих, предварительное сжатие серьезно повышает КПД, и для самых "бедных" вариантов рассматривалась мной(исключительно в голове) возможность повысить параметры цикла без механических способов преварительного сжатия типа турбонагнетателя. Цель - получить дешевый микроТРД, например для самовзлетного планера. Можно, в принципе, обойтись уже достигнутыми параметрами(степень повышения давления в безнаддувном варианте около 6 при альфа 1,5-2,5), но всегда хочется большего.
Потому и спросил. Тем более в теме топика.