Системы изменения степени сжатия двигателя. Степень сжатия двигателя
Что такое степень сжатия
Степень сжатия является величиной, которая характерна для двигателей внутреннего сгорания. Степень сжатия двигателя является отношением полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Другими словами, это отношение объема пространства над поршнем во время его нахождения в НМТ (нижняя мертвая точка) к объему такого же пространства над поршнем при его нахождении в ВМТ (верхняя мертвая точка).
Стоит отметить, что понятие степени сжатия двигателя зачастую ошибочно принимается за показатель компрессии. Компрессия представляет собой максимальный уровень давления в цилиндре, которое создается в результате движения поршня из НМТ в ВМТ. Показатель компрессии принято измерять в атмосферах, тогда как степень сжатия выражается математически в виде определенного отношения. В качестве примера можно указать степень сжатия 11:1.
На самом деле показатель степени сжатия условно является разницей давлений в камере сгорания между моментом подачи топливно-воздушной смеси (или только дизтоплива для дизельных ДВС) в цилиндр и тем моментом, когда происходит воспламенение топливного заряда. Различные двигатели могут иметь разный параметр степени сжатия, что зависит от типа мотора и его конструктивных особенностей. Принято выделять низкую или высокую степень сжатия.
Читайте в этой статье
Увеличение степени сжатия: плюсы и минусы
Любой ДВС в основе имеет принцип воспламенения смеси воздуха и распыленного топлива в камере сгорания. Результатом сгорания смеси становится тепловое расширение газов, которые толкают поршень. Такая энергия толчка от поршня передается на коленчатый вал двигателя посредством работы КШМ, что означает преобразование сгорания топлива в полезную механическую работу.
Чем большим оказывается показатель степени сжатия двигателя, тем сильнее итоговое давление газов на поршень. Увеличение давления будет означать, что за один такт силовая установка способна выполнить больше механической работы. Если проще, то мощность и отдача от двигателей с большей степенью сжатия выше сравнительно с аналогами, которые имеют меньший показатель. Также необходимо добавить, что количество самого подаваемого топлива в моторах с большей степенью сжатия не увеличивается, при этом такой двигатель имеет больший КПД. Бензиновые двигатели могут демонстрировать показатель степени сжатия от 8 до 12. Что касается дизельных моторов и особенностей воспламенения смеси в таких агрегатах, степень сжатия дизеля выше и находится в рамках от 14 до 18 единиц.
Большинство современных моторов легковых автомобилей имеют высокую степень сжатия, так как двигатель становится мощнее и экономичнее. Топливно-воздушная смесь в таких ДВС сгорает более полноценно и равномерно, позволяя улучшить ряд характеристик двигателя во всем диапазоне оборотов. Главной особенностью моторов с высокой степенью сжатия является повышенная требовательность к качеству топлива. Для таких силовых агрегатов обязательно использование дорогих марок бензина с высоким октановым числом и солярки с необходимым цетановым числом. Большинство современных бензиновых ДВС предполагают использование топлива с октановым числом не ниже АИ-95 или АИ-98.
Доработка двигателя: изменение степени сжатия
Среди распространенных решений для форсирования двигателя или езды на более дешевом бензине является самостоятельное изменение объема камеры сгорания. Далее мы рассмотрим, как увеличить или уменьшить степень сжатия своими руками.
Если вы планируете форсировать двигатель, тогда степень сжатия нужно увеличить. Следует помнить, что увеличение закономерно приводит к тому, что детонационный порог будет снижен. Слишком высокая степень сжатия для двигателя будет означать, что устранить детонацию при помощи высокооктанового бензина, настройки УОЗ и других манипуляций не получится.
Стоит добавить, что более ощутимый прирост мощности способен обеспечить такой двигатель, который изначально был рассчитан на меньшую степень сжатия. Другими словами, больше мощности после тюнинга выдаст агрегат, штатно имеющий показатель 9:1 и доработанный до 10:1 сравнительно с мотором, который в стоке имел 12:1 и был форсирован путем увеличения показателя степени сжатия до 13:1.
Для прибавки мощности существуют такие способы:
- доработка ГБЦ и/или установка тонкой прокладки ГБЦ;
- расточка цилиндров и общее увеличение объема ДВС;
Под тюнингом головки блока в этом случае стоит понимать фрезеровку нижней части, которая стыкуется с блоком цилиндров. ГБЦ таким образом укорачивается, что и приводит к уменьшению камеры сгорания двигателя, а также увеличению степени сжатия. Аналогичную задачу преследует и установка более тонкой прокладки ГБЦ.
Необходимо учитывать, что при таком тюнинге существует риск встречи клапанов с поршнем. Перед началом работ необходимы детальные расчеты. В ряде случаев требуется замена поршней на такие, которые имеют увеличенные выемки под клапан. Фазы газораспределения также сбиваются, что потребует их последующей настройки.
Что касается расточки блока цилиндров, данный способ также требует замены поршней. Результатом становится увеличение рабочего объема ДВС и более высокая степень сжатия, так как объем камеры сгорания по отношению к увеличенному объему цилиндра не меняется.
Дефорсирование ДВС
Вполне очевидно, что после понижения степени сжатия двигатель будет дефорсирован. Делается такая доработка в том случае, если мощность двигателя отодвигается на второй план. Уменьшение степени сжатия позволяет эксплуатировать мотор на низкооктановом бензине без риска появления детонации, что и обеспечивает определенную экономию на разнице стоимости горючего.
Необходимо добавить, что подобное решение зачастую применяется на старых карбюраторных автомобилях. Что касается инжекторных авто с электронным блоком управления, в этом случае данный способ доработки настоятельно не рекомендуется.
