Высокая компрессия в бензиновом двигателе: Повышенная компрессия в двигателе: причины

Рабочий процесс удалось организовать, применив разделенную камеру сгорания. В сочетании с высокой степенью сжатия она не только обеспечивает высокое давление и температуру, вынуждающие топливо воспламеняться. Сжатый воздух участвует и в смесеобразовании:

• Головка блока цилиндров такого дизельного мотора имеет полость, в которую подается топливо из форсунки. Это отдельная часть камеры сгорания, соединенная протоком с надпоршневым пространством.
• Сжатый поршнем воздух врывается в нее, создавая мощный вихрь и перемешивая топливо с воздухом.
• Уже воспламеняясь, смесь вырывается в основную камеру сгорания, загорается в полном объеме и начинается рабочий ход поршня вниз.

Холодный пуск также обеспечивают предпусковые свечи. Конструкций разделенных камер сгорания создано немало, но всех их объединяет высокая степень сжатия и, соответственно, компрессия.

Степень сжатия таких машин находится примерно в пределах 20–23. Наиболее распространенное значение — 21. В автомобильной документации обычно указывается минимально допустимая компрессия дизельного двигателя — 18 кг/см², а также разброс между соседними цилиндрами 1 кг/см².

Отвечая на вопрос, какая компрессия должна быть в дизельном двигателе, можно сказать, что 18 кг/см² является наиболее часто упоминаемым в литературе минимально допустимым давлением.

Данные по конкретным двигателям следует искать в технической документации вашего автомобиля. При значительном падении компрессии дизельного мотора главной проблемой становится не снижение мощности или увеличение расхода топлива и масла, а холодный запуск. В бензиновых машинах поводом отправить мотор на капиталку при нормальных условиях служит расход масла, с которым невозможно мириться.

Технический прогресс, в частности, внедрение в системы управления топливоподачей электроники и компьютерных технологий, позволил использовать на автомобильном транспорте насос-форсунки, системы Common Rail. Впрыск топлива стал более тонко управляемым и разделенным, появилось понятие предвпрыска.

При этом на порядок возросло давление топлива, и появилась возможность сократить степень сжатия, необходимую для запуска двигателя. 16 — вполне привычная степень сжатия для современных машин с самовоспламенением горючего.

Новые дизельные двигатели работают плавнее и экономичнее, а также выделяют меньше вредных выбросов в атмосферу. Они стали значительно менее шумными, и характерная вибрация на рычаге переключения передач ушла в прошлое.

Как замеряется компрессия дизельного двигателя

Замер компрессии дизельного двигателя производится компрессометром. Он отличается от аналогичного прибора для бензиновых машин. Поскольку компрессия дизеля может превышать 30 bar, манометр с запасом обычно используется со шкалой до 60 bar. Но главное отличие — в креплении к цилиндру.

Присоединительный конец прибора (обычно это окончание шланга) вворачивается в отверстие для форсунки или свечи накаливания. Невозвратный клапан позволяет зафиксировать максимальное показание. Он оборудован специальным рычагом, с помощью которого давление сбрасывается. Из-за высокого давления компрессометр невозможно удержать руками, как на бензиновом моторе, поэтому его и крепят на резьбе.

Измерение компрессии следует производить на прогретом двигателе. Чтобы обеспечить необходимые обороты коленчатого вала (примерно 250 об/мин.), мотор диагностируется с полностью заряженным аккумулятором, исправным стартером и со всеми вывернутыми форсунками или свечами.

Отверстие для присоединения прибора выбирается в зависимости от поставленной задачи, конструктивных особенностей силовой установки и наличия соответствующих переходников. При снятии форсунок свечи остаются на месте. Таким образом, включив зажигание можно заглянуть в камеры сгорания и увидеть, накалились ли свечи или нет. Снятые свечи проверяют отдельно подав на них правильное напряжение (это не обязательно 12В).

Измерить компрессию на дизельном двигателе можно и в одиночку, так как прибор надежно закреплен в отверстии. Установив компрессометр на определенный цилиндр нужно активировать стартер и прокрутить коленчатый вал до тех пор, пока давление не перестанет расти. Полученные показания сравниваются с нормативными, указанными в рабочей документации по конкретной модели. При неудовлетворительных результатах поиски утечки продолжаются.

Наведенная компрессия дизельного двигателя

Этот показатель еще называют масляная компрессия. Чтобы определить причастность поршневых колец к падению герметичности в цилиндрах двигателя, через отверстие форсунки на днище поршня наливают 50 мл моторного масла и снова замеряют компрессию

Если ее удалось поднять — значит, смазка перекрыла неплотности изношенных поршневых колец. Если результат практически не изменился, причину следует искать не в кольцах. Скорее всего, это клапаны ГРМ.

Особенности разборки и сборки системы

Перед демонтажем компонентов отключите аккумулятор и электромагнитный клапан подачи топлива. Далее разберите необходимые электрические соединения и заизолируйте свободные концы проводки.

Если свеча накаливания давно не снималась, прикипела и не поддается, используйте торцевую головку, вращая ее воротком с двух сторон.

Это нужно для того, чтобы она испытывала только напряжение вращения, но не излома. Иначе свечу можно сломать. Достать же потом обломок из головки блока цилиндров очень непросто. Дело может дойти до снятия ГБЦ. Такие случаи редки, но практикой подтверждаются.

При демонтаже форсунок необходимо сначала снять трубки высокого давления. Их нельзя разгибать. Снова придать им прежнюю форму — работа неблагодарная: система будет собираться с перекосами.

Пучок труб, так называемый «паук», соединен креплениями, которые трогать не нужно. Отсоединив штуцеры трубок от топливного насоса высокого давления (ТНВД) с одной стороны, и от форсунок — с другой снимают всю сборку.

Трубки и штуцеры насоса и форсунок необходимо закрыть от попадания пыли или грязи. Проникновение механических частиц в топливные магистрали может вызвать заклинивание игл распылителей с последующим ремонтом.

Следует уделить внимание и системе слива топлива — так называемой обратке. Гибкие шланги трескаются от старости и порой буквально разваливаются в руках при разборке. Стоит заранее запастись новым.

Такие шланги продаются на авторынках на отрез. Негерметичная обратка может вызвать попадание воздуха в топливную систему дизеля, которая к нему очень критична. На японских автомобилях обратка металлическая. Она сделана из тонких, ломких трубочек, соединяющих специальные шайбы. Конструкция имеет сложную и строгую геометрию, и одевается на форсунки целиком. Крепежные гайки при этом прикипают к ней намертво. Для разборки этой системы нужна квалификация. Ну и везение не помешает.

Сборка агрегата происходит в соответствии с руководством, необходимо строго соблюдать моменты затяжки.

Перед пуском рекомендуется прокачать топливо ручным топливоподкачивающим насосом. Штуцеры на форсунках не закручивают до конца. Мотор прокручивают стартером до тех пор, пока из трубок высокого давления не выйдет воздух и не проступит солярка. Тогда штуцеры можно закрутить на место. Этот метод удаления воздуха из системы особо актуален на старых машинах: их изношенные насосы не в силах протолкнуть воздушную пробку.

Как завести двигатель, если компрессия слишком низкая

Разово завести мотор можно при помощи масляной компрессии, но это уместно только при снятии форсунок. Каждый раз этим заниматься не стоит. Другое направление — повышение оборотов. Возможно, запуск произойдет с помощью мощного пускового устройства. Двигатель заведется при помощи буксировки.

Автоматика современных машин может не допустить такой вариант запуска — не открыть подачу топлива. На системах Common Rail оно не пойдет в форсунки, если давление горючего в рампе будет небольшим. В этом случае, как и при низкой компрессии, актуально применить средство типа «быстрый старт»: легко воспламеняющаяся аэрозоль направляется во всасывающий коллектор в момент пуска. Жидкостью следует пользоваться с предельной осторожностью, так как она вызывает детонацию топлива. Некоторые производители запрещают применение таких средств для своих агрегатов.

Холодному пуску поможет подогрев двигателя с помощью электрического или жидкотопливного подогревателя.

Увлекаться экстремальными способами пуска не стоит. Это отнимает много времени и сил, и ведет к дополнительным материальным затратам. Рано или поздно любой мотор приходится ремонтировать. Однако когда ремонт будет уже позади, дизель с хорошей компрессией порадует вас безотказным пуском даже в сильный мороз.

Компрессия в цилиндрах. — 13 — Двигатель

1. 15. 11.2012, 03:14 #121

   У моей машинки был аппетит 5-7литров масла за 3000-4000км пробег компрессия была 14кг во всех. Лечил заменой МСК (маслоъёмные колпачки) поршневые кольца менял и сопутствуюшие прокладки. короче движок перебирать надо.

   посмотри тутhttp://www.primera-club.ru/f/baza-zn…atelya-ga16de/

   ---

2. ---

3. 15.11.2012, 04:55 #122

   компрессия должна быть ……..степень сжатия+1

   ---

4. 15.11.2012, 07:39 #123

   Сообщение от katrinsloboda

   и что это значит? от чего высокая компрессия? мне в сервисе сказали что это нормально, но мне кажется не совсем. И вообще у меня из выхлопа стало маслом пахнуть. Что же тут все таки такое? Что именно нужно делать?

   высокая компрессия от масла. Т.е. масло в цилиндре как бы выполняет роль компрессионных колец. вот и растет компрессия. А лечится по разному, может колпачки может кольца. но я думаю 2.5 литра на 10 тыс. это не страшно. Хотя я бы себе делал двигатель. для хорошего двигателя от замены до замены допускается расход не более 1л. и мой тебе совет ищи другой сервис.

   ---

5. 15.11.2012, 15:45 #124

   katrinsloboda, может сапун забился, прокладку пусть посмотрят, в фильтре воздушном стоит, или клапан рециркуляции картерных газов.

   ---

6. 15. 11.2012, 15:55 #125

   Добрый день , маслом пахнет из выхлопа , это значит надо кольца менять, и сразу проверить сальники клапанов.

   ---

7. 15.11.2012, 16:03 #126

   ---

8. 25.12.2012, 10:43 #127

   Добрый день! У меня такая проблема: Выкручивал вчера свечи и увидел,что во всех цилиндрах,кроме второго, поверхность поршня чистая, а во втором тёмная жижа-я так понимаю это масло… Компрессию я не мерял, масло на расход тоже не проверял,т.к.

   машину взял недавно и масло соответственно тоже поменял пару сотен назад. Я в этом полный 0, объясните,пожалуйста, из-за чего это может быть, и чем это может грозить. Можно ли так ездить или нет?

   Может ли из-за этого масла во 2 цилиндре машина плохо заводится в мороз (это присутствует)? Тяга у машины нормальная.

   ---

9. 27.12.2012, 12:22 #128

   компрессия 10 во всех горшках это норма?

   ---

10. 27.12.2012, 19:52 #129

    Сообщение от DenisW

    компрессия 10 во всех горшках это норма?

    1 Двигатель не должен быть горячим, должен быть теплым (40-50 град. )
    2 Компрессометр должен быть резьбовой (по крайней мере с ним сделать ошибки вероятность меньше при самомстоятельном измерении)
    3 Аккумулятор должен быть полностью заряжен. В случае, если нет в этом уверенности лучше подключить «пускач» (аппарат для запуска двигателя при разряженном аккумуляторе).
    4 В процедуре измерения должно участвовать 2 человека.
    Заводские характеристики компресии для двигателя QR20DE:
    — стандартное значение 12,1
    — минимальное значение 10,1
    — максимальный разброс между цилиндрами 1,0
    Компрессометры имеют разную калибровку, поэтому при измерении может быть не совсем достоверная информация. Считается замер удовлетворительным по степени компрессии, если показания в пределах 12,1-10,1.
    

