bmwservice


Самообразовательный блог


Previous Entry Share Next Entry
"Вопросы": ответы.
bmwservice
        Забавно, что в общем-то несложные вопросы вызвали столь бурное обсуждение. В комментариях к предыдущему посту и без того хватает здравых идей, поэтому я и принял решение опубликовать свое мнение (не претендующие на абсолютно правильный и полностью исчерпывающий ответ) в краткой форме, которое, уверен, вы сможете развить и дополнить в комментариях. В результате, после чтения комментариев того и этого поста, даже начинающий сможет сформировать устраивающее суждение по этим вопросам.)



"1.Для максимально интенсивного разгона, нужно переключаться в точке максимального момента, или же максимальной мощности? Многие просто по опыту скажут, что ответ очевиден, но почему и какое может быть доходчивое объяснение?"
Вопрос именно в такой форме часто задают в конференциях - это почти цитата. Если говорить строго, то вопрос вообще лишен смысла. Очевидно, что существует 101 логическое и эмприческое доказательство того факта, что для создания максимально эффективного ускорения переключаться надо в т.н. "момент максимальной мощности", но, повторюсь, на первый взгляд понятный вопрос, в данном случае, просто бессмыслица. Все эти логические рассуждения на этот вопрос не отвечают. Отсюда доп.задание: сформулируйте, если это возможно, этот вопрос таким образом, чтобы смысл в нем был. :)


"2.В чем основное преимущество дизельного двигателя, чем оно обеспечено и в чем, главным образом, это преимущество выражается для потребителя?"
Обещал кратко: увеличенная степень сжатия и, как следствие, повышение КПД, выражающееся в экономии топлива. Остальные преимущества и недостатки связаны не с принципом, а с конкретным конструктивом. Сейчас бензиновый мотор почти все преимущества дизеля "вобрал  в себя" - об этом, кстати, статья уже была.

3
.Почему звук работы дизельного двигателя на холостом ходу заметно громче бензинового?
У дизеля очень короткий и энергетически насыщенный цикл горения - всего около 20 градусов ДПКВ - очень много энергии выделяется в короткий промежуток времени. Даже самые современные и "тихие" commonrail системы имеют давление впрыска около 2000 атм - то есть, сама система впрыска достаточно шумная - шумит и топливная аппаратура. Чтобы снизить шумность на холостом, впрыск разделяют на порции. Таким образом, решаются сразу две проблемы, связанные с шумом. Пример - BMW N57 - вполне тихий современный дизель.

4.Продолжая тему вопросов 2 и 3. Представьте, что вы сделали два предельно одинаковых по конструктиву мотора, насколько это конечно позволяет практика. Но один из них - дизельный, второй - бензиновый. Полностью одинаков объем цилиндров, оптимизированы и уравнены потери - два близнеца по сути, но различны по принципу. Никаких турбин и прочего, что мешает сравнению - эталонные двигатели двух школ двигателестроения, сделанные для лабораторного образца. Вопрос: сравните их по критериям максимальной мощности, максимального крутящего момента, ожидаемого расхода топлива. Один относительно другого.

Проще всего ответить на этот вопрос, сравнив почти унифицированные моторы: BMW M20B25 и M21 (точнее, атмосферный вариант дизеля M21D24W).
 
Так как мощность является функцией оборотов, а дизельный ДВС имеет ограничение уже описанное в п.3, делающее невозможным создание высокооборотистого дизельного мотора, то проигрывая в оборотах, дизель проиграет и в мощности. Смотрим на практически любой дизель, в данном случае, не так уж и важно даже, с турбиной или без. За счет более высоких достижимых максимальных оборотов, бензин всегда в выигрыше.

С моментом у реальных образцов дело обстоит так: 152 Нм у M21D24W. И что-то около 220 Нм у M20B25. Почти 30% разницы в пользу бензинового двигателя, обеспечены в том числе более низкой калорийностью заряда. Реальный дизель работает на обедненной смеси.

Так что, ситуация на практике примерно такова:

1.Максимальная мощность - заметно выше у бензинового двигателя. За счет оборотов. Тут без вариантов.

2.Максимальный крутящий момент - заметно ниже у дизельного, за счет более низкой калорийности заряда - реальный дизель выдает максимальный момент на обедненной смеси, в то время как бензиновый - на богатой. Вот тут появляется вариант - что мешает для эксперимента сделать смесь максимально богатой, близкой к стехиометрии и тогда моменты должны быть примерно равны. Требования токсичности EURO 6 вот-вот вынудят производителей дизельных ДВС забогатить смесь ради экологии - это один из эффективных способов снижения выбросов.

