Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Что такое степень сжатия двигателя


Что такое такое степень сжатия двигателя и на что она влияет

Автор Павел Александрович Белоусов На чтение 7 мин. Просмотров 41

От величины сжатия зависит термический КПД двигателя. Но с ростом степени повышается и риск детонации, поэтому при форсировке и капитальном ремонте следует уделить время расчетам. Давайте рассмотрим, как увеличить степень сжатия двигателя, взаимосвязь компрессии и степени, и чем примечателен двигатель цикла Миллера-Аткинсона.

Как связаны степень сжатия и компрессия двигателя?

Степень сжатия в цилиндрах мотора – величина абсолютная и рассчитывается математически. На практике это соотношение отображает коэффициент сжатия поступившей в цилиндр топливной смеси на такте впуска. Понятие компрессии означает пиковое давление в камере сгорания в конце такта сжатия и может быть измерено практически. Компрессия хоть и является производной от степени сжатия, но зависит от многих факторов:

  • герметичность цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) и клапанного механизма;
  • мощность стартера, состояние АКБ и качество контактов, влияющее на количество оборотов стартера.

Форсирование двигателя путем увеличения степени сжатия

Чем выше степень, тем горячее воздух в конце такта сжатия и тем выше КПД двигателя. Но повышение одного параметра не гарантирует линейное возрастание второго. Наибольший прирост мощности ощущается при повышении степени до 10-11 единиц.

К примеру, увеличив степень сжатия стандартного ВАЗовского мотора с 9.8 до 11, мы в теории получаем прирост термического КПД на 4%. Тест на стенде при этом покажет куда более скромное значение – 2,5%. Повысив степень сжатия того же мотора еще на единицу, мы получим фактическую прибавку в 4.5%. Моментная характеристика возрастет главным образом на низких и средних оборотах. Дальнейшее увеличение степени сжатия без перехода на высокооктановое спортивное топливо и вовсе не даст результат.

Причина такого явления —  в детонации, которая возникает в случае слишком высокого пикового давления в камере сгорания. При контакте с разогретым воздухом в таком случае смесь самовоспламеняется еще до момента подачи искры. При этом фронт пламени распространяется со скоростью более 2000 м/с, тогда как значение при нормальном сгорании не превышает 250-300 м/с.

Ударная волна такой силы оказывает разрушительное давление на цилиндры, стенки камеры сгорания, поршни. Также значительно повышается температура выхлопных газов, что приводит к прогоранию днища поршня, клапанов.

Поэтому тюнинг со сжатием следует проводить после точного математического расчета и с прицелом на октановое число бензина.

Основные методы увеличения

  1. Уменьшение толщины ГБЦ, БЦ. С привалочной плоскости головки и блока методом фрезеровки либо шлифовки снимается слой металла и уменьшается объем камеры сгорания.
  2. Установка поршней с выпуклостями. Цель, как и в предыдущем методе – уменьшение объема камеры сгорания.
  3. Увеличение хода поршня за счет установки другого коленчатого вала, шатунов.

Как работает двигатель с изменяемой степенью сжатия?

До недавнего времени показатель степени закладывался инженерами на этапе разработки и был фиксированным вне зависимости от режима работы двигателя. Нормальное значение для современных бензиновых моторов варьируется от 8 до 14 единиц, традиционно высокая степень сжатия у дизельных моторов – 18-23.

Ужесточение экологических норм заставляет гениев инженерной мысли искать новые пути увеличения термического КПД. Одно из таких решений – двигатель с изменяемой степенью сжатия. Было разработано несколько вариантов динамического изменения степени:

  • дополнительная секция в полости ГБЦ. Открытие секции позволяет увеличить объем камеры сгорания, уменьшая тем самым степень. Система не получила распространения из-за избыточного усложнения конструкции ГБЦ;
  • поршни с изменяемой высотой. Конструкция получилась слишком громоздкой, появились проблемы с перекосом поршней и уплотнением ЦПГ;
  • регулировка высоты подъема коленчатого вала. Изменение степени сжатия осуществляется за счет специальных эксцентриковых муфт, которые регулируют высоту опорных подшипников коленвала. Технология долгое время тестировалась концерном VAG, но так и не вошла в серию;
  • регулировка высоты поднятия ГБЦ. Специальный механизм с электроприводом и шарнирное соединение частей блока двигателя позволяли регулировать степень от 8 до 14 единиц. Разрабатывалась технология инженерами SAAB, но из-за ненадежности резинового кожуха, герметизирующего подвижные части блока, и излишней сложности конструкции также не пошла в серию;

  • шатун с изменяемой длиной. Высота шатуна регулировалась специальным реечным механизмом с помощью давления масла. Как и в предыдущих случаях, разработка французских инженерах не была внедрена в массовое производство;

  • траверсный механизм сочленения шатуна с коленчатым валом. За счет изменения угла поворота траверсы уменьшается либо увеличивается ход поршня. Разработка инженеров Infiniti используется на двухлитровом моторе VC-T, который сейчас устанавливается на кроссовер QX50. Двигатель развивает максимальную мощность в 268 л.с. и пиковый крутящий момент 380 Нм.

Цикл Миллера-Аткинсона

Большую известность цикл Миллера-Аткинсона получил благодаря рекламным брошюрам компании Mazda. Маркетологи гордо заявляют, что инженерам удалось поднять степень сжатия двигателей модели Skyactive до 14 единиц. На самом деле речь идет о геометрической степени сжатия, а не о фактической.

Трюк заключается в том, что во время поднятия поршня на такте сжатия выпускные клапаны еще долгое время открытые, из-за чего часть свежего воздушного заряда выталкивается в выхлопной тракт. Поэтому фактическая степень близка к стандартным для бензиновых моторов 12 единицам. Увеличение термического КПД при этом достигается за счет более эффективного использования энергии расширяющихся газов на такте рабочего хода. За счет большего хода (увеличен диаметр кривошипа) газы дольше давят на поршень. Поэтому при сгорании одной и той же доли топлива, в сравнении с обычным циклом Отто, на коленчатый вал передается больший крутящий момент. Технология позволяет в режимах малых и средних нагрузок значительно уменьшить расход топлива и количество вредных выбросов.

Математический расчет

Степень сжатия двигателя внутреннего сгорания равняется объему камеры сгорания к рабочему объему цилиндра и рассчитывается по формуле (V + C)/C = CR, где

  • V — объем цилиндра, когда поршень находится в нижней мертвой точке (НМТ). Для расчета необходимо сумму объемов всех цилиндров (указывается в технической характеристике ДВС) разделить на количество котлов;
  • С — объем камеры сгорания, когда поршень в верхней мертвой точке (ВМТ). Включает в себя объем полости ГБЦ, прокладки ГБЦ и выемок в цилиндре. Если поршень имеет выпуклость, ее объем отнимается от общего объема камеры сгорания.

Вычислить степень сжатия математически довольно непросто из-за сложной геометрической формы камеры сгорания. Поэтому на практике применяются 2 основные методы вычисления.

Видео:Как измерить степень сжатия правильно.

Практический расчет методом проливки

Суть измерения заключается в поочередном заполнении жидкостью площади над поршнем, когда тот находится в верхней мертвой точке, и стенок камеры сгорания ГБЦ. Для измерения нам необходим кусок оргстекла, в котором будут пропилены отверстия для вкручивания болтов ГБЦ и отверстие для заливки жидкости. Между оргстеклом и блоком необходимо установить уже использованную (обжатую) прокладку. Стенки цилиндров для увеличения гидроплотности необходимо смазать густой консистентной смазкой (литиевой либо обычным солидолом).

Притянув оргстекло болтами, заполните образовавшейся объем жидкостью. Объем поместившейся воды будет соответствовать объему надпоршневого пространства. Аналогичный тест проводится и с головкой блока. При этом клапана должны быть притерты, между седлами и тарелками нанесена консистентная смазка. Сумма объема залитых жидкостей и будет объемом камеры сгорания.

Чтобы рассчитать степень сжатия на онлайн-калькуляторе, также будет необходимо измерить величину хода поршня и диаметр цилиндра. Все эти значения помогут вычислить объем двигателя, который изменяется при каждой фрезеровке плоскостей БЦ, ГБЦ, установке поршней иной геометрической формы, расточки цилиндров либо установке других шатунов, коленчатого вала.

Можно ли рассчитать степень, измерив компрессию?


Компрессия напрямую зависит не только от понятия степени сжатия двигателя, но и от природы сжимаемого газа и условий в камере сгорания. На практике зависимость этих параметров выливается в формулу Р = Ро*Ɛƴ, где

  • Ро – начальное давление в цилиндре, принимаемое за 1;
  • Ƴ – адиабатический показатель для воздуха. В двигателе внутреннего сгорания при сжатии часть тепла отдается стенкам цилиндра, камеры сгорания; происходит утечка части газа через неплотности, а воздух перемешан с частичками топлива, поэтому процесс считается недиабетическим. Показатель политропы при этом равняется не эталонным 1.4, а приближенным к фактическим 1.2.

Все это значит, что, измерив компрессию, мы можем вычислить показатель степени сжатия двигателя. К примеру, при компрессии 15,8 степень сжатия будет близка к 10 единицам. Чтобы уменьшить погрешность, нужно соблюсти все правила измерения компрессии:

  1. Свечи должны быть выкручены.
  2. Дроссель открыт на 100%.
  3. Отключена подача топлива.
  4. АКБ должна быть полностью заряжена. При этом емкости должно хватать на измерения компрессии во всех котлах.
  5. Стартер должен быть исправен, а на проводах его питания отсутствует значительное падение напряжение из-за окислов.

Что такое коэффициент сжатия в бензиновых и дизельных двигателях?

Что такое коэффициент сжатия?

Коэффициент сжатия

является одной из основных спецификаций двигателя внутреннего сгорания. Это отношение объема над поршнем, когда он находится в самом нижнем положении (BDC), к объему над поршнем, когда он находится в самом верхнем положении (ВМТ). Указывает, в какой степени топливовоздушная смесь сжимается в двигателе.

Рисунок 1 - Простая диаграмма камеры сгорания и коэффициента сжатия.

Это отношение объема камеры сгорания от ее наибольшей производительности к наименьшей производительности.Это отношение между объединенным объемом цилиндра и камеры сгорания, когда поршень находится в BDC (нижняя мертвая точка), к объему только камеры сгорания, когда поршень находится в ВМТ (верхняя мертвая точка). Это соотношение является одной из основных спецификаций для всех двигателей внутреннего сгорания.

Рабочая:

Поскольку бензин очень летуч, коэффициент сжатия для бензиновых двигателей обычно ниже. Таким образом, оно варьируется от 10: 1 до 14: 1. Бензиновый двигатель сжимает воздух и топливо с соотношением от 10: 1 до 14: 1.Бензиновый двигатель смешивает бензин с воздухом и сжимает эту смесь в камере сгорания. Это лучшее смешивание воздуха и топлива друг с другом делает смесь гомогенной. Затем электрическая свеча зажигания зажигает сжатую воздушно-топливную смесь искрой. Это приводит к тому, что топливо сгорает мгновенно и полностью.

Коэффициент сжатия

В случае дизельных двигателей коэффициент сжатия варьируется от 18: 1 до 23: 1, что зависит от конструкции и конструкции двигателя. В бензиновых двигателях используется метод «Искровое зажигание».Однако в технологиях дизельных двигателей, таких как «прямой впрыск» и «прямой впрыск» и «прямой впрыск Common-Rail», используется метод « с воспламенением от сжатия » . Тем не менее, степень сжатия остается практически одинаковой как для бензинового двигателя, так и для дизельного двигателя, соответственно, независимо от мощности / рабочего объема двигателя.

Преимущества более высокого коэффициента сжатия:

Чем выше степень сжатия, тем лучше тепловая эффективность двигателя.Таким образом, двигатель может извлекать больше механической энергии из заданной массы топливовоздушной смеси. В этом контексте дизельные двигатели имеют повышенную топливную эффективность при заданном количестве топлива, чем бензиновые двигатели того же размера.

Это означает, что вы сравниваете обычные бензиновые и дизельные двигатели с одинаковым объемом двигателя, скажем, 1,0 л. Тогда в реальном мире 1,0-литровый дизельный двигатель будет потреблять меньше топлива по сравнению с 1,0-литровым бензиновым двигателем. Другими словами, автомобиль с 1.Дизельный двигатель 0L даст больший пробег по сравнению с автомобилем с бензиновым двигателем 1,0 л при аналогичных условиях вождения.

Продолжить чтение: Каково соотношение воздух-топливо в бензиновых двигателях? >>

,

Что такое коэффициент сжатия? (с изображениями)

Степень сжатия относится к объему или количеству воздушно-топливной смеси, которую камера сгорания в двигателе внутреннего сгорания может удерживать, когда она пуста, и ее самого большого размера по сравнению с объемом, который она удерживает, когда смесь сжимается до минимально возможного размера. Это соотношение применяется как к двигателям внутреннего сгорания, таким как те, что встречаются в современных транспортных средствах, так и к редко используемым двигателям внешнего сгорания. Каждый из дизельных и газовых двигателей имеет степень сжатия, хотя конструкция дизельного двигателя обеспечивает более высокую степень сжатия.Двигатели с более высокими степенями сжатия, как правило, считаются лучшими, поскольку они создают большую мощность, сохраняя при этом эффективность.

Дизельные двигатели более эффективны, чем бензиновые, отчасти потому, что они используют высокое сжатие для зажигания топлива.

Чтобы рассчитать степень сжатия двигателя, инженер сначала рассчитает объем, который может удерживать цилиндр в двигателе, когда поршень находится в нижней части цилиндра.Во время одного хода двигателя поршень движется снизу вверх и сжимает топливовоздушную смесь. После определения объема цилиндра, когда поршень опущен и, следовательно, еще не сжимается, инженеру необходимо будет рассчитать объем, когда поршень поднят и воздушно-топливная смесь была сжата. Например, такое соотношение, как 13: 1, означает, что двигатель удерживает в 13 раз больший объем при опущенном поршне, чем при его сжатии. Количество топливовоздушной смеси не изменяется, а просто вдавливается в значительно меньшее пространство для создания большого взрыва.

Коэффициент сжатия применяется к обоим двигателям внутреннего сгорания, таким как те, которые встречаются в современных транспортных средствах.

Дизельные двигатели используют сжатие для создания температуры, при которой дизельное масло воспламеняет топливовоздушную смесь, которая создает необходимую мощность для движения вперед.Высокие степени сжатия в газовых двигателях часто вызывают проблему, известную как детонация двигателя. Дизельные двигатели, с другой стороны, рассчитаны на высокое сжатие, чтобы функционировать. Соотношение 13: 1 считается высоким в газовом двигателе, в то время как дизельный двигатель может варьироваться от 14: 1 до 23: 1 в зависимости от типа.

Высокие коэффициенты сжатия вызывают большую мощность, сжимая воздух и топливо даже сильнее, чем в среднем, и, таким образом, создают более сильный взрыв.Герметичная воздушно-топливная смесь помогает воздуху и топливу лучше смешиваться, и когда происходит взрыв, больше смеси испаряется. Увеличение испарения является признаком более высокой тепловой эффективности, а это означает, что двигатель работает лучше, не используя слишком много дополнительной энергии для получения этой мощности.

Недостатком более высокой степени сжатия в газовом двигателе является возможность детонации или пинга двигателя.Это происходит, когда происходит больший взрыв, чем требуется, и заставляет поршень двигаться вверх или вниз слишком быстро. В результате возникает громкий стук, и, если он не зафиксирован, продолжительный стук в двигателе может привести к его повреждению. Автомобили, использующие газ с более высоким октановым числом или датчик детонации, могут использовать более высокие коэффициенты сжатия, но все еще не могут соответствовать высокому коэффициенту дизельного двигателя.

,Статические и динамические коэффициенты сжатия

- Какая связь между степенью сжатия и экономией топлива?

Как мы узнали на предыдущей странице, статическое сжатие двигателя измеряется, когда впускной клапан двигателя полностью закрыт. Однако в реальной работе этого почти никогда не происходит. Двигатель работает так быстро, что может потребоваться снова открыть впускной клапан, прежде чем поршень завершит полный ход вверх и вниз. Когда это происходит, часть давления внутри цилиндра выходит из-под контроля, что снижает эффективность.По сути, для воздуха больше места, поэтому двигатель теряет часть мощности от сгорания топлива и воздуха.

Динамические коэффициенты сжатия учитывают движение впускного клапана. Инженеры могут настроить двигатель так, чтобы впускной клапан закрывался раньше, что способствует повышению давления в цилиндре. Двигатель также можно настроить так, чтобы клапан закрывался позже, но это позволяет выпускать немного воздуха и снижает эффективность использования топлива двигателем.

Вычисление динамической степени сжатия на самом деле довольно сложно.Для этого вы используете длину хода и длину шатуна, чтобы определить положение поршня, когда клапан полностью закрыт. Поскольку это отношение находится, когда поршень находится в середине своего хода, оно всегда ниже, чем степень статического сжатия. Как и статическое сжатие, более высокая степень сжатия означает более эффективное использование топлива и лучшую экономию топлива.

Современные высокоэффективные двигатели многих современных автомобилей во многом обязаны своей экономией топлива высоким коэффициентам сжатия.Но у двигателя с высокой степенью сжатия тоже есть свои недостатки. Чтобы поддерживать его в форме наконечника, необходимо использовать высокооктановый газ, который стоит дороже обычного неэтилированного газа. Если пропустить газ премиум-класса, со временем у двигателя может развиться стук. Стук двигателя - это когда сгорание воздуха не происходит в оптимальное время хода поршня. Использование топлива с низким октановым числом в двигателе с высокой степенью сжатия может повысить вероятность его детонации, поэтому если вы приобретаете новый, экономичный автомобиль с высокой степенью сжатия, убедитесь, что вы используете тот тип газа, который рекомендован в руководстве для вашего владельца, чтобы получить большинство из этого.

Ищете дополнительную информацию о степени сжатия двигателя и экономии топлива? Просто перейдите по ссылкам ниже.

Статьи по теме

Источники

  • Тобольдт, Уильям К., Ларри Джонсон, В. Скотт Готье. "Goodheart-Willcox Automotive Encyclopedia. Goodheart-WilCox Company, 2006. Tinley Park, Illinois.
  • Vizard, David." Технология сжатия коэффициента сжатия - Power Squeeze. "Популярный журнал Hot Rodding.Февраль 2009 г. (16 декабря 2011 г.) http://www.popularhotrodding.com/tech/0311_phr_compression_ratio_tech/index.html
,

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020
Карта сайта, XML.