bmwservice


Самообразовательный блог


Previous Entry Share Next Entry
Сдвиг по фазе II.
bmwservice
Ну что же, спрашиваю почти прямо: дальше подсказывать некуда. :)  Есть два одинаковых двигателя. Пускай ВАЗ. 1.5 л.

Посмотрите на них тут:
http://lada.ru/cgi-bin/models.pl?model_id=6295171&branch=tth

И что же мы видим: 8-клапанов на фоне 16, если рассматривать строго по точкам момента и мощности, то отличия таковы: момент в абсолютных величинах сравним (объем одинаков), но для 8 клапанов достигается ниже. Мощность у 16 клапанов выше, кроме того, достигается на более высоких оборотах...

В основе этих различий простой физический принцип, который легко проверить, если подуть между двумя открытыми буквой "V" страницами книги.

Теперь осталось только связать все вышесказанное со вчерашней темой и сформулировать правильный ответ... в комментах. :)

Ответ:               Действительно важным законом газодинамики является один из законов Бернулли, одно из следствий которого - падение скорости потока при увеличении проходного сечения. Свечку задувают сложив губы в трубочку, а не улыбнувшись во весь рот. Настоящим препятствием при требуемом увеличении мощности стала необходимость использования дополнительного клапана - два клапана означают вдвое увеличившееся проходное сечение - так можно затолкать побольше смеси в цилиндр на высоких оборотах. Но сатурация (наполнение) воздухом цилиндра на низких оборотах пропорционально затрудняется.

Точка эффективного момента перемещается в область 4000 оборотов и выше - становится неудобно ездить в городе - машина плохо тянет "снизу". Именно по этой причине, на автомобилях стали появляться системы переменного газораспределения - и не всегда важно, как именно достигается требуемый эффект - управлением высотой подъема клапанов, или полным "отключением" одного из них на низких оборотах...

  • 1
Чем больше клапанов - тем больше сечение канала. Больше сечение - меньше скорость потока.

Поэтому многоклапанные атмосферные моторы "не задыхаются" на больших оборотах в отличие от 2х клапанных. Соответственно пик момента и мощьности у них выше и смещен в сторону больших оборотов. Но на малых оборотах, большое сечение впускного канала им только вредит, поэтому если рассмотреть Ванос, то получим:

Ванос на малых оборотах открывает впускные клапана позже.

Соответственно на средних оборотах, клапана открываются раньше, чтобы полностью выгнать ОГ из камеры. На совсем высоких оборотах ванос почти не работает. ВОзможно, это связано с быстродействием всей системы и большой ее суммарной инерционостью. Теорию переходных процессов еще никто не отменял :)


Edited at 2012-02-09 09:12 am (UTC)

Да-да, все про то...

Т.е. намекаете на газодинамические процессы?

Ну тогда проще процитировать:
"Большое значение для правильного наполнения цилиндров имеет учет газодинамических характеристик топливовоздушной смеси и выхлопных газов. Во взаимодействии с конфигурацией впуского и вывускного трактов , они образуют сложные колебательные системы. В которых присутствуют резонансы или наоборот зоны без колебаний. Используя колебательные процессы газов можно добиться лучшего наполнения цилиндров или качественно изменить соотношение состава топливной смеси и выхлопных газов в цилиндрах. Инструментом изменения параметров служит механизм управления фазами клапанов и регулируемая дроссельная заслонка."

Используя "полезный резонанс" можно добиться более эффективного наполнения цилиндров свежим зарядом при различных режимах работы двигателя и удаления ОГ. В этом случае можно отказаться от системы рециркуляции с клапаном (EGR), так как увеличенное перекрытие клапанов приводит к тому что часть выхлопных газов под воздействием разряжения во впускном коллекторе всасывается обратно из выпускного коллектора в цилиндры.
Хотя на малых оборотах, при 1-м вп.клапане на цилиндр, скорость входа ТВС через клапан выше, соответственно цилиндр будет наполнятся более эффектнее, чем при 2-х впускных клапанах на цилиндр. Это даже реализовывали на 16-ти клапанном ДВС Опеля (серия Твинпорт), когда поступление воздуха перекрывалось заслонкой к половине вп.клапанов.
А совокупность изменения фаз и изменение длины (геометрии) впускного тракта еще сильнее будет способствовать лучшему наполнению цилиндров используя инерцию газового потока и его колебания.