Для уменьшения степени сжатия двигателя нужно реализовать увеличение высоты прокладки под ГБЦ. Для этого используются две обычные прокладки, между которыми укладывается третья, изготовленная из алюминия. Результатом станет увеличение высоты ГБЦ и объема камеры сгорания, что позволит в итоге перейти на более дешевый бензин.
Читайте также
krutimotor.ru
Разбираемся. Что такое степень сжатия?
Каждый двигатель независимо от объема, типа топлива, мощности и крутящего момента обладает рядом технических характеристик, которые не меняются с течением времени. Например, при износе двигатель развивает меньшую мощность, нежели новый крутящий момент. Кроме того, возрастает и расход топлива. Но есть и другие, такие как диаметр поршня, ход, рабочий объем. Так вот, среди таких величин можно встретить степень сжатия. Это расчетная величина.
Итак, требуется узнать, что же такое степень сжатия. Это соотношение рабочего объема одного цилиндра двигателя к объему камеры сгорания. Поэтому, если автовладелец хочет увеличить степень сжатия, для этого есть два пути: уменьшить вторую (то есть камеру сгорания) либо увеличить первый (то есть объем цилиндра). Второй путь гораздо сложнее, поэтому тюнеры предпочитают производить всяческие операции с головкой блока цилиндров. Это делается путем стачивания плиты, поскольку головка цельнолитая, и способ заполнения тут не подходит. Кроме того, в большинстве двигателей рассчитано распределение горючей смеси по цилиндру, поэтому нарушение внутренней геометрии чревато последствиями.
Степень сжатия двигателя влияет на множество его характеристик в повседневной эксплуатации. Прежде всего, это его крутящий момент, поскольку чем выше давление над поршнем, тем большую энергию он получает в процессе рабочего хода. Как следствие, увеличивается давление на шейку коленчатого вала, а значит, увеличивается и кутящий момент двигателя.
Еще одна характеристика, на которую прямо влияет степень сжатия, – это расход топлива, и зависимость эта обратно пропорциональна, то есть чем больше первая, тем меньше второй. Но не всякое топливо способно быть использованным при высокой степени сжатия. Например, если степень превышает 9,0, то бензин должен быть с октановым числом не ниже 92 (АИ-92). Дело в том, что низкое октановое число бензина говорит о его неустойчивости к детонации, то есть преждевременному воспламенению от давления и температуры.
Степень сжатия дизельного двигателя намного выше, бывает даже в два раза. Она достигает 16, поскольку воспламенение горючей смеси происходит не от искры зажигания, а от давления в камере сгорания. Поршни здесь имеют специальные гильзы в днище, которые служат для направления механизма прямо вниз.
В заключение стоит еще раз напомнить, что такое степень сжатия. Это характеристика двигателя, которая не меняется на протяжении всего времени эксплуатации, поскольку размеры остаются прежними. Многие путают степень сжатия с компрессией в двигателе. Не будем вдаваться в подробности, что такое компрессия, скажем только то, что это давление, которое измеряется с помощью манометра. Наша же степень сжатия может быть только рассчитана. Для того, чтобы сделать это, нужно измерить объем камеры сгорания. Это делается доливанием жидкости из мензурки с делением 1 мл.
fb.ru
Степень сжатия
Понятие «степень сжатия» относится к поршневым двигателям, у которых есть камера сгорания. Под этим термином понимают отношение объема пространства над поршнем в момент, когда он находится в нижней мертвой точке к объему надпоршневого пространства в верхней мертвой точке. Иными словами, это выраженная математически разница в давлении внутри камеры сгорания на момент подачи горючей смеси в цилиндр, и на момент ее воспламенения. Вокруг этого термина очень много недоразумений и мифов. Чтобы понять, что истина, и что ложь, стоит разобраться, почему у разных двигателей этот параметр отличается, и какие преимущества дает низкая или высокая степень сжатия.
Преимущества высокой степени сжатия
Двигатель внутреннего сгорания работает за счет воспламенения смеси воздуха и паров топлива. При воспламенении смесь расширяется и толкает поршень, который вращает коленвал. При большей степени сжатия интенсивность давления на поршень увеличивается, и зак один такт двигатель совершает больше полезной работы.
Отсутствие детонации в дизельных двигателях объясняется просто: в камере сгорания сначала сжимается чистый воздух, а топливо впрыскивается позже
При этом подразумевается, что количество бензина в топливо-воздушной смеси остается неизменным, и за счет большего количества воздуха оно сгорает с более высоким КПД.
На современном этапе конструирования легковых автомобилей применение двигателей с низкой степенью сжатия практически прекратилось. Несмотря на то, что в них допустимо использовать низкооктановый и недорогой бензин А-80, их популярность равна нулю. Дело в том, что современные потребители стремятся приобретать автомобили с большим количеством "лошадей под капотом", а с двигателей, рассчитанных на низкооктановый бензин (например, двигателя УАЗ 469, (который, правда, с измененной степенью сжатия и рядом модернизаций устанавливается в УАЗ Hunter), снять большую мощность невозможно по конструктивным причинам.
Можно ли изменить степень сжатия?
Увеличить степень сжатия можно, уменьшив объем камеры сгорания, но при модернизации уже имеющегося двигателя инженерам приходится постоянно искать компромисс между эффективностью и безопасностью. Дело в том, что, увеличение степени сжатия ведет к понижению детонационного порога. Если увеличить степень сжатия слишком сильно, можно столкнуться с тем, что имеющимися средствами предотвратить возникновение детонации не получится. Иными словами, порой разработать (или поставить от другого, более мощного автомобиля) новый двигатель легче, чем модернизировать старый.