3.Удельный расход топлива на практике - ниже у дизельного двигателя за счет степени сжатия (КПД) и, при равном объеме блоков, за счет более низкой удельной мощности/момента. Последнее, является следствием работы дизельного ДВС в диапазоне от сверхобедненной до обедненной смеси, в то время как бензин работает в диапазоне от почти стехиометрической смеси до богатой.


Итак, в случае чистого лабораторного эксперимента, никто не мешает нормализовать смесь до стехиометрической и даже сделать ее богатой, что должно в теории почти уровнять момент. С учетом первоначальной формулировки задачи и немного большей удельной калорийности дизтоплива, но в то же время и несколько больших потерь на трение, моменты лабораторных ДВС скорее всего будут примерно равны.

5.Перечислите функции автомобильного амортизатора. И можно ли назвать главную функцию?
У амортизатора несколько очевидных функций, но главной я бы назвал возможность сохранять контакт колеса с дорогой (сохранять управляемость). Для иллюстрации можно взять два разных амортизатора и на одной и той же трассе замерить время, которое колесо сохраняет контакт с дорожным покрытием. Это и будет условный коэффициент качества работы этого элемента.

  • 1
5. А пружины, кстати, зачем?

Ограничить внутренности автомобиля от ударных нагрузок, возникающих при проезде неровностей дороги.
Усталость металла, знаете ли - страшная штука.

> сформулируйте, если это возможно, этот вопрос таким образом, чтобы смысл в нем был

Да легко :) Это задача оптимального управления (http://en.wikipedia.org/wiki/Optimal_control ). Если разгон происходит в режиме "педаль в пол", то управлением u(t) здесь будет передаточное отношение КПП как функция от времени. В нашем случае эта функция принимает дискретные значения, соответствующие фиксированным передачам (если рассматривать автомобиль с вариатором, то она будет непрывна). Оптимизируемый функционал J возьмем тривиальным, равным просто t_f (конечному времени). x(t) - это скорость автомобиля, на нее наложим граничные условия x(0) = 0, x(t_f) = 100 км/ч (допустим так). "Физику" процесса засунем в уравнения состояния, связав производную скорости (то есть ускорение) со значением скорости в текущий момент времени и выбранной передачей (из этого можно рассчитать обороты двигателя, а из них, пользуясь внешней скоростной характеристикой - и ускорение). Добавим ограничение максимальных оборотов - и в принципе, получим корректно поставленную задачу оптимального управления, описывающую процесс разгона автомобиля. Для полного счастья можно добавить еще какие-то ограничения (типа запрета пробуксовки, минимальных оборотов и т. п.) - но как мне кажется, уже в этом случае математическая модель будет вполне адекватно описывать реальность.

Формулы выписывать мне лень :) Вопрос, на который отвечает эта задача, такой: "в какие моменты времени надо переключать передачи, если газ выжат "до пола", и требуется минимизировать время разгона до 100 км/ч".

Я в призерах и от скромности не умру!

"У амортизатора несколько очевидных функций, но главной я бы назвал возможность сохранять контакт колеса с дорогой (сохранять управляемость). Для иллюстрации можно взять два разных амортизатора и на одной и той же трассе замерить время, которое колесо сохраняет контакт с дорожным >покрытием. Это и будет условный коэффициент качества работы этого элемента."

Давайте для иллюстрации возьмём дорогу с идеальным качеством покрытия, но с поворотами разной конфигурации. Контакт с покрытием колесо будет сохнанять даже если вообще амортизаторов не будет.
Так зачем же они нужны? ;)

При езде по дороге плохого качества важно прежде всего соотношение массы колеса и всего остального по другую сторону пружины. Чем это отношение больше, тем больше времени колесо проведёт в контакте с дорогой. Амортизатор в данном случае нужен только чтобы колебания (инерцию колеса и пружины) подтормаживать (и чем больше отношение - тем меньше его роль)..
А основная работа амортов это не кочки, это управляемость. По крайней мере в машинах где от управляемости что-то осталось..

Edited at 2012-10-24 02:34 pm (UTC)

ну а первый вопрос должен звучать "Скажите, какой диапазон оборотов мотора обеспечит наиболее эффективный разгон?".

Уточните пожалуйста, как именно "короткий энергетически насыщенный цикл горения" мешает дизельному двигателю развить высокие обороты? Неужели нельзя в течение этого короткого отрезка времени впрыснуть и сжечь стехиометрическое количество топлива?

180 и 20 градусов поворота коленвала + впрыск жидкого топлива прямо в камеру - есть разница? Ведь за 20 градусов надо еще и сжечь. И непросто сжечь, а сжечь полностью.