    В данном измерении, ключевое значение имеет минимальный разброс между цилиндрами.
    Пример 1:
    1 цилиндр — 11,2
    2 цилиндр — 11,3
    3 цилиндр — 11,2
    4 цилиндр — 11,1
    В данном примере компрессия удовлетворительная по всем параметрам.
    Пример 2:
    1 цилиндр — 10,0
    2 цилиндр — 11,2
    3 цилиндр — 11,2
    4 цилиндр — 11,1
    В данном примере компрессия не удовлетворительная в первом цилиндре. Причина — как правило залегание компрессионных колец.
    

    Плохо, когда разница компрессии в цилиндрах больше 1, или не превышает 9,0 в любом бензиновом двигателе.
    Диагностика при плохой компрессии: Наливаете в цилиндры через свечные отверстия по 20-30 гр масла, меряете компрессию еще раз. Если компрессия поднялась — кольца, если нет — клапана.
    

    Что делать далее — решать вам.

    ---

11. 28.12.2012, 03:13 #130

    не знаю точных цифр, замеряли в ниссан центре сказали везде по 10 это нормально. ещё вопросик если кольцам хана глушак должен быть в масле? у меня нет только налёт чёный как сажа но масло ест и на свечах такая же пертушка. это могут быть колпачки или кольца маслосьёмные?

    ---

« Каковы «симптомы» приближения необходимости замены катализатора? | Не набирает обороты выше 4000

Компрессия бензинового двигателя, компрессия дизельного двигателя, какая компрессия должна быть в норме. Как повысить компрессию. Компрессия бензинового и дизельного моторов. Причины снижения компрессии.

Компрессия в цилиндрах двигателя является одним из важнейших факторов его работы. Она обозначает максимальную величину давления во время холостого прокручивания мотора. Отдельно взятые модели силовых агрегатов предполагают различные показатели уровня компрессии. Об этом далее в статье. 

Содержание

• Компрессия двигателя, что это
• Компрессия — важный момент при диагностике двигателя авто
• Степень сжатия, что это
• Степень сжатия и компрессия, чем определяется их зависимость
• Таблица компрессии у бензиновых автомобилей в норме
• Как рассчитать компрессию автомобиля
• Какая компрессия у дизельных двигателей
• Таблица компрессии дизельных автомобилей в норме
• Как сделать замер компрессии двигателя правильно:
  • условия для замера компрессии
  • замер компрессии при помощи компрессометра и свечного ключа
• Почему полученные данные могут отличаться от паспортных данных
• Причины снижения компрессии
• Что грозит автомобилю при работе со сниженной компрессией
• Как повысить компрессию
• Советы профи: присадка для компрессии двигателя, пользоваться или нет

Компрессия двигателя, что это

Компрессия среди автолюбителей считается диагностическим фактором, позволяющим оценить состояние поршневой группы и работоспособность двигателя автомобиля. Компрессией является наибольшее давление в цилиндре, которое создается поршнем в конце такта сжатия. Компрессия двигателя может измеряться в разных единицах, однако наибольшую популярность обрело измерение в атмосферах.

Компрессия — важный момент при диагностике двигателя авто

Высокая компрессия предохраняет картер от избыточного попадания газов, в результате чего газы направляются только на выполнение полезной работы. Это влечет за собой снижение расхода топлива и масла, следовательно, повышается мощность силового агрегата и его КПД. В условиях низкой компрессии мощность мотора падает, ухудшается динамика автомобиля и увеличивается расход горюче-смазочных материалов.

Степень сжатия, что это

Не очень опытные автовладельцы порой путают понятие «степень сжатия» с понятием «компрессия», однако в действительности это разные вещи. Степень сжатия — это отношение объема цилиндра силового агрегата к объему камеры сгорания.

Степень сжатия и компрессия, чем определяется их зависимость

В отличие от компрессии, степень сжатия — это неизменная величина, которая указана производителем в технической документации. Она не измеряется в единицах, поэтому нет смысла сопоставлять ее с компрессией. Также данный параметр напрямую воздействует на мощность мотора. Чем он больше, тем давление над поршнем выше, и, следовательно, выше крутящий момент.

Компрессия же под влиянием времени меняет свое значение в результате постепенного износа комплектующих поршневой группы и, вследствие этого, снижения давления в цилиндре. Стоит отметить, что от степени сжатия напрямую зависит компрессия в двигателе, эта связь значений отображена в рассчитанных параметрах для каждого типа силового агрегата.

Таблица компрессии у бензиновых автомобилей в норме

Показатели компрессии в автомобилях ВАЗ при условии, что все системы и агрегаты исправны:

• ВАЗ 2106-2107 — компрессия 11 кг/см2. 
• ВАЗ 2109 — компрессия 11 кг/см2.
• ВАЗ 2110 — компрессия 12 кг/см2.
• ВАЗ 2112 — компрессия 12. 6 кг/см2.

Компрессия в бензиновых моторах некоторых других моделей транспорта разных производителей:

Как рассчитать компрессию автомобиля

Чтобы определить компрессию, воспользуйтесь следующей формулой:

Компрессия = коэффициент X x на степень сжатия

Показатель степени сжатия можно найти в технических документах двигателя, при этом каждая модель автомобиля имеет свою степень сжатия. Что касается коэффициента X, то он тоже отдельно определен для каждой группы моторов, к примеру, четырехтактные бензиновые силовые агрегаты с искровой системой зажигания имеют коэффициент 1.2-1.3.

Какая компрессия у дизельных двигателей

Показатель компрессии в дизельных двигателях существенно выше, нежели в бензиновых, поскольку зажигание топливной смеси в дизельных агрегатах происходит не от искры, а от сжатия под сильным давлением. До температуры воспламенения топливо нагревается при давлении около 35 кг/см2. Естественно, окончательный показатель давления, которого достаточно для воспламенения солярки, также зависит от определенных условий вроде состояния самого мотора или температуры окружающей среды. Однако, можно сделать вывод, что в процессе снижения компрессии в результате износа поршней автомобиль с дизелем становится все труднее завести.

Эксперты определили значение компрессии дизельного мотора, достаточное для его пуска в условиях различной внешней температуры:

• 40 — силовой агрегат заводится при температурах до -35 градусов.
• 36 — транспортное средство заведется при температурах до -30 градусов.
• 32 — заводится после длительной стоянки при температурах до -25 градусов.
• 28 — топливо воспламенится после длительной стоянки при -15 градусов.
• 25 — мотор без проблем заводится после длительной стоянки в теплой среде при -15 градусов.
• 22-23 — не остывший силовой агрегат заводится сразу, длительная стоянка возможна только в гараже при плюсовых температурах.
• менее 18 — даже разогретый двигатель при любых условиях не заведется.

Таблица компрессии дизельных автомобилей в норме

Приведенные ниже значения будут достоверными при запуске исправных моторов, в транспорте, где все системы работают. При наличии неисправностей данные показатели способны не соответствовать действительности.

Значение компрессии дизельных моторов некоторых моделей автомобилей:

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

Как сделать замер компрессии двигателя правильно:

На показатель компрессии оказывает воздействие техническое состояние силового агрегата и условия, при которых осуществляются замеры, поэтому измерять компрессию всегда следует одним и тем же методом и в одинаковом режиме.

условия для замера компрессии

Замеры, как правило, проводятся в таких условиях:

1. Исправный стартер.
2. Заряженный аккумулятор.
3. Отсоединенный топливный шланг.
4. От катушек отключенные низковольтные провода.
5. Во всех цилиндрах вывернутые свечи.
6. Снятый воздушный фильтр.
7. Открытая дроссельная заслонка.
8. Разогретый до требуемой температуры силовой агрегат.

замер компрессии при помощи компрессометра и свечного ключа

Сама процедура измерения компрессии осуществляется с помощью свечного ключа и компрессометра. Компрессометр следует вставить в отверстие от выкрученной свечи в одно время с запуском силового агрегата на холостом ходу и удерживать, пока не перестанут расти показания на шкале. Подобные манипуляции необходимо проводить со всеми цилиндрами мотора.

Почему полученные данные могут отличаться от паспортных данных

Полученная при измерении компрессии информация, как правило, отличается от цифр, заявленных изготовителем автомобиля в технических документах. Расхождение в значениях обусловлено износом поршневой группы, возникающем при регулярной эксплуатации автомобиля. С увеличением износа элементов компрессия в цилиндрах силового агрегата уменьшается.

Несомненно, при небольших отклонениях от заявленных изготовителем цифр, автовладелец может продолжать пользоваться транспортным средством, без ремонта поршневой группы. Допустимым считается расхождение до десяти процентов. При увеличении разрыва показателей комплектующие мотора считаются сильно изношенными.

Причины снижения компрессии

1. Появление нагара вследствие износа маслосъемных колпачков.
2. Дефект кулачка распредвала.
3. Прогар либо деформация клапана.
4. Прогар поршня.
5. Трещина в перемычке поршня.
6. Поршневые кольца сели в канавки поршня — наиболее распространенная причина снижения компрессии.

Что грозит автомобилю при работе со сниженной компрессией

Как правило, при перечисленных причинах снижение компрессии происходит только в одном цилиндре, поэтому капитальный ремонт мотора не требуется. В данном случае достаточно почистить камеру сгорания от нагара и заменить детали.

Если компрессия снизилась во всех цилиндрах одновременно, вероятнее всего, нарушилась герметичность камеры сгорания, что может привести к капитальному ремонту мотора. Если герметичность камеры сгорания нарушена, понадобится регулировка зазоров, а также газораспределительного механизма.

В дизельных силовых агрегатах причиной снижения компрессии зачастую является износ зеркала цилиндров. Признак снижения компрессии в дизельных двигателях — появление из выхлопной трубы синего дыма в результате неполного сгорания солярки в условиях недостаточно высокой температуры.

Порой неисправности сторонних элементов способны повлечь за собой уменьшение давления в цилиндрах, к примеру, плохое распыление топлива в результате неисправности форсунки.

Как повысить компрессию

Чтобы устранить проблему низкой компрессии силового агрегата, следует заменить либо отремонтировать испорченные детали и агрегаты, после чего мощность двигателя снова возрастет.

Советы профи: присадка для компрессии двигателя, пользоваться или нет

Несомненно, специальные присадки способны увеличить компрессию силового агрегата, поскольку имеют массу положительных комплексных свойств. Однако, нужно понимать, что не стоит ожидать от присадок существенного эффекта, если двигатель сильно изношен. Кстати, среди автовладельцев встречается ряд отрицательных отзывов после применения. В любом случае, выбор за вами.

Понимание компрессии на бензонасосе уличного мотора

| Новости

Вы можете использовать компрессию 11:1 или даже 12:1 на своем уличном моторе, но для этого вам понадобится этот простой совет.

Четырехтактный (или четырехтактный) двигатель назван так потому, что в процессе производства мощности поршень проходит вверх и вниз по каналу цилиндра четыре раза. Этими тактами или событиями являются такты впуска, сжатия, мощности и выхлопа. Как вы можете предположить, эффективная работа всех компонентов важна для создания мощного двигателя. Но из четырех, такт сжатия имеет гораздо менее очевидное, но более далеко идущее влияние на оптимальные характеристики двигателя и его последующий успех в качестве производителя мощности.

Очевидно, основная идея такта сжатия состоит в максимально эффективном сжатии всасываемого заряда с минимальной утечкой. Нам нужно помнить об этом, когда мы будем двигаться дальше, потому что есть два основных фактора, связанных со степенью сжатия. Первый — это расчетное соотношение, которое мы будем называть геометрическим или статическим соотношением. Следующим, и не менее важным, фактором является то, насколько эффективно и в какой степени физические компоненты двигателя сжимают заряд в камере сгорания. По сути, то, что мы собираемся здесь рассмотреть, является мерой того, насколько эффективно наша теоретическая степень сжатия преобразуется в реальное давление в цилиндре предварительного сгорания. На это сильно влияют такие факторы, как кольцевое уплотнение и уплотнение клапана, а также события открытия/закрытия клапана.

Возможно, вы много раз слышали термин «Коэффициент сжатия» (CR), но не знаете точно, что определяет CR или как он рассчитывается. Если это так, вам нужно обратиться к ближайшей боковой панели.

Также может показаться, что мы идем по проторенному пути, но стоит бросить беглый взгляд на четыре такта, так как каждый из трех других тесно связан с тактом сжатия. Ознакомьтесь с четырехтактной последовательностью событий на боковой панели. Каждый из этих тактов должен эффективно достигать своей цели, чтобы двигатель мог производить высокую мощность. Начнем с такта впуска. Чем эффективнее заполняется цилиндр на такте впуска, тем больше оборотов может прокрутить двигатель, прежде чем он «выдохнется». Чем лучше наполнение впуска, тем выше давление, достигаемое в такте сжатия. Это, наряду с высокой степенью сжатия, которую выдержит топливо, означает значительно более высокое давление в рабочем такте.

Переходя к самому такту сжатия, мы обнаруживаем, что чем выше степень сжатия, тем выше результирующее давление сгорания. Мало того, заряд также сгорает быстрее, что требует меньшего продвижения для оптимального события горения. В дополнение к этому количество остаточного выхлопа, остающегося в камере в начале такта впуска, меньше. Это уменьшает нежелательное разбавление впуска выхлопными газами. Это наиболее очевидные факторы, повышающие мощность, но они никоим образом не являются самыми важными факторами влияния. Есть и другие, менее очевидные, но более важные последствия, с которыми мы разберемся позже, когда будем подробно рассматривать CR и коэффициенты сжатия. Далее идет рабочий ход. Каждый бит мощности, которую развивает двигатель, создается на этом такте. Мы должны убедиться, что все, что происходит до, во время и после инсульта, либо усиливает его, либо, по крайней мере, оказывает на него минимальное негативное влияние. Это означает не только герметизацию цилиндра в первую очередь, но и обеспечение того, чтобы он не протекал на протяжении всего рабочего такта и чтобы его герметизирующая способность не снижалась за счет высокого трения кольца о стенки цилиндра. Последний из четырех штрихи это выхлоп. Здесь нам нужно убедиться, что опорожнение цилиндра происходит без чрезмерных насосных потерь. Любое давление, остающееся в цилиндре, пока поршень движется вверх по отверстию, является отрицательной силой. Что касается эффективности такта выпуска, то более высокий CR может, как мы увидим позже, привести к значительному снижению насосных потерь.

Упрощенная термодинамика Требуется минимум сообразительности, чтобы понять, что увеличение CR повысит давление в цилиндре, в результате чего выходной крутящий момент во всем диапазоне оборотов будет просто следовать этому примеру. Что менее очевидно, так это то, что увеличение выхода от более высокого CR происходит в основном за счет увеличения теплового КПД. Тепловой КПД — это мера того, насколько эффективно двигатель преобразует теплогенерирующий потенциал топлива при сгорании с соответствующим количеством воздуха в механическую энергию. Объяснить все это (начиная от сырого топлива и воздуха до выхода на маховик) гораздо сложнее, чем у нас есть место (или склонность) для рассмотрения, но это не имеет значения, поскольку здесь применима наиболее подходящая и относительно простая часть. не является.

Чтобы лучше понять, как улучшается термический КПД, нам нужно рассмотреть, что по сути является обратной стороной медали по сравнению с CR. Это коэффициент расширения (ER), который описывает то, что происходит, когда поршень движется вниз по отверстию в такте рабочего хода, а не то, что происходит, когда он движется вверх во время такта сжатия.

Взгляните на график падения давления в цилиндре, а затем давайте пройдемся по характерной разнице (рассчитанной с учетом типичных тепловых потерь) между цилиндром с высокой степенью сжатия и цилиндром с низкой степенью сжатия. На мгновение представим, что и цилиндры 15:1, и цилиндры 2:1 начинают работу в ВМТ с давлением 1000 фунтов на квадратный дюйм. По мере того, как поршень каждого цилиндра движется вниз по каналу, падение давления происходит по совершенно другой линии. В цилиндре 15:1 давление падает намного быстрее, чем в цилиндре 2:1, из-за более быстрого изменения объема. Чтобы первоначальный объем удвоился, ему нужно лишь немного пройти вниз по каналу ствола, тогда как цилиндр 2: 1 должен пройти до дна канала ствола, чтобы удвоить свой первоначальный объем. В нижней части такта давление в цилиндре 15:1 упало примерно до 25 фунтов на квадратный дюйм выше атмосферного, тогда как давление в цилиндре 2:1 по-прежнему составляет около 260 фунтов на квадратный дюйм. Проще говоря, цилиндр с высокой степенью сжатия, когда выпускной клапан открывается в НМТ, сбрасывает только 2,5 процента своего первоначального давления, тогда как цилиндр 2:1 сбрасывает 26 процентов!

До этого момента мы предполагали, что оба цилиндра начинаются с 1000 фунтов на квадратный дюйм. На самом деле, лучшее, что может создать цилиндр с передаточным отношением 2:1, составляет около 200 фунтов на квадратный дюйм. Это дает нижнюю кривую (голубая линия) на нашем графике. Цилиндры 2:1 и 15:1 потребляют примерно одинаковое количество топлива и воздуха. Но мы можем видеть, что цилиндр 15:1 имеет большую площадь под кривой на величину, равную площади, заштрихованной зеленым цветом. Добавление зеленой заштрихованной области под кривой означает примерно удвоение выходной мощности при том же количестве топлива и воздуха. Это означает, что при одинаковой теплотворной способности топлива мы удвоили тепловую эффективность и при этом извлекли вдвое больше энергии.

Из того, что мы рассмотрели до сих пор, вы можете понять, почему цилиндр с высокой степенью сжатия обеспечивает лучшую мощность и экономию топлива. Это происходит не только потому, что заряд сжимается сильнее и в результате увеличивается давление сгорания, но также и потому, что более высокая степень расширения позволяет извлекать больше энергии из исходного заряда высокого давления.

Простая теоретическая прибавка мощности. Приведенную рядом формулу (см. рис. 1) можно использовать для расчета теоретического прироста мощности, наблюдаемого при повышении CR, а таблица избавит вас от усилий по расчету этого прироста. В этой формуле не учитываются неизбежные тепловые потери, поэтому для их учета значение «К» обычно уменьшают с 1,4 до 1,3. Используя это значение, мы обнаруживаем, что, не меняя ничего, кроме сжатия, вывод в значительной степени следует тенденции, диктуемой формулой, примерно до 15:1. С этого момента химические реакции, вызванные высокими температурами и создаваемыми давлениями, поглощают тепло и возвращают его обратно в цикл так поздно в событии расширения, что оно не служит никакой полезной цели. Из-за этого многие ученые учебники скажут вам, что попытки использовать CR после 14:1 — бесплодное занятие. Но это применимо только в том случае, если в двигатель не вносились другие изменения. Если, как мы сейчас увидим, воспользоваться побочными преимуществами сверхвысокой степени сжатия, ситуация полностью изменится.

Динамическое сжатие В реальном мире мы обычно обнаруживаем, что теоретические увеличения обычно не наблюдаются на практике из-за потерь, которые, чтобы упростить и без того сложную теорию, мы проигнорировали. Для высокопроизводительных двигателей часть того, что было упущено из виду в простом уравнении теплового КПД, работает, чтобы давать результаты намного лучше, чем предполагалось. Другими словами, все цифры на графике (рис. 2) находятся в нижней части. Например, слегка модифицированный малоблочный Chevy 9:1 350 развивает крутящий момент около 380 фунт-футов. Основываясь исключительно на нашей формуле теплового КПД, повышение степени сжатия до 12:1 должно увеличить этот показатель до 39.7 фунт-фут. На практике это число обычно превышается, и чем больше задействованный кулачок, тем больше выигрыш. Чтобы понять, как можно получить больше, давайте посмотрим, как камера влияет на ситуацию. При более низких оборотах мы обнаруживаем, что статическая CR никогда не реализуется, потому что наша формула теплового КПД предполагает, что впускной клапан закрывается точно в НМТ до начала такта сжатия. Этого не происходит в реальности.

При низких оборотах скорость порта и волны давления слишком слабы, чтобы вызвать какой-либо удар цилиндра. Соедините это с тем фактом, что даже короткий кулачок с отклонением от седла примерно на 250 градусов не закроет клапан примерно до 50 градусов после НМТ. На рис. 3 показана типичная степень движения поршня вверх по отверстию перед закрытием впуска для трех кулачков. Из-за замедленного закрытия впуска мы обнаруживаем, что в течение периода, когда поршень движется вверх по отверстию от НМТ до закрытия клапана, значительное количество нагнетаемого воздуха при низких оборотах выталкивается обратно во впускной коллектор. Это означает, что объемная эффективность (эффективность дыхания) и, следовательно, эффективный рабочий объем цилиндра значительно ниже 100 процентов. Другими словами, 100-кубовый цилиндр со статическим CR 10:1 может задерживать только 75 куб.см воздуха. Это означает, что динамическая CR, составляющая около 8,5:1, значительно ниже статической CR, равной 10:1. Чем больше камера, тем сильнее проявляется этот эффект.

Приведенный здесь пример покажет, насколько сильно отложенное впускное закрытие влияет на динамическую CR. Давайте возьмем три кулачка с разной продолжительностью, все они имеют угол центральной линии лепестка (LCA) 108 градусов и все синхронизированы с опережением на 4 градуса. Наряду с этим допустим, что наш статический CR составляет 12:1. С кулачком продолжительностью 250 градусов динамическая CR будет от среднего до низкого 11 с. Для кулачка продолжительностью около 275 градусов динамическая CR упадет примерно до середины 10 с. Из-за геометрии кривошипа поршень/шатун поршень имеет тенденцию двигаться гораздо медленнее вокруг НМТ. Это работает в нашу пользу для более коротких кулачков, но поршень быстро выходит из этого наилучшего положения, поэтому, как только мы превысим примерно 280 градусов, нам лучше иметь приличный динамический CR. Чтобы дать вам представление о том, в какой степени это происходит, мы обнаружили, что в нашем примере 300-градусный гоночный кулачок, используемый со статическим CR 12: 1, имеет динамическое CR всего около 8,3: 1. Этот фрагмент информации должен показать важность наличия достаточного CR для большой камеры. Если это не так, то, возможно, результаты динамометрического испытания на рис. 4 сработают. Вот некоторые тесты, которые я провел с 2-литровой серией кулачков Ford Pinto, которую я разработал для Kent Cams в Англии несколько лет назад. Я понимаю, что очень немногие из вас ездят на Pintos, но двухлитровая версия этого двигателя из-за своей геометрии реагирует примерно так же, как типичный малоблочный Chevy, так что результаты действительно применимы. Из этих результатов мы видим, что с 9: 1 CR, 260-градусный кулачок давал (серые кривые на рис. 4) неплохие результаты при низких оборотах и ​​выше. Как и ожидалось, к моменту приближения к 5000 об/мин крутящий момент начал падать, а мощность достигла пика чуть меньше 140 л.с. Затем этот кулачок был заменен на 285-градусный кулачок. На том же CR 9: 1 (синие кривые на рис. 4) этот больший кулачок снизил крутящий момент на 38 фунт-футов при 1750 об / мин. Это составляет 32-процентное сокращение. Дополнительная продолжительность не начала окупаться до 3750 об/мин. С этого момента больший кулачок окупился, увеличив пиковый крутящий момент на 4 фунт-фута и почти на 26 л.с. В этот момент пластик был переточен, чтобы увеличить CR почти до 12:1. Результаты этого перемещения показаны зелеными кривыми на рис. 4. Как вы можете видеть, это увеличение сжатия компенсировало почти весь потерянный крутящий момент на низких скоростях. Вдобавок к этому комбинация большого кулачка и высокой степени сжатия дала увеличение мощности на 15 фунт-футов и 33 л.с. Прибавляя этот результат к 350-дюймовому двигателю, цифры больше похожи на дополнительные 40 с лишним фунт-футов и 95 л.с. Так реальны ли эти цифры? Конечно они. Я видел увеличение более чем на 100 л.с. по сравнению с 355-дюймовым малоблочным Chevy с увеличенной на 25 градусов продолжительностью распредвала, на 100 тысячных больше подъемной силы и на 2 пункта большей степенью сжатия.