Для современных двигателей характерна высокая степен сжатия. В подавляющем большинстве случаев в них используется бензин с октановым числом не ниже 95 или даже 98
Один из вариантов изменения степени сжатия, доступный частным тюнерам – фрезеровка головки блока цилиндров. После "укорачивания" ГБЦ объем камеры сгорания уменьшается. Степень сжатия в этом случае увеличится. Есть и обратная сторона такой манипуляции (кстати, официально ее называют форсированием) уменьшится общий объем горючей смеси, сгорающей в цилиндре за один цикл.
Степень сжатия или компрессия?
Степень сжатия часто путают с понятием «компрессия». Это не одно и то же. Компрессией называют максимальное давление в цилиндре при движении поршня от нижней мертвой точки к верхней. Компрессия измеряется в атмосферах, а степень сжатия имеет вид математического отношения, например, 10:1 (десять к одному).
Преждевременное воспламенение и детонация
Смесь, поступающая в камеру сгорания, должна не взрываться, а гореть, причем, равномерно, и на протяжении всего отрезка времени, пока поршень движется вниз. При этом условии энергия расходуется максимально эффективно, а детали поршневой группы изнашиваются равномерно и не перегреваются. Сложность заключается в том, что скорость горения смеси обычно гораздо быстрее скорости движения поршня.
В связи с этим и возникает основная проблема, встающая на пути тех, кто задался целью увеличить степень сжатия. При увеличении давления смесь самопроизвольно возгорается. Это явление называется преждевременным воспламенением. Более того, возгорание смеси происходит, когда поршень еще только завершает фазу сжатия. В этом случае энергия сгорающего топлива создает дополнительное сопротивление и растрачивается на выполнение бесполезного действия.
Вторая проблема: выделение чрезмерного количества энергии. Проще говоря – взрыв. Явление это в теории двигателестроения называется детонацей и имеет крайне негативные последствия.
Таким образом, увеличение степени сжатия может сыграть с владельцем двигателя злую шутку. Чтобы избежать неприятных последствий, стоит ознакомиться с таким понятием, как октановое число.
Что такое октановое число и на что оно влияет?
Бензин, который используется для работы ДВС, отличается стойкостью к детонации и самовоспламенению. Для обозначения уровня этой стойкости вводится понятие «октановое число».
Детонация возникает только в камере сгорания бензинового двигателя. Сжигание дизельного топлива требует большей степени сжатия, и воспламеняется оно "само собой" разогреваясь под воздействием давления и соприкасаясь с раскаленными металлическими деталями. Казалось бы, все условия для возникновения созданы, но благодаря некоторым особенностям дизельного двигателя он полностью защищен от этого вредного явления.
Важный факт – октановое число бензина не влияет на количество энергии, которое выделяет топливо при сгорании. Иными словами, думать, что заливая в двигатель бензин с более высоким октановым числом, вы повышаете его мощность, ошибочно. Все очень просто: при высоком значении степени сжатия необходимо использовать топливо с большим октановым числом.
Последствия использования топлива с несоответствующим октановым числом
Стоит обратить внимание, что при несоответствии используемого топлива требованиям завода-изготовителя, могут возникнуть следующие проблемы:
- При использовании топлива с большим октановым числом возможно прогорание выпускных клапанов. Происходит это потому, что бензин с большим октановым числом горит с меньшей температурой и медленнее. Соответственно, при его использовании, на фазе выпуска вместо отработанных газов через выпускные клапана вылетает горящая смесь.
- При использовании топлива с высоким октановым числом на свечах возможно образование нагара. Причины все те же: скорость горения может не совпадать с циклами хода поршня.
- При использовании топлива с низким октановым числом блок управления двигателем (или октан-корректор распределителя) не сможет установить угол опережения зажигания, исключающий детонацию.
Альтернативный способ изменения степени сжатия
В современной практике разработки двигателей активно применяется альтернативный способ динамического изменения степени сжатия – установка турбонагнетателя. Он помогает увеличить давление в камере сгорания, не изменяя при этом ее физического объема. Принцип работы нагнетателя заключается в том, что в камеру сгорания под давлением поступает больше воздуха за единицу времени.
Турбина с изменяемой геометриейВ результате степень сжатия меняется постоянно, реагируя на увеличение и уменьшение нагрузки на двигатель. Этот процесс происходит под контролем электроники, которая оперативно изменяет условия воспламенения топливо-воздушной смеси. В результате всех перечисленных выше негативных факторов, связанных с изменением давления в камере сгорания, удается избежать.
В Объединенных Арабских Эмиратах крайней популярностью пользуются гонки на дизельных внедорожниках. Для увеличения степени сжатия и мощности используются турбины максимальной производительности
Поклонники тюнинга восприняли применение турбонагнетателей как более гибкий и управляемый способ увеличения мощности двигателя. Можно сказать, что приобретение турбо-кита (набора деталей, предназначенных для установки турбонаддува на конкретный двигатель), гораздо более распространена по сравнению с форсированием. Нагнетатели разных типов успешно используются и при необходимости увеличить эффективность работы дизельного двигателя.
blamper.ru
Системы изменения степени сжатия двигателя
Степень сжатия двигателя внутреннего сгорания тесно связана с к.п.д. В бензиновых двигателях степень сжатия ограничивается областью детонационного сгорания. Эти ограничения имеют особое значение для работы двигателя на полных нагрузках, в то время как на частичных нагрузках высокая степень сжатия не вызывает опасности детонации. Для увеличения мощности двигателя и повышения экономичности желательно снижать степень сжатия, однако если степень сжатия будет малой для всех диапазонов работы двигателя, это приведет к снижению мощности и увеличению расхода топлива на частичных нагрузках. При этом значения степени сжатия, как правило, выбираются намного ниже тех величин, при которых достигаются наиболее экономичные показатели работы двигателей. Заведомо ухудшая экономичность двигателей, это особенно сильно проявляется при работе на частичных нагрузках. Между тем, снижение наполнения цилиндров горючей смесью, увеличение относительного количества остаточных газов, уменьшение температуры деталей и т.п. создают возможности для повышения степени сжатия при частичных нагрузках с целью повышения экономичности двигателя и увеличения его мощности. Чтобы решить такую компромиссную задачу, разрабатываются варианты двигателей с изменяющейся степенью сжатия.
Повсеместное применение в конструкциях двигателей систем наддува сделало направление этой работы еще более актуальным. Дело в том, что при наддуве значительно увеличиваются механические и тепловые нагрузки на детали двигателя, в связи с чем их приходится усиливать, повышая массу всего двигателя в целом. При этом, как правило, срок службы деталей, работающих при более нагруженном режиме, сокращается, а надежность двигателя снижается. В случае перехода на переменную степень сжатия рабочий процесс в двигателе при наддуве можно организовать так, что за счет соответствующего снижения степени сжатия при любых давлениях наддува максимальные давления рабочего цикла (т.е. эффективность работы) будут оставаться неизменными или будут изменяться незначительно. При этом, несмотря на увеличение полезной работы за цикл, а, следовательно, и мощности двигателя, максимальные нагрузки на его детали могут не увеличиваться, что позволяет форсировать двигатели без внедрения изменений в их конструкцию.
Очень существенным для нормального протекания процесса сгорания в двигателе с изменяющейся степенью сжатия является правильный выбор формы камеры сгорания, обеспечивающей наиболее короткий путь распространения пламени. Изменение фронта распространения пламени должно быть очень оперативным, чтобы учитывать различные режимы работы двигателя при эксплуатации автомобиля. Учитывая применение дополнительных деталей в кривошипно-шатунном механизме, необходимо также разрабатывать системы с малым коэффициентом трения, чтобы не потерять преимуществ при применении изменяющейся степени сжатия.
Один из наиболее распространенных вариантов двигателя с изменяющейся степенью сжатия показан на рисунке.
Рис. Схема двигателя с изменяющейся степенью сжатия:1 – шатун; 2 – поршень; 3 – эксцентриковый вал; 4 — дополнительный шатун; 5 – шатунная шейка коленчатого вала; 6 – коромысло
На частичных нагрузках дополнительный шатун 4 занимает крайнее нижнее положение и поднимает зону рабочего хода поршня. Степень сжатия при этом максимальна. При высоких нагрузках эксцентрик на валу 3 поднимает ось верхней головки дополнительного шатуна 4. При этом увеличивается надпоршневой зазор и уменьшается степень сжатия.
В 2000 году в Женеве был представлен экспериментальный бензиновый двигатель фирмы SAAB с изменяемой степенью сжатия. Его уникальные особенности позволяют достигать мощности в 225 л.с. при рабочем объеме в 1,6 л. и сохранять расход топлива сравнимого с вдвое меньшим двигателем. Возможность бесшагового изменения рабочего объема позволяет двигателю работать на бензине, дизельном топливе или на спирте.
Цилиндры двигателя и головка блока выполнены как моноблок, т. е. единым блоком, а не раздельно как у обычных двигателей. Отдельный блок представляет собой также блок-картер и шатунно-поршневая группа. Моноблок может перемещаться в блок-картере. Левая сторона моноблока при этом опирается на расположенную в блоке ось 1, служащую шарниром, правая сторона может приподниматься или опускаться при помощи шатуна 3 управляемого эксцентриковым валом 4. Для герметизации моноблока и блок-картера предусмотрен гофрированный резиновый чехол 2.
Рис. Двигатель с изменяющейся степенью сжатия SAAB:1 – ось; 2 – резиновый чехол; 3 – шатун; 4 – эксцентриковый вал.
Степень сжатия изменяется при наклоне моноблока относительно блок-картера посредством гидропривода при неизменном ходе поршня. Отклонение моноблока от вертикали приводит к увеличению объема камеры сгорания, что вызывает снижение степени сжатия.
При уменьшении угла наклона степень сжатия повышается. Максимальная величина отклонения моноблока от вертикальной оси – 4%.
На минимальной частоте вращения коленчатого вал и сбросе подачи топлива, а также при малых нагрузках, моноблок занимает самое нижнее положение, в котором объем камеры сгорания минимален (степень сжатия – 14). Система наддува отключается, и воздух поступает в двигатель напрямую.
Под нагрузкой, за счет поворота эксцентрикового вала, шатун отклоняет моноблок в сторону, и объем камеры сгорания увеличивается (степень сжатия – 8). При этом сцепление подключает нагнетатель, и воздух начинает поступать в двигатель под избыточным давлением.
Рис. Изменение подачи воздуха в двигатель SAAB при различных режимах:1 – дроссельная заслонка; 2 – перепускной клапан; 3 – сцепление; а – на малой частоте вращения коленчатого вала; б – на нагрузочных режимах
Оптимальная степень сжатия рассчитывается блоком управления электронной системы с учетом частоты вращения коленчатого вала, степени нагрузки, вида топлива и др. параметров.
