Степень сжатия двигателя: Какая компрессия должна быть в двигателе и как ее проверить?

Содержание

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.


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 (nтепловой КПД, rстепень 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. 

Пять систем, которые снижают ресурс двигателя автомобиля — Российская газета

Не секрет, что новые моторы разрабатываются исходя из требований экономичности и экологичности, а потребительские характеристики при этом уходят на дальний план. В итоге снижается надежность и ресурс двигателя.

При выборе автомобиля стоит учитывать эту тенденцию. Есть список характеристик, которые неизбежно сокращают ресурс двигателя.

Первый пункт - это снижение объема камер сгорания. Это уменьшает выброс вредных веществ в атмосферу. При этом обозначенная мощность мотора обеспечивается за счет увеличенной степени сжатия, которая позволяет улучшить скорость сгорания.

Степень сжатия ограничена топливными характеристиками и материалами, из которых сделаны механизмы поршневой группы. Если степень сжатия увеличивается на треть, то воздействие на поршень и подвижные части вырастает в два раза. С этой точки зрения в легковых авто оптимальными потребительскими свойствами обладают 1,6-литровые 4-цилиндровые двигатели, пишет aif.ru.

Второй пункт - применение поршней с короткой юбкой. Логика производителя следующая. Чем меньше поршень, тем он легче. И благодаря этому он обеспечивает большую отдачу и эффективность. Сокращение юбки поршня в сочетании уменьшением плеча шатуна влечет за собой рост нагрузки на стенки цилиндров. На высоких оборотах такой поршень иногда пробивает масляную пленку и соприкасается с металлом цилиндров. Что, конечно, не продляет службу поршневой группы.

Третьим в списке идет использование турбонаддува на малообъемных моторах. Чаще всего встречается турбонаддув, работающий на энергии выхлопных газов для вращения центростремительной турбины. Температура в ней достигает 1000 градусов. Чем больше литровая мощность мотора - тем сильнее износ. Чаще всего турбоагрегат ломается на пороге 100 тысяч километров. Турбина может быстро вывести из строя поршневую часть, поскольку турбокомпрессор возьмет весь запас моторного масла.

Четвертый пункт - отсутствие прогрева двигателя при минусовых температурах. Действительно, современные моторы могут начинать работу без прогрева благодаря новейшим системам впрыска. При понижении температуры нагрузка на детали резко возрастает: двигателю нужно прокачать масло и прогреться хотя бы минут пять. Но из-за экологических требований производители опускают эту рекомендацию. А срок службы шатунно-поршневой группы сокращается.

Пятой в списке стоит система "старт/стоп". Ее придумали немецкие автопроизводители для отсечения режима холостого хода, при котором в атмосферу выбрасывается немало вредных веществ. Как только скорость автомобиля падает до нуля, система отключает двигатель. Проблема в том, что каждый мотор рассчитан на определенное число пусков. Без этой системы за 20 лет двигатель запустится, в среднем, 100 тысяч раз. С ней - около 10 миллионов. Чем больше пусков - тем сильнее происходит выработка трущихся частей.

Степень сжатия и компрессия таблица


Компрессия и степень сжатия двигателя в 2017 году

Одним из важнейших факторов, определяющих работу ДВС (двигателя внутреннего сгорания), являются степень сжатия и компрессия. От их размера зависит, насколько эффективно работает мотор, и каков у него износ. Попробуем разобраться, что такое компрессия, в чём её измеряют, чем от неё отличается степень сжатия – и как можно изменить эти параметры.

Что такое степень сжатия двигателя, работающего на бензине, или в дизеле?

Проще всего начать со степени сжатия, поскольку этот параметр всегда задан конструктивно. Понять смысл этого термина легко, если вспомнить конструкцию ДВС. В рабочем цилиндре движется поршень – и движение это происходит в определённых пределах, ограниченных двумя мёртвыми точками – верхней (ВМТ) и нижней (НМТ). При этом постоянно изменяется объём поршня, находящийся между поверхностью поршня и головкой цилиндра.

Чтобы определить степень сжатия двигателя, необходимо измерить:

  1. Свободный объём цилиндра, когда поршень опущен в НМТ.
  2. Такой же объём, когда поршень в ВМТ, где, собственно и происходит зажигание.

Степень сжатия поршневого двигателя будет определяться, как разность между двумя этими объёмами. Она устанавливается конструкцией двигателя и не может быть изменена без замены блока цилиндров.

Вопрос о том, как определить степень сжатия двигателя, решается очень просто: по сути, достаточно измерить ход цилиндра между мёртвыми точками. Учитывать площадь поршня при этом обычно не надо: в сечении рабочий цилиндр ДВС одинаков, и меняется только высота того пространства, в котором находится топливная или газовая смесь. Однако такие данные будут лишь приблизительными, поскольку не учитывается объём камеры сгорания. Для точного расчёта лучше использовать калькулятор степени сжатия, который приводится на многих ресурсах автомобильной тематики.

Кроме того, во многих случаях расчет степени сжатия не требуется: производители нередко указывают этот параметр в документах на автомобиль. Например, степень сжатия дизельного двигателя обычно выше, чем у работающего на бензине – и в сопроводительных документах указывают: «Степень сжатия 18:1». Это означает, что во время работы двигателя топливная смесь сжимается в 18 раз.

Что такое компрессия двигателя в цилиндрах?

А вот теперь нужно упомянуть отдельно компрессию. Дело в том, что степень сжатия – величина конструктивная. На практике то, что таблица степени сжатия указывает какое-то число для двигателя, не означает, что в конкретном экземпляре ДВС сжатие смеси происходит именно во столько раз.

Компрессия – это величина, которая показывает, насколько действительно сжимается топливная смесь в тот момент, когда происходит её воспламенение. Разница компрессии и степени сжатия как раз и состоит в том, что:

  • Степень – это математическая величина, отношение двух цифр, компрессия же – физический параметр, измеряемый в атмосферах, килограммах на квадратный сантиметр, барах или паскалях.
  • Степень задаётся конструктивно, а компрессия меняется в зависимости от особенностей работы ДВС. Её нельзя вычислить заранее, её можно только измерить напрямую.

Какая должна быть максимальная компрессия с учётом октанового числа топлива?

Тот факт, что компрессия измеряется с помощью приборов, не означает, что не существует никаких норм на этот счёт. Каждый производитель двигателей рассчитывает их на определённую величину сжатия, которому должна подвергаться топливная смесь во время работы ДВС.

Обычно для расчётов используется формула:

К = СС х X

Где К – это компрессия, СС – размер степени сжатия, а X – конкретный коэффициент, зависящий от устройства ДВС. К примеру, для бензиновых моторов с искровым зажиганием он равен обычно 1,2 – 1,3. Но при этом нужно учитывать ещё и особенности конкретной модели.

Соответственно в норме для современных бензиновых ДВС компрессия должна составлять где-то от 10,5 до 16 кг/кв. см. При этом действует правило: чем выше степень сжатия (и, соответственно, компрессия) – тем большим быть должно октановое число у топлива. Старые модели ДВС, где СС составляет лишь 7 – 8 единиц, могут работать на А-76, но новые моторы в основном рассчитаны на «девяносто пятый» или даже «девяносто восьмой» бензин.

Это правило не применяется в отношении дизелей. Дело в том, что их принцип работы другой: не воспламенение смеси от искры, а самовозгорание в предварительно сжатом в цилиндре воздухе. Поэтому там действуют другие коэффициенты, и в норме для дизеля СС должна составлять от 20 до 32 кг/кв. см. В том же случае, если двигатель рассчитан на эксплуатацию в экстремальном холоде, значение этого параметра может достигать и 40 кг/кв. см.

Норма компрессии по таблице для двухтактного ДВС

Несколько сложнее ситуация с двухтактными двигателями. В большинстве своём они имеют очень узкое применение там, где компактность и лёгкость важнее экономичности: на судах, в самолётах, лодках, скутерах, мотоциклах или мопедов.

Зачастую определить степень сжатия с помощью автомобильных приборов здесь вообще невозможно: конструкция двухтактников иногда предусматривает наличие декомпрессора – и тогда измерение показывает всё, что угодно, кроме реальных результатов. Кроме того, в документах на такие моторы часто данные не указываются. Наконец, надо учитывать, что в камеру двухтактника поступает не чистое топливо, а в смеси с маслом, которое в сгорании не участвует.

Тем не менее, опыт показывает, что нормой для двухтактных двигателей мотоциклов следует считать показания от 9 до 13. Если же показания опустились ниже 7 – следует срочно задуматься о ремонте. Возможно, мотор ещё поработает – но такая маленькая степень сжатия и компрессия заставляют насторожиться.

Почему пропала нормальная компрессия?

Непосредственное измерение компрессии на двигателе может показать, что реальная величина значительно отличается от той, которая указана в документах или должна быть согласно расчётам. Тому есть несколько причин.

  • Высокие температуры в работающем двигателе (где, вообще-то, в каждом цикле происходит взрыв бензиново-воздушной смеси!) заставляют расширяться все детали – в том числе и поршень. Чтобы в результате мотор не заклинил на первых же минутах работы, конструкторы предусматривают определённые зазоры между поршнем и стенками цилиндра. Но в эти зазоры во время такта сжатия ускользает и бесполезно теряется часть смеси. Именно поэтому даже в совершенно новом холодном ДВС давление несколько ниже, чем можно было бы ожидать исходя из того, какая степень сжатия в цилиндре предусмотрена разработчиками. Разница исчезает, когда двигатель прогревается, а зазоры из-за теплового расширения уменьшаются.
  • Износилась поршневая группа. Например, возникли задиры на поверхностях, через которые теряется часть смеси.
  • Неправильно стоят поршневые кольца – они не прилегают к поверхностям так, как это положено.
  • Нарушено прилегание клапанов.
  • Неверная регулировка ГРМ. В этом случае клапана открываются или закрываются не вовремя – и давление теряется.
  • Возникла трещина в ГБЦ.

