0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое расчетная степень сжатия на двигателе

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Издатель ФГБОУ ВПО «МГТУ им. Н.Э. Баумана». Эл № ФС 77 — 48211. ISSN 1994-0408

Россия, Уфимский государственный авиационный технический университет

Создание экологически безвредного и экономичного рабочего процесса поршневого двигателя внутреннего сгорания является одной из основных задач современного энергетического машиностроения. Из теории поршневых двигателей [1] известно, что с увеличением предварительного сжатия рабочего тела, уменьшается количество топлива, необходимое для получения единицы мощности. То есть для повышения эффективности перспективного рабочего процесса необходимо увеличение степени сжатия.

Такой способ повышения эффективности рабочего процесса уже был неоднократно использован на практике. Так, значение степени сжатия бензиновых автомобильных двигателей 30 – 40-х годов находилось в пределах 4 – 6. Современные двигатели с принудительным воспламенением имеют степень сжатия ≈ 11. Однако дальнейшее увеличение этого значения ограничено возникновением детонации.

Двигатели с самовоспламенением работают при значениях степени сжатия ≈ 15 – 20, что обеспечивает возгорание топлива. Уже при таких значениях степени сжатия значительно повышается максимальное давление и жесткость сгорания цикла. Это приводит к увеличению нагрузки на детали цилиндропоршневой группы и ужесточению требований к прочности конструкции двигателя, что, в свою очередь, вызывает рост механических потерь и увеличение массы двигателя. По этим причинам степень сжатия современных дизельных двигателей также ограничивается в районе 20.

Однако, не смотря на имеющиеся ограничения по степени сжатия для обоих типов поршневых двигателей, в настоящее время ведутся исследования возможности создания работоспособных двигателей со степенью сжатия более 25. Так, например, в работе [2] проведено численное исследование дизельного двигателя со степенью сжатия 30. Подвод теплоты здесь предлагается осуществить в начале процесса расширения. При этом условия в камере сгорания во время впрыска должны обеспечить самовоспламенение не только дизельного топлива, но и бензина.

Таким образом, при создании перспективного высокоэффективного рабочего процесса выбор степени сжатия является принципиальным вопросом, требующим решения на самых ранних этапах реализации проекта.

Цель работы заключается в выявлении преимуществ реализации сверхвысоких степеней сжатия и определении оптимального диапазона степеней сжатия перспективного высокоэффективного рабочего процесса. Для достижения поставленной цели необходимо исследовать влияние степени сжатия на эффективные показатели двигателя.

Методика исследования

В качестве объекта исследования был выбран четырехтактный одноцилиндровый дизельный двигатель YANMAR L -100 C (степень сжатия в серийном исполнении составляет 19,3). Расчеты проводились в системе имитационного моделирования ДВС «Альбея», разработанной на кафедре ДВС Уфимского государственного авиационного технического университета. Эта система позволяет определить индикаторные и эффективные показатели двигателя в любой момент времени [3, 4, 5].

Для подтверждения адекватности модели были проведены расчеты параметров цикла и эффективных показателей двигателя YANMAR L -100 C , которые были сопоставлены с данными экспериментального исследования и результатами индицирования. Условная продолжительность сгорания была определена из экспериментальных данных и составила 89 градусов угла п.к.в. Наилучшее совпадение расчётных и экспериментальных кривых давления и скорости нарастания давления в цилиндре было получено при значении показателя характера горения m = 0,1.

Из результатов сопоставления, представленных на рис. 1 и 2, видно, что используемая модель достаточно точно описывает исследуемый двигатель YANMAR L -100 C .

Рис. 1. Сопоставление расчётной и экспериментальной кривых давления и скорости нарастания давления (dP/dφ) в цилиндре двигателя YANMAR L -100 C ( n = 3100 об./мин., α = 1,36):

1. Давление в цилиндре, эксперимент.
2. Давление в цилиндре, расчёт.
3. Скорость нарастания давления (dP/dφ), эксперимент.
4. Скорость нарастания давления (dP/dφ), расчёт.

Рис. 2. Сопоставление расчётной и экспериментальной внешних скоростных характеристик двигателя YANMAR L -100 C :

1. Эксперимент. 2. Расчёт.

Для оценки влияния степени сжатия на эффективные показатели двигателя, необходимо было корректно выбрать параметры характеристики выгорания. Показатель характера горения задавался двумя значениями: m = 0.1, соответствующее серийному исполнению двигателя, и m = 3, как наиболее типичное для бензиновых двигателей.

