Что такое степень сжатия в двигателе: Вот что на самом деле означает ‘степень сжатия’, и почему это имеет значение

Вот что на самом деле означает ‘степень сжатия’, и почему это имеет значение

Почему для двигателей так важна степень сжатия, и на что она влияет.

 

Вы наверняка слышали термин «степень сжатия» в двигателях внутреннего сгорания. Но вы когда-нибудь задумывались, что он означает? Итак, пришло время точно объяснить, что же такое коэффициент сжатия (степень) в двигателях автомобиля и почему сегодня все автопроизводители одержимы этим показателем, как будто этот параметр представляет собой Святой Грааль для будущих продаж автоновинок. 

 

Сразу хотим отметить, что разобраться в том, что такое степень сжатия двигателя, не так просто, как кажется на первый взгляд. Вы наверняка заметили в различных рекламных проспектах и каталогах, а также в описании на сайтах автопроизводителей, что автобренды пытаются привлечь наше внимание такой характеристикой, как степень сжатия двигателей. Особенно стараются нам рассказать о степени сжатия менеджеры автосалонов. Мы обычно делаем вид, что понимаем, о чем идет речь, пропуская мимо ушей эту информацию. И причина такого поведения в том, что многие автолюбители просто не представляют, что такое степень сжатия двигателей, равно как и на что она влияет. Но тем не менее мы считаем, что все автолюбители должны знать, что же это за показатель двигателей внутреннего сгорания, о котором недавно вспомнили многие автопроизводители. 

 

Мы знаем, что высокое сжатие двигателя – это хорошо, а низкое – плохо. Мы также знаем, что новый мотор Mazda Skyactiv-X имеет высокую степень сжатия. Не отстает от Mazda и Toyota со своими моторами «Dynamic Force», которые имеют высокую степень сжатия. Эти компании рекламируют новые двигатели с большим коэффициентом сжатия, заявляя, что они не только стали мощнее, но и получили большую экономичность. Но при чем здесь высокая степень сжатия и увеличение мощности с уменьшением расхода топлива? Сейчас объясним.

 

Двигатель Toyota «Dynamic Force»

 

Мы живем в эпоху, когда инженеры не могут просто дать двигателю больше энергии за счет укрупнения, как, например, это было раньше, когда автопроизводители на многие свои автоновинки устанавливали моторы с увеличенным объемом. К тому же это приводило к неминуемому увеличению расхода топлива и росту уровня вредных выбросов в выхлопе автомобиля. Сегодня в связи с дороговизной топлива по всему миру и сложной экологической обстановкой подобный способ увеличения мощности мотора не подходит. Особенно если учитывать жесткие экологические нормы, предъявляемые автопроизводителям рядом развитых западных стран. 

В итоге автопроизводители стали улучшать эффективность нынешних моторов за счет применения турбин и увеличения степени сжатия современных двигателей. 

 

Как определяется степень сжатия, и что это такое?

Степень сжатия – это показатель, при котором устанавливается, какой максимальный объем цилиндра двигателя может быть сжат в минимальный объем цилиндра. Этот показатель степени сжатия определяется как соотношение. 

Например, обычно степень сжатия записывают вот таким образом: 9:1 (коэффициент сжатия двигателя «девять к одному»).  

 

Теперь представьте цилиндр двигателя. Внутри цилиндра двигателя, как вы знаете, перемещается поршень: вверх и вниз. Когда поршень находится в самой нижней точке цилиндра двигателя, это называется «нижней мертвой точкой». Именно в этом положении поршня сверху него находится наибольший объем цилиндра. Когда поршень находится в самой высокой точке внутри цилиндра двигателя, это положение поршня называется «верхней мертвой точкой». В этом положении объем цилиндра находится в наименьшем значении. Вот сравнение этих двух объемов цилиндров над поршнями двигателя и образует соотношение степени сжатия. Обратите внимание, что когда поршень находится в верхней мертвой точке, все-таки над ним есть объемное пространство, где и происходит сжатие топливно-воздушной смеси.

 

Для тех, кто любит больше смотреть, чем читать, внизу мы публикуем GIF-картинку, на которой демонстрируется, как работает четырехтактный двигатель. Обратите внимание, как поршень движется вверх во время такта сжатия топливной смести (топливо + кислород), которая подается клапанами головки блока двигателя. Напомним, что воздух и топливо, поступаемые в цилиндр двигателя, сжимаются поршнем, чтобы затем воспламенить эту смесь с помощью свечи зажигания (в бензиновых моторах) или за счет сильного сжатия (в дизельных моторах). 

Если двигатель имеет высокую степень сжатия, это означает, что заданный объем воздуха и топлива в цилиндре сжимается в гораздо меньшем пространстве, чем в двигателях с небольшой степенью сжатия. 

 

 

А теперь математический пример соотношения степени сжатия в ДВС. 

Предположим, что у нас есть двигатель, объем цилиндра и камер сгорания которого в момент нахождения поршня в нижней мертвой точке составляет 10 куб. см. После того как впускной клапан головки блока двигателя закрывается и поршень поднимается вверх, начав такт сжатия, он сжимает воздух и топливную смесь в пространство 1 куб. см. Этот двигатель имеет коэффициент сжатия (степень) 10:1. 

 

Также часто производители любят вычислять итоговую степень сжатия, деля большее значение объема цилиндра над поршнем на меньший объем цилиндра. В итоге во многих технических характеристиках автомобилей вместо соотношения производители указывают результат деления этих значений. 

Таким образом вычисляется, во сколько раз сжимается топливно-воздушная смесь при движении из нижней мертвой точки поршня в верхнюю мертвую точку. Разделив большее значение на меньшее, мы и получим итоговое значение степени сжатия без соотношения большего объема к меньшему.

 

Почему производители стараются увеличить степень сжатия?

Но не все так просто со степенью сжатия. Одно дело – понимать, что такое степень сжатия. И это не менее важно по сравнению с пониманием, почему так важна высокая степень сжатия для современных двигателей. К сожалению, объяснить простыми словами, почему высокая степень сжатия в двигателях современных автомобилей – это отличное решение на ближайшие годы, не получится. Тем не менее мы попытаемся.

 

Вы знаете, что мощность двигателя появляется в тот момент, когда сгорание топливной смеси оказывает силу на поршень внутри цилиндра двигателя. Эта сила толкает поршень вниз по цилиндру. И чем выше поршень находится в цилиндре в момент сжигания топливно-воздушной смеси, тем больше сил будет приложено на поршень. 

Как мы уже сказали, чем больше степень сжатия, тем выше находится поршень в верхней мертвой точке. В итоге это позволяет вырабатывать больше мощности в момент сгорания топлива. Также помимо увеличения мощности для вырабатывания силы, толкающей поршень вниз по цилиндру двигателя, необходимо меньше топлива, что в конечном итоге влияет на топливную эффективность мотора. Это простое объяснение. Но оно неполное, поскольку при увеличении степени сжатия двигателей возникает ряд проблем, для решения которых необходимо в идеале знать термодинамику.

 

Итак, мы знаем, что высокая степень сжатия означает, что двигатель получает больше силы и мощности из того же количества топлива по сравнению с мотором с меньшим коэффициентом сжатия. Как мы выяснили, это хорошо для динамики автомобиля, а также для достижения хороших показателей его экономичности.

 

 

Чтобы объяснить вам точнее, почему более высокая степень сжатия дает больше экономии топлива, мы не будем погружаться слишком глубоко в науку о термодинамике. Тем не менее без нее нам также не объяснить вам в деталях, почему моторы с большой степенью сжатия более экономичные. Да, это нелегко понять. Но все же этот раздел термодинамики очень и очень интересен.

 

Более высокое сжатие в двигателе означает больше мощности, но больше давления

 

На приведенном выше рисунке показана диаграмма PV давления – объема для идеального типичного бензинового двигателя. Этот график наглядно демонстрирует, что происходит в двигателе, когда он сжигает воздушно-топливную смесь (в нашем примере бензин + кислород). 

На приведенном выше графике кривая 1-2 показывает ход сжатия. 

Линия 2-3 показывает сгорание топлива. 

Верхняя кривая 3-4 показывает ход расширения.

И линия 4-1 показывает отвод тепла, когда открывается выпускной клапан в головке блока цилиндров двигателя. 

 

Если описать все более техническим языком, то эту диаграмму следует понимать так:

 

На диаграмме кривая 1-2 показывает ход сжатия, при котором давление (ось Y) возрастает, а объем (ось Х) падает, когда поршень сжимает воздушно-топливную смесь внутри цилиндра, приближаясь к верхней мертвой точке. 

Линия 2-3 показывает тепло, выделяемое во время горения топливной смеси. Эта линия показывает, как быстро увеличивается давление и температура сгораемого топлива. 

Кривая 3-4 показывает увеличение объема цилиндра двигателя и падение давления, когда газ, полученный в процессе сгорания топливной смеси, оказывает силу на поршень, который начинает свое движение вниз по цилиндру двигателя (такт расширения). 

 

Линия 4-1 показывает отвод тепла от газов, образованных в процессе сгорания топлива. Когда давление внутри цилиндра возвращается к давлению окружающей среды, открывается выпускной клапан. 

Наконец, линия 1-5 демонстрирует нам ход выхлопа (выхлопной цикл мотора), в процессе которого поршень снова движется внутри цилиндра вверх (к верхней мертвой точке), чтобы снова сжать топливно-воздушную смесь для повторения цикла. 

 

Область в пределах линий 1-2-3-4 показывает нам, сколько работы было проделано двигателем в рамках одного лишь только цикла. Более высокая степень сжатия двигателя означает, что две вертикальные линии на графике выше будут двигаться влево и вверх, оставляя больший диапазон хода поршня, что влияет на получение большей мощности по сравнению с двигателем, имеющим низкий коэффициент сжатия. То есть двигатель с высокой степенью сжатия сделает больше работы за один цикл, чем мотор с небольшой степенью сжатия. 

И все дело в том, что в двигателях с высокой степенью сжатия в процессе сгорания топлива образуется больше давления, которое с большей силой двигает поршень вниз по цилиндру. Правда, в этом случае внутри двигателя выделяется больше тепла. 

 

Более высокое сжатие в двигателе также означает более высокую тепловую эффективность

 

Важно отметить, что образование тепла и потеря тепла в течение цикла работы двигателя напрямую связаны с его эффективностью (речь идет о коэффициенте полезного действия – КПД). Причем на КПД главное влияние оказывает степень сжатия двигателя. Все дело в двух идеях. Во-первых, любая тепловая энергия, поступающая в систему, должна быть преобразована в механическую или отработанную. Во-вторых, тепловая эффективность – это просто результат работы двигателя (мощность и сила), разделенный на теплопередачу.

Таким образом, с помощью уравнения можно вычислять взаимосвязь между тепловым КПД и степенью сжатия. 

Вот как выглядит уравнение этой взаимосвязи (

n – тепловой КПД, r – степень сжатия, а γ (гамма) – свойство жидкости):

 

 

Теперь вернемся к нашей диаграмме выше. Когда вы обеспечиваете больший ход поршня между верхней и нижней мертвой точкой, вы увеличиваете степень сжатия. За счет этого вы смещаете на диаграмме PV вверх и влево и увеличиваете температуру (Qh на графике выше). Причем увеличение температуры будет больше, чем потери тепла (Ql). 

Иными словами, вы добываете в процессе сгорания топливной смеси больше энергии за один цикл работы двигателя. Кстати, вот один интересный ролик видеоблогера Джейсона Фенске, который рассказывает более простыми словами о взаимосвязи между степенью сжатия, теплопередачей и эффективностью (экономичностью двигателя):

 

 Для тех, кто не знает английский, включите субтитры и их машинный перевод на русский язык.

 

Так что, как вы, наверное, уже поняли, тепловая эффективность двигателя возрастает по мере увеличения степени сжатия двигателя. Таковы законы физики, а именно законы термодинамики. Особенно это становится ясно из уравнения, приведенного выше. 

Соответственно, чем выше степень сжатия мотора, тем больше он выдает лошадиных сил и меньше потребляет топлива. Для нас это означает более тяжелый кошелек за счет сэкономленных денег на заправке и больше адреналина при разгоне.

 

Чтобы это понять, вам нужно взять на прокат какой-нибудь старый американский неэффективный автомобиль с бензиновым V8 атмосферным двигателем, который имеет низкую степень сжатия. Поездив на таком автомобиле несколько дней, вы поймете, что автомобиль «жрет», как слон, но взамен не выдает хорошую мощность, которую сегодня показывают современные четырехцилиндровые и даже трехцилиндровые моторы. 

 

Например, знаменитый двигатель Skyactiv-G от Mazda является очень эффективным в плане не только мощности, но и хорошей экономичности. Во многом это благодаря большой степени сжатия. Также ряд и других производителей стали выпускать современные моторы с высоким коэффициентом сжатия. Так, сегодня компании Mazda, Nissan / Infiniti и Toyota и другие начали выпускать двигатели с очень высокой степенью сжатия – 14:1. 

Вы не поверите, но двигатели с такой степенью сжатия еще недавно казались фантастикой. Кстати, благодаря такой степени сжатия автопроизводителям нет необходимости оснащать двигатели турбинами, для того чтобы добиться соответствия современным стандартам экономичности, экологическим нормам, а также требованиям к мощности. 