С примером, понятным для домохозяек...сложнее, еще подумаю.



Edited at 2012-02-09 11:46 am (UTC)

А самый удачный пример, он уже звучал, про дымоход. В зависимости от необходимости в интенсивности горения (увеличение мощности и момента) и порывами ветра на срезе дымохода или появления разряжения в комнате (колебательный процесс) мы с помощью заслонок трубы и поддувало (клапаны) можем регулировать наполнение камеры сгорания свежим воздухом и отвод угарного газа.

Все же говорю о сатурации цилиндров на низких оборотах при увеличении проходного сечения. :) Все просто.

Т.е. "Сдвиг по фазе II" - это отдельный вопрос с отдельным ответом?

Ответы уже тогда прозвучали: при одинаковом расходе ТВС через впускное сечение на малых оборотах (режимы малых и средних нагрузок) один вп.клапан препочтительнее, чем два, т.к. скорость потока в первом случае выше, что способствует лучшему наполнению цилиндров и большему завихрению (соответственно лучшему распылению капель топлива) топливной смеси. Кривая крутящего момента на низких оборотах улучшается. С увеличением расхода ТВС, при больших оборотах, малое проходное сечение 1-го клапана становится ограничением, в этом случае лучшие показатели можно достигнуть с большим к-вом вп.клапанов.

Пример для школьников: в ведро налили колпачёк концентрата шампуня, необходимо разбавить водой из шланга с небольшим напором. Сжимая (уменьшая проходное сечение) кончик шланга увеличиваем скорость истечения воды, бурно все перемешивается и успешно справляемся с заданием.

фигня конечно, а не сравнение :)

Насколько я понял вся проблема в том, что нужно объяснить почему двигателю не хватает воздуха на больших оборотах.

Очевидно, что на больших оборотах двигатель для сжигания большего количества топлива должен потреблять больше воздуха (кислорода). Плюс к этому скорость всасывания на больших оборотах значительно выше, соответственно больше скорость воздуха.

Популярно.
Если сильно подуть между двух книжных листочков, то они слипнутся (идея с листочками подсказана-он же закон Бернулли) и движение воздуха между ними будет затруднено.
То же самое происходит в двигателе. При этом входной поток воздуха сужается (как 2 листочка) настолько, что его не хватает.

Не популярно.
Другими словами происходит запирание самого узкого сечения, когда в нем скорость воздуха достигает скорости звука. При этом объем воздуха в цилиндре не будет зависеть от давления (разрежения) в нем. Как результат двигатель "задыхается".
Более подробно http://en.wikipedia.org/wiki/Choked_flow

Решить эту проблему можно только увеличив критическое сечение потока, т.е. отодвинуть тарелку дальше от седла.

А мне показалось, что нужно как раз объяснить, почему двигателю не хватает воздуха на МАЛЫХ оборотах. :)

движение воздуха в коллекторе со скоростью звука - это зачот! :)

Кстати, закон Бернулли это основной закон ГИДРО динамики. Для газов он рабоает ТОЛЬКО в ламинарном потоке.

VTEC позволяет экономить топливо на малых оборотах и увеличивать мощность на высоких оборотах за счет изменения объема воздуха и топлива, которое поступает в цилиндры.
На низких оборотах клапаны открываются на небольшую высоту и на короткое время, объем воздуха и топлива, которое поступает в цилиндр минимальное, что позволяет иметь небольшой расход топлива.
На высоких оборотах клапаны открываются на большую высоту и на более длительное время, объем воздуха и топлива, которое поступает в цилиндр увеличивается, что позволяет увеличить мощность двигателя, но с ростом расхода топлива.
Двигатель без VTEC будет проигрывать двигателю с VTEC либо в экономичности, либо в мощности.

"VTEC позволяет экономить топливо на малых оборотах и увеличивать мощность на высоких оборотах за счет изменения объема воздуха и топлива, которое поступает в цилиндры."

