Какая компрессия у дизельного двигателя: Компрессия в дизельном моторе

Содержание

Компрессия и степень сжатия дизельного двигателя

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

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

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

Преобразование энергии зависит от многих факторов, среди которых степень сжатия двигателя и компрессия. Особенно эти критерии важны в дизельных силовых установках, поскольку воспламенение горючей смеси в цилиндрах таких моторов происходит в результате ее нагрева за счет сжатия.

Понятие степени сжатия

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

Сначала разберем все о степени сжатия дизельного мотора.

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

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

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

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

Как все работает

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

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

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

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

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

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

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

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

Больше по теме — Разная компрессия в цилиндрах, что делать, последствия.

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

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

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

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

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

ВАЖНО ЗНАТЬ: Степень сжатия у водородных двигателей значительно больше.

Возможность замера степени сжатия

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

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

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

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

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

Способы повышения показателя

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

Есть несколько способов увеличения показателей степени сжатия на дизельном агрегате.

Уменьшаем камеру сгорания двигателя.

Самым простым способом увеличения данного показателя является уменьшение камеры сгорания.

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

Уменьшить объем камеры сгорания можно несколькими путями.

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

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

Читайте также:

Использование турбированного нагнетателя.

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

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

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

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

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

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

Интеркулер.

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

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

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

Понятие компрессии

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

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

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

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

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

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

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

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

Как замерить компрессию

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

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

У компрессометра значение давления указывается на шкале манометра.

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

Последовательность проверки компрессии в дизельном двигателе такова:

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

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

От чего зависит компрессия

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

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

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

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

Особенности запуска дизельного двигателя

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

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

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

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

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

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

Какая компрессия должна быть в двигателе

Одним из важных факторов работы двигателя внутреннего сгорания является компрессия в его цилиндрах, обозначающая максимальную величину давления при холостом прокручивании ДВС. Отдельно взятые модели двигателей предполагают разные показатели уровня компрессии. О том, какая компрессия должна быть в бензиновых и дизельных двигателях, пойдет речь в статье ниже.

Что такое компрессия двигателя?

Среди автовладельцев компрессия считается диагностическим фактором, который позволяет оценить работоспособность двигателя машины и состояние поршневой группы. Показатель компрессии — это значение давления в цилиндрах авто, которое создает поршень в своей верхней точке, при окончании такта сжатия. Единицами для измерения компрессии двигателя служат атмосфера, бар, кг/см2 и МПа.

Высокая компрессия в цилиндрах предохраняет картер от излишнего попадания газов, таким образом, все газы направляются на совершение полезной работы. При этом сокращается расход горючего и масла, соответственно, повышается мощность двигателя и его КПД. При низкой компрессии мощность ДВС падает, ухудшается динамика транспортного средства и растет расход ГСМ.

Не очень опытные владельцы авто иногда путают понятие «компрессия» с понятием «степень сжатия», но, на самом деле, это разные вещи. Степенью сжатия называют отношение объема цилиндра двигателя к объему камеры сгорания. Степень сжатия, в отличие от компрессии, является неизменной величиной и указана производителем в документации. Компрессия же со временем меняет свое значение из-за постепенного износа составляющих поршневой группы и уменьшения, вследствие этого, давления в цилиндре. Компрессия в двигателе авто зависит от степени сжатия, эта связь значений выведена в рассчитанных коэффициентах для каждого типа ДВС.

Какая должна быть компрессия бензинового двигателя?

Рассмотрим подробнее показатели компрессии двигателя для некоторых моделей автомобилей. Стандартная формула для определения компрессии выглядит так:

Компрессия = степень сжатия х коэффициент Х

Показатель степени сжатия указан в технических документах ДВС, при этом у каждой модели авто своя степень сжатия. Коэффициент Х также определен отдельно для каждой группы двигателей, например, 4х-тактные бензиновые двигатели с зажиганием от искры имеют коэффициент 1,2-1,3.

Для наглядности, приведем пример, как рассчитывается компрессия в двигателе ВАЗ, относящемся к 4х-тактным двигателям, при помощи этой формулы. Степень сжатия автомобиля ВАЗ 2112, указанная в документах — 10,5. Подставив нужные значения в формулу, получим следующее:

Компрессия в двигателе ВАЗ 2112 = 10,5 х 1,2 = 12,6

Показатели компрессии в других моделях автомобилей ВАЗ при условии исправности всех систем и агрегатов:

Автомобиль Компрессия, кг/см2
ВАЗ 2106-07 11
ВАЗ 2109 11
ВАЗ 2110 13

Компрессия в бензиновых двигателях некоторых других моделей автомобилей различных производителей указана в таблице ниже:

Значение компрессии дизельных двигателей

Показатель компрессии в дизельном ДВС значительно выше, чем в бензиновых двигателях, так как зажигание горючей смеси в дизельных устройствах происходит от сжатия сильным давлением, а не от искры свечи. Горючее нагревается до температуры воспламенения при  давлении примерно 35 кг/см2. Конечно, окончательный показатель давления, достаточного для воспламенения солярки, зависит от некоторых условий вроде температуры окружающей среды или состояния самого двигателя. Но можно сделать очевидный вывод, что при понижении компрессии вследствие износа поршней становится все труднее завести машину с дизелем.

 

Специалисты рассчитали значение компрессии дизельного двигателя, достаточное для его запуска в условиях разной внешней температуры:

— 40 — двигатель заводится при температуре до -35;

— 36 — автомобиль заведется при -30 градусах;

— 32 — заводится после долгой стоянки при температуре -25;

— 28 — горючее воспламенится после долгой стоянки при -15;

— 25 — ДВС заводится без проблем в теплой среде и после долгой стоянки при -15;

— 22-23 — не остывший двигатель заводится сразу, долгая стоянка возможна исключительно в гараже при плюсовой температуре;

— меньше 18 — не заведется при любых условиях даже разогретый ДВС.

Приведенная градация будет достоверной при запуске исправных двигателей, в автомобилях со всеми работающими системами. При наличии неисправностей приведенные показатели могут не соответствовать действительности.

Значение компрессии в дизельном двигателе некоторых моделей автомобилей приведены ниже:

Автомобиль Компрессия кг/см2
Камаз ЕВРО-0 29-35
Камаз ЕВРО-1 29-35
Камаз ЕВРО-2 29-35
Камаз ЕВРО-3 32-37
Камаз ЕВРО-4 32-39
ЯМЗ 236 33-38
ЯМЗ 236 Турбо 33-38
ЯМЗ 238 33-38
ЯМЗ 238 Турбо 33-38
ЯМЗ 240 33-38
ЯМЗ 240 Турбо 33-38
Д240-245(МТЗ80-82) 24-32
MAN F90/2000 30-38

Измерение компрессии двигателя

На показатель компрессии сильно влияют техническое состояние двигателя и условия, в которых проводятся замеры, поэтому измерение компрессии проводят всегда в одинаковом режиме, одним и тем же способом. Обычно замеры проводятся в следующих условиях:

— разогретый до рабочей температуры двигатель;

— открытая дроссельная заслонка;

— снятый воздушный фильтр;

— вывернутые свечи во всех цилиндрах;

— отключенные от катушек низковольтные провода;

— отсоединенный топливный шланг;

— заряженный аккумулятор;

— исправный стартер.

Сам процесс измерения компрессии производится при помощи компрессометра и свечного ключа. Компрессометр вставляется в отверстие от вывернутой свечи одновременно с запуском двигателя на холостом ходу и удерживается, пока показания на шкале не перестанут расти. Такие манипуляции проводятся со всеми цилиндрами двигателя.

Полученные при измерении компрессии данные обычно отличаются от цифр, заявленных производителем авто в технической документации. Расхождение в значениях объясняется износом поршневой группы, который возникает при регулярной эксплуатации транспортного средства. С увеличением износа деталей компрессия в цилиндрах двигателя уменьшается.

Конечно, при небольшом отклонении от заявленных производителем цифр, владелец автомобиля может продолжать им пользоваться, не ремонтируя поршневую группу, расхождение до 10% считается допустимым. При увеличении разрыва значений комплектующие ДВС считаются сильно изношенными.

Что делать при низкой компрессии двигателя?

В жизни многих автовладельцев наступает момент, когда они сталкиваются с проблемами низкой компрессии двигателя. Давление в цилиндрах ДВС может снижаться по следующим причинам:

— севшие в канавки поршня поршневые кольца — самая частая причина снижения компрессии;

— трещина в перемычке одного из поршней;

— прогар поршня;

— деформация или прогар клапана;

— дефект кулачка распредвала;

— появление нагара из-за износа маслосъемных колпачков.

При перечисленных причинах обычно происходит снижение компрессии в каком-то одном цилиндре, и капитальный ремонт двигателя не требуется. В этих случаях достаточно замены деталей и чистки камеры сгорания от нагара.

При снижении компрессии одновременно во всех цилиндрах, скорее всего, нарушена герметичность камеры сгорания и требуется регулировка зазоров и газораспределительного механизма (ГРМ), что может повлечь за собой капитальный ремонт двигателя.

В дизельных двигателях чаще всего причиной снижения компрессии выступает износ зеркала цилиндров. При этом изношенная внутренняя поверхность цилиндра увеличивает зазор между ним и поршнем, и получается так, что необходимое для зажигания смеси солярки и воздуха давление создать невозможно. Признаком снижения компрессии в дизеле служит появление синего дыма из выхлопной трубы из-за неполного сгорания солярки при недостаточно высокой температуре

Иногда неисправности сторонних деталей могут повлечь за собой снижение давления в цилиндрах, например, плохое распыление горючего из-за неисправности форсунки. В любом случае, своевременная замена или ремонт испорченных деталей и агрегатов устранит проблемы низкой компрессии двигателя, и его мощность снова возрастет.

Что такое компрессия и степень сжатия

При диагностике автомобиля перед покупкой опытные автовладельцы практически всегда советуют новичкам проверить компрессию. А еще существует степень сжатия – казалось бы, схожий термин, ведь компрессия – это и есть сжатие. На самом деле это совершенно разные вещи. Давайте разберемся, что есть что, а заодно поймем, что и как нужно проверять при покупке машины.

Что такое степень сжатия?

Начнем со степени сжатия. Как мы помним, поршень в цилиндре при работе двигателя движется вверх-вниз, имея две так называемых мертвых точки, верхнюю и нижнюю. Так вот, степень сжатия – это отношение между двумя объемами: полным объемом цилиндра, когда поршень находится в нижней мертвой точке, и объемом камеры сжатия, когда поршень находится в верхней мертвой точке. То есть степень сжатия – это математическое отношение, которое показывает, во сколько раз топливовоздушная смесь (или воздух, если речь о дизеле) сжимается в цилиндре при работе мотора.

Степень сжатия – одна из базовых характеристик любого двигателя, и закладывается она на стадии проектирования. У бензиновых моторов она ниже, чем у дизельных: в среднем от 8:1 до 12:1 у первых и от 14:1 до 23:1 у вторых. Дело в том, что работа дизельного мотора предполагает самостоятельное воспламенение топливовоздушной смеси от сжатия, а в бензиновом моторе смесь в каждом такте поджигается свечой зажигания. Однако в целом по мере развития технологий двигателестроения степень сжатия в моторах росла. Причина проста: повышение степени сжатия позволяет увеличить КПД мотора, получая больше мощности при том же рабочем объеме и расходе топлива. Собственно, с ростом степени сжатия связано и применение более высокооктановых бензинов.

Таким образом, степень сжатия – это конструктивная характеристика двигателя, и она не меняется по мере его износа и старения. Степень сжатия не нужно «проверять» при покупке, а знать ее нужно в основном для того, чтобы знать, какой бензин лучше заливать в бак купленной машины.

Что такое компрессия?

Если степень сжатия – параметр математический и неизменный, то компрессия – характеристика изменяемая. Компрессия – это давление, создаваемое в цилиндре в конце такта сжатия, когда поршень идет от нижней мертвой точки к верхней, сжимая воздух или топливовоздушную смесь. Давление в цилиндре в момент, когда поршень достиг верхней мертвой точки – это и есть компрессия. Можно подумать, что компрессия фактически должна быть равна степени сжатия – ведь она тоже показывает разницу давления в цилиндре при двух положениях поршня – верхнем и нижнем. Однако на самом деле компрессия оказывается значительно выше. Ведь воздух при резком сжатии нагревается, что означает увеличение давления. А еще он нагревается от горячих стенок цилиндра, ведь рабочая температура двигателя гораздо выше температуры окружающей среды. Таким образом, компрессия, конечно, зависит от степени сжатия, но не равна ей. И именно компрессию замеряют при диагностике двигателя, чтобы оценить его техническое состояние.

Как замеряют компрессию?

Замер компрессии проводится с учетом перечисленных выше условий: на полностью прогретом двигателе и при полностью открытой дроссельной заслонке, отвечающей за подачу воздуха в цилиндр. Разумеется, горение топлива для замера компрессии не нужно, в цилиндре сжимается только воздух. Так что подачу топлива отключают, а свечу зажигания (или накаливания, если речь идет о дизеле) выкручивают, а на ее место вкручивают шлаг компрессометра. Компрессометр – это прибор для измерения компрессии. Он фактически представляет собой манометр, подключаемый трубкой к цилиндру и оснащенный обратным клапаном, чтобы не сбрасывать измеренное давление.

Зачем измерять компрессию?

Замер компрессии позволяет оценить исправность и техническое состояние двигателя. Во-первых, после замера можно сравнить соответствие полученного результата заводским параметрам – то есть оценить компрессию в имеющемся двигателе по сравнению с новым. Во-вторых, низкий показатель компрессии означает наличие проблем с мотором, ведь он сигнализирует о том, что воздух «утекает» из камеры сгорания, а при работе мотора из нее будут прорываться раскаленные газы. Причин может быть довольно много: поршневые кольца, повреждения седел клапанов и самих клапанов, негерметичность прокладки ГБЦ и даже трещина в самом поршне. Ну а в-третьих, важна не только сама величина компрессии, но и ее равномерность во всех цилиндрах двигателя. Если компрессия в одном или нескольких цилиндрах ниже, чем в других, это говорит о неравномерном износе и наличии проблем.

Таким образом, замер компрессии – одна из простых, но эффективных методик оценки исправности и общего технического состояния двигателя. Он позволяет быстро отсеять заведомо «мертвые» моторы, имеющие проблемы с цилиндропоршевой группой, клапанами и так далее. Поэтому замер компрессии можно и нужно проводить при диагностике практически любого автомобиля перед покупкой.

Компрессия в дизельном двигателе: симптомы нарушения заводских параметров

Одним из самых важных показателей и технических характеристик для дизельного двигателя является компрессия в цилиндрах. Конечно, этот параметр важен для любого агрегата, но дизель с плохо компрессией просто не запустится. Минимально возможная компрессия для современных силовых агрегатов дизельного типа - 20 кг/см2. Но зачастую для нормальной работы агрегата и оптимального потребления топлива требуется большее давление. Если же компрессия в двигателе меньше, завести агрегат будет просто невозможно. В 99% случаев потеря компрессии так или иначе связана с маслом, ведь несмазанные детали двигателя не могут выдавать требуемое давление.

Довольно распространены рекомендации «специалистов», которые призывают владельцев дизельных двигателей при потере компрессии выкрутить свечи, залить немного масла в каждое отверстие, закрутить свечи обратно и запустить агрегат. В таком случае ваш дизельный двигатель практически гарантировано получит гидроклин и отправится на помойку или на капитальный ремонт. Современные нежные агрегаты нуждаются в тщательной диагностике и устранении проблем, если таковые присутствуют в системе.

Главные признаки нарушения компрессии в дизельном двигателе

В большинстве случае компрессия в дизельном двигателе не пропадает резко. Но и такое может произойти. Для резкого падения компрессии в цилиндрах необходимо, чтобы возникли условия смывания смазки. К примеру, двигатель собран после капитального ремонта, в нем еще нет достаточного количества смазки. После долгих попыток запуска стартером также может подсесть компрессия. Но в подавляющем большинстве случаев нарушения компрессии случаются постепенно, что характеризуется появлением таких показателей:

  • затрудненный запуск работы дизельного агрегата, планомерное ухудшение зажигания;
  • плавающие обороты, отсутствие устойчивой работы двигателя, что мешает его нормальной эксплуатации;
  • отказ работы одного цилиндра или сразу нескольких частей силового агрегата;
  • внутри силового агрегата формируются избыточные топливные испарения, происходят небольшие взрывы;
  • расход топлива постепенно растет, на двигателя с очень плохой компрессией расход превышает норму в два раза;
  • также агрегат начинает сильно греться, что повышает интенсивность работы системы охлаждения.

Простые меры предосторожности могут выявить проблему снижения компрессии на ранней стадии и помочь побороть ее дешевыми способами. Помните, что все представленные явления происходят постепенно. Сначала вы заметите увеличение расхода на несколько десятых частей литра, затем появится легкое плавание оборотов и так далее. С такими неполадками вполне можно пользоваться двигателем, но когда это приведет к большим неприятностям, ремонт будет стоить очень дорого. А начало развития любого подобного показателя означает неизбежный путь к разрушению.

Наиболее популярные причины снижения компрессии в дизельном двигателе

Проблема с компрессией имеет несколько десятков основных причин. Также нередко в сервисных центрах сталкиваются с индивидуальными особенностями строения того или иного агрегата. Потому при подозрении на плохую компрессию цилиндров лучше всего воспользоваться услугами профессионалов и провести диагностику возможных проблем. Это сэкономит вам деньги и время, поможет уже на начальной стадии распознать причины потери двигателем компрессии. Учтите, что дизельный агрегат после потери компрессии не всегда можно восстановить. Наиболее частые причины такой проблемы следующие:

  • неверно выполненная регулировка клапанов, что вызывает неравномерную компрессию в разных цилиндрах;
  • износ направляющих втулок, которые также имеют прямое действие на компрессию;
  • непосредственное повреждение клапана, возможное прогорание или механическое воздействие;
  • трещина в блоке цилиндров или в головке блока, что вызывает потерю компрессии;
  • выход из строя прокладки головки блока цилиндров или нарушение гладкости ее посадочной поверхности;
  • износ поршневой группы или стенок цилиндра, прогорание поршня, сквозные отверстия во внутренней части двигателя;
  • сильный нагар на внутренней части агрегата из-за использования крайне плохого топлива.

Все эти проблемы могут рано или поздно возникнуть в любом дизельном агрегате, потому стоит быть внимательным в эксплуатации. Как только машина начала показывать проблемы с компрессией, следует выполнить проверки указанных узлов и получить максимум эффективности работы агрегата. Зачастую именно указанные выше причины будут основой снижения компрессии и помогут понять, как поступить с автомобилем, какие ремонтные работы необходимо сделать.

Что делать, если компрессия дизельного двигателя сильно снижена?

Если в вашем силовом агрегате сильно снижена компрессия, следует обратиться на СТО с просьбой о диагностике двигателя. Чаще всего при серьезном снижении этого показателя, а также с большим пробегом автомобиля речь идет именно о физическом износе. В таком случае нужно решить, будет ли целесообразным проводить капитальный ремонт агрегата. Многие современные дизельные двигатели получили славу «одноразовых», то есть тонкость стенок цилиндров не позволяет выполнить капитальный ремонт. Потому последовательность действий при обнаружении плохой компрессии должна быть следующей:

  • прекращение эксплуатации автомобиля - если речь не об износе жизненно важных органов двигателя, дальнейшая эксплуатация сделает ремонт дороже;
  • проведение качественной профессиональной диагностики, которая расскажет все о причинах проблемы и способах ее возможного устранения;
  • принятие решения о том, какой способ устранения неполадки будет выбран, а также где и как будет выполняться ремонт вашего силового агрегата;
  • покупка деталей, которые необходимы для проведения восстановительных работ, проверка качества всех купленных элементов;
  • передача машины мастеру, выполняющему специфические работы по капитальному ремонту двигателей, ожидание окончания ремонтных работ;
  • проверка автомобиля путем тщательного исследования визуальных и звуковых особенностей работы, тестирование на дороге с замером расхода топлива.

Вот так выглядит капитальный ремонт силового агрегата дизельного типа, который утратил необходимую компрессию. Практически все двигатели, которые устанавливаются на современные легковые авто, обходятся в ремонте очень дорого. Потому есть и другой вариант восстановления работы силового агрегата. Это покупка контрактного двигателя - подержанного силового агрегата с малым пробегом, привезенного из другой страны. Такой двигатель сделает ваше авто практически новым, но его официальное оформление сегодня предполагает значительные сложности.

Предлагаем посмотреть на видео процесс замера компрессии в силовом агрегате Volvo XC90:

Подводим итоги

Качественные дизельные двигатели могут показать на счетчике пробега до 1 000 000 километров пройденной дистанции. Но на долговечность использования силового агрегата влияют условия эксплуатации, особенности использования в различных климатических режимах. Также сильно добавляет к разрушению двигателя плохое топливо, некачественное масло и нерегулярный сервис. Потому для сохранения дизельного двигателя вашей машины в отличном рабочем состоянии пользуйтесь только качественными материалами для обслуживания.

Если же двигатель неожиданно вышел из строя, проведите полную диагностику, убедитесь, что виновником этой неприятности не является какой-нибудь небольшой датчик, стоящий не так дорого. Чем больше информации вы получите, тем легче будет найти правильный и недорогой способ ремонта. Выполнять ремонтные работы в данном случае лучше всего в крупном профессиональном центре. Если у вас случались проблемы с компрессией в дизельном силовом агрегате, опишите в комментариях причину и способ устранения неполадки.

Компрессия и степень сжатия двигателя автомобиля

Кто изучает устройство автомобиля, встречает непонятные термины из области работы двигателя. Расскажем что такое компрессия и степень сжатия мотора, их определения. Рассмотрим работу мотора с изменяемой степенью сжатия.

Что такое степень сжатия

Это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. На бензиновом моторе, в зависимости от конкретной задачи, степень сжатия может серьезно варьироваться, достигая величин в 8 до 12. На дизельных двигателях из-за их конструктивных особенностей она намного больше и оставляет от 14 до 18 единиц. Для бензиновых двигателей, чем выше степень сжатия - тем выше удельная мощность. Но если её сильно увеличить, то может снизится ресурс и возрастает риск проблем с мотором при заправке некачественным топливом.

Что такое компрессия двигателя

Это максимальное давление воздуха в камере сгорания в конце такта сжатия.

Компрессия это давление в цилиндре. Поэтому она зависит от степени сжатия (величина давления в меньшем объеме всегда будет больше, т.е. при увеличении степень сжатия компрессия растет). По величине компрессии можно предварительно судить о состоянии двигателя. При этом важно правильно провести процедуру замера компрессии.

При снижении уровня компрессии необходимо выяснить причину. Это могут быть поршневые кольца или проблемы в клапанном механизме, выяснить это можно так. В проблемные цилиндры с помощью шприца вводят 15-20 грамм моторного масла. Процедуру замера повторяют. Если показания манометра выросли - причина падения в поршневых кольцах, если остались на прежнем уровне - в клапанах.

Двигатели с изменяемой степенью сжатия

Японские производители улучшили эффективность традиционного двигателя за счет поднятия степени сжатия до 14:1, что ранее было просто невозможно. Они заявляют, что с данной степенью сжатия могут работать, как бензиновый, так и дизельный двигатели, причем на обычном 95-ом бензине. Как это возможно? Один из недостатков бензиновых моторов с искровым зажиганием — относительно невысокая степень сжатия. Если ее поднять с нынешних 10:1 до 12,5:1, то эффективность использования теплоты сгоревшего топлива возрастет процентов на шесть. Но чем сильнее сжимаем поршнем воздух с парами бензина, тем выше риск взрывного неконтролируемого самовоспламенения смеси — это детонация, страшный враг двигателя: ударные нагрузки, перегрев, разрушение поршней и колец.

Не зря степень сжатия бензиновых агрегатов редко поднимается выше 11:1.

На самом деле все дело в снижении средней температуры цикла. Чем «холоднее» горючая смесь в камере сгорания, тем сильнее ее можно сжать без риска возникновения детонации. Думаете, японцы решили охлаждать всасываемый воздух? Нет, они занялись системой выпуска.


Этот прием давно известен по гоночным моторам — «настроенные» выпускные каналы по схеме 4-2-1, в которых порции выхлопных газов из всех четырех цилиндров не «толкаются» друг с другом, а строго поочередно вылетают в атмосферу. При чем здесь температура цикла? «Настроенный» выпуск за счет газодинамического наддува улучшает продувку цилиндров — в них остается меньше горячих отработавших газов, которые неизбежно подмешиваются к свежему воздуху на такте впуска и поднимают температуру в конце такта сжатия. Как уверяют, если долю выхлопа снизить с обычных 8% до 4%, то степень сжатия можно безболезненно поднять на три единицы. А за счет охлаждения воздуха при распыле бензина прямо в цилиндр — сжатие можно увеличить еще на единичку.

Чтобы реализовать продвинутый газообмен, пришлось раскошелиться на фазовращатели на обоих распредвалах — и впускном, и выпускном. А вдобавок с помощью компьютерного моделирования придумать еще кучу всяких ухищрений. К примеру, чтобы улучшить «термоизоляцию» камеры сгорания, диаметр цилиндра пришлось уменьшить с нынешних 87,5 мм до 83,5 мм, соответственно увеличив ход поршня.

Длинноходность способствует увеличению крутящего момента на низких оборотах, вдобавок тягу «на низах» улучшают непосредственный впрыск и увеличение степени сжатия — и возникает эффект, который именуют downspeeding. Мол, мотор настолько хорошо тянет «внизу», что среднестатистические обороты при езде снижаются на 15% — это дает эффект по части снижения расхода бензина и выбросов СО2 по сравнению с турбомотором с уменьшенным до 1,4 л рабочим объемом.

Компрессия в бензиновом и дизельном двигателях: что такое и как измерить

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) относится к основной части любого транспортного средства. Зачастую вместе с понятием ДВС можно услышать и такое понятие как компрессия в двигателе. Это важный показатель, который отвечает за работу двигателя автомобиля. Разберемся, что такое компрессия, какая компрессия должна быть в двигателе и что будет с двигателем при нарушении норм.

Что такое компрессия?

Слово «компрессия» происходит от латинского «compression», что в переводе означает «сжатие». Т.е. под компрессией понимается сжатие газа, происходящее из-за действия внешних сил, чтобы уменьшить объем газа, а также увеличить температуру и давление.

Чтобы понять, что представляет собой компрессия в двигателе, стоит разобраться для начала из чего состоит двигатель внутреннего сгорания. В нем есть блок цилиндров, клапана, поршни с компрессионными и масляными поршневыми кольцами, шатуны и коленчатый вал.

При поднятии поршня на такте сжатия, клапаны закрыты, поэтому происходит топливной смеси, при этом давление образуется в цилиндре максимальное. А цифровое значение этого давления и представляет собой компрессию двигателя.

Измеряется компрессия в единицах измерения давления – бар, кг/см2, МПа.

Нормы компрессии

На показатель компрессии влияют множество факторов. Среди них:

  • посадка клапанов, особенно если они установлены плотно;
  • наличие небольших трещин между седлами клапанов;
  • цилиндры и поршни слишком изношены;
  • поршневые кольца изношены;
  • присутствие в цилиндрах масла.

Для того, чтобы понять работает двигатель в штатном режиме или есть проблемы нужно знать заводские параметры компрессии для каждого двигателя, т.к. они будут отличатся.

Обычно норма компрессии указывается в технических характеристиках. Можно только отметить, что из-за различий дизельных и бензиновых двигателей компрессия будет разная. Как правило, дизели имеют норму давления больше в два раза.

Компрессия в дизельном двигателе составляет более двадцати атмосфер. Чаще всего, она колеблется от двадцати восьми до тридцати двух атмосфер. Такие высокие показатели обусловлены сложностью устройства двигателя.

Норму компрессии для бензиновых двигателей можно рассчитать по формуле, в которую входит степень сжатия двигателя и коэффициент Х, который определяется в зависимости от типа мотора. Степень сжатия берется из технической документаций на автомобиль.

Х = 1,2-1,3 для четырехтактных моторов;
Х = 1,7-2 для четырехтактных дизельных моторов.

Как правило, норма компрессии бензинового двигателя немного больше десяти атмосфер.

Хорошо знать норму компрессии для своего автомобиля, но нужно еще и уметь ее измерять, чтобы быть уверенным, что двигатель работает исправно. Рассмотрим, какие способы измерения компрессии двигателя существуют.

Измерение компрессии своими руками

Чтобы измерить компрессию можно, конечно, обратиться в автосервис. Но проще сэкономить деньги и произвести измерения самостоятельно. Для таких измерений достаточно просто купить специализированный прибор – компрессометр. Это, по сути, манометр, но имеющий обратный клапан, измеряющий максимальное давление в цилиндре двигателя.

Сейчас на рынке предлагаются компрессометры для дизельных и для бензиновых моторов. Отличия в допустимых пределах измерений, потому как в дизельных движках давление намного выше.

Для проверки компрессии нам в первую очередь потребуется:

  1. проверка уровня зарядки аккумулятора. Это необходимо, потому как, при измерении давления двигатель будет работать на аккумуляторе.
  2. прогреть двигатель авто до рабочей температуры. Это необходимо, чтобы получить максимально точные результаты измерения.

После чего переходим ко второму этапу:

  1. снятие всех свечных проводов;
  2. выкручивание свечи зажигания каждого цилиндра;
  3. при электрическом бензонасосе – его необходимо вытащить. Если бензонасос обычный, то просто отключается шланг, отвечающий за топливо;
  4. отключение питающего провода с форсунок при необходимости.

Выполнив эти действия, можно приступать непосредственно к измерению компрессии в цилиндрах двигателя. Желательно измерения проводить вдвоем, чтобы один человек фиксировал результаты измерения, а другой – вращал мотор.

Для измерения выполняются следующие действия:

  1. вкручивание компрессометра в проверяемый цилиндр;
  2. нажатие педали газа до упора, чтобы полностью открыть дроссельную заслонку. Ключ зажигания начинаем вращать стартер. Вращение производится до тех пор, пока показатель прибора не перестанет расти – это и будет компрессия двигателя.

После полученного результата, необходимо сравнить с нормами, которые должны быть для данного двигателя. Если же результаты приближены к показателям нормы, то компрессия в двигателе хорошая и двигатель работает отлично, либо причина поломки двигателя не в этом.

Причины и последствия низкой компрессии

Если при измерениях получена низкая компрессия двигателя, то необходимо в срочном порядке восстанавливать давление в цилиндрах. Иначе могут быть серьезные последствия в дальнейшем при эксплуатации автомобиля. Например, будет сложно завести движок, обороты двигателя будут скакать, мотор будет очень сильно шуметь, мощность двигателя значительно снизится, увеличится расход топлива, появится синий дым, который будет выходить из выхлопной трубы при запуске двигателя.

Самыми распространенными причинами низкой компрессии может быть:

  • сгорела прокладка блока цилиндра;
  • сгорел поршень или клапан;
  • сильный износ деталей цилиндра;
  • разрушилось седло клапана.

В первую очередь необходимо проверить все эти детали и заменить неисправные. После чего, компрессия должна быть в норме, стоит провести повторные измерения.

Причины и последствия высокой компрессии

Если же результаты измерения компрессии оказались высокими, то стоит проверить, возможно в камеру сгорания попадает масло или двигатель перегревается.

Последствия высокой компрессии приводят к детонации и возникновению калильного зажигания, что в свою очередь способствует повреждению поршня и цилиндра двигателя.

При высоких показателях компрессии стоит также, проверить, не износились ли маслосъемные колпачки и кольца или нет ли нагара в цилиндрах, возможно двигателю потребуется раскоксовка ДВС.

Если у вас возникли вопросы - оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

Какая компрессия должна быть в бензиновом и дизельном двигателе

На чтение 5 мин. Просмотров 1.6k. Опубликовано Обновлено

Практически каждый автомобилист сталкивался с такой неприятной ситуацией, когда мощность автомобиля снижалась буквально на глазах, машина тяжело набирала скорость, а двигатель вовсе плохо запускался. В таком случае ничего не остаётся, кроме как провести диагностику мотора. Диагностика подразумевает под собой целый ряд технических мероприятий.

Но опытные автомобилисты знают, что первым делом необходимо измерить компрессию двигателя, которая позволяет предварительно установить все проблемы силового агрегата и по возможности устранить их.

Компрессия двигателя – что это и как измеряется

Часто можно встретить, как некоторые автомобилисты путают понятие компрессии со степенью сжатия. Это две принципиально разные характеристики. Степень сжатия характеризует отношение максимального значения объёма цилиндра к минимальному, в то время компрессия – это показатель давления в цилиндрах авто, создаваемое поршнем в ВМТ своего движения в заключительной стадии такта сжатия. Как видим, ничего общего.

Степень сжатия – постоянный параметр, который может измениться только лишь в случае изменения конструктивной особенности мотора. Давление в цилиндрах двигателя может периодически меняться. Вообще компрессия является оценочным критерием состояния мотора. Какой должна быть компрессия в цилиндрах двигателя? Для каждого силового агрегата эта цифра различна, но в большой мере она зависит именно от показателя степени сжатия.

Как проверить компрессию на бензиновых и дизельных моторах

Проверка компрессии в цилиндрах двигателя различными методами позволяет более точно установить проблемное место, где следует сосредоточить свои силы. Производить замер можно в собственном гараже, не прибегая к услугам специалистов. Если вы решили собственноручно измерить этот чрезвычайно важный показатель, то необходимо вооружиться следующим арсеналом:

  1. Сам прибор замера – компрессометр.
  2. Заряженный автомобильный аккумулятор.
  3. Свечной ключ.
  4. Исправный стартер.

Специалисты зачастую проводят замер на непрогретом двигателе. Если должного опыта в проведении подобной работы нет, то предварительно необходимо прогреть мотор. После чего производится демонтаж воздушного фильтра, отключение низковольтных проводов.

Компрессометр – обычный манометр со специальным переходником. Устройство подключается к свечному отверстию и таким образом происходит замер в каждом цилиндре с одновременным запуском мотора на холостом ходу. Компрессометр удерживается несколько секунд. Как только стрелка перестаёт расти, прибор отсоединяется. Данную процедуру желательно проделать несколько раз, после чего вывести среднее значение. Вполне нормальная ситуация, когда полученные данные отличаются от заверенных производителем. Ведь в ходе эксплуатации авто происходит естественный износ деталей поршневой группы, что способствует уменьшению компрессии. Расхождение в пределах 10% считаются допустимым.

Если некоторые отклонения от нормы компрессии бензинового мотора допустимы, то для дизельного двигателя всё намного серьёзней. Производить замеры дизеля стоит не только с целью определения состояния поршневой группы, но и для того, чтобы получить рамки температурного режима, при которых возможна стабильная работа «холодного» дизельного мотора. Для того, чтобы измерить давление в цилиндрах дизельного двигателя, необходимо отключить питание, оставив в работоспособном состоянии только стартер. При замере необходимо соблюдать, пожалуй, самое важное условие – коленчатый вал должен совершать 200-250 оборотов в минуту.

Чтобы измерить данный параметр в цилиндрах дизельного мотора, необходимо соблюсти следующие условия:

  • Отключить подачу топлива;
  • Выкрутить одну форсунку;
  • Убедиться в работоспособности аккумулятора и стартера.

Необходимо обесточить электромагнитный клапан подачи топлива по магистрали. После чего компрессометр подключается к отверстию форсунки. Прибор должен быть с пределом измерения, по меньшей мере, 60 атмосфер.

Норма компрессии в бензиновом и дизельном двигателе

Важно помнить, что компрессия не должна быть ниже нормы. Низкие показатели приводят к следующим негативным последствиям:

  • Увеличение давления картерных газов;
  • Ускоренное загрязнение камеры сгорания, увеличение токсичности;
  • Повышенный расход топлива;
  • Существенное увеличение расхода масла.

Какова норма этой характеристики? Для определения нормы давления в цилиндрах различных силовых агрегатов существует следующая формула: степень сжатия, указанная производителем в документации авто, умножается на коэффициент, который для бензиновых силовых агрегатов равен 1,2-1,3. Цифра от 7 до 12 атмосфер считается нормальной.

Компрессия в дизельном двигателе значительно выше, следовательно, и границы нормы будут другие. Для дизеля допустима компрессия от 25 до 33 кг/см2. Разница между двумя различными цилиндрами не должна превышать трёх атмосфер. Повысить этот показатель, хоть и временно, можно за счет использования различных присадок. Но также стоит понимать, что слишком низкие показатели свидетельствуют о том, что двигатель нуждается в ремонте. Чаще всего замене подлежат гильзы. Существенно увеличивает износ этих составляющих дизтопливо неприемлемого качества.

Что делать, если компрессия слишком низкая?

Давление в цилиндрах ДВС может падать по различным причинам: прогар поршня, деформация клапана, дефект распределительного кулачка, износ маслосъёмных колпачков. Если уровень компрессии упал в одном цилиндре, есть большая вероятность, что проводить капитальный ремонт мотора не потребуется. Для устранения проблемы порой хватает простой чистки камеры сгорания от образовавшегося налёта. Другая ситуация, когда компрессия ниже нормы во всех цилиндрах. В таком случае к ремонту «сердца» авто необходимо подходить комплексно. Это более тяжелый случай, ведь потребуется регулировка зазоров ГРМ, восстановление герметичности камеры сгорания, что в конечном итоге потребует капитального ремонта.

В дизельных моторах кроме проблем с гильзами также можно обнаружить износ зеркала цилиндров. При таком недуге появляется синий дым из выхлопной трубы, который образуется из-за неполного сгорания солярки. Происходит это потому, что увеличивается зазор между составляющими, что и служит причиной образования низкого давления в камере сгорания.

Заключение

Проверка компрессии в цилиндрах двигателя является обязательной процедурой для тех, кто ищет неисправности в работе «сердца» своего автомобиля. Однако профессионалы не используются результаты замеров, как абсолютные. Полученные данные подсказывают, на что следует обратить внимание в первую очередь.

Как повысить компрессию в двигателе? Способы повышения давления могут быть различными. Всё зависит от найденной неисправности. В одних случаях хватает использования более вязкого масла, различных присадок для мотора, замена колец. В других случаях требуется капитальный ремонт силового агрегата. Поэтому, увеличить компрессию возможно в тех случаях, когда была правильно обнаружена причина её снижения.

границ | Двигатели с воспламенением от сжатия - революционная технология, покорившая цивилизованные границы по всему миру от промышленной революции до XXI века

Введение и краткая история двигателей с воспламенением от сжатия

С тех пор, как Рудольф Дизель изобрел двигатель внутреннего сгорания, который в конечном итоге будет носить его имя, воспламенение от сжатия использовалось как эффективное и действенное средство инициирования сгорания в двигателях. Дизель использовал растительные масла, чтобы изобрести свой новый двигатель, поскольку в то время не было нефтяной инфраструктуры для топлива.Высокая степень сжатия для создания давления и температуры, необходимых для самовоспламенения, была отличительной чертой двигателя с воспламенением от сжатия. Также требовался механизм прямого впрыска топлива в камеру сгорания. Со временем инфраструктура нефтяных дистиллятов стала доступной для таких видов топлива, как бензин (для поддержки двигателей с искровым зажиганием), керосин и мазут (для отопления домов) и, конечно же, для дизельного топлива (Heywood, 1988).

Преимущества использования воспламенения от сжатия и прямого впрыска топлива в камеру сгорания проявились в течение следующих нескольких десятилетий его развития.Двигатель с воспламенением от сжатия по своей природе нуждается в высокой степени сжатия, чтобы создать необходимые условия для самовоспламенения. Высокая степень сжатия - одна из характеристик конструкции, повышающих эффективность. Кроме того, воспламенение от сжатия не требовало дросселирования для регулирования выходной мощности двигателя. Прямой впрыск топлива в камеру сгорания обеспечивал высокое сопротивление детонации, что ограничивало степень сжатия и, в конечном итоге, эффективность двигателей с искровым зажиганием. Дополнительным преимуществом является то, что без ограничения детонации двигатели с воспламенением от сжатия могут иметь значительное повышение давления на впуске за счет турбонаддува, что дополнительно увеличивает эффективность и удельную мощность.

Попутно возникли и преодолены многие технологические препятствия, такие как возможность изготовления поршней и головок цилиндров, которые могли бы надежно достичь высоких степеней сжатия, необходимых для самовоспламенения дизельного топлива, форкамеры, которые могли бы использовать имеющиеся форсунки с относительно низким давлением в камеру сгорания с высокой степенью сжатия, новую технологию впрыска топлива под очень высоким давлением, чтобы исключить необходимость в форкамерах и обеспечить прямой впрыск в камеру сгорания, и, наконец, электронные органы управления и исполнительные механизмы для обеспечения гораздо более точной подачи топлива, воздуха , а также меры по контролю за выбросами, чтобы соответствовать строгим требованиям регулирования выбросов.

Текущее состояние двигателей зажигания от сжатия

Двигатели с воспламенением от сжатия используются в различных коммерческих и потребительских приложениях по всему миру, приводя в действие такие устройства, как большие корабли, локомотивы, грузовые автомобили, строительное и сельскохозяйственное оборудование, генераторы и даже автомобили. Почти исключительно в этих приложениях для сжигания используется дизельное топливо. Дизельный двигатель полагается на легкость самовоспламенения топлива, которую инженеры-химики называют цетановым числом / индексом - эмпирически полученный показатель, который описывает легкость самовоспламенения топлива.Биодизели также используются во многих областях, особенно в сельских районах и в развивающихся странах. Биодизельное топливо обычно производится из растительных масел, которые были химически обработаны для удаления продуктов глицерина, в результате чего остается метиловый (или этиловый) эфир жирной кислоты (FAME). Биодизельное топливо пытается имитировать свойства дизельного топлива, и, хотя они могут использоваться как чистый заменитель топлива, они обычно используются в качестве агента для смешивания с нефтяным дизельным топливом.