 

Почему более высокая степень сжатия означает, что автомобиль должен заправляться топливом с высоким октановым числом

 

Но почему большинство автопроизводителей сегодня не перешли на выпуск двигателей с высокой степенью сжатия, если такие силовые агрегаты позволяют без турбокомпрессоров добиваться таких выдающихся результатов эффективности силовых агрегатов? Все дело в законах физики.

Многие двигатели с высоким коэффициентом сжатия нуждаются в премиальном топливе или в высокооктановом бензине. 

Тем, кто не знает или не помнит, что такое октан бензина и как он помогает избежать детонации в двигателе, советуем почитать наши следующие материалы:

 

Какой бензин лучше?

 

Почему премиум бензин является пустой тратой денег для большинства автомобилей

 

Сколько энергии в различных видах топлива

 

Топливо с низким октановым числом по сравнению с топливом с высоким октаном, скорее всего, будет самопроизвольно воспламеняться из-за более высоких температур и давления воздуха в двигателях с высокой степенью сжатия. Мы знаем, что воспламенение топливно-воздушной смеси должно происходить, когда это действительно нужно, а не наоборот. Такое неконтролируемое воспламенение топлива называется детонацией. Это очень вредно для любых двигателей внутреннего сгорания. Дело в том, что излишняя детонация уменьшает крутящий момент и может нанести непоправимый урон двигателю автомобиля. 

 

Высокая степень сжатия увеличивает риск сильной детонации двигателя. Вот почему моторы с большим коэффициентом сжатия, как правило, работают на высококачественном или высокооктановом бензине. 

Главная причина риска самовоспламенения топливно-воздушной смеси в двигателях с высокой степенью сжатия – это превышение допустимого давления, которое приводит к резкому нагреву топливной смеси. В итоге это вызывает преждевременное сжигание топлива еще до того, как свеча зажигания с помощью искры зажжет его. Повторяем, преждевременное воспламенение топлива – это очень плохо для любого двигателя. 

 

Для того чтобы снизить риск преждевременного воспламенения топлива, компания Mazda много работала над поршневыми и выпускными конструкциями бензиновых двигателей с высокой степенью сжатия (соотношение степени сжатия в цилиндрах двигателя 14:1). Например, мотор Skyactiv-X оснастили специальными поршнями, имеющими полость посередине, которая позволила предотвращать всплеск богатого кислородом топлива вокруг области воспламенения топливной смеси от свечи зажигания.

 

 

Именно проблема самовоспламенения топлива в двигателях с высокой степенью сжатия и препятствует сегодня массовому распространению данного типа моторов во всей автопромышленности. Подробнее об двигателе Mazda можно почитать здесь

 

Существуют ли ограничения по увеличению степени сжатия в двигателях

 

Интересно, почему автопроизводители не стараются сделать степень сжатия своих двигателей еще больше? Почему сегодня коэффициент сжатия 14:1 уже считается много? Неужели нельзя сделать двигатель с еще большим коэффициентом сжатия? Ведь в таком случае автомобили получили бы еще больше мощности и одновременно стали бы еще экономичней.

 

Например, почему бы не сделать двигатель со степенью сжатия 60:1? Но на самом деле это невозможно в сегодняшнем мире. 

Такую степень сжатия не выдержит ни один металл внутри двигателя. Да дело даже не в металле. Даже если бы у нас был такой крепкий дешевый металл, способный выдержать степень сжатия 60:1, все равно бы мы не смогли построить подобный рабочий мотор. Просто такая степень сжатия привела бы к чрезмерно высокой температуре внутри двигателя. В итоге мотор стал бы настолько горячим, что это вызвало бы его самоуничтожение (двигатель взорвался бы от высоких температур). 

 

Также, в принципе, нас не должна так сильно заботить высокая степень сжатия в современных автомобилях, если речь идет, конечно, не о спортивных мощных автомобилях, где каждая лишняя лошадиная сила на вес золота. Сегодня в рамках массового рынка нас больше волнует не мощность, а экономичность обычных повседневных автомобилей. Особенно во времена немалой стоимости топлива, где вопрос экономии топлива напрямую влияет на наши кошельки. Также сегодня более остро стоит вопрос экологии. А мы знаем, что чем менее экономичен автомобиль, тем меньше он загрязняет окружающую среду выхлопными газами. Так что, в принципе, увеличение степени сжатия в современных двигателях необходимо в первую очередь для улучшения экологической обстановки на всей планете. Но для того чтобы этого добиться, нет смысла существенно увеличивать в современных моторах степень сжатия. 

 

Вот мы и подошли к концу темы о степени сжатия двигателей внутреннего сгорания. Надеемся, что теперь вы не просто знаете, что такое степень сжатия силовых агрегатов, но и понимаете, какую важную роль она играет в современных двигателях. 

Двигатели с изменяемой степенью сжатия: от Saab до Infiniti

Все чаще звучат авторитетные мнения, что сейчас развитие двигателей внутреннего сгорания достигло наивысшего уровня и больше невозможно заметно улучшить их характеристики. Конструкторам остается заниматься ползучей модернизацией, шлифуя системы наддува и впрыска, а также добавляя все больше электроники. С этим не соглашаются японские инженеры. Свое слово сказала компания Infiniti, которая построила двигатель с изменяемой степенью сжатия. Разбираемся, в чем преимущества такого мотора, и какое у него будущее.

В качестве вступления напомним, что степенью сжатия называют отношение объема над поршнем, находящимся в нижней «мертвой» точке, к объему, когда поршень находится в верхней.

Компоненты / Новости

Для бензиновых двигателей этот показатель составляет от 8 до 14, для дизелей — от 18 до 23.

Степень сжатия задается конструкцией фиксировано. Рассчитывается она в зависимости от октанового числа применяемого бензина и наличия наддува.

Возможность динамически изменять степень сжатия в зависимости от нагрузки позволяет поднять КПД турбированного мотора, добившись того, чтобы каждая порция топливовоздушной смеси сгорала при оптимальном сжатии.

При малых нагрузках, когда смесь обедненная, используется максимальное сжатие, а в нагруженном режиме, когда бензина впрыскивается много и возможна детонация, мотор сжимает смесь минимально.

Это позволяет не регулировать «назад» угол опережения зажигания, который остается в наиболее эффективной позиции для снятия мощности. Теоретически система изменения степени сжатия в ДВС позволяет до двух раз уменьшить рабочий объем мотора при сохранении тяговых и динамических характеристик.

Схема двигателя с изменяемым объемом камеры сгорания и шатуны с системой подъема поршней

Одной из первых появилась система с дополнительным поршнем в камере сгорания, который перемещаясь, изменял ее объем. Но сразу возник вопрос о размещении еще одной группы деталей в головке блока, где уже и так теснились распредвалы, клапаны, инжекторы и свечи зажигания. Притом нарушалась оптимальная конфигурация камеры сгорания, отчего топливо сжигалось неравномерно. Поэтому система так и осталась в стенах лабораторий. Не пошла дальше эксперимента и система с поршнями изменяемой высоты. Разрезные поршни были чрезмерно тяжелыми, притом сразу возникли конструктивные трудности с управлением высотой подъема крышки.

Система подъема коленвала на эксцентриковых муфтах FEV Motorentechnik (слева) и траверсный механизм для изменения высоты подъема поршня

Другие конструкторы пошли путем управления высотой подъема коленвала. В этой системе опорные шейки коленвала размещены в эксцентриковых муфтах, приводимых в действие через шестерни электромотором. Когда эксцентрики поворачиваются, коленвал поднимается или опускается, отчего, соответственно, меняется высота подъема поршней к головке блока, увеличивается или уменьшается объем камеры сгорания, и изменяется тем самым степень сжатия. Такой мотор показала в 2000 году немецкая компания FEV Motorentechnik. Система была интегрирована в турбированный четырехцилиндровый двигатель 1.8 л от концерна Volkswagen, где варьировала степень сжатия от 8 до 16. Мотор развивал мощность 218 л.с. и крутящий момент 300 Нм. До 2003 года двигатель испытывался на автомобиле Audi A6, но в серию не пошел.

Не слишком удачливой оказалась и обратная система, также изменяющая высоту подъема поршней, но не за счет управления коленвалом, а путем подъема блока цилиндров. Действующий мотор подобной конструкции продемонстрировал в 2000 году Saab, и также тестировал его на модели 9-5, планируя запустить в серийное производство. Получивший название Saab Variable Compression (SVC) пятицилиндровый турбированный двигатель объемом 1,6 л, развивал мощность 225 л. с. и крутящий момент 305 Нм, при этом расход топлива при средних нагрузках снизился на 30%, а за счет регулируемой степени сжатия мотор мог без проблем потреблять любой бензин — от А-80 до А-98.

Система двигателя Saab Variable Compression, в которой степень сжатия изменяется за счет отклонения верхней части блока цилиндров

Задачу подъема блока цилиндров в Saab решили так: блок был разделен на две части — верхнюю с головкой и гильзами цилиндров, и нижнюю, где остался коленвал. Одной стороной верхняя часть была связана с нижней через шарнир, а на другой был установлен механизм с электроприводом, который, как крышку у сундука, приподнимал верхнюю часть на угол до 4 градусов. Диапазон степени сжатия при поднимании — опускании мог гибко варьироваться от 8 до 14. Для герметизации подвижной и неподвижной частей служил эластичный резиновый кожух, который оказался одним из самых слабых мест конструкции, вместе с шарнирами и подъемным механизмом. После приобретения Saab корпорацией General Motors американцы закрыли проект.

Проект МСЕ-5 в котором применен механизм с рабочим и управляющим поршнями, связаными через зубчатое коромысло

На рубеже веков свою конструкцию мотора с изменяемой степенью сжатия предложили и французские инженеры компании MCE-5 Development S.A. Показанный ими турбированный 1.5-литровый мотор, в котором степень сжатия могла варьироваться от 7 до 18, развивал мощность 220 л. с. и крутящий момент 420 Нм. Конструкция тут довольно сложная. Шатун разделен и снабжен наверху (в части, устанавливаемой на коленвал) зубчатым коромыслом. К нему примыкает другая часть шатуна от поршня, оконечник которой имеет зубчатую рейку. С другой стороной коромысла связана рейка управляющего поршня, приводимого в действие через систему смазки двигателя посредством специальных клапанов, каналов и электропривода. Когда управляющий поршень перемещается, он воздействует на коромысло и высота поднятия рабочего поршня изменяется. Двигатель экспериментально обкатывался на Peugeot 407, но автопроизводитель не заинтересовался данной системой.

Теперь свое слово решили сказать конструкторы Infiniti, представив двигатель с технологией Variable Compression-Turbocharged (VC-T), позволяющей динамически изменять степень сжатия от 8 до 14. Японские инженеры применили траверсный механизм: сделали подвижное сочленение шатуна с его нижней шейкой, которую, в свою очередь, связали системой рычагов с приводом от электромотора. Получив команду от блока управления, электродвигатель перемещает тягу, система рычагов меняет положение, регулируя тем самым высоту подъема поршня и, соответственно, изменяя степень сжатия.

Конструкция системы Variable Compression у мотора Infiniti VC-T: а - поршень, b - шатун, с - траверса, d - коленвал, е - электродвигатель, f - промежуточный вал, g - тяга. 

За счет данной технологии двухлитровый бензиновый турбомотор Infiniti VC-T развивает мощность 270 л.с., оказываясь на 27% экономичнее других двухлитровых двигателей компании, имеющих постоянную степень сжатия. Японцы планируют запустить моторы VC-T в серийное производство в 2018 году, оснастив ими кроссовер QX50, а затем и другие модели.

Заметим, что именно экономичность выступает сейчас основной целью разработки моторов с изменяемой степенью сжатия. При современном развитии технологий наддува и впрыска, нагнать мощности в моторе для конструкторов не составляет больших проблем. Другой вопрос: сколько бензина в супернадутом двигателе будет вылетать в трубу? Для обычных серийных моторов показатели расхода могут оказаться неприемлемы, что и выступает ограничителем для надувания мощности. Японские конструкторы решили этот барьер преодолеть. Как считают в компании Infiniti, их бензиновый двигатель VC-T, способен выступить как альтернатива современным турбированным дизелям, показывая тот же расход топлива при лучших характеристиках по мощности и более низкой токсичности выхлопа.

Каков итог?

Работы над двигателями с изменяемой степенью сжатия ведутся уже не один десяток лет — этим направлением занимались конструкторы Ford, Mercedes-Benz, Nissan, Peugeot и Volkswagen. Инженерами исследовательских институтов и компаний по обе стороны Атлантики получены тысячи патентов. Но пока ни один такой мотор не пошел в серийное производство.

Не все гладко и у Infiniti. Как признаются сами разработчики мотора VC-T, у их детища пока остаются общие проблемы: возросла сложность и стоимость конструкции, не решены вопросы с вибрацией. Но японцы надеются доработать конструкцию и запустить ее в серийное производство. Если это произойдет, то будущим покупателям осталось только понять: сколько придется переплатить за новую технологию, насколько такой мотор будет надежен и сколько позволит экономить на топливе.

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.

Содержание статьи

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.

При всех положительных аспектах сильно увеличить степень сжатия не представляется возможным, так как значительное уменьшение объема камеры сгорания приводит к детонации топлива. Детонация в результате увеличения степени сжатия свойственна бензиновым ДВС. Дизельный двигатель, в котором воздух подается и сжимается отдельно, также может детонировать после впрыска дизтоплива. Детонация в дизеле связана с неисправностями топливной аппаратуры, неправильно установленным моментом впрыска, закоксовкой и сильным нагаром в цилиндрах двигателя и т.п.

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

в чем разница, определения терминов

Современный автомобилист, если он хочет разбираться в своей машине, должен знать массу терминов и определений. При отсутствии технического образования, либо при недостаточных знаниях в теме автомобилестроения и физике в целом, водитель может путать такие определения, как степень сжатия и компрессия. Эти понятия, в целом, довольно близки друг к другу, но не тождественны, как думают многие водители. В рамках данной статьи рассмотрим, в чем разница между степенью сжатия и компрессией двигателя. Разобравшись в этих понятиях, станет гораздо проще анализировать работу мотора.

---

Оглавление: 
1. В чем разница между степенью сжатия и компрессией
2. Что такое степень сжатия двигателя
3. Что такое компрессия двигателя

---

В чем разница между степенью сжатия и компрессией

Перед тем как подробно разбираться с каждым из определений, сформулируем кратко, что такое компрессия и степень сжатия:

• Под компрессией понимается давление, которое образуется в цилиндре при максимальном сжатии. Данный параметр можно замерить.
• Под степенью сжатия понимается число, которое определяет соотношение объема до начала сжатия и после него.

Если ознакомиться с технической литературой, можно заметить, что в ней чаще всего фигурирует термин “Степень сжатия”. Также данный показатель указывается в книге по технической эксплуатации автомобиля, например, в разделе про подбор топлива. Что касается компрессии, ее обычно используют в работе автомеханики. Диагностические приборы позволяют определить компрессию, на основе которой специалист имеет возможность сделать выводы о качестве работы мотора.

Что такое степень сжатия двигателя

Есть распространенное заблуждение, что степень сжатия — едва ли не самый главный параметр любого автомобильного двигателя. На самом деле, это не совсем так. Степень сжатия двигателя влияет на топливо, которое лучше использовать для мотора. Также от степени сжатия зависят параметры воспламенения. Если на автомобиле используется искровое зажигание (бензиновый двигатель), степень сжатия специалисты стремятся повысить, а если сгорание в цилиндрах происходит от сжатия (дизельный двигатель), то, наоборот, снизить.

Рассмотрим пример. Допустим, у нас бензиновый двигатель с объемом в 2,4 литра. Если в таком моторе степень сжатия равна 6 единицам, то мощность такого двигателя составит около 100 лошадиных сил. При этом, если оставить тот же мотор, но повысить степень сжатия в дважды — до 12 единиц, то мощность составит около 135-140 лошадиных сил. При этом в обоих рассмотренных случаях расход бензина будет одинаковый. Если сжатие выше, то ниже температура выхлопных газов, соответственно, больше высвободившейся энергии может быть преобразовано в механическую работу.

Если углубиться в физику процесса, можно вспомнить, что чем выше уровень расширения газов после произошедшего воспламенения, тем ниже температура этих газов. Соответственно, больше механической энергии в результате взрыва высвобождается. Поскольку в автомобильных двигателях степень сжатия и степень расширения газов в процессе взрыва практически идентичны (поскольку взрыв происходит в замкнутом цилиндре), отсюда следует, что с повышением степени сжатия удается повысить эффективность работы двигателя.

Само собой, повышать степень сжатия можно не до бесконечности — есть определенная граница. В зависимости от того, насколько высока температура и давление смеси в момент создания искры, определяется риск возникновения детонации. Если не просчитывать данный фактор, могут создаться серьезные проблемы в работе двигателя.

Обратите внимание: Чтобы нивелировать проблему с возникновением детонации в ходе повышения температуры, производители автомобилей ввели в двигателях пятый цикл. Смысл его в том, что закрытие впускных клапанов происходит позже, чем ранее. Соответственно, это позволяет лучше использовать топливо в цилиндрах, что снижает степень сжатия, но увеличивает уровень расширения. Такая схема используется на современных автомобильных моторах.

Если ознакомиться с технической информацией по автомобилю, можно заметить, что степень сжатия фигурирует в документации в качестве одного из параметров. Данная степень сжатия является постоянной для двигателя, и изменить заложенные производителем значения практически невозможно.

Степень сжатия можно измерить самостоятельно. Чтобы это сделать, необходимо поделить общий объём двигателя на число цилиндров. В результате данных вычислений удастся узнать полный объем одного цилиндра. Далее потребуется один из поршней мотора перевести в верхнюю мертвую точку и залить в данный цилиндр масло, отмерив его объем. Полученный объем — это объем камеры сгорания. Далее остается разделить общий объём цилиндра на объем камеры сгорания и узнать степень сжатия двигателя.

Что такое компрессия двигателя

В отличие от степени сжатия, параметр компрессии часто можно слышать в сервисных центрах, например, при прохождении диагностики. Мастера по техническому обслуживанию после считывания ошибок или проведения других работ могут сообщить, что у автомобиля повышенная или пониженная (что чаще) компрессия.

Если компрессия снижается в двигателе, это является сигналом о том, что имеются определенные проблемы с мотором.

Замерить компрессию двигателя можно и самостоятельно. Чтобы это сделать, потребуется компрессометр. Данный прибор можно приобрести практически в любом автомобильном магазине. Его нужно поместить в цилиндр, после чего прокрутить мотор стартером. Далее можно узнать по полученным результатам информацию о компрессии.

Обратите внимание: Если на автомобиле бензиновый двигатель, нормальный уровень компрессии для него находится на уровне в 10-14 атмосфер. Для дизельного двигателя данный показатель равен 24-35 атмосферам.

Если после замера компрессии вы обнаружили, что она значительно меньше, чем рекомендуется конкретно для вашего мотора, необходимо провести диагностику. Лучший способ диагностики — разобрать полностью мотор и посмотреть комплектующие. Но, поскольку это достаточно сложная процедура, требующая определенных знаний, лучше провести тестирование следующим образом:

1. Залейте в цилиндр двигателя около 15-20 грамм моторного масла;
2. Далее повторно проведите замер компрессии двигателя;
3. Если в результате измерения вы заметили, что компрессия увеличилась, это говорит о том, что клапаны не закрываются до конца, либо имеет место быть прогорание клапана. В случае, если после залития масла показатель компрессии остался на прежнем уровне, следует обратить внимание на возможность залегания поршневых колец. Но также следует брать во внимание, что в таком случае есть вероятность проблем с зеркалом цилиндра или с самим поршнем.

Снижение уровня компрессии — достаточно серьезная проблема, которую можно определить на раннем этапе. Симптомами, которые указывают на подобную проблему, является повышение расхода уровня топлива и снижение мощности двигателя.

Загрузка…

Голая правда о технологии Mazda SkyActive :: Autonews

Компания Мазда не так давно действительно сделала бензиновый атмосферный двигатель с рекордной степенью сжатия — 14:1, достигнутой в том числе и за счет «улучшения вентиляции цилиндров» — оригинальной доработки системы выпуска. Снижение «средней температуры цикла» позволило вроде бы бороться и даже победить «неизбежную детонацию».

Степени сжатия практически всех современных атмосферных моторов (которых уже скоро и вовсе не останется) достигли критических величин в 10,5-11* единиц еще лет 20 назад и остаются практически неизменны с того момента (хороший пример —  моторы BMW M50 и BMW S50). Рекордные же показатели, находящиеся в общем-то на грани теоретической детонации, чаще всего демонстрируют немногочисленные «докрученные» моторы спортивных автомобилей. Так или иначе, в мировом двигателестроении до недавнего времени существовали единицы моторов с СЖ около 12.

Зачем же, почему и чем именно важен этот показатель? Зачем стране такие рекорды?

*Здесь и далее говорим только про атмосферные моторы.

Важность степени сжатия можно оценить рассмотрев прямой показатель эффективности двигателя — крутящий момент приведенный к объему. Понятно, что на деле это может быть лишь точка, или же довольно узкий участок на моментной характеристике — нам важна лишь максимально достигнутая цифра. Около 20 лет назад, BMW одной из первых добилась соотношения 1 Нм на 10 кубиков рабочего объема. И прогресс в эффективности на этом фактически остановился. Компании начали больше заниматься экологией и интегральной характеристикой момента — работать с фазами газораспределения и их эффективностью. Фазовращателями  просто «раскатали» моментную характеристику влево и вправо. Про все это я уже говорил.

На момент 2012 года, не существует атмосферного гражданского мотора с характеристиками существенно превышающими «золотое» соотношение эффективности — 1 Нм на 10 куб.см. рабочего объема. Моторы получающие хотя бы на 7-10% больше — дожаты до предела — это привелегия спортивных двигателей Ferrari, Porsche, BMW Motorsport. Тут чаще всего или помудрили с фазами, или выставили критические углы зажигания ну и степень сжатия, разумеется, по верхней возможной границе сделали.

Массовый же потребитель в основном ориентируется на гонку лошадиных сил и фактически не замечает, что продают-то ему почти тот же самый мотор, если не хуже. Разумеется, он стал ЕВРО4, старт-стоп и чего-то там еще, но эффективность осталась такая же, если не ниже…

Лишние 10-20 лошадиных сил, по сравнению с предыдущей моделью, подняты заменой прошивки с сопутствующим добавлением оборотов. Также, возможно, конструкторы чуть поиграли с фазами — приподняли холостые — сдвинули всю характеристику вправо. По такому пути идут все производители: так или иначе, именно такова главная тенденция в ретроспективе развития мирового моторостроения за последние 20-30 лет.

Вернемся к понятию «степень сжатия» и вспомним волговский «ЗМЗ-21», мотор американской технологии 50-х годов: СЖ 6,7:1, фактически — обычный распространенный в то время «американец» советского изготовления. Переваривал бензины от А-66 до А76 (современный — АИ-80). На нем был достигнут момент около 167 Нм при рабочем объеме около 2,44 л. BMW в 1991 году примерно с такого же объема двигателя M50B25 снимали привычные сейчас 250 Нм. Прогресс по степени сжатия — примерно полуторакратный. Прогресс по моменту… практически те же 1,5 раза! Линейная зависимость. Ну так давайте увеличим СЖ еще в 1,5 раза, примерно до 15 единиц и мы получим что-нибудь около 375 Нм?!

Ничего подобного: на самом деле, эффективность двигателя зависит от степени сжатия нелинейно. К 10-11 единицам теоретическая кривая эффективности входит в зону насыщения и к условным 12,5 единицам на графике наступает перегиб — дальнейший рост происходит крайне неохотно. Об этом же говорит и сама Мазда:

К чему я все это? Мазда обещает СЖ 14:1? Рекорд? Разберемся, по сравнению с чем?

Практически все современные моторы оснащены непосредственным вспрыском. Послойное смесеобразование, использование дополнительной «обычной» форсунки, оптимизация камеры сгорания — все это пути для понижения температуры смеси — снижения склонности к детонации. Один и тот же двигатель с СЖ 11-12 может быть более, или напротив — менее склонен к детонации, в зависимости от режима его питания.

Так что берем обычный современный двигатель, редактируем его в сторону снижения детонации и получаем 12:1 с допустимой эксплуатацией на АИ-95… И не детонирует. Думаю, с обязательным ограничением на 98-й, получим и беспроблемные 12,5:1 при использовании, повторюсь, совершенно доступных технологий. То есть, если и сравниваем, при прочих равных, то сравниваем не с мотором 80-х, а с мотором 2012 года — со всеми возможными современными ухищрениями. Если сравниваем «маздовские» 14:1, то примерно с 12:1, что сегодня вполне себе норма, как видите.

Одна из ключевых технологий при этом — непосредственный впрыск и оптимизация формы камеры сгорания.

Кроме того, стоит рассматривать каждый случай в отдельности — декларируемая цифра может несколько отличаться от реалий — идеально точно геометрию камеры сгорания редко кто высчитывает. Чаще всего, указанные производителем данные о степени сжатия довольно условны, отображают, так сказать, общую тенденцию, или «среднетехнологическое» значение. Компрессия двигателей M54B22 и M54B30, или же M50B20 и M50B25, например, отличается заметно больше, чем того стоит ожидать зная указанные степени сжатия этих моторов. В Сети хватает и практических расчетов для конкретного мотора… Реальные цифры могут варьироваться в довольно широком диапазоне. Разумеется, всему есть предел и двигатель с заявленной степенью сжатия 10:1 на деле вряд ли окажется дожатым до 12:1. Учитывая естественный технологический разброс и, например, возможный нагар в камере сгорания, вы никогда не сможете точно предсказать фактическую склонность двигателя к детонации на основе одной только паспортной степени сжатия.

К чему я все это пишу: даже указанная производителем степень сжатия требует фактической проверки. Самая простая из которых — точное измерение компрессии. И вот тут, при прочих равных, можно пытаться строить теорию склонности этого ДВС к детонации. Одна-две «лишних» атмосферы и стоит выбирать следующий сорт бензина…

Хорошо, представим, что «честные» 12:1 сопоставляются с технологическим совершенством — честными и рекордными 14:1. Сравнение, допустим, полностью корректное. Что нам дадут «рекордные» дополнительные 2 единицы? Хотя бы +10% к эффективности? Ничуть не бывало: перед нами, как видно, все те же 200-205 Нм которые показывают в паспортных данных на Skyactive-G. Кстати, почему, интересно, для канадского рынка указана степень сжатия 13:1? Дефорсировали мотор? Отнюдь: показатели момента и мощности те же самые. А теперь сюрприз. Что случилось с Mazda3 с таким же мотором? Нам говорят, что «охладительный» волшебный коллектор не поместился, там стоит обычный и заявленная степень сжатия уже не 14 и даже не 13…  12:1! Все характеристики прежние, заявленная разница в моменте — 3 Нм. Полагаю, даже одинаковые двигатели могут давать такой разброс на практике. Оставили бы все как есть — чем было бы оправдать отсутствие оригинального коллектора? Если эти 3 Нм действительно соответствуют разнице «технического» прорыва по сравнению с обычным двигателем с СЖ 12:1, то оно того стоит вообще? Ради чего городили весь этот огород? 3 Нм? Что-то около 1% на моментной характеристике?

