Что такое компрессия и степень сжатия
При диагностике автомобиля перед покупкой опытные автовладельцы практически всегда советуют новичкам проверить компрессию. А еще существует степень сжатия – казалось бы, схожий термин, ведь компрессия – это и есть сжатие. На самом деле это совершенно разные вещи. Давайте разберемся, что есть что, а заодно поймем, что и как нужно проверять при покупке машины.
Что такое степень сжатия?
Начнем со степени сжатия. Как мы помним, поршень в цилиндре при работе двигателя движется вверх-вниз, имея две так называемых мертвых точки, верхнюю и нижнюю. Так вот, степень сжатия – это отношение между двумя объемами: полным объемом цилиндра, когда поршень находится в нижней мертвой точке, и объемом камеры сжатия, когда поршень находится в верхней мертвой точке. То есть степень сжатия – это математическое отношение, которое показывает, во сколько раз топливовоздушная смесь (или воздух, если речь о дизеле) сжимается в цилиндре при работе мотора.
Степень сжатия – одна из базовых характеристик любого двигателя, и закладывается она на стадии проектирования. У бензиновых моторов она ниже, чем у дизельных: в среднем от 8:1 до 12:1 у первых и от 14:1 до 23:1 у вторых. Дело в том, что работа дизельного мотора предполагает самостоятельное воспламенение топливовоздушной смеси от сжатия, а в бензиновом моторе смесь в каждом такте поджигается свечой зажигания. Однако в целом по мере развития технологий двигателестроения степень сжатия в моторах росла. Причина проста: повышение степени сжатия позволяет увеличить КПД мотора, получая больше мощности при том же рабочем объеме и расходе топлива. Собственно, с ростом степени сжатия связано и применение более высокооктановых бензинов.
Таким образом, степень сжатия – это конструктивная характеристика двигателя, и она не меняется по мере его износа и старения. Степень сжатия не нужно «проверять» при покупке, а знать ее нужно в основном для того, чтобы знать, какой бензин лучше заливать в бак купленной машины.
Что такое компрессия?
Если степень сжатия – параметр математический и неизменный, то компрессия – характеристика изменяемая. Компрессия – это давление, создаваемое в цилиндре в конце такта сжатия, когда поршень идет от нижней мертвой точки к верхней, сжимая воздух или топливовоздушную смесь. Давление в цилиндре в момент, когда поршень достиг верхней мертвой точки – это и есть компрессия. Можно подумать, что компрессия фактически должна быть равна степени сжатия – ведь она тоже показывает разницу давления в цилиндре при двух положениях поршня – верхнем и нижнем. Однако на самом деле компрессия оказывается значительно выше. Ведь воздух при резком сжатии нагревается, что означает увеличение давления. А еще он нагревается от горячих стенок цилиндра, ведь рабочая температура двигателя гораздо выше температуры окружающей среды. Таким образом, компрессия, конечно, зависит от степени сжатия, но не равна ей. И именно компрессию замеряют при диагностике двигателя, чтобы оценить его техническое состояние.
Как замеряют компрессию?
Замер компрессии проводится с учетом перечисленных выше условий: на полностью прогретом двигателе и при полностью открытой дроссельной заслонке, отвечающей за подачу воздуха в цилиндр. Разумеется, горение топлива для замера компрессии не нужно, в цилиндре сжимается только воздух. Так что подачу топлива отключают, а свечу зажигания (или накаливания, если речь идет о дизеле) выкручивают, а на ее место вкручивают шлаг компрессометра. Компрессометр – это прибор для измерения компрессии. Он фактически представляет собой манометр, подключаемый трубкой к цилиндру и оснащенный обратным клапаном, чтобы не сбрасывать измеренное давление.
Зачем измерять компрессию?
Замер компрессии позволяет оценить исправность и техническое состояние двигателя. Во-первых, после замера можно сравнить соответствие полученного результата заводским параметрам – то есть оценить компрессию в имеющемся двигателе по сравнению с новым. Во-вторых, низкий показатель компрессии означает наличие проблем с мотором, ведь он сигнализирует о том, что воздух «утекает» из камеры сгорания, а при работе мотора из нее будут прорываться раскаленные газы. Причин может быть довольно много: поршневые кольца, повреждения седел клапанов и самих клапанов, негерметичность прокладки ГБЦ и даже трещина в самом поршне. Ну а в-третьих, важна не только сама величина компрессии, но и ее равномерность во всех цилиндрах двигателя. Если компрессия в одном или нескольких цилиндрах ниже, чем в других, это говорит о неравномерном износе и наличии проблем.
Таким образом, замер компрессии – одна из простых, но эффективных методик оценки исправности и общего технического состояния двигателя. Он позволяет быстро отсеять заведомо «мертвые» моторы, имеющие проблемы с цилиндропоршевой группой, клапанами и так далее. Поэтому замер компрессии можно и нужно проводить при диагностике практически любого автомобиля перед покупкой.
Компрессия и степень сжатия двигателя автомобиля
Кто изучает устройство автомобиля, встречает непонятные термины из области работы двигателя. Расскажем что такое компрессия и степень сжатия мотора, их определения. Рассмотрим работу мотора с изменяемой степенью сжатия.
Что такое степень сжатия
Это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. На бензиновом моторе, в зависимости от конкретной задачи, степень сжатия может серьезно варьироваться, достигая величин в 8 до 12. На дизельных двигателях из-за их конструктивных особенностей она намного больше и оставляет от 14 до 18 единиц. Для бензиновых двигателей, чем выше степень сжатия — тем выше удельная мощность. Но если её сильно увеличить, то может снизится ресурс и возрастает риск проблем с мотором при заправке некачественным топливом.Что такое компрессия двигателя
Это максимальное давление воздуха в камере сгорания в конце такта сжатия.Двигатели с изменяемой степенью сжатия
Японские производители улучшили эффективность традиционного двигателя за счет поднятия степени сжатия до 14:1, что ранее было просто невозможно. Они заявляют, что с данной степенью сжатия могут работать, как бензиновый, так и дизельный двигатели, причем на обычном 95-ом бензине. Как это возможно? Один из недостатков бензиновых моторов с искровым зажиганием — относительно невысокая степень сжатия. Если ее поднять с нынешних 10:1 до 12,5:1, то эффективность использования теплоты сгоревшего топлива возрастет процентов на шесть. Но чем сильнее сжимаем поршнем воздух с парами бензина, тем выше риск взрывного неконтролируемого самовоспламенения смеси — это детонация, страшный враг двигателя: ударные нагрузки, перегрев, разрушение поршней и колец.На самом деле все дело в снижении средней температуры цикла. Чем «холоднее» горючая смесь в камере сгорания, тем сильнее ее можно сжать без риска возникновения детонации. Думаете, японцы решили охлаждать всасываемый воздух? Нет, они занялись системой выпуска.
Этот прием давно известен по гоночным моторам — «настроенные» выпускные каналы по схеме 4-2-1, в которых порции выхлопных газов из всех четырех цилиндров не «толкаются» друг с другом, а строго поочередно вылетают в атмосферу. При чем здесь температура цикла? «Настроенный» выпуск за счет газодинамического наддува улучшает продувку цилиндров — в них остается меньше горячих отработавших газов, которые неизбежно подмешиваются к свежему воздуху на такте впуска и поднимают температуру в конце такта сжатия. Как уверяют, если долю выхлопа снизить с обычных 8% до 4%, то степень сжатия можно безболезненно поднять на три единицы. А за счет охлаждения воздуха при распыле бензина прямо в цилиндр — сжатие можно увеличить еще на единичку.
Длинноходность способствует увеличению крутящего момента на низких оборотах, вдобавок тягу «на низах» улучшают непосредственный впрыск и увеличение степени сжатия — и возникает эффект, который именуют downspeeding. Мол, мотор настолько хорошо тянет «внизу», что среднестатистические обороты при езде снижаются на 15% — это дает эффект по части снижения расхода бензина и выбросов СО
Как рассчитать и изменить степень сжатия двигателя
string(10) "error stat"
string(10) "error stat"
Одним из главнейших технических показателей автомобильного мотора является коэффициент сжатия. Он показывает соотношение разницы между объёмом свободного участка над цилиндровым поршнем и под ним в крайних его положениях.
Что такое степень сжатия двигателя
Условно величину сжатия представляют и как соотношение давлений в устройстве при подаче горючего и взрыве смеси. Конкретно эта степень обусловлена конструкцией автомобильного двигателя, и может быть высокой или низкой.
Перед непосредственным процессом воспламенения горючей смеси, поршни сжимают топливо до определённого объёма. Инженеры способны варьировать этот показатель, рассчитывая его ещё на стадии проектирования. Узнав количественное соотношение данной величины к объёму камеры сгорания, можно делать различные выводы.
На бензиновых силовых установках показатель сжатия достигает максимум 12 единиц. Чем выше здесь степень сжатия двигателя или ССД, тем больше удельная мощность мотора. Однако при сильном увеличении данного показателя снижается ресурс агрегата, особенно при заправке низкосортным бензином. На дизельных моторах, ввиду их технических отличий, она может варьироваться от 14 до 18 единиц.
В бензиновые двигатели с увеличенной до 12 единиц степенью сжатия нельзя лить ничего, кроме АИ-98 Премиум. Очевидно, что это существенно удорожает расходы на топливо.
На что она влияет
ССД непосредственно определяет объём работы, произведённой ДВС. Чем изначально выше рассчитана степень сжатия, тем продуктивнее будет воспламенение. Пропорционально увеличится и отдача мотора. Вспомним, как разработчики в 90-е годы старались повышать этот показатель, полностью не модернизируя двигатель. Таким способом они конкурировали между собой, делая агрегаты мощнее, и не затрачивая при этом много средств. Но что самое интересное — моторы в этом случае не потребляли больше горючего, а даже становились экономнее.
Однако всему есть предел, и как было сказано выше, чересчур высокий коэффициент приводит к снижению ресурса ДВС. Почему это происходит? Дело в том, что при значительном сжатии топливная смесь начинает самопроизвольно детонировать, взрываться. Особенно это затрагивает агрегаты на бензине, поэтому здесь данный коэффициент имеет строгое ограничение.
Помните, что применение низкооктанового топлива становится причиной детонации на агрегатах с повышенной ССД. И наоборот, высокооктановое горючее может не позволять двигателю полностью раскрываться, если будет использовано в агрегатах с низким коэффициентом сжатия. По этой причине оба параметра должны соответствовать. Подробнее в таблице ниже.
Отличие степени сжатия от компрессии
Степень сжатия двигателя не является компрессией. Они полностью различаются, хотя многие их путают. Коэффициент, о котором идёт речь в статье, не раскрывает значение оптимального давления ТВС перед возгоранием. Измеряется ССД лишь относительно, в соотношении к единице объёма камеры.
Под компрессией принято понимать предельное значение сжатия, образуемого в камере сгорания, на конечном этапе давления горючей смеси. Данная величина априори не может быть относительной, поэтому её измеряют в абсолютных значениях — атм, кг/см2, бар.
Степень сжатия и компрессия неразрывно связаны, но не идентичны. Показатель компрессии зависит не только от сжатия. На него оказывает влияние температура ДВС, наличие зазоров в приводных клапанах, состав топлива и многое другое.
Расчет коэффициента сжатия
Ввиду того, что желательно увеличивать степень сжатия до определённого значения, необходимо уметь рассчитывать этот показатель. К тому же это даст возможность избежать детонационных моментов, разрушающих силовой агрегат изнутри в процессе форсирования.
Таким образом, необходимость в измерении этого показателя требуется в таких случаях, как:
- форсировка мотора;
- подгонка под топливо с другим АИ или для метанового топлива с октановым числом 120;
- послеремонтная корректировка.
Турбированные моторы
На турбомоторах расчёт коэффициента сжатия отличается. Это объясняется наличием наддува воздуха. Поэтому в этом случае величину, полученную в ходе вычислений, умножают на показатель турбокомпрессора.
Кроме того, при вычислении степени сжатия турбированных моторов учитывается не только давление наддува, но и показатель эффективного сжатия, климатические изменения и многое другое. В данном случае процесс значительно усложняется по сравнению с измерениями на атмосферном двигателе.
Пример подсчета
Вот как выглядит общепринятая расчётная формула для автомобильного ДВС: «ССД = (РО+ОКС)/ОКС». Степень сжатия здесь отмечена как «ССД», рабочий объём цилиндра — «РО», а объём камеры сгорания — «ОКС».
Для расчёта «РО» нужно в первую очередь разложить единый объём двигателя или литраж на количество используемых цилиндров. К примеру, литраж мотора «четвёрки» — 1997 см3. Для определения ёмкости одного цилиндра, надо 1997 разделить на 4. Получится около 499 см3.
Для вычисления параметра «ОКС» специалисты пользуются проградуированной в см3 трубкой или пипеткой. Под камерой подразумевается место, где непосредственно происходит возгорание горючего. Камеру заправляют, а затем измеряют объём с помощью жидкостной бюретки. Если нет градуированной трубочки, можно жидкость выкачать с помощью шприца, а затем измерить в мерной посуде или на весах. В этом случае желательно для расчёта использовать не бензин или солярку, а чистую воду, так как её удельный вес более соотносим к объёму в см3.
Внимание! Для точного измерения «ОКС» дополнительно приплюсовывается объём толщины прокладки ГБЦ, учитывается форма днища поршней и другие особенности. Поэтому расчёт этой величины рекомендуется доверить специалистам.
Как увеличить степень сжатия двигателя
Если необходимо увеличить данный показатель, используют несколько способов:
- расточка блока и установка поршней с большим диаметром;
- уменьшение объёма камеры сгорания путём удаления слоя металла в месте соединения ГБЦ.
