Повышение степени сжатия двигателя: Как увеличить степень сжатия и что это дает

Уменьшение и увеличение степени сжатия

У каждого автолюбителя свои задачи. Кто-то хочет больше мощности от двигателя и тогда задумывается над увеличением степени сжатия. Другие, желают дефорсировать мотор и уменьшить степень сжатия, чтобы заправлять дешевый низкооктановый бензин.

В данной статье поговорим про уменьшение и увеличение степени сжатия, зачем это делают и какой результат.

Увеличение степени сжатия двигателя

Увеличение степени сжатия является одной из основных методик поднятия мощности двигателя. Тем самым можно получить больше отдачи с того же объема двигателя. Одним словом мощность повысится, а расход останется на прежнем уровне.

Возникает вопрос, а почему с завода не поднимают степень сжатия до максимально возможного уровня?

Дело в характеристиках бензина не позволяющим поднимать степень сжатия больше определенного уровня, без образования детонации. Если мы значительно повысим степень сжатия, то мощность повысится, но придется заправляться более высокооктановым топливом. С другой стороны, двигатель теперь работает более эффективно и на той мощности на которой вы ездили раньше, он будет потреблять меньше топлива и разность в цене будет несущественна.

Как увеличить степень сжатия? Два лучших способа:

1. Установка более тонкой прокладки двигателя. При таком варианте, клапана могут столкнуться с поршнями и нужно все тщательно рассчитывать. Как вариант, это установка новых поршней двигателя с более глубокими выемки под клапана. Также изменятся фазы газораспределения двигателя и нужно будет их заново настраивать.

2. Растачивание цилиндров двигатель. Такая процедура требует замены поршней, но этот метод увеличивает рабочий объем двигателя и одновременно повышает степень сжатия, так как камера сгорания остается прежней но объем цилиндра увеличивается. Отношение объема возросшего цилиндра к прежнему объему камеры сгорания покажет большую величину степени сжатия.

Прибавка мощности за счет степени сжатия тем выше, чем под более низкую степень сжатия изначально настроен двигатель. Простыми словами, повышение мощности более эффективно при поднятии степени сжатия с 8 до 9, чем с 13 до 14.

Уменьшение степени сжатия двигателя

Для чего производиться уменьшение степени сжатия двигателя? Если при увеличении — мы добивались повышения мощности двигателя, то тут ситуация противоположная — уменьшение степени сжатия производиться с целью перевести автомобиль на более дешевый бензин.

Так, в старые времена поступали владельцы ‘Жигулей’ и ‘Москвичей’, когда переводили свои машины с дорогого 92-ого бензина на более дешевый и доступный 76-ой. Для этих целей используется аналогичный способ, только придется увеличить высоту прокладки под головку двигателя. Берем две обычные прокладки и между ними вставляем алюминиевую нужной толщины. Прокладки, если нужно, вырезались самостоятельно в гараже с помощью подручных средств.

После вышеописанной процедуры уменьшиться степень сжатия за счет увеличения камеры сгорания двигателя и можно заливать дешевый бензин. Не рекомендуем делать эту операцию на современном авто, оборудованным большим количеством электроники, во избежании неприятностей.

Система изменения степени сжатия

Степень сжатия – важная характеристика двигателя внутреннего сгорания, определяемая отношением объема цилиндра при нахождении поршня в нижней мертвой точке к объему в верхней мертвой точке (объему камеры сгорания). Повышение степени сжатия создает благоприятные условия для воспламенения и сгорания топливно-воздушной смеси и, соответственно, эффективного использования энергии. Вместе с тем, работа двигателя на разных режимах и разных топливах предполагает разную величину степени сжатия. Эти свойства в полной мере используются системой изменения степени сжатия.

Система обеспечивает повышение мощности и крутящего момента двигателя, снижение расхода топлива и вредных выбросов. Основная заслуга системы изменения степени сжатия в способности работы двигателя на разных марках бензина и даже разных топливах без ухудшения характеристик и детонации.