Суровая действительно такова: двигатели MAZDA SKYACTIV-G в вариантах степеней сжатия 14:1, 13:1 и 12:1 фактически ничем друг от друга не отличаются. Да, это один и тот же мотор. Вот такой вот извращенный изощренный маркетинг. Mazda сделала совершенно обычный современный двигатель (ничем не лучше и не хуже аналогов) и завернула его в блестящую маркетинговую шелуху. Продавать же как-то надо…

P.S.Распространенный двигатель BMW N46B20 (в общем-то, аналогичный более раннему N42B20 аж 2001 года выпуска) при равном рабочем объеме, имеет примерно аналогичные характеристики эффективности, но при действительной степени сжатия… всего 10,5:1. Вот только рабочий момент у него доступен уже с 1200 оборотов! Двигатель Мазды «оживает» едва после 2000 об/мин… Почти 1000 оборотов — это пропасть. Делать надо было «момент», а не степень сжатия. Но момент сложнее «продать».

Подготовлено в сотрудничестве с bmwservice.livejournal.com

Расчет степени сжатия — автосервис

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.

 

где:

b = диаметр цилиндра;

s = ход поршня;

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.

Увеличение степени сжатия в двигателе автомобиля требует использования топлива с более высоким октановым числом (для бензиновых двигателей внутреннего сгорания) во избежание детонации.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.

Мощнее, экономичнее, безвреднее – Наука – Коммерсантъ

Последние 20 лет в автомобилестроении идет перманентная революция. Она распространяется на все детали — от колес до омывателя стекол. Но главное движение мысли инженеров направлено на двигатель внутреннего сгорания (ДВС).

Речь пойдет о ДВС с переменной степенью сжатия. Сейчас существует один серийный автомобиль с подобной технологией — Infiniti QX50. Но и в России существует разработка, способная потягаться с японской. Российский ДВС с переменной степенью сжатия создали инженеры Научно-исследовательского автомобильного и автомоторного института, или, говоря бюрократическим языком, ГНЦ РФ ФГУП НАМИ. (Кстати, именно эта организация делает автомобили марки Aurus.) ДВС с переменной степенью сжатия НАМИ представил на конференции в Германии зимой 2019 года.

Степенью сжатия называется отношение поршня, находящегося в нижней точке, к поршню, находящемуся в верхней точке. Почти во всех автомобилях этот показатель — фиксированный и определяется таким образом, чтобы не допустить взрыва топливной смеси. Возможность динамически изменять степень сжатия позволяет значительно поднять КПД автомобиля. То есть при малых нагрузках степень сжатия может быть выше, а при больших, когда в камеру сгорания попадает много воздушно-бензиновой смеси и возможна опасная детонация, степень сжатия уменьшается. Вроде все просто.

Одними из первых, кто попытался воплотить технологию в жизнь, стали инженеры фирмы SAAB. В 2000 году на автосалоне в Женеве они представили инновационный двигатель с изменяемой степенью сжатия. Суть разработки заключалась в том, что цилиндры двигателя и головка блока выполнены как моноблок (у обычных двигателей они существуют раздельно). Таким же образом были объединены блок-картер и шатунно-поршневая группа. (Блок-картер — это не что иное, как корпус, который объединяет и скрепляет все детали двигателя.) Так вот, изменение степени сжатия происходило за счет наклона моноблока относительно блок-картера с помощью гидропривода при неизменном ходе поршня. За всеми этими сложными словами скрывается простая задумка: когда нужно уменьшить степень сжатия, моноблок отклоняется от вертикали, что приводит к увеличению объема камеры сгорания и, соответственно, к нужному результату. Для увеличения степени сжатия угол наклона моноблока нужно уменьшить, уменьшив тем самым объем камеры сгорания. Руководит процессом электронный блок управления, который рассчитывает оптимальный угол отклонения в зависимости от множества факторов, начиная от нагрузки и заканчивая типом топлива.

Шведский двигатель объемом 1,6 л выдавал мощность 225 л. с. Прекрасный результат! Но еще и расход топлива уменьшился на 30%. Более того, удалось добиться существенного снижения выброса вредных веществ, что крайне важно для Швеции, где к экологии относятся исключительно внимательно.

Примерно в то же время, когда на Женевском автосалоне был представлен инновационный двигатель, компания SAAB перешла в полную собственность General Motors. Постепенно проекты вроде этого стали сворачиваться, а в 2010 году GM избавилась от шведской марки. Теперь ее вовсе не существует — осталась втуне и перспективная разработка.

Похожую задумку пробовали воплотить и инженеры немецкой компании FEV Motorentechnik. Их двигатель с переменной степенью сжатия был представлен в том же 2000 году. Немцы тоже пытались добиться результата за счет изменения объема камеры сгорания, но только не за счет блока цилиндров, как сделала SAAB, а за счет управления высотой подъема коленвала. Опорные шейки коленвала размещались в эксцентричных муфтах (эксцентриком называется механизм, который преобразует вращательное движение в поступательное), а они приводились в действие электромотором через шестерни. Поворот эксцентриков заставлял подниматься или опускаться коленвал, что и меняло объем камеры сгорания. Разработка была использована в турбированном четырехцилиндровом двигателе Volkswagen объемом 1,8 л. Мотор развивал мощность до 218 л. с., но в серию не пошел (по неведомым причинам).

Возможно, идея ДВС с переменной степенью сжатия так и осталась бы идеей, если бы в 2017 году Infiniti не выпустила свой VC-Turbo.

Японцы пошли отличным от коллег путем и применили траверсный механизм: шатун соединен системой рычагов с приводом электромотора, который, в свою очередь, регулирует через систему рычагов свободу движения поршня, изменяя степень сжатия. Главный успех Infiniti — в том, что пока это единственный производитель, которому удалось довести разработку до серийного производства. VC-Turbo используется в автомобиле Infiniti QX50, японцам удалось вместить в двухлитровый турбированный агрегат 270 лошадиных сил, увеличив экономичность на 27% по сравнению с аналогичными двигателями.

Алексей Теренченко, кандидат технических наук, доцент, директор центра «Энергоустановки» НАМИ, объясняет, что основной целью российских конструкторов было добиться идеального сочетания механизмов для получения максимального диапазона степени сжатия при минимальных затратах энергии на управление. Руководствуясь этой целью, конструкторы пришли к выводу, что добиться такого сочетания проще всего благодаря траверсному механизму. В этом смысле решение схоже с Infiniti, но есть и различия.

«Рядные двигатели, как правило, изначально имеют непропорциональную форму – они высокие и узкие. А все конструкторы пытаются сделать так, чтобы двигатель в моторном отсеке занимал пропорциональные — в отношении высоты, ширины и длины — размеры. Для этого все вспомогательные агрегаты вешаются по бокам. В нашей конструкции траверс примыкает к цилиндрам и находится сбоку. Infiniti же поместила механизм снизу. С точки зрения габаритов решение не самое удачное,— рассказывает господин Теренченко.— Нашим конструкторам удалось добиться диапазона хода поршня от 7 до 14, это очень хороший результат».

Основная проблема, продолжает Алексей Теренченко,— в стоимости двигателя. ДВС с такой технологией под капотом машины неизбежно переводит ее в премиальный класс. Для Infiniti — премиальной марки — нормально. Российский же автопром к такому пока не готов. Условной Lada Vesta не нужен такой двигатель, да и покупатель не готов переплачивать за навороченную разработку. Так что технология лежит на полке и ждет своего часа из-за банальной неготовности рынка ее принять. То есть не технология не дотягивает до серийного производства, а наоборот.

Более того, как говорит господин Теренченко, проблема еще и в том, что у России нет таких жестких норм чистоты автомобильного выхлопа, как в Европе или в США, а такие нормы становятся дополнительным стимулом для внедрения технологии ДВС с переменной степенью сжатия. Патовая ситуация.

Кузьма Лебедев

Степень сжатия | Tractor & Construction Plant Wiki

Информацию о степени сжатия при сжатии данных см. В Википедии: степень сжатия данных.

«Степень сжатия» двигателя внутреннего сгорания или двигателя внешнего сгорания — это величина, которая представляет собой отношение объема его камеры сгорания от наибольшей емкости к наименьшей. Это фундаментальная спецификация для многих распространенных двигателей внутреннего сгорания.

В поршневом двигателе это соотношение между объемом цилиндра и камеры сгорания, когда поршень находится в нижней части своего хода, и объемом камеры сгорания, когда поршень находится в верхней части своего хода. ^[1]

Изобразите цилиндр и его камеру сгорания с поршнем в нижней части его хода, содержащего 1000 см3 воздуха (900 см3 в цилиндре и 100 см3 в камере сгорания). Когда поршень переместился в верхнюю часть своего хода внутри цилиндра, а оставшийся объем внутри головки или камеры сгорания был уменьшен до 100 см3, тогда степень сжатия будет пропорционально описана как 1000: 100 или с частичным уменьшением. , степень сжатия 10: 1.

Желательна высокая степень сжатия, поскольку она позволяет двигателю извлекать больше механической энергии из заданной массы топливовоздушной смеси из-за его более высокого теплового КПД. Это происходит потому, что двигатели внутреннего сгорания являются тепловыми двигателями, и более высокий КПД создается, потому что более высокая степень сжатия позволяет достичь той же температуры сгорания с меньшим количеством топлива, обеспечивая при этом более длительный цикл расширения, создавая большую выходную механическую мощность и снижая температуру выхлопных газов.

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

Дизельные двигатели, с другой стороны, работают по принципу воспламенения от сжатия, поэтому топливо, которое сопротивляется самовоспламенению, вызовет позднее воспламенение, что также приведет к детонации в двигателе.

Коэффициент рассчитывается по следующей формуле:

, где

= отверстие цилиндра (диаметр)

= длина хода поршня

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

Типичные степени сжатия [править | править источник]

Бензиновый (бензиновый) двигатель [править | править источник]

Из-за детонации двигателя степень сжатия в бензиновом или бензиновом двигателе обычно не намного превышает 10: 1, хотя некоторые серийные автомобильные двигатели, построенные для высокопроизводительных двигателей в период с 1955 по 1972 год, имели такие же высокие степени сжатия. как 13,0: 1, что может безопасно работать на доступном в то время высокооктановом этилированном бензине.

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

В двигателях с датчиком «пинга» или «детонации» и электронным блоком управления CR может достигать 13: 1 (BMW K1200S 2005 года). В 1981 году Jaguar выпустил головку блока цилиндров, которая допускала сжатие до 14: 1; но довольствовался 12,5: 1 в серийных автомобилях. Конструкция головки блока цилиндров была известна как головка «May Fireball»; его разработал швейцарский инженер Майкл Мэй.

Mazda в 2012 году выпускает новые бензиновые двигатели под торговой маркой SkyActiv со степенью сжатия 14: 1, которые будут использоваться во всех автомобилях Mazda к 2015 году. ^{[2] [3] [4]}

Бензин / бензиновый двигатель с наддувом [редактировать | править источник]

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

Бензин / бензиновый двигатель для гонок [править | править источник]

Мотоциклетные двигатели

могут использовать степень сжатия до 14: 1, и нередко можно найти мотоциклы со степенью сжатия выше 12,0: 1, рассчитанные на топливо с октановым числом 86 или 87. Двигатели F1 приближаются к соотношению 17: 1 (что очень важно для максимизации объемной / топливной эффективности при 18000 об / мин).

Двигатели на этаноле и метаноле [править | править источник]

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

Газовый двигатель [править | править источник]

В двигателях, работающих исключительно на СНГ или СПГ, CR может быть выше из-за более высокого октанового числа этих топлив.

Дизельный двигатель [править | править источник]

В дизельном двигателе с самовоспламенением электрическая свеча зажигания отсутствует; теплота сжатия повышает температуру смеси до точки самовоспламенения. CR обычно превышает 14: 1, а соотношение более 22: 1 является обычным явлением.Соответствующая степень сжатия зависит от конструкции головки блока цилиндров. Обычно это значение составляет от 14: 1 до 16: 1 для двигателей с прямым впрыском и от 18: 1 до 23: 1 для двигателей с непрямым впрыском.

Поиск неисправностей и диагностика [править | править источник]

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

Если дана номинальная степень сжатия двигателя, давление в цилиндре перед воспламенением можно оценить с помощью следующего соотношения:

где — давление в цилиндре в нижней мертвой точке, которое обычно составляет 1 атм, — это степень сжатия, а — удельная теплоемкость рабочей жидкости, которая составляет около 1,4 для воздуха и 1,3 для метановоздушной смеси. смесь.

Например, если двигатель, работающий на бензине, имеет степень сжатия 10: 1, давление в цилиндре в верхней мертвой точке равно

Однако эта цифра также будет зависеть от кулачка (т.е.е. клапана) ГРМ. Как правило, давление в цилиндре для обычных автомобильных конструкций должно составлять не менее 10 бар, или, по приблизительной оценке в фунтах на квадратный дюйм (psi), в 15-20 раз больше степени сжатия, или в этом случае от 150 до 200 psi, в зависимости от кулачок синхронизации. Специально построенные гоночные двигатели, стационарные двигатели и т. Д. Будут давать цифры за пределами этого диапазона.

Факторы, включающие позднее закрытие впускного клапана (относительно профиля распределительных валов, выходящих за пределы типичного диапазона серийных автомобилей, но не обязательно в области двигателей соревнований), могут привести к обманчиво заниженным показателям в этом тесте.Чрезмерный зазор в шатуне в сочетании с чрезвычайно высокой производительностью масляного насоса (редко, но не невозможно) может привести к образованию достаточного количества масла, чтобы покрыть стенки цилиндра достаточным количеством масла, чтобы облегчить разумное уплотнение поршневого кольца, искусственно давая обманчиво высокий показатель на двигателях с нарушенным кольцевым уплотнением.

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

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

Если есть подозрение на проблему, то более подробный тест с использованием тестера утечки может определить местонахождение утечки.

Двигатели с переменной степенью сжатия (VCR) [править | править источник]

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

Единственным исключением является экспериментальный двигатель Saab Variable Compression Engine (SVC).В этом двигателе, разработанном Saab Automobile, используется технология, которая динамически изменяет объем камеры сгорания (V _c ), что с помощью приведенного выше уравнения изменяет степень сжатия (CR).

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

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

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

Это соотношение выше при более консервативном (т.е. раньше, вскоре после НМТ) времени впускных кулачков и ниже при более радикальном (т.е. позже, намного позже НМТ) времени впускных кулачков, но всегда ниже статического или «номинального» степень сжатия.

Фактическое положение поршня можно определить тригонометрическим методом, используя длину хода и длину шатуна (измеренную между центрами). Абсолютное давление в цилиндре является результатом показателя степени динамического сжатия.Этот показатель степени представляет собой политропное значение для отношения переменной теплоты воздуха и подобных газов при существующих температурах. Это компенсирует повышение температуры, вызванное сжатием, а также потерю тепла в цилиндре. В идеальных (адиабатических) условиях показатель степени будет 1,4, но используется более низкое значение, обычно от 1,2 до 1,3, поскольку количество потерянного тепла будет варьироваться между двигателями в зависимости от конструкции, размера и используемых материалов, но дает полезные результаты для в целях сравнения. Например, если степень статического сжатия составляет 10: 1, а степень динамического сжатия — 7.1,3 × атмосферное давление, или 13,7 бар. (× 14,7 фунтов на квадратный дюйм на уровне моря = 201,8 фунтов на квадратный дюйм. Давление, показанное на манометре, будет абсолютным давлением за вычетом атмосферного давления, или 187,1 фунтов на квадратный дюйм.)

Две поправки на динамическую степень сжатия влияют на давление в цилиндре в противоположных направлениях, но не в одинаковой степени. Двигатель с высокой статической степенью сжатия и поздним закрытием впускного клапана будет иметь DCR, аналогичный двигателю с более низким уровнем сжатия, но более ранним закрытием впускного клапана.

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

• Гораздо более высокая скорость поршня при работающем двигателе по сравнению с проворачиванием коленчатого вала позволяет меньше времени для выхода давления через поршневые кольца в картер.

• работающий двигатель покрывает стенки цилиндра гораздо большим количеством масла, чем двигатель, который запускается на низких оборотах, что способствует уплотнению.

• более высокая температура цилиндра создаст более высокое давление при работе по сравнению со статическим испытанием, даже испытанием, проведенным с двигателем, температура которого близка к рабочей.

• Работающий двигатель не прекращает забирать воздух и топливо в цилиндр, когда поршень достигает НМТ; Смесь, которая устремляется в цилиндр во время движения вниз, развивает импульс и продолжается некоторое время после прекращения вакуума (в том же отношении, что быстрое открытие двери создает сквозняк, который продолжается после прекращения движения двери). Это называется уборкой мусора. Настройка впуска, конструкция головки блока цилиндров, фазы газораспределения и настройка выхлопа определяют, насколько эффективно двигатель работает.

Степень сжатия в зависимости от общей степени давления [править | править источник]

Степень сжатия и общая степень сжатия взаимосвязаны следующим образом:

Степень сжатия	2: 1	3: 1	5: 1	10: 1	15: 1	20: 1	25: 1	35: 1
Степень сжатия	2,64: 1	4,66: 1	9,52: 1	25.12: 1	44,31: 1	66.29: 1	90.60: 1	145,11: 1

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

,

, а степень сжатия определяется как увеличение давления:

.

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

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

{[wikipedia}}

Калькулятор степени сжатия (статический и динамический)

Наш калькулятор степени сжатия — идеальный инструмент для всех любителей автомобилей и гонок.Если вы не знаете, что такое формула степени сжатия или как ее использовать, вы попали в нужное место! Мы объясним все основы этих расчетов и ответим на вопрос , какая степень сжатия лучше . Если вы уже являетесь преданным заправщиком, вы наверняка оцените расширенную часть нашего калькулятора , где мы имеем дело с динамической степенью сжатия .

Если вам нравится этот инструмент, обязательно посмотрите и калькулятор автокатастроф!

Какая степень сжатия?

Степень сжатия является характеристикой двигателей внутреннего сгорания (и, что удивительно, не имеет ничего общего со сжатием файлов).Это соотношение объема цилиндра и двигателя внутреннего сгорания, когда поршень находится в нижней части своего хода, и когда он находится в верхней части своего хода. Вы легко можете представить это как пропорцию между объемом двигателя в сжатом и несжатом состоянии.

Формула степени сжатия

Степень сжатия можно легко найти по следующей формуле:

CR = (V d + V c ) / V c

где:

• V d — это рабочий объем — объем, который был перемещен движущимся поршнем.Его можно рассчитать по формуле объема цилиндра: V d = b 2 * s * π / 4 .
• V c — это объем над поршнем, когда поршень находится в верхней мертвой точке (его крайнее верхнее положение), также называемый сжатым объемом .
• b — отверстие цилиндра (диаметр).
• s — длина хода поршня.

В нашем калькуляторе компрессии мы подразделяем объем над поршнем на четыре компонента, чтобы помочь вам сделать расчеты как можно точнее.

V c = V камера + V поршень + V прокладка + V зазор

где:

• V камера — объем камеры сгорания в верхней части двигателя. Обычно это измеряется путем заливки жидкости в камеру и измерения ее объема. Часто его можно встретить в описании производителя.
• V поршень — если поршень не имеет плоской верхней части, но имеет куполообразную или выпуклую форму, он займет немного места (или оставит это пространство свободным).
• V прокладка — прокладка головки толщиной t и отверстие (диаметр) g займет объем V прокладка = g 2 * t * π / 4
• V зазор равен V зазор = b 2 * c * π / 4 , где c — зазор деки.

Наш калькулятор степени сжатия оценивает не только значение CR, но и общий объем двигателя.Он рассчитывается путем умножения рабочего объема на количество цилиндров.

Статическая и динамическая степень сжатия

Используя приведенные выше формулы степени сжатия, вы сможете вычислить статическую степень сжатия . Однако это число не совсем соответствует действительности. Почему? Не учитывает закрытие впускного клапана.

В двигателе внутреннего сгорания поршень движется вверх и вниз. Когда он движется вверх, объем внутри цилиндра сжимается; когда он движется вниз, свежее топливо и воздух поступают в камеру через впускной клапан.Поршень достигает своего нижнего положения (нижней мертвой точки) и снова начинает движение вверх. Однако в это время впускной клапан еще не закрыт, поэтому сжатия не происходит. — воздух «выталкивается» через клапан. Мы можем говорить о сжатии только тогда, когда клапан полностью закрыт. Вот почему степень динамического сжатия (DCR) зависит от точки закрытия впускного клапана (IVC), которая выражается как угол после нижней мертвой точки (ABDC).

Вы можете открыть калькулятор динамической степени сжатия в расширенном режиме нашего калькулятора.DCR будет рассчитываться на основе измененной длины хода, которая, в свою очередь, выводится из длины стержня и IVC.

Какая самая лучшая степень сжатия?

Чем выше степень сжатия, тем лучше работает двигатель . Однако вы не можете увеличивать степень сжатия до бесконечности. В какой-то момент в камере сгорания не будет достаточно места для горения, и произойдет детонация .

Сопротивление двигателя зависит от многих факторов, но одним из наиболее важных является октановое число топлива .Чем выше октановое число, тем большему сжатию способно выдержать топливо и тем выше потенциальная степень сжатия.

Как мы упоминали ранее, степень динамического сжатия — это та степень сжатия, которая действительно происходит внутри двигателя. Вот почему, когда мы говорим о наилучшей степени сжатия , мы должны сосредоточиться на DCR, а не на статическом CR. Большинство обычных двигателей имеют DCR в диапазоне от 8: 1 до 8,5: 1, что соответствует статическому CR от 10: 1 до 12: 1. Однако, если вы используете гоночное топливо, оно может быть намного выше, до 10: 1 DSR и 15: 1 статического CR.

Наука о степенях сжатия для высокопроизводительных двигателей

Степень сжатия двигателя имеет большое значение. Вы никогда не увидите гоночный двигатель с низкой степенью сжатия, если он не будет произвольно ограничен каким-либо ограничением класса. Более высокая степень сжатия увеличивает мощность гоночных и уличных двигателей. Все помнят анемичные 1970-е с низкой компрессией, и никто не хочет их повторять. Когда производители оригинального оборудования получили больший контроль над топливом и искрой с помощью EFI и электронного управления двигателем, степень сжатия снова выросла, потому что автопроизводители знают, что это дает больше мощности и дает более высокую топливную экономичность.Более высокая степень сжатия — основная причина, по которой дизельные двигатели неизменно обеспечивают лучшую экономию топлива, чем бензиновые.

---

Этот технический совет взят из полной книги PERFORMANCE AUTOMOTIVE ENGINE MATH. Подробное руководство по этой теме вы можете найти по этой ссылке:

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ ОБ ЭТОЙ КНИГЕ ЗДЕСЬ

ПОДЕЛИТЬСЯ СТАТЬЕЙ: Пожалуйста, не стесняйтесь делиться этой статьей на Facebook, на форумах или в любых клубах, в которых вы участвуете.Вы можете скопировать и вставить эту ссылку, чтобы поделиться: https://musclecardiy.com/performance/science-compression-ratios-performance-engines/

---

Высокопроизводительные приложения должны тщательно учитывать степени сжатия, независимо от того, являются ли они без наддува или сильно нагнетаются за счет наддува. Нам нужна максимальная мощность и эффективность, которые мы можем получить, но плохая комбинация деталей может чрезмерно повлиять на допуск двигателя к октановому числу топлива с потенциально катастрофическими результатами.

Конфигурация верхней части поршня является одним из многих факторов, влияющих на степень сжатия двигателя и допуск на октановое число топлива.

Очень важно знать или прогнозировать степень сжатия с высокой степенью уверенности, чтобы можно было сделать правильный выбор топлива. Теперь, когда у нас есть низко- и среднеоктановый бензин, высокооктановый этанол E85 и гоночное топливо, как никогда важно, чтобы степень сжатия соответствовала предполагаемому применению и топливу, которое будет сжигаться. В случае новых сборок двигателя подходящая смесь компонентов может быть адаптирована для достижения целевой степени сжатия, которая является либо октановой, либо, в некоторых случаях, санкционированной органом.

Двигатели с ограничением по октановому числу

всегда подвержены риску смертельного повреждения. Вот почему в 80-х годах в двигателях появились датчики детонации, которые сигнализировали бортовому компьютеру о замедлении подачи искры при обнаружении начала детонации. Сегодня у нас есть роскошные средства управления двигателем, которые позволяют нам работать с более высокими степенями сжатия, но мы все равно должны рассчитывать их в соответствии с конкретными требованиями.

Степень сжатия — эффективное средство ограничения мощности в некоторых гоночных сериях.Он также используется для снижения стоимости многих гоночных площадок. Обычно это влияет на выбор поршня и головки блока цилиндров, где конкретная головка блока цилиндров также может быть указана уполномоченным органом. Когда размер головки блока цилиндров и размер камеры диктуются, конфигурация поршня, высота деки и толщина прокладки должны быть изменены, чтобы соответствовать требованиям степени сжатия. Короткие треки часто применяют правило 9: 1, в то время как двигатели NASCAR ограничены до 12: 1. Безлимитные дрэг-рейсинги и двигатели Bonneville часто превышают 14: 1, в то время как дрэг-рейсеры стандартного класса ограничены исходной заводской степенью сжатия их конкретного автомобиля.

Пределы степени сжатия

могут быть полезны до некоторой степени, поскольку они обычно диктуют наличие поршней с плоским верхом, которые способствуют эффективному сгоранию при сохранении желаемого гашения, способствуя турбулентности заряда и поддерживая качество смеси. Часто указываются заэвтектические поршни, хотя в некоторых сериях допускается поковка. Без более высоких степеней сжатия, конечно, меньше отдачи, но, учитывая конкретные параметры, опытные производители двигателей настраивают участвующие компоненты, чтобы наилучшим образом соответствовать любой фиксированной степени сжатия, особенно с прицелом на увеличение эффективной степени сжатия за счет соответствующей синхронизации распределительного вала и эффективной настройки впуска .