Мне это видится маркетинговыми заявлениями, с ног на голову, жвачка для домохозяек...

Вопрос простой - почему двигатель с 16 клапанами снизу тянет ХУЖЕ, чем такой же, 16 клапанный. Почему 16 клапанный - мощнее - всем понятно, думаю.

Автор имел ввиду две разных реализации системы.
Для экономичности и для мощности. Обе имеют одинаковое название, но разный функционал.

Там нет инфы по фазам и подъему кулачков распредвала на 8кл и 16кл двигателях. А это важно тоже.

Нету, но полагаем их "оптимальными". То есть сделать кардинально лучше вы не смогли бы. Так как в основе различия лежит фундаментальный закон, против которого не попрешь, либо ВАНОС придумывать придется.

на малых оборотах наполнение цилиндра топливо-воздушной смесью происходит эффективнее через канал меньшего сечения (один клапан).
механизм такой: новые частицы смеси легче увлекаются за собой частицами проходящими через канал, если этот канал имеет меньшее сечение.
например, бензин из бака легче "подсосать" через шланг с меньшим проходным диаметром, чем с большим.
таким образом, смещенный вниз пик крутящего момента является следствием лучшего наполнения цилиндра смесью через меньшее проходное сечение канала.
однако, при увеличении скорости поршня, малого канала (одного клапана) становится уже недостаточно для эффективного наполнения цилиндра за сокращенный период времени, здесь увеличенное сечение (второй клапан) помогает пропустить в цилиндр большее количество смеси, что в свою очередь выражается в увеличении мощности.

Да-да, в общем все именно так. А самый простой пример, "на пальцах"? Аналогия для школьника. Не заставлять же его из бака отсасывать бензин? Все проще...

Т.е. основная причина распространения Ваносов - переход на многоклапанные двигатели, которые позволяют закачивать большее кол-во горючей смеси(что увеличивает мощность)? Но из-за конструкции буквой V часть смеси не заходит в цилиндр, поэтому нужно оптимизировать фазы в завис. от частоты? Хотя все равно не очень понимаю, ведь фазы можно оптимизировать и в клапанных двигателях.

Конструкция буквой V здесь причем? :) Хотя первая фраза как раз в тему... А вот последняя фраза не совсем понятна. Фазы как раз и оптимизируют...

Дополнение к моему первому коменту :
1)При большем сечении впускного канала и малой скорости движения поршня у нас не создается достаточного разряжения в цилиндре для полного его заполнения. т.е. по сути, мы имеем слишком маленькое сопротивление всасыванию на впуске. Двигатель то атмосферный :) пока мы в цилиндре давление не понизим, относительно атмосферного, воздух туда не пойдет. Поэтому ванос открывает впускные клапана позже, повышая разряжение в цилиндре.

2) При увеличении частоты врашения, скорость поршня увеличивается и он уже способен создавать нужное разряжение для полного заполнения цилиндра при таком сечении канала.

Ну а при очень маленьком сечении впускного канала (1 клапан), мы упираемся в максимальную пропускаемость канала при внешнем атмосферном давлении.

А если пытаться обьяснять школьникам - то можно их попросить подуть в тонкую и в толстую трубочку. Они поймут, что давление, которое нам какраз-таки нужно, будет разным.



Edited at 2012-02-10 08:51 pm (UTC)

Действительно важным законом газодинамики является один из законов Бернулли, одно из следствий которого - падение скорости потока при увеличении проходного сечения.

Если бы все было так просто.
Пресловутый закон Бернулли объясняет 2 эффекта: увеличение скорости потока при уменьшении сечения канала и уменьшения давления потока при, аналогично, уменьшении сечения канала.
Увеличение скорости потока обуславливается тем, что объемная скорость (равная линейной скорости * площадь канала) сохраняется; а уменьшение давления - сохранением энергии на единицу объема жидкости.

Т.е. с точки зрения закона Бернулли через большое сечение всасываемая смесь будет обладать меньшей скоростью, да - но ее объем будет неизменен.
С погрешностью на то, что смесь НЕ является идеальным газом. В коей погрешности все самые веселые эффекты и содержатся.

Вообще, математическая модель наполнения цилиндра топливо-воздушной смесью - это тема если не для кандидатской, то для дипломной работы - точно.

А касательно сравнения двух ВАЗовских моторов - то тоже не идеал корректности.

С тем, что на высоких оборотах величина канала одного клапана будет создавать уже весьма заметное насосное сопротивление - это, обычно, все легко понимают. Отсюда следует, что чтоб двигатель не "задохнулся" на высоких оборотах нужен второй клапан.

Это, собственно и объясняет, почему ДОХ-и мощнее, чем СОХ-и. Особенно, если помнить, что мощща = обороты * крутящий момент (с точностью до коэффициента), а крутящий момент напрямую связан с количеством сожженой смеси.

И единственный намек, что "все не так просто" - это то, что у 8-клапанника максимум момента достигается ниже. Но это может быть связано и с геометрией впуска - ибо нет смысла оптимизировать ее под более высокие обороты, если на них двигатель все-равно задохнется.

Эффективная сатурация цилиндра подразумевает не сколько объемное наполнение, но эффективное перемешивание. Разумеется, изменение массового и объемного отношения сказались бы стехиометрии смеси, что было бы заметно. А сказываются, однако, лишь на полноте (эффективности) сгорания. Аналогично этому, использование индивидуальных дросселей на цилиндр улучшает именно перемешивание, особенно - в зоне малых и частичных нагрузок. Падение скорости потока при увеличении сечения затрудняет процесс смесеобразования, но это не значит, что туда попадает меньше воздуха.

Ну вот с точки зрения смесеобразования - тут да, смесь при низкой скорости потока будет менее однородной (ввиду меньшей турбулентности потока).

Что, в принципе, должно решаться, скажем, так, как сделал это фиат - последовательный многоточечный прямой впрыск.

доступно о наполнении цилиндра.

Вот зависимости коэффициента наполнения от частоты вращения: http://savepic.su/2300721.htm
Если коротко то масса воздушного заряда это функция зависящая от коэффициента наполнения, плотности воздуха перед впускными клапанами и рабочим объемом цилиндра. Коэффициент наполнения в свою очередь обратно пропорционален скорости заряда на входе в цилиндр http://savepic.su/2349875.htm (чем выше скорость потока тем выше гидродинамисеские потери) и прямо пропорционален времени-сечения(произведение площади впускных клапанов и времени их открытия)

Если без учета всех потерь то масса заряда прямопропорциональна скорости потока его площади и времени открытия впускных клапанов, но такие условия бывают только в сказке.

А если рассмотреть турбовый таз 8ми и 16тм клапанный, тут турбина сможет компенсировать недостатки 8ми клапанов на высоких оборотах...

Форсунка льет бензин во впускной коллектор, при меньшей скорости потока большая часть бензина останется на стенках коллектора. Таким образом в цилиндр эта часть бензина попадет только в следующем цикле всасывания. Уменьшив проходное сечение канала мы увеличим скорость потока, следовательно меньше бензина будет оставаться в качестве "топливной пленки" на стенках впускного коллектора. Помимо этого газ как любое тело обладает инерцией, и чем выше скорость, тем выше момент инерции, которую можно использовать чтобы улучшить наполняемость цилиндров. На высоких же оборотах узкий канал создает существенное сопротивление потоку, и чтобы его уменьшить нам нужно шире открыть клапан, а организовав т.н. "перекрытие клапанов" за счет инерции выхлопных газов при одновременном открытии впускных и выпускных клапанов можно дополнительно засосать в цилиндр определенное количество смеси.

Сорри за, может, несвоевременность...

Но почему бы не начать объяснение с другого конца?

Начать-то надо с пояснения, зачем вообще нужно перекрытие фаз при высоких оборотах!!!
Типо при высоких оборотах топливно-воздушная смесь не успевает заполнить цилиндр, потому придумали создавать воздушный поток, который "по инерции" будет засасывать смесь в цилиндр, и т.п....
Ну а на низких оборотах такая "хитрость" приносит вред, не до конца удаляются выхлопняе газы, часть топливной смеси сразу уходит в выхлопную систему, и т.п....
Потому ВАНОСы и придумали, что бы на каждом режиме система работала оптимально...

Отдельный разговор - это типа пояснить ПРИНЦИПИАЛЬНОЕ различие между дизелем и бензином - мол де дизельное топливо сгорит всегда, при любых пропорциях с воздухом, а бензиново-воздушная сместь загорится только в определенных пропорциях... отчего надо регулировать не только объем распыляемого бензина, но и объем засасываемого воздуха.... ну и дальше объяснить смысл вальветроников да отключения половины клапанов....

З.Ы. Что касается закона Бернулли, то, по-моему, Вы его упоминаете всуе...
Чем больше дырка - тем легче воздуху заполнять цилиндры, это однозначаная зависимость....

Re: Сорри за, может, несвоевременность...

"З.Ы. Что касается закона Бернулли, то, по-моему, Вы его упоминаете всуе...
Чем больше дырка - тем легче воздуху заполнять цилиндры, это однозначаная зависимость..."

Ну спасибо, что не в 2024 году хоть). Тем не менее - попробуйте задуть свечку разодрав рот пошире... легче задувается?

Re: Сорри за, может, несвоевременность...

Есть подозрение, что заполнение цилиндров (масса воздуха в единицу времени) и задутие свечи (скорость потока) - это желтое и круглое. И напрямую не сравниваются!!!

А то в Ваше логике наблюдается глючок-с --- что бы лучше заполнить цилиндры, надо, что бы заслонка была еле открыта --- скорость-то потока будет огого!!!

Ну, звыняйте - блог начал читать только сейчас, в связи с планами по покупке авто...

Извините - в какой теме у вас указаны конкретные сорта масел, реккомендуемых для горячих движков БМВ навроде N52, N62? Ну и для менее горячих тоже...
Просто у Вас столько тем, что у меня немного голова пошла набекрень...

Re: Сорри за, может, несвоевременность...

1.Есть подозрение, что вам лично нужно ответить (для себя в не меньшей степени, кстати) на вопрос, почему у 8-клапанных двигателей ВАЗ семейства 2111 максимальный момент достигается уже около 3000 об/мин, а у современных им 16-клапанных 2112 - уже около 4000...

2.Все про масло написано в маслоFAQ.)

Re: Сорри за, может, несвоевременность...

1. А какой удельный момент у 8 и 16-клапанников??? Если у 16 - больше, то кагбе противоречия и нет... больше кислорода успевает забежать на высоких оборотах...

2. Ага, поищу...

Re: Сорри за, может, несвоевременность...

На картинке чередуются "малый" и "большой ход" - на цикле "малого хода" клапанов дроссельная заслонка должна прикрываться?

Не понимаю как поворот распредвала может уменьшить проходное сечение? AVCS или VVT-i
Разве поворот распредвалов не нужен для того чтобы открыть клапана под больший момент инерции воздуха?

У 16кл мощность ниже на низких оборотах вследствие того, что сечение впускного отверстия увеличено (чего, в общем, и добивались). Происходит это потому, что скорость потока при заполнении камеры сгорания тоже снижается. Почему скорость влияет на коэффициент заполнения? Потому что поток, по тому же уравнению, которое не раз упомянули, имеет несколько давлений и одно из них динамическое. Т.е. он, поток, имеет инерцию. С определенной скоростью наполняя камеру сгорания он повысит давление в ней выше атмосферного, а затем, если клапан не закрывать, опустится ниже атмосферного и т. д. по угасающей синусоиде. Для того, чтобы наиболее эффективно заполнить камеру, клапан надо закрыть в момент наивысшего давления воздуха. Но это достижимо только при определенной скорости поршня и определенном сечении входного отверстия. Чтобы этот эффект достигался во всем диапазоне рабочих частот вращения, нужно плавно изменять сечение входного отверстия , чаще его изменяют ступенчато. Кстати, на этом основан волновой наддув реализованный, в частности, в автомобилях с изменяемой длиной впускного тракта.

Edited at 2016-02-01 07:01 am (UTC)

  • 1
?

Log in