Большой прирост, наблюдаемый при сочетании большей компрессии и кулачка, легче понять, когда мы вернемся к основам. Если вы проверите цифры на графике (рис. 3), вы увидите, что наибольший выигрыш от увеличения сжатия происходит при переходе от низкого уровня сжатия к более высокому. Переход с 8:1 на 10:1 дает теоретические 3,7 процента, в то время как повышение степени сжатия на те же два пункта с 11:1 до 13:1 дает только 2,5 процента. Это означает, что чем больше кулачок, тем больше он реагирует на увеличение CR, особенно в диапазоне низких оборотов.

Давление сжатия Примерно сейчас некоторые из вас будут задаваться вопросом, достаточно ли сжатия двигателя, который вы только что построили и установили, для выбранного вами кулачка. Предполагая, что ваш двигатель имеет хорошее уплотнение кольца и клапана, простой способ определить, так это или нет, — проверить давление сжатия в цилиндре. С пакетом колец и процедурой подготовки цилиндров, которые я использую, мои собственные двигатели почти всегда имеют близкую к нулю утечку, и мы рассмотрим, как этого добиться позже. Если цилиндры хорошо герметизируются, я ищу 19.0 фунтов на квадратный дюйм в качестве нижнего предела, предпочтительно 200 фунтов на квадратный дюйм в качестве цели при использовании топлива с октановым числом 93. Для каждого октанового числа ниже 93 давление сжатия должно быть примерно на 5 фунтов на квадратный дюйм меньше, чтобы избежать детонации при нормальных обстоятельствах.

Каким бы хорошим ни было испытание на сжатие, чтобы определить, оснащен ли используемый вами кулачок адекватными компрессионными шарнирами, в определенной степени зависит от того, насколько хорошо герметизируются кольца и клапаны. Лучший способ установить это — провести тест на утечку. Для этого потребуется тестер утечки и источник сжатого воздуха с давлением около 100-110 фунтов на квадратный дюйм. Вопрос о том, насколько приемлема утечка вниз, остается открытым. С кольцами и подготовкой канала ствола, которые я использую, я ожидаю не более 1 процента, и обычно вижу что-то близкое к нулю. Но среднестатистический уличный двигатель редко бывает таким хорошим, поэтому мы будем говорить о более практичных цифрах. Если ваши цилиндры показывают 7 процентов или меньше, то все в порядке. С таким цилиндром дайте манометру сделать 8 нажатий и используйте это как показание, чтобы определить совместимость вашего кулачка/компрессии. Если кольцевое уплотнение таково, что показывает 10-процентную утечку, то это предел для высокопроизводительного двигателя, и показания компрессии будут искусственно занижены. Если утечка составляет 15 процентов или более, то, возможно, вам следует рассматривать новые кольца как шаг, повышающий производительность, а не как восстановление.

Соотношения впускных/выпускных клапановКонтролирующие факторы, влияющие на наилучшее соотношение впускных и выпускных клапанов для максимальной производительности (и это предполагает использование всего доступного пространства для клапанов), были широко обсуждаемой темой, которая, по большей части часть, оставил читателя мало или совсем не мудрее. Часто рекламируемое правило 75 процентов обычно принимается без дальнейших вопросов. На самом деле значение далеко не фиксированное. Оптимальное отношение впуска к выпуску может варьироваться от 0,75: 1 (для двигателя с наддувом с низким CR) до 1: 0,6 (для безнаддувного двигателя с очень высокой степенью сжатия). Что здесь обычно не принимается во внимание, так это то, что CR по большей части является контролирующим фактором. Поскольку цилиндр с высокой степенью сжатия передает энергию кривошипу намного раньше в такте рабочего хода, мы можем извлечь выгоду из этого. Наиболее очевидным является то, что выпускной клапан можно открыть раньше и дольше держать открытым. Это может быть сделано для улучшения мощности на высоких оборотах без существенного влияния на мощность двигателя на низких оборотах. Правило здесь заключается в том, что чем выше степень сжатия, тем меньший выпускной клапан необходим для выполнения работы. Это, в свою очередь, оставляет больше места для большего потребления.

Когда мы вынуждены использовать более низкую компрессию, например, в случае двигателя с наддувом, выпускной клапан необходимо оставить на седле до конца рабочего такта, чтобы не сбрасывать без необходимости полезное давление в цилиндре. Поскольку он должен открываться позже, на выхлоп остается меньше времени, поэтому необходимо использовать клапан большего размера за счет впуска. Упомянутое ранее правило 75-процентного потока выхлопных газов работает для двигателей в диапазоне от 10 до 13: 1, но к тому времени, когда мы доберемся до 16: 1 и более, оптимальным будет поток выхлопных газов около 65 процентов от впуска.

Если вы вынуждены довольствоваться обычными головками, созданными по образцу головок в стиле оригинальных запчастей, то Chevy с большими блоками сами по себе могут стать чем-то вроде закона. По сравнению с обычным двигателем с параллельными клапанами камера несколько меньше, чем у обычного. Chevy с большим блоком будет терпеть существенно поднятую корону, прежде чем компромисс начнет сводить на нет потенциальные выгоды. Главное — убедиться, что приподнятая часть коронки не слишком плотно прилегает к свече зажигания. Если достижение CR приводит к чрезмерно навязчивой коронке, существует альтернативное решение. Вместо того, чтобы пытаться уменьшить объем камеры сгорания, попробуйте увеличить объем цилиндра. Либо увеличение отверстия, либо ход поршня сделают это. Например, если вы стремились достичь, скажем, 10,5:1 с 454, для достижения этого потребуется максимальное фрезерование головки плюс вдавливание поршня примерно на полдюйма. Работа по фрезерованию головки будет означать много, возможно, дорогостоящей обработки коллектора для повторного выравнивания портов. Более простым и лишь минимально более дорогим способом была бы установка одной из 4,25-дюймовых шатунов Scat из литой стали. Это, в сочетании с 100-тысячным межрасточным отверстием, не только обеспечивает 505 дюймов, но также позволяет достичь передаточного отношения 10,5: 1 с очень приемлемой высотой короны около 150 тысячных. Такой же ход можно с пользой применить к мелким блокам. Использование недорогой рукоятки в Chevy 350 не только дает дополнительные кубы, но также позволяет достичь CR 10,5: 1 с поршнями с плоским верхом и обычными нефрезерованными головками объемом 68 куб.

Давай поговорим об устранении зазоров. Охлаждающий зазор — это расстояние от поверхности поршня до поверхности головки блока цилиндров в ВМТ. Свободные (широкие) зазоры для гашения могут фактически способствовать детонации. Худшее, что может быть у большинства клиновидных V-8 обычного типа, составляет от 100 до 125 тысячных. Уменьшение этого зазора (за счет фрезерования блока или более высокого поршня) может существенно предотвратить детонацию. То, насколько плотным может быть охлаждение, зависит от того, насколько гибкими являются узел блока и нижнего конца, а также от того, какое тепловое расширение должно быть допущено. С хорошими стальными тягами и кривошипом чистый зазор обычно можно довести до 30 тысячных. С типичной прокладкой FelPro толщиной около 40 тысячных это означает, что поршни выходят из блока на 10 тысячных.

Если гашение так хорошо подавляет детонацию и позволяет использовать более высокие CR для большей мощности и увеличения пробега, почему завод не делает его герметичным с самого начала? В двух словах ответ — выбросы. Жесткая закалка на слишком большой площади (например, в типичном малоблочном Chevy или Ford до 1997 года) приводит к увеличению выбросов несгоревших углеводородов. Однако гашение является ключевым элементом быстрого горения, и это само по себе может привести к успешному использованию более высокого CR, как мы видим в двигателях семейства LS1/6. Для современных двигателей тенденция заключалась в использовании более открытой камеры с меньшей площадью гашения, но чтобы сделать действие гашения более активным, затягивая его по мере необходимости. Хотя высокая степень сжатия способствует увеличению расхода топлива, она может привести к резкому увеличению содержания оксидов азота, что является основной причиной смога. Компенсирует это тот факт, что, поскольку камера быстрого сгорания требует меньшего опережения воспламенения, величина давления и температуры в цилиндре, создаваемых для достижения определенной мощности, меньше, поэтому в этом отношении оксиды азота снижаются. В целом, оптимизация зазора и площади закалки (в процентах от диаметра отверстия) является чем-то вроде акта жесткой проволоки, выполняемого на уровне оригинального оборудования, и вы можете спросить, должны ли мы беспокоиться об этом для наших уличных машин? Ответ — нет. » Некоторые катализаторы с высоким расходом и хорошо откалиброванная система подачи топлива будут адекватно контролировать выбросы.

Сдерживание давления Высокая степень сжатия предъявляет повышенные требования к герметизации цилиндра. Чем выше давление, тем больше внимания необходимо уделять деталям. Первая часть уравнения для герметизации цилиндра заключается в том, чтобы убедиться, что ваша механическая мастерская правильно оттачивает блок. Это должно включать использование плиты настила для имитации деформации, вызванной напряжениями затяжки головных болтов. Затем убедитесь, что ваш механический цех осведомлен о типе используемого материала поршневых колец, чтобы они могли применить соответствующую отделку. Затем хорошенько протрите отверстия новой накладкой Scotch Brite и большим количеством очистителя двигателя Gunk. После этого протрите (жесткой щеткой) отверстия сильным жидким моющим средством и промойте горячей водой. После того, как вы убедитесь, что они чистые и на них нет песка, промойте блок из шланга и распылите на обработанные поверхности WD-40, чтобы предотвратить ржавчину.

Теперь, когда отверстия готовы, давайте посмотрим на кольца, которые будут на них ездить. С современными маслами износ колец вряд ли станет такой проблемой, как раньше. В этом случае используйте самые тонкие кольца. Многие поршни V-8 старого типа все еще производятся в широких масштабах. Большинство этих поршней по-прежнему имеют компрессионные кольца размером 5/64 дюйма. Нет веской причины для использования этих более широких колец. Вам следует выбрать кольца шириной 1/16 дюйма или даже 43 тысячных. Имейте в виду, что чем шире зазоры колец, тем больше потеря давления в цилиндре и, следовательно, мощность. Добавьте к этому увеличение прорыва газов в картер. Это быстрее загрязняет масло и требует более частой замены масла. Если вы собираетесь втыкать обычные кольца, то зазор в них должен быть минимальным, рекомендованным производителем. Если вы можете себе это позволить, выбирайте кольца Total Seal, так как они действительно обеспечивают почти 100-процентную герметичность и, что не менее важно, сохраняют ее в течение значительно более длительного периода времени, чем даже самые лучшие кольца обычного типа.