Нельзя забывать, что в некоторых случаях потребуется инсталляция модернизированных поршней. Это делается, чтобы исключить такое нежелательное последствие, как встреча поршней с клапанами. В частности, на элементах увеличивают выемки клапанов. Также в обязательном порядке корректируются заново фазы газораспределения.
Интересно, что лучше всех раскрыли потенциал степени сжатия ДВС японские производители. В то время как европейские автокомпании пошли путём усовершенствования гибридных моторов, японцам удалось увеличить ССД до 14 единиц и на бензиновых силовых агрегатах, применив изменяемую величину. Но как это возможно без детонационных моментов? Всё оказалось просто. Оказывается, нужно охладить камеру, где происходит возгорание. Тогда можно будет без опасения сжимать смесь. И вовсе не обязательно для этого использовать прохладный воздух: достаточно модернизировать систему выпуска.
Приём, давно известный ещё по гоночным движкам. Выпускные каналы меняются согласно схеме 4-2-1. Порции выхлопных газов здесь не мешаются, поочерёдно вылетают в трубу. Благодаря такой чёткой системе выхлопа, улучшается продувка цилиндров, где остаётся меньше горячих газов.
Секрет японской формулы, согласно которой можно без опаски сжимать горючую смесь, имеет строго математическое соотношение. Так, если процент выхлопа снизить в 2 раза, ССД можно поднимать на 3 единицы, но не больше. Если же при этом ещё и охлаждать воздух, поступающий в цилиндры, можно приплюсовать ещё одну единицу.
Однако для реализации данного метода нужно будет еще модернизировать газообмен, раскошелившись на фазовращатели обоих распредвалов. Вдобавок потребуется доработать некоторые моменты. К примеру, изменить длину поршневого хода посредством компьютерного вмешательства.
Применяется система изменяемого коэффициента на многих японских движках, например, для Inflniti. Способность автоматически менять этот показатель сжатия в зависимости от нагрузки позволяет значительно повышать КПД мотора, особенно турбированного. Каждая порция смеси сгорает при оптимальном на данный момент работы сжатии. Так, если нагрузки на мотор незначительные и смесь обеднённая, включается максимальное сжатие. И наоборот, в нагруженном режиме задействуется минимальная степень, так как бензина впрыскивается много и возможна детонация.
Таким образом, передовая система изменения ССД позволяет вдвое уменьшать литраж мотора, сохраняя при этом мощность и динамические характеристики.
Курс на увеличение степени сжатия двигателя наблюдался и в середине 20 века в США. Основная масса американских двигателей, выпущенных в 70-е годы, находилась в пределах 11-13 единиц. Но работали они только на очень качественном, высокооктановом топливе, получаемом путём этилирования. После того как этилирование запретили, в серийных образцах ДВС наблюдалось снижение показателя сжатия.
Важно знать, что прирост мощности будет наиболее заметен на двигателях, штатно работающих на низкой степени сжатия. Например, моторы с показателем 8 единиц, доведённые до 10, выдадут больше мощности, чем агрегаты со стоковым параметром 11 единиц, форсированные до 12.
Дефорсирование ДВС: для чего нужно и как осуществить
Иногда бывает необходимо уменьшить показатель сжатия. В этом случае устанавливается дополнительная металлическая прокладка ГБЦ. Можно использовать две прокладки вместо одной, тем самым утолщая промежуток — объём камеры растёт за счёт высоты головки блока. Более сложный способ подразумевает укорочение поршня — удаление верхнего слоя на токарном станке.
Дефорсирование двигателя, как правило, процедура вынужденная. В том числе это делается для снижения налоговых выплат или в целях увеличения ресурса агрегата. Как известно, моторы с низкой степенью сжатия дольше работают, меньше подвержены износу. Однако любой такой процесс усложняется законом, чтобы недобросовестные владельцы искусственно не занижали технические данные.
Что касается снижения показателя сжатия на турбированных моторах, то здесь потребуется модернизация системы электрики с датчиками, всей поршневой группы и форсунок, если это дизельный агрегат.
В отдельных случаях дефорсированию предпочитают свап, когда менее мощный контрактный мотор устанавливают вместо штатного.
Таблица: зависимость степени сжатия от октанового числа
| Степень сжатия | Октановое число |
| 5,5-7 | АИ 66-72 |
| 7-7,5 | АИ 72-76 |
| 7,5-8,5 | АИ 76-85 |
| 10 | АИ 92 |
| 10,5-12,5 | АИ 95 |
| 12-14,5 | АИ 98 |
Таблица: популярные двигатели и показатель сжатия
| Двигатели | Степень сжатия |
| BMW M54B30 | 10,2 |
| Mercedes-Benz M112 E32 3.2 л | 10 |
| Ford-Mazda 2,0 л Duratec HE/MZR LF | 10,8 |
| Infiniti VQ37VHR (Nissan) 3.7 л | 11.0 |
| Mitsubishi 4М41 | 17.0 |
| Audi 3.6 FSI | 12.0 |
| ЗМЗ 406 2.3 л. | 8-9,3 |
Если у вас возникли вопросы — оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них
Что такое степень сжатия двигателя
Одной из важных конструктивных характеристик поршневого двигателя внутреннего сгорания является степень сжатия. Этот параметр влияет на мощность мотора, на его КПД, а также расход горючего. Между тем мало кто имеет верное представление о том, что же подразумевается под степенью сжатия. Многие полагают, что это просто синоним компрессии. Хотя последняя связана со степенью сжатия, однако это совершенно разные вещи.
Что именуется степенью сжатия и в чем отличие от компрессии
Чтобы разобраться с терминологией, нужно представлять, как устроен цилиндр силового агрегата, и понимать принцип функционирования ДВС. Горючая смесь впрыскивается в цилиндры, затем ее сжимает поршень, движущийся от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней (ВМТ). Сжатая смесь в некоторый момент вблизи ВМТ воспламеняется и сгорает. Расширяющийся газ выполняет механическую работу, выталкивая поршень в обратную сторону — к НМТ. Соединенный с поршнем шатун воздействует на коленвал, заставляя его вращаться.
Пространство, ограниченное внутренними стенками цилиндра от НМТ до ВМТ, является рабочим объемом цилиндра. Математически формула рабочего объема одного цилиндра выглядит следующим образом:
Vₐ = πr²s
где r — радиус внутреннего сечения цилиндра;
s — расстояние от ВМТ до НМТ (длина рабочего хода поршня).
Когда поршень доходит до ВМТ, над ним остается еще некоторое пространство. Это и есть камера сгорания. Форма верхней части цилиндра бывает сложной и зависит от конкретной конструкции. Поэтому выразить объем Vₑ камеры сгорания какой-то одной формулой невозможно.
Очевидно, что общий объем цилиндра Vₒ равен сумме рабочего объема и объема камеры сгорания:
Vₒ = Vₐ+Vₑ
А степень сжатия — это отношение общего объема цилиндра к объему камеры сгорания:
ε = (Vₐ+Vₑ)/Vₑ
Эта величина безразмерная, и фактически она характеризует относительное изменение давления с момента впрыскивания смеси в цилиндр и до момента воспламенения.
Из формулы видно, что повысить степень сжатия возможно либо увеличением рабочего объема цилиндра, либо уменьшением объема камеры сгорания.
У различных моторов этот параметр может отличаться и определяться типом агрегата и особенностями его конструкции. Величина степени сжатия современных бензиновых ДВС находится в пределах от 8 до 12, в отдельных случаях может доходить до 13…14. У дизелей она несколько выше и достигает 14…18, это связано с особенностями процесса воспламенения дизельной смеси.
А что касается компрессии, то это максимальное давление, которое возникает в цилиндре по мере продвижения поршня от НМТ до ВМТ. Единицей измерения давления в международной системе СИ является паскаль (Па / Pa). Также широко используются такие единицы измерения, как бар (bar) и атмосфера (ат / at). Соотношение единиц таково:
1 ат = 0,98 бар;
1 бар = 100 000 Па
Кроме степени сжатия на компрессию влияют состав горючей смеси и техническое состояние мотора, особенно степень износа деталей цилиндро-поршневой группы.
Плюсы и минусы большой степени сжатия
С ростом степени сжатия повышается давление газов на поршень, а значит, в конечном счете растет мощность и повышается КПД двигателя. Более полноценное сгорание смеси приводит к улучшению экологических показателей и способствует более экономному расходованию горючего.
Однако возможности повышения степени сжатия ограничены риском возникновения детонации. В этом процессе воздушно-топливная смесь не сгорает, а взрывается. Полезная работа не совершается, зато поршни, цилиндры и детали кривошипно-шатунного механизма испытывают серьезные ударные воздействия, приводящие к их быстрому износу. Высокая температура при детонации способна вызвать прогорание клапанов и рабочей поверхности поршней. До определенного предела справиться с детонацией помогает бензин с более высоким октановым числом.
В дизельном моторе детонация тоже возможна, но там она вызывается неверной регулировкой впрыска, нагаром на внутренней поверхности цилиндров и другими причинами, не связанными с повышенной степенью сжатия.
Возможно ли повысить степень сжатия
Существует возможность форсировать имеющийся агрегат посредством увеличения рабочего объема цилиндров или степени сжатия. Но здесь важно не переусердствовать и тщательно всё просчитать, прежде чем сломя голову бросаться в бой. Ошибки могут привести к такой разбалансированности работы агрегата и детонациям, что не помогут ни высокооктановый бензин, ни регулировка угла опережения зажигания.
Едва ли есть смысл заниматься форсированием движка, изначально имеющего высокую степень сжатия. Затраты сил и денег будут достаточно велики, а прирост мощности скорее всего окажется незначительным.
Достичь желаемой цели можно двумя способами — расточкой цилиндров, что позволит сделать рабочий объем двигателя несколько больше, либо фрезеровкой нижней поверхности головки блока цилиндров (ГБЦ).
Расточка цилиндров
Наилучший момент для этого — проведение капитального ремонта двигателя, когда растачивать цилиндры придется в любом случае.
Прежде чем производить эту операцию, нужно подобрать поршни и кольца под новый размер. Вероятно, несложно будет найти детали под ремонтные размеры для данного двигателя, но это не даст ощутимого прироста рабочего объема и мощности движка, так как разница в размерах очень незначительна. Лучше поискать поршни и кольца большего диаметра для других агрегатов.
Не стоит пытаться растачивать цилиндры самостоятельно, поскольку для этого требуется не только умение, но и специальное оборудование.
Доработка ГБЦ
Фрезеровка нижней поверхности ГБЦ позволит уменьшить длину цилиндра. Короче станет именно камера сгорания, частично или полностью находящаяся в головке, а значит, возрастет степень сжатия.
Для прикидочных расчетов можно принять, что снятие слоя в четверть миллиметра повысит степень сжатия примерно на одну десятую. Тот же эффект даст установка более тонкой прокладки ГБЦ. Можно также совместить одно с другим.
Не забудьте, что доработка головки требует точного расчета. Это позволит избежать чрезмерной степени сжатия и неконтролируемой детонации.
Форсирование двигателя таким методом таит еще одну потенциальную проблему — укорочение цилиндра повышает риск того, что поршни будут встречаться с клапанами.
Кроме всего прочего, придется еще и заново регулировать фазы газораспределения.
Измерение объема камеры сгорания
Для вычисления степени сжатия нужно знать объем камеры сгорания. Сложная внутренняя форма не дает практической возможности математически рассчитать ее объем. Зато есть довольно простой способ его измерить. Для этого поршень нужно установить в верхнюю мертвую точку и с помощью шприца объемом примерно 20 см³ вливать масло или другую подходящую жидкость через отверстие для свечи зажигания до полного заполнения. Посчитайте, сколько кубиков вы влили. Это и будет объем камеры сгорания.
Рабочий объем одного цилиндра определяется путем деления объема двигателя на количество цилиндров. Зная обе величины, можно посчитать степень сжатия с помощью приведенной выше формулы.
Дефорсирование
Такая операция может понадобиться, например, для перехода на более дешевый бензин. Или необходимо сделать откат в случае неудачного форсирования движка. Тогда для возвращения на исходные позиции потребуется утолщенная прокладка ГБЦ или новая головка. Как вариант — использовать две обычные прокладки, между которыми можно поместить алюминиевую вставку. В итоге камера сгорания увеличится, а степень сжатия снизится.
Другой способ заключается в снятии слоя металла с рабочей поверхности поршней. Но такой метод будет проблематичным, если рабочая поверхность (днище) имеет выпуклую или вогнутую форму. Сложная форма днища поршня часто делается для оптимизации процесса сгорания смеси.
На старых карбюраторных моторах дефорсирование не вызывает проблем. Но электронное управление современных инжекторных двигателей после такой процедуры может ошибаться в регулировке угла опережения зажигания, и тогда при использовании низкооктанового бензина возможно возникновение детонации.
Степень сжатия двигателя, формула, повышение, бензин
Всем известно, что в бензиновых поршневых двигателях внутреннего сгорания топливовоздушная смесь перед воспламенением сжимается. Аналогичный такт работы дизелей отличаются лишь тем, что сжимается воздух без топлива. Одной из важнейших характеристик обоих ДВС является степень сжатия. Она показывает, во сколько раз изменяется объем пространства над днищем поршня при прохождении его от нижней мертвой точки до верхней.
Иногда этот показатель путают с компрессией, несмотря на то что разница между ними огромна. Ведь упомянутые выше характеристики, хоть и связаны между собой, по сути, совершенно различны. На что указывает даже их размерность. Степень сжатия – это соотношение, например, 10:1 или просто 10 и не имеет единиц измерения. То есть измеряется в «разах». Компрессия же показывает максимальное давление смеси в цилиндре перед воспламенением и измеряется в кг/см2. Так, компрессия ДВС, имеющего степень сжатия 10:1, должна быть не более 15,8 кг/см2. Сказать, что такое степень сжатия, можно и иначе. Это отношение объема над поршнем, находящимся в нижней мертвой точке к объему камеры сгорания. Камерой сгорания называется пространство над поршнем, достигшим верхней мертвой точки.