Факторы, влияющие на степень сжатия

Быстро назовите десять или более вещей, которые влияют или зависят от степени сжатия. Если не можете, примите во внимание следующее:

• Октановое число топлива
• Качество топливной смеси (размер капли)
• Объем цилиндра
• Объем камеры сгорания
• Высота деки
• Толщина сжатой прокладки
• Форма прокладки
• Зазор между поршнем и головкой
• Зона закалки
• Купол или объем купола
• Объем посуды
• Опережение зажигания
• Клапан разгрузки объема
• Объем щели
• Фаска отверстия

Формула для расчета степени сжатия довольно проста.Мы поработаем с некоторыми примерами через минуту, но сначала давайте исследуем влияние элементов в нашем списке, особенно тех, которые находятся под нашим контролем во время процесса сборки двигателя. Конечно, толерантность к октановому числу топлива является первоочередной задачей, поэтому нам нужно знать, какое топливо мы будем использовать. Качество смеси этого топлива в значительной степени определяется температурой воздуха, топливной смесью и компонентами всасывания, которые дозируют топливо, поступающее в двигатель. К ним относятся карбюратор или топливные форсунки, впускной коллектор, головки цилиндров и клапаны.Даже синхронизация фаз газораспределения может влиять на динамическое сжатие или давление в цилиндре. Это все, что мы можем контролировать, как и элементы в нашем списке, все они находятся прямо внутри цилиндра, оказывая свое влияние на степень сжатия. Рассмотрим основную формулу.

Степень сжатия (CR) = (V1 + V2) ÷ V2
Где:
V1 = объем цилиндра
V2 = объем камеры сгорания

Калькулятор коэффициента сжатия Performance Trends — это надежный инструмент, который объединяет все измеренные и рассчитанные компоненты формулы степени сжатия для обеспечения точных расчетов степени сжатия.

Циферблатный индикатор с мостовой стойкой используется для измерения высоты настила. Поместите циферблатный индикатор на поверхность деки и обнулите циферблат. Затем поверните поршень до ВМТ и измерьте разницу до верха поршня. Измерьте по оси поршневого пальца, чтобы получить среднюю высоту деки.

Большинство прокладок головки имеют многослойную конструкцию, и все лучшие из них обеспечивают заявленную толщину и объем в сжатом состоянии. Если объем вашей прокладки неизвестен, вы все равно можете измерить его, как указано в сопроводительном тексте.

На практике V2 фактически называют объемом зазора или объемом сжатия, потому что он включает в себя все элементы из нашего списка и фактически представляет собой общее пространство сгорания над поршнем. Это пространство, в которое вжимается объем цилиндра при сжатии. Я назову это объемом сжатия для нашего обсуждения. Таким образом, формула фактически устанавливает соотношение между общим объемом цилиндра с поршнем в нижней части его хода к объему цилиндра с поршнем в верхней части его хода.Каждый пункт в нашем списке в той или иной степени изменяет значение V2, и это оказывает сильное влияние на фактическую рабочую степень сжатия.

Высота платформы

Существует два типа высоты колоды: положительная и отрицательная. На большинстве двигателей поршень останавливается немного ниже поверхности деки блока, когда он находится в ВМТ, иногда 0,020 дюйма или более. Это называется положительной высотой деки, потому что блочная дека все еще находится выше верхней части поршня. Каким бы малым оно ни было, это расстояние дает дополнительный объем пространству сгорания V2 над поршнем.Этот объем необходимо рассчитать и добавить к V2. В некоторых случаях поршень немного выступает из отверстия. Это называется отрицательной высотой деки, и ее объем необходимо вычесть из V2, потому что он вычитает объем из пространства сгорания.

Толщина сжатой прокладки

Объем прокладки головки также увеличивает объем сжатия. Это определяется толщиной сжатой прокладки, диаметром отверстия прокладки и формой прокладки. Многие прокладки головки блока цилиндров немного больше диаметра отверстия цилиндра и часто имеют неправильную форму.Высота деки и толщина прокладки также влияют на зазор между поршнем и головкой, который необходимо учитывать, особенно при высоких оборотах. Стальные шатуны на самом деле не растягиваются, поэтому вы можете поднести этот поршень вплотную к головке блока цилиндров (без каких-либо последствий для улучшения закалки). Закалка — это место, где плоская верхняя часть поршня поднимается очень близко к головке, что имеет тенденцию заставлять или разбрызгивать заряд в сторону свечи зажигания с высокой турбулентностью камеры для улучшения горения.

Алюминиевые шатуны обладают некоторой степенью эластичности, поэтому для них требуется увеличенный зазор между поршнем и головкой, чтобы избежать физического контакта и последующего повреждения при высоких оборотах двигателя.

Куполообразные поршни повышают степень сжатия за счет смещения объема в пространстве сгорания над днищем поршня, но мелкие камеры сгорания являются современной тенденцией для повышения степени сжатия. За счет устранения или уменьшения купола эффективность сгорания повышается, поскольку купол не блокирует ядро ​​пламени, которое возникает на свече зажигания.

Плоские верхние части являются наиболее распространенной конфигурацией поршней. В некоторой степени они упрощают расчет степени сжатия, но вам все равно придется иметь дело с предохранительными клапанами.Они способствуют превосходному сгоранию с хорошими характеристиками закалки и турбулентности.

Дизельные поршни предназначены для уменьшения степени сжатия за счет увеличения объема сжатия над поршнем. Многие из них не имеют предохранительных клапанов, потому что тарелка уже достаточно глубока. Вы можете использовать опубликованный объем тарелки для расчетов степени сжатия или куб поршня, чтобы проверить его.

Эти требования могут повлиять на ваш выбор толщины прокладки и, следовательно, степени сжатия.Часто вам приходится жонглировать комбинацией, чтобы получить то, что вы хотите. Предварительный расчет поможет вам сделать правильный выбор.

Объем купола и тарелка

Объем Если поршень имеет приподнятый купол для увеличения сжатия, объем купола должен учитываться при расчете степени сжатия. Объем купола необходимо вычесть из V2, так как это уменьшает объем сжатия. Объем блюда добавлен к V2, так как он добавляет объем. И пока вы рассчитываете объемы купола и тарелки, вы также должны учитывать объем любых сбросов клапана в верхней части поршня.

И если вы действительно хотите выбрать гниды, вы можете включить объем щели над верхним поршневым кольцом и объем фаски в верхней части отверстия цилиндра. Хотя они бесконечно малы, они все же вносят вклад в общий объем V2 в уравнении. Объем щели — это крошечное пространство между поршнем и стенкой цилиндра над верхним кольцом. Обычно это всего лишь несколько тысячных долей дюйма, но оно все равно умножается на длину окружности отверстия и имеет объемное значение. И если отверстие цилиндра также имеет большую фаску для облегчения установки поршня, это также увеличивает объем пространства сгорания.Сумасшедший, да?

Это сравнение куполообразного поршня и выпуклого поршня показывает, как купол выступает в камеру сгорания для увеличения сжатия за счет уменьшения объема камеры, в то время как выпуклый поршень увеличивает объем пространства сгорания для уменьшения степени сжатия.

Определите объем камеры сгорания, заполнив камеру водой или спиртом из градуированной бюретки, калиброванной в кубических сантиметрах (кубических сантиметрах). Затяните свечу зажигания в камере с обоими установленными клапанами.Затем используйте легкую смазку для уплотнения поверхности деки. Поместите пластиковую пластину CC над камерой и поместите головку так, чтобы отверстие для заполнения находилось в самой высокой точке. Заполните камеру и снимите показания бюретки. Разделите на 16,4, чтобы преобразовать в кубические дюймы.

Некоторые из этих томов в большинстве случаев несущественны, но вы должны знать о них, чтобы решить, включать ли их в свои расчеты. Если вы создаете высокопроизводительный движок, вам придется постоянно измерять и изменять многие из этих объемов во время предварительной сборки макетов.Правильный зазор между быстро движущимися частями очень важен и неумолим, поэтому вам нужно сначала установить их. Понимание их влияния на степень сжатия поможет вам соответствующим образом рассмотреть ваши изменения и выбор деталей.

В поисках V2

Степень сжатия — вещь непростая, особенно если разбить ее на все факторы, влияющие на нее. Тем не менее, это управляемо, и на это можно взглянуть по-разному. Хотя это в первую очередь учебник по математике двигателя, все же важно понимать все факторы и то, как они влияют на работу двигателя.Степень сжатия — это просто мера того, насколько сильно входящий заряд сжимается до того, как свеча зажигания его воспламенит. Он создается за счет объединенного объема цилиндра и объема сжатия, когда поршень достигает ВМТ. В действительности он регулируется рабочим объемом цилиндра и любой комбинацией различных объемов пространства сгорания, составляющих объем сжатия V2. Поскольку именно здесь находятся все переменные, именно здесь вы должны сконцентрировать свои усилия для достижения желаемой степени сжатия.

Чтобы увидеть, насколько сильно влияют эти факторы, давайте сравним базовую формулу с той же формулой, в которой учтены все факторы. Как обсуждалось ранее, различные способствующие факторы являются либо суммирующими, либо вычитающими из общего объема сжатия. Камера сгорания — это первостепенная ценность. Все остальные объемы либо добавляются к нему, либо вычитаются из него до работы с основным уравнением.

CR = V1 + V2 ÷ V2

Это сравнение куполообразного поршня и выпуклого поршня показывает, как купол выступает в камеру сгорания для увеличения сжатия за счет уменьшения объема камеры, в то время как выпуклый поршень увеличивает объем камеры сгорания для уменьшения степени сжатия.Определите объем камеры сгорания, заполнив камеру водой или спиртом из градуированной бюретки, калиброванной в кубических сантиметрах (см). Затяните свечу зажигания в камере с обоими установленными клапанами. Затем используйте легкую смазку для уплотнения поверхности деки. Поместите пластиковую пластину CC над камерой и поместите головку так, чтобы отверстие для заполнения находилось в самой высокой точке. Заполните камеру и снимите показания бюретки. Разделите на 16,4, чтобы преобразовать в кубические дюймы.

Обратите внимание, что V1 является постоянным, но V2 может в значительной степени изменяться, когда вы начинаете складывать и вычитать различные значения, которые влияют на него.В простой формуле V2 называется объемом камеры, но мы знаем, что на самом деле это объем сжатия, потому что он включает в себя другие факторы. Если сложить все остальные факторы, получится очень длинное уравнение. Вы можете разбить его, вычислив абсолютное значение V2, прежде чем вводить его в уравнение. Это требует точных измерений, хотя на практике опубликованные значения объема прокладки, объема купола и тарелки, а также объемов сброса клапана часто заменяются. Объем щели и объем фаски обычно игнорируются, потому что они очень малы.Следующий список называется стеком V2.

Чтобы найти абсолютное значение V2, начните с измеренного объема камеры с кубическими сантиметрами, преобразованными в кубические дюймы, затем:

добавить объем деки (или вычесть, если дека отрицательный)
добавить сжатый объем прокладки
добавить объем тарелки (или вычесть, если купол)
вычесть объем купола (или добавить, если тарелка)
добавить объем сброса клапана
добавить объем щели (при желании)
добавить объем фаски (при желании)

Это просто, но несколько утомительно для измерения и расчета, поэтому многие производители двигателей предпочитают измерять все сразу, сравнивая цилиндр с поршнем в нем.Я объясню, как это сделать чуть позже, но сначала давайте обсудим, как определить все отдельные тома, составляющие V2.

Объем деки

Рассчитайте объем деки, как если бы это был очень короткий цилиндр. Положительное или отрицательное измерение настила представляет собой размер высоты в формуле, в которой используется константа смещения 0,7854.

Пример: для положительной высоты деки 0,020 дюйма на 4-дюймовом отверстии

42 х 0.020 x 0,7854 = 0,251328 ci

Он будет добавлен в стек V2, поскольку увеличивает объем сжатия. Если бы размер деки был отрицательным (поршень над декой), результат вычли бы из стопки V2, потому что это уменьшает объем сжатия. Интересным фактом является то, что все малоблочные Chevys имеют двигатели с положительной декой, но все новые двигатели Gen III имеют отрицательную деку.

Объем камеры

Объем камеры сгорания измеряется непосредственно путем измерения камеры градуированной бюреткой.Обратите внимание, что размер камеры в кубических сантиметрах необходимо преобразовать в кубические дюймы. Разделите на 16,4, чтобы произвести преобразование. Это будет ваш базовый объем для расчета степени сжатия. Все остальные соответствующие объемы либо добавляются, либо вычитаются из объема камеры для определения объема сжатия.

Чтобы смазать цилиндр, нанесите на стенку цилиндра легкую смазку или масло, чтобы закрыть правый зазор. Вращайте двигатель, пока верхняя часть поршня не войдет в отверстие достаточно глубоко, чтобы очистить купол.Измерьте глубину с помощью циферблатного индикатора и вычислите пустой объем, используя формулу объема цилиндра. Затем скопируйте цилиндр, чтобы узнать, какой объем смещается куполом. Вычтите это значение из объема сжатия.

Объем прокладки

В большинстве случаев объем прокладки публикуется производителем прокладки, и можно безопасно добавить (+) к стеку V2. Когда опубликованное число недоступно, строители часто ошибаются, вычисляя объем на основе идеального круга (точно так же, как объем высоты колоды).Проблема в том, что диаметр отверстия прокладки часто больше диаметра отверстия цилиндра и часто имеет неправильную форму. Если он идеально круглый, вы можете рассчитать его по формуле объема цилиндра с соответствующим диаметром и толщиной в сжатом состоянии.

Если форма неправильная, вы можете подделать ее или использовать метод ленты и ленты, чтобы найти истинную длину окружности отверстия под прокладку, а затем рассматривать ее как идеальный круг для расчета. Приклейте прокладку скотчем к плоской поверхности и с помощью небольших кусочков ленты закрепите тонкую ленту по периметру отверстия под прокладку.Достигнув начальной точки, осторожно обрежьте веревку и измерьте ее длину.

Это пример прокладки головки неправильной формы и диаметром, превышающим диаметр отверстия. Обычно такая бровь находится рядом с обоими клапанами. Это должно быть включено в ваш расчет степени сжатия. Вы можете натянуть периметр нерегулярной прокладки и использовать длину струны для вычисления объема прокладки на основе измеренной толщины (см. Текст).

Используя формулу длины окружности, можно найти соответствующий диаметр, который будет использоваться при расчете объема прокладки.Предположим, у вас диаметр цилиндра 4 дюйма, а отверстие прокладки заметно больше и имеет неправильную D-образную форму вокруг клапанов (что типично для многих прокладок головки блока цилиндров). Вы аккуратно натягиваете периметр и получаете длину 131⁄16 дюйма. Преобразуйте в десятичные дроби, и у вас будет 13,0625 дюймов. Теперь подставьте это измерение в формулу.

Окружность = 2 π r или C = π d
Где:
r = радиус
d = диаметр
d = C ÷ π
13,0625 ÷ 3,14 = 4,16 дюйма

Это ваш истинный диаметр отверстия под прокладку, и теперь его можно вставить в формулу объема прокладки:

Истинный объем прокладки = 4.162 x толщина прокладки x 0,7854

Объем тарелки

Тома

Dish обычно публикуются, поэтому вы можете подключить их прямо к стеку V2. Но предположим, что ваш блок уже пару раз был декорирован, и он немного короче, чем обычно, поэтому поршень имеет отрицательную деку на некоторую величину, которая больше, чем вам удобнее для зазора между поршнем и головкой.

Большинство поршней допускают некоторую стружку деки поршня (до 0.100 дюймов или даже больше во многих случаях), поэтому вы решаете обрезать их, чтобы достичь нулевой деки (поршень заподлицо с поверхностью блочной деки). Это легко сделать с помощью поршней с плоской вершиной и выпуклой формы; С куполообразными поршнями дело обстоит немного сложнее (редко).

Если ваш поршень выпуклый, и вы уменьшили его на некоторую величину, вы можете скопировать тарелку и добавить новый объем в свой стек V2. Или вы можете использовать формулу объема цилиндра для вычисления разницы, если у вас есть точные измерения глубины и диаметра.На практике это никогда не бывает легко, потому что блюдо не всегда идеально круглое и часто имеет D-образную форму и изогнутую снизу.

Объем купола Объемы купола также публикуются производителями поршней. Они довольно точны, так что вы можете безопасно вычесть этот объем из своего стека V2, если вы не изменили купол, подогнав его к форме камеры, вырезав более глубокие клапанные сбросы или вырезав паз для свечи зажигания. Иногда во время сборки макета вы обнаруживаете небольшое пятно, где купол поршня соприкасается с крышей камеры во время вращения.Эти пятна обычно вырезаются для достижения минимального зазора, что изменяет объем купола, что затем требует его измерения. Морозо продает простой инструмент для измерения объемов купола, и он пригодится в этой ситуации. Помните, что объем купола вычитается из окончательного стека V2.

Предохранительные клапаны

Предохранительные клапаны достаточно легко смонтировать на поршне с плоским верхом, и большинство производителей уже публикуют объемы для всех своих поршней.Здесь, опять же, вам нужно только измерить, если вы значительно снизили срез предохранителей, чтобы получить адекватный зазор между поршнем и клапаном. Независимо от объема, это добавочное значение для вашего стека V2.

Объем щелей

Объемы щелей минимальны и не часто учитываются при расчетах степени сжатия, но некоторые строители находят причины для этого. Некоторые просто помешаны на деталях. Давно известно, что объемы щелей влияют на выбросы, потому что они обеспечивают укрытие для небольших количеств топливной смеси, которые не совсем участвуют в процессе сгорания.Это в основном важно для химиков и инженеров по горению, но если вы хотите включить это, вот как.

CV = (d1 — d2) x c x r
Где:
d1 = диаметр отверстия
d2 = диаметр поршня на поверхности верхнего кольца
c = окружность отверстия
r = глубина верхнего кольца от деки поршня

Итак, с отверстием 4,00 дюйма, зазором поршня до стенки 0,010 дюйма над верхним кольцом и кольцом 0,125 дюйма вниз по отверстию мы вычисляем:

CV = (4,00 — 3,990) x 12,56 x 0,125 = 0,0157 ci

12.56 — это длина окружности отверстия, полученная умножением диаметра отверстия на пи. Если вы хотите быть точным, добавьте результат вашего окончательного расчета в стек V2.

Объем фаски

Большинство механиков делают фаску в верхней части отверстия, чтобы помочь направить кольца в отверстие во время сборки. Иногда это довольно много, поэтому вы можете включить его в свои расчеты. Фаски обычно составляют от 40 до 60 градусов, и даже при таких небольших размерах вы можете рассматривать их как квадраты или прямоугольники, если смотреть на них с торца.Используйте ту же формулу, что и для объема щели, но начните с большего внешнего размера, где начинается фаска (см. Рис. 1, стр. 35)

Если он примерно на 0,060 больше диаметра цилиндра:

CV = [(4,060 — 4,000) x 12,748 x 0,060] ÷ 2 = 0,022 ci

Обратите внимание, что размер «c» изменился, потому что теперь у нас есть внешний диаметр 4,06 дюйма (4,06 x 3,14 = 12,748). Глубина составляет всего 0,060 дюйма, и мы должны разделить результат на 2, чтобы завершить формулу для площади треугольника и, следовательно, объема при добавлении длины.

Совокупный объем щели и фаски — это пространство между стенкой цилиндра и поршнем над верхним поршневым кольцом. Здесь это показано темной заштрихованной областью над кольцом.

Большая фаска в верхней части отверстия также в некоторой степени способствует увеличению объема сжатия, но этого недостаточно, чтобы беспокоить большинство строителей. Если объем сжатия определяется путем смещения цилиндра, в измерение включаются объем щели и объем фаски.

Результат — больше, чем объем щели, но все еще ничего существенного, поэтому большинство производителей двигателей исключают объем щели и объем фаски из своих расчетов. Если вы их используете, помните, что они являются аддитивными и поэтому добавляются в ваш стек V2. Объем щели и объем камеры частично занимают одно и то же пространство, но их удобнее рассчитывать по отдельности.

Теперь давайте рассмотрим наш стек V2 с вычисленными значениями, основанными на следующих измерениях:

V1
Диаметр цилиндра / ход поршня, 4.00 x 3,00 дюйма ……………… 37,699 куб. Дюйм
V2 Объем камеры, 64 куб. См ………………………… 3,902 куб. Дюйм
Высота деки, 0,020 плюс …………………… 0,251 куб. Дюйм
V2 + Толщина прокладки, 0,015 (опубликовано) ……… .0,194 ci
V2 + Плоский верх (или тарелка / купол) …………………………… 0,000 (плоский) ±
Разгрузка клапана, 4 см3 (опубликовано) …… …………… .0,243 ci
V2 + Объем щели, рассчитанный …………………… 0,015 ci
V2 + Объем фаски, рассчитанный ………………… .0,022 ci
V2 + Итого 4,627 ci = V2
V1 + V2 ÷ V2 = CR
(37,699 + 4,627) ÷ 4,627 = 9.14 CR

Достаточно, но, возможно, немного мало для уличных выступлений. Если вы обнуляете блок и убираете высоту деки из V2, вы можете поднять степень сжатия до 9,61: 1, что почти идеально для уличного двигателя. Это небольшое изменение показывает, насколько сильно все небольшие объемы, составляющие V2, влияют на окончательную степень сжатия.

Коэффициент смещения

Концепция степени вытеснения не часто используется, но ее следует понимать, потому что она иногда может помочь нам оценить объем измельчения камеры сгорания, который позволит достичь желаемой степени сжатия.Как мы видели, степень сжатия — это объединенный объем рабочего объема цилиндра и объема сжатия, деленный на объем сжатия (см. Врезку, стр. 37). Рабочий объем — это просто рабочий объем цилиндра, деленный на объем сжатия:

Степень сжатия = V1 + V2 ÷ V2

Коэффициент рабочего объема = V1 ÷ V2

Обратите внимание, что степень сжатия всегда на 1 больше степени вытеснения. Изменяя формулу степени сжатия, мы можем рассчитать новый объем сжатия V2, который даст желаемую степень сжатия.

Новый V2 = V1 ÷ коэффициент смещения
Теперь мы можем вывести формулу для фрезерования головки блока цилиндров:
Mill Cut = [(новый коэффициент смещения — старый коэффициент смещения) ÷ (новый коэффициент смещения x старый коэффициент смещения)] x ход

Напомним, что ранее мы рассчитали степень сжатия 9,14: 1 для диаметра отверстия 4,00 дюйма и хода поршня 3 дюйма. Поскольку степень вытеснения всегда на 1 меньше степени сжатия, мы используем 8,14 для степени вытеснения в нашей формуле. Мы уже видели, что устранение 0.Высота деки 020 дюймов увеличила сжатие до 9,61: 1. Теперь посмотрим, что дает уменьшение объема сгорания. Поскольку мы хотим поднять степень сжатия до 9,61: 1, наш коэффициент смещения равен 8,61.

Фрезерование = [(8,61 — 8,14) ÷ (8,61 x 8,14)] x 3 = 0,0201 дюйма

Это почти то же самое, что и высота колоды, которую мы исключили в наших предыдущих расчетах, но правильно ли это? Не совсем. При удалении размера высоты деки мы учли весь диаметр отверстия цилиндра.Но D-образная камера сгорания на нашем малоблочном Chevy составляет лишь половину диаметра канала ствола. Мы должны сделать более глубокий разрез, чтобы получить тот же результат. В этом случае около 0,040 дюйма дает нам желаемый результат. Мы должны вдвое сократить разрез, потому что мы имеем дело только с половиной площади. Это относительно простые процедуры, но вы должны тщательно обдумать их, чтобы избежать дорогостоящих ошибок.

Сжатие коленчатого вала

Компрессию при проворачивании коленчатого вала часто путают со степенью сжатия.В то время как степень сжатия — это соотношение объемов внутри цилиндра, сжатие при запуске — это фактически измеренное давление в цилиндре, измеренное в отверстии для свечи зажигания, когда двигатель запускается с коленчатым валом с открытыми дроссельными заслонками. Во время этой операции провод катушки снимается, чтобы предотвратить срабатывание других цилиндров. Сжатие при запуске — это пиковое давление, достигаемое в цилиндре во время запуска. Более высокие степени сжатия могут повлиять на сжатие коленчатого вала, но они не связаны.

Сжатие при проворачивании коленчатого вала используется как индикатор состояния двигателя, а также отношения точек открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов.В зависимости от состояния поршневых колец и клапанов исправный двигатель обычно имеет сжатие при запуске от 150 до 180 фунтов на квадратный дюйм. Двигатель с хорошими характеристиками может легко иметь сжатие при запуске более 200 фунтов на квадратный дюйм. Некоторые из них немного выше, а некоторые намного ниже. Важно, чтобы показания всех цилиндров во время теста на сжатие были одинаковыми. Низкое значение любого цилиндра обычно указывает на негерметичность клапанов или поршневых колец. Большие распредвалы с большим перекрытием клапанов также могут повлиять на сжатие коленчатого вала, но не слишком сильно.Если все цилиндры совпадают в пределах 5 или 10 фунтов на квадратный дюйм, у вас, вероятно, есть исправный двигатель. Недорогие манометры есть в любом магазине автозапчастей.

Написано Джоном Бэктелом и опубликовано с разрешения CarTechBooks

ПОЛУЧИТЕ СДЕЛКУ НА ЭТУ КНИГУ!

Если вам понравилась эта статья, вам понравится вся книга. Нажмите кнопку ниже, и мы отправим вам эксклюзивное предложение на эту книгу.

Важность степени сжатия двигателя

Что такое степень сжатия:

• Степень сжатия двигателя — это отношение объема газа в цилиндре, когда поршень находится в верхней части своего хода (верхняя мертвая точка, или ВМТ), к объему газа, когда поршень находится в нижней части своего хода. (нижняя мертвая точка или BDC).Другими словами, это соотношение сжатого и несжатого газа, или насколько плотно поступающая топливно-воздушная смесь сжимается в камере сгорания перед воспламенением. Чем сильнее он сжимается, тем эффективнее горит и вырабатывается больше энергии. Примечание. Если вы хотите узнать, как появляются цифры, перейдите по этой ссылке

  .

  Как рассчитать степень сжатия

Как это влияет на экономию топлива:

• Чем выше передаточное число, тем больше сжатый воздух в цилиндре.Когда воздух сжимается, происходит более мощный взрыв топливовоздушной смеси, и расходуется больше топлива. Подумайте об этом так: если бы вам пришлось быть рядом со взрывом, вы, вероятно, предпочли бы быть рядом с ним где-то снаружи, потому что сила взрыва рассеется, и он не будет казаться таким мощным. Однако в маленькой комнате сила будет сдерживаться, что сделает ее намного более мощной. То же самое и с степенями сжатия. Удерживая взрыв в меньшем пространстве, можно использовать больше его мощности.Например, увеличив степень сжатия с 8: 1 до 9: 1, можно повысить экономию топлива примерно на 5–6 процентов.

Как это влияет на загрязнение или выбросы:

• Высокие степени сжатия обеспечивают лучшее сгорание топлива и это уменьшает количество отработанного газа, производимого двигателем; любая величина, превышающая 16: 1, будет вероятна и вызовет то, что называется детонацией. Более низкие степени сжатия позволяют сжигать некачественное топливо или топливо с более низким октановым числом, что увеличивает количество выхлопных газов.

Как это влияет на характеристики холодного пуска двигателя:

• Двигатели с высокой степенью сжатия выделяют чрезмерное тепло по сравнению с автомобилями с более низкой степенью сжатия, поэтому холодный запуск не должен быть проблемой для этих типов транспортных средств, в большинстве мотоциклов (с высокой степенью сжатия) не касаться дроссельной заслонки при холодном запуске. очень эффективный. Что касается двигателя с более низкой степенью сжатия, ситуация такая же, как и для любого обычного двигателя, вам нужно, чтобы он нагрелся для лучшего запуска.

Как это влияет на производительность:

• Это и ежу понятно, более высокая степень сжатия даст гораздо больше мощности, чем более низкая, поэтому автомобили F1 имеют чрезвычайно высокую степень сжатия. Это также позволяет двигателю быть более эффективным на более высоких оборотах. Более низкие степени сжатия дают более низкую производительность, но их легче строить, обслуживать и, в целом, они имеют более длительный срок службы.

Зачем мне использовать более высокое сжатие:

• Намного лучшая производительность.
• Более высокая «относительная» экономия топлива.
• выше полезная мощность на всех оборотах в минуту.
• Улучшенные выбросы.

Зачем мне использовать более низкую степень сжатия:

• Намного дешевле строить, эксплуатировать и ремонтировать.
• Работает намного дольше аналога.
• Может иметь воздушное охлаждение.
• Меньше шума, вибрации.
• Лучшая экономия топлива в реальном мире.
• Работает на хреновом топливе.
• Не выделяет столько тепла.

Последний пункт очень важен для мотоциклов, так как двигатель находится очень близко к ногам пользователя, голый байк с высокой степенью сжатия будет либо невозможно ехать в городе, либо потребуется надлежащее жидкостное охлаждение.

Надеюсь, это поможет.

Рекомендации по степени сжатия мотоциклов | Мотоцикл Mojo

Определение степени сжатия может оказаться сложным процессом.

Мощность передается на заднее колесо мотоцикла за счет сжигания топливно-воздушной смеси в камере сгорания цилиндра, а расширение горящих газов толкает поршень, который вращает коленчатый вал, который в конечном итоге толкает вас вперед.Чем эффективнее сгорает топливная смесь, тем сильнее будет давление на поршень и тем больше будет произведена мощность.

Помимо таких факторов, как объемный объем двигателя, а также конструкция впуска и выпуска, степень сжатия двигателя имеет большое влияние на мощность и топливную экономичность. Степень сжатия — это отношение между общим объемом цилиндра, когда поршень находится в нижней части своего хода, и объемом камеры сгорания, когда поршень находится в верхней части своего хода, включая толщину прокладки головки и форму верх поршня.Следовательно, если общий объем цилиндра составляет 100 куб. См, а объем с поршнем в верхней мертвой точке (ВМТ) составляет 10 куб. См, степень механического сжатия составляет 10: 1.

Проще говоря: чем выше степень сжатия, тем больше мощности будет произведено для данного рабочего объема и для данного количества топлива. Это связано с тем, что чем сильнее сжимается топливная смесь, тем полнее она сгорает и расширяется. Однако это становится немного сложнее, чем на практике, и существует больше факторов, препятствующих высокой степени сжатия, чем преимуществ.

Самый большой вредный фактор — это «детонация». Это когда топливная смесь воспламеняется в другом месте камеры сгорания, кроме свечи зажигания, когда она загорается. Таким образом, вместо своевременного расширения газов, которое начинает гореть, когда свеча зажигания загорается, когда поршень приближается к ВМТ, и продолжает расширяться, когда поршень начинает двигаться обратно вниз, происходит взрыв, который поражает поршень, как удар молотка, пока он все еще на подъеме. Отсюда и «стук» двигателя, и это очень опасно.

Смесь может воспламениться преждевременно из-за типа топлива (топливо с более высоким октановым числом устойчиво к детонации), момента зажигания (расширенный выбор времени дает смеси больше времени для детонации при движении поршня вверх) и степени сжатия смеси (сжатие газ создает тепло). Размер отверстия цилиндра также имеет значение, и чем больше диаметр отверстия, а, следовательно, и камера сгорания, тем больше времени требуется, чтобы фронт пламени прошел от свечи зажигания до самых дальних участков камеры сгорания, что дает смеси больше возможностей. взорвать.При заданном объеме двигателя двигатель с меньшим диаметром цилиндра и более длинным ходом будет менее подвержен детонации, поскольку пламени требуется меньше времени для заполнения камеры сгорания. Вот почему большие V-образные близнецы и синглы с большей вероятностью стучат, и почему у них более низкая степень сжатия, чем у многоцилиндровых двигателей аналогичного объема.
Однако проблема заключается не в степени сжатия, а в более высоком давлении в камере сгорания, которое создается более высокой степенью сжатия — более высокое давление способствует детонации, поскольку, как упоминалось ранее, при сжатии газа выделяется тепло.Степень сжатия на современных мотоциклах варьируется от 9,5: 1, как на Suzuki DR650SE, до 14: 1, как на Ducati Panigale V4. Kawasaki Ninja h3 имеет еще более низкую степень сжатия, чем DR650, 8,5: 1, но давление в камере сгорания очень высокое, поскольку всасываемый заряд нагнетается нагнетателем.

Нет простого способа рассчитать степень сжатия без разборки двигателя. Для расчета степени сжатия необходимо следующее: фактические размеры диаметра цилиндра и хода, толщина сжатой прокладки головки, объем купола поршня, объем по высоте деки поршня (где верх поршня находится по отношению к поверхности прокладки головки блока цилиндров). в ВМТ) и объема камеры сгорания.

Лучший способ измерить объем камеры сгорания — это записать количество жидкости, необходимое для ее заполнения, с помощью бюретки объемом 100 куб. Поршневые производители иногда включают объем купола поршня, который необходимо вычесть из объема камеры сгорания; в противном случае необходимо установить поршень и кольца в цилиндр и измерить объем бюреткой. Формула для расчета только объема цилиндра без камеры сгорания: диаметр цилиндра x диаметр цилиндра x 12,87 x ход поршня = объем в кубических сантиметрах (размеры диаметра цилиндра и хода поршня в дюймах).Получив этот объем и объединенный объем камеры сгорания, прокладки головки и купола поршня, вы можете рассчитать степень сжатия, разделив общий объем цилиндра и камеры сгорания на объем камеры сгорания (включая прокладку головки и поршень). -купольный объем).

Помимо удаления материала с головки или цилиндра, вы можете повысить степень сжатия, установив поршни с высокой степенью сжатия или более тонкие прокладки головки, или заменив базовые прокладки герметиком, например, прокладкой ThreeBond.

Технические статьи написаны исключительно для справки, и для вашего мотоцикла могут потребоваться другие процедуры. Вы должны быть механически склонны выполнять свое собственное техническое обслуживание, и мы рекомендуем вам связаться с вашим механиком, прежде чем выполнять какие-либо работы с вашим велосипедом.

#TechTip: Степень сжатия

«Степень сжатия» — это термин, который часто используют, когда вы говорите о характеристиках двигателя, но что он означает на самом деле?

По большей части, когда люди говорят о степени сжатия двигателя, они имеют в виду так называемую статическую степень сжатия , что намного проще вычислить, чем степень динамического сжатия .

Проще говоря, степень статического сжатия (обычно называемая степенью сжатия) составляет отношение максимального объема к минимальному объему в цилиндре при движении поршня (объем, когда поршень полностью вниз по сравнению с тем, когда он полностью вверх).

Что означает степень сжатия?

CR в основном сообщают вам, насколько сильно сжимается топливно-воздушная смесь в цилиндре. до того, как свеча зажигания воспламенит ее.Таким образом, если у вас есть 10 единиц объема, когда цилиндр находится в нижней части своего хода, и 1 единица, когда цилиндр находится в верхней части своего хода, сжатие будет обозначаться как 10: 1. Для двигателей без наддува более высокая степень сжатия, как правило, означает более высокие показатели мощности.

Каковы последствия более высокой степени сжатия?

Чем выше степень сжатия, тем выше вероятность предвзрывания (также известного как гудение).Предварительная детонация происходит, когда воздушно-топливная смесь воспламеняется из-за чрезмерного давления (а не из-за искры). Это имеет смысл, поскольку большее сжатие = большее давление = большая вероятность взрыва. Для борьбы со звоном часто используется топливо с более высоким октановым числом. Чем выше октановое число топлива, тем оно устойчивее к преддетонации.

Также важно отметить, что тепло играет роль в пинге. Чем выше температура, тем больше вероятность взрыва. Поскольку алюминий лучше рассеивает тепло, чем чугун, двигатели с алюминиевыми головками часто могут работать с более высокими степенями сжатия, чем их чугунные аналоги, не испытывая звона.

Зачем вам нужна более низкая степень сжатия?

Более низкая степень сжатия полезна для двигателей, которые используют принудительную индукцию или двигателей, которые хотят использовать топливо с более низким октановым числом. Например, вы можете обнаружить, что конструкции с очень высокой мощностью, в которых используются турбокомпрессоры или нагнетатели, на самом деле имеют очень низкую степень статического сжатия.Более низкая компрессия в основном использовалась в американских автомобилях 70-х и 80-х годов в результате попыток сокращения выбросов.

Как изменить степень сжатия:

Степень сжатия можно изменить, заменив такие компоненты двигателя, как поршни и головки.Когда поршни имеют больший рельеф (или тарелку), они приводят к более низким степеням сжатия, чем поршни, которые являются плоскими или куполообразными, которые обычно имеют повышенные степени сжатия.

Головки

— еще один популярный вариант для изменения степени сжатия. Головки с меньшими камерами сгорания увеличивают степень сжатия, а головки с большими камерами приводят к более низкому сжатию.

Под кожей: как переменная компрессия объединяет лучшее из обоих

Инженеры пытались усовершенствовать двигатели с переменной степенью сжатия почти столько же, сколько существовали двигатели.Однако пока только Nissan удалось запустить его в производство. Его технология Variable Compression Turbo (VC-T) делает то, что многие не смогли сделать: изменяет степень сжатия двигателя во время его работы.

Это соотношение между рабочим объемом цилиндра (часть цилиндра, через которую проходит или перемещается поршень) и рабочим объемом плюс объем камеры сгорания (неотметанный объем). Камера сгорания в верхней части цилиндра — это место, где топливо и воздух сжимаются поршнем и воспламеняются.

Чем выше давление в этой камере, тем эффективнее сгорание и тем выше мощность. Однако есть предостережение: создайте слишком большое давление и вместо того, чтобы гореть равномерно (желательно), топливно-воздушная смесь взорвется (нежелательно и потенциально может привести к повреждению двигателя).

Детонации можно избежать, увеличив октановое число бензина, чтобы заставить его гореть медленнее, или замедлив воспламенение, так что топливо сгорает, поскольку поршень уже движется вниз на рабочем такте, снижая давление в цилиндре.Это можно сделать «на лету», используя датчики детонации для определения начала детонации, но это снижает эффективность и мощность.

Уравнение становится еще сложнее, когда вы вводите турбонаддув. Турбокомпрессор увеличивает давление всасываемого воздуха, еще больше повышая давление в камере сгорания. Ранние двигатели с турбонаддувом работали с относительно низкими степенями сжатия, чтобы поддерживать давление ниже порога детонации при наддуве. Минусом было то, что производительность, эффективность и отклик двигателя при отключенном форсировании пострадали, и отставание было огромным.Современные датчики детонации допускают более высокие степени механического сжатия, но в идеале можно изменять степень механического сжатия на лету.

Было испробовано много дурацких способов сделать это. Покойный гений двигателей Saab Пер Гиллбранд разрезал блок двигателя пополам по горизонтали, закрепил верхнюю половину на петлях с одной стороны и заделал зазор сильфонами, как на гармошке. При раскачивании верхней половины блока с помощью электроники и кулачка камера сгорания в верхней части блока перемещалась вверх и вниз по отношению к коленчатому валу и поршням.Это сработало, но, вероятно, было не так практично.

Другой пример — двухтактный двигатель, разработанный Lotus Engineering. Названный Omnivore, он мог адаптироваться к различным видам топлива, изменяя степень сжатия. Маленькая поршневая шайба в головке блока цилиндров двигалась внутрь и наружу, создавая больший или меньший объем камеры сгорания.

Ни один из них не производился, но Nissan VC-T использовался в Mk6 Altima и Infiniti QX50. Шатун каждого поршня соединяется с коленчатым валом через шарнирное соединение, и манипулирование этим шарниром с помощью набора звеньев перемещает ход поршней вверх или вниз.