Создание двигателя с переменной степенью сжатия достаточно сложная техническая задача, в решении которой существует несколько подходов, заключающихся в изменении объема камеры сгорания. В настоящее время имеются опытные образцы таких силовых установок.

Пионером в создании двигателя с переменной степенью сжатия является фирма SAAB, представившая в 2000 году пятицилиндровый двигатель внутреннего сгорания, оборудованный системой Variable Compression. В двигателе использована объединенная головка блока цилиндров с гильзами цилиндров. Объединенный блок с одной стороны закреплен на валу, с другой взаимодействует с кривошипно-шатунным механизмом. КШМ обеспечивает смещение объединенной головки от вертикальной оси на 4°, чем достигается изменение степени сжатия в пределе от 8:1 до 14:1.

Необходимое значение степени сжатия поддерживается системой управления двигателем в зависимости от нагрузки (при максимальной нагрузке – минимальная степень сжатия, при минимальной – максимальная степень сжатия). Несмотря на впечатляющие результаты двигателя по мощности и крутящему моменту, силовая установка не пошла в серию, а работы по ней в настоящее время свернуты.

Более современной разработкой (2010 год) является 4-х цилиндровый двигатель от MCE-5 Development объемом 1,5 л. Помимо системы изменения степени сжатия двигатель оснащен другими прогрессивными системами – непосредственного впрыска и изменения фаз газораспределения.

Схема двигателя с переменной степенью сжатия MCE-5

Конструкция двигателя предусматривает независимое изменение величины хода поршня в каждом цилиндре. Зубчатый сектор, выполняющий роль коромысла, с одной стороны взаимодействует с рабочим поршнем, с другой – с поршнем управления. Коромысло рычагом соединено с коленчатым валом двигателя.

Зубчатый сектор перемещается под действием поршня управления, выполняющего роль гидроцилиндра. Объем над поршнем заполнен маслом, объем которого регулируется клапаном. Перемещение сектора обеспечивает изменение положения верхней мертвой точки поршня, чем достигается изменение объема камеры сгорания. Соответственно изменяется степень сжатия в пределе от 7:1 до 20:1.

Двигатель MCE-5 имеет все шансы попасть в серию в ближайшей перспективе.

Еще дальше в своих исследованиях пошел Lotus Cars, представив двухтактный двигатель Omnivore (дословно – всеядное животное). Как заявлено, двигатель способен работать на любом виде жидкого топлива – бензин, дизельное топливо, этанол, спирт и др.

В верхней части камеры сгорания двигателя выполнена шайба, которая перемещается эксцентриковым механизмом и изменяет объем камеры сгорания. С такой конструкцией достигается рекордная степень сжатия 40:1. Тарельчатые клапаны в газораспределительном механизме двигателя Omnivore не используются.

Дальнейшее развитие системы сдерживает низкая топливная экономичность и экологичность двухтактных двигателей, а также их ограниченное применение на автомобилях.

 

 

Ошибка

— GCEP Ошибка

— GCEP

ДОМ | ИССЛЕДОВАНИЯ | РАСПРОСТРАНЕНИЕ | СОБЫТИЯ | НОВОСТИ | ТЕХНИЧЕСКАЯ БИБЛИОТЕКА | О НАС

Страница, которую вы искали, не может быть найдена в этой системе. Возможно, он был удален или переименован. Следующий список представляет собой карту этого сайта и призван помочь вам найти то, что вы ищете. Если вы считаете, что попали на эту страницу по ошибке, сообщите об этом веб-мастеру сайта.    ·Дом ·Условия эксплуатации ·Карта сайта ·ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА · Области исследований и деятельность · Аналитическая деятельность · Технические отчеты · Охват · Глобальный охват · Заслуженные преподаватели · Заслуженные студенты-лекторы · Творческая программа · Информационный веб-сайт по энергетике · Информационная служба сообщества ·События ·Мастерские ·Исследовательские симпозиумы · Семинары · Особые события ·Энергетическая летняя конференция ·Новости · Ежеквартальный информационный бюллетень GCEP · Подписка на ежеквартальный информационный бюллетень GCEP ·Архив новостей ·Техническая библиотека · Учебники по Энергии 101 · Публикации · Презентации · Патенты · Отчеты ·Ссылки по теме ·О нас · Большой вызов · Спонсоры ·Соглашения GCEP · Часто задаваемые вопросы ·Факты и цифры · Получение финансирования ·Внешнее сотрудничество ·Люди · Директора и сотрудники · Следователи ·GCEPeople · Лидеры исследований · Консультативные комитеты · Направления ·Контакты

ГЛАВНАЯ  | ИССЛЕДОВАНИЯ  | СОБЫТИЯ | НОВОСТИ | ТЕХНИЧЕСКАЯ БИБЛИОТЕКА | О  | УСЛОВИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ  | КАРТА САЙТА  | © Copyright 2017-18 Stanford University: Global Climate and Energy Project (GCEP) Ограниченное использование материалов с сайта GCEP : Пользователь может загружать материалы с сайта GCEP только для личного некоммерческого использования. Пользователь не может иным образом копировать, воспроизводить, ретранслировать, распространять, публиковать, использовать в коммерческих целях или иным образом передавать любые материалы без получения предварительного разрешения GCEP или автора.

Проблемы со степенью сжатия

15 июня 2020 г.

 

В последние годы много говорится о замене обычных автомобилей электрическими и гибридными автомобилями для снижения воздействия ископаемого топлива на окружающую среду. Однако, несмотря на то, что оборот этого аргумента может заключаться в том, что двигатели внутреннего сгорания сейчас чище и эффективнее, чем когда-либо, факт заключается в том, что, за исключением одной возможной технологии, двигатели внутреннего сгорания практически исчерпали свой потенциал для развития. дальше.

Возможно, в последние годы были достигнуты гигантские успехи в том, чтобы сделать двигатели внутреннего сгорания более чистыми и эффективными, но эффективность большинства этих достижений зависит от чрезвычайно сложных, замысловатых и дорогих электронных систем управления. Мы все это знаем, но, возможно, не так широко известно, что мы вот-вот столкнемся с еще одной технологией, известной как переменная компрессия, работа которой зависит от чрезвычайно сложных электронных систем управления. В этой статье мы более подробно рассмотрим эту технологию, а также проблемы с ней, которые мы можем ожидать в ближайшее время. Начнем с утверждения-

Проблема с дальнейшим развитием технологии внутреннего сгорания

Остается несколько проблем с развитием основных технологий, лежащих в основе внутреннего сгорания. Главным из них является тот факт, что современные виды топлива имеют относительно низкую теплотворную способность и что большая часть теплотворной способности современных видов топлива теряется в виде тепла, выделяемого в атмосферу.

Таким образом, с точки зрения проектирования и проектирования очевидным ответом было бы: а) извлечь максимальное количество энергии из доступного в настоящее время низкоэнергетического топлива и б) свести к минимуму или уменьшить количество тепла, которое создается во время выработки энергии. процесс экстракции. Однако проблема с этим подходом заключается в том, что новые конструкции двигателей должны включать меры по снижению потерь на трение, насосных потерь и значительных паразитных потерь мощности, вызванных возвратно-поступательным движением тяжелых компонентов. Требования к смазке, а также потери, вызванные выработкой достаточного электрического тока для питания критических систем, также представляют собой значительный процент «растраченной» энергии, и все это оставляет разработчикам двигателей очень мало вариантов.

На первый взгляд, ничего из вышеперечисленного может показаться не относящимся к нашей работе в качестве техников. Однако из немногих вариантов, которые оставили конструкторы двигателей для повышения эффективности двигателей внутреннего сгорания, наиболее важной является степень сжатия, которая лежит в основе проблемы улучшения сгорания.

Вышеизложенное говорит о многом, но чтобы понять, как степень сжатия повлияет на новые конструкции двигателей, а вместе с этим и на нашу способность диагностировать и ремонтировать двигатели с высокой степенью сжатия, нам необходимо понять, что такое компрессия в цилиндре и как она влияет на работу двигателя. . Давайте рассмотрим концепцию сжатия в цилиндре, задав этот вопрос.0066

Что такое степень сжатия?

Источник изображения: https://www.searchautoparts.com/sites/www.searchautoparts.com/files/images/Figure-1_2.png

Рассмотрим приведенное выше изображение, на котором показана трассировка диапазона серии пиковых значений. давление в баллоне, полученное из одного баллона с датчиком давления. Первые три пика показывают постоянное значение давления во время работы двигателя на холостом ходу, в то время как резко возрастающие значения, следующие за ними, показывают быстрое увеличение пиковых давлений в цилиндрах по мере увеличения частоты вращения двигателя. Так как же это возможно на двигателе с фиксированной степенью сжатия?

Ответ прост, но чтобы понять, что мы видим на этой осциллограмме, нам нужно обсудить распространенное заблуждение о коэффициентах сжатия-

Многие люди, включая некоторых механиков и техников, знакомых с этим автором, понимают термин «сжатие отношение» означает, что соотношение, скажем, 10:1 означает, что одно атмосферное давление сжимается для получения значения давления, равного 10 атмосферным давлениям во время такта сжатия.

Хотя это имеет некоторый интуитивный смысл, такая интерпретация неверна, и на самом деле есть два типа степеней сжатия, которые нам нужно обсудить, поэтому давайте начнем с них.0066

Статическая степень сжатия

Принятое определение термина гласит, что степень сжатия определяется полным рабочим объемом цилиндра, когда поршень находится в НМТ, значение которого делится на объем в цилиндре, когда поршень находится в ВМТ. Например, если общий объем цилиндра составляет 100 куб. см, когда поршень находится в НМТ, а объем цилиндра над поршнем составляет 10 куб. см, когда поршень находится в ВМТ, степень сжатия этого двигателя составляет 10: 1, что значение основывается исключительно на технических характеристиках двигателя и конструктивных особенностях поршня/камеры сгорания.

Тем не менее, статическая степень сжатия в значительной степени определяет тепловой КПД любого двигателя, поскольку эта величина в значительной степени определяет, сколько энергии может быть извлечено из известного количества топлива в зависимости от адиабатического* нагрева воздушно-топливной смеси.

.

* «Адиабатический» нагрев относится к повышению температуры сжимаемого газа, например, во время такта сжатия в работающем двигателе. Однако это значение очень трудно определить количественно, поскольку топливно-воздушные смеси либо поглощают некоторое количество тепла от горячих поверхностей двигателя, либо отдают его холодным поверхностям двигателя в разное время во время нормальной работы двигателя. Следовательно, это значение рассчитывается с использованием закона идеального газа (и других законов), а не измеряется напрямую или выводится из статической степени сжатия.

Степень динамического сжатия

С нашей точки зрения технических специалистов, знание степени статического сжатия двигателя имеет ограниченную ценность. Что более важно знать, так это то, что такое динамическая степень сжатия двигателя, потому что, в отличие от статической степени сжатия, динамическая степень сжатия учитывает объем газов, которые иногда остаются в цилиндрах во время такта сжатия в результате плохой работы двигателя. продувка выхлопных газов

покидают цилиндры во время такта сжатия в результате неисправных или негерметичных клапанов или чрезмерной/агрессивной продувки выхлопных газов

попадают в цилиндры во время такта сжатия в результате агрессивных фаз газораспределения, которые закрывают впускные клапаны в конце такта сжатия

 

Хотя знание степени динамического сжатия двигателя является полезной информацией для диагностических целей, следует отметить, что степени динамического сжатия всегда значительно ниже, чем степени статического сжатия. Основная причина этого заключается в том, что коэффициент удельной теплоемкости*, определяющий полноту сгорания, (почти) никогда не бывает постоянным ни в одном двигателе при нормальной работе двигателя.

* В простейшей форме это соотношение определяется как отношение между тем, сколько тепла может поглотить газ, если этот газ находится под постоянным давлением, и тем, сколько тепла может поглотить тот же газ, если объем газа остается постоянным.

На практике, однако, коэффициент удельной теплоемкости в работающем двигателе постоянно изменяется из-за того, что смесь сжатого воздуха и топлива отдает некоторое количество тепла двигателю, а также из-за изменений давления сжатия, вызванных такими факторами, как изменение фаз газораспределения, которые могут , например, увеличить/уменьшить эффективность процессов продувки выхлопных газов в разных точках рабочего диапазона двигателей.

Какое отношение все это имеет к диагностике проблем с компрессией двигателя? Это просто означает, что если (и когда) нам потребуется диагностировать проблемы сжатия/сгорания в различных конструкциях двигателей с переменной степенью сжатия, с которыми мы скоро столкнемся, нам нужно будет знать еще одно значение давления, это-

Пиковое давление в цилиндре

Давайте используем практический пример, чтобы проиллюстрировать это значение. Если, например, двигатель имеет степень статического сжатия 10:1 и степень динамического сжатия 7,5:1, мы можем рассчитать фактическое пиковое давление сжатия в цилиндре, умножив 7,5 ^1,3 (динамическое давление сжатия) по атмосферному давлению.

ПРИМЕЧАНИЕ: Хотя коэффициент удельной теплоемкости для атмосферного воздуха равен 1,4, этот расчет обычно основан на значении 1,3, поскольку эта поправка учитывает переменные, которые основаны на различных конструкциях двигателей и различных материалах, используемых в конструкции двигателей. разных производителей. На практике более низкое значение обеспечивает единую основу для расчета значений давления в цилиндрах независимо от конструкции двигателя и/или конфигурации цилиндров.

С точки зрения диагностики, знание разницы между фактическим и желаемым пиковым давлением в цилиндре будет иметь гораздо большую ценность, чем знание одной (или обеих) статической и динамической степени сжатия просто потому, что эффективность сгорания зависит от фактического пикового давления сжатия в цилиндре. а не на степень сжатия. Конечно, это утверждение вызывает этот вопрос-

Почему бы просто не увеличить давление в цилиндрах, чтобы увеличить эффективность двигателя?

Хотя верно то, что более высокие степени сжатия и, как следствие, более высокие пиковые давления в цилиндрах обеспечивают лучшее сгорание (и, как следствие, лучшую экономию топлива), это верно только до определенного момента, поскольку законы физики налагают несколько ограничивающих факторов на до каких пределов может доходить давление в цилиндрах. Рассмотрим график ниже-

Источник изображения: https://www.searchautoparts.com/sites/www.searchautoparts.com/files/images/Figure-2_3.png

тепловой КПД двигателя по вертикальной оси. Хотя мы знаем, что большинство современных автомобилей имеют статическую степень сжатия от 10:1 до 14:1, верхняя граница этого диапазона обычно относится к двигателям суперкаров высокого класса, а также к передовым конструкциям двигателей, таким как система гомогенного заряда Mazda. Двигатель с воспламенением от сжатия.

Другие двигатели с высокой степенью сжатия, предназначенные для массового потребления, в настоящее время находятся в стадии разработки, но важным моментом на этом графике является резкое падение КПД двигателя при степени сжатия выше примерно 15:1. Это снижение связано с тем, что воздух может поглощать только ограниченное количество тепловой энергии, что в конечном итоге определяет, как детонационное пламя распространяется через воздушно-топливную смесь.

Нам не нужно вникать здесь в сложности процессов горения, достаточно сказать, что кислород в смеси служит только окислителем в процессе горения, а в стехиометрической смеси весь кислород используется для сжигания всех топливо. Рискуя поставить слишком точную точку, тепло, выделяемое во время процесса окисления, заставляет азотный компонент воздушно-топливной смеси расширяться во время процесса сгорания, что является механизмом, который перемещает поршень вниз во время рабочего такта.

Таким образом, даже если бы конструкторы двигателей были готовы принять потери в стоимости и весе, связанные с увеличением мощности двигателя для обеспечения более высоких степеней сжатия, тот факт, что современные виды топлива самовоспламеняются при высоких температурах, чрезвычайно затруднил бы стратегии контроля детонации в двигателе. для реализации при коэффициентах сжатия, намного превышающих текущие коэффициенты. С проектной и инженерной точки зрения стоимость контроля детонации двигателя и сопутствующего повреждения двигателя намного перевешивает небольшое повышение эффективности двигателя, которое можно было бы получить, нагрев воздух на несколько градусов больше, хотя и увеличив пиковые значения сжатия, что вызывает этот вопрос. 0066

К чему это приводит нас, техников?

Источник изображения: https://www.searchautoparts.com/sites/www.searchautoparts.com/files/images/Figure-4_3.png

На изображении выше показан 2,0-литровый четырехцилиндровый двигатель с наддувом. в настоящее время используется в Nissan Infiniti QX50. Этот двигатель был впервые представлен в 2018 году производства, что не делает его достаточно старым, чтобы появиться во многих независимых мастерских.

Проще говоря, коленчатый вал в этом двигателе не связан напрямую с поршнями. Компонент, обведенный красным, представляет собой исполнительный механизм с электронным управлением, который воздействует на рычажный механизм, функция которого заключается в эффективном втягивании коленчатого вала в картер, тем самым втягивая поршни в отверстия цилиндров на целых 6 мм. Практический эффект этого заключается в том, что, хотя ход двигателя остается прежним, ход поршня происходит ниже в цилиндрах, что снижает пиковое давление в цилиндре, потому что теперь между верхней частью поршней и головкой цилиндров имеется больший объем.

Подъем коленчатого вала уменьшает этот объем, что повышает пиковое давление в цилиндре, и хотя в принципе все это звучит хорошо, фактическое положение коленчатого вала в любой заданной точке рабочего диапазона двигателя зависит от многих параметров. К ним относятся, среди прочего, частота вращения двигателя, нагрузка на двигатель, положение дроссельной заслонки, скорость движения дроссельной заслонки и, конечно же, температура охлаждающей жидкости двигателя.

Когда эта система управления работает по назначению, пиковое давление в цилиндре можно точно контролировать для повышения пикового давления в цилиндре при низких и средних оборотах двигателя и снижения пикового давления в цилиндре при высоких оборотах двигателя, чтобы воспользоваться преимуществами повышенной скорости адиабатического нагрева и уменьшить последствия преждевременного или неконтролируемого воспламенения топлива при этом. На практике эта система увеличивает КПД двигателя и экономию топлива до 27% без каких-либо потерь веса, и, хотя это хорошо для потребителей, у нас, как у техников, есть серьезные недостатки.

Например, если система каким-либо образом дает сбой, и двигатель начинает давать пропуски зажигания или теряет мощность, с чего начать поиск неисправности? Несомненно, будет присутствовать один или несколько кодов неисправностей, специфичных для Nissan, но, поскольку почти наверняка независимые мастерские не будут иметь доступа к сервисной информации OEM и программному обеспечению сканера на заводском уровне в ближайшее время, похоже, что мы не сможем для диагностики некоторых видов неисправностей на этих двигателях. Или, если на то пошло, конструкции других производителей, которые выполняют то же самое, вращая коленчатый вал в плавающих, эксцентричных корпусах коренных подшипников, или используя приводы и моторное масло под давлением для вращения поршневых пальцев поршня в эксцентриковых подшипниках в шатунных головках. , что оставляет нам это-

Заключение

Кажется, что механизмы управления степенью сжатия и максимальным давлением в цилиндре могут быть последним рубежом в развитии технологии внутреннего сгорания, но несомненно то, что все эти системы потребуют очень сложных алгоритмов и стратегий мониторинга/управления.