Возможны так же иные причины. В любом случае, снижение компрессии на горячем ДВС означает, что с мотором что-то серьёзно не так, и он нуждается как минимум в регулировании, как максимум – в замене.

Как проверить компрессию на горячем и холодном двигателе: способ измерения, используемый прибор

Поскольку компрессия зависит от множества факторов, её необходимо измерять для каждого конкретного двигателя.

Есть два способа произвести замер – с помощью специального прибора (компрессометра) и без него.

Замер компрессометром

В том случае, если в наличии есть компрессометр, алгоритм измерения выглядит следующим образом:

  1. Машина заводится, двигатель прогревается до рабочей температуры.
  2. Удаляются свечи. Это обязательное условие. Без него погрешность будет слишком велика.
  3. В отверстие вставляется наконечник компрессометра (нужно заранее озаботиться тем, чтобы он подходил по диаметру и резьбе).
  4. Включается стартер. Двигатель крутится, пока стрелка прибора не прекратит двигаться вверх. Нужно заранее позаботиться о том, чтобы аккумулятор был заряжен полностью.
  5. Считываются данные.
  6. Процедура повторяется на следующем цилиндре.

Такой способ годится лишь для горячего двигателя – но зато он наиболее точен. На холодном же моторе компрессометр покажет позавчерашнюю погоду в Занзибаре, а не реальные данные.

Бесприборное измерение

Это очень неточный способ, к тому же годящийся лишь для опытных водителей и автомехаников. Тем не менее, если под рукой нет компрессометра, можно воспользоваться им.

В этом случае действовать нужно так:

  1. Вывертываются все свечи, кроме находящейся в первом цилиндре.
  2. Коленвал проворачивается, пока в первом цилинре не произойдёт сжатие (определить это можно с помощью меток).
  3. Вворачивается свеча во второй цилиндр, коленвал снова проворачивается.
  4. Цикл повторяется, пока не закончатся цилиндры.

В этом случае нельзя узнать точные данные – но можно определить, в каком из цилиндров упала компрессия. Там, где она слишком низка, усилие, прилагаемое для проворота коленвала, будет ниже.

Этот метод требует опыта и хорошего мышечного чувства. Однако его достоинство в том, что он может использоваться даже на холодном двигателе.

Изменяемая компрессия: как при ремонте провести увеличение давления в двигателе с помощью присадки или другим способом?

В том случае, если компрессия недостаточная, её можно попытаться увеличить. Первый по распространённости способ – это использование специальных присадок к маслу. По заявлениям производителей, специальный состав восстанавливает структуру металла, заполняет пустоты и тем самым обеспечивает нормальную работу двигателя. Насколько реальны эти обещания – вопрос спорный. Специалисты по ремонту двигателей не дают тут однозначного ответа: одни считают, что присадки реально работают, другие объявляют их бесполезной тратой денег.

Куда надёжнее восстанавливает рабочий объем (а через него – и сжатие) переборка мотора. В этом случае могут использоваться следующие методы:

  • удаление нагара в цилиндре;
  • регулирование клапанов;
  • фрезеровка ГБЦ с целью уменьшить объём рабочей камеры;
  • замена цилиндров или колец на них;
  • использование турбокомпрессора, нагнетающего воздух под большим давлением. Однако здесь требуется точный расчет объема двигателя и мощности нового узла;
  • увеличение СС. На заводе степень не ставится на максимум, потому что иначе велик риск детонации и разрушения узлов ДВС. Но регулировка и настройка позволяет повысить сжатие в двигателе;
  • использование накладок на поршень. Крайне опасный метод, поскольку требует полной перенастройки двигателя. Но при правильном использовании позволяет добиться положительных результатов.

Любые операции , касающиеся СС или компрессии, требуют опыта. Автовладельцам с небольшим стажем лучше всего обратиться к специалистам.

Познавательно — Степень сжатия и компрессия — DRIVE2

Многие путают или сравнивают «степень сжатия» и «компрессию» – это совсем разные понятия!

такты двигателя

И так по порядку:

1. Степень сжатия двигателя – это соотношение общего объема одного цилиндра двигателя к объему камеры сгорания этого же цилиндра. Измеряется в килограммах на квадратный сантиметр.2.Компрессия — это максимальное давление воздуха в камере сгорания в конце такта сжатия.

Начнем со степени сжатия — что же это такое?

Итак, соотношение общего объема цилиндра – означает общая вместимость цилиндра в нижней мертвой точке поршня (НМТ) (когда поршень находится внизу). В поршень подается воздушно-топливная смесь (когда поршень внизу) и полностью заполняет цилиндр. Для примера, двигатель N объемом 1500 куб.см, если разделить на 4 поршня получается – 1500/4=375 куб.см. Так вот это объем одного цилиндра.Получаем НМТ = 375

Объем камеры сгорания – это уже не общий объем, а объем камеры сгорания, когда поршень в цилиндре находится в верхней точке (ВМТ), в этом положении он максимально сжимает топливо (простыми словами поршень находится вверху). А этот объем уже намного меньше общего объема цилиндра, например у того же двигателя N объем камеры сгорания равен всего 37 куб.смПолучаем ВМТ = 37

И для того, чтобы вычислить степень сжатия двигателя – делим общий объем поршня НМТ (для двигателя N – 375 куб.см), на объем камеры сгорания ВМТ (для двигателя N – 37 куб.см), выходит ( по формуле ε = v1/v2, где ε степень сжатия, а v1 и v2 соответственно НМТ и ВМТ ) 375/37 = 10,13 кг/см2, ε = 10 ( рис. 12.2. )

Степень сжатия

При этом у дизельных двигателей степень сжатия больше, оно колеблется от 18 до 22 кг/см2. Причем у дизельных двигателей нет свечей зажигания, там воспламенение происходит благодаря давлению – то есть при таком давлении, топливо само по себе воспламеняется.

Стоит также отметить, что степень сжатия двигателя является постоянной величиной, в отличии от компрессии.

Со степенью сжатия разобрались, но тогда что такое компрессия?

Компрессия – это максимальное давление в цилиндре, возникающее в самом конце такта сжатия. Величина этого давления может измеряться в различных единицах, но наибольшее распространение получило измерение в атмосферах.Напоминаю, что компрессия не является постоянной величиной и изменяется в меньшую сторону по мере его износа.Величина этого давления, в конце такта, для каждой модели двигателя индивидуальна и зависит от его объема

Компрессия, в конце такта сжатия

Рассчитываем компрессиюкомпрессия — зависит от степени сжатиярассчитываем компрессию

компрессия = ε*n

где n = 1,2-1,3 ( для четырехтактных двигателей, бензин )

Теперь рассчитываем компрессию для нашего двигателя N

компрессия = ε*n10 * 1.2 = 12 при n равной 1.2, 10 * 1.3 = 13 при n равной 1.3

И так мы получаем что для нашего двигателя N, компрессия должна быть ~ от 12 до 13

В итоге мы получаем двигатель N со степенью сжатия равной 10 кг/см2 и компрессией от 12 до 13 кг/см2.

Как мы выяснили, степень сжатия и компрессия — это совсем два разных понятия и их не стоит путать.И если у вашего двигателя компрессия ниже от тех значений которые должны быть, стоит задуматься о его ремонте.

Надеюсь для кого-то будет полезным

Степень сжатия и компрессия. — DRIVE2

У кого то нашёл. Очень интересно и познавательно.

Степень сжатия и компрессия.

Степень сжатия — расчетная величина, показывает соотношение объемов до сжатия и после.

Компрессия — реально измеряемая величина, в процессе сжатия меняется не только объем и давление, но и температура, поэтому компрессия (в исправном двигателе) обычно на несколько единиц больше степени сжатия. Hа компрессию влияют также негерметичность клапанов, колец, прокладки и т.п. В руководстве по ремонту обычно указано минимальное значение компрессии, при котором еще можно ездить.

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

Что такое степень сжатия?Какая степень сжатия лучше всего для вашего двигателя? Вопрос на засыпку, ведь конструкторы моторов с искровым зажиганием1 всячески стремятся повысить степень сжатия. А создатели двигателей с воспламенением от сжатия, наоборот, стараются ее понизить… По поводу этой загадочной характеристики двигателя внутреннего сгорания бытует немало ошибочных мнений.

Одно из наиболее распространенных заблуждений — от степени сжатия зависит многое. На самом деле все очень просто: этот показатель отражает отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания, или, другими словами, равен частному от деления объема надпоршневого пространства в нижней мертвой точке (н. м. т) на его объем в верхней мертвой точке (в. м. т). То есть геометрическая степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается топливовоздушная смесь в цилиндрах двигателя при движении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке. Но в жизни, естественно, получается не всегда так, как в теории…

Вперед и выше

На заре автомобилизма степень сжатия двигателей Отто (а других 100 лет назад и не существовало) делали невысокой — 4 5, чтобы при работе на низкооктановом бензине (гнали, как умели) не возникала детонация2.

Допустим, при рабочем объеме цилиндра 400 «кубиков» объем камеры сгорания равен 100 мл. То есть геометрическая степень сжатия у такого двигателя составляет:

е = (400 + 100) : 100 = 5.

Если же объем камеры сгорания уменьшить до 40 см3 (технически несложно), то степень сжатия повысится:

е = (400 + 40) : 40 = 11.