Расчет коэффициента сжатия
Вычислить степень сжатия ДВС можно, если выполнить расчет по формуле ξ = (Vр + Vс)/ Vс; где Vр – рабочий объем цилиндра, Vс – объем камеры сгорания. Из формулы видно, что степень сжатия можно сделать больше, уменьшив, объем камеры сгорания. Или увеличив, рабочий объем цилиндра, не изменяя камеры сгорания. Vр намного больше чем Vс. Поэтому можно считать, что ξ прямо пропорционален рабочему объему и находится в обратной зависимости от объема камеры сгорания.
Рабочий объем цилиндра можно посчитать, зная диаметр цилиндра – D и ход поршня – S. Формула для его вычисления выглядит так: Vр = (π*D2/4)* S.
Объем камеры сгорания из-за ее сложной формы обычно не вычисляют, а измеряют. Сделать это можно залив в нее жидкость. Определить объем, поместившийся в камеру жидкости, можно при помощи мерной посуды или весов. Для взвешивания удобно использовать воду, так как ее удельный вес 1г на см3. Значит, ее вес в граммах покажет и объем в куб. см.
Влияние коэффициента сжатия на характеристики мотора
Чем выше степень сжатия, тем больше компрессия ДВС и его мощность (при прочих равных условиях). Повышая степень сжатия, мы также способствуем увеличению КПД двигателя за счет снижения удельного расхода топлива. Степень сжатия ДВС, определяет октановое число используемого для работы мотора бензина. Так, низкооктановое топливо станет причиной детонации мотора с большим значением этого коэффициента. Чрезмерно высокое октановое число топлива не позволит силовому агрегату, компрессия которого невысока, развивать полную мощность.
Исходные данные
Октановое число топлива, используемого для бензиновых двигателей с различной степенью сжатия.
- 7,0–7,5 октановое число 72–76.
- 7,5–8,5 октановое число 76–85.
- 5,5–7 октановое число 66–72.
- 10:1 октановое число 92.
- От 10,5 до 12,5 октановое число 95.
- От 12 до 14,5 октановое число 98.
Выравнивание плоскости сопряжения головки с блоком срезанием слоя металла приводит к уменьшению камеры сгорания мотора. От этого показатель сжатия увеличивается в среднем на 0,1 при уменьшении толщины головки на 0,25 мм. Имея в своем распоряжении эти данные, можно определить, не превысит ли он после ремонта головки блока допустимые пределы. И не следует ли принять меры для его снижения. Опыт показывает, что при удалении слоя менее 0,3 мм последствия можно не компенсировать.
Для чего бывает нужно изменить коэффициент сжатия
Необходимость изменения этого параметра ДВС возникает довольно редко. Можно перечислить всего несколько причин, побуждающих сделать такое.
- Форсирование двигателя.
- Желание приспособить мотор для работы на бензине с другим октановым числом. Было время, когда газовое оборудование для авто не встречалось в продаже. Не было и газа на заправках. Поэтому советские автовладельцы часто переделывали двигатели для работы на более дешевом низкооктановом бензине.
- Неудачный ремонт мотора, для ликвидации последствий которого требуется корректировка коэффициента сжатия. К примеру, фрезеровка головки блока после слишком сильной тепловой деформации. Когда выровнять сопрягаемую с блоком цилиндров поверхность удается ценой снятия слоя металла чрезмерно большой толщины. От этого значение коэффициента увеличивается столь сильно, что работа на бензине, для которого был рассчитан мотор, становится невозможной.
Как можно изменить показатель сжатия
Методы увеличения:
- Расточка цилиндров и установка поршней большего размера.
- Уменьшение объема камер сгорания. Выполняется за счет удаления слоя металла со стороны плоскости сопряжения головки с блоком. Эту операцию из-за мягкости алюминия лучше делать на фрезерном или на строгальном станке. Шлифовальный станок использовать не следует, так как его камень будет постоянно забиваться пластичным металлом.
Способы снижения:
- Снятие слоя металла с днища поршня (делается это обычно на токарном станке).
- Установка между головкой и блоком цилиндров дюралюминиевой проставки между двумя прокладками.
Взаимосвязь коэффициента сжатия и компрессии
Зная значение коэффициента сжатия, можно рассчитать какая компрессия должна быть в двигателе. Однако, обратная оценка не будет соответствовать действительности. Так как компрессия зависит еще и от изношенности деталей цилиндр-поршневой группы и газораспределительного механизма. Низкая компрессия двигателя часто говорит о значительном износе мотора и необходимости его ремонта, а не о малом коэффициенте сжатия.
Турбированные моторы
В цилиндры двигателя, имеющего турбонаддув, воздух нагнетается компрессором под давлением несколько больше атмосферного. Значит, для определения показателя сжатия такого мотора нужно значение, которое вы получите в результате расчета по формуле, умножить на коэффициент турбокомпрессора. Бензиновые двигатели с турбонаддувом работают на топливе с октановым числом выше, чем у бензина, который потребляют такие же моторы без турбин, именно потому, что их коэффициент ξ больше.
Вот что на самом деле означает ‘степень сжатия’, и почему это имеет значение
Почему для двигателей так важна степень сжатия, и на что она влияет.
Вы наверняка слышали термин «степень сжатия» в двигателях внутреннего сгорания. Но вы когда-нибудь задумывались, что он означает? Итак, пришло время точно объяснить, что же такое коэффициент сжатия (степень) в двигателях автомобиля и почему сегодня все автопроизводители одержимы этим показателем, как будто этот параметр представляет собой Святой Грааль для будущих продаж автоновинок.
Сразу хотим отметить, что разобраться в том, что такое степень сжатия двигателя, не так просто, как кажется на первый взгляд. Вы наверняка заметили в различных рекламных проспектах и каталогах, а также в описании на сайтах автопроизводителей, что автобренды пытаются привлечь наше внимание такой характеристикой, как степень сжатия двигателей. Особенно стараются нам рассказать о степени сжатия менеджеры автосалонов. Мы обычно делаем вид, что понимаем, о чем идет речь, пропуская мимо ушей эту информацию. И причина такого поведения в том, что многие автолюбители просто не представляют, что такое степень сжатия двигателей, равно как и на что она влияет. Но тем не менее мы считаем, что все автолюбители должны знать, что же это за показатель двигателей внутреннего сгорания, о котором недавно вспомнили многие автопроизводители.
Мы знаем, что высокое сжатие двигателя – это хорошо, а низкое – плохо. Мы также знаем, что новый мотор Mazda Skyactiv-X имеет высокую степень сжатия. Не отстает от Mazda и Toyota со своими моторами «Dynamic Force», которые имеют высокую степень сжатия. Эти компании рекламируют новые двигатели с большим коэффициентом сжатия, заявляя, что они не только стали мощнее, но и получили большую экономичность. Но при чем здесь высокая степень сжатия и увеличение мощности с уменьшением расхода топлива? Сейчас объясним.
Двигатель Toyota «Dynamic Force»
Мы живем в эпоху, когда инженеры не могут просто дать двигателю больше энергии за счет укрупнения, как, например, это было раньше, когда автопроизводители на многие свои автоновинки устанавливали моторы с увеличенным объемом. К тому же это приводило к неминуемому увеличению расхода топлива и росту уровня вредных выбросов в выхлопе автомобиля. Сегодня в связи с дороговизной топлива по всему миру и сложной экологической обстановкой подобный способ увеличения мощности мотора не подходит. Особенно если учитывать жесткие экологические нормы, предъявляемые автопроизводителям рядом развитых западных стран.
В итоге автопроизводители стали улучшать эффективность нынешних моторов за счет применения турбин и увеличения степени сжатия современных двигателей.
Как определяется степень сжатия, и что это такое?
Степень сжатия – это показатель, при котором устанавливается, какой максимальный объем цилиндра двигателя может быть сжат в минимальный объем цилиндра. Этот показатель степени сжатия определяется как соотношение.
Например, обычно степень сжатия записывают вот таким образом: 9:1 (коэффициент сжатия двигателя «девять к одному»).
Теперь представьте цилиндр двигателя. Внутри цилиндра двигателя, как вы знаете, перемещается поршень: вверх и вниз. Когда поршень находится в самой нижней точке цилиндра двигателя, это называется «нижней мертвой точкой». Именно в этом положении поршня сверху него находится наибольший объем цилиндра. Когда поршень находится в самой высокой точке внутри цилиндра двигателя, это положение поршня называется «верхней мертвой точкой». В этом положении объем цилиндра находится в наименьшем значении. Вот сравнение этих двух объемов цилиндров над поршнями двигателя и образует соотношение степени сжатия. Обратите внимание, что когда поршень находится в верхней мертвой точке, все-таки над ним есть объемное пространство, где и происходит сжатие топливно-воздушной смеси.
Для тех, кто любит больше смотреть, чем читать, внизу мы публикуем GIF-картинку, на которой демонстрируется, как работает четырехтактный двигатель. Обратите внимание, как поршень движется вверх во время такта сжатия топливной смести (топливо + кислород), которая подается клапанами головки блока двигателя. Напомним, что воздух и топливо, поступаемые в цилиндр двигателя, сжимаются поршнем, чтобы затем воспламенить эту смесь с помощью свечи зажигания (в бензиновых моторах) или за счет сильного сжатия (в дизельных моторах).
Если двигатель имеет высокую степень сжатия, это означает, что заданный объем воздуха и топлива в цилиндре сжимается в гораздо меньшем пространстве, чем в двигателях с небольшой степенью сжатия.
А теперь математический пример соотношения степени сжатия в ДВС.
Предположим, что у нас есть двигатель, объем цилиндра и камер сгорания которого в момент нахождения поршня в нижней мертвой точке составляет 10 куб. см. После того как впускной клапан головки блока двигателя закрывается и поршень поднимается вверх, начав такт сжатия, он сжимает воздух и топливную смесь в пространство 1 куб. см. Этот двигатель имеет коэффициент сжатия (степень) 10:1.
Также часто производители любят вычислять итоговую степень сжатия, деля большее значение объема цилиндра над поршнем на меньший объем цилиндра. В итоге во многих технических характеристиках автомобилей вместо соотношения производители указывают результат деления этих значений.
Таким образом вычисляется, во сколько раз сжимается топливно-воздушная смесь при движении из нижней мертвой точки поршня в верхнюю мертвую точку. Разделив большее значение на меньшее, мы и получим итоговое значение степени сжатия без соотношения большего объема к меньшему.
Почему производители стараются увеличить степень сжатия?
Но не все так просто со степенью сжатия. Одно дело – понимать, что такое степень сжатия. И это не менее важно по сравнению с пониманием, почему так важна высокая степень сжатия для современных двигателей. К сожалению, объяснить простыми словами, почему высокая степень сжатия в двигателях современных автомобилей – это отличное решение на ближайшие годы, не получится. Тем не менее мы попытаемся.
Вы знаете, что мощность двигателя появляется в тот момент, когда сгорание топливной смеси оказывает силу на поршень внутри цилиндра двигателя. Эта сила толкает поршень вниз по цилиндру. И чем выше поршень находится в цилиндре в момент сжигания топливно-воздушной смеси, тем больше сил будет приложено на поршень.
Как мы уже сказали, чем больше степень сжатия, тем выше находится поршень в верхней мертвой точке. В итоге это позволяет вырабатывать больше мощности в момент сгорания топлива. Также помимо увеличения мощности для вырабатывания силы, толкающей поршень вниз по цилиндру двигателя, необходимо меньше топлива, что в конечном итоге влияет на топливную эффективность мотора. Это простое объяснение. Но оно неполное, поскольку при увеличении степени сжатия двигателей возникает ряд проблем, для решения которых необходимо в идеале знать термодинамику.
Итак, мы знаем, что высокая степень сжатия означает, что двигатель получает больше силы и мощности из того же количества топлива по сравнению с мотором с меньшим коэффициентом сжатия. Как мы выяснили, это хорошо для динамики автомобиля, а также для достижения хороших показателей его экономичности.
Чтобы объяснить вам точнее, почему более высокая степень сжатия дает больше экономии топлива, мы не будем погружаться слишком глубоко в науку о термодинамике. Тем не менее без нее нам также не объяснить вам в деталях, почему моторы с большой степенью сжатия более экономичные. Да, это нелегко понять. Но все же этот раздел термодинамики очень и очень интересен.
Более высокое сжатие в двигателе означает больше мощности, но больше давления
На приведенном выше рисунке показана диаграмма PV давления – объема для идеального типичного бензинового двигателя. Этот график наглядно демонстрирует, что происходит в двигателе, когда он сжигает воздушно-топливную смесь (в нашем примере бензин + кислород).
На приведенном выше графике кривая 1-2 показывает ход сжатия.
Линия 2-3 показывает сгорание топлива.
Верхняя кривая 3-4 показывает ход расширения.
И линия 4-1 показывает отвод тепла, когда открывается выпускной клапан в головке блока цилиндров двигателя.
Если описать все более техническим языком, то эту диаграмму следует понимать так:
На диаграмме кривая 1-2 показывает ход сжатия, при котором давление (ось Y) возрастает, а объем (ось Х) падает, когда поршень сжимает воздушно-топливную смесь внутри цилиндра, приближаясь к верхней мертвой точке.
Линия 2-3 показывает тепло, выделяемое во время горения топливной смеси. Эта линия показывает, как быстро увеличивается давление и температура сгораемого топлива.
Кривая 3-4 показывает увеличение объема цилиндра двигателя и падение давления, когда газ, полученный в процессе сгорания топливной смеси, оказывает силу на поршень, который начинает свое движение вниз по цилиндру двигателя (такт расширения).
Линия 4-1 показывает отвод тепла от газов, образованных в процессе сгорания топлива. Когда давление внутри цилиндра возвращается к давлению окружающей среды, открывается выпускной клапан.