Условная продолжительность сгорания также задавалась значениями, характерными для современных бензиновых и дизельных двигателей (50 и 89 градусов угла поворота коленчатого вала (УПКВ) соответственно). Кроме того было дополнительно выбрано третье значение, соответствующее 30 градусам УПКВ. В традиционных двигателях сокращение продолжительности теплоподвода менее 40 – 50 градусов УПКВ вызывает сильный рост механической и тепловой нагрузки на двигатель [1], но в данном случае предполагалось, что при сверхвысоких степенях сжатия теплоподвод может начинаться после прохождения поршнем верхней мертвой точки. В таких условиях высокая скорость выгорания, а, соответственно и короткая условная продолжительность сгорания, будут благотворно влиять на эффективность рабочего процесса.

При расчётах зависимостей параметров исследуемого двигателя от степени сжатия угол начала теплоподвода выбирался из условия получения максимального эффективного КПД. Частота вращения коленчатого вала, используемая в расчетах, равна 3100 об/мин, что примерно соответствует режиму наибольшей эффективности.

Обсуждение результатов

На рис. 3 и 4 представлены расчетные зависимости эффективного КПД от степени сжатия исследуемого двигателя при показателе характера горения m = 3 и 0,1 соответственно. Коэффициент избытка воздуха α = 1,36.

Рис. 3. Зависимость эффективного КПД от степени сжатия при показателе характера горения m = 3 и различных условных продолжительностях сгорания:
1. ϕ z = 30 град. УПКВ, 2. ϕ z = 50 град. УПКВ, 3. ϕ z = 89 град. УПКВ.

Рис. 4. Зависимость эффективного КПД от степени сжатия при показателе характера горения m = 0.1 и различных условных продолжительностях сгорания:
1. ϕ z = 30 град. УПКВ, 2. ϕ z = 50 град. УПКВ, 3. ϕ z = 89 град. УПКВ.

Во всех рассматриваемых условиях при переходе в диапазон сверхвысоких степеней сжатия (до значения 30) наблюдается снижение эффективного КПД цикла. Так, при повышении степени сжатия с 19,3 до 30 и значении показателя характера горения m = 3 эффективный КПД цикла падает на 14,3%, 14,4% и 18,3% для условной продолжительности сгорания ϕ z = 30, 50 и 89 градусов УПКВ соответственно. Для значения m = 0,1 падение эффективного КПД составляет 15,9%, 16,1% и 17,8% с тем же соответствием.

В то же время понижение степени сжатия исследуемого двигателя с 19,3 до 15 не вызывает понижения эффективного КПД цикла, а, напротив, ведет к его увеличению. Так при значении показателя характера горения m = 3 и ϕ z = 30 градусов УПКВ отмечается рост эффективного КПД цикла на 4,2%. При значениях условной продолжительности сгорания ϕ z = 50 и 89 градусов УПКВ рост составляет 4,1% и 6,1% соответственно. Аналогичная картина наблюдается и при значении показателя характера горения m = 0,1: рост эффективного КПД цикла на 5,1%, 5,3% и 6,1% соответственно для ϕ z = 30, 50 и 89 градусов УПКВ.

В случае снижения степени сжатия с 19,3 до 12,5 и значении показателя характера горения m = 3 рост эффективного КПД составил 4,4%, 4,4% и 7,4% для ϕ z = 30, 50 и 89 градусов УПКВ соответственно. При значении m = 0,1 соответствующее повышение эффективного КПД составило 5,1%, 5,3% и 6,1%.

Необходимо ещё раз обратить внимание на то, что при проведении расчетов угол начала теплоподвода выбирался из условия получения максимального эффективного КПД. Значения угла начала теплоподвода представлены в таблице 1.

Значения угла начала теплоподвода в расчетах зависимости эффективного КПД от степени сжатия исследуемого двигателя ( n = 3100 об/мин, α = 1,36), градус до ВМТ.