В связи с необходимостью быстрого реагирования на изменение степени сжатия в данном двигателе пришлось отказаться от турбокомпрессора в пользу механического наддува с промежуточным охлаждением воздуха с максимальным давлением наддува 2,8 кгс/см2.
Расход топлива для разработанного двигателя на 30% меньше, чем у обычного двигателя такого же объема, а показатели по токсичности отработавших газов соответствуют действующим нормам.
Французская фирма МСЕ-5 Development, разработала для концерна «Пежо-Ситроен», двигатель с изменяемой степенью сжатия VCR (Variable Compression Ratio). В этом решении применена оригинальная кинематика кривошипно-шатунного механизма.
В данной конструкции передача движения от шатуна на поршни осуществляется через двойной зубчатый сектор 5. С правой стороны двигателя расположена опорная зубчатая рейка 7, на которую опирается сектор 5. Такое зацепление обеспечивает строго возвратно-поступательное движение поршня цилиндра, который соединен с зубчатой рейкой 4. Рейка 7 соединена с поршнем 6 управляющего гидроцилиндра.
В зависимости от режима работы двигателя по сигналу блока управления двигателем изменяется положение поршня 6 управляющего цилиндра, связанного с рейкой 7. Смещение рейки управления 7 вверх или вниз изменяет положение ВМТ и НМТ поршня двигателя, а вместе с ними и степени сжатия от 7:1 до 20:1 за 0,1 с. В случае необходимости имеется возможность изменения степени сжатия для каждого цилиндра в отдельности.
Рис. Двигатель с изменяемой степенью сжатия VCR:1 – коленчатый вал; 2 – шатун; 3 – зубчатый опорный ролик; 4 – зубчатая рейка поршня; 5 – зубчатый сектор; 6 – поршень управляющего цилиндра; 7 – опорная зубчатая рейка управления.
ustroistvo-avtomobilya.ru
Степень сжатия двигателя: основные понятия
Всем привет! Что такое объем двигателя, знает, пожалуй, каждый! Но есть и другие параметры, которые влияют на его работу и отражаются на его характеристиках. Автомобиль «питается» топливом, а взамен выдает нам полезную энергию, которая необходима для его передвижения. Что за параметр такой — степень сжатия? На что она влияет и как рассчитывается, предлагаю рассмотреть сегодня в блоге.
Основные понятия и различия между ними
Во время диагностики мотора в первую очередь измеряют компрессию в цилиндрах. Уже на основании полученных данных делают выводы о «состоянии здоровья» движка. То, что у нас принято называть термином «компрессия» по своей сути представляет собой давление, создаваемое в цилиндре в момент, когда поршень размещается на отметке ВМТ, в конце такта сжатия. Подача топлива не должна осуществляться при выполнении замеров для дизельных моторов, а для бензиновых — замеряется при выключенном зажигании.
Многие у нас отождествляют понятие компрессии со степенью сжатия, но это совершенно разные показатели. Давление внутри цилиндра — это компрессия, а степень сжимания смеси более широкий параметр, который включает в себя полный объем цилиндра по отношению к объему камеры сгорания. Для тех, кто не знает, камера сгорания представляет собой пространство, которое остается над поршнем при том, когда он находится в точке ВМТ (мы разбирали это в статье про гидроудар).
На что это влияет
Топливо сгорает по всему объему цилиндра. Показатель сжимания рабочей смеси не зависит от компрессии. А вот последняя связана с ним, а еще с целым рядом факторов: температурой, давлением в исходной точке движения поршня, регулировкой газораспределительных фаз. Итак, чтобы подытожить, можно сказать, что компрессией является то максимальное давление, которое будет измерено в цилиндре при неработающем двигателе и полностью перекрытой подаче топлива.
Главное влияние, которое оказывают эти параметры на работу мотора, это его пусковые качества, особенно при низких зимних температурах. Наиболее чувствительны дизеля — от температуры сжатия и давления будет зависеть тот факт, запустится движок либо нет. Однако восприимчивы и бензиновые ДВС. В остывшем состоянии они чувствительны к показателю компрессии. Если он ниже нормы, то увеличивается давление картерных газов, что приводит к попаданию масляных паров во впускную систему.
Это повышает загрязненность камер сгорания вместе с содержанием токсичных частиц в отработанных газах. Мы часто можем понять, что топливо сжимается в цилиндрах не так, как ему следовало бы по вибрации мотора, в особенности на малых оборотах и при работе «на холостых». Это небезопасный момент, как для подвески агрегата, так и для отдельных узлов трансмиссии.
Есть ли связь между степенью сжимания и мощностными качествами автомобиля? Другими словами, можно ли, улучшив один параметр, добиться увеличения другого, что бывает настолько востребовано в кругу автолюбителей. Увеличив степень сжатия, мы повышаем в цилиндре давление. Благодаря этому изменяется и детонация, а датчик автоматически отодвигает назад угол зажигания. Это приводит к падению мощностных показателей. Одновременно вырастают выпускные температур, которые грозят сжечь поршни и клапана.
Октановое число и высокая компрессия
Еще один вопрос, который беспокоит читателей, как сопоставимы между собой октановое число и степень сжимания горючей смеси в цилиндрах? Все просто: заправлять нужно тот бензин, который рекомендован производителем. Существуют нюансы у двигателей-атмосферников:
- степень сжатия 12 и более — бензин АИ-98;
- сжатие 10–12 — ОЧ должно быть не ниже АИ-95;
- меньше или равно 10 — АИ-92;
- для турбированных двигателей — АИ-95 или выше.
О том, можно ли смешивать 92 и 95 бензин, а самое главное чем это обернется, читайте тут.
Чтобы приблизительно посчитать компрессию, следует умножить степень сжатия на коэффициент 1,4. Чем опасно заправляться топливом с октановым числом меньше нормативного? Возрастают детонационные нагрузки, которые укорачивают эксплуатационный ресурс мотора. Топливо не до конца сгорает, повышается расход, и о какой-либо экономии уже речь не идет.
Если же ОЧ будет выше рекомендованного производителем двигателя, то это обеспечит более длительное прогорание бензина с большим выделением тепла. Получится, что скорость его горения меньше расчетной величины. Во время выпускного такта вместе с отработанными газами будет выбрасываться не до конца прогоревшая рабочая смесь. Это приводит к перегреву ряда деталей мотора и выпускной системы, а также увеличенному расходованию масла. Если же в нем отсутствует оборудование для автоматической корректировки угла зажигания, то высокооктановое горючее загрязнит свечи. Произойдет падение мощности из-за более позднего зажигания. Одним словом, силовой агрегат во всех этих случаях будет ускоренно изнашиваться.
Сегодня мы старались вывести определение степени сжатия и компрессии силового агрегата, на что влияет и от чего зависит такой показатель. Буду благодарен, если Вы поделитесь данной статьей со своими друзьями в социальных сетях со ссылкой на ее автора. Ну а в целом, читайте нас в новых выпусках. На сегодня все. Хорошей компрессии Вашим моторам!
С уважением, автор блога Андрей Кульпанов
Место для контестной рекламы
Автор:Андрей
avto-kul.ru
Степень сжатия двигателя - подробное пояснение характеристики
Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называетсястепенью сжатия - Е.
(Степень сжатия двигателя Lada Niva 4x4 - 9.3. (см. здесь) )Всё коротко и ясно. Но вот достаточно ли? Конструкция силовой установки - это только способ или система, которая тепловую энергию сгоревшего топлива превращает в механическую энергию вращающихся частей двигателя. Понятия "сжатие”, "расширение", "рабочее тело" обязывают ещё рассматривать физико-химические процессы, происходящие в цилиндрах двигателя. А эти процессы невозможны без температуры, которая, в свою очередь, задаётся степенью сжатия. Эффективность использования расширяющихся газов зависит от степени расширения. И вот, при рассмотрении этих процессов в самом общем виде можно и нужно кое-что уяснить. Всё по порядку.
Степень сжатия является одной из характеристик двигателя. Она показывает, во сколько раз уменьшается объем рабочей смеси или воздуха при перемещении поршня из НМТ в ВМТ. По этой характеристике можно определить вид топлива, применяемый в двигателе; устаревшая модель двигателя или совершенная; это дизельный двигатель с раздельными камерами сгорания или дизельный двигатель с непосредственным впрыском.
Повышение степени сжатия позволяет увеличить мощность двигателя и улучшить его экономичность. Возможность увеличения степени сжатия определяется главным образом свойствами топлив, токсичностью отработанных газов и нагрузкой на детали двигателя; для бензиновых автомобильных двигателей Е= 6,5 -14, а для дизеля Е = 15-24.
В дизельных двигателях с увеличением степени сжатия Е повышаются температура и давление воздуха в момент начала впрыска. В результате этого задержки воспламенения уменьшаются, снижается скорость нарастания давления, и работа двигателя становится более мягкой. Однако при больших Е (вследствие более высоких давлений в цилиндре) необходимо увеличивать массу деталей кривошипно-шатунного механизма для повышения прочности. Это приводит к возрастанию механических потерь. Нужно помнить о том, что в результате сгорания топливовоздушной смеси объём цилиндра заполняется смесью азота, углекислого газа и водяных паров, и что при высокой температуре (свыше 2000°С) в камере сгорания происходит диссоциация воды на водород и кислород, а углекислого газа - на окись углерода и кислород. На это затрачивается значительное количество теплоты - рост температуры рабочего тела тормозится.
Увеличение степени сжатия в бензиновых двигателях ограничено в связи с возможностью возникновения детонации. Детонационное сгорание, продолжающееся некоторое время, может привести к повреждению двигателя.
Степень сжатия - характеристика двигателя, заданная конструктором. Проверять её нет необходимости, и только при ремонте двигателя нужно строго выполнять технические условия сборки конкретного двигателя.
Является ли степень сжатия величиной постоянной? Или степень сжатия - величина переменная?
Если допустить, что степень сжатия - величина постоянная, то мы получим две другие постоянные величины - температуру и давление. Но такого произойти не может. Нельзя рассматривать работу двигателя, принимая во внимание только его конструкцию.
Для того чтобы появились температура и давление, нужно что-то сжимать (степень сжатия). Это что-то -воздух или топливовоздушная смесь (рабочее тело).
Нагрузка двигателя регулируется путём дросселирования воздуха, что является непременным условием сохранения примерно постоянного состава топливовоздушной смеси в бензиновом двигателе. В дизельном двигателе нагрузка регулируется изменением количества топлива, подаваемого в камеру сгорания.
Другими словами, мы управляем мощностью двигателя путём изменения количества рабочего тела в его цилиндрах.
На современных автомобилях применяются электронные системы управления, способные быстро и точно рассчитать состав и количество рабочего тела, своевременно и в нужном количестве подать его в цилиндры двигателя с учётом многих факторов, влияющих на работу силовой установки в целом.
Вспомним некоторые режимы работы двигателя - холостой ход, частичная нагрузка и максимальная нагрузка. Для каждого из этих режимов работы двигателя необходимо определённое количество рабочего тела в соответствии с положением педали подачи топлива.
Для режима холостого хода необходимо минимальное количество рабочего тела, для режима максимальной нагрузки - максимальное.
Если заполнить максимальным количеством рабочего тела объём между поршнем, находящимся в НМТ, и головкой блока (максимальная нагрузка), а затем переместить поршень в ВМТ, то рабочее тело сожмётся до какой-то плотности. После проведённых расчётов мы получим реальную степень сжатия рабочего тела. Эта реальная степень сжатия не может быть выше (для атмосферных двигателей) степени сжатия, предусмотренной при конструировании конкретного двигателя.
Это обусловлено рядом факторов, влияющих на количество свежего заряда, поступившего в цилиндр двигателя, - гидравлического сопротивления впускной системы, наличие в цилиндре остаточных газов, подогревом заряда от стенок впускной системы и пр.
Если частично заполнить рабочим телом тот же объём между поршнем, находящимся в НМТ, и головкой блока (холостой ход), а затем переместить поршень в ВМТ, то рабочее тело сожмётся до меньшей плотности. После проведённых расчётов мы получим реальную степень сжатия рабочего тела для режима холостого хода. Проводя подобные расчёты для каждого положения педали подачи топлива, мы можем рассчитать реальную степень сжатия в цилиндрах в каждый из моментов работы двигателя.
Верхний предел степени сжатия ограничен конструктивными особенностями двигателя (прочностью), свойствами топлива и т.д.
Нижний предел степени сжатия ограничен способностью топлива к воспламенению. На изменение реальной степени сжатия, в основном, влияет "насосная" характеристика цилиндров (исправная цилиндропоршневая группа -больше рабочего тела, неисправная - меньше).
Реальную степень сжатия рассчитывать не надо. Достаточно иметь возможность проверить компрессию в цилиндрах двигателя, сравнить результаты измерения с техническими данными производителя конкретного двигателя. Также необходимо проверить герметичность (производитель указывает допустимые нормы потерь - некоторые называют это проверкой на "утечки") камеры сгорания цилиндра. Если полученные данные соответствуют характеристикам, указанным производителем этого двигателя, то с реальной степенью сжатия все в порядке.
Чем выше давление (компрессия) в цилиндрах двигателя и лучше герметичность камеры сгорания -тем выше реальная степень сжатия, температура рабочего тела, и тем лучше условия для воспламенения топлива.
Любая электронная система управления двигателем учитывает изменение реальной степени сжатия и реагирует на её изменение путём своевременной коррекции состава топливовоздушной смеси и изменением времени подвода тепла.
Для двигателей с различными системами наддува количество рабочего тела в его цилиндрах будет большим, и реальная степень сжатия, соответственно, выше. Большими являются при этом температурные и механические нагрузки. Двигатели с системами наддува отличаются от атмосферных двигателей большей мощностью и конструктивно.
На рисунке 1 (а) показано поле реальных степеней сжатия, полученное путём измерения давлений конца сжатия в бензиновом двигателе с геометрической степенью сжатия Е = 8,5. Верхняя граничная кривая показывает реальную степень сжатия при полностью открытой дроссельной заслонке в зависимости от частоты вращения двигателя п. Ниже этой кривой показано всё поле реальных степеней сжатия при различных открытиях дроссельной заслонки.
На рисунке 1(6) показано поле реальных степеней сжатия двигателя с геометрической степенью сжатия Е = 12,5
Реальная степень сжатия зависит от технического состояния цилиндров двигателя, а также устройств, призванных изменять в этих цилиндрах количество рабочего тела (различные системы наддува).
С геометрической степенью сжатия всё понятно. С реальной степенью сжатия, я надеюсь, тоже всё будет в порядке. Во всяком случае, я старался.
На этом можно было бы и заканчивать, но есть ещё кое-что. На это "кое-что" мы иногда не обращаем внимание. Точнее, мы знаем об особенностях газообмена, но забываем о них, когда речь идёт об определении "степень сжатия".
Рис. 2. Индикаторная диаграмма четырёхтактного дизельного двигателя без наддува в координатах Р - V: а) - цикл; б) - процесс газообмена
Если внимательно посмотреть на индикаторную диаграмму (рис. 2) четырёхтактного дизельного двигателя без наддува (да и бензинового тоже), то мы увидим, что при впуске впускной клапан закрывается после того, как поршень уже начал движение от НМТ к ВМТ и даже прошёл какое-то расстояние (точка 2). То есть процесс сжатия начался несколько позже. Нечто подобное происходит и в такте расширения - выпускной клапан открывается раньше, чем поршень дошел до НМТ (точка 4).
То есть фактически степени сжатия и расширения отличаются от заданных по характеристике параметров (отношение объёмов двух геометрических фигур). И у нас есть основание назвать такие степени сжатия и расширения фактическими. А степени сжатия и расширения, соответствующие характеристике рассматриваемого двигателя - геометрическими.
Поршневой двигатель с простым кривошипношатунным механизмом имеет равные между собой геометрические степень сжатия и степень расширения.
На протяжении длительного времени (практически с момента появления двигателя внутреннего сгорания) создатели двигателей стремились максимально использовать давление расширяющихся газов. С этой целью создавались сложные системы кривошипов, способные повысить степень расширения. Но такие двигатели имели низкий механический КПД и были неработоспособны при высоких частотах вращения.
Различных степеней сжатия и расширения можно частично добиться регулированием моментов открытия и закрытия клапанов.
Для диагностов очень важно, на мой взгляд, понимание того, что сказано выше. Проблема диагностирования и ремонта двигателей с изменяемыми фазами газораспределения не рассматривалась нами на Слётах диагностов. Это говорит о том, что существующую проблему пока ещё не решали. А может быть это только моя проблема?
Мне кажется, в самый раз сейчас вспомнить пятитактный цикл Аткинсона/Мил-лера. Представьте себе двигатель, у которого геометрическая степень сжатия - 13 (для двигателя ОТТО это достаточно высокая степень сжатия), объём - 1.51, впускной клапан которого закрывается не 36 градусов после НМТ по углу поворота коленчатого вала, а 81 градус. Естественно, часть рабочего тела будет вытеснена во впускной коллектор. Вот вам и пятый цикл - вытеснение. Если допустить, что вытеснено 20% рабочего тела, то фактическая степень сжатия этого двигателя будет 10,6. Рабочий объём такого двигателя, если брать во внимание только фактическую степень сжатия, будет близок к двигателю объёмом 1.21. А фактическая степень расширения будет соответствовать нашему двигателю объёмом 1.51. Расход топлива, экологические показатели, мощность, крутящий момент... Интересно? Мне тоже интересно. Но это не тема сегодняшнего разговора.
Я взял этот пример из Интернета и не ручаюсь за точность всех данных, но он наглядно показывает суть цикла.
По циклу Аткинсона/Миллера на сегодняшний день работают двигатели TOYOTA Prius, 1,51 1NZ-FXE, 2,26l FORD Escap Hibrid.
Таким образом, необходимо различать:
А. Степень сжатия как одна из технических характеристик двигателя (геометрическая), она неизменна.
B. Степень сжатия фактическая - также является технической характеристикой двигателя, характеризуется фазами газораспределения, она неизменна.
В двигателях с регулируемыми фазами газораспределения степени сжатия и расширения также являются характеристикой двигателя, и их следует считать фактическими.
C. Степень сжатия реальная, меняющаяся в зависимости от:
- количества поступившего в цилиндры двигателя рабочего тела;
- частоты вращения коленчатого вала;
- технического состояния цилиндропоршневой группы двигателя и т.д.
Владимир БелоносовАвтоМастер
lada-niva.ru
Что такое степень сжатия? | Автоблог
Один из популярных вопросов, которые задают мне начинающие водители – что такое степень сжатия двигателя? Многие про нее слышали, например — в автосервисе, когда пригоняют автомобиль на ремонт, но не многие знают, что это такое и на что вообще она влияет! Сегодня я хочу вам рассказать про этот параметр и как можно проще (простыми словами) …
Что такое степень сжатия двигателя
Для начала хочется сказать, что многие путают или сравнивают «степень сжатия» и «компрессию» – это в корне не верно! По сути это два различных параметра двигателя, хотя и работают, что говорится «бок о бок». Про компрессию двигателя будет отдельная статья, не менее интересная. Итак, разобрались! Теперь собственно про саму характеристику, «сухое» определение
Степень сжатия двигателя – это соотношение общего объема одного цилиндра двигателя к объему камеры сгорания этого же цилиндра. Измеряется в килограммах на квадратный сантиметр.
Теперь давайте разбираться, что это такое, простым человечным языком.
Итак, соотношение общего объема цилиндра – означает общая вместимость цилиндра в нижней мертвой точке поршня (когда поршень находится внизу). В поршень поступает воздушно-топливная смесь (когда поршень внизу) и полностью заполняет цилиндр. Для простого примера у двигателя ВАЗ объем двигателя 1500 куб.см, если разделить на 4 поршня получается – 1500/4=375 куб.см. Именно это общий объем одного цилиндра.
Объем камеры сгорания – это уже не общий объем, а объем камеры сгорания, когда поршень в цилиндре находится в верхней точке, в этом положении он максимально сжимает топливо (простыми словами поршень находится вверху). А этот объем уже намного меньше общего объема цилиндра, например у того же ВАЗ объем камеры сгорания равен всего 37 куб.см
Далее для того, чтобы вычислить степень сжатия двигателя — просто делим общий объем поршня (для ВАЗ – 375 куб.см), на объем камеры сгорания (для ВАЗ примерно – 37 куб.см), получается – 375/37 = 10,13 кг/см2, если округлить то примерно «10 кг/см2»
Схема сжатия топлива
Именно это значение и называется степень сжатия двигателя! Еще раз — общий объем поршня на объем камеры сгорания.
Этот термин применяется для всех двигателей внутреннего сгорания, и характеризует техническую составляющую двигателя, то есть его возможность по сжатию топливной смеси.
Опять же ребята не путать с КОМПРЕССИЕЙ, это совсем другая история!
Немного про дизельные двигатели
У дизельных двигателей степень сжатия намного больше, обычно она колеблется от 18 до 22 кг/см2. Причем у дизельных двигателей нет свечей зажигания (как у обычных бензиновых), там воспламенение происходит благодаря давлению – то есть при таком давлении, топливо само по себе воспламеняется.
Про КПД и степень сжатия
Понятно что, чем больше степень сжатия, тем меньше требуется топлива и тем больше процент КПД двигателя. Однако у бензиновых двигателей не так просто повысить степень сжатия (в конструкции), потому как бензин может воспламениться при более низких показания сжатия (например уже при 14 – 15 кг/см2), хотя работы над этим ведутся. Так например MAZDA не давно выпустила двигатель SKYACTIV, у него степень сжатия равняется 13 кг/см2, что дает большую экономию топлива и мощность при таком же объеме двигателя.
Наверное, на этом буду заканчивать, пусть эта информация уложится у вас в голове. Скоро читайте статью про компрессию двигателя.
avto-blogger.ru