И что же это дает? А то, что термический КПД двигателя увеличится почти в 1,3 раза. И если 6 цилиндровый 2,4 литровый мотор со степенью сжатия 5 развивает мощность в 100 л.с., то при степени сжатия 11 она повысится почти до 130. Причем при неизменном расходе горючего! Иными словами, расход топлива в расчете на 1 л.с. в час сократится на 22,7 %.

Поразительный результат, достигнутый самыми простыми средствами. Не слишком ли хорошо, чтобы быть правдой? Никакой мистики: чем выше степень сжатия, тем ниже температура отработанных газов, идущих на выхлоп. При е = 11 мы попросту заметно меньше обогреваем атмосферу, чем при е = 5, вот и все.

Азы теплотехники

Автомобильные двигатели — разновидность тепловых машин, которые подчиняются законам термодинамики. Еще в первой половине XIX века замечательный французский физик Сади Карно заложил основы теории тепловых машин, в том числе и двигателей внутреннего сгорания.

По Карно, КПД двигателя внутреннего сгорания тем выше, чем больше разница между температурой газов (рабочего тела) к концу горения топливовоздушной смеси и их температурой на выпуске. Эта разница зависит от е, а вернее, от степени расширения рабочих газов в цилиндрах. Да, тут есть нюанс: по Карно, для термического КПД важна не степень сжатия, а именно степень расширения. Чем сильнее расширяются горячие газы на рабочем ходу, тем ниже падает их температура, что естественно. Просто в двигателях обычных конструкций степень расширения геометрически совпадает со степенью сжатия. Вот мы и привыкли не разделять эти понятия. К тому же детонация зависит как раз от е, то есть от компрессии. Чем сильнее сжимается топливовоздушная смесь в цилиндрах двигателя Отто3, чем выше давление и температура к моменту искрообразования, тем вероятнее возникновение ударных волн в камере сгорания и детонации. Она-то и ограничивает степень сжатия, но степень расширения рабочих газов здесь ни при чем. Вот если бы каким-то образом отделить одну степень от другой — чтобы при умеренной компрессии добиться сильного расширения рабочих газов…

Пятитактный цикл

Уже полвека с лишним известен так называемый 5 тактный цикл Atkinson’а/Miller’а. Он как раз и разводит степень сжатия и степень расширения по разные стороны.

Представьте, что у вашего 1,5 литрового 16 клапанника ВАЗ-2112 впуск заканчивается не на 36 градусах после нижней мертвой точки (по углу поворота коленчатого вала), а очень поздно — на 81 градусе. То есть при 3 тыс. оборотов поршень на своем ходу к верхней мертвой точке вытесняет часть топливовоздушной смеси через открытые клапаны обратно во впускной коллектор (не беспокойтесь, она там не пропадет). Иными словами, такт сжатия начинается только где-то на 75 градусах после нижней мертвой точки, а до того имеет место своеобразный такт вытеснения смеси. Тактов теперь не 4, а 5: впуск, обратное вытеснение, сжатие, рабочий ход, выпуск. На первый взгляд, идиотская схема: зачем гонять смесь туда-сюда? Допустим, обратно вытесняется 20 % топливовоздушной смеси, уже попавшей в цилиндр, и сжимается только 80 %. И пусть геометрическая е равна 13 — исключительно высокая для Отто. Однако реальная степень сжатия гораздо ниже — всего 10,6. Что и требовалось доказать.

У конструкции с реальной степенью сжатия 10,6 (вполне допустимо для товарного бензина) степень расширения рабочих газов — 13. Термический КПД двигателя по факту в 1,0518 раза выше, чем по его степени сжатия. Не так много, но моторостроители годами бьются ради 5 процентной экономии горючего. Двигатели пассажирских автомобилей уже вовсю работают по 5 тактному циклу. В качестве примера можно привести 1,5 литровую тойотовскую «четверку» 1NZ-FXE (для Prius) или фордовскую 2,26 литровую (для Escape Hybrid).

Вроде бы блестящее решение, однако у медали есть и обратная сторона. Геометрическая е (степень расширения рабочих газов) у 1NZ-FXE — 13, реальная степень сжатия — около 10,5. В результате из-за обратного вытеснения смеси 1,5 литровый мотор по крутящему моменту и мощности, к сожалению, опускается примерно до 1,2 литрового. Итог — выигрываем в термическом КПД ценой потери реального литража. Мало того, двигатель с поздним закрытием впускных клапанов совсем не тянет «на низах». Поэтому 5 тактный цикл годится в «гибридных» силовых агрегатах, где тяговый электромотор принимает на себя нагрузку при самых низких оборотах. Потом в работу вступает двигатель внутреннего сгорания. Так или иначе 5 тактный цикл позволяет повысить степень расширения рабочих газов и термический КПД двигателя.

А вот наддув, наоборот, вынуждает понижать степень сжатия. При подаче топливовоздушной смеси под избыточным давлением реальная компрессия в цилиндрах оказывается слишком высокой — даже при умеренной геометрической е. Приходится отступать. Отсюда снижение термического КПД и повышенный расход бензина у двигателей с наддувом, если не применять спецгорючее.

На спирту

Чем больше октановое число бензина, тем выше возможная (по условиям детонации) степень сжатия, тем эффективнее работает мотор. Исключительно высокую е допускает используемый в качестве горючего газ (нефтяной или природный): без наддува — 13 14, с компрессором — 10 11. Водород тоже отличается стойкостью против детонации. Потрясающие антидетонационные качества у спирта — метилового или этилового. Вдобавок у него высокая теплота испарения. Испаряясь, он сильно охлаждает топливовоздушную смесь (а заодно и поверхность камеры сгорания). Холодная смесь плотнее и в цилиндр ее по весу входит существенно больше — реальный коэффициент наполнения оказывается выше и, как следствие, возрастают крутящий момент и мощность. Кроме того, этиловый (питьевой!) спирт экологичен. Правда, расход спиртового топлива в литрах гораздо больше, чем бензина, поскольку теплотворная способность метанола и этанола незначительная. А вот в энергетическом эквиваленте спирт заметно эффективнее бензина — благодаря высокой степени сжатия (расширения). У такого топлива есть перспектива. На сегодняшний день в некоторых странах широкое распространение получила смесь E85: 85 % этанола и 15 % бензина.

Истина в мере

Пока что повысить степень сжатия вазовского 16 клапанника с 10,5 до 11,5 на 92 м бензине от местной АЗС — ой как непросто. Можно применить впрыск бензина непосредственно в камеры сгорания — вместо впускных каналов. Испарение бензина не на впуске, а в цилиндрах — тот же самый «компрессорный» эффект. Или организовать двухискровое зажигание — с двумя свечами на цилиндр. А также поставить выпускные клапаны с внутренним (натриевым) охлаждением — раскаленные тарелки провоцируют детонацию. И еще — очистить поверхность камеры сгорания от нагара и отполировать ее.

Влияют на степень сжатия и конфигурация камеры сгорания и скорость вихревого движения топливовоздушной смеси. Есть много способов борьбы с детонацией, хороших и разных. Так до какого уровня есть смысл поднимать е двигателя Отто? Здесь вот что важно учитывать: термический КПД нарастает с повышением степени сжатия (расширения), но не линейно, а с постепенным замедлением. Если при увеличении степени сжатия от 5 до 10 он повышается в 1,265 раза, то от 10 до 20 — только в 1,157 раза. Зато быстро накапливаются побочные «заморочки», которых лучше избегать. Поэтому степень сжатия 13 14 — разумный компромисс, к которому и следует стремиться. Вперед и с песней!

1 Мы обычно говорим «бензиновый», хотя знаем, что автомобильные двигатели прекрасно работают и на газе. А также на спирте — метиловом или этиловом… Так что лучше называть их двигателями с искровым зажиганием или двигателями Отто (по имени создателя такой конструкции Николауса Отто) — по аналогии с дизелями.

2 Кто не слышал детонационные звуки в цилиндрах? Это когда говорят: «пальцы стучат». При слишком высокой (по качеству горючего) степени сжатия горение топливовоздушной смеси после ее воспламенения от искры нарушается. Оно приобретает взрывной характер, в камере сгорания возникают ударные волны, способные вызвать поломку мотора.

3 Именно двигатели Отто; дизели детонации не знают. Почему — отдельный разговор.

Степень сжатия и Компрессия — DRIVE2

Степень сжатия — расчетная величина, показывает соотношение объемов до сжатия и после.

Степень сжатия — расчетная величина, показывает соотношение объемов до сжатия и после.

Компрессия — реально измеряемая величина, в процессе сжатия меняется не только объем и давление, но и температура, поэтому компрессия (в исправном двигателе) обычно на несколько единиц больше степени сжатия. Hа компрессию влияют также негерметичность клапанов, колец, прокладки и т.п. В руководстве по ремонту обычно указано минимальное значение компрессии, при котором еще можно ездить.

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

Что такое степень сжатия?Какая степень сжатия лучше всего для вашего двигателя? Вопрос на засыпку, ведь конструкторы моторов с искровым зажиганием1 всячески стремятся повысить степень сжатия. А создатели двигателей с воспламенением от сжатия, наоборот, стараются ее понизить… По поводу этой загадочной характеристики двигателя внутреннего сгорания бытует немало ошибочных мнений.

Одно из наиболее распространенных заблуждений — от степени сжатия зависит многое. На самом деле все очень просто: этот показатель отражает отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания, или, другими словами, равен частному от деления объема надпоршневого пространства в нижней мертвой точке (н. м. т.) на его объем в верхней мертвой точке (в. м. т.). То есть геометрическая степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается топливовоздушная смесь в цилиндрах двигателя при движении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке. Но в жизни, естественно, получается не всегда так, как в теории…

Вперед и выше

На заре автомобилизма степень сжатия двигателей Отто (а других 100 лет назад и не существовало) делали невысокой — 4 5, чтобы при работе на низкооктановом бензине (гнали, как умели) не возникала детонация2.

Допустим, при рабочем объеме цилиндра 400 «кубиков» объем камеры сгорания равен 100 мл. То есть геометрическая степень сжатия у такого двигателя составляет:

е = (400 + 100) : 100 = 5.

Если же объем камеры сгорания уменьшить до 40 см3 (технически несложно), то степень сжатия повысится:

е = (400 + 40) : 40 = 11.

И что же это дает? А то, что термический КПД двигателя увеличится почти в 1,3 раза. И если 6 цилиндровый 2,4 литровый мотор со степенью сжатия 5 развивает мощность в 100 л.с., то при степени сжатия 11 она повысится почти до 130. Причем при неизменном расходе горючего! Иными словами, расход топлива в расчете на 1 л.с. в час сократится на 22,7 %.

Поразительный результат, достигнутый самыми простыми средствами. Не слишком ли хорошо, чтобы быть правдой? Никакой мистики: чем выше степень сжатия, тем ниже температура отработанных газов, идущих на выхлоп. При е = 11 мы попросту заметно меньше обогреваем атмосферу, чем при е = 5, вот и все.

Азы теплотехники

Автомобильные двигатели — разновидность тепловых машин, которые подчиняются законам термодинамики. Еще в первой половине XIX века замечательный французский физик Сади Карно заложил основы теории тепловых машин, в том числе и двигателей внутреннего сгорания.

По Карно, КПД двигателя внутреннего сгорания тем выше, чем больше разница между температурой газов (рабочего тела) к концу горения топливовоздушной смеси и их температурой на выпуске. Эта разница зависит от е, а вернее, от степени расширения рабочих газов в цилиндрах. Да, тут есть нюанс: по Карно, для термического КПД важна не степень сжатия, а именно степень расширения. Чем сильнее расширяются горячие газы на рабочем ходу, тем ниже падает их температура, что естественно. Просто в двигателях обычных конструкций степень расширения геометрически совпадает со степенью сжатия. Вот мы и привыкли не разделять эти понятия. К тому же детонация зависит как раз от е, то есть от компрессии. Чем сильнее сжимается топливовоздушная смесь в цилиндрах двигателя Отто3, чем выше давление и температура к моменту искрообразования, тем вероятнее возникновение ударных волн в камере сгорания и детонации. Она-то и ограничивает степень сжатия, но степень расширения рабочих газов здесь ни при чем. Вот если бы каким-то образом отделить одну степень от другой — чтобы при умеренной компрессии добиться сильного расширения рабочих газов…

Пятитактный цикл

Уже полвека с лишним известен так называемый 5 тактный цикл Atkinson’а/Miller’а. Он как раз и разводит степень сжатия и степень расширения по разные стороны.

Представьте, что у вашего 1,5 литрового 16 клапанника ВАЗ-2112 впуск заканчивается не на 36 градусах после нижней мертвой точки (по углу поворота коленчатого вала), а очень поздно — на 81 градусе. То есть при 3 тыс. оборотов поршень на своем ходу к верхней мертвой точке вытесняет часть топливовоздушной смеси через открытые клапаны обратно во впускной коллектор (не беспокойтесь, она там не пропадет). Иными словами, такт сжатия начинается только где-то на 75 градусах после нижней мертвой точки, а до того имеет место своеобразный такт вытеснения смеси. Тактов теперь не 4, а 5: впуск, обратное вытеснение, сжатие, рабочий ход, выпуск. На первый взгляд, идиотская схема: зачем гонять смесь туда-сюда? Допустим, обратно вытесняется 20 % топливовоздушной смеси, уже попавшей в цилиндр, и сжимается только 80 %. И пусть геометрическая е равна 13 — исключительно высокая для Отто. Однако реальная степень сжатия гораздо ниже — всего 10,6. Что и требовалось доказать.

У конструкции с реальной степенью сжатия 10,6 (вполне допустимо для товарного бензина) степень расширения рабочих газов — 13. Термический КПД двигателя по факту в 1,0518 раза выше, чем по его степени сжатия. Не так много, но моторостроители годами бьются ради 5 процентной экономии горючего. Двигатели пассажирских автомобилей уже вовсю работают по 5 тактному циклу. В качестве примера можно привести 1,5 литровую тойотовскую «четверку» 1NZ-FXE (для Prius) или фордовскую 2,26 литровую (для Escape Hybrid).

Вроде бы блестящее решение, однако у медали есть и обратная сторона. Геометрическая е (степень расширения рабочих газов) у 1NZ-FXE — 13, реальная степень сжатия — около 10,5. В результате из-за обратного вытеснения смеси 1,5 литровый мотор по крутящему моменту и мощности, к сожалению, опускается примерно до 1,2 литрового. Итог — выигрываем в термическом КПД ценой потери реального литража. Мало того, двигатель с поздним закрытием впускных клапанов совсем не тянет «на низах». Поэтому 5 тактный цикл годится в «гибридных» силовых агрегатах, где тяговый электромотор принимает на себя нагрузку при самых низких оборотах. Потом в работу вступает двигатель внутреннего сгорания. Так или иначе 5 тактный цикл позволяет повысить степень расширения рабочих газов и термический КПД двигателя.

А вот наддув, наоборот, вынуждает понижать степень сжатия. При подаче топливовоздушной смеси под избыточным давлением реальная компрессия в цилиндрах оказывается слишком высокой — даже при умеренной геометрической е. Приходится отступать. Отсюда снижение термического КПД и повышенный расход бензина у двигателей с наддувом, если не применять спецгорючее.

На спирту

Чем больше октановое число бензина, тем выше возможная (по условиям детонации) степень сжатия, тем эффективнее работает мотор. Исключительно высокую е допускает используемый в качестве горючего газ (нефтяной или природный): без наддува — 13 14, с компрессором — 10 11. Водород тоже отличается стойкостью против детонации. Потрясающие антидетонационные качества у спирта — метилового или этилового. Вдобавок у него высокая теплота испарения. Испаряясь, он сильно охлаждает топливовоздушную смесь (а заодно и поверхность камеры сгорания). Холодная смесь плотнее и в цилиндр ее по весу входит существенно больше — реальный коэффициент наполнения оказывается выше и, как следствие, возрастают крутящий момент и мощность. Кроме того, этиловый (питьевой!) спирт экологичен. Правда, расход спиртового топлива в литрах гораздо больше, чем бензина, поскольку теплотворная способность метанола и этанола незначительная. А вот в энергетическом эквиваленте спирт заметно эффективнее бензина — благодаря высокой степени сжатия (расширения). У такого топлива есть перспектива. На сегодняшний день в некоторых странах широкое распространение получила смесь E85: 85 % этанола и 15 % бензина.

Истина в мере

Пока что повысить степень сжатия вазовского 16 клапанника с 10,5 до 11,5 на 92 м бензине от местной АЗС — ой как непросто. Можно применить впрыск бензина непосредственно в камеры сгорания — вместо впускных каналов. Испарение бензина не на впуске, а в цилиндрах — тот же самый «компрессорный» эффект. Или организовать двухискровое зажигание — с двумя свечами на цилиндр. А также поставить выпускные клапаны с внутренним (натриевым) охлаждением — раскаленные тарелки провоцируют детонацию. И еще — очистить поверхность камеры сгорания от нагара и отполировать ее.

Влияют на степень сжатия и конфигурация камеры сгорания и скорость вихревого движения топливовоздушной смеси. Есть много способов борьбы с детонацией, хороших и разных. Так до какого уровня есть смысл поднимать е двигателя Отто? Здесь вот что важно учитывать: термический КПД нарастает с повышением степени сжатия (расширения), но не линейно, а с постепенным замедлением. Если при увеличении степени сжатия от 5 до 10 он повышается в 1,265 раза, то от 10 до 20 — только в 1,157 раза. Зато быстро накапливаются побочные «заморочки», которых лучше избегать. Поэтому степень сжатия 13 14 — разумный компромисс, к которому и следует стремиться. Вперед и с песней!

1 Мы обычно говорим «бензиновый», хотя знаем, что автомобильные двигатели прекрасно работают и на газе. А также на спирте — метиловом или этиловом… Так что лучше называть их двигателями с искровым зажиганием или двигателями Отто (по имени создателя такой конструкции Николауса Отто) — по аналогии с дизелями.

2 Кто не слышал детонационные звуки в цилиндрах? Это когда говорят: «пальцы стучат». При слишком высокой (по качеству горючего) степени сжатия горение топливовоздушной смеси после ее воспламенения от искры нарушается. Оно приобретает взрывной характер, в камере сгорания возникают ударные волны, способные вызвать поломку мотора.

3 Именно двигатели Отто; дизели детонации не знают. Почему — отдельный разговор.



Мощнее, экономичнее, безвреднее – Наука – Коммерсантъ

Последние 20 лет в автомобилестроении идет перманентная революция. Она распространяется на все детали — от колес до омывателя стекол. Но главное движение мысли инженеров направлено на двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Речь пойдет о ДВС с переменной степенью сжатия. Сейчас существует один серийный автомобиль с подобной технологией — Infiniti QX50. Но и в России существует разработка, способная потягаться с японской. Российский ДВС с переменной степенью сжатия создали инженеры Научно-исследовательского автомобильного и автомоторного института, или, говоря бюрократическим языком, ГНЦ РФ ФГУП НАМИ. (Кстати, именно эта организация делает автомобили марки Aurus.) ДВС с переменной степенью сжатия НАМИ представил на конференции в Германии зимой 2019 года.

Степенью сжатия называется отношение поршня, находящегося в нижней точке, к поршню, находящемуся в верхней точке. Почти во всех автомобилях этот показатель — фиксированный и определяется таким образом, чтобы не допустить взрыва топливной смеси. Возможность динамически изменять степень сжатия позволяет значительно поднять КПД автомобиля. То есть при малых нагрузках степень сжатия может быть выше, а при больших, когда в камеру сгорания попадает много воздушно-бензиновой смеси и возможна опасная детонация, степень сжатия уменьшается. Вроде все просто.

Одними из первых, кто попытался воплотить технологию в жизнь, стали инженеры фирмы SAAB. В 2000 году на автосалоне в Женеве они представили инновационный двигатель с изменяемой степенью сжатия. Суть разработки заключалась в том, что цилиндры двигателя и головка блока выполнены как моноблок (у обычных двигателей они существуют раздельно). Таким же образом были объединены блок-картер и шатунно-поршневая группа. (Блок-картер — это не что иное, как корпус, который объединяет и скрепляет все детали двигателя.) Так вот, изменение степени сжатия происходило за счет наклона моноблока относительно блок-картера с помощью гидропривода при неизменном ходе поршня. За всеми этими сложными словами скрывается простая задумка: когда нужно уменьшить степень сжатия, моноблок отклоняется от вертикали, что приводит к увеличению объема камеры сгорания и, соответственно, к нужному результату. Для увеличения степени сжатия угол наклона моноблока нужно уменьшить, уменьшив тем самым объем камеры сгорания. Руководит процессом электронный блок управления, который рассчитывает оптимальный угол отклонения в зависимости от множества факторов, начиная от нагрузки и заканчивая типом топлива.

Шведский двигатель объемом 1,6 л выдавал мощность 225 л. с. Прекрасный результат! Но еще и расход топлива уменьшился на 30%. Более того, удалось добиться существенного снижения выброса вредных веществ, что крайне важно для Швеции, где к экологии относятся исключительно внимательно.

Примерно в то же время, когда на Женевском автосалоне был представлен инновационный двигатель, компания SAAB перешла в полную собственность General Motors. Постепенно проекты вроде этого стали сворачиваться, а в 2010 году GM избавилась от шведской марки. Теперь ее вовсе не существует — осталась втуне и перспективная разработка.

Похожую задумку пробовали воплотить и инженеры немецкой компании FEV Motorentechnik. Их двигатель с переменной степенью сжатия был представлен в том же 2000 году. Немцы тоже пытались добиться результата за счет изменения объема камеры сгорания, но только не за счет блока цилиндров, как сделала SAAB, а за счет управления высотой подъема коленвала. Опорные шейки коленвала размещались в эксцентричных муфтах (эксцентриком называется механизм, который преобразует вращательное движение в поступательное), а они приводились в действие электромотором через шестерни. Поворот эксцентриков заставлял подниматься или опускаться коленвал, что и меняло объем камеры сгорания. Разработка была использована в турбированном четырехцилиндровом двигателе Volkswagen объемом 1,8 л. Мотор развивал мощность до 218 л. с., но в серию не пошел (по неведомым причинам).

Возможно, идея ДВС с переменной степенью сжатия так и осталась бы идеей, если бы в 2017 году Infiniti не выпустила свой VC-Turbo.

Японцы пошли отличным от коллег путем и применили траверсный механизм: шатун соединен системой рычагов с приводом электромотора, который, в свою очередь, регулирует через систему рычагов свободу движения поршня, изменяя степень сжатия. Главный успех Infiniti — в том, что пока это единственный производитель, которому удалось довести разработку до серийного производства. VC-Turbo используется в автомобиле Infiniti QX50, японцам удалось вместить в двухлитровый турбированный агрегат 270 лошадиных сил, увеличив экономичность на 27% по сравнению с аналогичными двигателями.

Алексей Теренченко, кандидат технических наук, доцент, директор центра «Энергоустановки» НАМИ, объясняет, что основной целью российских конструкторов было добиться идеального сочетания механизмов для получения максимального диапазона степени сжатия при минимальных затратах энергии на управление. Руководствуясь этой целью, конструкторы пришли к выводу, что добиться такого сочетания проще всего благодаря траверсному механизму. В этом смысле решение схоже с Infiniti, но есть и различия.

«Рядные двигатели, как правило, изначально имеют непропорциональную форму – они высокие и узкие. А все конструкторы пытаются сделать так, чтобы двигатель в моторном отсеке занимал пропорциональные — в отношении высоты, ширины и длины — размеры. Для этого все вспомогательные агрегаты вешаются по бокам. В нашей конструкции траверс примыкает к цилиндрам и находится сбоку. Infiniti же поместила механизм снизу. С точки зрения габаритов решение не самое удачное,— рассказывает господин Теренченко.— Нашим конструкторам удалось добиться диапазона хода поршня от 7 до 14, это очень хороший результат».

Основная проблема, продолжает Алексей Теренченко,— в стоимости двигателя. ДВС с такой технологией под капотом машины неизбежно переводит ее в премиальный класс. Для Infiniti — премиальной марки — нормально. Российский же автопром к такому пока не готов. Условной Lada Vesta не нужен такой двигатель, да и покупатель не готов переплачивать за навороченную разработку. Так что технология лежит на полке и ждет своего часа из-за банальной неготовности рынка ее принять. То есть не технология не дотягивает до серийного производства, а наоборот.

Более того, как говорит господин Теренченко, проблема еще и в том, что у России нет таких жестких норм чистоты автомобильного выхлопа, как в Европе или в США, а такие нормы становятся дополнительным стимулом для внедрения технологии ДВС с переменной степенью сжатия. Патовая ситуация.

Кузьма Лебедев

Как увеличить степень сжатия двигателя?

Степень сжатия и ее вариативность — понятие, актуальное исключительно для поршневых двигателей, которые имеют камеру сгорания. Оно представляет собой отношение двух объемов надпоршневого пространства: в нижней и верхней точке движения. Собственно говоря, это разница в показателях давления, образующегося внутри камеры во время подачи и воспламенения топливной смеси.

Степень сжатия и ее вариативность — понятие, актуальное исключительно для поршневых двигателей, которые имеют камеру сгорания. Оно представляет собой отношение двух объемов надпоршневого пространства: в нижней и верхней точке движения. Собственно говоря, это разница в показателях давления, образующегося внутри камеры во время подачи и воспламенения топливной смеси. Параметр этот можно варьировать как в сторону уменьшения, так и увеличения. Давайте разберемся, как увеличить степень сжатия двигателя?

Содержание

1. Изменение степени сжатия

2. Воспламенение и детонация

3. Альтернативный вариант

4. Изменение степени сжатия

Изменение степени сжатия

Доказано, что высокая степень сжатия делает работу двигателя более эффективной. Как правило, для того, чтобы увеличить этот показатель, уменьшают первоначальные объемы камеры сгорания, хотя такие манипуляции нередко заставляют балансировать между эффективной и безопасной эксплуатацией.

Чем опасно увеличение степени сжатия? Прежде всего, ощутимым понижением существующего детонационного порога, то есть предельно увеличив степень сжатия есть риск спровоцировать детонацию. Именно поэтому модернизация старых двигателей порой бывает менее эффективна и более затратна, чем установка современных, которые уже имеют высокую степень сжатия. Именно поэтому аренда Ford Transit является оптимальным вариантом для тех, кто хочет получить в распоряжение современное авто. Кстати, практически во всех современных моделях применяется высокооктановый бензин от 95 и выше.

Еще один вариант повысить степень сжатия — это фрезеровка ГБЦ, то есть головки блока цилиндров. Процесс этот называется форсированием и заключается в укорачивании ГБЦ и, как следствие, уменьшении объема камеры. Одновременно автоматически становится меньше и объем горючего, которое сгорает в цилиндре.

Воспламенение и детонация

Функционирование двигателя такого типа построено на равномерном горении топливной смеси. Это обеспечивает не только более эффективный расход топлива, но и равномерный износ всех деталей, исключая их перегрев. Равномерность рассчитывается на всем промежутке движения поршня вниз, но проблема в том, что скорость этого движения ниже скорости горения, а значит, увеличив давление, можно спровоцировать самопроизвольное возгорание смеси. Такой вариант значительно снижает эффективность использования энергии сгорающего топлива. Более того, излишки энергии приводят к детонации, что может очень плачевно сказаться на работе всего двигателя. Избежать печальных последствий можно с помощью использования высокооктанового горючего.

Альтернативный вариант

Есть способ избежать уменьшения объема камеры сгорания при гарантированном увеличении степени сжатия, установив турбонагнетатель. Он увеличивает давление, нагнетая больший объем воздуха в камеру. Это позволяет изменять степень сжатия в зависимости от нагрузки на работающий двигатель. Контролирует процесс высокоточная электроника, исключающая возможность детонации

 

 

 

Степень сжатия

Степень сжатия в теории – это соотношение объема в пространстве над рабочим поршнем в момент, когда он проходит нижнюю мертвую точку, к объему в камере над поршнем в момент прохождения верхней мертвой точки. Это определение выражает разницу давления в самой камере сгорания в момент, когда происходит впрыск топлива в цилиндр.

В повседневной жизни часто путают степень сжатия с другим понятием, а именно с компрессией дизельного двигателя, однако на практике это два разных термина. Компрессия – это наибольшее давление создаваемое поршнем в цилиндре на момент его прохождения от нижней мертвой точки к верхней. Эту величину измеряют в атмосферах.