Наконец, линия 1-5 демонстрирует нам ход выхлопа (выхлопной цикл мотора), в процессе которого поршень снова движется внутри цилиндра вверх (к верхней мертвой точке), чтобы снова сжать топливно-воздушную смесь для повторения цикла.
Область в пределах линий 1-2-3-4 показывает нам, сколько работы было проделано двигателем в рамках одного лишь только цикла. Более высокая степень сжатия двигателя означает, что две вертикальные линии на графике выше будут двигаться влево и вверх, оставляя больший диапазон хода поршня, что влияет на получение большей мощности по сравнению с двигателем, имеющим низкий коэффициент сжатия. То есть двигатель с высокой степенью сжатия сделает больше работы за один цикл, чем мотор с небольшой степенью сжатия.
И все дело в том, что в двигателях с высокой степенью сжатия в процессе сгорания топлива образуется больше давления, которое с большей силой двигает поршень вниз по цилиндру. Правда, в этом случае внутри двигателя выделяется больше тепла.
Более высокое сжатие в двигателе также означает более высокую тепловую эффективность
Важно отметить, что образование тепла и потеря тепла в течение цикла работы двигателя напрямую связаны с его эффективностью (речь идет о коэффициенте полезного действия – КПД). Причем на КПД главное влияние оказывает степень сжатия двигателя. Все дело в двух идеях. Во-первых, любая тепловая энергия, поступающая в систему, должна быть преобразована в механическую или отработанную. Во-вторых, тепловая эффективность – это просто результат работы двигателя (мощность и сила), разделенный на теплопередачу.
Таким образом, с помощью уравнения можно вычислять взаимосвязь между тепловым КПД и степенью сжатия.
Вот как выглядит уравнение этой взаимосвязи (n – тепловой КПД, r – степень сжатия, а γ (гамма) – свойство жидкости):
Теперь вернемся к нашей диаграмме выше. Когда вы обеспечиваете больший ход поршня между верхней и нижней мертвой точкой, вы увеличиваете степень сжатия. За счет этого вы смещаете на диаграмме PV вверх и влево и увеличиваете температуру (Qh на графике выше). Причем увеличение температуры будет больше, чем потери тепла (Ql).
Иными словами, вы добываете в процессе сгорания топливной смеси больше энергии за один цикл работы двигателя. Кстати, вот один интересный ролик видеоблогера Джейсона Фенске, который рассказывает более простыми словами о взаимосвязи между степенью сжатия, теплопередачей и эффективностью (экономичностью двигателя):
Для тех, кто не знает английский, включите субтитры и их машинный перевод на русский язык.
Так что, как вы, наверное, уже поняли, тепловая эффективность двигателя возрастает по мере увеличения степени сжатия двигателя. Таковы законы физики, а именно законы термодинамики. Особенно это становится ясно из уравнения, приведенного выше.
Соответственно, чем выше степень сжатия мотора, тем больше он выдает лошадиных сил и меньше потребляет топлива. Для нас это означает более тяжелый кошелек за счет сэкономленных денег на заправке и больше адреналина при разгоне.
Чтобы это понять, вам нужно взять на прокат какой-нибудь старый американский неэффективный автомобиль с бензиновым V8 атмосферным двигателем, который имеет низкую степень сжатия. Поездив на таком автомобиле несколько дней, вы поймете, что автомобиль «жрет», как слон, но взамен не выдает хорошую мощность, которую сегодня показывают современные четырехцилиндровые и даже трехцилиндровые моторы.
Например, знаменитый двигатель Skyactiv-G от Mazda является очень эффективным в плане не только мощности, но и хорошей экономичности. Во многом это благодаря большой степени сжатия. Также ряд и других производителей стали выпускать современные моторы с высоким коэффициентом сжатия. Так, сегодня компании Mazda, Nissan / Infiniti и Toyota и другие начали выпускать двигатели с очень высокой степенью сжатия – 14:1.
Вы не поверите, но двигатели с такой степенью сжатия еще недавно казались фантастикой. Кстати, благодаря такой степени сжатия автопроизводителям нет необходимости оснащать двигатели турбинами, для того чтобы добиться соответствия современным стандартам экономичности, экологическим нормам, а также требованиям к мощности.
Почему более высокая степень сжатия означает, что автомобиль должен заправляться топливом с высоким октановым числом
Но почему большинство автопроизводителей сегодня не перешли на выпуск двигателей с высокой степенью сжатия, если такие силовые агрегаты позволяют без турбокомпрессоров добиваться таких выдающихся результатов эффективности силовых агрегатов? Все дело в законах физики.
Многие двигатели с высоким коэффициентом сжатия нуждаются в премиальном топливе или в высокооктановом бензине.
Тем, кто не знает или не помнит, что такое октан бензина и как он помогает избежать детонации в двигателе, советуем почитать наши следующие материалы:
Какой бензин лучше?
Почему премиум бензин является пустой тратой денег для большинства автомобилей
Сколько энергии в различных видах топлива
Топливо с низким октановым числом по сравнению с топливом с высоким октаном, скорее всего, будет самопроизвольно воспламеняться из-за более высоких температур и давления воздуха в двигателях с высокой степенью сжатия. Мы знаем, что воспламенение топливно-воздушной смеси должно происходить, когда это действительно нужно, а не наоборот. Такое неконтролируемое воспламенение топлива называется детонацией. Это очень вредно для любых двигателей внутреннего сгорания. Дело в том, что излишняя детонация уменьшает крутящий момент и может нанести непоправимый урон двигателю автомобиля.
Высокая степень сжатия увеличивает риск сильной детонации двигателя. Вот почему моторы с большим коэффициентом сжатия, как правило, работают на высококачественном или высокооктановом бензине.
Главная причина риска самовоспламенения топливно-воздушной смеси в двигателях с высокой степенью сжатия – это превышение допустимого давления, которое приводит к резкому нагреву топливной смеси. В итоге это вызывает преждевременное сжигание топлива еще до того, как свеча зажигания с помощью искры зажжет его. Повторяем, преждевременное воспламенение топлива – это очень плохо для любого двигателя.
Для того чтобы снизить риск преждевременного воспламенения топлива, компания Mazda много работала над поршневыми и выпускными конструкциями бензиновых двигателей с высокой степенью сжатия (соотношение степени сжатия в цилиндрах двигателя 14:1). Например, мотор Skyactiv-X оснастили специальными поршнями, имеющими полость посередине, которая позволила предотвращать всплеск богатого кислородом топлива вокруг области воспламенения топливной смеси от свечи зажигания.
Именно проблема самовоспламенения топлива в двигателях с высокой степенью сжатия и препятствует сегодня массовому распространению данного типа моторов во всей автопромышленности. Подробнее об двигателе Mazda можно почитать здесь
Существуют ли ограничения по увеличению степени сжатия в двигателях
Интересно, почему автопроизводители не стараются сделать степень сжатия своих двигателей еще больше? Почему сегодня коэффициент сжатия 14:1 уже считается много? Неужели нельзя сделать двигатель с еще большим коэффициентом сжатия? Ведь в таком случае автомобили получили бы еще больше мощности и одновременно стали бы еще экономичней.
Например, почему бы не сделать двигатель со степенью сжатия 60:1? Но на самом деле это невозможно в сегодняшнем мире.
Такую степень сжатия не выдержит ни один металл внутри двигателя. Да дело даже не в металле. Даже если бы у нас был такой крепкий дешевый металл, способный выдержать степень сжатия 60:1, все равно бы мы не смогли построить подобный рабочий мотор. Просто такая степень сжатия привела бы к чрезмерно высокой температуре внутри двигателя. В итоге мотор стал бы настолько горячим, что это вызвало бы его самоуничтожение (двигатель взорвался бы от высоких температур).
Также, в принципе, нас не должна так сильно заботить высокая степень сжатия в современных автомобилях, если речь идет, конечно, не о спортивных мощных автомобилях, где каждая лишняя лошадиная сила на вес золота. Сегодня в рамках массового рынка нас больше волнует не мощность, а экономичность обычных повседневных автомобилей. Особенно во времена немалой стоимости топлива, где вопрос экономии топлива напрямую влияет на наши кошельки. Также сегодня более остро стоит вопрос экологии. А мы знаем, что чем менее экономичен автомобиль, тем меньше он загрязняет окружающую среду выхлопными газами. Так что, в принципе, увеличение степени сжатия в современных двигателях необходимо в первую очередь для улучшения экологической обстановки на всей планете. Но для того чтобы этого добиться, нет смысла существенно увеличивать в современных моторах степень сжатия.
Вот мы и подошли к концу темы о степени сжатия двигателей внутреннего сгорания. Надеемся, что теперь вы не просто знаете, что такое степень сжатия силовых агрегатов, но и понимаете, какую важную роль она играет в современных двигателях.
Что такое степень сжатия
Степень сжатия является величиной, которая характерна для двигателей внутреннего сгорания. Степень сжатия двигателя является отношением полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Другими словами, это отношение объема пространства над поршнем во время его нахождения в НМТ (нижняя мертвая точка) к объему такого же пространства над поршнем при его нахождении в ВМТ (верхняя мертвая точка).
Стоит отметить, что понятие степени сжатия двигателя зачастую ошибочно принимается за показатель компрессии. Компрессия представляет собой максимальный уровень давления в цилиндре, которое создается в результате движения поршня из НМТ в ВМТ. Показатель компрессии принято измерять в атмосферах, тогда как степень сжатия выражается математически в виде определенного отношения. В качестве примера можно указать степень сжатия 11:1.
На самом деле показатель степени сжатия условно является разницей давлений в камере сгорания между моментом подачи топливно-воздушной смеси (или только дизтоплива для дизельных ДВС) в цилиндр и тем моментом, когда происходит воспламенение топливного заряда. Различные двигатели могут иметь разный параметр степени сжатия, что зависит от типа мотора и его конструктивных особенностей. Принято выделять низкую или высокую степень сжатия.
Содержание статьи
Увеличение степени сжатия: плюсы и минусы
Любой ДВС в основе имеет принцип воспламенения смеси воздуха и распыленного топлива в камере сгорания. Результатом сгорания смеси становится тепловое расширение газов, которые толкают поршень. Такая энергия толчка от поршня передается на коленчатый вал двигателя посредством работы КШМ, что означает преобразование сгорания топлива в полезную механическую работу.
Чем большим оказывается показатель степени сжатия двигателя, тем сильнее итоговое давление газов на поршень. Увеличение давления будет означать, что за один такт силовая установка способна выполнить больше механической работы. Если проще, то мощность и отдача от двигателей с большей степенью сжатия выше сравнительно с аналогами, которые имеют меньший показатель. Также необходимо добавить, что количество самого подаваемого топлива в моторах с большей степенью сжатия не увеличивается, при этом такой двигатель имеет больший КПД. Бензиновые двигатели могут демонстрировать показатель степени сжатия от 8 до 12. Что касается дизельных моторов и особенностей воспламенения смеси в таких агрегатах, степень сжатия дизеля выше и находится в рамках от 14 до 18 единиц.
При всех положительных аспектах сильно увеличить степень сжатия не представляется возможным, так как значительное уменьшение объема камеры сгорания приводит к детонации топлива. Детонация в результате увеличения степени сжатия свойственна бензиновым ДВС. Дизельный двигатель, в котором воздух подается и сжимается отдельно, также может детонировать после впрыска дизтоплива. Детонация в дизеле связана с неисправностями топливной аппаратуры, неправильно установленным моментом впрыска, закоксовкой и сильным нагаром в цилиндрах двигателя и т.п.Большинство современных моторов легковых автомобилей имеют высокую степень сжатия, так как двигатель становится мощнее и экономичнее. Топливно-воздушная смесь в таких ДВС сгорает более полноценно и равномерно, позволяя улучшить ряд характеристик двигателя во всем диапазоне оборотов. Главной особенностью моторов с высокой степенью сжатия является повышенная требовательность к качеству топлива. Для таких силовых агрегатов обязательно использование дорогих марок бензина с высоким октановым числом и солярки с необходимым цетановым числом. Большинство современных бензиновых ДВС предполагают использование топлива с октановым числом не ниже АИ-95 или АИ-98.
Доработка двигателя: изменение степени сжатия
Среди распространенных решений для форсирования двигателя или езды на более дешевом бензине является самостоятельное изменение объема камеры сгорания. Далее мы рассмотрим, как увеличить или уменьшить степень сжатия своими руками.
Если вы планируете форсировать двигатель, тогда степень сжатия нужно увеличить. Следует помнить, что увеличение закономерно приводит к тому, что детонационный порог будет снижен. Слишком высокая степень сжатия для двигателя будет означать, что устранить детонацию при помощи высокооктанового бензина, настройки УОЗ и других манипуляций не получится.
Стоит добавить, что более ощутимый прирост мощности способен обеспечить такой двигатель, который изначально был рассчитан на меньшую степень сжатия. Другими словами, больше мощности после тюнинга выдаст агрегат, штатно имеющий показатель 9:1 и доработанный до 10:1 сравнительно с мотором, который в стоке имел 12:1 и был форсирован путем увеличения показателя степени сжатия до 13:1.
Для прибавки мощности существуют такие способы:
- доработка ГБЦ и/или установка тонкой прокладки ГБЦ;
- расточка цилиндров и общее увеличение объема ДВС;
Под тюнингом головки блока в этом случае стоит понимать фрезеровку нижней части, которая стыкуется с блоком цилиндров. ГБЦ таким образом укорачивается, что и приводит к уменьшению камеры сгорания двигателя, а также увеличению степени сжатия. Аналогичную задачу преследует и установка более тонкой прокладки ГБЦ.
Необходимо учитывать, что при таком тюнинге существует риск встречи клапанов с поршнем. Перед началом работ необходимы детальные расчеты. В ряде случаев требуется замена поршней на такие, которые имеют увеличенные выемки под клапан. Фазы газораспределения также сбиваются, что потребует их последующей настройки.
Что касается расточки блока цилиндров, данный способ также требует замены поршней. Результатом становится увеличение рабочего объема ДВС и более высокая степень сжатия, так как объем камеры сгорания по отношению к увеличенному объему цилиндра не меняется.
Дефорсирование ДВС
Вполне очевидно, что после понижения степени сжатия двигатель будет дефорсирован. Делается такая доработка в том случае, если мощность двигателя отодвигается на второй план. Уменьшение степени сжатия позволяет эксплуатировать мотор на низкооктановом бензине без риска появления детонации, что и обеспечивает определенную экономию на разнице стоимости горючего.
Необходимо добавить, что подобное решение зачастую применяется на старых карбюраторных автомобилях. Что касается инжекторных авто с электронным блоком управления, в этом случае данный способ доработки настоятельно не рекомендуется.
Для уменьшения степени сжатия двигателя нужно реализовать увеличение высоты прокладки под ГБЦ. Для этого используются две обычные прокладки, между которыми укладывается третья, изготовленная из алюминия. Результатом станет увеличение высоты ГБЦ и объема камеры сгорания, что позволит в итоге перейти на более дешевый бензин.
Читайте также
Степень сжатия — обзор
Степень сжатия обычно варьируется от 1,05 до 7 на ступень; однако соотношение 3,5–4,0 на стадию считается максимальным для большинства технологических операций. Довольно часто повышение температуры газа во время сжатия диктует предел безопасного или разумного повышения давления. Максимальное повышение температуры определяется либо максимальной рабочей температурой цилиндра компрессора, либо максимальной температурой, которую газ может выдержать перед разложением, полимеризацией или даже самовоспламенением, как для хлора, ацетилена и т. Д.Поскольку объемный КПД уменьшается с увеличением степени сжатия, это также добавляет к выбору разумного предельного давления нагнетания. При известной максимальной температуре максимальная степень сжатия может быть рассчитана из соотношения повышения адиабатической температуры.
Оптимальная минимальная мощность достигается при одинаковой степени сжатия во всех цилиндрах для многоступенчатых агрегатов. При внешнем охлаждении газа между ступенями необходимо делать разумные поправки на перепады давления в промежуточных охладителях и учитывать это при настройке степеней сжатия:
Фактическое (с промежуточным охлаждением)
(18-38) Pi1 / P1 = Pi2 / Pi1 ′ = Pi3 / Pi2 ′ =… Pfy / Piy
где 1,2,3 ,.… Y = состояние газа в баллоне, представленное (1) для первой ступени, (2) для второй ступени и т. Д.
i = состояние межступенчатого давления нагнетания, непосредственно в баллоне.
Prime (‘) = состояние межступенчатого нагнетания, уменьшенное за счет падения давления в промежуточных охладителях, клапанах, трубопроводах и т.д .; следовательно, штрих представляет собой фактическое давление на всасывании следующего цилиндра в многоступенчатой цилиндровой системе.
f = конечное давление или давление на выходе из многоступенчатой установки.
Степени сжатия по ступеням:
R1 = Pi1 / P1R2 = Pi2 / Pi1′R3 = Pi3 / Pi2′Rf = Pfy / Piy ′
(18-39) R1 = R2 = R3 = … Rf = yRt
, где R t = общая степень сжатия агрегата = P i / P 1
Для двухступенчатого сжатия на ступень:
(18-39A) R1 = R2 = Pf2 / P1
Для пяти ступеней:
(18-39B) R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = 5Pf5 / P1
Обычно на многоступенчатых машинах используются промежуточные охладители.Функция промежуточного охладителя заключается в охлаждении газа до максимально возможной температуры, близкой к исходной температуре всасывания, с минимальным падением давления. Это важно для термочувствительных материалов. Это охлаждение приводит к экономии требуемой тормозной мощности, так как по существу происходит охлаждение при постоянном давлении, что приводит к тому, что следующий цилиндр обрабатывает меньший объем газа. Для достижения наибольшей экономии следует использовать самое холодное охлаждение, доступное на практике.
В некоторых случаях желательно использовать двухступенчатое сжатие без промежуточного охлаждения.Если состав газа должен оставаться постоянным на протяжении всего процесса сжатия, а температура не ограничивается, промежуточные охладители нельзя использовать, если присутствуют конденсируемые вещества. Иногда для газов с низким значением «k» или «n» используются две ступени для повышения объемного КПД. Когда это так, и высокие температуры сжатия или экономичность работы не контролируются, может быть выгодно отказаться от промежуточного охладителя.
Обратите внимание, что когда промежуточные охладители не используются, температура воды в рубашке компрессора должна быть на 10–15 ° F выше, чем точка росы между ступенями.Для этого на предыдущем этапе потребуется теплая вода из куртки.
Работа промежуточного охладителя внешне не влияет на теоретическую оптимальную степень сжатия на ступень. Однако это влияет на совокупную мощность, необходимую для выполнения работы по полному сжатию, потому что все потерянные потери давления должны быть заменены на мощность в лошадиных силах. За счет этого промежуточного охлаждения также наблюдается выигрыш в производительности, как показано на рисунках 18-17A и 18-17B. Учет падения давления в промежуточном охладителе обычно делается путем увеличения давления на выходе из цилиндра, чтобы включить половину падения давления в промежуточном охладителе между ступенями, а давление всасывания на следующей ступени уменьшается до другой половины падения давления. по сравнению с теоретическим давлением без учета перепада давления.
Рисунок 18-17а. Комбинированные индикаторные карты двухступенчатого компрессора, показывающие, как водяные рубашки цилиндра и промежуточный охладитель помогают приблизить линию сжатия к изотермической.
(Используется и адаптировано с разрешения: Miller, H.H. Power, © 1994. McGraw-Hill, Inc., Нью-Йорк. Все права защищены.)Рисунок 18-17b. Влияние объема зазора на эффективность работы цилиндра поршневого компрессора (эффект конструкции клапана).
(Используется с разрешения: Livingston, E. H. Chemical Engineering Progress, V.89, № 2, © 1993. Американский институт инженеров-химиков, Inc. Все права защищены.)Коэффициент сжатия на ступень можно рассчитать.
(18-40) Pf = P1Rγ− (Δp1) Rγ − 1− (Δp2) Rγ − 2− (Δp3) Rγ − 3− (Δp4) Rγ − 4…
Продолжайте, чтобы увидеть количество членов в правой части уравнение, равное количеству ступеней. Обычно это лучше всего решается методом проб и ошибок, и его можно упростить, если предположить, что большинство значений ΔP равны. Предполагается, что весь перепад давления в промежуточном охладителе вычитается из давления всасывания следующей ступени, т.е.е. Падение давления в промежуточном охладителе первой ступени вычитается из давления всасывания второй ступени.
P f = конечное давление многоступенчатого блока цилиндров
γ = количество ступеней сжатия
Δp = перепад давления на промежуточных охладителях, фунт / кв. Дюйм
1 = первая ступень
2 = вторая ступень
Если половина Δp добавляется к разряду одной ступени и половина вычитается из всасывания следующей ступени:
(18-41) Pf = P1Rγ− (12Δp1) Rγ − 1− (12Δp2) Rγ − 2− (12Δp3) Rγ − 3− (12Δp4) Rγ − 4…
На практике соотношения для каждой ступени могут не совпадать; однако это не мешает компрессору работать удовлетворительно, если все другие факторы учитываются соответствующим образом.
Охлаждение рубашки компрессора. Вода для охлаждения рубашки компрессора не должна быть такой же теплой, как вода в рубашке газового двигателя. Вода на 15–20 ° F более теплая, чем точка росы сжимаемого газа, предохраняет от конденсации. Рекомендуется повышение температуры воды в рубашке максимум на 15–20 ° F. Никогда не следует ограничивать поток воды к рубашкам, чтобы поддерживать эту температуру, поскольку пониженная скорость имеет тенденцию способствовать загрязнению рубашек.
Количество тепла, отводимого рубашками компрессора, зависит от размера и типа машины.Этот отвод тепла обычно выражается в британских тепловых единицах / час / л.с. Отвод тепла в цилиндр компрессора в среднем составляет около 500 БТЕ / ч / л.с. Некоторые из них имеют низкий уровень 130, и необходимо уточнить у производителя, чтобы получить точную цифру.
Пример 18-1Давление между ступенями и степени сжатия
Для двух ступеней сжатия, какими должны быть давления в цилиндрах, если перепад давления в промежуточном охладителе и трубопроводе составляет 3 фунта на квадратный дюйм?
Всасывание до первой ступени: P 1 = 0 фунтов на кв. Дюйм (14.7 psia)
Нагнетание из второй ступени: P f2 = 150 psig (164,7 psia)
Perstage: Rc = 164,7 / 14,7 = 11,2 = 3,35
Без промежуточного охлаждения:
С промежуточным охлаждением:
Первая ступень:
Вторая ступень:
Пример показывает, что, хотя отношения на цилиндр сбалансированы, каждое из них больше теоретического. Это соответствует реальным операциям.
Важно отметить, что довольно часто фактическая степень сжатия для отдельных цилиндров многоступенчатой машины не может быть точно сбалансирована.Это условие возникает в результате ограничения потребляемой мощности для определенных размеров и конструкций цилиндров производителя. В окончательном выборе они будут скорректированы, чтобы обеспечить максимально возможные степени сжатия для использования стандартных конструкций.
Знаете ли вы ?: Степень сжатия | Автомобильные новости
Что такое степень сжатия?Каждый двигатель имеет определенную степень сжатия. Топливно-воздушная смесь сжимается в цилиндре для создания воспламенения, сила которого зависит от степени сжатия: объема цилиндра, когда поршень находится в нижней части своего хода, по сравнению с объемом цилиндра, когда поршень находится в нижнем положении. в верхней части штриха.Кстати, вы должны знать, что под рабочим объемом двигателя понимается полная мощность всех поршней в течение полного цикла.
Воспламенение происходит, когда поршень находится в верхней части своего хода, то есть в верхней части цилиндра (также известной как головка цилиндра), который образует камеру сгорания. Оставшийся объем топливовоздушной смеси внутри камеры сгорания позволяет пропорционально определять степень сжатия.
Степень сжатия обычно составляет от 8: 1 до 10: 1.Более высокая степень сжатия — скажем, от 12: 1 до 14: 1 — означает более высокую эффективность сгорания.
| Фото: Себастьян Д’Амур |
Преимущества
Более высокая степень сжатия и полнота сгорания означают большую мощность при меньшем количестве топлива и меньшем количестве выхлопных газов. С другой стороны, более сильные воспламенения усиливают нагрев, трение и износ, что затрудняет работу внутренних компонентов двигателя. Автопроизводителям нужно найти правильный компромисс.
Рассмотрим, например, технологию Mazda SKYACTIV. Инженеры переработали внутренние компоненты, чтобы увеличить ход поршня, чтобы обеспечить более высокую степень сжатия. При этом водителям, которые хотят воспользоваться этим, абсолютно необходимо использовать бензин премиум-класса (бензин с более высоким октановым числом).
Двигатели с наддувом и дизельные двигатели
Двигатели без наддува могут иметь более высокую степень сжатия, чем двигатели с наддувом (с наддувом или с турбонаддувом). Например, в двигателе с турбонаддувом воздух, поступающий в камеру сгорания, уже находится под давлением, поэтому степень сжатия должна быть немного ниже, чтобы избежать чрезмерной нагрузки на компоненты.Двигатели с наддувом обычно имеют степень сжатия от 8: 1 до 8,5: 1.
Однако, что касается дизельных двигателей, отсутствие свечей зажигания требует более высокой степени сжатия — примерно от 14: 1 до 22: 1. Они используют горячий воздух для испарения, а затем воспламенения топлива.
Сорта топлива
Чем больше сжатие и тепло может выдержать топливо перед воспламенением, тем выше октановое число (87, 91, 94 и т. Д.) И выше сорт топлива (обычное, премиум и т. Д.)).
Как я уже сказал; более высокая степень сжатия означает больше тепла внутри двигателя. Топливо с более высоким октановым числом может выдерживать большее повышение температуры и менее склонно к преждевременному воспламенению или преждевременному воспламенению, также известному как детонация двигателя. Это явление изменяет ход поршня и может привести к серьезному повреждению двигателя.
Двигатели внутреннего сгорания — Wikiversity
Двигатели внутреннего сгорания (или двигатели внутреннего сгорания или ДВС, как их еще называют) используются в повседневной жизни и могут быть найдены в: автомобилях; грузовики; мотоциклы; легкие самолеты; строительная техника и автомобили; железнодорожные локомотивы; стационарные энергосистемы; и лодки и корабли всех размеров.Изучение двигателей превратилось в отрасль машиностроения.
Есть два типа двигателей внутреннего сгорания,
- Четырехтактный двигатель и
- Двухтактный двигатель
Также двигатели можно классифицировать по циклам, которым они следуют, как указано ниже.
- Дизельный двигатель
- Бензиновый двигатель
Четырехтактные двигатели, как следует из названия, имеют четыре разных цикла, а именно
a. прием
б.компрессия
c. зажигание / расширение
г. выхлоп
В двухтактном режиме всего два цикла, и каждый из них имеет два цикла, выполняемых одновременно.
а. впуск / выпуск
б. зажигание / сжатие
Несколько определений:
ВМТ: Верхняя мертвая точка. Это самая верхняя часть, до которой поршень может дотянуться в вертикальном двигателе.
BDC: нижняя мертвая точка. Это самая нижняя часть, до которой поршень может добраться в вертикальном двигателе.
Степень сжатия Двигатель внутреннего сгорания — это, по сути, насос, который сжимает смесь воздух / топливо (или просто «воздух» в случае двигателей с прямым впрыском), а затем зажигает ее, так что она расширяется и производит механическую энергию.Степень сжатия в основном показывает, насколько двигатель сжимает определенный объем всасываемого воздуха. Двигатель со степенью сжатия 12: 1 означает, что на каждые 12 единиц всасываемого объема воздуха поршень сжимает этот воздух до 1 единицы объема. Чем больше воздуха вдавливается в камеру сгорания, тем больше энергии производится на один объем двигателя на такте расширения.
Одним из ограничивающих факторов увеличения степени сжатия является детонация (известная как стук двигателя), когда вместо контролируемого горения воздушно-топливная смесь взрывается, потенциально повреждая двигатель.Кроме того, двигатель с более высокой степенью сжатия имеет тенденцию иметь меньший зазор между поршнем в верхней мертвой точке (ВМТ) и полностью открытыми клапанами, а работа на высоких оборотах может привести к смещению клапана, что может привести к контакту между клапанами и поршнем.
Коэффициент сжатия = (Рабочий объем + зазорный объем) / зазорный объем
Рабочий объем = Объем поршня, пройденного за один полный ход от ВМТ до НМТ.
Свободный объем = Объем камеры сгорания, когда поршень находится в ВМТ
Бензиновый двигатель Бензиновые двигатели, также известные как двигатели с искровым зажиганием, нуждаются во внешнем источнике энергии для воспламенения топлива как для запуска, так и для работы двигателя.Как следует из обоих названий, в этом двигателе используются свечи зажигания для обеспечения искры зажигания и бензин (бензин) в качестве топлива.
Системы бензинового двигателя
1. Топливная система перекачивает топливо из бензобака в карбюратор. Там он смешивается с воздухом и всасывается в цилиндры двигателя. При электронном впрыске топлива он поступает непосредственно из бака в цилиндры с помощью электронного компьютера.
2. Система зажигания подает искры для воспламенения топливной смеси в цилиндрах.С помощью катушки зажигания и прерывателя контактов он заряжает 12-вольтовую батарею, которая, в свою очередь, выдает импульсы в 20 000 вольт. Они проходят через распределитель к свечам зажигания в цилиндрах, где создают искры. При воспламенении топлива в цилиндрах температура достигает 700 ° C и более.
3. В системе водяного охлаждения, при которой вода циркулирует по каналам в блоке цилиндров, отводя таким образом тепло. Он течет по трубам в радиаторе, которые охлаждаются нагнетаемым вентилятором воздухом.
4. Система смазки также снижает теплоотдачу, но ее функциональная задача заключается в том, чтобы покрывать движущиеся части маслом, которое под давлением подается к распределительному валу, коленчатому валу и механизму привода клапана.
5. Карбюратор — это сердце бензиновых / бензиновых двигателей. Он точно дозирует топливно-воздушную смесь. Старые карбюраторы делают опережение искры, измеряя разницу давления между внешней и внутренней частями карбюратора. Также измеряется величина подъема дроссельной заслонки.Остатки двигателя, которые могут быть оксидом углерода или несгоревшими углеводородами, показывают, насколько хорошо работает карбюратор.
Классификация бензиновых двигателей
Поршневые двигатели подразделяются на несколько категорий. Некоторые из них:
1. По способу охлаждения,
а. Двигатели с воздушным охлаждением: Тепло от двигателя излучается в окружающий воздух. Обычно используются алюминиевые ребра, поскольку они хорошо проводят тепло.Ребра увеличивают общую площадь контакта с окружающим воздухом, обеспечивая максимальный отвод тепла.
б. Двигатели с водяным охлаждением: В этих двигателях охлаждающая жидкость / вода циркулирует через рубашки, расположенные на цилиндре, для отвода тепла.
2. По количеству ходов,
а. Двухтактные двигатели : Завершает термодинамический цикл за два хода поршня (один оборот кривошипа).
б. 4-тактные двигатели : Завершает термодинамический цикл за четыре такта поршня (два оборота кривошипа).
3. В соответствии с расположением цилиндров,
а. Линейное расположение цилиндров: все цилиндры расположены по прямой линии.
б. V-цилиндровый двигатель или V-образный двигатель: два цилиндра наклонены друг к другу под углом 90 градусов.
4. В зависимости от расположения клапана, а. Одинарный верхний распредвал (SOHC)
б. Двойной верхний распредвал (DOHC)
Детали бензинового двигателя
Ниже приведены важные части бензинового двигателя: 1. Цилиндры 2. Блок цилиндров 3. Поршень и шатуны 4. Головка блока цилиндров Картер 5. Клапаны 6. Вал коленчатый Маховик 7. Выхлопная система 8. Распредвал Топливная система 9. Система смазки 10. Система зажигания
Работа бензинового двигателя
Обычно автомобили с бензиновым / бензиновым двигателем имеют четырехтактный двигатель, поскольку они более эффективны, чем двухтактный двигатель, и обеспечивают полное сгорание топлива для оптимального использования.Четырехтактный двигатель имеет четыре такта, а именно такты впуска, сжатия, мощности и выпуска.
1. Такт всасывания или впуска — первоначально при запуске двигателя поршень движется вниз по направлению к НМТ цилиндра, что создает низкое давление вверху. Вследствие этого открывается впускной клапан, и смесь, содержащая пары бензина и воздух, всасывается цилиндром. Именно через карбюратор смешивается соотношение бензин / бензин и воздух.
2. Ход сжатия — после этого хода впускной клапан закрывается.Поршень теперь движется к верхней (ВМТ) цилиндра, тем самым сжимая топливную смесь до одной десятой ее первоначального объема. Температура и давление внутри цилиндра повышаются из-за сжатия.
3. Рабочий ход — во время этого хода впускной и выпускной клапаны остаются закрытыми. Когда поршень достигает почти верхнего положения (ВМТ), свеча зажигания производит электрическую искру. Горение запускается системой зажигания, которая зажигает искру высокого напряжения через заменяемый на месте воздушный зазор, называемый свечой зажигания.Возникшая искра вызывает взрыв топливовоздушной смеси. Горячие газы расширяются и заставляют поршень двигаться вниз. Поршень соединен со штоком поршня, а шток поршня — с коленчатым валом. Все они движутся друг к другу из-за связи между ними. Коленчатый вал соединен с колесами автомобиля. Когда коленчатый вал движется, колеса вращаются и перемещают автомобиль.
4. Такт выпуска — в этом такте выпускной клапан остается открытым в начале. Поршень вынужден двигаться вверх из-за полученного импульса.Это заставляет газы перемещаться через выпускной клапан в атмосферу. Теперь выпускной клапан закрывается, а впускной клапан открывается. После этого четыре такта двигателя повторяются снова и снова.
Приложения: Эти двигатели широко используются в транспортных средствах, переносных электростанциях для подачи энергии для работы насосов и другого оборудования на фермах. Многие небольшие лодки, самолеты, грузовики и автобусы также используют его.
Объем будущего: Постоянно ведутся исследования, чтобы повысить эффективность использования топлива, уменьшить количество загрязняющих веществ и сделать его более легким и компактным.Недавно инженеры Бирмингемского университета создали самый маленький бензиновый двигатель, способный заменить обычные батареи. Двигатель такой миниатюрный, что с ним можно потрогать кончиками пальцев.
Дизельный двигатель
Подобно бензиновому двигателю, дизель — это двигатель внутреннего сгорания, который преобразует химическую энергию топлива в механическую энергию, которая вызывает возвратно-поступательное движение внутри цилиндров. Поршни соединены с коленчатым валом двигателя, который обеспечивает движение, необходимое для приведения в движение колес транспортного средства.Как в бензиновых, так и в дизельных двигателях энергия выпущен в серии небольших взрывов, известных как горение. Топливо вступает в химическую реакцию с кислородом из воздуха, который забирается во время такта впуска двигателя. Зажигание в бензиновых двигателях происходит из-за искр от свечей зажигания, тогда как в дизельных двигателях топливо воспламеняется из-за тепла сжатия. При сжатии воздух нагревается.
Типы дизельных двигателей
Дизельные двигатели могут быть четырехтактными или двухтактными.
Четырехтактный дизельный двигатель
Работа четырехтактного дизельного двигателя следующая:
1. Такт впуска или всасывания начинается, когда поршень втягивает воздух в цилиндр через впускной клапан. Когда поршень достигает дна цилиндра, впускной клапан закрывается, задерживая воздух внутри цилиндра.
2. Такт сжатия начинается, когда поршень перемещается вверх по цилиндру, сжимая захваченный воздух.Давление повышается от 32 до 50 бар, а температура — до 600 градусов Цельсия.
3. Такт впрыска начинается где-то около ВМТ такта сжатия, топливо разбрызгивается в горячий воздух, воспламеняется и горит контролируемым образом из-за тепла сжатия, что приводит к такту мощности. 4. Такт выпуска начинается, когда поршень НМТ, поршень вытесняет все сгоревшие газы через открытый выпускной клапан. В верхней части такта выпуска выпускной клапан закрывается, а впускной клапан открывается, готовый принять свежий заряд воздуха, который возвращает двигатель в исходную точку.Цикл повторяется снова.
Двухтактный дизель
Дизельный двигатель работает так же, как четырехтактный дизельный двигатель, но уменьшает четыре хода поршня до двухтактных один раз вверх и один раз вниз по цилиндру.
1. Когда поршень находится в верхней части своего цилиндра, он находится на такте сжатия. Цилиндр заполнен сжатым перегретым воздухом. Дизельное топливо впрыскивается и воспламеняется. Поршень движется вниз по цилиндру для своего рабочего хода.Когда поршень приближается к нижней части рабочего хода, выпускные клапаны открываются, и большая часть сгоревших газов устремляется из цилиндра. Теперь, когда поршень продолжает движение вниз по цилиндру, он открывает ряд отверстий в стенке цилиндра, через которые вдувается сжатый воздух, выталкивая оставшиеся сгоревшие газы. из баллона и заправьте его свежим воздухом.
2. При движении поршня вверх он блокирует впускные отверстия, задерживая заряд свежего воздуха в цилиндре.Хотя поршень прошел лишь немного больше одного хода, он уже завершил свой рабочий ход, процесс выпуска и впускной цикл. Когда поршень поднимается вверх по цилиндру во время второго хода, он сжимает свежий воздух. Когда он достигнет В верхней части цилиндра происходит впрыск и сгорание, начиная цикл снова. Двухтактный двигатель производит один рабочий ход за каждый полный цикл, в то время как четырехтактный двигатель производит один рабочий ход за каждые четыре такта.
Вот что на самом деле означает «коэффициент сжатия» и почему он имеет значение
Вы слышали термин «степень сжатия» раньше, но задумывались ли вы, что именно он означает? Что ж, пора объяснить, что такое степень сжатия, и почему каждый автопроизводитель теперь одержим ею, как Святым Граалем.
Степень сжатия, надо признать, сложнее, чем кажется на первый взгляд. Не помогает и то, что это один из тех терминов, которые вы слышите на автосалонах и в пресс-релизах без серьезных объяснений. Это одна из тех вещей, которую вы в большинстве своем пытаетесь понять, пытаясь произвести впечатление на артиста-трапеции, которого вы встретили в цирке на прошлых выходных.
Мы знаем, что высокая степень сжатия — это хорошо, а низкая — плохо. Мы знаем, что новый двигатель Mazda Skyactiv-X «Holy Grail» отличается высокой степенью сжатия, наряду с «дизельным убийцей» Infiniti и серией Toyota «Dynamic Force», которые рекламируют большую мощность при большей эффективности.
Мы живем в эпоху, когда инженеры не могут просто увеличить мощность двигателя, сделав его больше. Изменение степени сжатия двигателя становится обычным делом.
G / O Media может получить комиссию
Chill out
Получите капсулы, лекарства для местного применения, настойки и многое другое с разной концентрацией по очень большой уценке.
(Кстати, если вы читаете это и фыркаете, потому что уже знаете, что такое степень сжатия, хорошо для вас! Не все остальные знают.)
Что определяет степень сжатия — это очень просто
Степень сжатия — это именно то, на что она похожа — степень, при которой вы сжимаете максимальный объем цилиндра до минимального объема цилиндра. Это объем цилиндра, когда поршень полностью опущен по сравнению с полностью вверху. Это написано и указано в виде отношения. Например, для двигателя со степенью сжатия 9: 1 вы бы сказали, что это «девять к одному».
А теперь представьте себе цилиндр в своей голове.Поршень движется вверх и вниз внутри этого цилиндра. Когда поршень находится в самой нижней точке, это называется нижней мертвой точкой. Вот где объем цилиндра наибольший. Когда поршень находится в наивысшей точке цилиндра, это называется верхней мертвой точкой, и именно здесь объем цилиндра наименьший. Сравнение этих двух объемов — вот откуда взялось ваше соотношение.
Если вы такой же наглядный ученик, как я, вам понравится этот созданный мной GIF, показывающий, как работает четырехтактный двигатель.Видите, как поршень движется вверх во время такта сжатия? Это весь воздух и топливо сжимаются в цилиндре. Если двигатель имеет высокую степень сжатия, это означает, что данный объем воздуха и топлива в цилиндре сжимается в гораздо меньшее пространство, чем двигатель с более низкой степенью сжатия.
А теперь пример с простой математикой, мой любимый вид.
Представьте, что у вас есть двигатель, объем цилиндра и камеры сгорания которого составляет 10 куб. См, когда поршень находится в нижней мертвой точке.После того, как впускной клапан закрывается и поршень поднимается вверх во время такта сжатия, он сжимает топливно-воздушную смесь в объеме одного кубического сантиметра. Этот двигатель имеет степень сжатия 10: 1.
Вот и все! Это степень сжатия. Общий рабочий объем плюс сжатый объем (включая объем головки блока цилиндров и все, что выше, где поршень «движется») в один только сжатый объем .
Почему лучше усложняется
Но понимание , что такое степень сжатия , менее важно, чем понимание , почему нам это важно, или почему высокая степень сжатия — это такое стремление.
Лучшее объяснение, которое я получил в этом, было от моего коллеги и инженера Дэвида Трейси, который затем обратился за помощью к другим инженерам и профессорам. Лучший ответ из них дал доктор Энди Рэндольф, технический директор ECR Engines. Он проводит исследования трансмиссии для NASCAR, и его объяснение предельно ясно:
С точки зрения непрофессионала, мощность двигателя генерируется, когда сгорание воздействует на поршень и толкает поршень вниз по цилиндру во время такта расширения.
Чем выше поршень находится в канале ствола в момент начала сгорания, тем большее усилие будет приложено.
По мере увеличения степени сжатия поршень перемещается выше в отверстии в верхней мертвой точке, следовательно, появляется дополнительная сила для хода расширения (дополнительная сила для того же количества топлива равняется более высокой эффективности).
Теперь мы на самом деле нужно больше понимать о , почему в дополнение к , как , а это означает, что нам придется рискнуть в области термодинамики.
Суть всего этого в том, что более высокая степень сжатия означает, что двигатель получает больше работы при том же количестве топлива. Это хорошо для мощности, а также миль на галлон.
Чтобы объяснить, почему более высокая степень сжатия дает лучшую эффективность, мы не собираемся слишком углубляться в термодинамику, но, черт возьми, давайте просто окунемся в них. Это здорово и полезно для души.
Более высокое сжатие означает больше работы, но больше давления
На изображении выше показана диаграмма «давление-объем» для идеального и типичного бензинового двигателя.Он визуально показывает, что происходит в вашем двигателе, когда он сжигает бензин.
На диаграмме выше нижняя кривая 1-2 показывает ход сжатия.
Строка 2-3 показывает горение.
Верхняя кривая 3-4 показывает ход расширения.
А линия 4-1 показывает отвод тепла при открытии выпускного клапана.
Чтобы быть более техническим, на диаграмме кривая 1-2 показывает такт сжатия, в котором давление (ось y) возрастает, а объем (ось x) падает, когда поршень действительно воздействует на газ, сжимая его.Строка 2-3 показывает тепло, выделяющееся при сгорании, быстро увеличивая давление и температуру газа. Кривая 3-4 показывает увеличение объема и падение давления по мере того, как газ действует на поршень во время такта расширения. Линия 4-1 показывает отвод тепла от газа в окружающую среду по мере того, как давление возвращается к окружающему при открытии выпускного клапана. Наконец, плоская линия 1-5 внизу представляет ход выпуска и возврат поршня в верхнюю мертвую точку в конце.
Область внутри этих 1-2-3-4 строк показывает, сколько работы проделано двигателем.Более высокая степень сжатия означает, что две вертикальные линии на графике будут перемещаться влево и вверх, оставляя больше области в границах, чем при более низкой степени сжатия, и, таким образом, работа выполняется. Но, как вы можете видеть на этой диаграмме, вы столкнетесь с более высоким давлением. Другими словами, вы получите больше механической работы от двигателя с высокой степенью сжатия. Вы будете получать большее давление в цилиндре и на поршне из-за тепловыделения от сгорания.
Более высокое сжатие также означает больший тепловой КПД
Также важно отметить, что подвод тепла и тепловые потери во время цикла вашего двигателя связаны с КПД как функцией степени сжатия.Все это работает по двум идеям. Во-первых, любая тепловая энергия, поступающая в систему, должна быть преобразована либо в механическую работу, либо в отходящее тепло. Во-вторых, тепловой КПД — это просто результат работы, деленный на подводимое тепло. Итак, вы можете вывести соотношение между термическим КПД и степенью сжатия, как MIT, построенное на его веб-странице и показанное выше. Уравнение здесь (nu — термический КПД, r — степень сжатия, а гамма — свойство жидкости) :
Когда вы даете двигателю определенного рабочего объема более высокую степень сжатия, вы эффективно сдвигаете фотоэлектрическую диаграмму вверх. и влево, и увеличивают тепловложение (Qh на диаграмме) в большей степени, чем тепловые потери (Ql).Другими словами, вы превращаете больше входящей энергии в работу. Вот Джейсон Фенске из Engineering Explained , разбирающий взаимосвязь между степенью сжатия, теплопередачей и эффективностью:
В любом случае, дело в том, что термодинамика диктует, что термический КПД возрастает с увеличением степени сжатия, как вы можете видеть из этого графика и уравнения. выше. А это означает больше лошадиных сил, лучшую экономию топлива, более тяжелые кошельки и более широкие улыбки. Управляйте любым вялым, хрипящим, всасывающим газ, старым американским V8 с низкой степенью сжатия, и вы поймете, о чем я.
Степень сжатия также делает такие двигатели, как двигатель Mazda Skyactiv-G, такими эффективными. Mazda, первая из серии новых двигателей с высоким и переменным сжатием от Mazda, Nissan / Infiniti и Toyota, на данный момент имеет самую высокую степень сжатия в отрасли — 14: 1, поэтому она может справляться с высоким расходом топлива. показатели экономичности и мощности даже без турбонагнетателя.
Почему более высокое сжатие означает более высокое октановое число
Почему не все просто используют высокие степени сжатия? Что ж, высокая степень сжатия — вот почему многим двигателям требуется топливо премиум-класса или высокооктановый бензин.Октановое число, как указывается в статье How Stuff Works , является мерой способности бензина сопротивляться детонации.
По сравнению с газом с высоким октановым числом бензин с низким октановым числом более склонен к самовоспламенению из-за высоких температур и давления наддува. По сути, вам нужен газ, который воспламеняется, когда вы этого хотите, а не тот, который воспламеняется, когда вы, , не хотите, чтобы зажигался. Такое неконтролируемое горение называется детонацией.Стук — это плохо; он снижает крутящий момент и может нанести непоправимый ущерб вашему двигателю.
Высокая степень сжатия увеличивает риск детонации, поэтому в двигателях с очень высокой степенью сжатия используется высокооктановый гоночный газ или (что сейчас чаще) E85. При сжатии газы склонны нагреваться, поэтому повышенная плотность тепла может привести к преждевременному возгоранию топлива до того, как свеча зажигания воспламенит его. Повторяю: это плохо.
Mazda пришлось проделать большую работу над поршнем и конструкцией выхлопной системы, чтобы уменьшить детонацию в двигателе 14: 1, работающем на газовом насосе.Поршни в двигателе Skyactiv-X, например, имеют полость посередине, чтобы позволить Mazda выстрелить потоком богатого топлива вокруг свечи зажигания в обедненной смеси, и, да, есть причина, по которой это было не так. Технологию нелегко разработать.
Что еще интересно, так это то, что вы не можете просто сделать двигатель с такой высокой степенью сжатия, как вы хотите. Я обратился к Джону Хойенге, владельцу производственного выхлопа и раллийного магазина Nameless Performance, чтобы поговорить о рисках и преимуществах высокой компрессии.
Джон строит раллийный автомобиль Nissan 240SX, на который он меняет четырехцилиндровый SR20VE, который в настоящее время развивает около 250 лошадиных сил на колесах всего из 2,0 литров. Удивительно, но без турбо. Все, что Джон должен поблагодарить, — это очень высокая степень сжатия 14,5: 1. «Сжатие выполняет больше работы, — пояснил он, — поэтому тем больше мощности [двигатель] будет производить без наддува».
При этом, поскольку это гоночный двигатель, он использует гоночный бензин или E85 с очень высоким октановым числом.Джон сказал, что при степени сжатия выше 14,5: 1 возникает риск самовоспламенения, а также может вылететь шток или вращаться подшипник. Это то, что небрежно называют «взрывом».
Есть предел тому, насколько высоко вы можете подняться
Я спросил, почему мы не видим, что люди не бегают с двигателями, которые имеют значительно более высокую степень сжатия, чем все, что мы видим сегодня. Неприлично завышенные соотношения, вроде 60: 1. Джон рассмеялся. Он объяснил, что металл просто не может выдерживать такие высокие уровни нагрузки, а такая степень сжатия приведет к тому, что вещи будут настолько горячими, что они взорвут любой современный двигатель.
Конечно, не все из нас строят гоночные автомобили с гоночными двигателями, поэтому об изменении степени сжатия нам не о чем беспокоиться. Но мы случайные владельцы автомобилей и энтузиасты квазидвигателей, так что это было объяснением того, что означает степень сжатия и почему это важно. Вам больше не нужно подделывать это, теперь вы знаете, что это такое.
А теперь иди, найди того художника по трапеции и расскажи ему, что ты чувствуешь!
Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:
- В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
- Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
- Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
- Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
- Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.
Основные геометрические параметры поршня и цилиндра ДВС — x-engineering.org
Чтобы охарактеризовать основные характеристики двигателя внутреннего сгорания во всем его рабочем диапазоне, мы можем использовать некоторые параметры и геометрические соотношения поршня и камеры сгорания. Рабочие характеристики двигателя связаны как с топливной экономичностью, так и с динамической отдачей (мощность и крутящий момент), на которые напрямую влияют основные параметры двигателя.
Чтобы вспомнить принципы работы двигателя внутреннего сгорания, прочтите статью Как работает двигатель внутреннего сгорания.
Основные геометрические параметры цилиндра, поршня, шатуна и коленчатого вала показаны на изображении ниже.
Изображение: Основные параметры геометрии поршня и цилиндра двигателей внутреннего сгорания
где:
IV — впускной клапан
EV — выпускной клапан
ВМТ — верхняя мертвая точка
НМТ — нижняя мертвая точка
B — отверстие цилиндра
S — поршень ход
r — длина шатуна
a — радиус кривошипа (смещение)
x — расстояние между осью кривошипа и осью поршневого пальца
θ — угол поворота кривошипа
V d — смещенный (стреловидный) объем
V c — зазор
Поршень перемещается внутри цилиндра между ВМТ и НМТ.Для завершения полного цикла сгорания поршень совершает четыре хода, а коленчатый вал делает два полных оборота. Вытесненный объем — это объем, в котором движется поршень, зазорный объем — это объем, оставшийся в цилиндре, когда поршень достигает ВМТ.
В этом руководстве мы рассмотрим, как рассчитать объемную мощность двигателя, что такое степень сжатия и какие основные геометрические параметры двигателя.3 \]
Рабочий объем современных двигателей внутреннего сгорания варьируется от 1,0 л до примерно 6,0 л, в среднем около 1,5 — 2 л. Существует четкая тенденция к уменьшению объемной мощности двигателя (уменьшение габаритов) для того, чтобы выполнять более строгие стандарты по выбросам топлива.
Базовая геометрия поршневого (возвратно-поступательного) двигателя внутреннего сгорания определяется следующими параметрами:
- степенью сжатия
- отношением диаметра цилиндра к ходу поршня
- отношением длины шатуна к радиусу кривошипа (смещение)
Степень сжатия рассчитывается как отношение между максимальным (общим) объемом цилиндра (когда поршень находится в НМТ) и минимальным (зазором) объемом (когда поршень находится в ВМТ).
В технической литературе греческая буква эпсилон ε используется для обозначения степени сжатия двигателя.
\ [\ varepsilon = \ frac {V_ {max}} {V_ {min}} = \ frac {V_c + V_d} {V_c} \]Большинство современных бензиновых двигателей с искровым зажиганием имеют степень сжатия от 8 до 11, в то время как двигатели с воспламенением от сжатия (дизельные) имеют степень сжатия в диапазоне от 12 до 24.
Обычно двигатели внутреннего сгорания с наддувом или турбонаддувом имеют более низкую степень сжатия, чем двигатели без наддува.
Чем выше степень сжатия, тем выше давление сгорания в цилиндре. Максимальное значение степени сжатия зависит в основном от материалов двигателя, технологии и качества топлива.
Поскольку это зависит от геометрии двигателя, степень сжатия является фиксированной. Существуют различные попытки разработать двигатели с переменной степенью сжатия, которые должны иметь более высокий общий КПД.
Отношение диаметра цилиндра к ходу поршня в большинстве случаев определяется как греческая буква zeta ζ :
\ [\ zeta = \ frac {B} {S} \]Для легковых дорожных транспортных средств диаметр отверстия Отношение хода к ходу обычно от 0.8 к 1.2. Когда диаметр цилиндра равен ходу, B = S , двигатель называется квадратный двигатель . Если ход больше диаметра отверстия, двигатель будет под квадратом . Если длина хода меньше диаметра отверстия, двигатель называется по квадрату . В нашем примере отношение диаметра цилиндра к ходу составляет 0,87.
Отношение длины шатуна к радиусу кривошипа обычно определяется как R :
\ [R = \ frac {r} {a} \]Для малых двигателей R составляет от 3 до 4, для больших двигатель запускается с 5 до 10.
При фиксированном объемном объеме двигателя более длинный ход позволяет использовать меньший диаметр (меньше квадрата). Преимущество заключается в меньшей площади поверхности камеры сгорания и, соответственно, меньших тепловых потерях. Это улучшит тепловой КПД камеры сгорания. Недостатком является то, что чем длиннее ход поршня, тем выше скорость поршня и выше потери на трение, что снижает эффективную мощность двигателя.
Если ход уменьшен, диаметр отверстия должен быть увеличен, и двигатель будет более квадратным.Это приводит к меньшим потерям на трение, но увеличивает потери теплопередачи. Большинство современных автомобильных двигателей имеют почти квадратную форму, некоторые — чуть больше квадратной, а некоторые — чуть меньше квадратной.
В таблице ниже приведены несколько примеров двигателей внутреннего сгорания с указанием их основных геометрических параметров.
| Производитель | Топливо | Кол-во цилиндров | Объем двигателя [см 3 ] | Диаметр цилиндра [мм] | 901 901 901 901 901 901 901 901 901 901 ζ [-]ε [-] | ||||||
| Fiat | Бензин | 2 | 875 | 80.5 | 86 | 0,94 | 10: 1 | ||||
| Renault | Бензин | 3 | 898 | 72,2 | 73,1 | 0,99 | 9015 9015 Дизель 9015 9015 31422 | 79,5 | 95,5 | 0,83 | 19,5: 1 |
| Renault | Бензин | 4 | 1149 | 69 | 150 76,8 | 9,8: 1 | |||||
| Mazda | Бензин | 4 | 1496 | 74,5 | 85,8 | 0,87 | 14: 1 | 80,5 | 0,99 | 16,5: 1 | |
| Renault | Дизель | 4 | 1598 | 80 | 79,5 | 1,01 | 9015 9015 9015 9015 9015 9015 42157 | 87 | 90.7 | 0,96 | 11,1: 1 |
| Mazda | Дизель | 4 | 2184 | 86 | 94 | 0,91 | 14: 1 | 0 9015 9015 9015 9015 9015 9015 50 Porsche 289389 | 77,5 | 1,15 | 11,5: 1 |
| BMW | Дизель | 6 | 2993 | 84 | 90 | 0,93 90,1515: 1 | |||||
| Ford | Бензин | 8 | 4951 | 92,2 | 92,7 | 0,99 | 11: 1 | ||||
| VW | 9015 901 9015 9015 901 901 9015 9015 9015 95,5 | 0,85 | 18: 1 |
По любым вопросам, наблюдениям и запросам, касающимся этой статьи, используйте форму комментариев ниже.
Не забывайте ставить лайки, делиться и подписываться!
Степень сжатия | Автопедия | Fandom
Степень сжатия двигателя внутреннего сгорания или двигателя внешнего сгорания — это величина, которая представляет собой отношение объема его камеры сгорания; от самой большой емкости до самой маленькой емкости.Это фундаментальная спецификация для многих распространенных двигателей внутреннего сгорания.
В поршневом двигателе это соотношение между объемом цилиндра и камеры сгорания, когда поршень находится в нижней части своего хода, и объемом камеры сгорания, когда поршень находится в верхней части своего хода.
Представьте цилиндр с поршнем в нижней части его хода, содержащий 1000 см3 воздуха. Когда поршень переместился в верхнюю часть своего хода внутри цилиндра, а оставшийся объем внутри головки или камеры сгорания был уменьшен до 100 см3, тогда степень сжатия будет пропорционально описана как 1000: 100 или с частичным уменьшением. , степень сжатия 10: 1.
Желательна высокая степень сжатия, поскольку она позволяет двигателю извлекать больше механической энергии из заданной массы топливовоздушной смеси из-за его более высокого теплового КПД. Высокие соотношения помещают доступные молекулы кислорода и топлива в уменьшенное пространство вместе с адиабатической теплотой сжатия, вызывая лучшее смешивание и испарение капель топлива. Таким образом, они позволяют увеличивать мощность в момент зажигания и извлекать больше полезной работы из этой мощности за счет расширения горячего газа в большей степени.
Однако более высокая степень сжатия делает бензиновые двигатели подверженными детонации двигателя, также известной как детонация, и это может снизить эффективность двигателя или даже физически повредить его.
Дизельные двигатели, с другой стороны, работают по принципу воспламенения от сжатия, так что топливо, которое сопротивляется самовоспламенению, вызовет позднее воспламенение, что также приведет к детонации в двигателе.
Формула
Коэффициент рассчитывается по следующей формуле:
- , где
- = отверстие цилиндра (диаметр)
- = длина хода поршня
- = объем камеры сгорания (включая прокладку головки).Это минимальный объем пространства, в котором топливо и воздух сжимаются до воспламенения. Из-за сложной формы этого пространства его обычно измеряют напрямую, а не рассчитывают.
Типичные степени сжатия
Бензин / бензиновый двигатель
Из-за звона (детонации) CR в бензиновом / бензиновом двигателе обычно не будет намного выше, чем 10: 1, хотя некоторые серийные автомобильные двигатели, построенные для высокопроизводительных двигателей с 1955 по 1972 год, имели степень сжатия до 12.5: 1, который мог безопасно работать на доступном в то время высокооктановом этилированном бензине.
Техника, используемая Audi для предотвращения возникновения детонации, — это двигатель с сильным «завихрением», который заставляет всасываемый заряд совершать очень быстрое круговое вращение в цилиндре во время сжатия, что обеспечивает более быстрое и полное сгорание. Недавно, с добавлением датчиков изменения фаз газораспределения и детонации для задержки момента зажигания, один мировой производитель строит бензиновые двигатели CR 10,8: 1, которые используют топливо 87 MON (с октановым числом).
В двигателях с датчиком «пинга» или «детонации» и электронным блоком управления CR может достигать 13: 1 (BMW K1200S 2005 года). В 1981 году Jaguar выпустил головку блока цилиндров, которая допускала сжатие до 14: 1; но довольствовался 12,5: 1 в серийных автомобилях. Конструкция головки блока цилиндров была известна как головка «огненного шара».
Бензиновый / бензиновый двигатель с наддувом
В бензиновых двигателях с турбонаддувом или наддувом CR обычно изготавливается с соотношением сторон 9: 1 или ниже.
Бензин / бензиновый двигатель для гонок
Двигатели для гонок на мотоциклах могут использовать степень сжатия до 14: 1, и нередко можно найти мотоциклы со степенью сжатия выше 12.0: 1 для топлива с октановым числом 86 или 87.
Гоночные двигатели, сжигающие метанол и этанол, часто превышают CR 15: 1. (Потребители могут заметить, что «бензин» или 90% бензина с 10% этанола дает более высокое октановое число — рейтинг подавления детонации.)
Газовый двигатель
В двигателях, работающих исключительно на СНГ или СПГ, CR может быть выше из-за более высокого октанового числа этих топлив.
Дизельный двигатель
В дизельном двигателе с самовоспламенением (без электрической свечи зажигания — горячий воздух сжатия зажигает впрыскиваемое топливо) CR обычно превышает 14: 1.Соотношение более 22: 1 является обычным явлением. Соответствующая степень сжатия зависит от конструкции головки блока цилиндров. Обычно это значение составляет от 14: 1 до 16: 1 для двигателей с непрямым впрыском и от 18: 1 до 20: 1 для двигателей с прямым впрыском.
Поиск неисправностей и диагностика
Измерение давления сжатия двигателя с помощью манометра, подключенного к отверстию свечи зажигания, дает представление о состоянии и качестве двигателя.
Если дана номинальная степень сжатия двигателя, давление в цилиндре перед воспламенением можно оценить с помощью следующего соотношения:
где — давление в цилиндре в нижней мертвой точке (НМТ), которое обычно составляет 1 атм, — это степень сжатия, а — отношение удельных теплоемкостей рабочего тела, которое составляет около 1.4 для воздуха и 1,3 для метановоздушной смеси.
Например, если двигатель, работающий на бензине, имеет степень сжатия 10: 1, давление в цилиндре в верхней мертвой точке (ВМТ) равно
Однако эта цифра также будет зависеть от фаз газораспределения (т. Е. Клапана). Как правило, давление в цилиндре для обычных автомобильных конструкций должно составлять не менее 10 бар, или, по приблизительной оценке в фунтах на квадратный дюйм (фунт / кв. Дюйм), в 15-20 раз больше степени сжатия, или в данном случае между 150 и 200 фунт / кв. Дюйм, в зависимости от кулачок синхронизации.Специально построенные гоночные двигатели, стационарные двигатели и т. Д. Будут давать цифры за пределами этого диапазона.
Факторы, включающие позднее закрытие впускного клапана (относительно профилей распределительных валов, выходящих за пределы типичного диапазона серийных автомобилей, но не обязательно в области двигателей соревнований), могут привести к обманчиво заниженным показателям этого теста. Чрезмерный зазор в шатуне в сочетании с чрезвычайно высокой производительностью масляного насоса (редко, но не невозможно) может привести к образованию достаточного количества масла, чтобы покрыть стенки цилиндра достаточным количеством масла, чтобы облегчить разумное уплотнение поршневого кольца, искусственно давая обманчиво высокий показатель на двигателях с нарушенным кольцевым уплотнением.
Это действительно может быть использовано для некоторого небольшого преимущества. Если испытание на сжатие дает низкое значение и было установлено, что это не связано с закрытием впускного клапана / характеристиками распределительного вала, то можно различить причину, связанную с проблемами уплотнения клапана / седла и кольцевым уплотнением, путем впрыскивания моторного масла в искру. отверстие плунжера в количестве, достаточном для распределения по днищу поршня и окружности контакта верхнего кольца и, таким образом, к упомянутому уплотнению. Если вскоре после этого будет проведено второе испытание на сжатие и новое показание будет намного выше, проблематичным будет кольцевое уплотнение, тогда как если наблюдаемое испытательное давление на сжатие останется низким, это будет уплотнение клапана (или, реже, прокладка головки, или прорыв поршня, или более редкое повреждение стенки цилиндра).
Если имеется значительная (> 10%) разница между цилиндрами, это может указывать на то, что клапаны или прокладки головки блока цилиндров протекают, поршневые кольца изношены или что блок треснул.
Если есть подозрение на проблему, то более подробный тест с использованием тестера утечки может определить местонахождение утечки.
Двигатель Saab с регулируемым сжатием
Поскольку диаметр отверстия цилиндра, длина хода поршня и объем камеры сгорания почти всегда постоянны, степень сжатия для данного двигателя почти всегда постоянна, пока износ двигателя не сказывается.
Единственным исключением является экспериментальный двигатель Saab Variable Compression Engine (SVC). В этом двигателе, разработанном Saab Automobile, используется технология, которая динамически изменяет объем камеры сгорания (V c ), что с помощью приведенного выше уравнения изменяет степень сжатия (CR).
Чтобы изменить V c , SVC «опускает» головку блока цилиндров ближе к коленчатому валу. Это достигается путем замены типичного цельного блока цилиндров двигателя на состоящий из двух частей, с коленчатым валом в нижнем блоке и цилиндрами в верхней части.Два блока шарнирно соединены с одной стороны (представьте себе книгу, лежащую на столе, с передней обложкой, расположенной на дюйм или около того над титульным листом). Поворачивая верхний блок вокруг точки петли, V c (представьте себе воздух между передней обложкой книги и титульным листом) можно изменить. На практике SVC регулирует верхний блок в небольшом диапазоне движений с помощью гидравлического привода.
Двигатели с переменной степенью сжатия (ВКМ)
SAAB SVC — это усовершенствованное и работоспособное дополнение к миру двигателей для видеомагнитофонов, первое из которых было построено и испытано Гарри Рикардо в 1920-х годах.Эта работа привела к тому, что он разработал систему оценки октанового числа, которая используется до сих пор. SAAB недавно участвовал в работе с «Офисом передовых автомобильных технологий» над созданием современного бензинового двигателя видеомагнитофона, который показал эффективность, сопоставимую с эффективностью дизельного двигателя. Многие компании проводят собственные исследования двигателей для видеомагнитофонов, включая Nissan, Volvo, PSA / Peugeot-Citroën и Renault, но до сих пор без публично продемонстрированных результатов.
Цикл двигателя Аткинсона был одной из первых попыток переменного сжатия.Поскольку степень сжатия — это соотношение между динамическим и статическим объемами камеры сгорания, метод цикла Аткинсона по увеличению длины рабочего хода по сравнению с тактом впуска в конечном итоге изменил степень сжатия на разных этапах цикла.
Коэффициент динамического сжатия
Расчетная степень сжатия, как указано выше, предполагает, что цилиндр уплотнен в нижней части хода (нижняя мертвая точка — НМТ), и что сжатый объем является фактическим объемом.
Однако: закрытие впускного клапана (уплотнение цилиндра) всегда происходит после НМТ, что приводит к тому, что часть всасываемого заряда сжимается назад из цилиндра поднимающимся поршнем на очень низких скоростях; сжимается только процент хода после закрытия впускного клапана. Эта «скорректированная» степень сжатия обычно называется «степенью динамического сжатия ».
Это соотношение выше при более консервативном (т.е. раньше, вскоре после НМТ) времени впускных кулачков и ниже при более радикальном (т.е.е., позже, спустя много времени после BDC) время впускного кулачка, но всегда ниже статической или «номинальной» степени сжатия.
Фактическое положение поршня можно определить тригонометрическим методом, используя длину хода и длину шатуна (измеренную между центрами). Абсолютное давление в цилиндре является результатом показателя степени динамического сжатия. Этот показатель степени является политропным значением для отношения переменной теплоты воздуха и подобных газов при существующих температурах. Это компенсирует повышение температуры, вызванное сжатием, а также потерю тепла в цилиндре.1,3 × атмосферное давление, или 13,7 бар. (× 14,7 фунтов на квадратный дюйм на уровне моря = 201,8 фунтов на квадратный дюйм. Давление, показанное на манометре, будет абсолютным давлением за вычетом атмосферного давления, или 187,1 фунтов на квадратный дюйм.)
Две поправки на динамическую степень сжатия влияют на давление в цилиндре в противоположных направлениях, но не в одинаковой степени. Двигатель с высокой статической степенью сжатия и поздним закрытием впускного клапана будет иметь DCR, аналогичный двигателю с более низким уровнем сжатия, но более ранним закрытием впускного клапана.
Степень сжатия в зависимости от общей степени сжатия
Степень сжатия и общая степень сжатия взаимосвязаны следующим образом:
| Степень сжатия | 1: 1 | 3: 1 | 5: 1 | 10: 1 | 15: 1 | 20: 1 | 25: 1 | 35: 1 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Степень сжатия | 1: 1 | 2: 1 | 10: 1 | 22: 1 | 40: 1 | 56: 1 | 75: 1 | 110: 1 |
Причина этой разницы в том, что степень сжатия определяется через уменьшение объема,
- ,
Степень давления определяется как увеличение давления
- .