Возможно, вы слышали термин «газовый порт», но не совсем понимаете, что он означает. Это метод поддержки верхнего кольца давлением в камере сгорания, чтобы кольцо более плотно прижималось к каналу ствола. Существует два типа газовых портов: те, которые проходят через головку поршня, и те, которые расположены радиально, пересекая верхнюю поверхность верхней кольцевой канавки. Газовые порты радиального типа обычны для двигателей для гонок на длинные дистанции. Текущая тенденция заключается в использовании радиальных газовых портов, поскольку они кажутся столь же эффективными, но не слишком ускоряют износ колец и каналов в ВМТ. С хорошей гоночной смесью или уличной синтетикой износ канала ствола в ВМТ на самом деле не проблема. Я только что завершил испытание на выносливость протяженностью 1000 миль с новым гоночным маслом Joe Gibbs Racing, и кольца поршней JE с газовыми отверстиями в двигателе Cup Car изнашивались менее чем на три десятых тысячных от поверхности. Такой износ привел к тому, что кольцевой зазор увеличился лишь примерно на 1 тысячную. Анализ масла через 100 и 1000 миль показал, что большая часть износа приходится на первые 100 миль. Это указывает на то, что комбинация кольца и масла может прослужить до 10 000 гоночных миль.

КОЭФФИЦИЕНТ СЖАТИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЕ CR представляет собой отношение объема над поршнем в НМТ (слева) к объему в ВМТ (справа). Формула CR: (V+C)/C. В этой формуле V — это рабочий объем цилиндра (т. Е. Рабочий объем цилиндра в кубических сантиметрах или кубических сантиметрах), а C — общий объем камеры сгорания (в кубических сантиметрах), когда поршень находится в ВМТ.

Пример может выглядеть следующим образом: скажем, объем над поршнем в НМТ составляет 110 куб.см, где 100 куб.см — это рабочий объем (V) из-за движения поршня, а 10 куб.см — общий объем сгорания (С), остающийся в ВМТ. Когда содержимое цилиндра в НМТ выдавливается в 10 см3, оставшиеся в ВМТ, заряд занимает 1/11 объема, поэтому CR составляет 11:1. Чтобы узнать, какие общие кубические сантиметры камеры сгорания необходимы для CR, вы должны вычесть 1 из этого отношения и разделить результат на рабочий объем цилиндра.

Головки CCЗдесь показаны основные элементы головок CC (и поршни, если у них есть тарелка). Это включает в себя бюретку на 100 куб. см и подставку для ее удержания. Также требуется пластина из плексигласа, которая для большинства отечественных головок V-8 потребует некоторых вырезов для бровей, чтобы очистить клапаны. У COMP Cams есть недорогой комплект со всеми необходимыми деталями. Чтобы жидкость для измерения была легко видна, используйте жидкость для омывания ветрового стекла. Спирт в нем сводит к минимуму ржавчину и помогает снизить поверхностное натяжение.

ФУНКЦИЯ ЧЕТЫРЕХТАКТНОГО ДВИГАТЕЛЯСлева направо показаны такты впуска, сжатия, рабочего хода и выпуска четырехтактного или четырехтактного двигателя. При такте впуска свежий воздух/топливо проходит через открытый впускной клапан, когда поршень движется вниз по каналу. Около нижней мертвой точки (НМТ) впуск закрывается, и движение поршня вверх по отверстию начинает такт сжатия. В какой-то момент, непосредственно перед тем, как поршень достигнет верхней мертвой точки (ВМТ) такта сжатия, загорится свеча зажигания. В этот момент происходит небольшая задержка в воспламенении, прежде чем оно действительно начнется (отсюда воспламенение немного раньше ВМТ). По мере того, как поршень проходит ВМТ, при сгорании происходит сжигание заряда, а выделяющееся тепло вызывает быстрое повышение давления в содержимом цилиндра. Это давление толкает поршень вниз по отверстию во время рабочего такта. Когда поршень приближается к концу рабочего хода, выпускной клапан начинает открываться. Первоначально газы, все еще находящиеся под относительно высоким давлением, выходят через постепенно открывающийся выпускной клапан. К тому времени, когда поршень начинает двигаться вверх по отверстию, выпускной клапан уже находится далеко от своего седла. После этой начальной «продувки» цилиндра движение поршня вверх по каналу выталкивает оставшийся израсходованный заряд через выпускной клапан. В верхней части такта выпуска впуск начинает открываться, и вся последовательность событий начинается снова.

Страницы трендов

• Лучшие электромобили — самые популярные модели электромобилей

• Сколько стоит Tesla? Вот разбивка цен

• Лучшие гибридные автомобили — самые популярные модели гибридных автомобилей

• Каждый электрический внедорожник, который можно купить в США в 2022 году

• Это самые экономичные пикапы 907 90 1 90 1

  Это внедорожники с лучшим расходом топлива

Страницы трендов

• Лучшие электромобили — самые популярные модели электромобилей

• Сколько стоит Tesla? Вот разбивка цен

• Лучшие гибридные автомобили — самые популярные модели гибридных автомобилей

• Каждый электрический внедорожник, который можно купить в США в 2022 году

• Это самые экономичные пикапы 907 90 1 90 1

  Это внедорожники с лучшим расходом топлива

Двигатели с высокой степенью сжатия нуждаются в высокооктановом бензине

Вопрос — Я уже много лет наслаждаюсь вашей колонкой, думая, что мне никогда не понадобится ваша помощь. И это несмотря на то, что я подарил своей падчерице свой универсал Chevy Caprice 82 года выпуска с пробегом более 200 000 миль! Но это был хороший обмен. Теперь у меня есть Volvo 240 ее мамы 89 года (как и у ее мамы!). И у меня, и у моей машины пробег намного больше, чем у нее или ее машины! Теперь вопрос. У Chevy был гораздо более мощный восьмицилиндровый двигатель, и он отлично работал на обычном газе. Volvo — это всего лишь четырехцилиндровый двигатель, но и руководство, и сотрудники Volvo говорят, что он должен работать только на 89октановый газ. Они сумасшедшие? Или они знают что-то, чего не знаю я? — Флойд

ТОМ: Они знают о степени сжатия, Флойд. РЭЙ: Вы, наверное, заметили, что Volvo более медлительный, чем Chevy, верно? Но он и вполовину не такой вялый, хотя цилиндров у него вдвое меньше.

ТОМ: И это (отчасти) потому, что двигатель Volvo выжимает больше мощности из каждого цилиндра отчасти из-за более высокой степени сжатия.

RAY: Степень сжатия – это разница между объемом цилиндра до и после такта сжатия. Что это значит на простом английском? Это мера того, насколько двигатель сжимает топливно-воздушную смесь непосредственно перед ее воспламенением от свечи зажигания. И чем сильнее сжата смесь, тем большую мощность она выдает при «взрыве».

ТОМ: И наша база данных Mitchells говорит нам, что степень сжатия Chevy составляет 8,6 к 1, тогда как у Volvo гораздо выше 9,8 к 1

РЭЙ: Так почему бензин с более высоким октановым числом? Чем больше вы сжимаете газ и воздух, тем больше вероятность их преждевременного воспламенения; то есть воспламеняются только от давления и тепла, еще до того, как свеча зажигания даст искру. Это называется «стук», «стук» или «детонация», и все эти ранние взрывы вредны для двигателя.

ТОМ: Бензин с более высоким октановым числом — это просто бензин с более высокой температурой воспламенения. Это означает, что для воспламенения 89 требуется более высокая температура.Октановое число больше, чем требуется для воспламенения 87. Таким образом, использование 89 устраняет преждевременное зажигание в этом двигателе.

RAY: для некоторых двигателей с высокой степенью сжатия требуется бензин с еще более высоким октановым числом, 91, для предотвращения детонации. И поэтому не на всех машинах они есть. Двигатели с высокой степенью сжатия обычно используются в более дорогих автомобилях, где покупатель больше заботится о нескольких дополнительных лошадиных силах, чем о дополнительных нескольких долларах на бензоколонке каждую неделю.

ТОМ: Так сглотни и налей 89, Флойд. Не волнуйся, ты все еще хорошо разобрался. Даже не принимая во внимание мать ребенка, вы все равно выиграли от этой сделки.

Вопрос — У меня Mercedes 240D 1982 года выпуска с пробегом 210 000 миль. В теплое время года у меня нет проблем с запуском этой машины. Но последние пару зим он изо всех сил пытался запуститься, когда температура опускалась примерно до 40 F, и отказывался заводиться, когда она опускалась до 30 F и ниже. Однако укол эфира возвращает ее к жизни. Я спросил об этом представителя службы местного дилера, и у него было два предложения. Один из них заключался в установке нагревателя блока цилиндров примерно за 19,95 долларов. Другой заключался в установке двигателя примерно за 7000 долларов. Что вы думаете об этом? — Рассел

РЭЙ: Ну, если дилер уверен, что свечи накаливания работают, я думаю, он довольно кратко изложил ваш выбор, Расс. Проблема в плохой компрессии. Дизельные двигатели полагаются только на сжатие, чтобы поднять топливо до температуры воспламенения. А когда изнашиваются кольца дизелей и они теряют компрессию, для них это шторки.

ТОМ: Блок обогревателя будет просто имитировать более высокие температуры наружного воздуха, при которых ваш автомобиль все еще заводится, но, в конце концов, и это не сработает.

РЭЙ: Так что все зависит от того, как долго ты хочешь держать этого старого зверя. Если она вам нравится, и в остальном она в хорошем состоянии, и вы хотите ездить на ней вечно, то ставьте на нее двигатель. Я имею в виду, что 7000 долларов меньше, чем вы бы потратили на новую машину, верно?

ТОМ: Если вы просто хотите оставить его на какое-то время, но вам не нравится идея «навсегда», вы можете поискать подержанный двигатель на свалке. Это менее дорогой, хотя и не дешевый вариант.

РЭЙ: Если машина ржавеет, или коробка передач вышла из строя, или если вы просто устали от этого (это вполне понятно, Рассел), тогда вы можете попробовать подход с подогревом блока. Это всего лишь пластырь, но кто знает? Может быть, вы просто хотите пережить еще одну зиму, а затем продать ее какому-нибудь ничего не подозревающему тестю — в июле.

ТОМ: Последний вариант, который мы вам предложим, — метод мгновенного самоуничтожения. Если вы так ненавидите эту машину, что хотите, чтобы она просуществовала еще несколько дней или недель, продолжайте использовать эфир в качестве стартовой жидкости. Эфир в дизелях категорически запрещен. Он настолько взрывоопасен, что в сочетании с высокой компрессией в дизельном двигателе он имеет тенденцию взрывать прокладки головки блока цилиндров быстрее, чем вы можете сказать «автокредит».

Вопрос. У меня есть грузовик Toyota 86 года выпуска, который издает дикий громкий булькающий звук всякий раз, когда я включаю обогреватель. В радиаторе много воды. Обогрев работает нормально, но из приборной панели доносится странный звук. Любые идеи? — Брайан

ТОМ: Булькает, да? Обычно это звук желудка пассажиров, когда мой брат за рулем.

РЭЙ: Это может быть несколько вещей, Брайан. К сожалению, мы не можем знать наверняка, не услышав шума. Если вам повезет, в радиаторе отопителя останется немного воздуха, и когда вы включите обогрев, вы услышите, как охлаждающая жидкость бурлит в системе.

ТОМ: Но это также может быть проблема с двигателем вентилятора. Плохой двигатель вентилятора может издавать «дикий, громкий» шум, похожий на тот, на который вы жалуетесь. Хотя я не уверен, что назвал бы это «бульканьем». «Полоскание», может быть.

РЭЙ: Также возможно, что в корпусе вентилятора застряли ветки, листья или что-то еще, и приглушенный звук удара вентилятора о ветку смутно напоминает бульканье из салона.

ТОМ: Но пока они не разработают газету «поцарапай и услышь», нам придется предложить тебе отвезти машину к местному механику и дать ему послушать. Как только хороший механик услышит шум, он сможет сразу сказать вам, что это такое, и исправить это для вас.

6 вещей, которые я узнал о двигателе Mazda SkyActiv-X с высокой степенью сжатия

Вот что мы узнали после вождения прототипа Mazda, оснащенного революционным двигателем высокой степени сжатия с искровым управлением

Напомнить позже

Если вы хоть немного следите за автомобильной промышленностью, то, вероятно, почувствуете, что век двигателей внутреннего сгорания почти закончился. Все дело в гибридах в краткосрочной перспективе, автомобилях с батарейным питанием в долгосрочной и изгнании дизельного топлива из учебников истории после того, как некий немецкий производитель, возможно, навсегда запятнал свое имя.

Mazda, однако, не обычная автомобильная компания. Он не рвется изо всех сил в царство гибридных и полностью электрических автомобилей. Он не беспокоился о уменьшении размеров, вместо этого предпочитая использовать гораздо более крупные двигатели, причем все бензиновые двигатели были без наддува. Он с гордостью не назвал дату, когда вообще прекратит производство автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. И, пожалуй, самое невероятное, это революционно новый бензиновый двигатель.

Мы не используем слово «р» легкомысленно — техническое достижение, которое представляет новый двигатель «SkyActiv-X», поразительно. После вождения прототипа автомобиля, который скрывает платформу нового поколения фирмы под обшивкой нынешнего хэтчбека 3, и разговора с инженерами, стоящими за проектом, вот что мы узнали:

1. Искра — ключ ко всему

Концепция воспламенения от сжатия гомогенного заряда (или HCCI) существует уже некоторое время. Идея состоит в том, что вы воспламеняете гораздо более бедную топливно-воздушную смесь, используя чрезвычайно высокую степень сжатия без свечи зажигания, как в дизельном двигателе. Единственная проблема в том, что вы не можете контролировать, когда происходит удар, и это увеличивает риск детонации двигателя или детонации, когда происходит взрыв, когда поршень это не в верхней мертвой точке. И это не очень хорошо для компонентов вашего двигателя. Mercedes некоторое время возился с технологией, прежде чем выбросить полотенце, так как же Mazda справилась с этим? Делая что-то, что не совсем HCCI, вот ответ.

Mazda называет это воспламенением от сжатия с искровым управлением или SPCCI, и именно эта «искра» стала моментом озарения для Mazda. Под руководством впечатляюще сложного ECU свечи зажигания включаются в смесь, обеспечивая контроль, необходимый для предотвращения возможности детонации.

Бедная смесь, состоящая из большего количества воздуха, чем топлива — примерно в два раза больше воздуха, чем в «стехиометрической» смеси, используемой в обычных бензиновых двигателях, — сжимается очень близко к условиям, необходимым для сгорания. ЭБУ использует датчики для распознавания этой точки, реагируя на это зажиганием свечей зажигания. Это вызывает расширяющийся огненный шар, создавая правильные условия для возгорания.

В результате получается гораздо более обедненная смесь, обеспечивающая повышение эффективности на 20–30 процентов. Так что это сокращение выбросов, чтобы меньше пинать Мать-природу, и более низкий расход топлива, чтобы облегчить боль для вашего кошелька.

2. Звучит как любая другая бензиновая рядная четверка

Вы можете подумать, что сверхвысокая степень сжатия придаст SkyActiv-X лязгающий, почти дизельный гул, но нет: по большей части он звучит как любая старая рядная четверка. Это не самая мощная четверка, но она жутко тихая (отчасти это может быть связано с лучшей звукоизоляцией новой платформы) и очень плавная. Молодец во мне предпочел более злобный шум 2,0-литрового 3-го поколения, который нам дали для сравнения, но это только начало, поэтому окончательная версия SkyActiv-X может иметь совсем другой характер.

3. Повышение эффективности имеет большое окно действия

Мир начинает понимать, что сокращение обычно не работает. Конечно, можно добиться снижения эффективности, но только в очень узком диапазоне: как правило, когда двигатель выключен, а дроссельная заслонка просто щекочет. Благодаря этому небольшие двигатели с турбонаддувом отлично смотрятся в тесте на выбросы/экономичность NEDC и довольно экономичны для осторожного движения по автомагистралям, но у вас нет ни малейшей надежды даже приблизиться к официальным цифрам, по крайней мере, до тех пор, пока не появится больше данных Worldwide Harmonized Light. Выходят цифры цикла процедуры испытаний транспортных средств (WLTP).

С SPCCI такой проблемы нет, так как рабочее окно огромно, чему также способствует небольшой нагнетатель корневого типа, поддерживающий подачу воздуха. Другими словами, это будет эффективно, и вам не придется водить машину, как ваша бабушка. Только при высокой нагрузке и высоких оборотах ЭБУ переключается на традиционное искровое зажигание — в остальное время вы можете наслаждаться этим прекрасным горением на обедненной смеси. О, и все это означает, что передаточные числа могут быть короче без потери эффективности. Прекрасный .

Как будто всего вышеперечисленного было недостаточно инженерного волшебства, есть еще один увлекательный самородок, которым я хотел бы поделиться с вами: топливо закручивается при впрыске. Руководитель отдела исследований и разработок силовых агрегатов Mazda Europe Хейко Стритцель сравнил это с ураганом — вихрем с очень стабильным «глазом» посередине, где очень мало движения. Это создает менее обедненную зону вокруг свечи зажигания, которая, в отличие от топливно-воздушной смеси в остальной части цилиндра, может загорится. Именно тогда запускается огненный шар, о котором мы говорили ранее, создавая правильные условия для начала воспламенения от сжатия.

5. Больше крутящего момента на низких оборотах

Как и в двигателе с турбонаддувом, здесь задействована полезная и удобная передача крутящего момента на низких и средних оборотах. За исключением того, что здесь нет ни задержки, ни «шага» порога наддува, как у рядной четверки с турбонаддувом, что делает SkyActiv-X почти ошеломляющим двигателем, чтобы испытать его поначалу. Двигатель резко набирает обороты примерно с 2500 об / мин, а после этого линейная тяга вплоть до красной линии. Переход от SPCCI к обычному зажиганию незаметен.

6. Он не попадет в текущий MX-5

Вы все об этом думаете, так что давайте поговорим о том, появится ли SkyActiv-X в нашей любимой современной Mazda MX-5. Ожидается, что новый двигатель дебютирует в хэтчбеке 3 следующего поколения в 2019 году, но в конечном итоге он должен быть доступен для каждой новой Mazda. «Если это будет хорошо принято, эта технология будет доступна во всех наших следующих моделях», — подтвердил генеральный директор Mazda Europe Джеффри Х. Гайтон, выступая перед нами на мероприятии по вождению.

Ключевое слово здесь «доступен» — это будет не единственный тип двигателя в будущих Mazda. «Это [SkyActiv-X] не означает, что мы избавляемся от нынешних двигателей, у них есть собственный план цикла улучшений. Но теперь это еще один член семьи», — сказал Гайтон.

Однако он появится только на новых моделях — автомобилях, которые с самого начала были спроектированы так, чтобы использовать двигатель и его сопутствующие детали и системы, такие как установка мягкого гибрида. «Эти вещи необходимы, поэтому вам нужен новый пакет для них», — объяснил Гайтон.

Значит, в MX-5 ND-поколения его устанавливать не будут. Но вскоре он станет основным автомобильным рынком, доказав, что эра бензиновых двигателей еще далека от завершения.

Высокое сжатие и низкое сжатие • СОСТОЯНИЕ СКОРОСТИ

Одной из определяющих характеристик двигателя является степень сжатия, которая, говоря простыми словами, является сравнением между тем, какой объем находится внутри цилиндра, когда поршень находится в максимальном положении, и самые низкие точки (не заставляйте меня начинать с роторов Ванкеля — они в основном колдовские). Степень сжатия взаимодействует со многими другими факторами для производства мощности и может быть изменена в некоторой степени путем выбора различных компонентов для одного и того же базового двигателя во время сборки. Чтобы добавить еще один сюжетный поворот, математически рассчитанное статическое сжатие конкретной комбинации может значительно отличаться от динамического сжатия двигателя в рабочем состоянии благодаря сложной конструкции впуска и выпуска, принудительной индукции или даже EGR (рециркуляции отработавших газов).

Реальное приложение для средней школы геометрии

Чтобы начать расчет степени сжатия, вам нужно знать рабочий объем отдельного цилиндра. Это площадь цилиндра, умноженная на длину хода кривошипа. Но вы еще не закончили, потому что вам также нужно знать, сколько места в головке блока цилиндров с полностью поднятым поршнем. Разница между максимальным объемом поршня в нижней мертвой точке и минимальным объемом в верхней мертвой точке является степенью сжатия. Это, конечно, сильное упрощение, но оно даст вам представление о том, что такое число вроде «9»..5:1» означает, что в НМТ объем внутри цилиндра в 9,5 раз больше, чем в ВМТ.

Конструкции с длинным ходом кривошипа относительно их диаметра отверстия, как правило, также имеют высокую степень сжатия. Типичным примером являются дизельные двигатели, которые используют очень высокую степень сжатия для воспламенения топливно-воздушной смеси. Но есть и другие факторы, влияющие на степень сжатия. Большое значение здесь имеет конструкция камеры сгорания головки блока цилиндров, поскольку чем меньше ее объем, тем выше будет CR. Еще одним важным способом изменения степени сжатия является конструкция поршня: у «выпуклого» поршня компрессия ниже, чем у плоского, при прочих равных условиях, а у выпуклого поршня компрессия выше. Даже такие вещи, как толщина прокладки между головкой и блоком и выпуклость клапанов, будут влиять на степень сжатия.

Хотя можно посчитать большую часть этого с помощью небольшой прикладной геометрии (или ввести соответствующие числа в онлайн-калькулятор, как ленивый интернет-писатель д.), объемы поршня и головки цилиндров должны быть фактически измерены, если они каким-либо образом изменены по сравнению с тем, как их поставил производитель. Головка, которая была «облицована» за счет удаления материала с поверхности, соприкасающейся с блоком, будет иметь более высокое статическое сжатие, чем неизмененная головка, а поршни могут быть фрезерованы для снижения сжатия либо специально, либо как побочный эффект вырезания карманов. для клапанов большего диаметра. В то время как измерение фактического объема поршневой тарелки/купола представляет собой некоторую головную боль, сделать то же самое для камеры сгорания на самом деле довольно просто, для этого требуется только измерительное устройство с точной маркировкой в ​​​​кубических сантиметрах, кусок прозрачного пластика с просверленным в нем отверстием, немного подкрашенной воды и немного смазки для герметизации клапанов и там, где пластик закрывает камеру сгорания.

Последствия сжатия

Теперь, когда мы твердо знаем, что такое статическая степень сжатия, давайте обсудим, почему это важно. В общих чертах, высокая степень сжатия (что само по себе является относительным термином) желательна, поскольку она позволяет производить больше энергии. У каждого цилиндра, заполненного топливно-воздушной смесью, будет больше места для расширения и выполнения работы, что сделает двигатель более эффективным. Как упоминалось ранее, дизельные двигатели используют преимущества очень высокой степени сжатия для более эффективной работы по сравнению с бензиновыми двигателями. Но то же самое, что заставляет работать дизеля в первую очередь — воспламенение от сжатия — также является серьезным ограничивающим фактором того, насколько безопасно может работать бензиновый двигатель.

120 или около того лет назад, на заре автомобилестроения, двигатели обычно имели очень низкую степень сжатия по сравнению с современными конструкциями. Ford Model T имел 2,9-литровый рядный четырехцилиндровый двигатель мощностью 20 лошадиных сил при степени сжатия всего 3,9.8 к 1. Хотя выходная мощность не была такой уж захватывающей, низкая степень сжатия была необходимостью в тот период времени, когда качество топлива было неопределенным, а октановое число сильно менялось (об этом мы поговорим чуть позже). .

Когда нефтяные компании начали создавать стандарты для насосного газа, компрессия повысилась, чтобы использовать более качественное топливо, а Вторая мировая война действительно изменила конструкцию двигателя. . Из-за «высокопробного» топлива безнаддувные двигатели для грузовиков, танков и особенно самолетов стали легче и мощнее, а двигатели с турбонаддувом и наддувом наконец-то стали практичными. Тем не менее, после войны, когда в 1919 году были представлены первые малоблочные двигатели Chevy V855, они использовали коэффициент сжатия всего 8,2: 1 для долговечности.

Вход без детонации

Ограничивающим фактором степени сжатия, которую может работать двигатель, является детонационная стойкость топлива, обычно называемая октановым числом. Он получил свое название на основе сравнения того, насколько трудно зажечь по сравнению с чистым октановым числом, конкретным углеводородным топливом — бензин с октановым числом 93 в конкретном тесте легче, тогда как 100 сопоставим, а 110 — сложнее. Иногда можно услышать, как люди говорят, что то, что происходит внутри цилиндра, — это «взрыв», но если это то, что происходит, значит, что-то пошло не так. На самом деле это «дефлаграция» — быстрое, но контролируемое горение. Когда топливо сжато слишком сильно, оно самовозгорается и приводит к преждевременному зажиганию, детонации или просто детонации. Как бы вы его ни называли, он может очень быстро расплавить электроды свечей зажигания, прожечь отверстия в головках поршней, сломать кольцевые канавки по бокам поршня и вытолкнуть прокладки головки блока цилиндров. Ни один из этих результатов не является желательным

Можно в некоторой степени компенсировать использование низкооктанового топлива за счет меньшего угла опережения зажигания, но в лучшем случае это компромисс. Поскольку двигателю требуется ненулевое количество времени, чтобы полностью сжечь цилиндр топлива, все конструкции, кроме самых низких оборотов, включают некоторое опережение зажигания, зажигая свечу зажигания до того, как поршень достигнет верхней мертвой точки на такте сжатия. . По мере того, как фронт пламени движется от свечи зажигания к краям камеры сгорания, он сжимает оставшееся несгоревшее топливо и воздух, и если он сжимает его слишком сильно, он может самопроизвольно и почти мгновенно воспламениться вместо плавного горения. Это один из примеров динамического сжатия, о котором мы упоминали ранее.

Каждый двигатель имеет «золотую середину» опережения зажигания, которая обеспечивает наибольшую мощность, когда в него подается топливо с достаточной детонационной стойкостью, но он может успешно работать, хотя и с более низкими характеристиками, если опережение зажигания сдвинуто на более позднее время такта сжатия для поддержания пикового давления в цилиндре ниже порога детонации. Вы часто будете видеть современные автомобили с руководствами, которые советуют «предпочтительно топливо премиум-класса — минимум октановое число 87», потому что у них есть датчики, которые прослушивают стук и вытягивают синхронизацию, если они питаются обычным вместо премиум. Они будут производить больше энергии на высокооктановом топливе не потому, что газ более мощный, а потому, что они могут работать с заданными настройками опережения зажигания.

VE Made EZ

Другим источником увеличения динамического сжатия является объемный КПД двигателя, который показывает, насколько полно цилиндр заполняется новым зарядом воздуха и топлива на такте впуска. Например, одноцилиндровый двигатель объемом 500 куб. см, который потребляет ровно 500 кубических сантиметров воздуха за цикл, работает на 100% VE. Теперь, если вы были воспитаны с уважением к законам термодинамики, вы, вероятно, скажете: «Ни одна механическая система не эффективна на 100%!» и вы абсолютно правы, но есть интересная оговорка. В то время как ограничения, налагаемые впускным трактом, действительно приводят к тому, что двигатели без наддува обычно работают ниже 100% VE, очень умная инженерия может позволить конструкции полностью двигателя достичь более 100% при определенных условиях эксплуатации.

Это возможно, потому что воздух, хотя и не очень плотный, имеет массу, а движущаяся масса обладает инерцией. Тщательная конструкция впускного и выпускного коллекторов в сочетании с определенными фазами газораспределения может использовать преимущества положительных и отрицательных импульсов давления, отражаемых системой в узком диапазоне оборотов, для «внутреннего наддува» двигателя и повышения VE более 100%. Хотя это когда-то ограничивалось гоночными силовыми установками, все более сложные заводские конструкции с регулируемыми фазами газораспределения и подъемом и изменяемой геометрией впуска сделали этот эффект целесообразным для массового производства.

Конечным результатом повышения VE выше 100 процентов является то, что общая степень сжатия двигателя может быть выше расчетного статического CR. Доведенный до крайности, добавление наддува в виде турбонаддува добавляет еще больше динамической компрессии. С двигателями с наддувом необходимо идти на осторожные компромиссы, чтобы сбалансировать эффект наддува с уменьшенным статическим сжатием, чтобы предотвратить детонацию — потеря эффективности при работе с более низкими степенями сжатия более чем компенсируется увеличением мощности, обеспечиваемой повышением давления на впуске.

Приближаясь к пределу

Коэффициент сжатия и тепловой КПД

Какой процент тепловой энергии, производимой при сгорании ископаемого топлива, способствует передвижению транспортного средства?

Существует загадка в отношении сравнения дизельных и бензиновых двигателей. В Европе, Азии, Австралии, Южной и Центральной Америке — почти во всем мире, за исключением Соединенных Штатов, — общеизвестно, что дизельные двигатели значительно более экономичны, чем бензиновые двигатели.

Дизельный двигатель проезжает гораздо больше на галлоне топлива, чем искровой двигатель внутреннего сгорания сопоставимого размера может проехать на галлоне бензина. Дизельный двигатель проедет на 25-30% дальше на галлоне топлива, чем искровой бензиновый двигатель сопоставимого размера на галлоне.

И этот разрыв увеличивается.

Малоизвестно, что дизельные двигатели значительно более экологичны, чем бензиновые. Причина, по которой большинство людей не знает, что дизель загрязняет окружающую среду меньше, чем бензиновые двигатели, заключается в том, что 1) большинство статистических данных о выбросах бензина по сравнению с дизельным двигателем приведены на единицу объема и 2) люди — опять же — не знают, что дизель дает водители на треть больше миль на галлон, чем бензин.

Математика проста. По данным Агентства по охране окружающей среды, на галлон дизельного топлива выбрасывается около 22 фунтов углекислого газа. Галлон высокооктанового бензина производит около 20 фунтов. (Бензин с низким октановым числом выбрасывает больше.) Это означает, что на галлон дизельного топлива выбрасывается примерно на 10% больше CO2, чем бензина. Но это по-прежнему означает, что дизель выбрасывает на 15-25% меньше углекислого газа на милю.

Дизельное топливо просто лучше с точки зрения защиты окружающей среды и экономии топлива. Не менее важно и то, что дизельные двигатели лучше — гораздо эффективнее — бензиновых двигателей.

Так почему же американцы ездят на бензиновых автомобилях?

Почему дизельные двигатели более экономичны, чем бензиновые

Здравый смысл говорит, что причина, по которой дизельные двигатели намного экономичнее бензиновых, заключается в том, что дизельное топливо лучше бензина. И это правда. Дизельное топливо является лучшим топливом, чем бензин, пропан, метан (природный газ) и почти любое другое ископаемое, «чистое» и альтернативное топливо, потому что дизельное топливо имеет более высокую плотность топлива. Плотность топлива — она же плотность «энергии» — бензина. «Теплотворная способность дизельного топлива составляет примерно 45,5 МДж/кг (мегаджоулей на килограмм), что немного ниже, чем у бензина, который составляет 45,8 МДж/кг. Однако дизельное топливо плотнее бензина и содержит примерно на 15% больше энергии по объему (примерно 36,9МДж/литр по сравнению с 33,7 МДж/литр)», — поясняет Европейская ассоциация автопроизводителей.

Однако плотность дизельного топлива — не единственная причина, по которой дизельные двигатели имеют более высокую топливную экономичность, чем бензиновые двигатели.

Дизель имеет на 11-15% большую удельную энергию, чем бензин, сумма, которая, хотя и играет большую роль в эффективности использования топлива дизельными двигателями, не объясняет тот факт, что дизельные двигатели проходят от 25% до 35% дальше, чем бензиновые двигатели сопоставимого размера на том же объеме топлива.

Итак, вопрос в том, откуда берутся дополнительные 20-25% эффективности пробега? Опять же, если дизель только на 11-15% более энергоемкий, чем бензин, то почему дизельные двигатели проезжают 9 миль на каждые 6 километров, которые проезжает бензин?

Ответ прост. Мало того, что дизельное топливо имеет более высокую плотность, чем бензин, дизельные двигатели являются двигателями более высокого качества, чем бензиновые двигатели. Термический КПД дизельных двигателей намного превышает КПД бензиновых двигателей.

Сравнение качества бензиновых и дизельных двигателей

Существует множество способов определения «качества» двигателя. Крутящий момент и ускорение — два примера стандартов, по которым можно судить о качестве двигателя. Но в отношении эффективности двигателя внутреннего сгорания есть только две важные переменные.

Что касается КПД двигателя внутреннего сгорания, то качество определяется 1) долговечностью — сроком службы двигателя — и 2) производительностью — отношением мощности, вырабатываемой двигателем, к потенциальной мощности потребляемого топлива.

Эффективность двигателя: почему дизельные двигатели лучше, чем искровые бензиновые двигатели

Дизельные двигатели — по сравнению с другими типами двигателей — являются исключительным инженерным достижением. С момента появления первых дизельных двигателей до тех, которые производятся сегодня, дизель всегда превосходил бензиновые двигатели в отношении эффективности двигателя. Дизельные двигатели всегда были более качественными. Они всегда работали дольше, а дизельные двигатели всегда были более экономичными. Самое главное, дизельные двигатели всегда меньше загрязняли окружающую среду.

Современные инженеры еще больше отделяют дизельные двигатели от бензиновых.

Современные инженеры по дизельным двигателям ломают барьеры ограничения тепловой эффективности. Другими словами, дизельные двигатели производят больше кинетической энергии за счет тепла, выделяемого при сгорании, чем любой другой тип двигателя.

Что касается производства двигателей внутреннего сгорания: «Дизельный двигатель имеет самый высокий тепловой КПД (КПД двигателя) среди всех практически используемых двигателей внутреннего или внешнего сгорания благодаря очень высокому коэффициенту расширения и характерному сжиганию обедненной смеси, которое обеспечивает рассеивание тепла избыточным воздухом. ”

Причина, по которой дизельные двигатели более эффективно преобразовывают тепло, выделяемое при сгорании, в кинетическую энергию, заключается в том, как дизельное топливо сгорает в дизельном двигателе

Компрессионное сгорание по сравнению с искровым сгоранием двигатель: с искрой или сжимая ее до такой степени, что она воспламеняется.

Разница между двумя способами сжигания ископаемого топлива в двигателе важна, поскольку эти два способа обеспечивают разную эффективность сгорания.

Компрессионные двигатели сжигают топливо более эффективно, чем искровые двигатели.

Почему компрессионные двигатели сжигают топливо более эффективно, чем бензиновые искровые двигатели

Компрессионные дизельные двигатели и искровые бензиновые двигатели имеют много общего, включая форсунки, поршни, поршневые цилиндры и выпускные патрубки. И компрессионные, и искровые двигатели разработаны с так называемым циклом Отто. Цикл Отто представляет собой цикл четырехтактного двигателя — 1) такт впуска, 2) такт сжатия, 3) рабочий такт 4) такт выпуска — который оказался наиболее эффективной конструкцией автомобильного двигателя.

При беглом объяснении компрессионных и искровых двигателей необходимо отметить только одно различие в отношении двух типов двигателей: компрессионные двигатели используют давление для сжигания дизельного топлива, в то время как искровые двигатели воспламеняют бензин от электрической искры.

Перед попаданием в камеру сгорания двигателя как дизельное топливо, так и бензин переводятся в газообразное состояние. Когда газообразное топливо сжимается, оно нагревается. Тепло, выделяемое при сжатии, является функцией закона идеального газа. «Объем (V), занимаемый n молями любого газа, имеет давление (P) при температуре (T) в градусах Кельвина. Соотношение для этих переменных P V = n R T, где R известно как газовая постоянная».

Поскольку температура и объем постоянны, увеличение давления на газ, т. е. уменьшение объема газа, увеличивает температуру.

В поршневых цилиндрах как искровые, так и компрессионные двигатели сжимают соответствующее топливо. Однако дизель сжимается до такой степени, что сгорает. Хотя бензин также сжимается, прежде чем он сожмется до такой степени, что воспламенится, искра от свечи зажигания воспламенит бензин в газообразном состоянии.

Степень сжатия дизельных и бензиновых двигателей

В масштабе объема компрессионные двигатели обеспечивают более высокий тепловой КПД (выходная энергия, деленная на потребляемую мощность двигателя), чем двигатели с искровым зажиганием. Большая часть тепловой энергии, произведенной при сгорании бензина в искровом двигателе, просто теряется в виде тепла, тепла, которое не преобразуется в кинетическую энергию, а скорее теряется с выхлопом

Причина, по которой больше энергии теряется при бензиновый двигатель, который проигрывает дизельному двигателю, заключается в том, что дизельные двигатели с компрессией имеют более высокую степень сжатия, чем бензиновые двигатели с искровым зажиганием.

Тепловая эффективность может быть представлена ​​разницей температур. Температура воздуха, поступающего в двигатель во время такта впуска, отличается — значительно меньше — от температуры воздуха, вытесняемого из двигателя во время такта выпуска. Вычитание температуры всасываемого воздуха из температуры выхлопа равно тепловому КПД.

Департамент физики и астрономии Технологического института Джорджии объясняет:

«Поскольку такты сжатия и рабочего хода этого идеализированного цикла являются адиабатическими, эффективность можно рассчитать на основе процессов постоянного давления и постоянного объема. Входная и выходная энергии, а также КПД могут быть рассчитаны по температуре и удельной теплоемкости».

В идеальных условиях — при 100% тепловом КПД — температура выхлопных газов должна быть такой же, как и всасываемого воздуха. Это означало бы, что все тепло, выделяемое при сгорании топлива, использовалось для опускания поршня двигателя. На самом деле, двигатель, который использует 30% тепла — то есть энергии — для того, чтобы заставить поршень опускаться, относительно эффективен.

«Эффективность, с которой они это делают, измеряется с точки зрения «термического КПД», и большинство бензиновых двигателей внутреннего сгорания в среднем имеют тепловой КПД около 20 процентов. Дизель, как правило, выше — в некоторых случаях приближается к 40 процентам», — объясняет GreenCarReports.com.

Проще говоря, двигатель сжатия преобразует большую сумму энергии, произведенной во время сгорания, в кинетическую энергию, чем двигатель с искровым зажиганием, потому что дизельные двигатели могут достигать более высокой степени сжатия.

Почему степень сжатия повышает эффективность использования топлива

Связь между адиабатическим сжатием и эффективностью использования топлива связана с термодинамикой и физикой. Айна Т., Фолаян К. О. и Пэм Г. Ю. Факультет машиностроения, Университет Ахмаду Белло, Зариа, Нигерия объясняют,

«Увеличение степени сжатия приводит к большему вращению кривошипа цилиндра [6]. Это означает, что двигатель сильнее давит на поршень, и, следовательно, создается больший крутящий момент. Прирост крутящего момента за счет увеличения степени сжатия можно представить как отношение новой степени сжатия (-./) к старой степени сжатия».

Проще говоря, чем сильнее сжато топливо в газообразном состоянии, тем меньше площадь его взрыва. Это означает, что большая сила воздействует на поршень, а не на стенки цилиндра. Если два двигателя имеют одинаковое количество топлива в соответствующих цилиндрах и сила, создаваемая сгоранием в одном двигателе, больше действует на головку поршня, чем в другом, этот двигатель будет иметь больший тепловой КПД.

Дизельные двигатели — хотя и не те, которые используются в автомобилях, пикапах и грузовиках — могут достигать чрезвычайно высокой тепловой эффективности. «Малкооборотные дизельные двигатели (используемые на кораблях и в других приложениях, где общий вес двигателя относительно неважен) могут иметь тепловой КПД, превышающий 50%».

Если дизельные двигатели намного эффективнее, почему мы ездим на автомобилях с бензиновым двигателем?

Можно только догадываться, почему мы принимаем те решения, которые принимаем индивидуально, но, вероятно, можно с уверенностью сказать, что большинство американцев ездят на бензиновых двигателях, потому что мы к ним привыкли. Кроме того, бензиновые двигатели были тише и традиционно быстрее разгонялись. Сегодняшние дизельные двигатели тихие и чрезвычайно отзывчивые, но покупательская привычка американцев от этого не изменилась.

Итак, можно с уверенностью сказать, что маркетинг во многом определяет, почему американцы покупают автомобили с бензиновым двигателем.

Как бы то ни было, покупка бензиновых двигателей — ошибка. Это дорого, а дизельные двигатели гораздо более экологичны.

Как работает двигатель будущего Mazda с воспламенением от сжатия

Новый двигатель Mazda SkyActiv-X противоречит всем представлениям о бензиновых двигателях, которые, как вы думали, вы понимаете. Он наддувный, но в целях эффективности, а не для увеличения мощности. Он имеет степень сжатия 16:1 (в текущей форме прототипа), но работает на топливе с октановым числом 87. Он полагается на цикл Миллера (или современный цикл Аткинсона), когда хочет получить мощность, но запускает традиционный цикл, хотя и с воспламенением от сжатия, когда хочет быть эффективным. Это бензиновый двигатель, который поощряет детонацию, но контролируемым образом… Что?

Поначалу это звучит запутанно, но, к сожалению, сложности накапливаются по мере того, как вы погружаетесь глубже. Mazda делает то, о чем думал, исследовал и, конечно же, желал почти каждый автопроизводитель, но они сделали все это с помощью свечи зажигания. Воспламенение от сжатия с искровым управлением (SPCCI) — это новый метод сгорания, который позволяет бензиновым двигателям работать с воспламенением от сжатия. Другими словами, он использует методологию сгорания дизельного двигателя, используя методологию синхронизации бензинового двигателя с искровым зажиганием.

Основная идея исходит из попытки создать идеальный двигатель: мгновенное сгорание, отсутствие потерь тепла и нулевое трение. Этого невозможно достичь в реальном мире, но мы определенно можем стать ближе, чем сейчас. Это миссия Mazda. В идеале бензиновые двигатели должны использовать воспламенение от сжатия с однородным зарядом (HCCI) для максимальной эффективности. Во время такта сжатия поршень движется вверх к головке блока цилиндров, увеличивая давление и, следовательно, температуру топливно-воздушной смеси, содержащейся внутри. Давление поднимается так высоко, а температура становится такой высокой, что даже без свечи зажигания испаряющийся бензин сгорает, когда поршень приближается к верхней точке своего хода. Полное сгорание происходит одновременно, чрезвычайно быстро, и все давление, возникающее при сгорании, превращается в полезную работу, толкая поршень вниз. Ну это в лучшем случае. Реальный мир не так прекрасен.

Mazda

Проблема с HCCI заключается в том, что существует очень узкий диапазон оборотов и нагрузки (положения дроссельной заслонки), при которых это возможно. HCCI лучше всего работает при низкой нагрузке двигателя при умеренно низких оборотах. Вне этого диапазона время сгорания хаотично и трудно поддается контролю. И если детонация (стук) происходит, когда вы этого не хотите, вы в лучшем случае теряете эффективность, а в худшем разрушаете свой двигатель. Итак, на данный момент мы знаем две вещи: 1. Существует узкий диапазон, в котором возможен HCCI. 2. За пределами этого диапазона требуется искровое зажигание. Таким образом, задача состоит в том, чтобы найти способ плавного переключения между искровым зажиганием и воспламенением от сжатия.

Но что, если вам не нужно было полностью переключаться? Что, если бы вы всегда использовали свечу зажигания для определения времени зажигания? Ну, это именно то, что сделала Mazda. В диапазонах, где воспламенение от сжатия невозможно, двигатель SkyActiv-X работает как любой другой бензиновый двигатель. Поршень движется вверх, сжимая воздушно-топливную смесь до верхней мертвой точки, где свеча зажигания воспламеняет смесь, а фронт пламени движется наружу, толкая поршень вниз для рабочего хода. Нормальное сгорание, зевота…

По возможности двигатель работает аналогично дизельным двигателям, но с предварительно смешанным воздухом и непосредственным впрыском топлива. Воздух входит, закручиваясь, создавая приятную однородную воздушно-топливную смесь, когда поршень достигает верхней точки своего хода. В идеале соотношение воздух-топливо в этот момент составляет около 37:1. Вы правильно прочитали, примерно в 2,5 раза меньше, чем у традиционных бензиновых двигателей! В центре этой бурлящей воздушно-топливной смеси глаз бури остается спокойным. Здесь инжектор прямого впрыска топлива впрыскивает небольшое количество бензина, снижая соотношение воздух-топливо в ближайшем к свече зажигания примерно до 29.:1.

Mazda

Эти две отдельные области соотношения воздух-топливо играют важную роль по отдельности. По мере того, как поршень движется вверх, топливо становится опасно близким к воспламенению само по себе из-за тепла и дополнительного давления от сжатия (помните, это топливо с обычным октановым числом и степенью сжатия 16:1). Непосредственно перед началом детонации свеча зажигания срабатывает. Менее обедненная область воздуха возле свечи воспламеняется, создавая крошечный расширяющийся фронт пламени.

Из-за дополнительного давления расширяющегося фронта пламени окружающий сверхбедный воздух больше не может удерживать. Почти мгновенно вся смесь воспламеняется. И внезапно стратегия Mazda приобрела такой смысл. Используйте свечу зажигания для идеально синхронизированного сгорания и используйте воспламенение от сжатия для его невероятных преимуществ эффективности. Подождите, а как насчет нагнетателя, низкооктанового топлива и цикла Миллера? К чему все эти причуды и сложности? Все, что на первый взгляд кажется нелогичным, имеет рациональное объяснение:

1. Lean Supercharger от Mazda

Mazda не хочет, чтобы вы называли нагнетателем воздуходувку, прикрепленную сбоку к двигателю SkyActiv-X; в настоящее время они называют это «высокой подачей воздуха», но не дайте себя обмануть, это нагнетатель в стиле корней. Причина, по которой они не хотят, чтобы вы называли это так, заключается в том, что нагнетатели обычно ассоциируются с лошадиными силами, а не с эффективностью. В этом случае нагнетатель используется для обеднения воздушно-топливной смеси, обедненный нагнетатель, если хотите, для экономии топлива. Это снижает температуру сгорания, снижает выбросы NOx, увеличивает количество полезной работы, производимой при том же количестве топлива, и уменьшает потери тепла в канале цилиндра. Замечательно!

Mazda

2. Обычное октановое число соответствует степени сжатия A 16:1

Если бы у Mazda было по-своему, они бы использовали топливо с октановым числом 80 в своих двигателях SPCCI, а не элитное 87, которое вы найдете на доступной форсунке. на заправке. Это потому, что эти двигатели по существу жаждут детонации. Не совсем тот стук, о котором вы подумали, но очень похожий.

Помните, воспламенение от сжатия означает, что вы хотите, чтобы топливо воспламенялось само по себе. Использование топлива с более высоким октановым числом в этом случае сделало бы сгорание сложнее . Чем более чувствительно топливо к изменениям давления, тем легче Mazda может точно контролировать момент воспламенения с помощью свечи зажигания.

3. Мощный цикл Миллера

Цикл Миллера (почти синоним современного цикла Аткинсона) — это трюк, используемый в современных двигателях для повышения эффективности.