Плотность воздуха и подбор жиклёра: как не гадать на кофейной гуще

Для новичка в картинге, да и для тех, кто уже давно в этом спорте, подбор жиклёра карбюратора под оптимальную производительность иногда выглядит как чёрная магия или лотерея. Эта статья — чтобы разобраться в том, что реально происходит, даже если тема кажется слишком технической.

Основы плотности воздуха

Для горения нужен кислород, а для максимальной мощности — правильное соотношение воздух/топливо. Плотность воздуха напрямую влияет на работу двигателя карта (как и любого двигателя внутреннего сгорания), потому что меняет топливовоздушную смесь, поступающую в двигатель, а это напрямую отражается на мощности, доходящей до задних колёс. Плотность воздуха складывается из трёх основных факторов: температуры воздуха, давления воздуха и влажности (то есть количества водяного пара в воздухе). Разберём каждый по отдельности.

Температура. Чем выше температура, тем ниже плотность воздуха и доступного кислорода — логично, что в жаркий день нужен жиклёр меньшего размера.

Давление воздуха. Более низкое давление — например, на большой высоте над уровнем моря — тоже снижает плотность воздуха и количество доступного кислорода, значит при низком давлении нужен жиклёр меньшего размера.

Влажность. Влажный воздух на самом деле менее плотный, чем сухой — это может показаться противоречащим интуиции. Объяснение простое: в заданном объёме воздуха содержится определённое количество молекул, а молекулы воды сравнительно легче молекул азота или кислорода (основных составляющих воздуха). В итоге чем больше влаги в воздухе, тем ниже его плотность — значит, при высокой влажности нужен жиклёр меньшего размера.

Расчёт плотности воздуха

Итак, эти три фактора вместе складываются в итоговое значение плотности воздуха. Теоретически плотность можно рассчитать по формуле идеального газа, но с этим придётся повозиться с научным калькулятором — то ещё удовольствие. Короче говоря: даже не пытайся считать это вручную.

Относительная плотность воздуха (RAD)

Чтобы получить удобные для настройки данные из значений плотности воздуха, гораздо практичнее сравнивать текущее значение со стандартными условиями. За стандарт принят международный норматив: высота 0 м над уровнем моря, температура 15°C, давление воздуха 1013,25 мбар, относительная влажность 0%. В любой момент на трассе можно сравнить текущее значение с этим стандартом — результат выражается в процентах и называется относительной плотностью воздуха, или RAD (Relative Air Density).

Подбор жиклёра по RAD

Зачем вообще знать RAD? Вспомним: цель — оптимальное соотношение воздух/топливо для максимальной производительности. Вооружившись прибором для измерения RAD и данными Mychron/Unipro с временами круга твоего пилота, ты проводишь тесты и эксперименты с жиклёрами. Допустим, установлено, что при показании RAD «X%» лучшее время достигается с жиклёром размера «Y» — назовём эти значения твоей базовой точкой (baseline).

Число, выбитое на главном жиклёре карбюратора, может означать разное — диаметр отверстия, площадь сечения отверстия, пропускную способность и т.д. Нам повезло: в картинге номер жиклёра практически совпадает с диаметром отверстия в миллиметрах — например, жиклёр 126 означает диаметр ~1,26 мм, жиклёр 75 — ~0,75 мм и так далее. Изменение RAD требует изменения жиклёра, чтобы сохранить то же соотношение воздух/топливо, — но не пропорционального. Расход топлива через жиклёр зависит от площади отверстия и от разрежения в диффузоре, а разрежение само падает вместе с плотностью воздуха. В итоге площадь жиклёра должна меняться как квадратный корень из изменения плотности, а диаметр (то есть номер) — почти как корень четвёртой степени. Официальное приложение Rotax MAX Jetting считает это так: жиклёр меняется на половину изменения квадратного корня из плотности — около рабочей точки это то же самое.

На калькуляторе: разделите RAD сегодня на RAD базовой точки, извлеките квадратный корень, прибавьте 1 и разделите на 2. Изменение плотности на 8% меняет жиклёр всего примерно на 2%.

Разберём на практическом примере. По базовым данным жиклёр 60 хорошо работает при RAD 94%. Сегодня показание RAD — 86%, значит отношение плотностей:

86 / 94 = 0,915. Воздух на 8,5% менее плотный — значит, нужно меньше топлива и жиклёр меньшего размера.

Подставляем в формулу:

Новый жиклёр = 60 × (1 + √0,915) / 2 = 60 × 0,978 = 58,7 — ближайший к нему жиклёр 59 (если жиклёры идут через номер — 58). Если считать площадь жиклёра просто пропорциональной плотности, вышло бы 57: такой расчёт вдвое преувеличивает поправку, потому что не учитывает падение разрежения в диффузоре.

Чтобы не считать это каждый раз руками в паддоке между заездами, можно один раз сделать Excel-таблицу с этой формулой — она посчитает всё сама.

Прибор для измерения RAD

Логичный вопрос — где взять прибор для измерения RAD. На рынке есть несколько зарубежных производителей, один из хороших недорогих ручных приборов выпускает Kestrel.

Про жиклёры

Небольшой совет: диаметр отверстия — далеко не единственное, что определяет размер жиклёра, поэтому не увлекайся попытками измерить его самостоятельно. На реальную пропускную способность жиклёра влияют форма конуса перед цилиндрическим участком, диаметр и длина самого цилиндрического участка, форма выходного отверстия и ряд других факторов.

Жиклёры от надёжных производителей проходят проверку пропускной способности перед маркировкой — например, жиклёр с маркировкой 96 может по факту иметь диаметр от 0,94 до 0,98 мм, но при этом обеспечивать ту же пропускную способность, что и эталонный жиклёр производителя с маркировкой 96. Если есть возможность найти и позволить себе такие жиклёры — бери их у проверенных поставщиков, а не дешёвые аналоги неизвестного происхождения.

Точная настройка

Отлично, теперь кажется, что дорога к пьедесталу открыта. А вот и нет! Всё это требует точной донастройки: даже если кажется, что всё сделано правильно, в день, когда снималась базовая точка, пилот мог проехать не в полную силу. Затем, когда появляется более точная базовая точка, что-то ещё меняется в настройках карта — например, сход-развал сбился из-за незамеченной погнутой рулевой тяги, или слишком много сцепления и карт «садится» в поворотах, или двигателю пора менять кольцо — а виноватым назначают жиклёр. Добро пожаловать в картинг, где победа никогда не даётся так просто, как кажется.