Что мешает топливу догореть в последующие 150 градусов?

Цикл рабочего хода.

Период расширения? И чего в нём не хватает?

Топливо положено сжечь до него.

у дизелей всегда избыток воздуха, о какой стехиометрии может быть речь?

Насчёт стехиометрии я слегка перегнул, но сжечь хотя бы то же количество, что на малых оборотах?

Диз.топливо впрыскивают ровно столько (одной или несколькими порциями), сколько успеет сгореть полностью, грубо говоря, до открытия вып.клапана, иначе горящие остатки полетят дальше по цепочке выхлопа.

От момента впрыска до открытия клапана никак не 20 градусов.

Почему-то получается, что диз. топливо горит быстро и медленно.

Ответы в основах теории ДВС, раздел "Процесс сгорания топлива в дизельном двигателе", индикаторная развернутая диаграмма диз.ДВС.
Если кратко, то период сгорания делят на 3 фазы:
1. начало впрыска топлива до начала его самовоспламенения (образование зон горения). Начало происходит до ВМТ (опережение впрыска).
2. распространение пламени по объему сгорания ("быстрое" горение топлива, давление в цилиндре стремительно возрастает). Продолжительность зависит от первой фазы и механизма впрыска, конструктива КС.
3. "медленное" горение топлива (давление еще чуть нарастает, но не так стремительно). Происходит окончание впрыска топлива. Давление достигает своего максимума.
Фазы 2 и 3 называют периодом видимого горения. Все три фазы "умещаются" в 20° поворота КВ.
После начинается расширение, давление понижается, и оставшееся топлива еще догорает в процессе расширения. До начала открытия выпускного клапана (с опережением относительно НМТ на угол 40-75°) топливо успевает догореть полностью (ведь окислителя в цилиндре предостаточно еще).

Сравните с бензиновым, где пик давления от сгорания топлива наступает на 12-18° после ВМТ. Добавьте к этому угол опережения зажигания и увидите, что у бензинового период горения "в градусах по КВ" дольше. А остатки топлива также догорают при цикле расширения.

Про дизель и примерно равный крутящий момент не совсем ясно. У нового ML бензиновый 3.5-литровый двигатель дает 273 ft-lbs момента, а дизельный 3-х литровый - 455 ft-lbs. Разница в два раза почти на литр объема.

Тут у дизеля есть турбина.

В вопросе звучало условие "никаких турбин".
Вы же сравниваете с турбодизелем.

забавно что я забыл написать про шумность топливной аппаратуры дизеля...

не понял, и крайне удивился
Gasoline (petrol) 34 MJ per litre
Diesel 36.4 MJ per litre
или уже обьемы и дозирование топлива за такт уже начали в килограммах взвешивать?
да, в килограммах все наоборот, но плотность то где? а дозирование всегда есть и будет обьемным а не весовым... так что как раз у дизеля выше отдача с литра обьема топлива, поэтому то и экономичнее, поэтому то и момент выше

да и научились же более менее крутить дизель, ровно теми же способами что и шумность понижать - предвпрыски еще на фазе продувки, послойный впрыск, запальные предвпрыски
а вообще не крутится он потому что крутить можно короткоходные ДВС, а дизель имеет фундаментальное ограничение размера камеры сгорания, меньше определеннго обьема просто невозможно развить нужную температуру, также и ход поршня, а длинноходную поршневую, как не облегчай, колено не выдержит оборотов

Gasoline (petrol) 34 MJ per litre
Diesel 36.4 MJ per litre

Это конечно так, но калорийность заряда зависит от количества топлива при смесеобразовании, а не от его массы, или объема в чистом виде. Дизель работает на обедненной смеси, отличной от стехиометрии. А бензиновый ДВС, в режиме максимальной мощности, богатит до 0,8. Какой же прок сравнивать массовую или объемную калорийность, если смесеобразование разное в принципе?

И момент, как видно выше, у примерно аналогичного дизеля действительно ниже.

с такой формулировкой уже можно согласиться это уже ближе, но теперь разовьем дальше

как вы думаете, что если вашу фразу сформулировать так:
1. дизель МОЖЕТ работать на сверхбедных соотношениях топлива и окислителя
2. ввиду того что литровая энергоемкость дизеля ВЫШЕ и он может работать на сверхбедных смесях, на малых нагрузках двс цикла дизеля совершает туже (а то и большую) работу затратив меньший обьем топлива (в литрах)
3. большие энергопотери двс цикла отто в том числе связаны и с тем что невозможно поджечь сверхбедную смесь, хотя теоретически такой свермалой дозы топлива было бы достаточно для совершения тойже работы
4. именно в направлении п3 и движется сейчас развитие двс цикла отто, так и выжимают уменьшение удельного расхода топлива, а меньше спалил = меньше выбросил = впихивание в экологию

касательно крутящего момента - момент можно сделать любой все зависит от того как дуть, тут глупо сравнивать
но вспомню ваши же слова - момент это СЖ, нет?