Степень сжатия измеряют математическим соотношением, к примеру, 19:1. Для дизельных двигателей наилучшим считается соотношение в рамках от 18 до 22 к 1. При такой степени сжатия сердце автомобиля будет работать наиболее эффективно. Использование топлива связано напрямую со степенью сжатия. Чем больше давление достигается в камере и больше сжатие, тем экономичней будет расход топлива, при этом полученная мощность может увеличиваться.

Степень сжатия на практике – как это происходит?

Cгорание топливной смеси в двигателе происходит при взаимодействии смешанных паров топлива и воздуха. При возгорании смеси происходит ее расширение, в результате чего увеличивается давление в камере. Коленчатый вал при этом выполняет обороты, соответственно двигатель выполняет один такт полезной работы. В наше время уже практически не выпускаются дизельные двигатели с низкой степенью сжатия — все стремятся к более экономичным и высокооборотистым двигателям с большей степенью сжатия. Увеличения степени сжатия можно добиться за счет уменьшения камеры сгорания дизельного двигателя. Но при таких изменениях инженерам на заводах приходятся искать компромиссное решение, потому что нужно сохранить давление в камере, а также уменьшить объем сжигания топлива. Одним из способов увеличения сжатия является расточка блоков головки цилиндра – степень сжатия при этом увеличивается, а объем сгорания топлива в камере уменьшается. При этом цилиндр сохраняет свой рабочий объем и объем двигателя не меняется.

Выбор подходящего топлива для автомобиля

Авто Советы

25 июля, 2017

Каждый автомобиль должен использовать надлежащее топливо, соответствующее спецификации его двигателя. Степень сжатия двигателя определяет правильное топливо, которое будет использоваться. Использование неподходящего бензина расточительно и может вызвать стук двигателя автомобиля. Вот почему выбор правильного топлива для вашего автомобиля очень важен.

Что такое октан?

Октановое число - это стандартная мера, показывающая максимально допустимое давление в камере сгорания перед самопроизвольным сгоранием бензина.Смесь воздуха и топлива в камере сгорания двигателя может самопроизвольно воспламениться до воспламенения от свечи зажигания. Более низкое октановое число означает более длительное время самопроизвольного возгорания бензина. Несамовозгорание вызывает стук двигателя автомобиля. Этого следует избегать любой ценой, используя бензин с более высоким октановым числом. Вы можете выбрать подходящее топливо для своего автомобиля на основе предложенного октанового числа, которое подходит для степени сжатия двигателя вашего автомобиля. В двигателях с высокой степенью сжатия рекомендуется использовать высокооктановый бензин.

Что такое степень сжатия?

Степень сжатия - это отношение объема цилиндра, когда поршень находится в верхней мертвой точке, к нижней мертвой точке. Более высокая степень сжатия заставляет воздух и частицы топлива сжиматься с большей плотностью и под высоким давлением, таким образом, сгорает больше топлива. Возьмем, к примеру, 4-цилиндровый бензиновый двигатель с объемом каждого цилиндра 500 куб. Когда поршень находится в нижней мертвой точке, каждый цилиндр полностью заполнен 500 куб. См воздуха и бензина, но когда поршень находится в верхней мертвой точке, объем составляет 50 куб.Значит, степень сжатия 1:10.

Правильное топливо на основе степени сжатия

Ниже приведены примеры использования подходящего топлива для различных степеней сжатия двигателя:

  1. Октан 87

    В Америке и других странах его называют обычным бензином. В Индонезии обычный бензин имеет октановое число 88 и известен как бензин премиум-класса. Бензин с таким октановым числом подходит для двигателей со степенью сжатия от 7: 1 до 9: 1.

  2. Октан 90

    В Индонезии бензин с таким октановым числом называется Pertalite, который подходит для двигателей со степенью сжатия от 9: 1 до 10: 1.

  3. 92 Октан Бензин

    с таким октановым числом известен в Индонезии под торговыми марками Pertamax (производства Pertamina), Super (производства Shell) и Primax (производства Petronas). Этот вид бензина рекомендуется для автомобильных двигателей со степенью сжатия от 10: 1 до 11: 1.

  4. 95 Октан Бензин

    с таким октановым числом известен в Индонезии под торговыми марками Pertamax Plus (производства Pertamina), Super Extra (производства Shell) и Primax (производства Petronas). Этот вид бензина рекомендуется для автомобильных двигателей со степенью сжатия от 11: 1 до 12: 1. Pertamax Plus сегодня больше не производится и был заменен Pertamax Turbo с октановым числом 98.

  5. 98 Октан

    В Индонезии бензин с этим октановым числом называется Pertamax Turbo (производится Pertamina) и рекомендуется для двигателей с коэффициентом сжатия выше 12: 1.Цена относительно доступная на бензин с октановым числом 98.

Вот некоторые последствия, если вы используете топливо, не подходящее для степени сжатия двигателя:

  • Когда в двигатель с высокой степенью сжатия подается бензин с более низким октановым числом, это отрицательно скажется на двигателе и его характеристиках.
  • Когда в двигатель с низкой степенью сжатия подается бензин с более высоким октановым числом, это будет расточительно, потому что топливо не сгорает оптимально, создает минимальную мощность, но с максимальным загрязнением.Топливо с более низким октановым числом испаряется и легко сгорает по сравнению с топливом с более высоким октановым числом.
  • Для автомобильного двигателя с низкой степенью сжатия лучше использовать бензин с низким октановым числом. Принуждение двигателя к потреблению бензина с более высоким октановым числом приведет только к плохим результатам. Топливо плохо сгорает в процессе сгорания, что приводит к потере мощности. Другие эффекты включают высокий уровень загрязняющих веществ, выбрасываемых автомобилем.
  • Когда в двигателе с высокой степенью сжатия используется топливо с более низким октановым числом, бензин в камере сгорания воспламеняется до того, как загорится свеча зажигания, что называется предварительным зажиганием.Помимо создания не максимальной мощности, это также приводит к высокому уровню выбросов топлива и может повредить основные компоненты двигателя.

Читайте также: Самый экономичный автомобиль MPV

Если вы постоянно используете бензин с неподходящим октановым числом, у вас могут появиться дыры в поршнях двигателя вашего автомобиля. У двигателя всегда будет проблема с детонацией каждый раз, когда автомобиль заводится или даже когда его заставляют ускоряться и опережать другие автомобили. Становится хуже, если на машине часто ездят на дальние расстояния.

Чтобы узнать степень сжатия двигателя автомобиля, обратитесь к руководству по эксплуатации автомобиля. Не выбирайте топливо только для престижа. Выбирайте топливо, соответствующее характеристикам двигателя вашего автомобиля. После того, как вы выберете правильное топливо, давайте подскажем, как сэкономить топливо для вашего автомобиля!

Что такое степень сжатия и как она рассчитывается

Что такое степень сжатия и как она рассчитывается

Почему важна степень сжатия? Чтобы узнать, в том числе понять, как именно он рассчитывается, следуйте приведенному ниже полезному руководству.

Вот все, что вам нужно знать о степени сжатия и о том, как рассчитать эту степень в дизельном или газовом двигателе.

Ваша способность определять это соотношение означает, что это не предоставляется только инженеру, обладающему профессиональными знаниями. А для непосвященных коэффициент сжатия связан с двигателем автомобилей и тем, как он помогает в их движении.

С другой стороны, мы описали влияние высокой степени сжатия на газовый двигатель и дизельный двигатель.

Если для одного двигателя требуется высокое передаточное число, для другого нет, так как это может привести к проблемам. Это включает детонацию и дальнейшее повреждение двигателя.

В таком случае можно сказать, что высокая степень сжатия имеет свои преимущества и недостатки в зависимости от рассматриваемого двигателя.

Что такое степень сжатия?

Степень сжатия означает, сколько воздуха и топливной смеси может вместить камера сгорания двигателя внутреннего сгорания.

В частности, это количество смеси, удерживаемой камерой, когда она пуста и имеет самый большой размер. Это количество сравнивается с объемом, который может содержать камера, когда смесь воздуха и топлива сжимается до наименьшего размера.

Соответственно, степень сжатия можно определить как расчет, основанный на относительных объемах цилиндра и камеры сгорания.

С другой стороны, это соотношение применимо к двигателям внутреннего сгорания (включая те, которые используются в современных транспортных средствах) и двигателям внешнего сгорания.

В сочетании с этим степень сжатия очевидна в дизельных и газовых двигателях, хотя конструкция дизельного двигателя способствует более высокой степени сжатия.

Для двигателя полезно иметь более высокую степень сжатия, учитывая, что эти двигатели считаются лучше. Причина в том, что эти двигатели способны генерировать больше мощности и в то же время сохранять эффективность.

Как рассчитать степень сжатия

Стоит знать, как рассчитать степень сжатия двигателя.Шаги, описанные ниже, помогут вам.

1. Рассчитайте объем, поддерживаемый цилиндром

Первым шагом к определению степени сжатия двигателя является расчет объема, который может содержаться в цилиндре двигателя. Это объем, который может поддерживаться, когда поршень находится внизу цилиндра.

И при каждом такте двигателя поршень перемещается снизу вверх. Это приводит к сжатию топливовоздушной смеси.

Следовательно, это расчет объема цилиндра при опущенном поршне. Здесь смесь не сжимается.

2. Расчет объема при поднятом поршне

Следующим шагом является определение объема при поднятом поршне. В этом случае воздушно-топливная смесь была сжатой.

