Температуры двигателя: что показывают датчики WT и EGT

Наблюдение за температурой двигателя может подсказать многое: работает ли мотор в оптимальном диапазоне для ресурса, расхода топлива или максимальной мощности. Информация полезная — вопрос только в том, как её правильно читать. Разбираем, какие датчики есть в картинге, как они устроены и при чём тут загадочная «лямбда», которую так любят упоминать механики.

Три вида температуры

На двигателях с жидкостным охлаждением обычно следят за температурой воды — WT (water temperature). На моторах без жидкостного охлаждения полезна температура головки цилиндра — CHT (cylinder head temperature). А температуру выхлопных газов — EGT (exhaust gas temperature) — можно снимать в принципе на любом двигателе, независимо от типа охлаждения.

• WT измеряется датчиком, установленным прямо в водяной рубашке двигателя.
• CHT — датчик обычно имеет форму кольца и зажимается между основанием свечи зажигания и головкой цилиндра, то есть фактически заменяет прокладку свечи. В картинге такие датчики почти не используются.
• EGT требует установки зонда во впускной патрубок выхлопа, недалеко от выпускного окна. Для этого на патрубок приваривается штуцер на расстоянии 50–80 мм от шарового соединения, и в него вкручивается зонд датчика (подробнее об этом узле — в статье про выхлопную систему Rotax).

В серии Ротакс разрешено использовать до двух датчиков одновременно — WT и EGT. При грамотном использовании показания дают полезную информацию о том, что происходит внутри двигателя — так что вопрос скорее «почему бы не использовать оба инструмента», раз они доступны.

Как устроены датчики

Конструкция WT- и EGT-датчиков заметно различается — во многом из-за разницы в диапазонах измеряемых температур.

WT-датчик обычно работает по принципу измерения сопротивления: тонкая проволока помещена в корпус («колбу»), которая устанавливается в водяную рубашку. При изменении температуры воды меняется и электрическое сопротивление проволоки внутри. Через проволоку пропускают ток, измеряют сопротивление — и по нему вычисляют температуру.

EGT-датчик измеряет намного более высокие температуры, и потому должен быть заметно прочнее. Такой датчик — это термопара: два провода из разных металлов (например, хромель и алюмель в термопаре типа K), сваренные на конце и помещённые в корпус. При изменении температуры вокруг корпуса провода генерируют небольшое напряжение, пропорциональное температуре — и при подключении к Mychron или Unipro это напряжение превращается в точное значение температуры, как и в случае с WT. Термопара типа K недорога и способна измерять температуры вплоть до ~1100 °C — намного выше того, что требуется в картинге, а главное — быстро реагирует на изменения температуры.

CHT-датчик, устанавливаемый под свечу, применяется редко. Он выдаёт точные значения при стабильной температуре, но заметно менее прочен, чем WT- или EGT-датчик. На карте с его сильной вибрацией это часто приводит к ранним отказам — вероятно, поэтому такие датчики и вышли из моды. К тому же температурная «волна» сначала проходит через материал головки цилиндра, прежде чем дойти до датчика, поэтому CHT реагирует с заметной задержкой по сравнению с EGT, а резкие скачки температуры к моменту отображения на приборе успевают сгладиться. И ещё момент: поскольку датчик фактически обдувается набегающим воздухом вокруг головки цилиндра, чем ниже температура воздуха — тем ниже будет и показание CHT.

Температура воды: почему её держат низкой

Большинство двигателей внутреннего сгорания работают лучше всего при относительно невысокой WT, и моторы с жидкостным охлаждением в картинге не исключение. Причина понятна, если взглянуть на общий характер зависимости внутренних потерь на трение и механического КПД двигателя от температуры: при более низкой температуре трения меньше, а механический КПД — выше. Именно поэтому Rotax, например, рекомендует держать WT около 50 °C — в этой точке одновременно минимальны потери на трение и максимален КПД.

Исключение — классы Микро и Мини: из-за меньшего размера радиатора там физически не получится держать такую низкую температуру, реальные значения будут в районе 80–90 °C. Принцип при этом остаётся тем же.

Регулировать WT удобно через заслонку или шторку на радиаторе. Также можно частично заклеить соты радиатора скотчем, чтобы поднять температуру при необходимости — но учти, что регламент нередко требует, чтобы такую заклейку нельзя было легко снять прямо во время заезда.

Что такое лямбда

Проще всего понять принцип на аналогии с ацетиленовой горелкой. Она горит в широком диапазоне соотношений топливо/воздух. При розжиге смесь обычно сильно переобогащена — ацетилена слишком много относительно подаваемого кислорода. Пламя жёлтое, дымное и относительно не очень горячее. По мере того как открываешь клапан кислорода и смесь становится беднее, жёлтое пламя и дым исчезают, пламя становится ярко-синим, а его температура резко растёт. Но если продолжать увеличивать подачу кислорода дальше, пламя начинает уменьшаться, и его температура на самом деле падает, несмотря на то, что смесь становится ещё беднее. В какой-то момент пламя просто гаснет — смесь становится слишком бедной для горения.

Точно то же самое происходит внутри двигателя. Топливо, которое мы используем в картинге, воспламеняется свечой и горит в камере сгорания в достаточно широком диапазоне соотношений топливо/воздух (А/Ф). Лучшее использование химической энергии топлива достигается при соотношении около 14,7:1, но максимальная мощность достигается при чуть более богатой смеси. Отношение фактического А/Ф к «идеальному» стехиометрическому принято называть лямбда (греческая буква λ). Вместо того чтобы говорить «богаче» или «беднее», настройщики часто оперируют именно значением лямбда. Например, если смесь богатая, 13,5:1, то λ = 13,5 / 14,7 = 0,92.

Мощность, EGT и лямбда

Между кривой мощности и температурой выхлопных газов прослеживается достаточно предсказуемая связь, и в целом EGT можно использовать как ориентир при подборе жиклёров. Но с одной важной оговоркой: по-настоящему точно настроить двигатель на максимальную мощность можно только на моторном стенде (дино) — и то значение EGT, которое зафиксировано там при максимальной мощности на полностью открытом дросселе и в известных атмосферных условиях, становится отличной опорной цифрой для сравнения. Уже на трассе, установив карт заново, похожего соотношения А/Ф можно добиться, подбирая жиклёр и положение иглы по клипсе, ориентируясь на целевое значение EGT. Но главная цель — правильное соотношение А/Ф, а не само значение EGT.

Большинство двигателей выдают максимальную мощность при А/Ф где-то между 11,5 (λ = 11,5/14,7 = 0,78) и 13,0 (λ = 13,0/14,7 = 0,88), но конкретное значение EGT может заметно отличаться в зависимости от высоты над уровнем моря, температуры воздуха, влажности и других факторов. Для двухтактных моторов, которые используются в картинге, максимальная мощность обычно достигается при лямбде около 0,86. Если λ заметно ниже этого значения, в выхлопе остаётся несгоревшее топливо и неиспользованный кислород, а в условиях горячего выхлопа это может приводить к «дохлопам» — пилот услышит характерные хлопки. Классы Микро и Мини снова стоят особняком: у них максимальная мощность достигается при лямбде, приближающейся к 1,0 и даже чуть выше — то есть им нужна смесь беднее, чем можно было бы ожидать.

Важный нюанс: в точке максимальной мощности показание EGT ниже пикового значения на кривой — потому что избыток топлива охлаждает горячие газы. Точно такое же значение EGT можно получить и «с другой стороны» кривой — на заметно более бедной смеси и заметно меньшей мощности. Об этом стоит помнить всегда. И, конечно, никто не едет весь круг на полностью открытом дросселе ради максимальной мощности — трасса заставляет сбрасывать газ, тормозить и работать рулём. Поэтому если бы удалось построить график лямбды за весь круг, в среднем он оказался бы намного ближе к 1,0.

И ещё предостережение: если сравниваешь свои показания EGT с показаниями на другом моторе — учитывай, что температура сильно зависит от точного места установки зонда: и от расстояния до выпускного окна, и от того, насколько глубоко кончик зонда погружён в поток горячих газов. Можно легко сравнивать «яблоки с апельсинами», сами того не замечая.

Что в итоге

Наблюдение за температурой — ещё один инструмент в наборе механика, который помогает выжать максимум из двигателя. Настройка жиклёров с учётом относительной плотности воздуха (эта тема — в отдельной статье), правильная настройка шасси, правильная настройка шин — всё это работает вместе. Но в конечном счёте есть только один прибор, который никогда не врёт, — секундомер.

Коротко: что нужно помнить

• WT — температура воды, EGT — температура выхлопных газов; в Ротаксе разрешено использовать оба датчика одновременно
• WT-датчик работает на изменении сопротивления, EGT-датчик — термопара (тип K)
• Rotax рекомендует держать WT около 50 °C — минимум трения и максимум КПД; Микро/Мини — исключение (80–90 °C из-за меньшего радиатора)
• Лямбда (λ) = фактическое А/Ф ÷ стехиометрическое (14,7:1)
• Максимальная мощность двухтактного мотора — около λ = 0,86; Микро/Мини — ближе к 1,0
• EGT — ориентир для подбора жиклёров, но не самоцель: важно соотношение А/Ф, а не конкретное число на приборе
• Сравнивать EGT между разными картами напрямую нельзя — слишком многое зависит от места установки зонда