Edited at 2012-10-25 11:47 am (UTC)

Ответил вам в переписанном п.4.

вот, уже гораздо лучше ;)

но все равно до конца согласиться еще не могу...

по стехиометрии вообще - ее в принципе нету у дизеля,
почему? - потому что у цикла отто заряд это газообразная смесь паров бензина с окислителем, а у дизеля, при любом раскладе - капельная взвесь, а по простому мелкодисперсный туман
хоть скорость горения дизеля и выше, но заранее обеспечить каждой частице топлива нужную часть окислитель невозможно, потому что капли!
количество окислителя зависит от того на сколько мелкие частички топливо удалось распылить
никаких связей евро6 и обогащения, евро6 = еще большее давление чтобы туман был еще мельче + еще более растянутый впрыск, с уменьшенной СЖ, чтобы в итоге горело еще оптимальнее

поэтому у цикла дизеля и не существует никаких стехиометрических соотношений, процесс горения таков, что для полного сгорания дизелю необходим избыток окислителя, плюс удобство в том что идет самовоспламенение топлива, а значит в принципе не надо заморачиваться с точным подсчетом обьемных частей, хотя оно конечно нынче уже есть, но только для рециркуляции и понижения NO(x)

касательно калорийности заряда - калорийность заряда вообще никак не зависит от типа ДВС, калорийность заряда зависит от обьема топлива, обьема окислителя, и калорийности этого обьема топлива, то есть калорийность заряда при равных обьемах топлива всегда выше там, где выше калорийность топлива

теперь почему "кажется" что у цикла отто выше калорийность заряда, потому что у цикла отто регулирование количественное, а у дизеля регулирование качественное... цикл отто регулирует отталкиваясь от обьема окислителя, при чем дозирует сначала обьем окислителя, потом обьем топлива, цикл дизеля просто знает сколько окислителя вдувается(конст), от этого он знает потолок сколкьо можно влить, при этом если стока не надо, то льем меньше, ибо похер - все равно сгорит
поэтому, при частичных нагрузках, калорийность заряда у цикла отто выше и часто избыточна, а у дизеля ниже и значительно,... но как только ДВС выходит на режим предельных нагрузок, то наоборот!!!

но тут еще как считать, если плясать от обьема окислителя, то см выше, легкие фракции, находящиеся в газообразном состоянии горят оптимальнее при меньшем обьеме, тяжелые же требуют избытка,
то есть пляшем от воздуха - калорийнее бенз, пляшем от топлива - калорийнее дизель

отсюда и фундаментальная разница в типах ДВС - одно для макс отдачи, другое макс экономии и это следует в первую очередь из физикохимических свойств самих топлив и процесса их горения/окисления

и еще раз - надуть нынче стало возможно что угодно и как угодно, бенз, правильно написали, берет макс мощность за счет оборотов, а дизель, чтобы достичь той же мощности (работа=сила*расстояние или момент силы*обороты), берет как раз моментом силы, то есть крутящим


Edited at 2012-10-29 01:46 pm (UTC)

Ответ на 1й вопрос

На 1й вопрос видел исчерпывающий ответ, после которого он отпал в любой формулировке :)

F (сила) = P (мощность) / v (скорость) = m (масса) * a (ускорение)

a = P / (v*m)

если считать массу постоянной, то с любой скорости разгон будет максимальным при максимальной мощности подводимой к колёсам (с учётом потерь по пути от двигателя, которые могут быть зависеть от оборотов)

Чтото много в этом блоге в посл время про дизель пишут. Попытаюсь добавить: как я понл главная проблема современного турбодизеля это короткая полка ММ,решается она созданием многоступенчатых трансмиссий. Я был бы оч рад еслибы на моей легковушке было 10 передач,но это почемуто удел камазов итд))

А если супруге понадобится в магазин, что она будет делать с 10 передачами?

5.Перечислите функции автомобильного амортизатора.

Касательно амортизатора, хотел добавить пару слов: физически (если не ошибаюсь) назначение амортизатора в том, чтобы превращать энергию колебаний (механическую) в тепловую. Если убрать амортизатор, то энергия колебаний будет сохраняться и из-за этого корпус машины после кочки будет несколько раз прыгать уже на ровном асфольте.

  • 1
?

Log in