Если у вас соотношение 13: 1, это означает, что двигатель способен вместить в 13 раз больший объем. Эта величина поддержки возникает, когда поршень находится в нижнем положении, в отличие от ситуации, когда топливовоздушная смесь была сжата (в случае, когда поршень находится в верхнем положении).

С другой стороны, стоит отметить, что топливовоздушная смесь осталась прежней. Однако он сжимается до небольшого пространства, чтобы создать большой взрыв.

Высокая степень сжатия

Дизельные двигатели полагаются на сжатие, чтобы создать температуру, при которой дизель воспламенит топливно-воздушную смесь. Эта смесь создаст мощность, необходимую для движения автомобиля вперед.

Несмотря на это, высокая степень сжатия может вызвать проблемы.Например, такое высокое соотношение может привести к детонации или гудению двигателя.

Следовательно, это недостаток более высокой степени сжатия в газовом двигателе.

Стук или звон могут возникнуть в результате более сильного взрыва, чем требуется. Этот взрыв приводит к быстрому движению поршня вверх или вниз.

В результате возникает громкий стук, который необходимо устранить.

И если этот шум не устранить, он может привести к продолжительному стуку двигателя и, возможно, к необратимому повреждению.

Более того, более высокие степени сжатия могут использоваться автомобилями, которые работают на газе с датчиком детонации или более высоким октановым числом, но не могут соответствовать высокой степени сжатия, наблюдаемой в дизельном двигателе.

Влияние высоких степеней сжатия

Как уже говорилось, для обеспечения своей функциональности дизельные двигатели полагаются на высокую степень сжатия. Высокое передаточное отношение в газовом двигателе будет 13: 1, тогда как у дизельного двигателя от 14: 1 до 23: 1 в зависимости от типа двигателя.

Высокая степень сжатия обеспечивает большую мощность, поскольку воздух и топливо сжимаются сильнее, чем в среднем. И этот уровень сжатия создает более мощный взрыв.

Кроме того, плотная упаковка смеси позволяет смеси воздуха и топлива лучше смешиваться. А в случае взрыва смесь может испариться.

Чем больше испарения, тем выше термический КПД. Это означает, что двигатель работает лучше, даже не полагаясь на высокую дополнительную энергию в попытке получить мощность.

Заключение

Теперь, когда вы знаете, что такое степень сжатия и почему она важна, вы можете высоко ценить степень сжатия вашего двигателя.

Действия, описанные выше, позволят вам рассчитать степень сжатия и узнать, что идеально подходит для вашего двигателя.

Поэтому потратьте дополнительное время на реализацию этих шагов и посмотрите, насколько хорошо они работают для вас.

И помните, что вам не нужно быть инженером, чтобы привести свой автомобиль в хорошее состояние.Учитывая, что понимание того, что влечет за собой это соотношение, необходимо, чтобы помочь вам начать.

Переменная степень сжатия

Переменная степень сжатия

Hannu Jääskeläinen

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Переменная степень сжатия может предложить ряд преимуществ, таких как ограничение необходимого пикового давления сгорания в дизелях и противодействие снижению эффективности из-за детонации в двигателях с искровым зажиганием.Механизмы для изменения степени сжатия двигателя включают в себя двухступенчатую систему, в которой можно выбрать низкую или высокую степень сжатия, или систему бесступенчатого сжатия. В большинстве двухступенчатых систем используется шатун переменной длины, в то время как для бесступенчатых систем было предложено множество механизмов.

Введение

Переменная степень сжатия дает ряд преимуществ для дизельных и бензиновых двигателей. Хотя концепция изучалась в течение многих лет [3537] [3538] [3539] [3540] [1942] , для многих приложений было трудно оправдать добавленную стоимость и сложность.Разработки, которые обеспечили более простой механизм за счет использования соединительных стержней переменной длины, по-видимому, делают этот вариант жизнеспособным для массового производства.

Механизмы для изменения степени сжатия включают в себя либо двухступенчатую систему, в которой можно выбрать низкую или высокую степень сжатия, либо систему с непрерывным изменением, в которой можно выбрать любую степень сжатия между низким и высоким значением.

Двухступенчатые системы включают шатун переменной длины AVL и FEV.Системы с непрерывным изменением параметров могут быть реализованы с помощью различных механизмов, включая:

  • Многорычажный механизм между коленчатым валом и поршнем, Nissan и MCE-5
  • Подвижная головка / цилиндр, SAAB [3541] и Enerva [3542]
  • Эксцентриковые шейки коленчатого вала, Caterpillar [1927] [1921] [1934]
  • Подвижная головка поршня [3543]

Двухступенчатые системы

Система AVL

В двухступенчатой ​​системе переменной степени сжатия AVL используется телескопическая соединительная штанга, рис. 1.Активация осуществляется газом или массовыми силами. Сила инерции F M и сила газа F G используются для удлинения и укорачивания шатуна. Трансляционный шарнир укорачивает шатун, когда результирующая сила на валу F R направлена ​​к центру коленчатого вала (F G > F M ), и удлиняет шатун, когда он находится в противоположном направлении (F G M ). Концевые упоры определяют минимальную и максимальную длину шатуна.Чтобы «удерживать» одну из двух позиций, масло переносится в объемы ниже или выше трансляционного сочленения. Система управления сигнализирует, когда требуется изменение длины шатуна [3518] [3544] .

Рисунок 1 . Телескопический шатун AVL

###

Что такое степень сжатия в бензиновых и дизельных двигателях?

Что такое степень сжатия?

Коэффициент сжатия

- одна из основных характеристик двигателя внутреннего сгорания.Это отношение объема над поршнем, когда он находится в самом нижнем положении (НМТ), к объему над поршнем, когда он находится в самом верхнем положении (ВМТ). Он указывает на степень сжатия топливовоздушной смеси в двигателе.

Рисунок 1 - Простая диаграмма камеры сгорания и степени сжатия

Это отношение объема камеры сгорания от ее наибольшего к наименьшему объему. Это соотношение между общим объемом цилиндра и камеры сгорания, когда поршень находится в НМТ (нижней мертвой точке), к объему одной только камеры сгорания, когда поршень находится в ВМТ (верхней мертвой точке).Это соотношение является одним из основных требований для всех двигателей внутреннего сгорания.

Рабочие:

Поскольку бензин очень летуч, «Степень сжатия» для бензиновых двигателей обычно ниже. Таким образом, он варьируется от 10: 1 до 14: 1. Бензиновый двигатель сжимает воздух и топливо в соотношении от 10: 1 до 14: 1. Бензиновый двигатель смешивает бензин с воздухом и сжимает эту смесь в камере сгорания. Лучшее смешивание воздуха и топлива друг с другом делает его однородным.Затем электрическая свеча зажигания воспламеняет топливно-сжатую смесь искрой. Таким образом, топливо полностью и мгновенно сгорает.

Степень сжатия

В дизельных двигателях «Степень сжатия» варьируется от 18: 1 до 23: 1, что зависит от конструкции и конструкции двигателя. В бензиновых двигателях используется метод искрового зажигания. Однако в технологиях дизельных двигателей, таких как «Прямой впрыск», «Непрямой впрыск» и «Прямой впрыск Common-Rail», используется метод зажигания от сжатия , , , .Однако степень сжатия остается почти одинаковой как для бензинового, так и для дизельного двигателя, соответственно, независимо от объема / рабочего объема двигателя.

Преимущества более высокой степени сжатия:

Чем выше степень сжатия, тем лучше тепловой КПД двигателя. Таким образом, двигатель может извлечь больше механической энергии из заданной массы топливовоздушной смеси. В этом контексте дизельные двигатели имеют более высокую топливную эффективность для данного количества топлива, чем бензиновые двигатели того же размера.

Это означает, что скажем; Вы сравниваете обычные бензиновые и дизельные двигатели с одинаковым объемом двигателя 1,0 л. Тогда в реальном мире дизельный двигатель объемом 1,0 л будет потреблять меньше топлива, чем бензиновый двигатель объемом 1,0 л. Другими словами, автомобиль с 1,0-литровым дизельным двигателем будет иметь больший пробег по сравнению с автомобилем с 1,0-литровым бензиновым двигателем при аналогичных условиях движения.

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 перемешивание и испарение капель топлива. Таким образом, они позволяют увеличивать мощность в момент воспламенения 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, поэтому 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 «пинг» или «детонация» 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 предназначен 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.

Диагностика и диагностика []

Измерение давления сжатия двигателя с помощью манометра, подключенного к отверстию свечи зажигания, дает представление о состоянии и качестве двигателя.

Если задана 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 и - 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 (psi), в 15-20 раз больше степени сжатия, или в этом случае от 150 до 200 psi, 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 конкурентов), могут дать в результате этого испытания заведомо низкое значение. Чрезмерный зазор в шатуне в сочетании с чрезвычайно высокой производительностью масляного насоса (редко, но не невозможно) может привести к выбросу 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 по окружности контакта верхнего кольца и, таким образом, для воздействия на упомянутое уплотнение. 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 протечку клапанов или прокладок головки цилиндров, износ поршневых колец или трещину в блоке.

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 двухкомпонентный, 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, сравнимую 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 увеличения 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 BDC) времени впускного кулачка 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

.

Из закона комбинированного газа получаем:

Поскольку T 2 намного выше, чем T 1 (сжатие газов заставляет их работать, то есть нагревает их), CR намного ниже, чем PR .

См. Также []

  • Общий коэффициент давлений - тесно связанный коэффициент для реактивных двигателей

Внешние ссылки []

Работа турбобензинового двигателя с высокой степенью сжатия с использованием спирта

Аннотация

Смеси бензина и этанола были исследованы как стратегия уменьшения детонации в двигателе, явления при сгорании двигателя с искровым зажиганием, когда часть конечного газа сжимается до точки самовоспламенения.Такое самовоспламенение опасно для работы двигателя внутреннего сгорания, поскольку может серьезно повредить компоненты двигателя. Поскольку конструкторы двигателей пытаются повысить эффективность двигателя внутреннего сгорания, детонация в двигателе является ключевым ограничивающим фактором в конструкции двигателя. Два метода были использованы для ограничения детонации двигателя, которые будут здесь рассмотрены; замедление момента зажигания и добавление присадок, снижающих склонность топливной смеси к детонации. У обоих есть недостатки. Замедление искры снижает эффективность двигателя, а добавки обычно снижают теплотворную способность топлива, требуя больше топлива для данной рабочей точки.Для изучения этой проблемы был испытан двигатель с турбонаддувом с различными комбинациями бензина и этанола, присадки с очень хорошими антидетонационными свойствами. Было записано давление, и моделирование GT Power использовалось для определения температуры внутри цилиндра. Было рассчитано эффективное октановое число, чтобы измерить способность топлива сопротивляться детонации. Эффективное октановое число варьировалось от 91 для UTG91 до 111 для E25 соответственно. Моделирование двигателя использовалось для экстраполяции к точкам, которые не могли быть протестированы в экспериментальной установке, и создания карт производительности, которые можно было использовать для прогнозирования того, как двигатель будет действовать внутри транспортного средства.Было обнаружено, что увеличение степени сжатия с 9,2 до 13,5 приводит к относительному увеличению КПД при частичной нагрузке на 7%. При использовании в автомобиле это приводит к увеличению расхода топлива на 2-6% миль на галлон в зависимости от используемого ездового цикла. Мили на галлон использованного этанола были значительно выше, чем у бензина; 141 миля на галлон этанола - это самый низкий показатель за все изученные циклы.

Описание
Диссертация: S.M., Массачусетский технологический институт, факультет машиностроения, 2013.

Страница 62 пустая. Каталогизируется из PDF-версии диссертации.

Включает библиографические ссылки (стр. 61).

Отдел
Массачусетский Институт Технологий. Кафедра машиностроения .; Массачусетский Институт Технологий. Кафедра машиностроения

Издатель

Массачусетский технологический институт

Что такое степень сжатия? - RevZilla

Степень сжатия - важный фактор, определяющий «индивидуальность двигателя».Проще говоря, это мера того, сколько воздуха и топлива может выдавить цилиндр двигателя. Это просто сравнение того, какой объем он может удерживать при максимальном размере (когда поршень находится в нижней мертвой точке) относительно объема при его минимальном размере (полностью вверх в верхней мертвой точке).

Для несложной перспективы подумайте об этом с точки зрения потенциала давления. Помещая топливо и воздух под большим давлением, существует возможность извлечь большую мощность из (очень быстро) горящей смеси воздуха и топлива.

Здесь вы можете увидеть комплект головок цилиндров с боковым расположением клапанов Harley-Davidson. Хотя эти головки имели самую высокую степень сжатия, которую Harley предлагал для их больших плоских головок, они все равно давали низкие 5,7: 1. Обратите внимание на объем камер ...

Чтобы дать вам быстрый пример, давайте представим одноцилиндровый двигатель с внутренним диаметром 3 1/2 дюйма и ходом 4 1/4 дюйма. Чтобы упростить задачу, скажем, в ВМТ, поршень с плоским верхом идет даже с верхней частью деки. Также представим, что объем головы равен восьми кубическим дюймам.Πr² - это формула, которая нам нужна для получения площади отверстия, затем мы умножаем это значение на высоту, чтобы получить смещение в 40,88 кубических дюймов. Теперь добавляем объем камеры сгорания и устанавливаем соотношение 48,88: 8. Степень сжатия всегда выражается знаменателем, равным единице, поэтому мы просто делим максимальный объем цилиндра и камеры на минимальный, чтобы получить степень сжатия 6,11: 1. Есть смысл?

... по сравнению с этими гоночными головами послепродажного обслуживания.Они в значительной степени основаны на модифицированных головах Джерри Бранча в стиле KR. Объем этих камер составляет около 4,4 дюйма по сравнению с 8-дюймовыми камерами, которые вы видели на предыдущей фотографии. Фото Лемми.

Теперь это упрощенное сравнение. Есть и другие факторы, которые немного усложняют ситуацию. Например, степень сжатия можно увеличить или уменьшить, используя более толстую или более тонкую прокладку головки. (Или вообще без прокладки головки!) Ее также можно изменить, используя поршни другой формы.Например, у нашего теоретического поршня наверху была плоская верхняя часть, но что, если бы у него была тарелка для клапанов или если бы он не доходил до самой палубы? («Палуба» - это верхняя часть цилиндра.) Объем камеры сгорания увеличится, а степень сжатия уменьшится. Обратное верно для таких элементов, как «всплывающие» или куполообразные поршни; те уменьшают объем камеры сгорания.

Всплывающие поршни. Фото S&S. Коэффициенты сжатия довольно сильно различаются, но обычно могут сказать вам кое-что об уровне производительности или долговечности двигателя.Наш пример выше? Большой сингл с очень низкой степенью сжатия? Скорее всего, это будет сельскохозяйственный двигатель, которому не нужно развивать максимальную мощность, вероятно, он будет работать на одной скорости весь день и должен работать долгие годы. Это конструкция с низким уровнем стресса. Когда вы видите степень сжатия в двигателе мотоцикла в диапазоне от 6: 1 до 7: 1, вы, вероятно, смотрите на очень старый мотоцикл, который, вероятно, имеет плоскую головку. Соотношения от 7: 1 до примерно 9: 1 обычно встречаются либо в мотоциклах с низким уровнем нагрузки, таких как круизеры, либо в старых мотоциклах с конструкцией OHV.Современные уличные мотоциклы обычно звучат где-то между 9,5: 1 и 13,5: 1. Эти мотоциклы, вероятно, будут иметь хорошие характеристики для своего размера. С годами они продвинулись на север, потому что усовершенствованный контроль искры позволил это увеличить, а металлургия постоянно совершенствуется.

Кстати, мы говорили о статической степени сжатия, а не о динамической. Мы говорим о степени сжатия при остановленном двигателе, но на самом деле двигатели движутся с множеством разных скоростей.Для того, чтобы некоторые высокооборотные двигатели работали хорошо, существует довольно длительный период времени, когда впускные и выпускные клапаны открыты. Одна из причин, по которой современные коэффициенты сжатия стали такими высокими, заключается просто в том, чтобы помочь компенсировать это перекрытие.

Обратите внимание, что камера сгорания CB750 использует внешний край каждого клапана в качестве периметра, помогая сохранить небольшой объем камеры, увеличивая степень сжатия. Фото Райана Шульца.

Итак, вам может быть интересно, почему мы просто не увеличиваем степень сжатия, как сумасшедшие, чтобы у всех нас были 200-сильные одноцилиндровые мотоциклы, которые весят 200 фунтов.Это невозможно по двум причинам. Во-первых, топливо начинает детонировать само, когда оно находится под сильным сжатием. (На самом деле именно так работает дизель; в этих двигателях даже не используются свечи зажигания. Дизель со степенью сжатия 20: 1 вовсе не редкость.) Этого можно немного избежать с помощью более высокооктанового топлива и другого конструкция камеры сгорания, но все же есть практический предел. (Именно поэтому для многих новых мотоциклов требуется бензин премиум-класса.) Регулируемая синхронизация на современных мотоциклах позволяет велосипедам работать на низкооктановом топливе, но бесплатного обеда нет - вы не получите максимальную мощность на низкосортном топливе.(Важно помнить, что высокооктановое топливо бесполезно, если ваш двигатель не взрывается. Заливка стандартного Honda Rebel с октановым числом 108 не заставит его разогнаться быстрее, чем обычный обычный 87-й.) Тем не менее, я не хочу использовать канистры бензина для гонок по бездорожью по 10 долларов за галлон, если у вас есть байк Hi-Po, так что это большая часть того, почему степени сжатия не заоблачные. Если вы похожи на 99 процентов людей на мотоцикле, вы обычно не участвуете в соревнованиях и должны заправляться на заправочной станции.

С такими мелкими камерами сгорания велика вероятность того, что если поршень не сидит очень далеко «в отверстии» или прокладки головки не слишком высоки, двигатель, к которому принадлежит эта головка, вероятно, имеет очень и очень хорошую степень сжатия. Кавасаки фото.

Другая причина, по которой степени сжатия имеют практический предел, заключается в том, что металл может выдерживать только такое большое напряжение. Несомненно, конструкция головки и металлургия могут (и улучшаются!) Улучшаться, что является частью того, почему более высокая степень сжатия является нормой для курса на данном этапе, но только некоторые удары по верхней части поршня, контактной площадке кольца или шатуну могут выдержать - а с увеличением сжатия также увеличивается тепло.Высокие степени сжатия на двигателях с верхним расположением клапанов обычно имеют клапаны и поршни , очень близко расположенные друг к другу, поэтому вероятность разрушения из-за помех возрастает. Это приводит к необходимости более точного управления фазами газораспределения, что появилось в последние годы, что, в свою очередь, приводит к более высоким CR (и более высоким ценам на мотоциклы!)

Это своего рода начальное руководство по степени сжатия; есть множество нюансов, которые мы не затронули. Однако теперь вы знаете основы, так что это еще одна цифра в спецификации, которая должна помочь вам немного лучше понять силовую установку мотоцикла.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *