Будьте всегда 120 на 70!

Содержание

Что такое степень сжатия двигателя и чем она отличается от компрессии

Силовые агрегаты современных легковых автомобилей представляют собой сложные технические конструкции, и их работа определяется множеством различных параметров. Начинающим автолюбителям бывает очень непросто разобраться с тем, что же именно под каждым из них подразумевается. К примеру, о том, что такое степень сжатия двигателя в действительности не знают даже опытные автолюбители. Вернее, они считают, что им эти известно, но на самом деле очень часто путают этот параметр с компрессией. 

Что такое степень сжатия и чем она отличается от компрессии

Иллюстрация степени сжатия 10:1

Каждый двигатель внутреннего сгорания функционирует за счет того, что в его цилиндрах при сжигании топливной смеси образуются газы, которые приводят в движение поршни, а они, в свою очередь — коленчатый вал. Таким образом, происходит преобразование энергии горения в энергию механическую, возникает крутящий момент, благодаря чему автомобиль движется.

Сгорание топливной смеси происходит в цилиндрах, причем перед воспламенением поршни сжимают ее до определенного объема. Именно отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания и называется степенью сжатия ДВС. Эта величина не имеет размерности и выражается простым соотношением. Для большинства современных бензиновых двигателей внутреннего сгорания она составляет от 8:1 до 12:1, а для дизельных моторов — от 11:1 до 14:1.

Под компрессией понимается максимальное значение давления, которое возникает в камере сгорания в самом конце такта сжатия топливной смеси. Таким образом, эта величина является не относительной, а абсолютной величиной. Для ее измерения используются такие единицы, как атмосферы, кг/см2, а также килопаскали или бары. Компрессия тесно связана со степенью сжатия, однако совсем не идентична ей. На ее значение оказывает влияние не только объем, до которого сжимается топливная смесь перед воспламенением, но и такие факторы, как ее состав, текущая температура двигателя, наличие зазоров в приводах клапанов и некоторые другие.

На что влияет степень сжатия двигателя

Нормальное сгорание смеси (вверху) и детонация (внизу)

Степень сжатия двигателя напрямую влияет на то количество работы, которое производит силовой агрегат. Чем она выше, тем больше энергии выделяется при сжигании топливной смеси, и, соответственно, тем большую мощность демонстрирует силовой агрегат. Именно по этой причине в конце прошлого века производители двигателей внутреннего сгорания старались делать свою продукцию мощнее именно за счет увеличения степени сжатия, а не за счет увеличения объемов цилиндров и камер сгорания. Следует заметить, что при форсировании моторов таким способом достигается существенный прирост мощности без дополнительного потребления топлива. Таким образом, моторы в итоге получаются не только мощными, но еще и экономичными.

У такого метода есть, однако, и свои ограничения, причем довольно существенные. Дело в том, что при сжатии до определенной величины топливная смесь детонирует, то есть происходит ее самопроизвольный взрыв. Это, правда, касается только бензиновых двигателей: в дизельных моторах детонации не происходит, и во многом именно поэтому они в среднем имеют более высокую степень сжатия.

Для того чтобы серьезно увеличить значение давления детонации, повышают октановое число бензина, что существенно удорожает топливо. Кроме того, многие химические добавки, которые для этой цели используются, ухудшают экологические параметры двигателей внутреннего сгорания. Некоторые не очень опытные автомобилисты считают, что чем выше октановое число бензина, тем больше энергии он выделяет при сгорании, однако на самом деле это совсем не так: эта характеристика не оказывает никакого влияния на теплотворную способность топлива. 

Читайте также: Какая компрессия должна быть в двигателе.

Как рассчитывают степень сжатия двигателя

Поскольку очень желательно, чтобы двигатель внутреннего сгорания, установленный на автомобиле, имел максимально возможную степень сжатия, то необходимо уметь ее определять. Важно это еще и для того, чтобы при регулировке силового агрегата, направленной на его форсирование, избежать опасности детонации, которая может просто разрушить мотор.

Стандартная формула, по которой рассчитывается степень сжатия двигателя внутреннего сгорания, имеет следующий вид:

  • CR=(V+C)/C,
  • где CR — степень сжатия двигателя, V — рабочий объем цилиндра, C — объем камеры сгорания.

Для того чтобы определить значение этой величины для одного цилиндра, нужно сначала разделить общий рабочий объем силового агрегата на их количество. Таким образом определяется значение параметра V из приведенной выше формулы. Определить объем камеры сгорания (то есть значение величины С) несколько сложнее, но вполне возможно. Для этого опытные автомобилисты и механики, специализирующиеся на ремонте и наладке двигателей внутреннего сгорания, используют бюретку, которая проградуирована в кубических сантиметрах. Наиболее простой способ заключается в том, чтобы залить в камеру сгорания жидкость (например, бензин), а после этого измерить с помощью бюретки ее объем. Полученные данные нужно подставить в формулу расчета.

На практике значение степени сжатия двигателя обычно определяется в следующих случаях:

  • При форсировании силового агрегата;
  • При его приспособлении для функционирования с топливом другого октанового числа;
  • После проведения такого ремонта ДВС, когда требуется корректировка степени сжатия.

Как изменить степень сжатия двигателя

У современных двигателей внутреннего сгорания меняют степень сжатия как в сторону увеличения, так и в строну уменьшения. Если ее необходимо увеличить, то растачивают цилиндры и устанавливают поршни большего диаметра. Еще один достаточно распространенный способ — это уменьшение объема камер сгорания. Для этого там, где головка цилиндров сопрягается с блоком, удаляется слой металла. Эту операцию производят на строгальном или фрезерном станке.

Если по тем или иным причинам нужно снизить степень сжатия двигателя внутреннего сгорания, то проще всего для этого между блоком цилиндров и головкой установить дополнительную прокладку из дюралюминия. Еще один, более сложный способ состоит в том, что на токарном станке с днища поршня удаляется слой металла. 

Видео на тему

Похожие публикации

Что такое такое степень сжатия двигателя и на что она влияет

Автор Павел Александрович Белоусов На чтение 7 мин. Просмотров 124

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.

Компрессия и степень сжатия дизельного двигателя

Двигатель любого автомобиля, в том числе и дизельный, является довольно сложным устройством, состоящим из механизмов и систем.

Взаимодействие этих систем и механизмов между собой позволяет преобразовывать энергию, возникающую при сгорании топливно-воздушной смеси во вращательное движение кривошипно-шатунного механизма с дальнейшей передачей вращения на трансмиссию.

Основная работа по преобразованию энергии происходит внутри цилиндро-поршневой группы, а именно в цилиндрах.

Преобразование энергии зависит от многих факторов, среди которых степень сжатия двигателя и компрессия. Особенно эти понятия играют более важную роль в дизельных силовых установках, поскольку воспламенение горючей смеси в цилиндрах этого агрегата производятся за счет сжатия смеси.

Понятие степени сжатия

Зачастую эти понятия путают между собой или объединяют в один термин. В действительности это два разных термина, и характеризуются они по-разному.

Сначала разберем все о степени сжатия дизельного мотора.

Соотношение объема цилиндра двигателя в момент нахождения поршня в нижней мертвой точке (НМТ) к объему камеры сгорания в момент, когда поршень достигает верхней мертвой точки и есть степень сжатия двигателя.

Данное соотношение указывает на разницу давления, возникающую в цилиндре двигателя в тот момент, когда в цилиндр поступает топливо.

В технической документации, идущей вместе с дизельной силовой установкой, степень сжатия указывается в виде математического соотношения, к примеру — 18:1.

Для дизельного агрегата самой оптимальной степень сжатия варьируется в диапазоне от 18:1 до 22:1. Именно при таких показателях у этого двигателя достигаются максимальные показатели эффективности.

Как все работает

У дизельного мотора при такте сжатия, когда поршень движется к ВМТ, объем в цилиндре быстро сокращается. В этот момент в камере сгорания находиться только воздух, он-то и сжимается, данный процесс называется тактом сжатия.

При подходе поршня к ВМТ, воздух сжимается на указанную в документации степень сжатия, в камеру сгорания под давлением подается топливо.

Смесь из топлива и воздуха из-за воздействия на нее высокого давления воспламеняется, значительно увеличивая давление внутри камеры, поршень в этот момент проходит ВМТ.

Образовавшееся в результате сгорания топливовоздушной смеси высокое давление начинает давить на днище поршня, заставляя его двигаться к НМТ.

Посредством шатуна поступательное движение поршня преобразовывается во вращательное движение колен. вала.

В данном случае давление, возникшее в результате воспламенения смеси, заставляет двигаться поршень к НМТ называется рабочим ходом. Рабочий ход является одним из тактов работы цилиндро-поршневой группы.

При такте сжатия как раз и важна степень сжатия. Чем она выше, тем более легче воспламениться горючая смесь и в более полной мере она сгорит, обеспечив большее давление.

При хорошем показателе степени сжатия дизельный мотор будет обеспечивать больший выход мощности при меньшем количестве сгораемого топлива.

Однако у дизельных силовых установок не зря имеется диапазон степени сжатия, за который выходить не рекомендуется.

Степень сжатия меньше 18:1 приводит к снижению мощностного показателя установки, при этом потребление топлива увеличивается.

Но и чрезмерная степень сжатия у мотора тоже сказывается нехорошо на двигателе, особенно дизельном. За счет увеличенных нагрузок, которые испытывают цилиндропоршневая группа, их ресурс очень быстро сокращается.

Увеличение сверх нормы степени сжатия может привести к прогоранию поршня, изгибу шатуна.

В некоторых случаях увеличение данного показателя приводит к взрыву силовой установки без возможности последующего восстановления.

ВАЖНО ЗНАТЬ: Степень сжатия у водородных двигателей значительно больше.

Возможность замера степени сжатия

Проверить степень сжатия дизельного агрегата в гаражных условиях практически невозможно. Поскольку нужно проводить некоторые замеры, которые сделать очень сложно.

Одним из таких замеров является выяснение объема в цилиндре при нахождении поршня в ВМТ.

Далее нужно знать некоторые параметры силовой установки, часть из которых можно узнать из тех. документации, но некоторые узнать довольно сложно.

Для вычисления степени сжатия потребуется знать объем камеры сгорания, поскольку между блоком цилиндров находиться прокладка, то нужно знать ее толщину и диаметр поршневого отверстия в ней, ход поршня и диаметр цилиндра.

Имея все эти данные, а также произведя замеры объема в цилиндре, можно математическим путем провести вычисления степени сжатия.

Способы повышения показателя

Замерить степень сжатия на дизельном двигателе сложно, а вот изменить данный показатель в лучшую сторону – можно.

Есть несколько способов увеличения показателей степени сжатия на дизельном агрегате.

Уменьшаем камеру сгорания двигателя.

Самым простым способом увеличения данного показателя является уменьшение камеры сгорания.

Поскольку степень сжатия – это соотношение объема цилиндра к объему камеры сгорания, то изменив объем одного можно поменять и сам показатель соотношения.

Уменьшить объем камеры сгорания можно несколькими путями.

Первое, что можно сделать – это заменить прокладку между блоком и головкой двигателя на более тонкую, за счет этого и измениться объем камеры сгорания.

Дополнительно можно провести торцевание головки блока цилиндров. В этом случае с головки блока снимается слой металла, из-за чего и уменьшается камера сгорания.

Использование турбированного нагнетателя.

Вторым способом изменения данного показателя является увеличение давления в камере сгорания.

Применение такого устройства, как турбинный нагнетатель, он же турбонаддув, позволяет увеличить степень сжатия.

В дизельных силовых установках, не имеющих данного устройства, воздух, требуемый для создания горючей смеси, подается за счет разрежения в цилиндре, возникающего при такте впуска.

При такой подаче воздуха в цилиндры высокое давление на такте сжатия обеспечить в полной мере невозможно, поскольку количество воздуха получатся ограниченным.

При использовании нагнетателя воздух в цилиндры подается принудительно. Это обеспечивает подачу большего количества воздуха, и как следствие большего давления в цилиндре при такте сжатия.

ЧИТАЙТЕ ПО ТЕМЕ: Турбированный или атмосферный двигатель, что лучше.

Интеркулер.

Часто на дизельных моторах, помимо нагнетателя применяется еще одно устройство – интеркулер. Он также позволяет увеличить давление в цилиндре, но по несколько иному принципу, чем нагнетатель.

В задачу интеркулера входит охлаждение воздуха перед подачей его в цилиндры. Приводит это к тому, что при охлаждении плотность воздуха увеличивается, а значит и давление в цилиндре будет выше.

Это основная информация, что касается степени сжатия. Перейдем к компрессии.

Понятие компрессии

Компрессия – это показатель давления в цилиндрах двигателя. Измеряться данный показатель может в нескольких величинах – кг/см кв., Барах, Атмосферах, Паскалях.

Особое внимание заслуживает компрессия дизельного двигателя, так как данный показатель очень важен в дизельных моторах. У дизеля компрессия должна быть порядка 22 Атм., хотя на разных двигателях может быть и больше, при этом значительно.

Высокая компрессия в цилиндрах дизеля должна обеспечиваться потому, что воспламенение горючей смеси производится именно из-за высокого давления.

Если данный показатель на дизеле будет значительно меньше нормы, запуск мотора – затруднителен или невозможен.

Компрессия дизельного двигателя в цилиндре достигается путем сжатия воздуха поршнем при такте сжатия. Но полной герметичности внутри цилиндра добиться просто невозможно, всегда будет утечка воздуха.

Воздух частично может прорываться через изношенные компрессионный кольца, когда они уже не могут обеспечить должное прилегание к цилиндру, часть воздушной массы может выходить из цилиндра через неплотное прилегание клапанов к седлам.

Если говорить в общем, то показатель компрессии указывает на состояние двигателя.

Сильное несоответствие компрессии двигателя от заданных норм всегда указывает на сильный износ механизмов силовой установки. Поэтому измерение компрессии входит в комплекс диагностических работ двигателя.

Как замерить компрессию

В отличие от степени сжатия провести замеры компрессии двигателя не особо сложно. Для проведения данных работ достаточно иметь компессометр или компрессограф.

Принцип действия этих двух приборов одинаков, разница лишь в выводе информации.

У компрессометра значение давления указывается на шкале манометра.

У компрессографа же информация о давлении в цилиндре заносится на какой-либо носитель информации или же просто на бумагу.

Последовательность проверки компрессии в дизельном двигателе такова:

  1. С одного цилиндра снимается форсунка, на ее место устанавливается прибор;
  2. Затем производится проворот коленвала стартером и записывается полученный результат;
  3. После проверяется компрессия во всех остальных цилиндрах;
  4. Затем значения, полученные во всех цилиндрах, сверяются.

У неизношенного двигателя компрессия должна соответствовать или хотя быть близкой к номинальному значению, указанному в документации. Разбежность в показателях на разных цилиндрах тоже должна быть одинаковой, допускается незначительные отличия.

От чего зависит компрессия

Как уже сказано, компрессия дизельного двигателя, и не только его, а всех силовых установок, зависит от состояния цилиндро-поршневой группы и газораспределительного механизма.

Но помимо этого компрессия двигателя еще и зависит от количества оборотов коленвала. Чем ниже его обороты, тем больше времени у воздуха, находящегося внутри цилиндра найти место, где он может выйти из нее.

Поэтому при замере компрессии важно проследить о том, чтобы стартер обеспечил хотя бы минимальных 200-250 оборотов коленчатого вала в минуту. Иначе показания компрессометра не будут соответствовать реальному значению этого показателя.

Это конечно, не все факторы, влияющие на компрессию, но перечисленные являются одними из основных.

Особенности запуска дизельного двигателя

Но высокая компрессия дизельного двигателя, которой обеспечивается работоспособность силовой установки, играет не на руку легкости пуска.

Конечно, если двигатель хорошо прогреется, стартеру не составит труда обеспечить должные обороты коленвала, и как следствие должное давление в камере сгорания и запуск силовой установки.

У холодного же мотора появляется несколько дополнительных факторов, усложняющих запуск. Одним из таких факторов является повышенное трение между узлами и механизмами у холодного двигателя, поскольку масляной прослойки между ними нет.

А если к данному фактору у дизельной установки добавить еще и слабую компрессию, из-за которой воспламенение рабочей смеси затруднительно, поскольку давления в камере сгорания недостаточно, то пуск мотора очень затруднителен.

Поэтому чем ниже температура и слабее компрессия дизельного двигателя, тем меньше шансов его запустить.

И это еще не рассмотрена такая особенность дизельного топлива, как парафинированние его при низких температурах.

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. 

Степень сжатия двигателя

Работа двигателей внутреннего сгорания характеризуется рядом величин. Одна из них – степень сжатия двигателя. Важно не путать ее с компрессией – значением максимального давления в цилиндре мотора.

Что такое степень сжатия

Данная степень – это соотношение объема цилиндра двигателя к объему камеры сгорания. Иначе можно сказать, что значение компрессии – отношение объема свободного места над поршнем, когда тот находится в нижней мертвой точке, к аналогичному объему при нахождении поршня в верхней точке.

Выше упоминалось, что компрессия и степень сжатия – не синонимы. Различие касается и обозначений, если компрессию измеряют в атмосферах, степень сжатия записывается как некоторое отношение, например, 11:1, 10:1, и так далее. Поэтому нельзя точно сказать, в чем измеряют степень сжатия в двигателе – это «безразмерный» параметр, зависящий от других характеристик ДВС.

Условно степень сжатия можно описать также как разницу между давлением в камере при подаче смеси (или дизтоплива в случае с дизельными двигателями) и при воспламенении порции горючего. Данный показатель зависит от модели и типа двигателя и обусловлен его конструкцией. Степень сжатия может быть:

  • высокой;
  • низкой.

Расчет сжатия

Рассмотрим, как узнать степень сжатия двигателя.

Она вычисляется по формуле:

Здесь Vр означает рабочий объем отдельного цилиндра, а Vс – значение объема камеры сгорания. Формула показывает важность значения объема камеры: если его, например, снизить, то параметр сжатия станет больше. То же произойдет и в случае увеличения объема цилиндра.

Чтобы узнать рабочий объем, нужно знать диаметр цилиндра и ход поршня. Вычисляется показатель по формуле:

Здесь D – диаметр, а S – ход поршня.

Иллюстрация:

Поскольку камера сгорания имеет сложную форму, ее объем обычно измеряется методом заливания в нее жидкости. Узнав, сколько воды поместилось в камеру, можно определить и ее объем. Для определения удобно использовать именно воду из-за удельного веса в 1 грамм на куб. см – сколько залилось грамм, столько и «кубиков» в цилиндре.

Альтернативный способ, как определить степень сжатия двигателя – обратиться к документации на него.

На что влияет степень сжатия

Важно понимать, на что влияет степень сжатия двигателя: от нее прямо зависит компрессия и мощность. Если сделать сжатие больше, силовой агрегат получит больший КПД, поскольку уменьшится удельный расход горючего.

Степень сжатия бензинового двигателя определяет, горючее с каким октановым числом он будет потреблять. Если топливо низкооктановое, это приведет к неприятному явлению детонации, а слишком высокое октановое число вызовет нехватку мощности – двигатель с малой компрессией просто не сможет обеспечивать нужное сжатие.

Таблица основных соотношений степеней сжатия и рекомендуемых топлив для бензиновых ДВС:

Сжатие Бензин
До 10 92
10.5-12 95
От 12 98

Интересно: бензиновые турбированные двигатели функционируют на горючем с большим октановым числом, чем аналогичные ДВС без наддува, поэтому их степень сжатия выше.

Еще больше она у дизелей. Поскольку в дизельных ДВС развиваются высокие давления, данный параметр у них также будет выше. Оптимальная степень сжатия дизельного двигателя находится в пределах от 18:1 до 22:1, в зависимости от агрегата.

Изменение коэффициента сжатия

Зачем менять степень?

На практике такая необходимость возникает нечасто. Менять сжатие может понадобиться:

  • при желании форсировать двигатель;
  • если нужно приспособить силовой агрегат под работу на нестандартном для него бензине, с отличающимся от рекомендованного октановым числом. Так поступали, например, советские автовладельцы, поскольку комплектов для переоборудования машины на газ в продаже не встречалось, но желание сэкономить на бензине имелось;
  • после неудачного ремонта, чтобы устранить последствия некорректного вмешательства. Это может быть тепловая деформация ГБЦ, после которой нужна фрезеровка. После того, как повысили степень сжатия двигателя снятием слоя металла, работа на изначально предназначенном для него бензине становится невозможной.

Иногда меняют степень сжатия при конвертации автомобилей для езды на метановом топливе. У метана октановое число – 120, что требует повышать сжатие для ряда бензиновых автомобилей, и понижать – для дизелей (СЖ находится в пределах 12-14).

Перевод дизеля на метан влияет на мощность и ведет к некоторой потере таковой, что можно компенсировать турбонаддувом. Турбированный двигатель требует дополнительного снижения степени сжатия. Может потребоваться доработка электрики и датчиков, замена форсунок дизельного мотора на свечи зажигания, новый комплект цилиндро-поршневой группы.

Форсирование двигателя

Чтобы снимать больше мощности или получить возможность ездить на более дешевых сортах топлива, ДВС можно форсировать путем изменения объема камеры сгорания.

Для получения дополнительной мощности двигатель следует форсировать, увеличивая степень сжатия.

Важно: заметный прирост по мощности будет лишь на том двигателе, который штатно работает с более низкой степенью сжатия. Так, например, если ДВС с показателем 9:1 тюнингован до 10:1, он выдаст больше дополнительных «лошадей», чем двигатель со стоковым параметром 12:1, форсированный до 13:1.

Возможные следующие методы, как увеличить степень сжатия двигателя:

  • установка тонкой прокладки ГБЦ и доработка головки блока;
  • расточка цилиндров.

Под доработкой ГБЦ подразумевают фрезеровку ее нижней части, соприкасающейся с самим блоком. ГБЦ становится короче, благодаря чему уменьшается объем камеры сгорания и растет степень сжатия. То же происходит и при монтаже более тонкой прокладки.

Важно: эти манипуляции могут также потребовать установки новых поршней с увеличенными клапанными выемками, поскольку в ряде случаев возникает риск встречи поршня и клапанов. В обязательном порядке настраиваются заново фазы газораспределения.

Расточка БЦ также ведет к установке новых поршней под соответствующий диаметр. В результате растет рабочий объем и становится больше степень сжатия.

Дефорсирование под низкооктановое топливо

Такая операция проводится, когда вопрос мощности вторичен, а основная задача – приспособить двигатель под другое горючее. Это делается путем снижения степени сжимания, что позволяет двигателю работать на малооктановом бензине без детонации. Кроме того, налицо и определенная финансовая экономия на стоимости горючего.

Интересно: подобное решение нередко используется для карбюраторных двигателей старых машин. Для современных инжекторных ДВС с электронным управлением дефорсирование крайне не рекомендуется.

Основной способ, как уменьшить степень сжатия двигателя — сделать прокладку ГБЦ более толстой. Для этого берут две стандартные прокладки, между которыми делают алюминиевую прокладку-вставку. В результате растет объем камеры сгорания и высота ГБЦ.

Некоторые интересные факты

Метанольные двигатели гоночных машин имеют сжатие более 15:1. Для сравнения, стандартных карбюраторный двигатель, потребляющий неэтилированный бензин, имеет сжатие максимум 1.1:1.

Из серийных образцов моторов на бензине со сжатием 14:1 на рынке присутствуют образцы от Mazda (серия Skyactiv-G), ставящиеся, например, на CX-5. Но их фактическая СЖ находится в пределах 12, поскольку в данных моторах задействован так называемый «цикл Аткинсона», когда смесь сжимается в 12 раз после позднего закрытия клапанов. Эффективность таких двигателей измеряется не по сжатию, а по степени расширения.

В середине XX века в мировом двигателестроении, особенно в США, наблюдалась тенденция к увеличению степени сжатия. Так, к 70-м основная масса образцов американского автопрома имела СЖ от 11 до 13:1. Но штатная работа таких ДВС требовала использования высокооктанового бензина, который в то время умели получать только процессом этилирования – добавлением тетраэтилсвинца, высокотоксичного компонента. Когда в 1970-х годах появились новые экологические стандарты, этилирование стали запрещать, и это привело к обратной тенденции – снижению СЖ в серийных образцах двигателей.

Современные двигатели имеют систему автоматической регуляции угла зажигания, которая позволяет ДВС работать на «неродном» топливе – например, 92 вместо 95, и наоборот. Система управления УОЗ помогает избежать детонации и других неприятных явлений. Если же ее нет, то, например, залив высокооктановый бензин двигатель, не рассчитанный на такое горючее, можно потерять в мощности и даже залить свечи, поскольку зажигание будет поздним. Ситуацию можно поправить ручным выставлением УОЗ по инструкции к конкретной модели автомобиля.

Зрим в корень: сказки про компрессию двигателя

Залегшие кольца или трещина в клапане — значительно более частые причины снижения компрессии, чем износ двигателя.

2

Компрессия — это вульгаризм. Правильно — давление конца такта сжатия. Это давление, которое создается в цилиндре при выключенном зажигании (или без подачи топлива — для дизеля) при положении поршня в верхней мертвой точке. Так вот, многие диагносты по величине замеренной компрессии (прости, наука, за жаргон!) дают заключение: «жив пациент» или «в морг», то есть на капитальный ремонт. По мнению многих продвинутых автомобилистов, компрессия для мотора чуть ли не всё! Но так ли это?

Компрессия и степень сжатия — одно и то же: сказка первая

Нет, не так! Компрессия — это давление в цилиндре, степень сжатия — безразмерный параметр, описывающий геометрические параметры цилиндра: это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия (камера сжатия — это объем пространства над поршнем при его положении в ВМТ (еще он называется объемом конца сжатия — это то же самое). Называть ее камерой сгорания некорректно, поскольку сгорание топлива происходит во всем объеме цилиндра. ) Компрессия от степени сжатия зависит, а степень сжатия от компрессии — нет! Компрессия зависит еще от кучи параметров: давления начала сжатия, регулировки фаз газораспределения, температуры, при которой проводится замер, протечек из камеры сгорания. А протечки определяются изношенностью колец и цилиндров. «Компрессия» — то максимальное давление, которое мы измеряем в цилиндре при выключенном зажигании.

1 no copyright

Поднял компрессию — увеличил мощность: сказка вторая

Не совсем так. Компрессию можно поднять двумя способами — увеличить степень сжатия или уменьшить протечки из камеры сгорания. Посмотрим, что будет в каждом случае: в нашем распоряжении стенд. Для начала уменьшим объем камеры сжатия. Проще всего для этого прошлифовать нижнюю плоскость головки цилиндров. У базового мотора «одиннадцатого» ВАЗа рабочий объем цилиндра чуть больше 370 кубиков. При штатной степени сжатия 9,8 объем камеры сжатия составит 42,6 см³. Можно посчитать, что, сняв 2 мм с посадочной поверхности головки блока цилиндров, мы уменьшаем объем камеры сжатия на 5,1 см³. Новая степень сжатия составит 11 единиц, то есть на 1,2 выше, чем у базового мотора. А теперь, просто из интереса, уберем еще 2 мм. Степень сжатия возрастает уже до 12,6. В учебнике находим нужную формулу и получаем: термический КПД цикла поршневого двигателя теоретически должен вырасти в первом случае минимум на 4%, во втором — на 9%. Здорово! А теперь ставим эти головки на стендовый мотор и снимаем моментные характеристики. Снижение расхода топлива существенно меньше, чем обещала теория, — на 2,5% в первом случае и на 4,5% во втором. Причем эффект более выражен в зоне малых нагрузок. Прибавка мощности еще меньше: от силы 2–3%, причем в зоне малых и средних оборотов. А на высоких — никакого эффекта… Все ясно: с увеличением степени сжатия резко растет давление в цилиндре, этот рост провоцирует детонацию, ее ловит соответствующий датчик — и сдвигает угол опережения зажигания назад. Следовательно, мощность падает. А потому и теоретический эффект существенно уменьшается. Зато растут температуры на выпуске, — стало быть, риск пожечь клапаны и поршни с таким мотором значительно выше. Способ второй — уменьшаем протечки. Пойдем от обратного: сравним, что станет с моментной характеристикой, если заменить кольца такими, чтобы зазоры в них стали больше, скажем, раза в два. Сделали. Для нового мотора — всё нормально, для всех цилиндров компрессия 13,2…13,4 бар. Для испорченного кольцами с большими зазорами — 10,8…11,1. А что показали замеры мощности? В зоне малых оборотов мощность испорченного мотора чуть-чуть упала, но когда перешли 2500 об/мин, кривые момента практически слились. Всё потому, что протечки из камеры сгорания в картер, которые должны бы снизить мощность, заметны только на малых оборотах, а на высоких их масса за один цикл резко падает, ведь с уменьшением времени цикла при увеличении частоты вращения коленчатого вала уменьшается и время на протечку. Компрессия резко выросла, а мощность — нет. Вместе с компрессией проснулась детонация, и угол опережения зажигания пришлось сдвигать назад. А он влияет на мощность сильнее.

2 no copyright

Нет компрессии — сразу на капиталку: сказка третья

Обычно механик, обнаруживший низкую компрессию, тут же заявляет: «Двигатель изношен, требуется капиталка». Так ли все однозначно? Нет, конечно! На спор можем назвать двадцать возможных причин снижения компрессии. Тут и проблемы с механизмом газораспределения, и механические или термические повреждения деталей двигателя, и закоксованность поршневых колец. И только одна из них будет связана с катастрофическим износом мотора. Важно уметь различать эти причины, понимать степень их опасности и знать методы борьбы с ними. Но это — тема отдельной статьи.

Чем выше компрессия, тем лучше: сказка четвертая

Частенько от апологетов разных присадок приходится слышать, как подпрыгнула компрессия после очередной обработки мотора. Рост до 15 бар, до 17 бар! Но надо иметь в виду, что в нормальном состоянии, даже восстановив зазоры до состояния нового двигателя, компрессию выше штатной не получить. Откуда же цифры? Обычно на разобранном двигателе видно, что камера сгорания после обработки заросла непонятно чем и, как следствие, уменьшился объем камеры сжатия. Но эти отложения нарушают теплоотвод от камеры сгорания. Отсюда детонация, калильное зажигание и прочее. Так что небывалому росту компрессии не радоваться надо, а наоборот. Изменение удельного расхода топлива при фиксированных оборотах (2500 об/мин) в двух вариантах двигателя — базовом и с кольцами, в которых увеличены зазоры. Компрессия упала, но по расходу это заметно только при малых нагрузках.

3 no copyright

И совсем не сказка…

Так на что же влияет компрессия? На многое! Главное — на пусковые свойства мотора, особенно при низких температурах. В первую очередь это касается дизельных двигателей, где от давления и температуры конца сжатия зависит, воспламенится топливо в цилиндре или нет. Но и бензиновые двигатели в холодном состоянии тоже чув

Как определить степень сжатия

Если вы создаете новый двигатель и вам нужна метрика, или вам интересно узнать, насколько эффективно ваш автомобиль расходует топливо, вы должны уметь рассчитать степень сжатия двигателя. Есть несколько уравнений, необходимых для расчета степени сжатия, если вы делаете это вручную. Сначала они могут показаться сложными, но на самом деле это всего лишь базовая геометрия.

Степень сжатия двигателя измеряет две вещи: соотношение объема газа в цилиндре, когда поршень находится в верхней точке хода (верхняя мертвая точка, или ВМТ), по сравнению с объемом газа, когда поршень находится в верхней мертвой точке. нижняя часть хода (нижняя мертвая точка или НМТ).Проще говоря, степень сжатия — это измерение от сжатого газа до несжатого газа или насколько плотно смесь воздуха и газа помещается в камеру сгорания до того, как она воспламенится свечой зажигания. Чем плотнее прилегает эта смесь, тем лучше она горит и тем больше энергии преобразуется в мощность для двигателя.

Есть два метода, которые вы можете использовать для расчета степени сжатия двигателя. Первая — это версия с ручным управлением, которая требует от вас максимально точных вычислений, а вторая — и, вероятно, самая распространенная — требует манометра, установленного в пустое гнездо свечи зажигания.

Метод 1 из 2: вручную измерить степень сжатия

Этот метод требует очень точных измерений, поэтому важно иметь очень точные инструменты, чистый двигатель и дважды или трижды проверять свою работу. Этот метод идеально подходит для тех, кто строит двигатель и имеет под рукой инструменты, или для тех, у кого двигатель уже разобран. Разборка двигателя для использования этого метода займет очень много времени. Если у вас уже собран двигатель, прокрутите вниз и используйте метод 2 из 2.

Необходимые материалы

  • Калибр
  • Калькулятор
  • Обезжириватель и чистые тряпки (при необходимости)
  • Инструкция производителя (или автомобильная инструкция)
  • Микрометр
  • Блокнот, ручка и бумага
  • Линейка или рулетка (с точностью до миллиметра)

Шаг 1. Очистите двигатель Тщательно очистите цилиндры и поршни двигателя с помощью обезжиривателя и чистой тряпки.

Шаг 2: Найдите размер отверстия .Циферблатный калибр используется для измерения диаметра отверстия или, в данном случае, цилиндра. Сначала определите приблизительный диаметр цилиндра и откалибруйте индикатор внутреннего диаметра с помощью микрометра.
Вставьте калибр в цилиндр, несколько раз измерьте диаметр отверстия в разных местах цилиндра и запишите результаты измерений. Сложите свои измерения и разделите на то, сколько вы взяли (обычно трех или четырех достаточно), чтобы получить средний диаметр. Разделите это измерение на 2, чтобы получить средний радиус отверстия.

Шаг 3: Рассчитайте размер цилиндра . Используя точную линейку или рулетку, измерьте высоту цилиндра. Измерьте расстояние от самого низа до самого верха, убедившись, что ваша линейка выровнена. Это число вычисляет ход или площадь, которую поршень перемещает при однократном перемещении вверх или вниз по цилиндру. Для расчета объема цилиндра используйте эту формулу: V = π r 2 h

Шаг 4: Определите объем камеры сгорания .Найдите объем камеры сгорания в руководстве по эксплуатации вашего автомобиля. Объем камеры сгорания измеряется в кубических сантиметрах (CCs) и определяет, сколько вещества требуется для заполнения отверстия камеры сгорания. Если вы собираете двигатель, обратитесь к руководству производителя. В противном случае обратитесь к руководству по эксплуатации автомобиля.

Шаг 5: Найдите высоту сжатия поршня . В мануале найдите высоту сжатия поршня. Это измерение представляет собой расстояние между центральной линией отверстия под палец и верхом поршня.

Шаг 6: Измерьте объем поршня . Снова в руководстве найдите объем купола или тарелки поршня, также измеренный в кубических сантиметрах. Поршень с положительным значением CC всегда называют «куполом», который выступает над высотой сжатия поршня, в то время как «тарелка» — это отрицательное значение, которое учитывает карманы клапана. Обычно поршень имеет как купол, так и тарелку, а окончательный объем представляет собой сумму обеих характеристик (купол минус тарелка).

Шаг 7: Найдите зазор между поршнем и декой .Рассчитайте зазор между поршнем и декой с помощью следующего расчета: (Диаметр цилиндра [измерение из шага 2] + Диаметр цилиндра × 0,7854 [константа, которая преобразует все в кубические дюймы] × расстояние между поршнем и платформой в верхней мертвой точке [ВМТ]).

Шаг 8: Определите объем прокладки . Измерьте толщину прокладки головки и диаметр отверстия, чтобы определить объем прокладки. Сделайте это почти так же, как и зазор деки (шаг 7): (Диаметр отверстия [измерение из шага 8] + отверстие × 0,7854 × толщина прокладки).

Шаг 9: Рассчитайте степень сжатия . Рассчитайте степень сжатия, решив это уравнение:

Если вы получите число, скажем, 8,75, степень сжатия будет 8,75: 1.

  • Совет : Если вы не хотите вычислять числа самостоятельно, в Интернете есть несколько калькуляторов степени сжатия, которые помогут решить эту проблему; кликните сюда.

Метод 2 из 2: используйте манометр

Этот метод идеален для тех, у кого двигатель собран, и кто хочет проверить степень сжатия автомобиля через гнезда свечей зажигания.Вам понадобится помощь друга.

Необходимые материалы

  • Манометр
  • Ключ для свечей зажигания
  • Рабочие перчатки

Шаг 1. Прогрейте двигатель . Дайте двигателю поработать, пока он не прогреется до нормальной температуры. Вы не хотите пробовать это, когда двигатель холодный, потому что вы не получите точных показаний.

Шаг 2: Снимите свечи зажигания . Полностью выключите зажигание и отсоедините одну из свечей зажигания от кабеля, соединяющего ее с распределителем.Откручиваем свечу зажигания.

  • Совет Если ваши свечи зажигания грязные, вы можете использовать это как возможность их почистить.

Шаг 3: Вставьте манометр . Вставьте патрубок манометра в отверстие, где крепилась свеча зажигания. Важно, чтобы сопло было полностью вставлено в камеру.

Шаг 4: Проверить цилиндр . Пока вы держите манометр, попросите друга запустить двигатель и разогнать автомобиль примерно на пять секунд, чтобы вы могли получить правильные показания.Выключите двигатель, выньте сопло манометра и установите свечу зажигания с надлежащим крутящим моментом, указанным в руководстве. Повторяйте эти шаги, пока не протестируете каждый цилиндр.

Шаг 5: Проведите проверку давления . В каждом цилиндре должно быть одинаковое давление, и они должны совпадать с номером в руководстве.

Шаг 6: Рассчитайте отношение PSI к степени сжатия . Рассчитайте отношение PSI к степени сжатия. Например, если у вас показание манометра около 15, а ваша степень сжатия должна быть 10: 1, тогда ваш PSI должен быть 150 или 15 × 10/1.

Как рассчитать степень сжатия

Недавно мы рассмотрели степень сжатия и ее влияние на производительность. Теперь поговорим о том, как рассчитать его для вашей собственной электростанции.

Для определения степени сжатия есть 5 измерений объема. Чтобы оставаться организованным, полезно перечислить их на листе. Начните с объема цилиндра на B.D.C. Диаметр цилиндра 125 и ход 4 дюйма, поэтому вы можете просто подставить эти числа в уравнение для объема цилиндра:

.7854 x Диаметр цилиндра² x ход поршня x 16,39 = 876,15 cl

Это уравнение преобразует результаты из кубических дюймов в кубические сантилитры. Мы делаем это, потому что оборудование рассчитано на измерения в метрических объемах.

Второе измерение — объем камеры сгорания. Большинство производителей укажут это в своих технических характеристиках, но если есть сомнения, вы можете измерить это самостоятельно.

Третье измерение — это объем прокладки головки. Производитель предоставит диаметр отверстия и толщину прокладки в сжатом состоянии и будет использовать эти числа так же, как мы это делали для измерения объема цилиндра:

.7854 x Диаметр прокладки² x Прокладка x 16,39 = 9,08 куб.

Четвертое измерение — это объем цилиндра при T.D.C. и предполагает измерение идеально плоского поршня без купола или тарелки:

0,7854 x Диаметр отверстия под прокладку² x Глубина поршня x 16,39 = 1,10 куб.

Окончательное измерение — это верхний объем поршня. Если бы у него был купол, он бы уменьшил объем, а если бы у него были предохранительные клапаны, это увеличило бы ценность. Поскольку наше приложение полностью плоское, в этом измерении нет необходимости. Если вам все же нужно провести это измерение, это будет тот же самый способ измерения камеры сгорания.

Сложите все 5 значений. Это общий объем в B.D.C (числитель). Затем возьмите такое же число и вычтите из него объем 1. Результат — значение T.D.C (знаменатель). Разделите эти числа, и вы получите степень сжатия для вашего приложения.

Что такое степень сжатия? (с изображениями)

Степень сжатия относится к объему или количеству топливовоздушной смеси, которое камера сгорания в двигателе внутреннего сгорания может удерживать, когда она пуста и имеет самый большой размер по сравнению с объемом, который она удерживает, когда смесь сжимается до минимально возможного размера.Это соотношение применяется как к двигателям внутреннего сгорания, которые используются в современных автомобилях, так и к редко используемым двигателям внешнего сгорания. Как дизельные, так и газовые двигатели имеют одинаковую степень сжатия, хотя конструкция дизельного двигателя способствует более высокой степени сжатия. Двигатели с более высокой степенью сжатия обычно считаются лучшими, потому что они создают большую мощность, сохраняя при этом эффективность.

Дизельные двигатели более эффективны, чем бензиновые, отчасти потому, что они используют высокую степень сжатия для воспламенения топлива.

Чтобы рассчитать степень сжатия двигателя, инженер сначала вычислит объем, который цилиндр двигателя может удерживать, когда поршень находится в нижней части цилиндра. За один ход двигателя поршень движется снизу вверх и сжимает топливовоздушную смесь. После определения объема цилиндра, когда поршень опущен и, следовательно, еще не сжат, инженеру необходимо будет вычислить объем, когда поршень поднят и воздушно-топливная смесь сжата.Например, такое соотношение, как 13: 1, означает, что двигатель удерживает в 13 раз больший объем, когда поршень опущен, чем когда он сжат. Количество топливовоздушной смеси не меняется, а просто вдавливается в значительно меньшее пространство, чтобы создать большой взрыв.

Степень сжатия применяется к обоим двигателям внутреннего сгорания, например, к двигателям современных автомобилей.

Дизельные двигатели используют сжатие для создания температуры, при которой дизельное топливо
воспламеняет топливно-воздушную смесь, которая создает необходимую мощность для движения автомобиля вперед. Высокая степень сжатия в газовых двигателях часто вызывает проблему, известную как детонация. С другой стороны, дизельные двигатели для нормальной работы рассчитаны на высокую степень сжатия.Передаточное число 13: 1 считается высоким для газового двигателя, в то время как дизельный двигатель может варьироваться от 14: 1 до 23: 1 в зависимости от типа.

Высокая степень сжатия приводит к увеличению мощности за счет сжатия воздуха и топлива даже сильнее, чем в среднем, и, таким образом, вызывает более мощный взрыв.Плотная упаковка топливовоздушной смеси помогает воздуху и топливу лучше смешиваться, а при взрыве большая часть смеси испаряется. Более сильное испарение является признаком более высокого теплового КПД, что 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 звона в двигателе.Это происходит, когда происходит более сильный взрыв, чем требуется, и поршень слишком быстро перемещается вверх или вниз. В результате возникает громкий стук, и, если его не устранить, продолжительный стук двигателя может привести к необратимому повреждению двигателя. Автомобили, использующие бензин с более высоким октановым числом или датчиком детонации, могут использовать более высокую степень сжатия, но все же не могут соответствовать высокой степени дизельного двигателя.

Какая связь между степенью сжатия и экономией топлива?

Как мы узнали на предыдущей странице, статическая компрессия двигателя измеряется, когда впускной клапан двигателя полностью закрыт.Однако в реальной эксплуатации этого почти никогда не происходит. Двигатель работает так быстро, что может потребоваться снова открыть впускной клапан до того, как поршень завершит свой полный ход вверх и вниз. Когда это происходит, часть давления внутри цилиндра падает, что снижает эффективность. По сути, здесь больше места для воздуха, поэтому двигатель теряет часть мощности из-за сгорания топлива и воздуха.

Динамическая степень сжатия учитывает движение впускного клапана.Инженеры могут настроить двигатель так, чтобы впускной клапан закрывался раньше, что помогает нарастить давление в цилиндре. Двигатель также можно настроить так, чтобы клапан закрывался позже, но это позволяет выпустить немного воздуха и снизить эффективность использования топлива двигателем.

Объявление

Вычислить динамическую степень 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 соотношение обнаруживается, когда поршень находится в середине своего хода, оно всегда ниже, чем степень статического сжатия. Как и при статическом сжатии, более высокая степень сжатия означает более эффективное использование топлива и лучшую экономию топлива.

Сегодняшние высокоэффективные двигатели на многих современных автомобилях во многом обязаны своей экономией топлива своей высокой степени сжатия. Но у двигателя с высокой степенью сжатия есть и недостатки. Чтобы он работал безупречно, вам нужно использовать высокооктановый газ, который дороже, чем обычный неэтилированный газ.Если вы откажетесь от премиального газа, со временем в двигателе может появиться детонация. Детонация двигателя — это когда сгорание топливовоздушной смеси не происходит в оптимальное время хода поршня. Использование низкооктанового топлива в двигателе с высокой степенью сжатия может повысить вероятность детонации двигателя, поэтому, если вы приобретете новый, экономичный автомобиль с высокой степенью сжатия, убедитесь, что вы используете тип газа, рекомендованный в руководстве пользователя, чтобы получить большинство из этого.

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

Performance Tech | Степень сжатия 101 Деталь: 1

O Оптимизация степени сжатия двигателя для типа топлива и уровней наддува (приложения с принудительной индукцией), которые будут использоваться, может привести к дополнительной мощности, увеличению крутящего момента и улучшенной экономии топлива. Как вы, возможно, уже знаете, некоторые двигатели оптимизированы на заводе для работы на бензине с более высоким октановым числом (ТОЛЬКО PREMIUM). Эти двигатели обычно имеют более высокую степень сжатия, чем аналогичный двигатель, предназначенный для работы на бензине обычного качества.Если вы собираетесь перейти на «встроенный» двигатель в будущем, у вас будет возможность изменить степень сжатия. Чтобы помочь вам принять обоснованное решение, DSPORT будет делать серию из трех частей, посвященных коэффициенту сжатия 101. В первой части мы определим степень сжатия и всю математику, необходимую для расчета фактической степени сжатия двигателя (часто отличной от спецификация производителя). В первой части также будет рассказано обо всех доступных методах изменения степени сжатия.Во второй части мы рассмотрим, как октановое число топлива, процентное содержание этанола, уровни наддува и типы вождения будут влиять на выбор идеальной степени сжатия для конкретного применения. Наконец, в третьей части мы исследуем способы достижения идеального числа сжатия, которое приводит к максимальной эффективности сгорания. Итак, давайте начнем с того, что посмотрим, как именно рассчитываются степени сжатия.

Майкл Феррара


Статическая степень сжатия двигателя, обычно именуемая просто степенью сжатия, является функцией «стреловидного» и «нераскачиваемого» объема цилиндров двигателя.Рабочий объем представляет собой динамический объем цилиндра, основанный на положении поршней в самом низком (нижняя мертвая точка или НМТ) и самом высоком (верхняя мертвая точка или ВМТ) положении. Рабочий объем цилиндра такой же, как рабочий объем отдельного цилиндра.

Прокладки головки обычно имеют диаметр отверстия на 0,5–1,0 мм больше, чем диаметр цилиндра, который они герметизируют. Если производитель не указывает размер отверстия прокладки, для прямого измерения можно использовать набор штангенциркулей.

Непотерянный объем цилиндра — это объем цилиндра, который не изменяется. Этот объем складывается из объема камеры сгорания в головке блока цилиндров, объема, создаваемого прокладкой головки, объема, добавляемого или вычитаемого головкой поршня (купола, тарелки, предохранительные клапаны, пазовые отверстия) и добавляемого или принимаемого объема. в направлении от поршня к деке с поршнем в ВМТ.

Расчет рабочего объема (куб.см) двигателя довольно прост, поскольку он равен объему одного цилиндра:

Если полный рабочий объем двигателя неизвестен, но известны диаметр цилиндра и ход поршня, вместо этого можно использовать это уравнение:

Как упоминалось ранее, непромокаемый объем цилиндра состоит из объема камеры сгорания в головке блока цилиндров, объема, создаваемого прокладкой головки, объема, добавляемого или вычитаемого головкой поршня (купола, тарелки, предохранительные клапаны, пазами для огня) и объем, добавляемый или отводимый за счет положения поршень-дека с поршнем в ВМТ.В отличие от расчета рабочего объема, который можно выполнить, просто зная диаметр цилиндра и ход двигателя, для расчета рабочего объема требуется значительно больше информации. Часть этой информации можно получить только путем прямого измерения.

Использование приспособления для настила моста с двойными циферблатными индикаторами — единственный способ получить точные измерения. Двойные индикаторы показывают, качнулся ли поршень в одну сторону, а не в нейтральное положение.

Объем камеры сгорания может быть измерен непосредственно путем измерения объема камеры сгорания.Это можно сделать с помощью экономичных комплектов, которые начинаются примерно с 20 долларов, или более точных комплектов, которые стоят около 120 долларов. Зная или измеряя размер отверстия прокладки головки (обычно, но не всегда, на 0,5-1 мм больше, чем размер отверстия цилиндра, на котором она предназначена) и ее толщина в сжатом виде позволит объему, создаваемому прокладкой головки рассчитываться. Часто эти числа предоставляются производителем прокладки. Всегда обязательно проверяйте, соответствует ли указанный размер отверстия с прокладкой внутреннему диаметру прокладки или предполагаемому размеру отверстия цилиндра.Что касается объема, создаваемого или уменьшаемого формой днища поршня, это спецификация, предоставляемая производителем поршня. Наконец, измерение между поршнем и декой производится с помощью перемычки и двойного циферблатного индикатора. После измерения этого расстояния добавленный объем (если поршень находится ниже поверхности деки) или вычитаемый (поршень выше поверхности деки) из непрометенного объема можно рассчитать с использованием того же основного уравнения, которое использовалось для расчета прокладки головки. Единственное отличие — вероятность того, что это будет отрицательный результат, если поршень находится над поверхностью деки.

Объем камеры сгорания (куб.см): Хотя вы можете найти где-нибудь в Интернете спецификацию камеры сгорания для конкретного двигателя, есть вероятность, что она будет отличаться от фактического объема головки (головок) цилиндров. используется на вашем двигателе.

Объем головки поршня (см3): Если головка поршня плоская без предохранительных клапанов, это значение будет равно нулю. И вот здесь все становится немного сложнее. В целях уравнения мы пытаемся определить, как головка поршня влияет на непрометаемый объем.Если на головке поршня имеются предохранительные клапаны, тарелка или геометрия купола инвертора, это значение следует считать положительным (хотя производитель поршня может записать его как отрицательное). Таким образом, это увеличит ценность непрометенного объема. Если на поршне есть купол, это значение будет отрицательным (хотя производитель поршня может записать это как положительное). Таким образом, будет уменьшен общий непрометенный объем.

Хотя разница в 2,4 куб. См может показаться несущественной, ее достаточно, чтобы снизить степень сжатия RB26DETT с 8.От 7 к 1 (прокладка 1,1 мм) до 8,4 к 1 (прокладка 1,5 мм).

Объем зазора между поршнем и декой (куб. См): Уравнение, используемое для расчета этого объема, почти идентично уравнению, используемому для расчета объема прокладки головки блока цилиндров. В этом уравнении нас интересует глубина отверстия, в котором находится поршень. Если головка поршня находится на одном уровне с декой, это число будет равно нулю. Если поршень находится внизу в отверстии, это число будет положительным. Если поршень находится над декой, это число будет отрицательным.

Объем зазора между поршнем и декой (куб.см):

Пример для отверстия 86 мм с поршнем на 0,010 дюйма под палубой:

86 x 86 x 0,010 x 0,01995 = 1,48 куб.см

(L) В качественный набор для измерения объема камер сгорания будет входить бюретка. В более дешевых наборах будет использоваться градуированный шприц. Оба комплекта будут включать оргстекло. (R) Если производитель не предоставляет значение толщины прокладки головки при сжатии, можно использовать микрометр.Убедитесь, чтобы измерить область, которая имеет все слои, но избежать измерения стопора / сложенный слой.

Когда поршень находится в нижней мертвой точке (НМТ), общий объем цилиндра представляет собой рабочий объем, вклад в объем от поршня, объем прокладки головки, объем головки цилиндра и объем зазора деки. Это развернутый плюс не развернутый объем.

Итак, вы приобрели комплект поршней 9,5: 1 для сборки вашего двигателя. Это означает, что степень сжатия двигателя будет 9.5 к 1, верно? Может быть, но, вероятно, нет. Скорее всего, это будет где-то между 9.0-к-1 и 10.0-к-1. Причина в том, что заявленная степень сжатия предполагает, что камера сгорания имеет определенный объем, в котором используется определенная прокладка головки, а высота от поршня до деки — это конкретное число. Реальность такова, что камеры сгорания отлиты и могут быть на 3 см больше или меньше, чем предполагалось. Палуба головки блока цилиндров обычно разрезается, когда двигатель обрабатывается, и когда используются клапаны вторичного рынка, объем может быть добавлен или уменьшен по сравнению с клапанами OEM.Если вы хотите узнать фактическую степень сжатия вашего двигателя, вам нужно потратить время на ее измерение. Это может добавить к сборке вашего двигателя дополнительных 200-300 долларов или больше, так как правильный способ требует некоторой сборки макета. Однако знание реальных чисел является обязательным условием при разработке программы двигателя для максимальной производительности. Во второй части мы покажем вам, как выбрать наилучшую степень сжатия для максимальной производительности. Следите за обновлениями.

Степень сжатия

«Степень сжатия» двигателя внутреннего сгорания или двигателя внешнего сгорания — это величина, которая представляет собой отношение объема его камеры сгорания от наибольшей емкости к наименьшей.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. [1]

Изобразите цилиндр и его камеру сгорания с поршнем в нижней части его хода, содержащего 1000 см3 воздуха (900 см3 в цилиндре и 100 см3 в камере сгорания).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 данной массы топливовоздушной смеси из-за его более высокого теплового КПД. [ необходима ссылка ] Высокие соотношения помещают доступные молекулы кислорода и топлива в ограниченное пространство вместе с адиабатической теплотой сжатия, вызывая лучшее перемешивание и испарение капель топлива. [ необходима ссылка ] Таким образом, они позволяют увеличить мощность в момент воспламенения и извлекать больше полезной работы из этой мощности за счет расширения горячего газа в большей степени. [ требуется ссылка ]

Однако при более высоких степенях сжатия бензиновые двигатели подвержены детонации, если используется топливо с более низким октановым числом, также известное как детонация. Это может снизить эффективность или повредить двигатель, если отсутствуют датчики детонации, замедляющие синхронизацию.Однако датчики детонации были требованием спецификации OBD-II, используемой в автомобилях 1996 года выпуска и новее.

С другой стороны, дизельные двигатели

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
= зазорный объем.Это объем камеры сгорания (включая прокладку головки). Это минимальный объем пространства в конце такта сжатия, то есть когда поршень достигает верхней мертвой точки (ВМТ). Из-за сложной формы этого пространства его обычно измеряют напрямую, а не рассчитывают.

Типичная степень сжатия

Бензиновый (бензиновый) двигатель

Из-за звона (детонации) степень сжатия в бензиновом или 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 13.0: 1, который мог безопасно работать на доступном в то время высокооктановом этилированном бензине.

Техника, используемая для предотвращения возникновения детонации, — это двигатель с сильным «завихрением», который заставляет всасываемый заряд принимать очень быстрое круговое вращение в цилиндре во время сжатия, что обеспечивает более быстрое и полное сгорание. В последнее время, с добавлением датчиков изменения фаз газораспределения и детонации для задержки момента зажигания, стало возможным производить бензиновые двигатели со степенью сжатия более 11: 1, которые могут использовать топливо 87 (MON + RON) / 2 (октановое число).

В двигателях с датчиком «пинга» или «детонации» и электронным блоком управления коэффициент 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 «May Fireball»; его разработал швейцарский инженер Майкл Мэй.

Mazda в 2012 году выпустит новые бензиновые двигатели под торговой маркой SkyActiv с коэффициентом сжатия 15:10, которые будут использоваться во всех автомобилях Mazda к 2015 году. [2] [3] [4]

Бензиновый / бензиновый двигатель с наддувом

В бензиновых двигателях с турбонаддувом или наддувом CR обычно изготавливается с соотношением 10,5: 1 или ниже. Это происходит из-за того, что турбокомпрессор / нагнетатель уже значительно сжал топливно-воздушную смесь перед тем, как она попадает в цилиндры.

Бензин / бензиновый двигатель гоночный

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. Двигатели F1 приближаются к соотношению 17: 1 (что очень важно для максимизации объемной / топливной эффективности при 18000 об / мин)

Двигатели на этаноле и метаноле

Этанол и метанол могут иметь значительно более высокие степени сжатия, чем бензин. Гоночные двигатели, работающие на метаноле и этаноле, часто имеют коэффициент CR 14,5-16: 1.

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. Соотношения более 22: 1 являются общими. Соответствующая степень сжатия зависит от конструкции головки блока цилиндров. Обычно это значение составляет от 14: 1 до 16: 1 для двигателей с прямым впрыском и от 18: 1 до 23: 1 для двигателей с непрямым впрыском.

Диагностика и диагностика

Измерение давления сжатия двигателя с помощью манометра, подключенного к отверстию для свечи зажигания, дает представление о состоянии и качестве двигателя.Однако формулы для расчета степени сжатия на основе давления в цилиндре не существует.

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, которое обычно составляет 1 атм, CR — степень сжатия, и — коэффициент удельной теплоемкости рабочего тела, который 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 будет

.

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 между 150 и 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 привести к обманчиво заниженным показателям этого теста. Чрезмерный зазор в шатуне в сочетании с чрезвычайно высокой производительностью масляного насоса (редко, но не невозможно) может привести к образованию достаточного количества масла, чтобы покрыть стенки цилиндра достаточным количеством масла, чтобы облегчить разумное уплотнение поршневого кольца, искусственно давая обманчиво высокий показатель на двигателях с нарушенным кольцевым уплотнением.

Это действительно может быть использовано для некоторого небольшого преимущества. Если испытание на сжатие дает низкое значение и было установлено, что это не связано с закрытием впускного клапана / характеристиками распределительного вала, то можно различить причину, связанную с проблемами уплотнения клапана / седла и кольцевым уплотнением, разбрызгивая моторное масло в искру отверстие плунжера в количестве, достаточном для распределения по днищу поршня и окружности контакта верхнего кольца и, таким образом, к упомянутому уплотнению. Если вскоре после этого будет проведено второе испытание на сжатие и новое показание будет намного выше, проблематичным будет кольцевое уплотнение, тогда как, если наблюдаемое испытательное давление на сжатие останется низким, это будет уплотнение клапана (или, реже, прокладка головки, или прорыв поршня, или более редкое повреждение стенки цилиндра).

Если имеется значительная (более 10%) разница между цилиндрами, это может указывать на то, что клапаны или прокладки головки цилиндров протекают, поршневые кольца изношены или что блок треснул.

Если есть подозрение на проблему, то более подробный тест с использованием тестера на утечку может обнаружить утечку.

Двигатели с переменной степенью сжатия (VCR)

Поскольку диаметр отверстия цилиндра, длина хода поршня и объем камеры сгорания почти всегда постоянны, степень сжатия для данного двигателя почти всегда постоянна, до тех пор, пока износ двигателя не берет свое.

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).

Двигатель с циклом Аткинсона был одной из первых попыток переменного сжатия. Поскольку степень сжатия — это соотношение между динамическим и статическим объемами камеры сгорания, метод цикла Аткинсона по увеличению длины рабочего хода по сравнению с тактом впуска в конечном итоге изменил степень сжатия на разных этапах цикла.

Степень динамического сжатия

Расчетная степень сжатия, как указано выше, предполагает, что цилиндр герметизирован в нижней части хода, и что сжатый объем является фактическим объемом.

Однако: закрытие впускного клапана (уплотнение цилиндра) всегда происходит после НМТ, что может привести к тому, что часть всасываемого заряда будет сжиматься назад из цилиндра поднимающимся поршнем на очень низких скоростях; сжимается только процент хода после закрытия впускного клапана.Настройка и продувка впускного отверстия могут позволить большей массе заряда (при давлении выше атмосферного) задерживаться в цилиндре, чем можно было бы предположить по статическому объему (эта «скорректированная» степень сжатия обычно называется «степенью динамического сжатия , »)

Это соотношение выше при более консервативном (т.е. раньше, вскоре после НМТ) времени впускного кулачка и ниже при более радикальном (т.е. позже, намного позже НМТ) времени впускного кулачка, но всегда ниже, чем статическое или «номинальное» сжатие. соотношение.

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 представляет собой политропное значение для отношения переменной теплоты воздуха и подобных газов при имеющихся температурах. Это компенсирует повышение температуры, вызванное сжатием, а также потерю тепла в цилиндре. В идеальных (адиабатических) условиях показатель степени равен 1.1,3 × 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 равной степени. Двигатель с высокой статической степенью сжатия и поздним закрытием впускного клапана будет иметь DCR, аналогичный двигателю с более низкой степенью сжатия, но более ранним закрытием впускного клапана.

Кроме того, давление в цилиндре, развиваемое при работающем двигателе, будет выше, чем показанное при испытании на сжатие, по нескольким причинам.

  • Значительно более высокая скорость поршня при работающем двигателе по сравнению с проворачиванием коленчатого вала позволяет меньше времени для выхода давления через поршневые кольца в картер.
  • Работающий двигатель покрывает стенки цилиндра гораздо большим количеством масла, чем двигатель, который запускается на низких оборотах, что способствует уплотнению.
  • более высокая температура цилиндра создает более высокое давление при работе по сравнению со статическим испытанием, даже испытанием, проводимым с двигателем, температура которого близка к рабочей.
  • Работающий двигатель не прекращает забирать воздух и топливо в цилиндр, когда поршень достигает НМТ; Смесь, которая устремляется в цилиндр во время движения вниз, развивает импульс и продолжается некоторое время после прекращения вакуума (в том же отношении, что быстрое открытие двери создает тягу, которая продолжается после прекращения движения двери). Это называется уборкой мусора. Настройка впуска, конструкция головки блока цилиндров, фазы газораспределения и настройка выпуска определяют, насколько эффективно двигатель выполняет очистку.

Степень сжатия по отношению к общему давлению

Степень сжатия и общая степень сжатия взаимосвязаны следующим образом:

Степень сжатия 2: 1 3: 1 5: 1 10: 1 15: 1 20: 1 25: 1 35: 1
Степень сжатия 2,64: 1 4.66: 1 9,52: 1 25,12: 1 44,31: 1 66.29: 1 90,60: 1 145,11: 1

Причина этой разницы в том, что степень сжатия определяется через уменьшение объема:

,

, а степень сжатия определяется как увеличение давления:

.

При вычислении степени сжатия мы предполагаем, что выполняется адиабатическое сжатие (т.е. что сжимаемый газ не получает тепловую энергию и что любое повышение температуры происходит исключительно из-за сжатия).Мы также предполагаем, что воздух — это идеальный газ. С этими двумя предположениями мы можем определить взаимосвязь между изменением объема и изменением давления следующим образом:

где γ — отношение теплоемкости воздуха (приблизительно 1,4). Значения в таблице выше получены с использованием этой формулы. Обратите внимание, что в действительности соотношение удельных теплоемкостей изменяется с температурой и что будут происходить значительные отклонения от адиабатического поведения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *