Влияние на парното върху потреблението - Наръчник на автомобилиста
Започна с факта, че един ден моят приятел дойде при мен и започна да се кара на новата си японска кола. От доста време навън беше студено и дъждовно, нормална есен. Един познат: Продадох си жигулито и тази кола започна да яде като луда, карам бавно, ускорявам плавно и спирам плавно. Пуснах +25 на печката, и принудително изключих климатика и отворих малко прозорците, за да не се запотяват. Топло сухо удобно. Но колата яде бензин вероятно един и половина пъти повече, отколкото беше през лятото. Sentry, заминаване за три месеца и всичко, auto gauno, яде като слон. Аз: Топло и удобно ли ти е?
Познат: Е, да, иска ми се да имам такива пари, не беше топло и не удобно. Не знам какво щях да направя с продавача тогава. Продадох жигулито, защото ми писна да мръзна зимата.
Аз: Пробвал ли си да затвориш прозорците и да пуснеш климатика?
Запознат: Да, колата ще яде още повече, защото там ще работи някакъв климатик и казва как се увеличава разхода. Но прозорците не се изпотиха, винаги държа прозорците отворени, цялата топлина от печката е безплатна.
Аз: А ти затвори прозорците и не пречи на работата на климатроника, тренирай една седмица, после ми кажи.
Седмица по-късно дотичва радостен познат: Ураааа, урааа. Храненето започна както преди, дори не можех да мисля. Как разбра, че трябва да го направиш.
Аз: Не знаех. Просто имам кола точно като твоята. Само двигателят е по-мощен, има повече допълнителни функции. Аз ям колкото теб. Консумацията ми не се е променила. Затова те разпитах предубедено, за да разбера разликата. И имаме само една разлика. Карам със затворени прозорци и пуснат климатик. И си спестил газ. Ти искаше най-добротонаправи го както обикновено. Вместо спестяване, малко разходи.
Всъщност след този инцидент започнах да разбирам защо се случи така?
За да разбера какво се е случило, използвах топлинния баланс на двигател с вътрешно горене.
Уравнение на топлинния баланс в общ вид: Q=Qp+Qcool+Qg+Qns+Qres
Q - (обща топлина) Топлината на изразходваното гориво за цялата полезна работа и всички загуби в двигателя. Източникът на тази топлина е горивото, подавано към двигателя;
Qp - (работна топлина) Топлината, преобразувана в полезна работна енергия. Източникът на тази топлина е част от горивото, подадено към двигателя, изразходвано за полезната работа на двигателя (за това първоначално зареждаме горивото);
Qcool - (топлина на охлаждане) Топлината, отдадена на охлаждащата среда чрез охлаждащия агент (антифриз и въздух). Източникът на тази топлина е част от горивото, подадено към двигателя и изразходвано за топлина, отдадена на околната среда;
Qg - (топлина на газове) Топлина, отнесена от отработените газове през изпускателната система. Източникът на тази топлина е част от горивото, подавано към двигателя (неизбежни загуби поради принципа на работа на двигателя с вътрешно горене);
Qns - (топлина на непълно изгаряне) Топлина, загубена при неизгоряло гориво. Източникът на тези загуби е част от горивото, което току-що е излетяло през изпускателната тръба;
Qres е остатъчният член на баланса, равен на сумата от всички неотчетени загуби. Източникът е част от горивото, консумирано от двигателя и не е включено в предишните членове на уравнението.
От уравнението на топлинния баланс следва, че топлината, консумирана от печката на автомобила, е право пропорционална на консумацията на част от горивото за Qcool в уравнението на топлинния баланс.
Нека разгледаме по-подробно параметъра, който ни интересува. какизвестната загуба на топлина сохлаждаща течност зависи от количеството, топлинния капацитет и температурата. Формулата изглежда така: Qcool=G*Ct*(T1-T2) Във формулата се използват следните обозначения: G — Количеството охлаждаща течност, преминаваща през системата; Ct - Топлинна мощност на охлаждащата течност; T1 - Температура на охлаждащата течност на входа на охладителната система; T2 - Температура на охлаждащата течност на изхода на охладителната система.
От формулата става ясно, че топлинните загуби са пропорционални на температурната разлика между охлаждащата течност на входа и изхода на охладителната система, а топлината в този случай е част от горивото, което е влязло в двигателя.
За справка. В процеса на проектиране и фина настройка на карбураторен автомобилен двигател, празнините в съединителите, дебелините на частите, материалите и т.н. се избират въз основа на нормалната температура на охлаждащата течност от 80-90 °, докато температурната разлика на входа и изхода на кожуха на двигателя не надвишава 10 °. Отвореният термостат насочва потока на охлаждащата течност към радиатора за повече охлаждане. Вентилатор - осигурява увеличаване на обема на въздуха, преминаващ през охлаждащия радиатор - като по този начин увеличава преноса на топлина. Затвореният термостат насочва движението на охлаждащата течност през така наречения „малък охлаждащ кръг“, за да запази топлината вътре в двигателя. Изглежда, че при ниска околна температура термостатът е затворен, охлаждащата течност циркулира в малък кръг вътре в двигателя. Но не всичко е толкова гладко в действителност.
Разгледайте процесите, протичащи в двигателя, от гледна точка на термичния баланс. Спомнете си, че за карбураторен двигател количеството подадено гориво не подлежи на автоматична корекция в стабилен режим на работа. Това важи за почти всичкисъветски автомобили. В съветските автомобили просто няма механизми за влияние върху Qcool, с изключение на термостат. Когато охлаждането става през печката, няма нищо, което да компенсира охлаждането на двигателя, освен допълнителната изолация на двигателя с помощта на водача. Двигателят или работи в стабилно състояние и има излишък от топлина, която може да бъде изпусната в атмосферата през радиатор или през печка. Или, ако няма достатъчно топлина при силен студ, печката замръзва двигателя и не е правилно да се говори за стабилно състояние на работа.
Ето какво пише Сергей Никифоров (виж статията http://www.zr.ru/articles/41822/): „Нека разгледаме работата на системата. От една страна, радиаторът е нагревател за въздуха, влизащ в купето, от друга страна, той е охладител на течността. Нагревателят е почти същия радиатор като основния, само по-малък. От главния радиатор охладената течност постъпва в термостата, а след това през него отива в двигателя към водната помпа. Тук се смесва с охладената течност от нагревателя. Каква е температурата му след това? Очевидно по-ниско. И колкото по-силен е студът, толкова по-студено е. А термостатът, оказва се, е отстрани, буквално и преносно. В този момент те обикновено поставят парче картон или капак на радиатора, така че течността в него да се охлажда по-малко.
За да проверя, измерих температурата в две точки: Т1 - на горната половина на корпуса на термостата, където се намира термосиловият елемент, и Т2 - на корпуса на водната помпа (фиг. 2, а). Температурата на въздуха беше около 0°; двигателят работеше при 1500-1700 об/мин на коляновия вал на стационарна машина; електрическият вентилатор на радиатора беше включен, симулирайки насрещния въздушен поток при шофиране; кранът на нагревателя е затворен. Резултатите потвърдиха предположенията. В точка Т1 температурата се повишава до 78° и остава постоянна приувеличаване на броя на оборотите на коляновия вал. В точка Т2 температурата беше същата - 78°. Стрелката на обикновения индикатор за температура на течността е в средата на белия сектор на скалата (нормално). Следователно термостатът наистина поддържа зададената температура - около 80 °.
Съответно: Qcool=G*St*(T1-T2)= G*St*(78-78)=0 Както можете да видите, в този случай загубата на охлаждане е нула. Всъщност идеален вариант, но това далеч не винаги е така и дори в кабината при нулева външна температура и печката е изключена, няма да е уютно и студено.
По-нататък Сергей Никифоров пише: „Сега — най-интересното! Отвори вентила на нагревателя. За по-малко от две минути температурата в точка Т2 падна до 72°. Включих вентилатора на нагревателя на максимална скорост и отворих амортисьорите на нагревателя до максимално подаване на въздух (както при силни студове) - температурата в точка Т2 падна до 60 °. Стрелката на температурния уред се отклони към левия край на белия сектор на скалата. И в точка T1 общият ред е 78 °. Не е добра ситуация. Когато нагревателят е включен, течността влиза в двигателя с 10-20 ° по-студена от необходимото и двигателят работи в необичайни термични условия. Чудя се от какво е изненадан? При включена печка температурният режим е надхвърлил възможността за компенсация от термостата. Термостатът е затворен, но след това двигателят се замразява от работеща печка и няма механизми за компенсиране на топлинните загуби на двигателя при охлаждане през печката. Въз основа на факта, че общото количество доставено гориво и следователно топлинна енергия не се е увеличило. Увеличената загуба на топлина може да бъде компенсирана само чрез намаляване на топлината на друг член от уравнението на топлинния баланс.
Ще намалее ли Qres — остатъчният член на баланса на всички неотчетени загуби? Силно се съмнявам.Загубите са по-скоро нарастващи, отколкото намаляващи. Малко вероятно е да бъде възможно да се отнеме в такова количество липсващата топлина от елемента Qg, топлината, отнесена от изгорелите газове през изпускателната система. И загубата на топлина от неизгорялото гориво едва ли може да помогне. Това, което остава, е Qp, топлината, превърната в полезна работна енергия. Ето какво пише Сергей Никифоров: „Оттук, заедно със студен нагревател, са възможни повреди в карбуратора.“ И наистина Qcool=G*St*(T1-T2)= G*St*(78-60)= G*St*18 Ясно е, че загубите при охлаждане са се увеличили, а именно с G*St*18. Отнема топлината от полезна работа. Към двигателя не се подава повече гориво. Q=Qp+(Qcool+G*St*18)+Qg+Qns+Qstop Qp= Q-(Qcool+G*St*18)-(Qg+Qns+Qrest) Термостатът е затворен, следователно Qp=Q-(G*St*18)-X кран на нагревателя, топлината ще остане още по-малко със стойността на G * St * 18. А топлината в двигателя се получава от входящото гориво, следователно част от горивото, използвано за полезна работа, ще намалее и неизправностите в работата на карбуратора вече не могат да бъдат изненадани. А какво предлага Сергей Никифоров? И просто се уверете, че потокът на охлаждащата течност на нагревателя се взема предвид при работата на термостата. Това ще забави момента на охлаждане на двигателя, но няма да реши проблема като цяло.
В допълнение към съветските автомобили с карбуратор има чужди автомобили с двигатели, оборудвани с компютърно управлявана система за разпределено впръскване на гориво. Наличие на климатични инсталации, включително климатична и отоплителна система с възможност за автоматично регулиране на потока на охлаждащата течност, преминаваща през печката. Автоматичен контрол на скоростта и посоката на въздушния поток през систематаотопление и климатизация.
Оказва се, че за автомобил с карбуратор уравнението на топлинния баланс изглежда така: Q \u003d (Qp - G * St * (T1-T2)) + (Qcool + G * St * (T1-T2)) + Qg + Qns + Qres С други думи, с колко се увеличава загубата на част от горивото за охлаждане, частта от горивото от топлината на полезна работа ще намалее със същото количество. И като че ли печката не влияе на разхода на бензин, само в купето е много студено и двигателя не дърпа и работи на пресекулки.
За инжекционен двигател, в който контролният блок е в състояние да вземе предвид загубите при охлаждане, уравнението на топлинния баланс ще изглежда така: В този случай с колко ще се увеличи загубата на част от горивото за охлаждане, с колко ще се увеличи количеството подадено гориво. И можете да го увеличите, тъй като е зима и колкото по-ниска е температурата на въздуха, толкова по-висока е плътността му и повече кислород на единица обем. Следователно колкото повече гориво може да се впръска в същия обем на цилиндъра, без да се надвишава стойността на стехиометричния дял на горивото.
И в този случай в купето е топло и двигателя дърпа, норазходът се увеличава. Без да навлизаме в сложни технически подробности, можем да кажем, че се случва следното. Компютърът на автомобила, виждайки намаляването на температурата в малък охладителен кръг и знаейки околната температура, дава команда за увеличаване на времето за отваряне на инжекторите. И двигателят получава повече бензин. Повече бензин, повече Q, със същия Qp, повече се харчи за Qcool. И тъй като Qp остана непроменен, мощността, скоростта, динамиката на автомобила за собственика останаха непроменени. И тъй като Qcool се увеличи, бензинът започна да напускамного повече. Някои, между другото, съвсем правилно казват: „При инжекционните двигатели ECU използва показанията на сензора за температура на охлаждащата течност, за да изчисли горивната смес, колкото по-ниска е температурата, толкова по-дълги са импулсите на инжекторите, колкото повече гориво тече, толкова по-висока е консумацията.“ Странно, но истина, обикновено тази забележка остава незабелязана или контрирана от факта, че мощността трябва да се увеличи. Но мощността не се увеличава, нарастват загубите при охлаждане.
Затворените прозорци и работата на климатика по време на студен, дъждовен сезон ще доведат до незначителна загуба на гориво в сравнение с изключването на климатика и поддържането на прозорците отворени. При голяма температурна разлика на входа и изхода на пещта ще се получи компенсиране на топлинните загуби чрез увеличаване на времето за впръскване и съответноконсумацията на гориво ще се увеличи многократно. Това се доказва от формулата за топлинния баланс на двигателя и практическите наблюдения.