Существует два основных подхода к двигателю с воспламенением от сжатия - двухтактный и четырехтактный.Очень большие двигатели CI (в частности, для кораблей и локомотивов) обычно бывают двухтактными, в первую очередь потому, что частота вращения двигателя ограничена низкими оборотами в минуту (RPM). Двухтактные двигатели CI должны иметь внешний источник подачи воздуха, такой как турбонагнетатель или нагнетатель (или их гибрид в некоторых случаях), потому что воздух нагнетается в цилиндр через отверстия в гильзе цилиндра. На рисунке 1 показана эта конфигурация. Выхлоп выводится либо через другой набор портов (версия с искровым зажиганием), либо через тарельчатые клапаны в головке цилиндров (см. Рисунок 1).Отверстия для впуска воздуха в гильзе цилиндра открываются, когда поршень опускается ниже их во время рабочего хода, позволяя охлажденному воздуху под давлением поступать в цилиндр. Когда поршень направляется к НМТ в рабочем такте, выпускные клапаны в головке блока цилиндров начинают открываться, и горячий выхлоп начинает покидать цилиндр через установленные сверху выпускные клапаны. По мере того, как поршень продолжает двигаться в направлении НМТ, впускные отверстия в гильзе цилиндра открываются, позволяя свежему воздуху проникать в цилиндр, что выталкивает последние выхлопные газы из верхних выпускных клапанов.Этот процесс продувки продолжается до тех пор, пока выпускные клапаны не закроются (примерно в положении поршня в НМТ). Впускные отверстия все еще открыты, поэтому свежий воздух продолжает поступать в цилиндр от нагнетателя до тех пор, пока поршень не пройдет через верхнюю часть впускных отверстий на гильзе, задерживая воздух в цилиндре. Затем этот воздух нагревается и сжимается до тех пор, пока поршень не окажется около ВМТ. Топливная форсунка создает струю под высоким давлением в горячий сжатый воздух, вызывая самовоспламенение и возгорание. Затем цикл начинается заново.

С другой стороны, четырехтактный двигатель с воспламенением от сжатия работает, нагнетая воздух из впускного коллектора в цилиндр во время такта впуска, от ВМТ до НМТ (см. Рисунок 2), затем впускные клапаны закрываются, и поршень затем движется обратно в направлении ВМТ при сжатии воздуха до повышенной температуры и давления. Форсунка распыляет топливо в камеру сгорания, происходит воспламенение, и поршень под высоким давлением выталкивается вниз из-за сгорания в так называемом рабочем такте.Наконец, выпускные клапаны открываются, и поршень возвращается в ВМТ и вытесняет продукты сгорания отработавших газов в такте выпуска. Затем цикл повторяется отсюда.

Независимо от того, является ли двигатель двух- или четырехтактным, цель состоит в том, чтобы создать воздух с высоким давлением и высокой температурой ближе к концу компрессионной части цикла. Впрыскиваемое топливо затем подвергается воздействию воздуха под высоким давлением и высокой температурой и очень быстро самовоспламеняется. Задержка между впрыском топлива и самовоспламенением называется задержкой зажигания, которая обычно составляет несколько углов поворота коленчатого вала.Топливо продолжает впрыскиваться в виде струи, которая имеет зону реакции на периферии струи, и реакция контролируется диффузией воздуха в зону реакции в сочетании с диффузией топлива наружу в зону реакции. Этот процесс диффузии происходит за миллисекунды, в то время как фактические реакции происходят в микросекундном масштабе времени, поэтому жидкостная механика диффузии контролирует скорость реакции.

Значительные исследовательские усилия были затрачены на изучение путей повышения эффективности, характеристик выбросов, надежности и выходной мощности двигателей CI.Производственные компании, университеты и исследовательские лаборатории предоставили свой опыт, оборудование и средства для развития технологий двигателей с непрерывным взаимодействием. Некоторые из этих достижений включают в себя прямой впрыск (DI) для устранения необходимости в форкамерах и уменьшения теплопередачи, оптическую диагностику для изучения образования загрязняющих веществ в цилиндрах, расширенные возможности вычислительного моделирования для прогнозирования и оптимизации характеристик двигателя CI, значительные усилия для понимания химического состава топлива и состав для адаптации работы двигателя CI к местным видам топлива.Поскольку инженеры и ученые продолжают применять свои знания в фундаментальных исследованиях технологии двигателей с непрерывной интеграцией, нет никаких сомнений в том, что будут достигнуты дополнительные достижения.

Чем механизм CI отличается от модуля SI?

Есть несколько причин, по которым двигатели CI так популярны в коммерческих и промышленных приложениях. Одна из важных причин заключается в том, что собственная топливная эффективность двигателей CI выше, чем у двигателей SI. Характер воспламенения от сжатия обеспечивает несколько важных факторов, обеспечивающих высокую топливную эффективность.Одним из факторов является высокая степень сжатия (Gill et al., 1954). Поскольку двигатели с ХИ зависят от топлива, впрыскиваемого в цилиндр, и смешивания этого топлива с воздухом, детонация в двигателе предотвращается. Детонация двигателя - одно из основных ограничений более высокой степени сжатия в двигателях SI. Второй фактор - это устраненная необходимость в дросселировании двигателя для регулирования выходной мощности. Опять же, поскольку топливо непосредственно впрыскивается и смешивается в камере сгорания, мощность двигателя CI можно регулировать, просто регулируя количество впрыскиваемого топлива, в отличие от двигателей SI, где топливо и воздух предварительно смешаны и по существу однородны при постоянной смеси. соотношение (Heisler, 1999).Это означает, что для поддержания постоянного отношения смеси, если топливо уменьшается, воздух также должен быть уменьшен в той же пропорции. Это управление воздухом осуществляется с помощью дроссельной заслонки или ограничения всасывания, и это создает значительные газообменные или «перекачивающие» потери. Третий фактор - теплопередача. Двигатели CI могут работать на обедненной смеси, что означает, что двигатель потребляет все топливо, но не весь кислород, присутствующий в камере сгорания. Это приводит к более низким температурам в цилиндрах и, как следствие, к меньшему отведению тепла охлаждающей жидкости двигателя и выхлопу двигателя, а также к повышению эффективности.В качестве дополнительного преимущества гамма или соотношение удельных теплоемкостей C p / C v выше для двигателей с обедненным горением, чем для двигателей, которые работают со стехиометрией. Меньшая часть тепловой энергии, генерируемой реакциями горения, теряется в состояниях возбуждения более крупных трехатомных частиц (пар CO 2 и H 2 O). Это означает, что больше тепловой энергии доступно для повышения давления и температуры рабочего тела, что и создает работу, которую можно извлечь (Foster, 2013).

Однако у механизма CI есть и несколько недостатков, о которых стоит упомянуть. Двигатель CI должен быть спроектирован так, чтобы быть очень прочным, чтобы выдерживать повышенные давления и температуры, создаваемые высокой степенью сжатия и повышенным давлением на впуске. Это позволяет создавать двигатели с высокой инерцией вращения и, следовательно, ограничивать максимальные обороты двигателя. Это также увеличивает стоимость, поскольку все оборудование должно быть очень прочным. Еще один недостаток двигателей CI - это характер выбросов.Использование сгорания с контролируемой диффузией означает, что между топливом и воздухом существует значительное расслоение, в отличие от однородности смесей бензин / воздух в двигателях SI. Эта стратификация создает твердые частицы (ТЧ) и оксиды азота (NO x ). Было обнаружено, что эти нежелательные продукты сгорания ХИ представляют опасность для здоровья и окружающей среды. По сути, традиционный двигатель CI не имеет проблемы с эффективностью, у него есть проблема с выбросами.

А как насчет биотоплива?

Большая часть текущих и прогнозируемых работ по двигателям CI, по-видимому, сосредоточена на использовании альтернативных видов топлива или даже нескольких видов топлива, чтобы сохранить высокий КПД (возможно, даже улучшить его), но при этом значительно снизить уровень вредных выбросов и производство парниковых газов. Биотопливо - один из популярных подходов, особенно в развивающихся странах, для решения проблемы выбросов парниковых газов и снижения стоимости импорта нефти.Биотопливо обычно производится из какого-либо типа растительного масла и химически обрабатывается для создания продукта, во многих отношениях имитирующего нефтяное дизельное топливо. Таким образом использовалось несколько видов сырья, в зависимости от местных условий выращивания и культур, которые в этих условиях хорошо растут. Соевые бобы, рапс, масла семян пальмы, ятрофы и каранджи, а также многие другие перерабатываются в качестве топлива. Как правило, биотопливо этого типа делится на категории: масла, полученные из съедобных растений, и масла, полученные из непищевых растений.С химической точки зрения топливо, получаемое из съедобных растений, легче и дешевле перерабатывать в топливо. Однако это также может создать проблему «продовольствия или топлива» для местной экономики. Непищевое биотопливо растительного происхождения сложнее и дороже в переработке, но, как правило, позволяет избежать трудностей, связанных с «едой или топливом». Одна из проблем традиционного биодизельного топлива заключается в том, что само топливо содержит кислород как часть своей структуры. Это кислородсодержащее топливо будет иметь значительно меньшее энергосодержание по сравнению с дизельным топливом.Снижение содержания энергии обычно составляет порядка 7-8% по объему по сравнению с дизельным топливом. Это приводит к большему расходу топлива при том же количестве доставляемой энергии. Более поздняя работа была проведена в отношении топлива, полученного из водорослей или водорослей, которое может дать гораздо больший урожай, чем традиционное биотопливо (Frashure et al., 2009). Другой недавней темой исследований является создание «возобновляемого» дизельного топлива путем гидротермальной или другой обработки материала биомассы для извлечения длинноцепочечных углеводородов, подобных нефтяному дизельному топливу (Aatola et al., 2008). Возобновляемое дизельное топливо не склонно к насыщению кислородом, поэтому энергосодержание, как правило, такое же, как и у нефтяного дизельного топлива. Тем не менее, другой подход к созданию дизельного топлива как из возобновляемых, так и из невозобновляемых источников использует процесс под названием Фишера-Тропша (FT), названный так в честь немецких изобретателей этого процесса в 1930-х годах. Топливо FT получают из метана, газифицированного угля или газифицированной биомассы для создания длинноцепочечных углеводородов, подходящих для использования в качестве топлива. Для этого типа топлива используется несколько аббревиатур, в зависимости от сырья.Газ в жидкость (GTL), уголь в жидкость (CTL) и биомасса в жидкость (BTL) - лишь некоторые из этих сокращений. В процессе FT создается дизельное топливо довольно высокого качества - с высоким цетановым числом, низкой вязкостью, без серы и с высоким содержанием энергии - но этот процесс также сложен и дорог, по крайней мере, в настоящее время (Agarwal, 2004).

Что такое современные двигатели CI?

Двигатели

CI используются во всем мире как источники движущей и стационарной энергии. По мере того как страны с развивающейся экономикой, такие как Индия и Китай, наращивают свой спрос на транспорт и электроэнергию для удовлетворения экономического спроса, возникают серьезные вопросы относительно будущего двигателей с непрерывной интеграцией в условиях все более строгого экологического регулирования, регулирования парниковых газов и спроса на ископаемое топливо. .Существуют ли стратегии, которые позволят движку CI развиваться для удовлетворения нынешних и будущих требований рынка?

Используя традиционное дизельное топливо, инженеры добились некоторых впечатляющих успехов в повышении эффективности и сокращении выбросов за счет использования передовых технологий впрыска, таких как насосы высокого давления Common Rail, топливные форсунки с пьезоприводом, усовершенствованное турбомашинное оборудование и утилизация отработанного тепла (термоэлектричество и т. Д.), и почти полное удаление серы из дизельного топлива. Теперь можно гораздо точнее дозировать топливо в камеру сгорания, чтобы обеспечить более плавное сгорание и меньшее загрязнение окружающей среды.Использование рециркуляции выхлопных газов (EGR) позволило инженерам снизить концентрацию кислорода во всасываемом воздухе, обеспечивая более низкие пиковые температуры сгорания со значительным снижением NO x . Достижения в области доочистки, такие как дизельные сажевые фильтры (DPF), катализаторы deNO x (как селективное каталитическое восстановление, так и ловушка обедненной смеси) и катализаторы окисления дизельного топлива (DOC), в настоящее время используются в современных двигателях CI.

Текущие усовершенствованные работы по сгоранию открыли захватывающие возможности для повышения эффективности двигателя с ХИ, а также для значительного улучшения характеристик выбросов.По мере продвижения исследований было показано, что возможно улучшение некоторого предварительного смешивания топлива и воздуха при сохранении способности контролировать выходную мощность за счет подачи топлива (без дросселирования) и сохранять высокую степень сжатия. Для достижения этих целей использовались различные стратегии. Одним из них является использование двойного топлива, широко известного как воспламенение от сжатия с контролируемой реактивностью (RCCI). В RCCI топливо с низкой реакционной способностью (такое как бензин, этанол или подобное) вводится в камеру сгорания в качестве основного источника энергии и очень небольшое количество топлива с высокой реакционной способностью (например, дизельное топливо, биодизель и т. Д.)). Это не только обеспечивает возможность работы двигателя на обедненной смеси, что снижает пиковые температуры сгорания и повышает эффективность, но также обеспечивает стратегию положительного зажигания, позволяющую избежать пропусков зажигания и сохранить высокую надежность. RCCI в исследовательских двигателях продемонстрировал возможность достижения очень высокого уровня эффективности (в первую очередь благодаря еще большему снижению теплопередачи, чем при традиционном дизельном сгорании) и надежности управления. Основным недостатком RCCI является требование наличия двух форсунок на цилиндр (по одному для каждого вида топлива) и требование либо нести два отдельных топлива, либо нести присадку, повышающую реактивность, для топлива с низкой реактивностью (Curran et al., 2013).

Еще одна захватывающая возможность в мире двигателей CI - это использование топлива с довольно низкой реактивностью (бензин, нафта и т. Д.) По сравнению с дизельным двигателем, но все же использование двигателя с воспламенением от сжатия и использование длительной задержки воспламенения этих видов топлива для обеспечения некоторый уровень предварительного смешивания при сохранении достаточной стратификации для обеспечения контроля нагрузки (Kalghatgi et al., 2007). Воспламенение от сжатия бензина (GCI) или воспламенение от сжатия с частичным предварительным смешиванием (PPCI) пытается достичь той же цели, что и использование двойного топлива в RCCI, но для этого путем точного расслоения одного топлива.Этот контроль воспламенения может быть довольно сложным по сравнению с RCCI, поскольку он зависит от постоянно меняющихся местных характеристик смешивания топлива и воздуха, а не от положительного добавления топлива с высокой реактивностью в определенное время. Преимущество состоит в том, что требуется только одно топливо и одна форсунка на цилиндр.

В каждом из случаев для RCCI и PPCI цель состоит в том, чтобы обеспечить достаточное предварительное смешивание для того, чтобы уровни ТЧ были низкими, и работать в режиме обедненного или разбавленного сгорания, чтобы поддерживать пиковые температуры сгорания ниже 2000K, избегая термического NO x производство.Устойчивость этих новых подходов к горению и воспламенению - это проблема, к которой обращаются несколько исследовательских организаций по всему миру (Johansson et al., 2014; Sellnau et al., 2014).

Что ждет двигатели CI в будущем?

По крайней мере, по состоянию на 2015 год двигатели CI занимают доминирующее положение на рынках коммерческих автомобилей и внедорожников. По мере того как во всем мире к выбросам парниковых газов и качеству воздуха применяется все большее нормативное давление, двигатели CI будут продолжать развиваться, чтобы соответствовать этим требованиям.Комбинация высокой плотности энергии жидкого топлива в сочетании с высокой удельной мощностью двигателей с непрерывным включением и очень низкой стоимостью производства будет по-прежнему делать двигатели с непрерывным смешиванием популярным решением для двигательной и стационарной выработки энергии. В этой области продолжаются захватывающие исследования по повышению эффективности, сокращению выбросов, совершенствованию технологии очистки выхлопных газов, и был достигнут огромный прогресс. Однако необходим еще больший прогресс, поскольку население мира превышает 7 миллиардов человек, а спрос на электроэнергию в развивающихся странах стремительно растет.То, как мы решаем транспортные и энергетические проблемы в следующие несколько десятилетий, задаст тон нашей способности как общества поддерживать как пригодную для жилья среду, так и уровень жизни, приемлемый для постоянно растущего населения во всем мире.

Заявление о конфликте интересов

Автор заявляет, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Представленная рукопись была создана UChicago Argonne, LLC, оператором Аргоннской национальной лаборатории («Аргонн»).Аргонн, лаборатория Управления науки Министерства энергетики США, работает в соответствии с Контрактом № DE-AC02-06Ch21357. Правительство США сохраняет для себя и других лиц, действующих от его имени, оплаченную неисключительную, безотзывную всемирную лицензию, указанную в указанной статье, на воспроизведение, подготовку производных работ, распространение копий среди публики, а также публичное исполнение и публичное отображение, посредством или от имени правительства. Это не влияет на права других лиц на повторную публикацию и распространение на условиях CC-BY (www.creativecommons.org). Автор хотел бы выразить признательность за финансовую поддержку Управлению автомобильных технологий Министерства энергетики США, Программа усовершенствованного сгорания двигателей, управляемая г-ном Гурпритом Сингхом.

Список литературы

Атола, Х., Ларми, М., Сарджоваара, Т., и Микконен, С. (2008). Гидроочищенное растительное масло (HVO) как возобновляемое дизельное топливо: компромисс между NOx, выбросами твердых частиц и расходом топлива в двигателе большой мощности . Технический документ SAE 2008-01-2500.Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Агарвал, А. К. (2004). Разработка и характеристика биодизеля из непищевых растительных масел индийского происхождения . SAE 2004-28-0079. Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Курран, С., Хэнсон, Р., Вагнер, Р., и Райтц, Р. (2013). Картирование КПД и выбросов RCCI в двигателе малой мощности .Технический документ SAE 2013-01-0289. Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Frashure, D., Kramlich, J., and Mescher, A. (2009). Технико-экономический анализ промышленной добычи масла из водорослей . Технический документ SAE 2009-01-3235. Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Гилл П., Смит Дж. И Зиурис Э. (1954). Основы двигателей внутреннего сгорания , 4-е изд.Аннаполис, Мэриленд: Военно-морской институт США.

Google Scholar

Хейслер, Х. (1999). Транспортные средства и двигатели , 2-е изд. Варрендейл, Пенсильвания: SAE International.

Google Scholar

Хейвуд, Дж. (1988). Основы двигателя внутреннего сгорания . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: McGraw-Hill Inc.

Google Scholar

Калгатги, Г. Т., Рисберг, П., и Ангстрём, Х. Э. (2007). Частично предварительно смешанное самовоспламенение бензина для достижения низкого уровня дыма и низкого уровня выбросов NOx при высокой нагрузке в двигателе с воспламенением от сжатия и сравнение с дизельным топливом .Технический документ SAE 2007-01-0006. Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Селльнау, М., Фостер, М., Хойер, К., Мур, В., Синнамон, Дж., И Хустед, Х. (2014). Разработка бензинового двигателя с прямым впрыском и воспламенением от сжатия (GDCI). SAE Int. J. Engines 7, 835–851. DOI: 10.4271 / 2014-01-1300

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Дизельный двигатель

Дизельный двигатель внутреннего сгорания отличается от цикла Отто с бензиновым двигателем тем, что для воспламенения топлива используется более высокая степень сжатия топлива, чем свеча зажигания («воспламенение от сжатия», а не «искровое зажигание»).

Стандартный цикл дизельного двигателя

В дизельном двигателе воздух сжимается адиабатически со степенью сжатия обычно от 15 до 20. Это сжатие повышает температуру до температуры воспламенения топливной смеси, которая образуется при впрыске топлива при сжатии воздуха.

Идеальный стандартный цикл по воздуху моделируется как обратимое адиабатическое сжатие, за которым следует процесс горения при постоянном давлении, затем адиабатическое расширение как рабочий ход и изоволюметрический выхлоп.Новый заряд воздуха всасывается в конце выхлопа, как показано процессами a-e-a на диаграмме.

Поскольку такты сжатия и мощности этого идеализированного цикла являются адиабатическими, эффективность может быть рассчитана на основе процессов постоянного давления и постоянного объема. Энергия на входе и выходе, а также КПД могут быть рассчитаны исходя из температуры и удельной теплоемкости:

Эту эффективность удобно выразить через степень сжатия r C = V 1 / V 2 и степень расширения r E = V 1 / V 3 .КПД можно записать

, и это можно преобразовать в форму

Для стандартного воздушного двигателя с γ = 1,4, степенью сжатия r C = 15 и степенью расширения r E = 5, это дает идеальный КПД дизеля 56%.

Дизельный цикл зависит от того, является ли эта температура достаточно высокой для воспламенения топлива при его впрыске.

* фунт / кв. Дюйм - манометрическое давление в фунтах на квадратный дюйм.Обычные манометры в США измеряют превышение в фунтах на квадратный дюйм атмосферного давления.

Нульмерное моделирование четырехцилиндрового дизельного двигателя с турбонаддувом с переменной степенью сжатия и его влияние на выбросы

Результаты моделирования в установившемся режиме

Результаты в установившемся режиме показаны ниже. Карта показывает разницу между данными моделирования и данных измерений (измерение-имитация), где зеленый цвет доминирует над моделью для точной работы:

$$ {\ text {z-axis}} = {\ text {Measurement}} \ ; {\ text {Result}} - {\ text {Simulation}} \; {\ text {Result}} $$

Как видно на рис.7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 и 18, разница между результатами, полученными при моделировании модели в стационарном состоянии, и данными измерений незначительна для большинства регионов. карты. Это указывает на то, что охарактеризованная числовая модель работает очень похоже на реальный двигатель.

Рис.7

Разница тормозного момента

Рис.8

Разница в массовом расходе всасываемого воздуха

Рис.9

Разница в выбросе NOx из двигателя

Фиг.10

Разница в среднем эффективном давлении тормозов

Рис.11

Разница в удельном расходе топлива на тормоз

Рис.12

Разница во впускном давлении

Рис.13

Разница в давлении наддува

Рис.14

Разница давлений во впускном коллекторе

Рис.15

Разница давлений на выходе из двигателя

Рис.16

Разница в температуре наддува

Рис.17

Разница температур на впускном коллекторе

Фиг.18

Разница температур в выпускном коллекторе двигателя

Исследование VCR Simulation было проведено после проверки правильности работы числовой модели двигателя без обратной связи.

Результаты численной модели с видеомагнитофоном

Стратегия реализации видеомагнитофона в числовой модели

Все карты двигателя даны с точки зрения оборотов в минуту по оси x, крутящего момента по оси y и процентного изменения по оси z. Основная стратегия, примененная к модели, заключалась в том, чтобы поддерживать постоянный крутящий момент и частоту вращения в соответствии с рабочей картой CR16.5. При разных степенях сжатия ожидалось, что крутящий момент будет увеличиваться или уменьшаться для одного и того же количества топлива, поэтому может произойти сдвиг всей карты, что может усложнить и затруднить сравнение графиков. Таким образом, такой же заданный крутящий момент был достигнут путем подключения ПИД-регулятора для управления количеством топлива.

Для разных степеней сжатия, когда количество топлива изменяется для достижения тех же рабочих условий, массовый расход всасываемого воздуха также изменяется, в то время как положение клапана рециркуляции отработавших газов остается неизменным, что приводит к изменению отношения впускного воздуха к рециркуляции отработавших газов для конкретной уставки. .Для более точного изучения изменений NOx процент массового расхода EGR в каждой точке регистрации сохранялся таким же, как и исходные данные CR16.5, по следующей формуле:

$$ MF_ {EGR} = \ frac {{MF_ {EGR}}} {{MF_ {IA} + MF_ {EGR}}} \ times 100 \% $$

(4)

График процентной доли EGR в общем массовом расходе, взятом из CR16.5, показан на рис. 19.

Рис. 19

Массовый расход EGR в процентах по сравнению с общим массовым расходом

Результаты рассчитываются как процент увеличения или уменьшения по сравнению с CR16.5:

$$ Result = \ frac {Новый CR - CR16.5} {CR16.5} $$

(5)

Массовый расход топлива

Как объяснялось ранее, крутящий момент поддерживался постоянным при каждой уставке за счет изменения количества топлива с помощью ПИД-регулятора.

По мере увеличения степени сжатия крутящий момент, создаваемый для того же количества топлива, также увеличивался, таким образом, PID уменьшал крутящий момент до исходной точки за счет уменьшения количества топлива.

Обратное можно увидеть, когда степень сжатия была уменьшена из-за того, что для получения того же заданного крутящего момента требовалось больше топлива.На рисунке 20 показано уменьшение количества топлива при увеличении степени сжатия и увеличение количества топлива при уменьшении степени сжатия.

Рис.20

Массовый расход топлива по сравнению с CR16.5

Удельный расход топлива тормозом

Цифры, показанные на рис. 21, показывают процентное изменение значений удельного расхода топлива тормозом при различных степенях сжатия по сравнению со степенью сжатия 16,5. Можно ясно видеть, что BSFC увеличивается при уменьшении степени сжатия и уменьшается при увеличении степени сжатия.

Рис.21

Удельный расход топлива тормоза по сравнению с CR16.5

Эффект от этого изменения проявляется в большей степени в условиях низкой нагрузки и низких оборотов, и эта тенденция уменьшается в условиях высоких нагрузок и высоких оборотов.

Массовый расход всасываемого воздуха

Как показано на рис. 20, уменьшение степени сжатия приводит к увеличению массового расхода топлива для достижения того же заданного крутящего момента. Поскольку массовый расход топлива увеличивается, это также увеличивает массовый расход всасываемого воздуха, как показано на рис.22, когда степень сжатия уменьшается. Обратное явление наблюдается при увеличении степени сжатия.

Рис.22

Массовый расход всасываемого воздуха по сравнению с CR16.5

Тепловой КПД

Цифры, показанные на рис. 23, показывают процентное изменение значений теплового КПД при различных степенях сжатия по сравнению со степенью сжатия 16,5. Тепловая эффективность:

$$ \ eta_ {t} = \ frac {{W_ {c}}} {{m_ {f} Q_ {HV}}} = \ frac {{P_ {s}}} {{\ mu_ {f} Q_ {HV}}} $$

(6)

, где W c - работа за цикл, P s - выходная мощность, m f - масса топлива за цикл, QHV - теплотворная способность топлива и µ f - массовый расход топлива.

Рис.23

Тепловой КПД по сравнению с CR16.5

Q HV ​​ для дизельного топлива составляет 43,5 МДж / кг, поэтому уравнение (6) можно записать как:

$$ \ eta_ {t} = \ frac {1} {{Sfc \ cdot Q_ {HV}}} = \ frac {3600} {{Sfc \, ({\ text { g}} / {\ text {кВт}} \, {\ text {h}}) Q_ {HV} \, ({\ text {MJ}} / {\ text {kg}})}} = \ frac { 82.76} {Sfc} $$

(7)

Сопоставление обратной пропорциональности формулы, показанной выше, и тенденции, показанной в значениях BSFC на рис.23 ясно видно, что термический КПД увеличивается с увеличением степени сжатия и уменьшается с уменьшением степени сжатия.

Это изменение более заметно в условиях низкой нагрузки и низких оборотов и становится менее заметным в условиях высоких нагрузок и высоких оборотов.

NOx

На рисунке 24 показано, что с увеличением степени сжатия происходит уменьшение NOx и наоборот.

Рис. 24

NOx на выходе из двигателя по сравнению с CR16.5

Это явление основано на том факте, что более высокая степень сжатия означает более полное сгорание, а в сочетании с наблюдениями на рис. 20 требуется меньше топлива для достижения того же крутящего момента, означает, что будет произведено меньше тепловой энергии, что в конечном итоге приведет к при более низкой температуре; снижение производства NOx.

Эффект более заметен при низкой нагрузке и низких оборотах, в то время как некоторая его значимость также проявляется при высоких значениях крутящего момента и низких оборотах.

Механический КПД

На рисунке 25 показано, что с увеличением степени сжатия происходит небольшое снижение механического КПД двигателя.Обратное наблюдается при уменьшении степени сжатия. Хотя процентное изменение очень мало, ME уменьшается, потому что по мере увеличения CR потери на трение механических компонентов вместе с некоторыми насосными потерями также увеличиваются (особенно в областях с низким крутящим моментом). В конечном итоге это немного влияет на общий механический КПД двигателя.

Рис.25

Механический КПД по сравнению с CR16.5

Co
2

Из рис.26, количество произведенного CO 2 обратно пропорционально степени сжатия. Влияние этого изменения степени сжатия на выбросы в значительной степени проявляется при низких значениях крутящего момента и низких оборотах. Это связано с тем, что при низком крутящем моменте и низких оборотах воздушно-топливная смесь (небольшое количество по сравнению с высоким крутящим моментом и высокими оборотами в минуту) в цилиндре не сжимается однородно и сгорает в цилиндре, что приводит к плохому сгоранию.

Рис. 26

Объем двигателя CO 2 по сравнению с CR16.5

Сажа

На рисунке 27 показано влияние степени сжатия на процентное изменение сажи. С увеличением степени сжатия сажа увеличивалась с очень резкой скоростью по всей карте, за исключением условий работы с низким крутящим моментом и низкой частотой вращения (где наблюдалось ее уменьшение). Это связано с тем, что в условиях высокого крутящего момента и высоких оборотов количество воздуха, необходимое для более полного сгорания, было меньше количества, потребляемого двигателем. Таким образом, нагнетатель может быть подходящим решением для увеличения количества воздуха в цилиндре в условиях высокой нагрузки, чтобы уменьшить образование сажи.

Рис.27

Сажа на выходе из двигателя по сравнению с CR16.5

Температура на выходе из двигателя

Температура выхлопных газов цилиндра прямо пропорциональна количеству сгорания. Сгорание, в свою очередь, напрямую связано с количеством впрыскиваемого топлива; больше топлива будет означать большее сгорание, что приведет к большему выделению тепловой энергии. Следовательно, как показано на рис. 20, увеличение степени сжатия снижает расход топлива для достижения того же крутящего момента, что приводит к снижению температуры выхлопных газов, как показано на рис.28.

Рис. 28

Температура на выходе из двигателя по сравнению с CR16.5

Давление на выходе из двигателя

На ранней стадии проектирования двигателя всегда учитывается и изучается разность давлений между впускным и выпускным коллекторами двигателя, чтобы убедиться, что она остается в пределах приемлемого порогового значения.

Большая разница может привести к неисправности различных компонентов двигателя. Например, если разница слишком велика, небольшое открытие клапана рециркуляции ОГ может привести к тому, что мимо него пройдет массивный поток воздуха, что в конечном итоге может привести к неисправности управления воздушным потоком.

На рис. 29 показано, что увеличение степени сжатия снижает давление выхлопных газов из-за того, что при увеличении степени сжатия сжигается меньше топлива для достижения одинаковых рабочих условий на всей карте.

Рис.29

Давление на выходе из двигателя по сравнению с CR16.5

Сводка результатов по зонам

Карта двигателя была разделена на три зоны (как показано на рис. 30):

Рис. 30
  • Зона 1 - зона низких нагрузок от низких до нормальных рабочих значений частоты вращения;

  • Зона 2, охватывающая зону средней нагрузки от нормальных до высоких значений рабочих оборотов;

  • Зона 3 - зона высоких нагрузок (включая номинальную мощность) с очень высокими значениями частоты вращения

Как видно из рис.31, тепловой КПД в областях с высокой нагрузкой в ​​Зоне 2 и Зоне 3 составляет примерно 40%.

Рис.31

Тепловой КПД при CR16,5

Высокая степень сжатия в этих зонах увеличивает ее только на 0,71% и 0,30% для CR18 и на 1,57% и 0,40% для CR20. Таким образом, это изменение не так сильно, как можно наблюдать в условиях низкой нагрузки, где нормальный тепловой КПД составлял около 25% и увеличивался на 9,70% при CR20.

Сводку процентных изменений значений в трех различных зонах можно увидеть на рис.32, 33 и 34.

Рис. 32

Среднее процентное изменение в зоне 1 по сравнению с CR16,5

Рис.33

Среднее процентное изменение в зоне 2 по сравнению с CR16,5

Рис. 34

Среднее процентное изменение в Зоне 3 по сравнению с CR16,5

BSFC уменьшается на 8,14%, 1,54% и 0,37% в зоне 1, 2 и 3 соответственно при степени сжатия 20. Наблюдая за изменениями выбросов при той же уставке, можно увидеть, что NOx уменьшается на 8,33%, CO 2 на 8.50%, а количество сажи увеличивается на 6,91%. Это ясно указывает на то, что более высокая степень сжатия должна быть предпочтительнее в Зоне 1.

Наблюдение за значениями сажи и BSFC с CR20 в Зоне 2 и 3 ясно указывает на то, что это нежелательно в качестве хорошего компромисса. Значения сажи ясно указывают на то, что низкая степень сжатия предпочтительна для зоны 2 и 3. Для плавного перехода между зоной 1 и 2 степень сжатия ниже 18 для зоны 2 может привести к внезапному рывку, производимому двигателем. Имея это в виду, для зоны 2 предпочтительна степень сжатия 18.

Переход степеней сжатия между зонами всегда поддерживается как можно более плавным, чтобы избежать внезапного нежелательного поведения двигателя.

Наконец, чтобы не отставать от тенденции плавности и избежать дальнейшего снижения производительности, в Зоне 3 предпочтительна степень сжатия по умолчанию 16,5.

Как работает дизельный двигатель? | Дизель и газ

  • Как работает дизельный двигатель?

    Если вам интересно: « Как работает дизельный двигатель? ”, то вы попали в нужное место! Команда Don Johnson Motors имеет опыт работы с огромным разнообразием транспортных средств и тяжелой техники, и мы рады поделиться своими знаниями с любопытными друзьями и соседями.Получив ответ, вы будете хорошо подготовлены к тому, чтобы выбрать превосходный автомобиль для своих поездок по северо-западу Висконсина!

Двигатели внутреннего сгорания: основы работы

Если вы хотите понять, как работает дизельный двигатель, вам необходимо иметь представление об основных принципах работы двигателей внутреннего сгорания. Как бензиновые, так и дизельные двигатели имеют следующие характеристики :

  • В отличие от двигателя внешнего сгорания, где энергия вырабатывается до того, как она направляется в двигатель, ДВС преобразует топливо в энергию в своих основных компонентах: своих цилиндрах.
  • После того, как топливо и кислород поступили в цилиндры двигателя внутреннего сгорания, требуется тепло для воспламенения топлива и создания силы.
  • Как происходит преобразование? В большинстве двигателей движение поршня вниз втягивает воздух в цилиндр, а движение вверх сжимает его, вызывая зажигание одним из нескольких способов.

Дизельные и газовые двигатели

Для многих водителей самый простой способ представить себе дизельный двигатель - это сравнить его с более знакомым газовым двигателем. Хотя оба являются двигателями внутреннего сгорания, есть несколько ключевых отличий , о которых следует знать:

  • Двигатель, работающий на бензине, обычно сжимает воздух до плотности в 10 раз более плотной, чем при обычном атмосферном давлении, то есть имеет степень сжатия 10: 1. Дизельный двигатель идет еще дальше, сжимая воздух в 15-25 раз плотнее, чем в открытой атмосфере, то есть он имеет коэффициент 1.Степень сжатия в 5-2,5 раза выше, чем у газового двигателя.
  • Поскольку воздух в цилиндрах дизельного двигателя настолько сжат, он часто становится намного горячее, чем воздух в бензиновом двигателе.
  • По этой причине ответ на вопрос: « Есть ли у дизельных двигателей свечи зажигания? »- почти всегда нет. Поскольку воздух в цилиндрах дизельного двигателя очень горячий, одного впрыска топлива достаточно, чтобы зажечь камеру.
  • Простота конструкции дизельного двигателя (т.е. отсутствие свечей зажигания) является одним из факторов, которые делают его на 40% более эффективным, чем сопоставимый недизельный двигатель. Другой фактор - более низкая относительная температура дизельного двигателя, а это означает, что меньше энергии выделяется в виде тепла.

Найдите свой дизельный грузовик в компании Don Johnson Motors!

По крайней мере, в Соединенных Штатах водители, которые хотят знать, как работает дизельный двигатель, часто ищут идеальный новый грузовик! Сравните плюсы и минусы газа vs.дизельные грузовики с Don Johnson Motors. Если вы уже приняли решение, ознакомьтесь с нашим списком лучших дизельных грузовиков или сразу же начните знакомство с нашим новым ассортиментом дизельных грузовиков! Независимо от того, какую модель вы выберете, мы не можем дождаться, когда вы назначите тест-драйв.

Узнайте больше на сайте Don Johnson Motors

  • 2021 Chevy Equinox Gas Пробег

    Ищете экономичный внедорожник, который оживит ваши повседневные поездки по озеру Райс? По оценке EPA, расход бензина Chevy Equinox 2021 года составляет 26 миль на галлон по городу / 31 милю на галлон по шоссе.Ознакомьтесь с приведенными ниже характеристиками топлива и двигателя Equinox, а затем просмотрите наш новый инвентарь Equinox, чтобы узнать, что на…

    Подробнее

  • 2021 Ford Bronco Sport Конфигурации

    Прочный Ford Bronco Sport, созданный для прогулок на свежем воздухе, обладает множеством функций, предназначенных для жизни на бездорожье. Более того, доступная цена Ford Bronco Sport облегчает приключения в Райс-Лейк и за его пределами. Присоединяйтесь к Don Johnson Motors, чтобы узнать о всех пяти конфигурациях Ford Bronco Sport 2021 года, а затем найдите свой…

    Подробнее

  • 2021 GMC HUMMER EV Технические характеристики

    С Hummer EV 2021 года GMC готова доминировать на рынке электромобилей - точно так же, как на протяжении десятилетий с пикапами и внедорожниками.Если вы новичок в электромобилях, вам может быть интересно узнать их характеристики по сравнению с автомобилями с бензиновым двигателем. В приведенном ниже руководстве команда Don Johnson Motors обсуждает Hummer EV миль…

    Подробнее

Дон Джонсон Моторс 45.5080292, -91.7657192.

Переменная степень сжатия

Переменная степень сжатия

Hannu Jääskeläinen

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием.Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Переменная степень сжатия может дать ряд преимуществ, таких как ограничение необходимого пикового давления сгорания в дизелях и противодействие снижению эффективности из-за детонации в двигателях с искровым зажиганием. Механизмы для изменения степени сжатия двигателя включают в себя двухступенчатую систему, в которой можно выбрать низкую или высокую степень сжатия, или систему бесступенчатого сжатия.В большинстве двухступенчатых систем используется шатун переменной длины, в то время как для бесступенчатых систем было предложено множество механизмов.

Введение

Переменная степень сжатия дает ряд преимуществ для дизельных и бензиновых двигателей. Хотя концепция изучалась в течение многих лет [3537] [3538] [3539] [3540] [1942] , для многих приложений было трудно оправдать добавленную стоимость и сложность.Разработки, которые обеспечили более простой механизм за счет использования соединительных стержней переменной длины, по-видимому, делают его жизнеспособным вариантом для серийного производства.

Механизмы для изменения степени сжатия включают в себя либо двухступенчатую систему, в которой можно выбрать низкую или высокую степень сжатия, либо систему с непрерывным изменением, в которой можно выбрать любую степень сжатия между низким и высоким значением.

Двухступенчатые системы включают шатун переменной длины AVL и FEV.Системы с непрерывным изменением параметров могут быть реализованы с помощью различных механизмов, включая:

  • Многорычажный механизм между коленчатым валом и поршнем, Nissan и MCE-5
  • Подвижная головка / цилиндр, SAAB [3541] и Enerva [3542]
  • Эксцентриковые шейки коленчатого вала, Caterpillar [1927] [1921] [1934]
  • Подвижная головка поршня [3543]

Двухступенчатые системы

Система AVL

В двухступенчатой ​​системе переменной степени сжатия AVL используется телескопическая соединительная штанга, рис. 1.Активация осуществляется газом или массовыми силами. Сила инерции F M и сила газа F G используются для удлинения и укорачивания шатуна. Трансляционный шарнир укорачивает шатун, когда результирующая сила на валу F R направлена ​​к центру коленчатого вала (F G > F M ), и удлиняет шатун, когда он находится в противоположном направлении (F G M ). Ограничители определяют минимальную и максимальную длину шатуна.Чтобы «удерживать» одну из двух позиций, масло переносится в объемы ниже или выше трансляционного сочленения. Система управления сигнализирует, когда требуется изменение длины шатуна [3518] [3544] .

Рисунок 1 . Телескопический шатун AVL

###

Холодный запуск дизельного двигателя на JSTOR

Abstract

РЕЗЮМЕ Будущие стандарты выбросов для дизельных двигателей потребуют резкого сокращения выбросов NOx из двигателя с очень низким уровнем твердых частиц (PM), HC и CO, а также сохранения под контролем расхода топлива и шума сгорания.Один из наиболее многообещающих способов решить эту проблему - снизить степень сжатия (CR). Строгим ограничением снижения дизельного CR в настоящее время являются требования к холодному запуску. Действительно, снижение температуры окружающей среды приводит к снижению способности к испарению топлива и самовоспламенению, даже больше при очень низкой температуре (-20 ° C и ниже). В этой статье мы представляем работы, проведенные над 4-цилиндровым дизельным двигателем HSDI Common Rail Diesel в трех областях: испытания двигателя до очень низких температур (до -25 ° C); в визуализации цилиндров (видеоскоп) и разработке кода CFD для холодного запуска.Во-первых, камера сгорания адаптирована для достижения низкой степени сжатия (CR 13,7: 1). Затем тесты при низком CR сравниваются с обычным CR на той же основе двигателя и обсуждаются результаты. После этого выполняется полная перекалибровка настроек впрыска (количество и время впрыска, давление впрыска ...). Это позволяет значительно уменьшить задержку пуска с низким CR, и становится достижимой опорная задержка пуска с обычным CR. Более того, эффекты конструкции камеры сгорания, такие как положение распылителя по сравнению со свечой накаливания, изучаются и демонстрируют большой потенциал в отношении поведения в холодных условиях, особенно для того, чтобы снова уменьшить задержку пуска в таких условиях.В дополнение к испытаниям двигателя, расчеты сгорания CFD выполняются во время запуска в условиях окружающей среды, а затем холода. Результаты соответствуют оптическим наблюдениям и данным о давлении в цилиндрах, записанным на двигателе. Корреляция между испытаниями и расчетами дает согласованные объяснения, оправдывающие механизмы холодного пуска и явления первого порядка, касающиеся парообразования и горения.

Информация о журнале

Международный журнал двигателей внутреннего сгорания (SAE) - это научный рецензируемый исследовательский журнал, посвященный науке и технике по двигателям внутреннего сгорания.Журнал освещает инновационные и архивные технические отчеты по всем аспектам разработки двигателей внутреннего сгорания, включая исследования, проектирование, анализ, контроль и выбросы. Стремясь стать всемирно признанным исчерпывающим источником для исследователей и инженеров в области исследований и разработок двигателей, журнал публикует только те технические отчеты, которые считаются имеющими значительное и долгосрочное влияние на разработку и конструкцию двигателей

Информация для издателя

SAE International - это глобальная ассоциация, объединяющая более 128 000 инженеров и технических экспертов в аэрокосмической, автомобильной и коммерческой промышленности.Основные направления деятельности SAE International - обучение на протяжении всей жизни и разработка добровольных согласованных стандартов. Благотворительным подразделением SAE International является SAE Foundation, который поддерживает множество программ, включая A World In Motion® и Collegiate Design Series.

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно.Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом.Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу.Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта.Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *