Содержание
Компрессия и степень сжатия двигателя автомобиля
Кто изучает устройство автомобиля, встречает непонятные термины из области работы двигателя. Расскажем что такое компрессия и степень сжатия мотора, их определения. Рассмотрим работу мотора с изменяемой степенью сжатия.
Что такое степень сжатия
Это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. На бензиновом моторе, в зависимости от конкретной задачи, степень сжатия может серьезно варьироваться, достигая величин в 8 до 12. На дизельных двигателях из-за их конструктивных особенностей она намного больше и оставляет от 14 до 18 единиц.
Для бензиновых двигателей авто, чем выше степень сжатия — тем выше удельная мощность. Но если её сильно увеличить, то может снизится ресурс и возрастает риск проблем с мотором при заправке некачественным топливом.
Что такое компрессия двигателя
Это максимальное давление воздуха в камере сгорания в конце такта сжатия.
Компрессия это давление в цилиндре. Поэтому она зависит от степени сжатия (величина давления в меньшем объеме всегда будет больше, т.е. при увеличении степень сжатия компрессия растет). По величине компрессии можно предварительно судить о состоянии двигателя. При этом важно правильно провести процедуру замера компрессии.
При снижении уровня компрессии необходимо выяснить причину. Это могут быть поршневые кольца или проблемы в клапанном механизме, выяснить это можно так. В проблемные цилиндры с помощью шприца вводят 15-20 грамм моторного масла. Процедуру замера повторяют. Если показания манометра выросли — причина падения в поршневых кольцах, если остались на прежнем уровне — в клапанах.
Двигатели с изменяемой степенью сжатия
Японские производители авто улучшили эффективность традиционного двигателя за счет поднятия степени сжатия до 14:1, что ранее было просто невозможно. Они заявляют, что с данной степенью сжатия могут работать, как бензиновый, так и дизельный двигатели, причем на обычном 95-ом бензине.
Как это возможно?
Один из недостатков бензиновых моторов с искровым зажиганием — относительно невысокая степень сжатия. Если ее поднять с нынешних 10:1 до 12,5:1, то эффективность использования теплоты сгоревшего топлива возрастет процентов на шесть. Но чем сильнее сжимаем поршнем воздух с парами бензина, тем выше риск взрывного неконтролируемого самовоспламенения смеси — это детонация, страшный враг двигателя автомобиля: ударные нагрузки, перегрев, разрушение поршней и колец.
Не зря степень сжатия бензиновых агрегатов редко поднимается выше 11:1.
На самом деле все дело в снижении средней температуры цикла. Чем «холоднее» горючая смесь в камере сгорания, тем сильнее ее можно сжать без риска возникновения детонации. Думаете, японцы решили охлаждать всасываемый воздух? Нет, они занялись системой выпуска.
Этот прием давно известен по гоночным моторам — «настроенные» выпускные каналы по схеме 4-2-1, в которых порции выхлопных газов из всех четырех цилиндров не «толкаются» друг с другом, а строго поочередно вылетают в атмосферу.
При чем здесь температура цикла? «Настроенный» выпуск за счет газодинамического наддува улучшает продувку цилиндров — в них остается меньше горячих отработавших газов, которые неизбежно подмешиваются к свежему воздуху на такте впуска и поднимают температуру в конце такта сжатия.
Как уверяют, если долю выхлопа снизить с обычных 8% до 4%, то степень сжатия можно безболезненно поднять на три единицы. А за счет охлаждения воздуха при распыле бензина прямо в цилиндр — сжатие можно увеличить еще на единичку.
Чтобы реализовать продвинутый газообмен, пришлось раскошелиться на фазовращатели на обоих распредвалах — и впускном, и выпускном. А вдобавок с помощью компьютерного моделирования придумать еще кучу всяких ухищрений. К примеру, чтобы улучшить «термоизоляцию» камеры сгорания, диаметр цилиндра пришлось уменьшить с нынешних 87,5 мм до 83,5 мм, соответственно увеличив ход поршня.
- Как уменьшить степени сжатия двигателя
Длинноходность способствует увеличению крутящего момента на низких оборотах, вдобавок тягу «на низах» улучшают непосредственный впрыск и увеличение степени сжатия — и возникает эффект, который именуют downspeeding.
Мол, мотор автомобиля настолько хорошо тянет «внизу», что среднестатистические обороты при езде снижаются на 15% — это дает эффект по части снижения расхода бензина и выбросов СО2 по сравнению с турбомотором с уменьшенным до 1,4 л рабочим объемом.
Степень сжатия двигателя, формула, повышение, бензин
Всем известно, что в бензиновых поршневых двигателях внутреннего сгорания топливовоздушная смесь перед воспламенением сжимается. Аналогичный такт работы дизелей отличаются лишь тем, что сжимается воздух без топлива. Одной из важнейших характеристик обоих ДВС является степень сжатия. Она показывает, во сколько раз изменяется объем пространства над днищем поршня при прохождении его от нижней мертвой точки до верхней.
Иногда этот показатель путают с компрессией, несмотря на то что разница между ними огромна. Ведь упомянутые выше характеристики, хоть и связаны между собой, по сути, совершенно различны. На что указывает даже их размерность. Степень сжатия – это соотношение, например, 10:1 или просто 10 и не имеет единиц измерения.
То есть измеряется в «разах». Компрессия же показывает максимальное давление смеси в цилиндре перед воспламенением и измеряется в кг/см2. Так, компрессия ДВС, имеющего степень сжатия 10:1, должна быть не более 15,8 кг/см2. Сказать, что такое степень сжатия, можно и иначе. Это отношение объема над поршнем, находящимся в нижней мертвой точке к объему камеры сгорания. Камерой сгорания называется пространство над поршнем, достигшим верхней мертвой точки.
Расчет коэффициента сжатия
Вычислить степень сжатия ДВС можно, если выполнить расчет по формуле ξ = (Vр + Vс)/ Vс; где Vр – рабочий объем цилиндра, Vс – объем камеры сгорания. Из формулы видно, что степень сжатия можно сделать больше, уменьшив, объем камеры сгорания. Или увеличив, рабочий объем цилиндра, не изменяя камеры сгорания. Vр намного больше чем Vс. Поэтому можно считать, что ξ прямо пропорционален рабочему объему и находится в обратной зависимости от объема камеры сгорания.
Рабочий объем цилиндра можно посчитать, зная диаметр цилиндра – D и ход поршня – S. Формула для его вычисления выглядит так: Vр = (π*D2/4)* S.
Объем камеры сгорания из-за ее сложной формы обычно не вычисляют, а измеряют. Сделать это можно залив в нее жидкость. Определить объем, поместившийся в камеру жидкости, можно при помощи мерной посуды или весов. Для взвешивания удобно использовать воду, так как ее удельный вес 1г на см3. Значит, ее вес в граммах покажет и объем в куб. см.
Влияние коэффициента сжатия на характеристики мотора
Исходные данные
Октановое число топлива, используемого для бензиновых двигателей с различной степенью сжатия.
- 7,0–7,5 октановое число 72–76.
- 7,5–8,5 октановое число 76–85.
- 5,5–7 октановое число 66–72.
- 10:1 октановое число 92.
- От 10,5 до 12,5 октановое число 95.
- От 12 до 14,5 октановое число 98.
Для чего бывает нужно изменить коэффициент сжатия
Необходимость изменения этого параметра ДВС возникает довольно редко. Можно перечислить всего несколько причин, побуждающих сделать такое.
- Форсирование двигателя.
- Желание приспособить мотор для работы на бензине с другим октановым числом. Было время, когда газовое оборудование для авто не встречалось в продаже. Не было и газа на заправках. Поэтому советские автовладельцы часто переделывали двигатели для работы на более дешевом низкооктановом бензине.
- Неудачный ремонт мотора, для ликвидации последствий которого требуется корректировка коэффициента сжатия. К примеру, фрезеровка головки блока после слишком сильной тепловой деформации. Когда выровнять сопрягаемую с блоком цилиндров поверхность удается ценой снятия слоя металла чрезмерно большой толщины. От этого значение коэффициента увеличивается столь сильно, что работа на бензине, для которого был рассчитан мотор, становится невозможной.
От этого значение коэффициента увеличивается столь сильно, что работа на бензине, для которого был рассчитан мотор, становится невозможной.Как можно изменить показатель сжатия
Методы увеличения:
- Расточка цилиндров и установка поршней большего размера.
- Уменьшение объема камер сгорания. Выполняется за счет удаления слоя металла со стороны плоскости сопряжения головки с блоком. Эту операцию из-за мягкости алюминия лучше делать на фрезерном или на строгальном станке. Шлифовальный станок использовать не следует, так как его камень будет постоянно забиваться пластичным металлом.
Способы снижения:
- Снятие слоя металла с днища поршня (делается это обычно на токарном станке).
- Установка между головкой и блоком цилиндров дюралюминиевой проставки между двумя прокладками.
Взаимосвязь коэффициента сжатия и компрессии
Зная значение коэффициента сжатия, можно рассчитать какая компрессия должна быть в двигателе.
Однако, обратная оценка не будет соответствовать действительности. Так как компрессия зависит еще и от изношенности деталей цилиндр-поршневой группы и газораспределительного механизма. Низкая компрессия двигателя часто говорит о значительном износе мотора и необходимости его ремонта, а не о малом коэффициенте сжатия.
Турбированные моторы
термодинамика — Интуитивное объяснение того, почему более высокая степень сжатия двигателя более эффективна?
спросил
Изменено
8 лет, 3 месяца назад
Просмотрено
2к раз
$\begingroup$
Интуитивно мне кажется, что увеличение степени сжатия потребует больше усилий, чтобы сжать газы перед воспламенением, так что вы просто получите обратно то, что вложили — как пружину.
Что мне не хватает?
- термодинамика
- тепловая машина
$\endgroup$
4
$\begingroup$
Вы упускаете из виду тот факт, что когда у меня много воздуха в ограниченном пространстве, а потом я его нагреваю, у меня получается действительно высокое давление. Вы должны нарисовать себе диаграмму зависимости давления от объема — сжатие холодного газа требует определенной работы $\int P \cdot dV$, но затем я нагреваю газ, и последующее расширение ведет меня по другой кривой, где извлекается работа выше.
Чем больше я перемещаюсь слева направо на этой диаграмме, тем больше (разница в) охватываемая площадь и тем больше работы извлекается за цикл для того же количества тепла. Основы термодинамики.
Также обратите внимание, что в соответствии с адиабатическим предположением (отсутствие теплопроводности во время сжатия/расширения) работа, которую вы выполняете для дальнейшего сжатия газа, возвращается вам во время расширения.
В действительности газ нагревается и отдает часть этого тепла в окружающую среду, а между поршнем и цилиндром возникает трение, что приводит к рассеиванию энергии, но с интуитивной точки зрения работа, которую вы выполняете для сжатия газ возвращается в конце цикла — даже до того, как вы добавите горение.
$\endgroup$
$\begingroup$
Я думаю, вы могли бы перефразировать свой вопрос намного лучше, пожалуйста, найдите время, чтобы детализировать вещи, если вы хотите получить краткие и адекватные ответы от сообщества.
Если я правильно понимаю, вы хотите интуитивно понять, почему сжатие на холоде энергетически менее затратно?
Концептуально говоря, когда вы хотите сжать газ, который уже имеет высокую температуру $T_1$, вы сталкиваетесь с более сильным сопротивлением со стороны молекул газа, поскольку они уже очень подвижны и пытаются расшириться, чтобы снова достичь своего равновесного состояния.
. Таким образом, по той же логике, когда газ перед сжатием холоднее, скажем, при $T_2 < T_1$, тогда очевидно, что они имеют гораздо более низкие кинетические энергии и, следовательно, их легче перевести в сжатое состояние.
Чтобы еще больше дополнить это представление, та же логика применяется при расширении газа, то есть газу легче подвергаться расширению, когда он уже горячий, молекулы уже активированы и способны двигаться к равновесию. Эти две идеи, то есть сжатие при низких температурах и расширение при высоких температурах, лежат в основе моторных двигателей. Хорошим и аккуратным примером может служить двигатель Стирлинга, в котором «вытеснитель» используется для создания точно таких сценариев (для газа), которые я только что описал.
$\endgroup$
$\begingroup$
Представьте себе два цилиндра одинакового размера в расширенном состоянии, один из которых сжимается в размере 5:1$, а другой сжимается в размере 10:1$.
Поскольку вы заполняете их одинаковым количеством топливно-воздушной смеси, потери энергии во втором сжатии уменьшаются с точки $5:1$ до точки $10:1$. В этот момент давление в $10:1$ более чем в два раза выше, чем в $5:1$ (из-за нагрева при сжатии). Теперь, когда вы сжигаете топливо, давление по-прежнему в два раза выше, чем у других, но намного выше. Энергия, извлекаемая при расширении из точки $10:1$ в точку $5:1$, намного превышает стоимость сжатия, поэтому мы выигрываем.
$\endgroup$
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но никогда не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.
Знаете ли вы?: Степень сжатия | Автомобильные новости
Что такое степень сжатия?
У каждого двигателя своя степень сжатия. Топливно-воздушная смесь сжимается в цилиндре, создавая воспламенение, сила которого зависит от степени сжатия: объем цилиндра, когда поршень находится в нижней части своего хода, против объема цилиндра, когда поршень в верхней части его хода. Между прочим, вы должны знать, что рабочий объем двигателя относится к суммарной мощности всех поршней во время полного цикла.
Зажигание происходит, когда поршень находится в верхней части своего хода, то есть в верхней части цилиндра (также известного как головка цилиндра), который образует камеру сгорания. Оставшийся объем топливовоздушной смеси внутри камеры сгорания позволяет пропорционально определить степень сжатия.
Степень сжатия обычно составляет от 8:1 до 10:1. Более высокая степень сжатия, скажем, от 12:1 до 14:1, означает более высокую эффективность сгорания.
| Фото: Sébastien D’Amour |
Преимущества
Более высокая степень сжатия и эффективность сгорания означают большую мощность при меньшем расходе топлива и меньшем количестве выхлопных газов. С другой стороны, более сильные воспламенения усиливают нагрев, трение и износ, что усложняет работу внутренних компонентов двигателя. Автопроизводителям приходится находить правильный компромисс.
Возьмем, к примеру, технологию Mazda SKYACTIV. Инженеры переработали внутренние компоненты, чтобы увеличить ход поршня, чтобы обеспечить более высокую степень сжатия. При этом водителям, которые хотят воспользоваться этим преимуществом, абсолютно необходимо использовать бензин премиум-класса (бензин с более высоким октановым числом).
Форсированные двигатели и дизельные двигатели
Безнаддувные двигатели могут иметь более высокую степень сжатия, чем форсированные двигатели (с наддувом или с турбонаддувом).
Например, в двигателе с турбонаддувом воздух, поступающий в камеру сгорания, уже находится под давлением, поэтому степень сжатия должна быть немного ниже, чтобы избежать чрезмерной нагрузки на компоненты. Двигатели с наддувом обычно имеют степень сжатия от 8:1 до 8,5:1.
Однако, когда речь идет о дизельных двигателях, отсутствие свечей зажигания требует более высокой степени сжатия — примерно с 14:1 до 22:1. Они используют горячий воздух для испарения, а затем поджигают топливо.
Марки топлива
Чем большее сжатие и нагрев может выдержать топливо перед воспламенением, тем выше его октановое число (87, 91, 94 и т. д.) и выше сорт топлива (обычный, премиум и т. д.).
Как я уже сказал; более высокая степень сжатия означает больше тепла внутри двигателя. Топливо с более высоким октановым числом может выдержать большее повышение температуры и менее склонно к преждевременному воспламенению или преждевременному воспламенению, также известному как детонация двигателя.