Расчет степени сжатия и объема двигателя

Степень сжатия в двигателе автомобиля

Расчет степени сжатия и объема мотора

Расчет двигателя

Расчет степени сжатия и объема мотора

Степень сжатия в двигателе автомобиля — отношение объёма поршневого пространства цилиндра при положении поршня в нижней мёртвой точке (НМТ) (полный объем цилиндра) к объёму над поршневого пространства цилиндра при положении поршня в верхней мёртвой точке (ВМТ), то есть к объёму камеры сгорания.

b = диаметр цилиндра;

Vc = объём камеры сгорания, то есть, объём, занимаемый бензовоздушной смесью в конце такта сжатия, непосредственно перед поджиганием искрой; часто определяется не расчётом, а непосредственно измерением из-за сложной формы камеры сгорания.

Читать еще:  В комплекте прокладок для двигателя что есть

Увеличение степени сжатия в двигателе автомобиля требует использования топлива с более высоким октановым числом (для бензиновых двигателей внутреннего сгорания) во избежание детонации. Повышение степени сжатия в общем случае повышает его мощность, кроме того, увеличивает КПД двигателя как тепловой машины, то есть, способствует снижению расхода топлива.

Степень сжатия в двигателе автомобиля, обозначаемая греческой буквой E, есть величина безразмерная. Связанная с ней величина компрессия зависит от степени сжатия, от природы сжимаемого газа и от условий сжатия. При адиабатическом процессе сжатия воздуха зависимость эта выглядит так: P=P?*?^?, где

?=1,4 — показатель адиабаты для двухатомных газов (в том числе воздуха),

P? — начальное давление, как правило, принимается равное одному.

Из-за неадиабатичности сжатия в двигателе внутреннего сгорания (теплообмен со стенками, утечки части газа через неплотности, присутствия в нем бензина) сжатие газа считают политропным с показателем политропы n=1.2.

При ?=10 компрессия в лучшем случае должна быть 10^1.2=15.8

Детонация в двигателе — изохорный само ускоряющийся процесс перехода горения топливовоздушной смеси в детонационный взрыв без совершения работы с переходом энергии сгорания топлива в температуру и давление газов. Фронт пламени распространяется со скоростью взрыва, то есть превышает скорость распространения звука в данной среде и приводит к сильным ударным нагрузкам на детали цилиндра — поршневой и кривошипно-шатунной групп и вызывает тем самым усиленный износ этих деталей. Высокая температура газов приводит к прогоранию днища поршней и обгоранию клапанов.

Понятие степени сжатия не следует путать с понятием компрессия, которое обозначает (при определённой конструктивно обусловленной степени сжатия) максимальное давление, создаваемое в цилиндре при движении поршня от нижней мёртвой точки (НМТ) до верхней мёртвой точки (ВМТ) (например: степень сжатия — 10:1, компрессия — 14 атм.).

О спортивных автомобилях

Двигатели гоночных или спортивных автомобилей, снабженными тюнингованными и спортивными автозапчастями , работающих на метаноле имеют степень сжатия, превышающую 15:1, в то время как в обычном карбюраторном двигателе внутреннего сгорания степень сжатия для неэтилированного бензина как правило, не превышает 11.1:1.

В пятидесятые — шестидесятые годы одной из тенденций двигателестроения, особенно в Соединенных Штатах Америки, было повышение степени сжатия, которая к началу семидесятых на американских двигателях нередко достигала 11-13:1. Однако это требовало соответствующего бензина с высоким октановым числом, что в те годы могло быть получено лишь добавлением ядовитого тетраэтилсвинца. Введение в начале семидесятых годов экологических стандартов в большинстве стран привело к остановке роста и даже снижению степени сжатия на серийных двигателях.

В наше время для улучшения двигателя и автомобиля в целом используются тюнингованые автозапчасти и естественно они должны устанавливаться на профессиональных автосервисах .

ДЕТОНАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ С ПЛАВАЮЩИМ ПОРШНЕМ И СПОСОБ ЕГО УПРАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к двигателям внутреннего сгорания. Технический результат заключается в повышении эффективности управления процессом воспламенения топливно-воздушной смеси от сжатия, а также в снижении нагрузок на детали кривошипно-шатунного механизма. Согласно изобретению в цилиндре двигателя размещены два поршня одного диаметра, один из которых посредством шатуна связан с коленвалом, а другой выполнен кинематически независимым. Между поршнями образована полость, заполненная маслом, объем которого контролируется посредством клапанов и регулятора давления, обеспечивая тем самым возможность регулирования степени сжатия в двигателе. Управление двигателем осуществляется при помощи электронных средств, определяющих величину степени сжатия, при которой обеспечивается детонационное воспламенение топливно-воздушной смеси в цилиндре двигателя. При этом для определения необходимой степени сжатия ее устанавливают ниже расчетной величины самовоспламенения, воспламеняя топливно-воздушную смесь от свечи искрообразования в начале рабочего хода, после прохождения поршнями верхней мертвой точки. Степень сжатия на работающем двигателе с каждым тактом увеличивают до момента детонационного самовоспламенения смеси в верхней мертвой точке, после чего обеспечивают отключение работы свечи искрообразования. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Двигатель, содержащий цилиндр с размещенными в нем последовательно друг за другом двумя поршнями, отличающийся тем, что они одного диаметра, где основной поршень связан с шатуном, а плавающий поршень кинематически независимый, и между поршнями через впускной клапан и регулятор давления нагнетается масло, которое, находясь в замкнутой полости, образованной стенкой цилиндра и поршнями, воздействует своим объемом на плавающий поршень, изменяя объем камеры внутреннего сгорания, а при открытии выпускного клапана происходит циркуляция масла. 2. Процесс управления воспламенением топливно-воздушной смеси от сжатия осуществляется с подачей избыточного объема смеси в цилиндр двигателя, отличающийся тем, что в головке блока цилиндра устанавливаются датчик давления и электромагнитный обратный клапан, которые через электронный блок управления работы двигателя поддерживают заданную степень сжатия, а определение степени сжатия момента детонации осуществляется с поступлением в цилиндр двигателя топливно-воздушной смеси одинакового качественного состава, но степень сжатия устанавливается ниже расчетной величины воспламенения, где после прохождения верхней мертвой точки, в начале рабочего хода, воспламеняется от свечи искрообразования, а с каждым тактом на работающем двигателе увеличивается степень сжатия до момента детонации смеси в верхней мертвой точке и происходит отключение работы свечи искрообразования.

Изобретение относится к двигателестроению, в частности к поршневым двигателям внутреннего сгорания.

Сущность изобретения: двигатель содержит цилиндр с размещенными в нем последовательно друг за другом двумя поршнями одного диаметра. Основной поршень связан с шатуном, а плавающий поршень кинематически независимый. Между поршнями через впускной клапан и регулятор давления нагнетается масло. При движении поршней вверх, масло, находящееся в замкнутой полости, образованной стенкой цилиндра и поршнями, воздействует своим объемом на плавающий поршень, который изменяет объем камеры внутреннего сгорания. Процесс управления возгоранием топливно-воздушной смеси от сжатия осуществляется с подачей избыточного объема смеси в цилиндр двигателя, где в головке блока цилиндра установлены датчик давления и электромагнитный обратный клапан, которые через электронный блок управления работы двигателя поддерживают заданную степень сжатия. Определение степени сжатия осуществляется с поступлением в цилиндр топливно-воздушной смеси, но степень сжатия устанавливается ниже расчетной величины, необходимой для воспламенения данного вида топлива. После прохождения верхней мертвой точки, в начале рабочего хода, происходит ее воспламенение от свечи искрообразования. При увеличении степени сжатия на работающем двигателе от свечи искрообразования, происходит воспламенение топливно-воздушной смеси от сжатия в верхней мертвой точке. От датчика давления эти переменные сигналы поступают в электронный блок управления работы двигателя, и происходит отключение работы свечи искрообразования. Эти параметры устанавливаются за эталон степени сжатия.

Аналогом предлагаемого изобретения могут служить известные конструкции, изменяющие объем камеры внутреннего сгорания с использованием масла, которое поступает в подвижные элементы поршня. Недостатком таких конструкций является сложность размещения подводящих и отводящих масленых каналов. За прототип данного изобретения взят двигатель внутреннего сгорания с переменной степенью сжатия (патент SU №1508002 А1, F02B 75 /04), содержащий поршень, образованный корпусом и головкой в виде подвижного стакана, связанными между собой с образованием камеры переменного объема, и систему маслоподачи, представляющую собой последовательно соединенные каналы, выполненные в коленчатом валу, шатуне и подшипниках его верхней и нижней головок, а подшипник нижней головки шатуна содержит уплотнение.

К недостаткам данного технического решения следует отнести сложность конструкции, снижение прочности в кривошипно-шатунном механизме, большую длину масленых каналов, ненадежность уплотнения, ограниченную циркуляцию охлажденного масла.

За прототип данного изобретения управления процессом самовоспламенения топливно-воздушной смеси от сжатия (патент RU №2095597 С1, 6 F02B 75/26,75/04, F02P 15/04) взят регулятор степени сжатия, который выполнен в виде перепускных каналов, сообщенных с цилиндрами, перепускных золотников, установленных с возможностью перекрытия перепускных каналов и штоков, связанных через резьбовые соединения с перепускными золотниками, а через шлицевые соединения — с шестернями корректировки степени сжатия, причем последние входят в зацепление с коронной шестерней, приводимой в действие червячным винтом.

Читать еще:  Греется двигатель камаз что делать

Основной недостаток данного регулятора степени сжатия в том, что при работающем двигателе, чтобы изменить его мощность, необходимо увеличить обороты за счет обогащения качественного состава смеси и синхронно уменьшить степень сжатия. Механическим путем корректировку степени сжатия червячным винтом выполнить невозможно.

Изобретение направлено на повышение эффективности управления процессом воспламенения топливно-воздушной смеси от сжатия, снижение нагрузок на детали кривошипно-шатунного механизма и устранение вышеперечисленных недостатков.

Решение поставленной задачи достигается тем, что предлагаемый двигатель внутреннего сгорания с четырехтактным рабочим циклом имеет: /чертеж/ головку цилиндра-1, цилиндр-2, где располагается основной поршень-3, связанный с шатуном-4, и плавающий поршень-5. На такте впуска, около нижней мертвой точки, при открытии впускного клапана- 6, через подводящий канал-7 и масленый регулятор давления/место установки/-8, между поршнями нагнетается масло. При движении поршней вверх, масло, находящееся в замкнутой полости, образованной стенкой цилиндра и поршнями, воздействует своим объемом на плавающий поршень, который изменяет объем камеры внутреннего сгорания. На такте выпуска около нижней мертвой точки при открытии выпускного клапана-9, через отводящий канал-10, часть масла возвращается с систему. На следующем такте работы двигателя поступившее масло охлаждает поршни и стенку цилиндра. На такте впуска, при движении поршней вниз, между основным и плавающим поршнями образуется разрежение, область пониженного давления Р. Из-за разницы давлений, где P1 — давление над плавающим поршнем, P1-Р=F, возникает движущая сила F, которая перемещает плавающий поршень вниз. На силу F положительно влияет: Р2 — давление от наддува поступающего воздуха и Р3 — давление от поступающего топлива. На силу F отрицательно влияет трение поршневых колец о стенку цилиндра плавающего поршня. Для увеличения площади соприкосновения с маслом, днище плавающего поршня и головка основного поршня выполнены в форме сферы. Процесс управления возгоранием топливно-воздушной смеси /ТВС/ от сжатия осуществляется с подачей избыточного объема ТВС в цилиндр двигателя, где в головке блока цилиндра устанавливаются датчик давления /место установки/-11 и электромагнитный обратный клапан /место установки/-12. На такте сжатия переменные параметры от датчика давления поступают в электронный блок управления работы двигателя, где обрабатываются и преобразуются в электрический импульс. Длительность этого импульса влияет на время открытия электромагнитного обратного клапана, через который неиспользованная ТВС по трубопроводу возвращается в топливною систему, поддерживая заданную степень сжатия. Двигатель работает следующим образом: для увеличения мощности, необходимо увеличить обороты двигателя. Для этого в цилиндр двигателя подается обогащенная ТВС, за счет увеличения времени открытия топливной форсунки /место установки/-13. Одновременно электронный блок управления работы двигателя, воздействуя на электромагнитный обратный клапан, уменьшает степень сжатия. Управление процессом изменения объема камеры внутреннего сгорания происходит через масленый регулятор давления. Для увеличения объема камеры внутреннего сгорания масленый регулятор давления уменьшает объем подачи масла между поршнями, ТВС поступает в цилиндр в большем объеме, но степень сжатия остается без изменения. Воспламенение ТВС от большой степени сжатия/детонация/ в предлагаемом двигателе, происходит строго в верхней мертвой точке /ВМТ/. Определение степени сжатия воспламенения ТВС любого вида применяемого топлива осуществляется в следующей последовательности: в цилиндр двигателя во время запуска от стартера, поступает ТВС одинакового качественного состава, но степень сжатия устанавливается ниже расчетной величины, необходимой для воспламенения данного вида топлива. После прохождения ВМТ, в начале рабочего хода, чтобы неиспользованная ТВС не поступила в систему выпуска отработанных газов, в головке блока цилиндра устанавливается свеча искрообразования /место установки/-14, которая воспламеняет ТВС. При большой степени сжатия скорость распространения пламени сгорания ТВС в цилиндре достигает значительной величины и поэтому на работу двигателя воспламенение ТВС после ВМТ существенно не повлияет. С каждым тактом, на работающем двигателе от свечи искрообразования, происходит увеличение степени сжатия до момента самовоспламенения ТВС в ВМТ. От датчика давления эти переменные сигналы поступают в электронный блок управления работы двигателя, и происходит отключение работы свечи искрообразования. Эти параметры устанавливаются за эталон степени сжатия режима детонации. При работающем двигателе от свечи искрообразования определение степени сжатия и переход в режим детонации осуществляется с изменением момента зажигания после ВМТ в той же последовательности. На процесс детонации различных видов ТВС влияют несколько факторов: температура, качественный состав ТВС, а также температура в камере сгорания. Для корректировки работы двигателя, при любых климатических условиях и на различных видах применяемого топлива, устанавливаются следующие датчики: температуры и давления, поступающего в цилиндр воздуха и топлива, а также температуры цилиндра и головки цилиндра. Управляемый процесс детонацией заключается в том, что от всех датчиков и регуляторов информация поступает в электронный блок управления двигателя, где обрабатывается и длительностью электрического импульса, поступающего на электромагнитный обратный клапан, поддерживается заданная степень сжатия.

Двигатель отличается тем, что между поршнями нет кинематической связи, способной влиять на изменение объема камеры внутреннего сгорания, это происходит с изменением объема поступающего масла между ними.

Двигатель отличается тем, что имеет подводящий и отводящий каналы с впускным и выпускным клапанами, расположенными по разные стороны от продольной оси цилиндра.

Двигатель отличается тем, что днище плавающего поршня и головка основного поршня выполнены в форме сферы.

Двигатель отличается тем, что при циркуляции масла происходит охлаждение поршней и стенок цилиндра.

Двигатель отличается тем, что при данной смазке стенок цилиндра, значительно уменьшается трение поршневых колец, облегчается запуск двигателя при низких температурах и увеличивается ресурс его работы.

Двигатель отличается тем, что уменьшаются ударные нагрузки на кривошипно-шатунный механизм, снижается шум работы двигателя.

Процесс управления воспламенения ТВС от сжатия отличается тем, что в головку блока цилиндра устанавливаются датчик давления и электромагнитный обратный клапан, которые через электронный блок управления работы двигателя поддерживают заданную степень сжатия.

Определение степени сжатия отличается тем, что воспламенение топливно-воздушной смеси происходит от свечи искрообразования после прохождения верхней мертвой точки, с последующим ее отключением при воспламенении в режиме детонации в верхней мертвой точке.

Как рассчитать и изменить степень сжатия двигателя

Одним из главнейших технических показателей автомобильного мотора является коэффициент сжатия. Он показывает соотношение разницы между объёмом свободного участка над цилиндровым поршнем и под ним в крайних его положениях.

Что такое степень сжатия двигателя

Условно величину сжатия представляют и как соотношение давлений в устройстве при подаче горючего и взрыве смеси. Конкретно эта степень обусловлена конструкцией автомобильного двигателя, и может быть высокой или низкой.

Перед непосредственным процессом воспламенения горючей смеси, поршни сжимают топливо до определённого объёма. Инженеры способны варьировать этот показатель, рассчитывая его ещё на стадии проектирования. Узнав количественное соотношение данной величины к объёму камеры сгорания, можно делать различные выводы.

На бензиновых силовых установках показатель сжатия достигает максимум 12 единиц. Чем выше здесь степень сжатия двигателя или ССД, тем больше удельная мощность мотора. Однако при сильном увеличении данного показателя снижается ресурс агрегата, особенно при заправке низкосортным бензином. На дизельных моторах, ввиду их технических отличий, она может варьироваться от 14 до 18 единиц.

В бензиновые двигатели с увеличенной до 12 единиц степенью сжатия нельзя лить ничего, кроме АИ-98 Премиум. Очевидно, что это существенно удорожает расходы на топливо.

На что она влияет

ССД непосредственно определяет объём работы, произведённой ДВС. Чем изначально выше рассчитана степень сжатия, тем продуктивнее будет воспламенение. Пропорционально увеличится и отдача мотора. Вспомним, как разработчики в 90-е годы старались повышать этот показатель, полностью не модернизируя двигатель. Таким способом они конкурировали между собой, делая агрегаты мощнее, и не затрачивая при этом много средств. Но что самое интересное — моторы в этом случае не потребляли больше горючего, а даже становились экономнее.

Читать еще:  Что означает прошивка двигателя автомобиля

Однако всему есть предел, и как было сказано выше, чересчур высокий коэффициент приводит к снижению ресурса ДВС. Почему это происходит? Дело в том, что при значительном сжатии топливная смесь начинает самопроизвольно детонировать, взрываться. Особенно это затрагивает агрегаты на бензине, поэтому здесь данный коэффициент имеет строгое ограничение.

Помните, что применение низкооктанового топлива становится причиной детонации на агрегатах с повышенной ССД. И наоборот, высокооктановое горючее может не позволять двигателю полностью раскрываться, если будет использовано в агрегатах с низким коэффициентом сжатия. По этой причине оба параметра должны соответствовать. Подробнее в таблице ниже.

Отличие степени сжатия от компрессии

Степень сжатия двигателя не является компрессией. Они полностью различаются, хотя многие их путают. Коэффициент, о котором идёт речь в статье, не раскрывает значение оптимального давления ТВС перед возгоранием. Измеряется ССД лишь относительно, в соотношении к единице объёма камеры.

Под компрессией принято понимать предельное значение сжатия, образуемого в камере сгорания, на конечном этапе давления горючей смеси. Данная величина априори не может быть относительной, поэтому её измеряют в абсолютных значениях — атм, кг/см2, бар.

Степень сжатия и компрессия неразрывно связаны, но не идентичны. Показатель компрессии зависит не только от сжатия. На него оказывает влияние температура ДВС, наличие зазоров в приводных клапанах, состав топлива и многое другое.

Расчет коэффициента сжатия

Ввиду того, что желательно увеличивать степень сжатия до определённого значения, необходимо уметь рассчитывать этот показатель. К тому же это даст возможность избежать детонационных моментов, разрушающих силовой агрегат изнутри в процессе форсирования.

Таким образом, необходимость в измерении этого показателя требуется в таких случаях, как:

  • форсировка мотора;
  • подгонка под топливо с другим АИ или для метанового топлива с октановым числом 120;
  • послеремонтная корректировка.

Турбированные моторы

На турбомоторах расчёт коэффициента сжатия отличается. Это объясняется наличием наддува воздуха. Поэтому в этом случае величину, полученную в ходе вычислений, умножают на показатель турбокомпрессора.

Кроме того, при вычислении степени сжатия турбированных моторов учитывается не только давление наддува, но и показатель эффективного сжатия, климатические изменения и многое другое. В данном случае процесс значительно усложняется по сравнению с измерениями на атмосферном двигателе.

Пример подсчета

Вот как выглядит общепринятая расчётная формула для автомобильного ДВС: «ССД = (РО+ОКС)/ОКС». Степень сжатия здесь отмечена как «ССД», рабочий объём цилиндра — «РО», а объём камеры сгорания — «ОКС».

Для расчёта «РО» нужно в первую очередь разложить единый объём двигателя или литраж на количество используемых цилиндров. К примеру, литраж мотора «четвёрки» — 1997 см3. Для определения ёмкости одного цилиндра, надо 1997 разделить на 4. Получится около 499 см3.

Для вычисления параметра «ОКС» специалисты пользуются проградуированной в см3 трубкой или пипеткой. Под камерой подразумевается место, где непосредственно происходит возгорание горючего. Камеру заправляют, а затем измеряют объём с помощью жидкостной бюретки. Если нет градуированной трубочки, можно жидкость выкачать с помощью шприца, а затем измерить в мерной посуде или на весах. В этом случае желательно для расчёта использовать не бензин или солярку, а чистую воду, так как её удельный вес более соотносим к объёму в см3.

Внимание! Для точного измерения «ОКС» дополнительно приплюсовывается объём толщины прокладки ГБЦ, учитывается форма днища поршней и другие особенности. Поэтому расчёт этой величины рекомендуется доверить специалистам.

Как увеличить степень сжатия двигателя

Если необходимо увеличить данный показатель, используют несколько способов:

  • расточка блока и установка поршней с большим диаметром;
  • уменьшение объёма камеры сгорания путём удаления слоя металла в месте соединения ГБЦ.

Нельзя забывать, что в некоторых случаях потребуется инсталляция модернизированных поршней. Это делается, чтобы исключить такое нежелательное последствие, как встреча поршней с клапанами. В частности, на элементах увеличивают выемки клапанов. Также в обязательном порядке корректируются заново фазы газораспределения.

Интересно, что лучше всех раскрыли потенциал степени сжатия ДВС японские производители. В то время как европейские автокомпании пошли путём усовершенствования гибридных моторов, японцам удалось увеличить ССД до 14 единиц и на бензиновых силовых агрегатах, применив изменяемую величину. Но как это возможно без детонационных моментов? Всё оказалось просто. Оказывается, нужно охладить камеру, где происходит возгорание. Тогда можно будет без опасения сжимать смесь. И вовсе не обязательно для этого использовать прохладный воздух: достаточно модернизировать систему выпуска.

Приём, давно известный ещё по гоночным движкам. Выпускные каналы меняются согласно схеме 4-2-1. Порции выхлопных газов здесь не мешаются, поочерёдно вылетают в трубу. Благодаря такой чёткой системе выхлопа, улучшается продувка цилиндров, где остаётся меньше горячих газов.

Секрет японской формулы, согласно которой можно без опаски сжимать горючую смесь, имеет строго математическое соотношение. Так, если процент выхлопа снизить в 2 раза, ССД можно поднимать на 3 единицы, но не больше. Если же при этом ещё и охлаждать воздух, поступающий в цилиндры, можно приплюсовать ещё одну единицу.

Однако для реализации данного метода нужно будет еще модернизировать газообмен, раскошелившись на фазовращатели обоих распредвалов. Вдобавок потребуется доработать некоторые моменты. К примеру, изменить длину поршневого хода посредством компьютерного вмешательства.

Применяется система изменяемого коэффициента на многих японских движках, например, для Inflniti. Способность автоматически менять этот показатель сжатия в зависимости от нагрузки позволяет значительно повышать КПД мотора, особенно турбированного. Каждая порция смеси сгорает при оптимальном на данный момент работы сжатии. Так, если нагрузки на мотор незначительные и смесь обеднённая, включается максимальное сжатие. И наоборот, в нагруженном режиме задействуется минимальная степень, так как бензина впрыскивается много и возможна детонация.

Таким образом, передовая система изменения ССД позволяет вдвое уменьшать литраж мотора, сохраняя при этом мощность и динамические характеристики.

Курс на увеличение степени сжатия двигателя наблюдался и в середине 20 века в США. Основная масса американских двигателей, выпущенных в 70-е годы, находилась в пределах 11-13 единиц. Но работали они только на очень качественном, высокооктановом топливе, получаемом путём этилирования. После того как этилирование запретили, в серийных образцах ДВС наблюдалось снижение показателя сжатия.

Важно знать, что прирост мощности будет наиболее заметен на двигателях, штатно работающих на низкой степени сжатия. Например, моторы с показателем 8 единиц, доведённые до 10, выдадут больше мощности, чем агрегаты со стоковым параметром 11 единиц, форсированные до 12.

Дефорсирование ДВС: для чего нужно и как осуществить

Иногда бывает необходимо уменьшить показатель сжатия. В этом случае устанавливается дополнительная металлическая прокладка ГБЦ. Можно использовать две прокладки вместо одной, тем самым утолщая промежуток — объём камеры растёт за счёт высоты головки блока. Более сложный способ подразумевает укорочение поршня — удаление верхнего слоя на токарном станке.

Дефорсирование двигателя, как правило, процедура вынужденная. В том числе это делается для снижения налоговых выплат или в целях увеличения ресурса агрегата. Как известно, моторы с низкой степенью сжатия дольше работают, меньше подвержены износу. Однако любой такой процесс усложняется законом, чтобы недобросовестные владельцы искусственно не занижали технические данные.

Что касается снижения показателя сжатия на турбированных моторах, то здесь потребуется модернизация системы электрики с датчиками, всей поршневой группы и форсунок, если это дизельный агрегат.

В отдельных случаях дефорсированию предпочитают свап, когда менее мощный контрактный мотор устанавливают вместо штатного.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector