Что такое степень сжатия двс: Степень сжатия — это… Что такое Степень сжатия?

Содержание

Степень сжатия — это… Что такое Степень сжатия?

У этого термина существуют и другие значения, см. сжатие.

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

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

Увеличение степени сжатия требует использования топлива с более высоким октановым числом (для бензиновых ДВС) во избежание детонации. Повышение степени сжатия в общем случае повышает его мощность, кроме того, увеличивает КПД двигателя как тепловой машины, то есть, способствует снижению расхода топлива.1,2=15,8

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

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

Интересные факты

Двигатели гоночных автомобилей, работающих на метаноле, имеют степень сжатия, превышающую 15:1

[источник?]; в то время как в обычном карбюраторном ДВС степень сжатия для неэтилированного бензина как правило не превышает 11,1:1.

В 1950-60-е года одной из тенденций двигателестроения, особенно в Южной Америке, было повышение степени сжатия, которая к началу 1970-х на американских двигателях нередко достигала 11-13:1. Однако, это требовало соответствующего бензина с высоким октановым числом, что в те годы могло быть получено лишь добавлением ядовитого тетраэтилсвинца. Введение в начале 1970-х годов экологических стандартов в большинстве стран привело к остановке роста и даже снижению степени сжатия на серийных двигателях.

переменная степень сжатия по рецепту… НАМИ! — Авторевю

Будет ли серийный кроссовер Infiniti QX50 нового поколения похож на концепт-кар QX Sport Inspiration? Теперь это не столь важно: свое место в энциклопедиях Infiniti займет как первый автомобиль, оснащенный серийным двигателем с переменной степенью сжатия. Спроектированным по рецепту… НАМИ!

Таким концепт-кар Infiniti QX Sport Inspiration был показан этой весной на автосалоне в Пекине, серийный QX50 унаследует многие его черты

На обычную рядную «четверку» мотор 2.0 VC-T (Variable Compression Turbo) похож лишь «до пояса», а ниже у него хитроумный рычажный механизм. Шатун каждого цилиндра соединен с коленвалом не напрямую, а через подвижное коромысло — траверсу, которая своим противоположным концом связана с тягой электроактуатора. Перемещение этой тяги меняет наклон траверсы и, соответственно, расстояние между поршнем и шатунной шейкой коленвала, варьируя положение верхней мертвой точки (ВМТ).

Что это дает? Чем выше поднимается поршень, тем меньше объем камеры сгорания над ним. Топливовоздушная смесь сжимается сильнее, а сгорая и расширяясь, совершает бо́льшую работу. Соотношение между объемом камеры сгорания и полным объемом цилиндра как раз и есть степень сжатия. Чем она выше, тем больше теоретически достижимая эффективность сгорания топ­лива. Однако попутно растет и риск возникновения взрывного сгорания, то есть детонации, — особенно при высоких нагрузках. Именно поэтому применение наддува заставляет не повышать, а наоборот, понижать степень сжатия.

Новый турбомотор 2.0 VC-T при крайнем верхнем положении траверсы способен достигать очень высокой степени сжатия 14,0:1 — как у атмосферных «четверок» Skyactiv компании Mazda. Но если маздовские моторы так работают во всех режимах, то двигатель Nissan — только на малых оборотах при небольших нагрузках. При их увеличении механизм переходит в промежуточные положения, понижая степень сжатия, а на высоких оборотах или под полным дросселем автоматика сдвигает ВМТ вниз — и степень сжатия падает до минимума: 8,0:1.

Мотор 2.0 VC-T ­немного крупнее и тяжелее обычных турбочетверок, но существенно компакт­нее двигателей V6, которые он должен заменить

Интересно, что двигатель по неофициальной информации выдает примерно 270 л.с. и 390 Нм крутящего момента — то есть форсирован на уровне обычных двухлитровых турбомоторов «заряженных» машин. Куда важнее, что агрегат 2.0 VC-T сулит сокращение расхода топлива на 27% по сравнению с атмосферной «шестеркой» Nissan 3.5 серии VQ, — которую, судя по всему, и призван заменить. А еще мотористы компании Nissan уверяют, что такие двигатели с изменяемой степенью сжатия станут альтернативой дизелям: ведь при схожей экономичности они требуют менее сложных систем очистки выхлопа и легче впишутся в строгие экологические нормативы.

Почему же раньше японцев никто не довел такие двигатели до серийного воплощения на легковушках? Ведь впервые эту идею еще в 20-х годах прошлого века предложил британский инженер Гарри Рикардо. Полвека назад в Америке выпускали «переменный» танковый дизель Continental AVCR-1100, а в конце 90-х аналогичные исследования вели Daimler, Volvo, Audi, Porsche, Honda, Ford, Suzuki, Peugeot и Citroen, Lotus, российский институт НАМИ, немецкая компания FEV…

Но за это время не появилось даже единого мнения, какой механизм считать наиболее эффективным. Вариант с раздвижными поршнями (как на дизеле AVCR-1100) грозит сложнос­тями со смазкой и не позволяет точно контролировать степень сжатия. Телескопичес­кие шатуны или щеки коленвала снижают надежность. Вспомогательные поршни, которые открывают дополнительные полости в стенках камеры сгорания, варьируя ее объем, ставят под угрозу герметичность. Эксцент­рики в нижних или верхних головках шатунов осложняют индивидуальное управление цилиндрами, а смещение коленвала относительно всего блока цилиндров требует еще и «переходников» в трансмиссии.

В ниссановском двигателе траверса (а) вращается вместе с коленвалом, а дополнительная система рычагов (б) с приводом от электроактуатора (в) контролирует ее наклон. Когда необходим переход на высокую степень сжатия, актуатор поворачивается по часовой стрелке, меняя положение эксцентрикового вала, который в свою очередь опускает правое плечо траверсы, а та своим противоположным плечом смещает поршень (г) и шатун вверх. При переходе на низкую степень сжатия механизм работает в обратной последовательности — и ВМТ уходит вниз

Ну а Saab 16 лет назад даже приглашал журналистов на тесты компрессорной «пятерки» 1.6 SVC (АР №21, 2000) с наклонным моноблоком, который смещался относительно коленвала. Мотор получился темпераментным (225 л.с.), но шумным и капризным на низах. А главное — дорогим и сложным. Поэтому до конвейера дело тоже не дошло.

Под конец 2000-х надежды подавал еще и французский двигатель ­MCE-5 для автомобилей Peugeot и Citroen: в нем поршень с «шатуном» были монолитны и толкали кривошип через зубчатую передачу и коромысло, положение которого корректировал сервопривод. Но все достоинства этого механизма нивелировала невозможность унифицировать такой мотор с традиционными двигателями.

А схему с траверсой и управляющей тягой, которую собирается применить Nissan, в конце 80-х запатентовали в… советском институте НАМИ! Самый же ранний патент компании Nissan датирован 2001 годом — и описывает очень похожий механизм, хотя и переосмысленный: с иной геометрией расположения элементов и нижним креплением управляющего рычага.

В саабовском двигателе SVC эксцент­риковый вал приподнимал или опускал опоры одной из сторон моноблока, в который были объединены блок цилиндров и его головка. Объем камеры сгорания менялся, но попутно менялось и положение верхней части двигателя под капотом, что требовало доработки впускной и выпускной систем. Интересно, что Saab тоже предлагал изменять степень сжатия в диапазоне от 8,0:1 до 14,0:1, однако при самой высокой степени мотор работал как атмосферник: муфта отключала привод компрессора

Кстати, еще раньше на работы ­НАМИ обратил внимание концерн Daimler: в 2002—2003 годах из России в Штутгарт были отправлены три «траверсных» мотора на основе мерседесовского дизеля OM611 (2,15 л) и бензиновой двухлитровой «четверки» М111. Российский механизм позволял менять степень сжатия в пределах от 7,5:1 до 14,0:1, но очень скоро Daimler и НАМИ обнаружили, что выгода от него весьма эфемерна: эффективность повышалась на 20% при переходе от минимальной степени сжатия к обычной (10,0:1), а дальнейшее повышение до 14,0:1 давало всего 3,5% выигрыша.

Почему же Nissan с оптимизмом смот­рит на серийную перспективу? Несмотря на сложность нового кривошипно-шатунного механизма с возросшими потерями на трение, на прибавку лишних десяти килограммов и на ограничения по унификации, в производство двигатели 2.0 VC-T должны пойти в конце 2017 года. Возможно, потому, что надежда на гибриды не оправдалась: в Америке за этот год продано всего 2,5 тысячи гибридомобилей Nissan и Infiniti. Делать ставку на дизели после скандала с концерном Volkswagen тоже не вариант. А «переменный» мотор поможет не только отказаться от закупки двухлитровых турбочетверок у концерна Daimler, но и прибавит козырей по части имиджевой рекламы. Ведь таких агрегатов действительно не делает никто в мире!

Кстати, мотор с переменной степенью сжатия как нельзя лучше подходит для ездового цикла по измерению расхода топлива. И это тоже козырь. 

Фирма Toyota запатентовала мотор с изменяемой степенью сжатия — ДРАЙВ

Речь идёт о геометрической степени сжатия, а не о компрессии в цилиндрах, всяких играх с циклом Миллера, электрических наддувах, переменных впускных трактах и тому подобных ухищрениях. Изменение степени сжатия может сыграть на руку экономичности.

Идея переменной степени сжатия далеко не нова и не раз воплощалась в металле как эксперимент. А получить такой результат можно разными способами. В серии мотор подобного типа первым запустит компания Infiniti. За ней, судя по всему, подтянутся другие производители. Например, Toyota. Она запатентовала в США шатун переменной длины и ДВС с таким узлом.

В моторе Тойоты обычный шатун превращён в механизм, способный быстро менять свою длину, за счёт чего достигается изменение положения поршня в верхней мёртвой точке, а значит, и объёма камеры сгорания, и степени сжатия.

В шатун встроено несколько каналов для масла, переключающий механизм (номер 35 на рисунке ниже) с обратными клапанами и подпружиненным золотником. Его положение зависит от давления масла, подаваемого от коленчатого вала. Меняя давление, можно сдвигать этот штифт (перемещение идёт вдоль оси коленвала). Он будет соединять внутренние каналы в шатуне так, что масло сможет попадать в первый либо второй миниатюрный гидравлический цилиндры (33 и 34).

При высоком давлении масла шатун имеет максимальную длину, и степень сжатия в двигателе тоже максимальна. Если давление падает ниже определённой планки, происходит переключение гидравлических цилиндров, эксцентрик поворачивается, шатун укорачивается, а степень сжатия — падает. В патенте описаны и другие варианты связи между уровнем давления масла и длиной шатуна, в том числе различное поведение при нескольких пороговых уровнях, всё зависит от настроек золотника и клапанов.

В гидравлических цилиндрах движутся поршни, соединённые маленькими рычагами с эксцентриком (32). В нём имеется отверстие для поршневого пальца (32d). Смещая его выше или ниже, можно менять положение поршня по отношению к шатуну, а фактически длину шатуна. Вот и весь секрет. Жаль, компания не уточняет, когда покажет подобную систему в металле. Но вряд ли столь интересная разработка останется на бумаге. Уж хотя бы ради опыта такую конструкцию стоит реализовать.

Бонус

В бензиновом моторе Infiniti 2.0 VC-Turbo (272 л.с., 390 Н•м) изменение степени сжатия (от 8:1 до 14:1) достигнуто за счёт механизма из рычагов и эксцентриков, встроенного между коленчатым валом и самыми обычными шатунами. Он способен менять взаимное положение поршня, шатуна и шатунной шейки.

На схеме в центре чёрный пунктир пересекает шатунную шейку коленчатого вала, серый пунктир отмечает управляющий эксцентриковый вал, поворот которого изменяет положение мёртвых точек поршня в ходе рабочего цикла.

Чёрный изогнутый рычаг (внизу справа) связывает управляющий эксцентрик с актуатором. Последний по сигналам электроники мгновенно настраивает положение всей конструкции в пространстве, в зависимости от режима работы двигателя (низкая нагрузка, экономичная работа или режим высокой мощности). Заявлено, что такой агрегат на 27% эффективнее, чем классический V6 3.5, для замены которого и предназначен.

Расчетное исследование возможности реализации сверхвысокой степени сжатия в поршневом двигателе внутреннего сгорания Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

НАУЧНОЕ ИЗДАНИЕ МЕТУ ИМ. Н. Э. БАУМАНА

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Эл № ФС77 — 48211. Государственная регистрация №0421200025. КБМ 1994-0408

электронный научно-технический журнал

Расчетное исследование возможности реализации сверхвысокой степени сжатия в поршневом двигателе внутреннего сгорания

# 09, сентябрь 2013 DOI: 10.7463/0913.0622287

Сакулин Р. Ю., Ахтямов И. И., Шаяхметов В. А., Яковлев П. Б.

УДК 621.43.054

Россия, Уфимский государственный авиационный технический университет

laminar [email protected] ilnar [email protected] [email protected] [email protected]

Введение

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

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

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

Однако, не смотря на имеющиеся ограничения по степени сжатия для обоих типов поршневых двигателей, в настоящее время ведутся исследования возможности создания работоспособных двигателей со степенью сжатия более 25. Так, например, в работе [2] проведено численное исследование дизельного двигателя со степенью сжатия 30. Подвод теплоты здесь предлагается осуществить в начале процесса расширения. При этом

условия в камере сгорания во время впрыска должны обеспечить самовоспламенение не только дизельного топлива, но и бензина.

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

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

Методика исследования

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

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

Из результатов сопоставления, представленных на рис.РМф), расчёт.

= 1

н

О ———т———т———т———т——

1750 2050 2350 2650 2950

Обороты колончатого вала, оо мин

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

1. Эксперимент. 2. Расчёт.

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

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

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

Обсуждение результатов

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

Рис. 3. Зависимость эффективного КПД от степени сжатия при показателе характера горения m = 3 и различных условных продолжительностях сгорания:

1. фz = 30 град. УПКВ, 2. фz = 50 град. УПКВ, З. фz = 89 град. УПКВ.

Степень сжатия

Рис. 4. Зависимость эффективного КПД от степени сжатия при показателе характера горения m = 0.1 и различных условных продолжительностях сгорания:

1. ф2 = 30 град. УПКВ, 2. ф2 = 50 град. УПКВ, 3. ф2 = 89 град. УПКВ.

Во всех рассматриваемых условиях при переходе в диапазон сверхвысоких степеней сжатия (до значения 30) наблюдается снижение эффективного КПД цикла. Так, при повышении степени сжатия с 19,3 до 30 и значении показателя характера горения m = 3 эффективный КПД цикла падает на 14,3%, 14,4% и 18,3% для условной

продолжительности сгорания ф2 = 30, 50 и 89 градусов УПКВ соответственно. Для значения m = 0,1 падение эффективного КПД составляет 15,9%, 16,1% и 17,8% с тем же соответствием.

В то же время понижение степени сжатия исследуемого двигателя с 19,3 до 15 не вызывает понижения эффективного КПД цикла, а, напротив, ведет к его увеличению. Так при значении показателя характера горения m = 3 и ф2 = 30 градусов УПКВ отмечается рост эффективного КПД цикла на 4,2%. При значениях условной продолжительности сгорания ф2 = 50 и 89 градусов УПКВ рост составляет 4,1% и 6,1% соответственно. Аналогичная картина наблюдается и при значении показателя характера горения m = 0,1:

рост эффективного КПД цикла на 5,1%, 5,3% и 6,1% соответственно для ф2 = 30, 50 и 89 градусов УПКВ.

В случае снижения степени сжатия с 19,3 до 12,5 и значении показателя характера горения m = 3 рост эффективного КПД составил 4,4%, 4,4% и 7,4% для ф2 = 30, 50 и 89 градусов УПКВ соответственно. При значении m = 0,1 соответствующее повышение эффективного КПД составило 5,1%, 5,3% и 6,1%.

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

Таблица 1.

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

т ф2 градусов УПКВ Степень сжатия

10 12.5 15 17.5 20 30

3 30 8 6 6 5 4 2

50 19 18 16 14 14 11

90 43 40 37 36 34 30

0.1 30 3 после ВМТ 6 после ВМТ 7 после ВМТ 7 после ВМТ 8 после ВМТ 9 после ВМТ

50 1 2 после ВМТ 3 после ВМТ 4 после ВМТ 5 после ВМТ 7 после ВМТ

90 6 4 2 1 0 3 после ВМТ

Как следует из рис. 3 и 4, наибольшие значения эффективного КПД наблюдаются при показателе характера горения m = 3 и при значении условной продолжительности сгорания ф2 = 30. Для режима с данными параметрами характеристики выгорания были проведены расчеты зависимости эффективного КПД от степени сжатия исследуемого двигателя при различных коэффициентах избытка воздуха (рис. 5).

Степень сжатия

Рис. 5. Зависимость эффективного КПД от степени сжатия при различных коэффициентах

избытка воздуха (ш = 3, ф2 = 30):

1. а = 1,36. 2. А = 2. 3. а = 3. 4. а = 4.

Точно так же, как и на полной нагрузке (а = 1,36) на частичных нагрузках наблюдается падение эффективного КПД при повышении степени сжатия с 19,3 до 30. При этом с понижением нагрузки это падение усиливается: для а = 2 снижение эффективного КПД составляет 23,1%, для а = 3 — 39,5% и для а = 4 — 67,1%.

На частичных нагрузках сохраняется тенденция увеличения эффективного КПД при снижении степени сжатия. При изменении степени сжатия с 19,3 на 15 эффективный КПД возрастает на 8%, 15,2% и 25,7% соответственно для а = 2, а = 3 и а = 4. В случае изменении степени сжатия с 19,3 на 12,5 эффективный КПД возрастает на 9,5%, 19,4% и 33,3% соответственно для а = 2, а = 3 и а = 4.

Падение эффективного КПД двигателя с повышением степени сжатия выше определенного значения может быть объяснено двумя основными причинами: увеличением механических потерь и увеличением отклонения от изохорного процесса подвода теплоты.

Увеличение механических потерь с ростом степени сжатия (рис. 6) является следствием повышения давления газов в цилиндре двигателя (рис. 7). При увеличении коэффициента избытка воздуха относительная доля механических потерь возрастает, соответственно снижается значение степени сжатия, соответствующее максимальному эффективному КПД.

Влияние отклонения от изохорного подвода теплоты на эффективный КПД двигателя описано в работе [6]. Сущность этого явления заключается в том, что с уменьшением объема камеры сгорания, а, следовательно, с увеличением степени сжатия, увеличивается изменение объёма за единицу времени. Таким образом, при движении поршня вниз от верхней мертвой точки, у двигателя с высокой степенью сжатия объём рабочей камеры будет увеличиваться быстрее, чем у двигателя с низкой степенью сжатия. Как следствие, с повышением степени сжатия (при постоянной продолжительности теплоподвода) индикаторный КПД будет расти гораздо медленнее термического и, при определённых

условиях, даже снижаться (рис. 6). По этой же причине практически не увеличиваются максимальные значения температуры цикла (рис. 7).

Степень сжатия —— а = 1,36 — — а = 2——IX — 3 …… а = 4

Рис. 6. Зависимость механического (пт) и индикаторного (п) КПД от степени сжатия при различных коэффициентах избытка воздуха (ш = 3, ф2 = 30).

Степень сжатия

Рис. 7. Зависимости максимального давления и максимальной температуры цикла от степени сжатия при а = 1,36 (т = 3, фz = 30):

1. Максимальное давление, Мпа. 2. Максимальная температура, К/1000.

Выводы

Таким образом, в условиях исследуемого двигателя переход на сверхвысокие степени сжатия вызывает падение эффективного КПД как на полной нагрузке, так и на частичных режимах. В то же время понижение степени сжатия до значений 12 — 15 влечет рост эффективного КПД, значительно усиливающийся с понижением нагрузки. Учитывая, что транспортный двигатель эксплуатируется на частичных режимах (меньше половины максимальной мощности) до 50 — 70% общего времени, а на режимах холостого хода до

40% [7], можно сделать вывод, что снижение степени сжатия до значений 12 — 15 может привести к значительному повышению экономичности. При этом уровень нагрузок на элементы двигателя (рис. 7) может быть ощутимо понижен (до 30%).

Данный вывод подтверждается результатами, полученными в работе [7], где исследовался дизель со специальной системой зажигания с рядом последовательных искр. Было отмечено, что при снижении степени сжатия до 12, топливная экономичность дизеля возрастала.

Поддержка

Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации, соглашение 14.B37.21.0316.

Список литературы

1. Двигатели внутреннего сгорания. Теория поршневых и комбинированных двигателей: учебник для втузов по специальности «Двигатели внутреннего сгорания» / Д.Н. Вырубов,

Н.А. Иващенко, В.И. Ивин и др.; Под ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1983. 372 с.

2. Ложкин М.Н., Коломиец П.В., Терехов А.П. Расчетная оценка рабочего цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания с высокой степенью сжатия и подводом тепла в начале процесса расширения // Вектор науки ТГУ. 2011. № 2(16). С. 87-89.

3. Губайдуллин И.С. Моделирование рабочих процессов двигателей внутреннего сгорания в интерактивной системе имитационного моделирования «Альбея». Уфа: УГАТУ, 1997.

43 с.

4. Загайко С.А. Моделирование механических потерь ДВС в системе имитационного моделирования «Альбея». Уфа: УГАТУ, 1996. 74 с.

5. Горбачев В.Г. Система имитационного моделирования «Альбея» (ядро). Руководство пользователя. Руководство программиста: учеб. пособие. Уфа: УГАТУ, 1995. 112 с.

6. Гарипов М.Д., Назмутдинова Г.Р., Сакулин Р.Ю. Расчетное исследование влияния степени сжатия на эффективные показатели дизельного двигателя // Вестник УГАТУ.

2012. Т. 16, № 2. С. 138-141.

7. Phatak R.G., Komiyama K. Investigation of a spark- assisted diesel engine : SAE Technical Paper № 830588. 1983. 8 p. DOI: 10.4271/830588

SCIENTIFIC PERIODICAL OF THE BAUMAN MSTU

SCIENCE and EDUCATION

EL № FS77 — 48211. №0421200025. ISSN 1994-0408

electronic scientific and technical journal

Calculation of feasibility of super high compression in the piston internal combustion engine

# 09, September 2013 DOI: 10.7463/0913.0622287

Sakulin R.Yu., Ahtyamov I.I., Shayahmetov V.A., Yakovlev P.B.

Ufa State Aviation Technical University, Russia

laminar [email protected] ilnar [email protected] [email protected] [email protected]

A feasibility of the four-stroke diesel engine YANMAR L-100C running under condition of the super-high compression ratio was investigated numerically in this paper. Computational model was created in the simulation modeling system “Albea” which was designed at the department of ICE of the Ufa State Aviation Technical University. Dependencies of brake efficiency on the different values of compression ratio of the investigated engine were calculated and presented in this work. It was discovered that growth of the compression ratio from 19.3 up to 30 led to the significant decrease in brake efficiency. In the meantime, decreasing of the compression ratio from 19.3 down to 12 — 15 led to the growth of brake efficiency, especially at partial loads.

Publications with keywords: compression ratio, piston ICE, brakes efficiency, the partial loads Publications with words: compression ratio, piston ICE, brakes efficiency, the partial loads

References

1. Orlin A.S., Kruglov M.G., Vyrubov D.N., Ivashchenko N.A., Ivin V.I. Dvigateli vnutrennego sgoraniya. Teoriyaporshnevykh i kombinirovannykh dvigateley [Internal combustion engines. The theory of piston and composite engines]. Moscow, Mashinostroenie, 1983. 372 p.

2. Lozhkin M.N., Kolomiets P.V., Terekhov A.P. Raschetnaya otsenka rabochego tsikla porshnevogo dvigatelya vnutrennego sgoraniya s vysokoy stepen’yu szhatiya i podvodom tepla v nachale protsessa rasshireniya [Calculation of the piston of internal combustion engine with high compression and heat supply in the beginning expansion stroke]. Vektor nauki TGU [Vector of the science of Togliatti SU], 2011, no. 2(16), pp. 87-89.

3. Gubaydullin I.S. Modelirovanie rabochikhprotsessov dvigateley vnutrennego sgoraniya v interaktivnoy sisteme imitatsionnogo modelirovaniya “Al’beya” [Modeling of the operation

processes of internal combustion engines in an interactive simulation system “Albeya”]. Ufa, USATU Publ., 1997. 43 p.

4. Zagayko S.A. Modelirovanie mekhanicheskikhpoter’DVS v sisteme imitatsionnogo modelirovaniya “Al’beya” [Simulation of mechanical losses of ICE in the simulation system “Albeya”]. Ufa, USATU Publ., 1996. 74 p.

5. Gorbachev V.G. Sistema imitatsionnogo modelirovaniya “Al’beya” (yadro). Rukovodstvo pol’zovatelya. Rukovodstvoprogrammista [Simulation system “Albeya” (core). User’s guide. Programmer’s guide]. Ufa, USATU Publ., 1995. 112 p.

6. Garipov M.D., Nazmutdinova G.R., Sakulin R.Yu. Raschetnoe issledovanie vliyaniya stepeni szhatiya na effektivnye pokazateli dizel’nogo dvigatelya [Numerical simulation of the influence of compression on the diesel engine brake efficiency]. Vestnik UGATU[Herald of USATU], 2012, vol. 16, no. 2, pp. 138-141.

7. Phatak R.G., Komiyama K. Investigation of a spark- assisted diesel engine. SAE Technical Paper no. 830588, 1983. 8 p. DOI: 10.4271/830588

Степень сжатия

04.13
09

Устройство АКПП

На сайте выложены схемы внутреннего устройства АКПП Toyota

03.12
06

Обновлен прайс-лист.

Свежий прайс можно взять здесь — price_2012_07_03

12.11
15

Появился новый раздел — «Доска объявлений».

Теперь, если у Вас есть автозапчасти, вы сможете разместить объявление о продаже на нашем сайте.

 

01.11
15

Совет № 132

Гидроусилитель будет жить дольше ,если …

12.10
02

Особенности запуска двигателя в зимний период

Добавлена новая статья в разделе «Личный опыт»

Степень сжатия — отношение полного объёма цилиндра двигателя внутреннего сгорания к объёму камеры сгорания. Степень сжатия дизелей 12-20, карбюраторных двигателей 5-10. Повышение степени сжатия (до определённого предела) увеличивает кпд двигателя.

Эффективность

Термическая эффективность и, следовательно, эффективность, с которой топливо используется для совершения полезной работы, непосредственно связана со степенью сжатия. Чем выше степень сжатия, тем меньше топлива будет использовано для получения той же самой мощности. Типичные значения степеней сжатия от 18:1 до 22:1, используемые в дизельных двигателях, частично объясняют, почему они так эффективно работают. Вдобавок к этому, для полной реализации преимуществ этой высокой степени сжатия, на дизельном двигателе никогда не используется дроссельная заслонка. Другими словами, он всасывает как можно больше воздуха, практически так же, как и бензиновый двигатель при широко открытой дроссельной заслонке. Вместо ограничения количества воздуха, поступающего в двигатель, с помощью дроссельной заслонки мощность двигателя регулируется с помощью изменения количества топлива, впрыскиваемого в цилиндр. Это значит, что даже при низких уровнях мощности (когда в камеру сгорания впрыскивается очень малое количество топлива), дизельный двигатель сжимает воздух в цилиндре очень сильно; при этом выделяется столько тепла, что его достаточно для воспламенения даже очень обеднённой смеси. Однако когда дросселируется двигатель с искровым зажиганием (бензиновый двигатель), то количество воздуха, втягиваемого в цилиндры, уменьшается, и так как это эффективная степень сжатия, то в результате топливная эффективность при частично закрытой дроссельной заслонке тоже уменьшается.


Высокая степень сжатия увеличивает мощность. Приведённые данные предполагают, что увеличение степени сжатия не создаёт проблем в других областях, таких как детонация т. д. Вы заметите, что закон уменьшения приводит к довольно простому выводу: когда степень сжатия идёт вверх, то при каждом увеличении прирост мощности будет всё меньше. К примеру, увеличение компрессии от 8,0:1 до 9,0:1 приводит к большему увеличению мощности, чем увеличение сжатия с 11,0:1 до 12,0:1 (2% роста мощности против 1,3%).


Указанные значения являются типичными для двигателей, использующих распределительные валы с относительно коротким периодом впуска, подобные валам во многих форсированных двигателях. Когда продолжительность такта впуска увеличивается (путём установки распределительного вала с более длительным периодом впуска), прирост мощности от увеличения степени сжатия становится даже больше. Это происходит оттого, что данные базируются на механических степенях сжатия (т.е. определённых путём математических расчётов из фиксированного объёма), а не на динамических степенях сжатия, которые продолжают увеличиваться, когда эффективность впуска увеличивается. Когда система впуска модифицируется для улучшения наполнения, то динамическая степень сжатия увеличивается очень похожим образом, как и при увеличении размера поршня, т. к. в цилиндр поступает дополнительное количество воздуха и топлива. Эффективность впуска может продолжать увеличиваться даже до точки «упаковки« цилиндра (объёмная эффективность выше 100%), как это предполагается некоторыми комбинациями впускного и выпускного коллекторов. Максимальное давление внутри камеры сгорания перед воспламенением изменяется, когда изменяется плотность подаваемой смеси. Когда система впуска работает с низкой эффективностью, т. е. когда дроссельные заслонки закрыты или впускная система забита, то цилиндр наполняется лишь частично и динамическое давление сжатия низкое. Когда система впуска работает с высокой объёмной эффективностью (значение более 100% достигается на многих гоночных двигателях), динамическая степень сжатия может создавать давления, которые превышают давления, ожидаемые от механической (рассчитанной) степени сжатия. В таких случаях увеличение механической степени сжатия может ввести двигатель в режим детонации и уменьшить мощность и надёжность двигателя.


Увеличение степени сжатия не всегда приводят к увеличению мощности. Если статическая (подсчитанная) степень сжатия уже находится около предела детонации для используемого топлива, то дальнейшее увеличение статической степени сжатия может ухудшить мощность и/или надёжность двигателя. Это особенно справедливо, когда специальный распределительный вал и системы впуска и выпуска добиваются объёмной эффективности (VE) величиной более 100%. Когда (VE) увеличивается, то динамическая степень сжатия также увеличивается, так как цилиндр «упаковывается« смесью так, как если бы работал невидимый нагнетатель.


Другой эффект от увеличения степени сжатия довольно незначителен и неизвестен некоторым создателям двигателей. Когда VE превышает 100%, поступившая смесь находится под небольшим положительным давлением, однако, она может заполнить только пространство в цилиндре плюс пространство в камере сгорания. К примеру, если объём цилиндра и камеры составляет вместе 416,2 см3, то это фиксированное пространство будет в основном определять, сколько топливовоздушной смеси может попасть в цилиндр. Если мы решаем увеличить степень сжатия путём уменьшения объёма камеры сгорания или путём увеличения размера выпуклости поршня (это наиболее распространённые методы), то это пространство будет не более названной величины. Да, цилиндр сохраняет постоянный рабочий объём — рабочий объём двигателя не изменялся. Но изменили общий объём цилиндра и камеры сгорания. Это означает, что пространство для поступающей рабочей смеси уменьшается. Таким образом, при увеличении степени сжатия мы почти незаметно уменьшили объёмную эффективность двигателя.

 

Пример

Воспользуемся воображаемым примером для уяснения деталей.


Представим себе двигатель со степенью сжатия 2,0:1 и, просто ради аргумента скажем, что общий объём (нерабочий объём) одного цилиндра, когда поршень находится в НМТ (нижней мертвой точке), составляет 3.278 см3. Это объём, создаваемый поршнем при одном такте плюс объём камеры сгорания над поршнем, находящимся в положении ВМП (верхней мертвой точке). Так как степень сжатия составляет 2,0:1, то объём над поршнем, находящимся в ВМТ должен составлять половину от общего объёма цилиндра или 1.639 см3, (т. е. 1.639 см3 «выбранного« объёма плюс 1.639 см3 камеры сгорания равны 3.278 см3 общего объёма цилиндра). Даже при 3.278 см3 во всём цилиндре двигатель может втянуть только 1.639 см3 свежей рабочей смеси, т. к. имеется давление в коллекторе у впускного канала (в случае с VE, равной 100%) и только вытесненный объём поршня может работать для втягивания воздуха и топлива. Остальные 1.639 см3 будут заполнены выхлопными газами от последнего цикла сгорания.


Добавим теперь к воображаемому двигателю нагнетатель (компрессор) и отрегулируем давление так, что он будет подавать 3.278 см3 топливовоздушной смеси в цилиндр вместо исходных 1.639 см3, которые двигатель мог «вдохнуть« в прежнем состоянии. С нашим нагнетателем в цилиндре будет находиться 3.278 , см3 свежей смеси в конце [Четырёхтактный двигатель|такта впуска]] и не будет остаточных выхлопных газов. Это существенно улучшит мощность. Но что произойдет, если в безрассудных поисках дополнительной мощности увеличить степень сжатия до 3,0:1, уменьшив объём камеры сгорания над поршнем в ВМТ со1.639 см3 до 1.092 см3? Когда поршень находится в конце такта впуска, общий объём цилиндра будет теперь только 2.731 см3. Если не изменять давление наддува, то оно может «вдавить« только 2.731 см3 топливовоздушной смеси в цилиндр. Это уменьшит объём смеси на 547 см3 или примерно на 17%. Двигатель втягивает менее воспламененную смесь, объёмная эффективность уменьшается (на 17%) и мощность снижается. Справедливо то, что 2.731 см3 подаваемой смеси сгорает с более высокой эффективностью благодаря увеличению степени сжатия, но улучшение степени сжатия покрывает только 5% из. 17% потерь мощности.

 

Обобщение

Многие из вас могут теперь реализовать важные преимущества, получая максимально возможную VE (объёмную эффективность). Чем выше VE, которую вы сможете получить, тем ниже будет требуемая степень сжатия; а чем ниже степень сжатия, тем меньше выступ поршня, тем легче фронту пламени распространяться в объёме камеры сгорания. Эти соотношения являются некоторыми из тех методов, которые используют профессионалы для увеличения мощности двигателей.


Верхние пределы степени сжатия и фазы газораспределения распределительного вала достаточно хорошо определены для гоночных двигателей, «обычные» форсированные двигатели для повседневного использования, как правило, работают при более низких уровнях мощности и в основном при частично открытой дроссельной заслонке. Увеличение степени сжатия может иногда обеспечить заметный прирост мощности, но это же самое увеличение степени сжатия может дать даже большее улучшение топливной экономичности. При увеличении степени сжатия от 8,0:1 до 10,0:1, мощность при полностью открытой дроссельной заслонке может увеличиться на 3 или 4%. Но экономия топлива при частично закрытой дроссельной заслонке может увеличиться более чем на 15%. В этом нет ничего удивительного, если вы помните, что динамическая степень сжатия при частично открытой дроссельной заслонке заметно ниже, чем статическая степень сжатия. Увеличение статической степени сжатия добавляет эффективности в нужном месте: при частично открытой дроссельной заслонке.

 

Для общего развития

 

===============================

===============================

 

 

 

 

===============================

 

Наши посетители:

неактивные точки — прошлые визиты.

активные точки — сейчас на сайте.

=============================

 

Наши цены

 

 

 

=============================

=============================

Что такое степень сжатия двигателя и компрессия

Двигатель внутреннего сгорания достаточно сложное устройство. Как говорят физики, принцип работы его основан на физическом эффекте расширения газов, которые образуются при сгорании воздушно-топливной смеси. ТО есть внутри цилиндра создается давление, которое толкает поршни, а они в свою очередь раскручивают «коленчатый вал», после эта «работа» передается нужным узлам и агрегатам. НО прежде чем воспламениться, «смесь» сжимается – тут то и вступают вроде бы два одинаковых термина «степень сжатия» и «компрессия». Многие уверены что это одно и тоже и разницы никакой нет, однако это не так. Сегодня я подробно и популярно объясню, что это такое …

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ

Наверное, многие из профессиональных автолюбителей мерили компрессию двигателя, подключается специальный «компрессометр» далее крутят двигатель (в основном стартером от аккумулятора) и вырисовывается определенное значение, то есть вы получаете – компрессию вашего силового агрегата. По ее состоянию, можно понять, все нормально внутри, либо же есть какие-то проблемы. Например, когда компрессия падает, то возможно прогорание клапанов, «залегание» компрессионных колец и т.д., нужен ремонт.

Однако после такого замера многие уверены что компрессия, это не что иное, как и степень сжатия, то есть эти понятия – ОДНО И ТОЖЕ! НО ЭТО НЕ ТАК.

Степень сжатия указывается практически для всех современных автомобилей, на его основе производитель рекомендует вам заправлять то или иное топливо, скажем 92 или 95 бензин.

Разница у этих двух величин действительно есть, причем достаточно разительная, не смотря кажущуюся схожесть, давайте разберем каждую.

Степень сжатия

Пожалуй, начнем с самого сложного. Как мы все с вами знаем внутри блока цилиндров, ходят поршни. У каждого поршня есть «мертвые точки», это верхняя – когда топливо сжато до предела и ждет воспламенения, и нижняя – когда поршень уходит вниз, а пространство либо заполняется новой топливной смесью, либо расширившимися (воспламененными) газами.

Верхняя мертвая точка. Когда поршень находится в «верхней точке», над поршнем остается определенный объем (или пространство) именно в нем находится сжатая воздушно-топливная смесь, это и есть «камера сгорания» — для условного обозначения этот объем мы назовем «V1»

Нижняя мертвая точка. Здесь поршень находится в «нижней мертвой точке», и к объему камеры сгорания, добавляется объем цилиндра, точнее, объем находящийся над поршнем. В итоге у нас получаются как бы два объема – Vц (цилиндра) и V2 (общий = цилиндра + камера сгорания).

Теперь все просто — важные для нас параметры, это V1 и V2 (стоит отметить, что измеряются они в литрах). Для того чтобы получить степень сжатия нужно:

Степень сжатия = V2 / V1

Таким простым методом мы рассчитываем, во сколько сжимается воздушно-топливная смесь, при движении из нижней мертвой точки в верхнюю.

Зачастую производитель уже указывает эти характеристики в описании или инструкции, и мы можем видеть степень сжатия 9,5 – 10 – 10,5 – 11 – 12 – 14 и т.д. Это нам говорит о том — что топливная смесь, которая «всосалась» при движении поршня из «верхней мертвой точки» в «нижнюю», на такте впуска, сожмется в 9,5 – 14 раз, от первоначального объема и после подожжется свечой зажигания.

Думаю, теперь путать не будете, разжевано все досконально, теперь переходим к компрессии двигателя.

Компрессия двигателя

С этой величиной все намного проще, как обычно начнем с определения:

Компрессия – это давление, которое создается в конце такта сжатия (воздушно-топливной смеси), когда поршень идет в максимальную верхнюю (мертвую точку).

Чем выше компрессия, тем большую мощность может развить силовой агрегат. Почему? ДА все просто — увеличение этой величины способствует наилучшему сжатию топлива, а потому его воспламенение может происходить намного эффективнее. Так же большая компрессия даст больший толчок поршню, то есть прямая зависимость частоты вращения коленчатого вала и мощностью мотора.

Однако бесконечно увеличивать компрессию нельзя, все потому что воздушно-топливная смесь, а в нашем случае это бензин, разогревается и может воспламениться произвольно, то есть произойдет детонация, а этот процесс реально разрушительный для внутренностей двигателя в целом. Поэтому сейчас и появляются высокооктановые бензины, подробнее здесь.

Стоит отметить, практически все производители указывают нормальный параметр этого показателя. Если при замере, ваша компрессия отличается в пару или даже несколько раз, то тут стоит задуматься, практически всегда это означает сложные поломки силового агрегата, как я уже писал выше — начиная с клапанов, заканчивая компрессионными кольцами на поршнях и т.д.

Так степень сжатия и компрессия это одно и тоже?

Как вы поняли, конечно же нет! Степень сжатия это коэффициент, который рассчитывается при помощи объемов, а вот компрессия банально замеряется специальными манометрами (компрессометрами).

Если взять практическое применение, то компрессия будет немного больше, чем степень сжатия (ст). Так например, при степени сжатия — 9,5, компрессия зачастую от 11 до 12!

Почему такое происходит? Да потому что при замере компрессии от давления разогревается воздушно-топливная смесь, происходит увеличение температуры.

Эти показатели можно было бы приравнять, если бы процесс был изотермическим (то есть исключающим воздействия температуры, как извне, так и изнутри) в закрытом герметичном корпусе. Но поскольку на практике это не возможно, то величины будут различаться.

Сейчас видео версия статья, смотрим

НА этом заканчиваю, думаю, моя статья была вам полезна, читайте наш АВТОБЛОГ.

(7 голосов, средний: 5,00 из 5)

Похожие новости

Как открутить масляный фильтр (не применяя ключа). Что делать ес.

Расточка блока цилиндров. Зачем нужно двигателю и можно ли сдела.

Крутить или не крутить двигатель до отсечки? Нужно ли это делать

Добавить комментарий

Отменить ответ

Комментарии

    Доброго всем дня, решил я написать свой отзыв о Toyota Avensis 2010 года. Просто хочу…

      ТОП статей за месяц

        У меня есть много различных статей и видео по различным коробкам передач, например вот здесь…

        У меня на сайте уже есть статья про выбор карт памяти (можете посмотреть здесь), очень…

        В статье – можно ли открывать окна при работающем кондиционере (почитать можно здесь), мне задали…

        При изучении устройства автомобиля вы могли встретить слова, значение которых вам еще не понятно. Вы только начинаете изучать сложный технический материал, и не стоит отчаиваться, если вы что-то не поняли. Этой статьей мы развеем вопросы и поможем понять, значение — компрессии и степени сжатия двигателя.

        Так кто и что сжимает?

        Степенью сжатия ДВС называют отношения между полным объемом цилиндра к объему камеры сгорания мотора.

        В бензиновых двигателях за счет высокой степени сжатия увеличивается удельная мощность, но стоит учитывать и обратную сторону медали. При высоких степенях сжатия, снижается ресурс мотора и повышается риск возникновения неисправностей при использовании не качественного топлива.

        Производители двигателей на разных моделях могут рассчитывать на одинаковый показатель степени сжатия, хотя их компрессии могут отличаться. При ремонте и диагностике необходимо учитывать и конструктивную особенность «пациента».

        Что такое компрессия двигателя?

        Компрессия – значение максимального давления на газообразное вещество (воздух) после рабочего такта сжатия в цилиндре. По этому показателю можно объективно диагностировать мотор на наличие неисправностей. Для таких целей существует прибор, называется он компрессометр. Похож на обычный манометр, которым вы замеряете давление в шинах, с рядом не больших отличий.

        Вы уже поняли что давление, создаваемое в цилиндре, зависит от степени сжатия. Если замеры показали, что уровень компрессии снизился. Нужно искать причину. Самыми распространенными являются:

        • Износ поршневых колец;
        • Не герметичность работы клапанов;
        • Износ или не герметичность прокладки ГБЦ;
        • Образование прогара или трещины в блоке или в донышке поршня.

        Самый простой способ проверки, знаком он еще вашим дедушкам. Налить в сомнительный цилиндр не большое количество моторного масла. Примерно чайную ложку и повторить замеры. При изменении показаний в большую сторону, стоит грешить на поршневые кольца. Продаются сразу комплектом на все поршни вашего авто. Подбор осуществляется по VIN-номеру автомобиля или по модели двигателя. А вот если показания даже не дрогнули и остались в прежнем положении, то стоит уже разбираться основательно.

        Конечно, самый точный диагноз сможет поставить только специалист СТО или человек с большим опытом в ремонте двигателей – моторист.

        Уже давно автомобильный рынок предлагает нам за «не большую» плату решить все проблемы с двигателем только при помощи некой жидкости в красивой бутылочке. Присадки к топливу. Слова производителей о наращивании новых слоев железа на кольцах ваших поршней и прочие интересные факты конечно интригуют. Но вы как единственное лицо ответственное за жизнь мотора в праве принимать решения использовать присадки или нет. Прочитайте предыдущее предложение еще раз и подумайте, о том на кого ляжет груз ответственности, если на деле вы получите далеко не тот результат, в котором вас уверяли.

        Подводя итог, можно сказать — каждая модель двигателя в большинстве своем обладает индивидуальными характеристиками. Зависеть это может не только от фаз его газораспределения, которые были рассчитаны заводом. Но и износом деталей, правильностью настройки «руками», которые были допущены к работе. Все это в совокупности следует учесть на практике.

        Замер компрессии двигателя на примере Лада Приора и Лада Калина (видео):

        Измерение компрессии двигателя (видео):

        Видео о степени сжатия:

        Видео о том, как рассчитать степень сжатия двигателя (лекция):

        У кого то нашёл. Очень интересно и познавательно.

        Степень сжатия и компрессия.

        Степень сжатия — расчетная величина, показывает соотношение объемов до сжатия и после.

        Компрессия — реально измеряемая величина, в процессе сжатия меняется не только объем и давление, но и температура, поэтому компрессия (в исправном двигателе) обычно на несколько единиц больше степени сжатия. Hа компрессию влияют также негерметичность клапанов, колец, прокладки и т.п. В руководстве по ремонту обычно указано минимальное значение компрессии, при котором еще можно ездить.

        Что такое степень сжатия?
        Какая степень сжатия лучше всего для вашего двигателя? Вопрос на засыпку, ведь конструкторы моторов с искровым зажиганием1 всячески стремятся повысить степень сжатия. А создатели двигателей с воспламенением от сжатия, наоборот, стараются ее понизить… По поводу этой загадочной характеристики двигателя внутреннего сгорания бытует немало ошибочных мнений.

        Одно из наиболее распространенных заблуждений — от степени сжатия зависит многое. На самом деле все очень просто: этот показатель отражает отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания, или, другими словами, равен частному от деления объема надпоршневого пространства в нижней мертвой точке (н. м. т) на его объем в верхней мертвой точке (в. м. т). То есть геометрическая степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается топливовоздушная смесь в цилиндрах двигателя при движении поршня от нижней мертвой точки к верхней мертвой точке. Но в жизни, естественно, получается не всегда так, как в теории…

        На заре автомобилизма степень сжатия двигателей Отто (а других 100 лет назад и не существовало) делали невысокой — 4 5, чтобы при работе на низкооктановом бензине (гнали, как умели) не возникала детонация2.

        Допустим, при рабочем объеме цилиндра 400 «кубиков» объем камеры сгорания равен 100 мл. То есть геометрическая степень сжатия у такого двигателя составляет:

        е = (400 + 100) : 100 = 5.

        Если же объем камеры сгорания уменьшить до 40 см3 (технически несложно), то степень сжатия повысится:

        е = (400 + 40) : 40 = 11.

        И что же это дает? А то, что термический КПД двигателя увеличится почти в 1,3 раза. И если 6 цилиндровый 2,4 литровый мотор со степенью сжатия 5 развивает мощность в 100 л.с., то при степени сжатия 11 она повысится почти до 130. Причем при неизменном расходе горючего! Иными словами, расход топлива в расчете на 1 л.с. в час сократится на 22,7 %.

        Поразительный результат, достигнутый самыми простыми средствами. Не слишком ли хорошо, чтобы быть правдой? Никакой мистики: чем выше степень сжатия, тем ниже температура отработанных газов, идущих на выхлоп. При е = 11 мы попросту заметно меньше обогреваем атмосферу, чем при е = 5, вот и все.

        Автомобильные двигатели — разновидность тепловых машин, которые подчиняются законам термодинамики. Еще в первой половине XIX века замечательный французский физик Сади Карно заложил основы теории тепловых машин, в том числе и двигателей внутреннего сгорания.

        По Карно, КПД двигателя внутреннего сгорания тем выше, чем больше разница между температурой газов (рабочего тела) к концу горения топливовоздушной смеси и их температурой на выпуске. Эта разница зависит от е, а вернее, от степени расширения рабочих газов в цилиндрах. Да, тут есть нюанс: по Карно, для термического КПД важна не степень сжатия, а именно степень расширения. Чем сильнее расширяются горячие газы на рабочем ходу, тем ниже падает их температура, что естественно. Просто в двигателях обычных конструкций степень расширения геометрически совпадает со степенью сжатия. Вот мы и привыкли не разделять эти понятия. К тому же детонация зависит как раз от е, то есть от компрессии. Чем сильнее сжимается топливовоздушная смесь в цилиндрах двигателя Отто3, чем выше давление и температура к моменту искрообразования, тем вероятнее возникновение ударных волн в камере сгорания и детонации. Она-то и ограничивает степень сжатия, но степень расширения рабочих газов здесь ни при чем. Вот если бы каким-то образом отделить одну степень от другой — чтобы при умеренной компрессии добиться сильного расширения рабочих газов…

        Уже полвека с лишним известен так называемый 5 тактный цикл Atkinson’а/Miller’а. Он как раз и разводит степень сжатия и степень расширения по разные стороны.

        Представьте, что у вашего 1,5 литрового 16 клапанника ВАЗ-2112 впуск заканчивается не на 36 градусах после нижней мертвой точки (по углу поворота коленчатого вала), а очень поздно — на 81 градусе. То есть при 3 тыс. оборотов поршень на своем ходу к верхней мертвой точке вытесняет часть топливовоздушной смеси через открытые клапаны обратно во впускной коллектор (не беспокойтесь, она там не пропадет). Иными словами, такт сжатия начинается только где-то на 75 градусах после нижней мертвой точки, а до того имеет место своеобразный такт вытеснения смеси. Тактов теперь не 4, а 5: впуск, обратное вытеснение, сжатие, рабочий ход, выпуск. На первый взгляд, идиотская схема: зачем гонять смесь туда-сюда? Допустим, обратно вытесняется 20 % топливовоздушной смеси, уже попавшей в цилиндр, и сжимается только 80 %. И пусть геометрическая е равна 13 — исключительно высокая для Отто. Однако реальная степень сжатия гораздо ниже — всего 10,6. Что и требовалось доказать.

        У конструкции с реальной степенью сжатия 10,6 (вполне допустимо для товарного бензина) степень расширения рабочих газов — 13. Термический КПД двигателя по факту в 1,0518 раза выше, чем по его степени сжатия. Не так много, но моторостроители годами бьются ради 5 процентной экономии горючего. Двигатели пассажирских автомобилей уже вовсю работают по 5 тактному циклу. В качестве примера можно привести 1,5 литровую тойотовскую «четверку» 1NZ-FXE (для Prius) или фордовскую 2,26 литровую (для Escape Hybrid).

        Вроде бы блестящее решение, однако у медали есть и обратная сторона. Геометрическая е (степень расширения рабочих газов) у 1NZ-FXE — 13, реальная степень сжатия — около 10,5. В результате из-за обратного вытеснения смеси 1,5 литровый мотор по крутящему моменту и мощности, к сожалению, опускается примерно до 1,2 литрового. Итог — выигрываем в термическом КПД ценой потери реального литража. Мало того, двигатель с поздним закрытием впускных клапанов совсем не тянет «на низах». Поэтому 5 тактный цикл годится в «гибридных» силовых агрегатах, где тяговый электромотор принимает на себя нагрузку при самых низких оборотах. Потом в работу вступает двигатель внутреннего сгорания. Так или иначе 5 тактный цикл позволяет повысить степень расширения рабочих газов и термический КПД двигателя.

        А вот наддув, наоборот, вынуждает понижать степень сжатия. При подаче топливовоздушной смеси под избыточным давлением реальная компрессия в цилиндрах оказывается слишком высокой — даже при умеренной геометрической е. Приходится отступать. Отсюда снижение термического КПД и повышенный расход бензина у двигателей с наддувом, если не применять спецгорючее.

        Чем больше октановое число бензина, тем выше возможная (по условиям детонации) степень сжатия, тем эффективнее работает мотор. Исключительно высокую е допускает используемый в качестве горючего газ (нефтяной или природный): без наддува — 13 14, с компрессором — 10 11. Водород тоже отличается стойкостью против детонации. Потрясающие антидетонационные качества у спирта — метилового или этилового. Вдобавок у него высокая теплота испарения. Испаряясь, он сильно охлаждает топливовоздушную смесь (а заодно и поверхность камеры сгорания). Холодная смесь плотнее и в цилиндр ее по весу входит существенно больше — реальный коэффициент наполнения оказывается выше и, как следствие, возрастают крутящий момент и мощность. Кроме того, этиловый (питьевой!) спирт экологичен. Правда, расход спиртового топлива в литрах гораздо больше, чем бензина, поскольку теплотворная способность метанола и этанола незначительная. А вот в энергетическом эквиваленте спирт заметно эффективнее бензина — благодаря высокой степени сжатия (расширения). У такого топлива есть перспектива. На сегодняшний день в некоторых странах широкое распространение получила смесь E85: 85 % этанола и 15 % бензина.

        Пока что повысить степень сжатия вазовского 16 клапанника с 10,5 до 11,5 на 92 м бензине от местной АЗС — ой как непросто. Можно применить впрыск бензина непосредственно в камеры сгорания — вместо впускных каналов. Испарение бензина не на впуске, а в цилиндрах — тот же самый «компрессорный» эффект. Или организовать двухискровое зажигание — с двумя свечами на цилиндр. А также поставить выпускные клапаны с внутренним (натриевым) охлаждением — раскаленные тарелки провоцируют детонацию. И еще — очистить поверхность камеры сгорания от нагара и отполировать ее.

        Влияют на степень сжатия и конфигурация камеры сгорания и скорость вихревого движения топливовоздушной смеси. Есть много способов борьбы с детонацией, хороших и разных. Так до какого уровня есть смысл поднимать е двигателя Отто? Здесь вот что важно учитывать: термический КПД нарастает с повышением степени сжатия (расширения), но не линейно, а с постепенным замедлением. Если при увеличении степени сжатия от 5 до 10 он повышается в 1,265 раза, то от 10 до 20 — только в 1,157 раза. Зато быстро накапливаются побочные «заморочки», которых лучше избегать. Поэтому степень сжатия 13 14 — разумный компромисс, к которому и следует стремиться. Вперед и с песней!

        1 Мы обычно говорим «бензиновый», хотя знаем, что автомобильные двигатели прекрасно работают и на газе. А также на спирте — метиловом или этиловом… Так что лучше называть их двигателями с искровым зажиганием или двигателями Отто (по имени создателя такой конструкции Николауса Отто) — по аналогии с дизелями.

        2 Кто не слышал детонационные звуки в цилиндрах? Это когда говорят: «пальцы стучат». При слишком высокой (по качеству горючего) степени сжатия горение топливовоздушной смеси после ее воспламенения от искры нарушается. Оно приобретает взрывной характер, в камере сгорания возникают ударные волны, способные вызвать поломку мотора.

        3 Именно двигатели Отто; дизели детонации не знают. Почему — отдельный разговор.

        14:1? Кто ведет?!: bmwservice — LiveJournal

        Часто спрашивают про новую технологию от компании Мазда. Ну что же…
                         
               

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

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

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

        *Здесь и далее говорим только про атмосферные моторы.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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


        Переменная степень сжатия: технология будущего, применяемая сегодня

        «Двигатель был оснащен выдвижными коваными поршнями 12:1». Мы, кто был здесь какое-то время, все слышали это заявление и сразу поняли, что этот двигатель был создан для производительности. Всегда было известно, что более высокая степень сжатия (CR) обеспечивает двигателю внутреннего сгорания лучшую производительность и экономичность. Если это утверждение верно, то почему производители оригинального оборудования не используют более высокие степени сжатия в конструкции своих двигателей? Благодаря современным усовершенствованиям двигателя внутреннего сгорания в таких системах, как система изменения фаз газораспределения (VCT), система изменения фаз газораспределения (VVT), прямой впрыск бензина (GDI), индукционные наддувочные клапаны (ICV), принудительная подача воздуха (FAI) (и это только несколько), ясно, что производители ищут каждую унцию производительности, которую они могут получить.Так почему бы не высокая степень сжатия? Чтобы понять, почему OE не используют более высокие степени сжатия, необходимо понять, что происходит, когда вносятся изменения в компрессию в двигателе.

        Что такое сжатие?  

        Компрессия основана на изменении объема цилиндра, которое происходит за один из тактов двигателя внутреннего сгорания. Когда поршень находится в точке нижней мертвой точки (НМТ) после такта впуска, а затем перемещается в точку верхней мертвой точки (ВМТ), изменение объема, происходящее в цилиндре, представляет собой процент изменения объемного соотношения.Это изменение объемного отношения называется статической степенью сжатия двигателя. Эта статическая степень сжатия не изменяется. Однако объем, содержащийся в цилиндре, имеет значение.

        Важно понимать, что это изменение объема в цилиндре двигателя с искровым зажиганием не будет постоянным, поэтому будет меняться и компрессия в цилиндре. Это связано с тем, что дроссельная заслонка отличается. Дроссельная заслонка ограничивает поступление воздуха в двигатель, поэтому объем воздуха внутри цилиндра изменяется в соответствии с движением дроссельной заслонки.Это изменение объема можно увидеть на рис. 1, на котором показана кривая давления в цилиндре с использованием осциллографа и датчика давления 300 фунтов на квадратный дюйм. На холостом ходу объем цилиндра мал из-за того, что дроссельная заслонка закрыта, что ограничивает поступление воздуха в двигатель. Когда дроссельная заслонка открывается, поток воздуха увеличивает объем воздуха в цилиндре, тем самым увеличивая компрессию.

        Когда производитель проектирует двигатель, он знает об этом изменении давления в цилиндре.Затем инженер рассчитывает перемещение поршня от НМТ до ВМТ (рабочий объем) и объем зазора, остающийся в камере сгорания в ВМТ. Это устанавливает статическую степень сжатия двигателя на основе 100-процентного объема заполнения цилиндра. Как мы теперь понимаем, этот объем заполнения в работающем двигателе постоянно меняется, поэтому в двигателе без наддува 100-процентный объем заполнения, который устанавливает статическую степень сжатия, не будет достигнут, кроме, возможно, при широко открытом дросселе (WOT).Легковой автомобиль работает при открытии дроссельной заслонки менее чем на 40 процентов более 90 процентов времени работы двигателя. Таким образом, большую часть времени, когда двигатель работает, его компрессия намного ниже установленной инженером степени сжатия. Тогда возникает вопрос: как устанавливается это соотношение? Данные основаны на наихудшем сценарии, в котором может работать двигатель, поэтому настройка может быть в Долине Смерти в день с температурой 125 ° F, в WOT, с бензином для насосов.Затем в этих условиях устанавливается степень сжатия двигателя, чтобы двигатель не имел условий детонации или перегрева. Понятно, что обычное транспортное средство может никогда не эксплуатироваться в таких экстремальных условиях, но конструкция двигателя должна учитывать такую ​​возможность.

        Поскольку двигатель внутреннего сгорания является тепловым двигателем, основной функцией устройства является производство и использование тепла. В этих двигателях все, что делается перед сгоранием типа топлива, заключается в том, чтобы настроить воздух / топливо в цилиндре, чтобы заряд мог воспламениться, сгореть и сгореть.Такт сжатия двигателя занимает большой объем и быстро меняет объемное состояние на малый объем. В этих условиях молекулы воздуха, которые состоят примерно из 79 процентов азота и 21 процента кислорода, ударяются друг о друга, создавая тепло. Чем больше произойдет ударов молекул, тем горячее станет воздух. Это тепло передается рабочей жидкости, азоту и окислителю, которым является кислород. Это тепло используется для нагревания топлива, так что оно превращается из жидкости в пар и возбуждает молекулы, заставляя их вибрировать.Эти вибрирующие молекулы установят заряд так, что его будет легче зажечь и сжечь. В двигателе с искровым зажиганием, как только возникает точка воспламенения, искра ионизирует электроды свечи зажигания, создавая состояние плазмы, которое значительно превышает температуру самовоспламенения топлива. Это устанавливает фазу воспламенения топлива. Фаза сгорания заряда — это когда химическая энергия превращается в тепловую энергию. Затем выделившееся тепло передается следующему слою заряда, воспламеняя его.Это называется дефлаграцией. Дефлаграция — это горение, которое распространяется с дозвуковой скоростью в газе за счет передачи тепла. Это сильно отличается от детонации, которая представляет собой сверхзвуковую ударную волну, которая возникает по всей камере сгорания, создавая почти ступенчатое изменение давления, именно здесь заряд воспламеняется мгновенно.

        Когда топливо вступает в реакцию с окислителем, выделяющаяся тепловая энергия нагревает рабочую жидкость, в результате чего азот расширяется и давит на поверхность поршня.Это, в свою очередь, использует трехзвенную связь для создания крутящего момента от коленчатого вала. Таким образом, химическая энергия превращается в тепловую энергию, которая превращается в механическую энергию.

        Повышение эффективности

        Компрессия – это изменение объема, происходящее внутри цилиндра; чем выше компрессия, тем больше тепла поступает в цилиндр. Поскольку двигатель внутреннего сгорания является тепловым двигателем, это дополнительное тепло будет создавать большую мощность двигателя. Давайте проясним здесь, заряд воздух/топливо сгорает только с одной скоростью, производя одно значение.Дополнительная мощность возникает не за счет сжигания топлива, а за счет дополнительного давления, создаваемого более высокой компрессией в цилиндре. Когда поршень приближается физически ближе к головке, уменьшается площадь, которая будет создавать более высокое пиковое давление. Это более высокое пиковое давление повысит термодинамическую эффективность двигателя, которая является мерой того, насколько эффективно двигатель преобразует тепло в механическую энергию. На рисунке 2 показана диаграмма, демонстрирующая теоретический прирост термодинамической эффективности в зависимости от степени сжатия.

        Чтобы понять, как это происходит, необходимо посмотреть на степень расширения двигателя. Степень расширения объясняет, что происходит, когда поршень движется вниз во время горения топлива, создавая давление в камере сгорания. Поскольку поршень физически приблизился к головке, в камере сгорания стало меньше места. По мере того, как топливо выделяет свою тепловую энергию, оно нагревает рабочую жидкость, что создает давление в камере сгорания. Давление – это сила, умноженная на площадь.Давление на квадратный дюйм (PSI) или, точнее, фунт-сила на квадратный дюйм — это сила в один фунт-сила, приложенная к площади в один квадратный дюйм. Таким образом, давление в камере сгорания умножается на площадь поршня. Таким образом, чем выше давление, тем больше создается силы, толкающей поршень вниз. Эмпирическое правило для бензинового двигателя заключается в том, что степень сжатия примерно в сто раз превышает давление сгорания. Таким образом, CR 8: 1 будет давать пиковое давление сгорания примерно 800 фунтов на квадратный дюйм, тогда как более высокий CR 12: 1 даст пиковое давление сгорания примерно 1200 фунтов на квадратный дюйм.Например, если использовался поршень диаметром 3 дюйма; 3 дюйма / 2 = 1,5 радиуса, 1,5 радиуса х 1,5 радиуса = 2,25 радиуса в квадрате, 2,25 радиуса в квадрате х 3,14 пи = 7,065 площади 3-дюймового поршня. Теперь, когда у нас есть площадь поршня, умножьте ее на силу: 7,065 x 800 фунтов на квадратный дюйм = 5652 фунта пиковой силы и 7,065 x 1200 фунтов на квадратный дюйм = 8478 фунтов пиковой силы. Теперь ясно, что степень сжатия создает более высокое усилие для вращения коленчатого вала, что обеспечивает более высокую производительность.

        Кроме того, при более высокой степени сжатия изменение объемного отношения в камере сгорания также больше изменяется в течение рабочего такта.При более высокой степени сжатия площадь в ВМТ меньше, поэтому площадь или объем будут больше изменяться по мере удаления поршня от головки. Эта область изменит способ снижения пикового давления в цилиндре. Увеличенная площадь позволяет горящему топливу расширяться с большей силой при большем числе градусов вращения коленчатого вала, таким образом, из исходного заряда высокого давления извлекается больше энергии. Это, в свою очередь, способствует тепловому КПД двигателя.

        Чем выше степень сжатия, тем выше пиковое давление, поэтому конструкция компонентов двигателя будет более тяжелой, чтобы выдерживать эту большую силу.Однако за перенос этого дополнительного веса будет начислен штраф в течение всего срока службы автомобиля, поэтому выигрыш от более тяжелого двигателя должен быть компенсирован лучшими характеристиками, обеспечиваемыми более высокой степенью сжатия. Кроме того, будет ограничение на то, насколько высоким может быть сжатие. Физические свойства материалов, используемых в двигателе, а также запас топлива будут иметь ограничения. В конечном итоге в двигателе не может быть детонации, так как детонация приведет к серьезному повреждению двигателя, поэтому необходимо установить степень сжатия, чтобы исключить детонацию в камере сгорания.

        Ответ — VCR  

        Теперь, когда проблема установки статической степени сжатия в двигателе очевидна, необходим способ изменения степени сжатия двигателя. Мы все знаем об одном таком изменении статической степени сжатия в двигателе, известном как обогащение холодного пуска. Когда дополнительное топливо добавляется в камеру сгорания на холодном двигателе, топливо остается в жидком виде. Жидкость, будучи практически несжимаемой, занимает часть рабочего объема камеры сгорания.Это уменьшает объем зазора в камере сгорания, тем самым увеличивая степень сжатия двигателя. Дополнительное давление, возникающее из-за более высокой степени сжатия, увеличивает температуру рабочей жидкости, поэтому при большем нагреве более легкие ароматические соединения топливного запаса испаряются. Помните, что гореть может только пар; жидкости и твердые тела не горят. Кроме того, может гореть только стехиометрическая топливно-воздушная смесь. Если воздушно-топливная смесь богата, после того, как кислород израсходован, топливо больше не будет гореть, оставляя топливо в камере сгорания; и если воздушно-топливная смесь обеднена, после того, как топливо будет израсходовано, в камере сгорания останется кислород.Как только испарится достаточное количество обогащенного топлива для холодного пуска, топливовоздушная смесь становится горючей, и двигатель можно запускать. Это временное изменение степени сжатия. Что необходимо, так это способ выполнить это изменение объема клиренса на постоянной основе.

        Наилучший способ использования степени сжатия двигателя — это динамическое изменение степени сжатия во время работы двигателя. Двигатель с переменной степенью сжатия (VCR) делает именно это. Двигатель VCR изменяет объем в цилиндре, так что компрессия изменяется на лету.Есть много способов, которыми это может быть достигнуто, однако в нескольких примерах системы видеомагнитофона, показанных на рисунках 3-7, это достигается изменением объема зазора в ВМТ. Когда степень сжатия может изменяться динамически, можно использовать наилучшую степень сжатия для условий, в которых работает двигатель. Это означает, что при небольшой нагрузке статическое сжатие может быть намного выше, чем статическое сжатие при большой нагрузке. Это увеличение степени статического сжатия в условиях малой нагрузки двигателя увеличивает термодинамический КПД двигателя.

        При небольшой нагрузке объем наполнения цилиндров намного меньше 100 процентов. Это происходит из-за дроссельной заслонки и скорости воздушного потока, проходящего через двигатель. При меньшем объеме заполнения цилиндра давление сжатия намного ниже уставки статического сжатия. Таким образом, если степень статического сжатия повышается, а объем цилиндра меньше, давление внутри цилиндра повышается, обеспечивая высокую эффективность использования топлива. При большой нагрузке на двигатель, когда дроссельная заслонка находится в положении WOT, объем, содержащийся в цилиндре, высок, поэтому степень статического сжатия снижается, чтобы обеспечить наилучшую выходную мощность при контроле детонации и перегрева цилиндра.Двигатель VCR может непрерывно изменять степень сжатия, поэтому термодинамические преимущества проявляются во всем диапазоне нагрузки двигателя. Таким образом, двигатель видеомагнитофона сочетает в себе лучшее из обоих миров; топливная экономичность с меньшими выбросами, обеспечивая при этом максимальную выходную мощность двигателя. Все двигатели внутреннего сгорания, безнаддувные (NA), с турбонаддувом (TC) и с наддувом (SC), могут извлечь выгоду из технологии видеомагнитофона. Кроме того, потребуется технология двигателя VCR, чтобы включить двигатель с воспламенением от сжатия с однородным зарядом (HCCI).HCCI — это форма внутреннего сгорания, при которой хорошо перемешанное соотношение воздух/топливо сжимается до точки, при которой топливо самовоспламеняется. Это самовоспламенение очень похоже на дизельный двигатель, за исключением того, что в качестве топлива он использует бензин.

        Не просто теория – в производстве!

        Давайте посмотрим на первый серийный видеомагнитофон. Этот двигатель был разработан моторной группой Nissan. В нем используется многорычажная система VCR типа «шатун-кривошип», как показано на рисунке 3. Первое наблюдение заключается в том, что шатун больше не соединен напрямую с коленчатым валом, а вместо этого соединен с многорычажным узлом.Этот рычажный узел соединен со стержнем управления, который соединен с эксцентриковым валом. Когда этот эксцентриковый вал вращается с помощью управляемого компьютером электродвигателя с редуктором, управляющая тяга изменяет геометрию многозвенного узла. В одном положении эксцентриковый вал вращается, поэтому шток управления поднимается, позволяя многорычажному узлу двигаться вниз на противоположном конце, так что высота поршня внутри цилиндра меньше, что снижает степень сжатия. В другом положении эксцентриковый вал вращается, поэтому шток управления опускается, позволяя многорычажному узлу двигаться вверх на противоположном конце, так что высота поршня внутри цилиндра выше, что увеличивает степень сжатия.Эта рычажная система изменяет высоту поршня примерно на 6 мм, изменяя степень статического сжатия с 8:1 до 14:1 примерно за 100 мс.

        Эта система используется на Infiniti QX50 2018 года и показана на рис. 4. Двигатель представляет собой 2,0-литровый четырехцилиндровый двигатель VCR с турбонаддувом мощностью 268 л.с. (200 кВт) при 5600 об/мин и 280 фунт-фут (380 Нм) при 4400 об/мин. Результатом этого стал двигатель, который на 27 процентов лучше экономит топливо, чем 3,5-литровый V6 Nissan, при примерно такой же мощности и крутящем моменте, но меньше и легче.Возможно, эта видеомагнитофонная система типа Multi-Link Rod-Crank является лучшей конструкцией с точки зрения массового производства.

        Другие концепции видеомагнитофонов                                     

        На рис. 5 показан двигатель VCR с эксцентриковым подшипником. Этот двигатель VCR имеет отверстие коренного подшипника, сконструированное так, что это отверстие смещено от центра. Затем коренные подшипники поддерживаются дополнительным комплектом подшипников, так что коренные подшипники в сборе плавают в блоке цилиндров. Рычаг управления прикреплен к плавающему основному подшипнику, который соединен с тягой управления, которая, в свою очередь, соединена с узлом плеча рычага управления.Этот узел рычага управления может вращаться с помощью управляемого компьютером электродвигателя с редуктором. В одном положении коренной подшипник вращается так, что высота поршня в отверстии цилиндра уменьшается, что снижает степень сжатия. В другом положении коренной подшипник вращается так, что высота поршня в отверстии цилиндра увеличивается, что увеличивает степень сжатия.

        На рис. 6 показан двигатель типа VCR с гидравлическим шатуном. Этот двигатель VCR имеет более традиционный вид, в котором шатун крепится к коленчатому валу и поршню.Однако поршневой конец шатуна намного больше из-за поршней гидравлического управления и шарнирно-сочлененного узла поршневого пальца. Шарнирно-сочлененный узел поршневого пальца имеет смещенное отверстие поршневого пальца. Когда управляющий клапан компьютера подает гидравлическое давление на один из управляющих поршней, этот узел перемещает положение поршневого пальца так, что поршень перемещается вниз, снижая степень сжатия. Когда гидравлическое давление подается на другой поршень гидравлического управления, узел поршневого пальца поворачивается так, что поршень перемещается вверх, увеличивая степень сжатия.

        На рис. 7 показан дополнительный двигатель типа VCR с изменением объема поршня. Этот двигатель типа VRC был первым построенным двигателем VCR и использовался для определения октанового числа бензина. Он был разработан Гарри Рикардо в 1920-х годах. Эта конструкция двигателя имеет гораздо более традиционный вид. Основное отличие заключается в объемном поршне, содержащемся в головке блока цилиндров. Когда поршень регулятора объема находится в верхнем положении, объем зазора увеличивается, что снижает степень сжатия. Когда поршень управляющего объема перемещается в нижнее положение, объем зазора уменьшается, увеличивая степень сжатия.

        Проверка механизма видеомагнитофона  
        Теперь, когда вы понимаете внутреннюю работу механизма видеомагнитофона, его будет довольно легко протестировать. Вам понадобится сканер, осциллограф и датчик давления. Установите датчик давления в головку блока цилиндров вместо свечи зажигания. Теперь запустите двигатель и, не меняя дроссельную заслонку или число оборотов (что может изменить громкость), используйте диагностический прибор, чтобы дать команду системе видеомагнитофона изменить степень сжатия. Давление должно увеличиваться или уменьшаться в зависимости от изменения отношения, заданного видеомагнитофоном.Изменение давления будет напрямую связано со статической степенью сжатия, которую может получить двигатель. Если двигатель имеет датчик сжатия в камере сгорания, вы можете сопоставить показания датчика с показаниями датчика давления. Теперь вы будете готовы к тому, что эти высокотехнологичные двигатели появятся в вашем сервисном отсеке.

        Почему важна степень сжатия | Насосы и системы

        Одним из важнейших параметров при проектировании и выборе компрессора является степень сжатия, часто обозначаемая как r.Степень сжатия — это просто отношение абсолютного давления нагнетания ступени к абсолютному давлению всасывания ступени.

        Поскольку температура большинства газов повышается при сжатии, конечная температура на выходе из компрессора всегда вызывает беспокойство. Высокая температура нагнетания может привести к выходу из строя внутренних компонентов из-за разрушения материала или чрезмерного теплового расширения. Степень сжатия также важна для определения требуемой мощности; чем выше соотношение, тем больше мощность, необходимая для этой ступени.

        Степень сжатия в зависимости от температуры нагнетания

        Вот простой пример расчета коэффициента сжатия. Например, мы будем сжимать газ с отношением удельных теплоемкостей 1,3 (см. соотношение удельных теплоемкостей вставка) от давления всасывания -0,5 фунтов на квадратный дюйм до давления нагнетания 35 фунтов на квадратный дюйм. Чтобы рассчитать степень сжатия, сначала преобразуйте оба этих давления в абсолютное давление, добавив 14,7 к каждому члену, а затем разделив абсолютное давление нагнетания на абсолютное давление всасывания:

        Уравнение 1

        Зная степень сжатия (при условии отсутствия внутренних потерь), мы можем определить теоретическую температуру нагнетания, используя уравнение 2, которое основано на адиабатическом сжатии.

        Уравнение 2

        Где:

        Т = градус R

        k = Коэффициент удельной теплоемкости

        r = степень сжатия, рассчитанная по уравнению 1.

        Предполагая температуру всасывания 60 градусов по Фаренгейту, мы получаем теоретическую температуру нагнетания (T d ) 234 градуса по Фаренгейту.

        Мы продвинемся в этом упражнении еще дальше, увеличив давление нагнетания компрессора с шагом 5 фунтов на квадратный дюйм, чтобы увидеть, что произойдет с температурой нагнетания. Таблица 1 суммирует результаты. По мере увеличения давления нагнетания повышается степень сжатия и соответственно увеличивается температура нагнетания (T d ). В этом примере T d увеличивается с 234,3 градусов по Фаренгейту для степени сжатия 3,5 до 335,7 градусов по Фаренгейту для степени сжатия 6.32.

        Таблица 1. Влияние давления нагнетания на теоретическую температуру нагнетания

        Расчетный температурный запас

        По сравнению с гипотетическим расчетным пределом 275 градусов по Фаренгейту, мы начинаем превышать расчетный предел температуры при давлении нагнетания компрессора 50 фунтов на кв. дюйм. Соотношение между теоретической температурой нагнетания и расчетной предельной температурой можно увидеть на рисунке 1.Рекомендуется выбрать консервативный расчетный предел температуры на этапе выбора проекта, чтобы обеспечить безопасный рабочий запас с учетом неизвестных или непредвиденных внутренних потерь в цилиндре.

        Например, потенциальный компрессор имеет рекомендуемый порог аварийной сигнализации по температуре нагнетания 325°F и автоматическое отключение при 350°F. Если фактическое давление нагнетания составляет 60 фунтов на кв. дюйм, ожидайте минимальное значение Td около 303°F. значения температуры нагнетания в таблице 1 являются теоретическими значениями.) В действительности она будет выше из-за внутренних потерь, так как компрессор испытывает нормальную деградацию. Если фактическая Td больше похожа на 318 градусов по Фаренгейту, запас будет составлять всего 7 градусов по Фаренгейту, что приведет к бесчисленным тревогам и телефонным звонкам в полночь.

        Чтобы избежать этой ситуации, используйте консервативную спецификацию проектной температуры нагнетания и используйте больше ступеней сжатия, чтобы обеспечить меньшую степень сжатия на ступень. Таблица 1 показывает, что для этого примера расчетная степень сжатия не должна превышать 4.5 на ступень, чтобы поддерживать разумный запас между рабочей температурой и пределом срабатывания сигнализации.

        Предостережение: Эти примеры основаны на теоретических расчетах адиабатического сжатия. Формулы адиабатического сжатия используются для аппроксимации производительности поршневых компрессоров. Читатели должны работать с производителями компрессоров, чтобы определить фактическую степень сжатия и пределы температуры нагнетания для конкретных конструкций компрессоров.Теоретические расчеты, использованные в этой колонке, были использованы для демонстрации общей тенденции, ожидаемой от все более и более высоких степеней сжатия.

        Для центробежных компрессоров обычно используется следующее теоретическое уравнение повышения температуры, основанное на политропическом сжатии:

        Уравнение 3

        Здесь (n-1)/n определяется соотношением:

        , где  p – политропический КПД компрессора

        Уравнение 3 следует использовать только для оценки теоретической температуры нагнетания в динамических компрессорах.

        Конструктивные компромиссы

        Всегда существует компромисс между количеством ступеней сжатия и температурой нагнетания компрессора на каждой ступени. Чем больше ступеней, тем дороже будет компрессор из-за сложности и тем больше требуется охлаждения на каждой ступени. Однако, чем больше ступеней сжатия установлено, тем меньше повышение температуры будет на каждой ступени, что позволяет компонентам компрессора работать с меньшим нагревом и более надежно. Это компромисс, на который должны пойти все профессионалы в области компрессоров, начиная процесс выбора.

        Общая степень сжатия является произведением всех индивидуальных степеней сжатия, т. е. r o = r 1 x r 2 x r 3 x и т. д. Предполагая, что все ступени имеют одинаковую степень сжатия, мы можем написать:

        Уравнение 4

        Где:

        n = количество ступеней

        r s = Степень сжатия на ступень.

        Из этого соотношения можно сделать вывод, что количество ступеней, необходимых для достижения требуемого общего соотношения, равно:

        Уравнение 5

        Например, если требуемое значение r o равно 20, а рекомендуемое максимальное значение r s равно 4,5, то:

        Уравнение 6

        или две ступени сжатия. В целом можно сделать вывод, что чем меньше допустимая степень сжатия (r s ), тем больше требуется ступеней (n).

        Я рекомендую использовать максимально широкий экономический диапазон между расчетной температурой нагнетания и пределом проектной температуры компрессора. В приведенном выше примере я рекомендовал расчетный запас в 50 градусов по Фаренгейту (325 градусов по Фаренгейту — 275 градусов по Фаренгейту), чтобы обеспечить буфер для непредвиденной внутренней деградации компрессора. Если ожидаются такие факторы, как грязный газ, увеличьте расчетный запас еще больше.

        Помните, что производитель компрессора поможет пользователям выбрать компрессор, подходящий для их применения.Производителям компрессоров необходимо знать самые точные характеристики степени сжатия, состава газа и температуры всасывания, чтобы помочь выбрать эффективный и безотказный компрессор.

        Нажмите здесь, чтобы увидеть ответы читателей на эту статью.

        Что такое степень сжатия? (с картинками)

        Степень сжатия относится к объему или количеству воздушно-топливной смеси, которое камера сгорания в двигателе внутреннего сгорания может вместить, когда она пуста и имеет наибольший размер по сравнению с объемом, который она удерживает, когда смесь сжата до возможно наименьший размер.Это соотношение применимо как к двигателям внутреннего сгорания, например, в современных автомобилях, так и к редко используемым двигателям внешнего сгорания. Как дизельные, так и газовые двигатели имеют степень сжатия, хотя конструкция дизельного двигателя способствует более высокой степени сжатия. Двигатели с более высокой степенью сжатия обычно считаются лучшими, поскольку они развивают большую мощность при сохранении эффективности.

        Чтобы рассчитать степень сжатия двигателя, инженер должен сначала рассчитать объем, который цилиндр двигателя может вместить, когда поршень находится в нижней части цилиндра.Во время одного такта двигателя поршень движется снизу вверх к верху и сжимает топливовоздушную смесь. После нахождения объема цилиндра, когда поршень опущен и, следовательно, еще не сжат, инженер должен будет рассчитать объем, когда поршень поднят и топливовоздушная смесь сжата. Такое соотношение, как 13:1, например, означает, что объем двигателя в 13 раз больше, когда поршень опущен, чем когда он сжат. Количество воздушно-топливной смеси не меняется, а просто вдавливается в значительно меньшее пространство, создавая большой взрыв.

        Дизельные двигатели используют сжатие для создания температуры, при которой дизельное масло воспламеняет топливно-воздушную смесь, которая создает необходимую мощность для движения автомобиля вперед.Высокая степень сжатия в газовых двигателях часто вызывает проблему, известную как детонация двигателя. Дизельные двигатели, с другой стороны, рассчитаны на высокую степень сжатия, чтобы работать. Соотношение 13:1 считается высоким для газового двигателя, в то время как для дизельного двигателя оно может варьироваться от 14:1 до 23:1 в зависимости от типа.

        Высокая степень сжатия обеспечивает большую мощность за счет сжатия воздуха и топлива еще сильнее, чем в среднем, и, таким образом, создает более сильный взрыв.Плотная упаковка воздушно-топливной смеси помогает воздуху и топливу лучше смешиваться, и когда происходит взрыв, большая часть смеси испаряется. Большее испарение является признаком более высокой тепловой эффективности, а это означает, что двигатель работает лучше, не используя слишком много дополнительной энергии для получения этой мощности.

        Недостатком более высокой степени сжатия в газовом двигателе является возможность детонации или стука двигателя.Это происходит, когда происходит более сильный взрыв, чем хотелось бы, и заставляет поршень двигаться вверх или вниз слишком быстро. В результате возникает громкий стук, и, если его не устранить, непрерывный стук в двигателе может привести к необратимому повреждению двигателя. Автомобили, использующие бензин с более высоким октановым числом или датчик детонации, могут использовать более высокую степень сжатия, но все же не могут соответствовать высокой степени дизельного двигателя.

        Почему степень сжатия имеет значение — Школа HVAC

        В HVAC/R мы занимаемся перемещением БТЕ тепла, и мы перемещаем БТЕ с помощью фунтов хладагента.Чем больше фунтов мы перемещаем, тем больше БТЕ мы перемещаем.

        В одноступенчатом компрессоре HVAC/R камера сжатия поддерживает одинаковый объем независимо от степени сжатия. Меняется лишь количество фунтов хладагента, перемещаемых при каждом ходе (поступательно), колебательном (прокручивающемся) или вращении (винтовом, ротационном) компрессора. Если компрессор работает правильно, более высокая степень сжатия приводит к перемещению меньшего количества хладагента. Чем ниже степень сжатия, тем больше килограммов перемещается.

        В кондиционерах и холодильных установках степень сжатия представляет собой просто абсолютное давление на выходе из компрессора, деленное на абсолютное давление всасывания на входе в компрессор.

        Абсолютное давление — это просто манометрическое давление + атмосферное давление. Обычно мы просто добавляем атмосферное давление на уровне моря (14,7 фунтов на квадратный дюйм) к давлению всасывания и нагнетанию, а затем делим давление нагнетания на всасывание. Например, обычная степень сжатия в системе R22 может выглядеть так:

        240 фунтов на квадратный дюйм нагнетание + 14.7 фунтов на квадратный дюйм = 254,7


        75 фунтов на кв. дюйм на всасывании + 14,7 = 89,7 фунтов на кв. Однако, как правило, в условиях, близких к проектным, вы увидите следующие степени сжатия на правильно функционирующем оборудовании в зависимости от эффективности и условий конкретной системы:

        • В системах кондиционирования воздуха степень сжатия составляет 2.От 3: 1 до 3,5: 1 являются обычными, с соотношениями ниже 3: 1 и выше 2: 1 в качестве стандарта для современного высокоэффективного оборудования для кондиционирования воздуха.
        • В среднетемпературном охлаждении (холодильнике) 404a 3,0:1 – 5,5:1   является обычным диапазоном соотношения.
        • В типичном применении морозильной камеры 404a от 0°F до -10°F, 6,0:1 – 13,0:1 является обычным диапазоном соотношения.

        По мере того, как оборудование становится все более и более эффективным, производители разрабатывают системы с все более и более низким коэффициентом сжатия, используя более крупные змеевики и меньшие компрессоры.

        Почему значение степени сжатия имеет значение?

        Когда компрессор работает правильно, чем ниже будет степень сжатия, тем эффективнее и холоднее будет работать компрессор. Таким образом, цель инженера производителя, системного проектировщика, специалиста по обслуживанию и установщика должна состоять в том, чтобы поддерживать минимально возможную степень сжатия, при этом перемещая необходимое количество фунтов хладагента для достижения требуемой производительности в БТЕ.

        Коэффициент сжатия также можно использовать в качестве диагностического инструмента для анализа того, обеспечивает ли компрессор надлежащее сжатие. Очень низкие коэффициенты сжатия в сочетании с низкой силой тока и низкой производительностью указывают на проблемы с механическим компрессором.

        Степень сжатия выше расчетной = перегрев компрессора, выход масла из строя, высокое энергопотребление, низкая производительность процесс.Не поддавайтесь искушению пропустить это; это жизненно важная концепция.

        Посмотрите на приведенную выше диаграмму энтальпии давления. Сверху вниз (по вертикали) — шкала давления хладагента; высокое давление выше на графике. По горизонтали (слева направо) — шкала теплоемкости; чем дальше значение верно, тем больше тепла содержится в хладагенте (тепло, не обязательно температура).

        Начните с точки №2 на графике внизу справа. Здесь всасываемый газ поступает в компрессор. Когда он сжимается, он движется к точке № 3, которая находится вверху, потому что он сжимается (увеличивается давление), и вправо из-за теплоты сжатия (тепловая энергия добавляется в самом процессе сжатия).Также добавляется тепло, когда хладагент охлаждает обмотки двигателя компрессора.

        Как только хладагент поступает в нагнетательный трубопровод в точке №3, он проходит в конденсатор и охлаждается (удаляется явное тепло). Этот перегрев нагнетания равен перегреву на всасывании + теплоте сжатия + теплоте, отводимой от обмоток двигателя. Как только весь перегрев нагнетания (физическое тепло) удаляется в первой части змеевика конденсатора, он достигает точки № 4 и начинает конденсироваться.

        Точка № 4 является критической частью уравнения степени сжатия, поскольку компрессор вынужден создавать достаточно высокое давление, чтобы температура конденсации была выше температуры воздуха, в который конденсатор отводит свое тепло. Другими словами, в типичной системе кондиционирования воздуха с прямым охлаждением и воздушным охлаждением температура конденсации должна быть выше температуры наружного воздуха, чтобы тепло отводилось от хладагента и попадало в воздух, проходящий через конденсатор.

        При высокой температуре наружного воздуха, загрязнении змеевиков конденсатора, неправильной установке лопастей или недостаточном размере змеевиков конденсатора точка 2 (температура конденсации) будет выше на графике.Таким образом, это увеличивает тепловую нагрузку на компрессор и снижает эффективность и мощность компрессора.

        Когда хладагент превращается из парожидкостной смеси в полностью жидкую в конденсаторе, он перемещается справа налево между точками № 4 и № 5 по мере того, как тепло отводится от хладагента в наружный воздух (на система воздушного охлаждения). Как только он достигает № 5, он полностью жидкий, а в точке № 6 он переохлаждается ниже точки насыщения, но ВЫШЕ температуры наружного воздуха. Затем измерительное устройство создает перепад давления, который отображается между точками №6 и №7.Чем больше падение, тем холоднее будет змеевик испарителя. Расчетная температура змеевика определяется требованиями охлаждаемого помещения и нагрузкой на змеевик, но чем НИЖЕ давление и температура испарителя, тем менее плотным будет пар в точке № 2 при повторном входе в компрессор. , и чем выше должна быть степень сжатия, чтобы накачать его обратно в точки № 3 и № 4,

        Чем больше расстояние по вертикали между точками № 2 и № 4, тем выше степень сжатия, что означает низкое давление или высокое давление напора могут привести к более высокой степени сжатия, плохому охлаждению компрессора, снижению эффективности и производительности.

        В некоторых случаях мы мало что можем сделать с высокой степенью сжатия. Когда клиент устанавливает свой кондиционер на 69 ° F (20,55 ° C) в 100 ° (37,77 ° C) в день, у него просто будет высокая степень сжатия. Когда низкотемпературный морозильник работает в очень жаркий день, он будет работать с высокой степенью сжатия.

        Но во многих случаях степень сжатия можно уменьшить следующим образом:

        • Поддержание заданных температур на уровне проектных температур для оборудования или выше. Не поддавайтесь искушению установить морозильную камеру с -10 ° F на -20 ° F или использовать этот кулер в качестве морозильной камеры.
        • Содержите змеевики конденсатора в чистоте и не закрывайте их.
        • Поддерживайте надлежащий поток воздуха в испарителе.
        • Устанавливайте конденсаторы в затененных и хорошо проветриваемых местах.

        Следите за степенью сжатия, и, возможно, вы сможете спасти компрессор от преждевременной смерти.

        — Брайан

        Связанные

        Коэффициент динамического сжатия, объясненный Kennedy’s Dynotune

        Объяснение коэффициента динамического сжатия

        В нашей попытке помочь нашим клиентам понять производительность и то, что заставляет двигатель производить мощность, мы собираемся объяснить концепцию динамической степени сжатия (DCR).Несмотря на то, что это кажется эзотерическим, это важная концепция при разработке двигателя для повышения производительности.

        Первое, что нужно понять, это то, что «степень сжатия» (CR), о которой обычно говорят, лучше всего называть «статической степенью сжатия». Это простая концепция, представляющая собой отношение рабочего объема цилиндра (рабочего объема) к объему над поршнем в верхней мертвой точке (ВМТ). Например, если гипотетический цилиндр имеет рабочий объем 450 куб. см и камеру сгорания 50 куб. см (плюс объем от днища поршня до головки), CR будет 500/50, или 10: 1.Если бы мы фрезеровали головку так, чтобы объем над днищем поршня уменьшился до 40 куб. см, CR теперь был бы 490/40, или 12,25: 1. И наоборот, если бы мы увеличили камеру до 60 куб. См, CR теперь был бы 510/60 или 8,5: 1.

        Всем известно, что высокопроизводительные двигатели обычно имеют более высокую степень сжатия. Проще говоря, более высокая степень сжатия дает больше лошадиных сил. Более высокий CR также улучшает топливную экономичность и приемистость. Так почему бы не увеличить CR еще больше? Как только CR превысит определенную точку, произойдет детонация.Детонация убивает мощность и убивает двигатель. Величина сжатия, которую может выдержать данный двигатель, определяется многими факторами. К ним относятся конструкция камеры сгорания, материал головки, использование покрытий камеры сгорания и т. д. После того, как эти механические аспекты двигателя были исправлены, основной переменной становится октановое число топлива. Более высокое октановое число = большая устойчивость к детонации и способность выдерживать большее сжатие.

        Вышеизложенное поднимает вопрос, который часто возникает у энтузиастов производительности и производителей двигателей: насколько высоким должен быть мой CR? Даже если вы знаете все о своем двигателе и решили, какое топливо вы собираетесь использовать, на вопрос нельзя ответить в такой формулировке.Почему? Потому что без привязки к характеристикам распредвала говорить о (статическом) CR рядом с бессмысленно!

        Как это так? Что ж, подумайте о цикле Отто и о том, как работает четырехтактный двигатель. Рабочий такт завершен, и поршень движется вверх в отверстии. Впускной клапан закрыт, а выпускной клапан открыт. Когда поршень поднимается, он помогает выталкивать отработавшие газы сгорания через выпускное отверстие. Поршень достигает ВМТ и начинает опускаться. Выпускной клапан закрывается, а впускной открывается.Свежее топливо и воздух всасываются в цилиндр. Поршень достигает нижней мертвой точки (НМТ) и начинает движение вверх. Это критический момент для понимания DCR. В БДЦ. впускной клапан все еще открыт. Следовательно, несмотря на то, что поршень поднимается вверх по отверстию, фактическое сжатие не происходит из-за открытого впускного клапана. Сжатие не начинается, пока не закроется впускной клапан (IVC). При достижении IVC топливовоздушная смесь начинает сжиматься. Отношение объема цилиндра в IVC к объему над поршнем в ВМТ представляет собой динамическую степень сжатия.DCR — это то, что топливовоздушная смесь на самом деле «видит» и что «считает», а не статическая CR. Поскольку DCR зависит от IVC, характеристики кулачка так же сильно влияют на DCR, как и механические характеристики двигателя.

        DCR намного ниже статического CR. Большинство высокопроизводительных уличных и дорожных/гусеничных двигателей имеют DCR в диапазоне 8-8,5:1. Для обычных кулачков это приводит к статической CR в диапазоне 10,0-12,0:1. Выше этого могут быть проблемы детонации с насосным газом. Двигатели с «маленькими» кулачками нуждаются в более низком статическом CR, чтобы избежать детонации.Двигатели с «большими» кулачками имеют более позднюю точку IVC и могут выдерживать более высокий статический CR. Когда используется гоночное топливо, может использоваться гораздо более высокий DCR (и статический CR) из-за сопротивления детонации топлива. Конечно, гоночные моторы также имеют гораздо большие распределительные валы, что является еще одной причиной, по которой им может сойти с рук такое высокое статическое CR, часто в диапазоне 13-15: 1.

        Примечание: существует некоторая путаница в использовании термина «Коэффициент динамического сжатия». Некоторые люди используют его для обозначения характеристик двигателя, работающего на высокой скорости.В этом случае объемный КПД двигателя будет иметь большое влияние на давление в цилиндре. В этом случае больший кулачок будет увеличивать давление в цилиндре, когда он находится в диапазоне оборотов. Таким образом, будет создаваться большая мощность и большее давление в цилиндре. Мы предпочитаем думать об этом понятии как о «давлении в цилиндре», чтобы избежать путаницы.

         

        PS: спасибо г-ну Брюсу Вольцу за указание на несоответствие в примере CR выше

        Какая степень сжатия?

        Степень сжатия (CR) показывает соотношение между минимальным и максимальным объемом цилиндра.Цилиндр имеет наибольший размер, когда поршень находится в НМТ. Он наименьший, когда поршень находится в ВМТ. Соотношение выражается как:

        Макс. Цилиндр Том. : Мин. Цилиндр Том.

        Фактические измерения используются для расчета коэффициента. Затем числа уменьшаются, чтобы упростить выражение. Например, 10 : 1 — это обычный CR.

        Как рассчитывается?

        Прежде чем рассчитать CR, вам необходимо знать следующие измерения. (Нажмите на ссылку, чтобы узнать больше о каждом измерении.)

        1. Диаметр отверстия цилиндра
        2. Длина хода
        3. Объем камеры сгорания
        4. Объем головки поршня
        5. Зазор палубы
        6. Толщина прокладки прессованной головки

        После измерений просто вставьте их в наш калькулятор степени сжатия.

        Как это влияет на производительность?

        CR двигателя является ключом к мощности, которую он может создать. Высокий CR означает, что больше воздуха и топлива сжимается в меньшем пространстве.Обычно это означает большую мощность.

        Когда воздух и топливо воспламеняются, внутри цилиндра создается огромное давление. Более высокое давление сильнее давит на поршень. Большее усилие на поршень создает больше мощности и крутящего момента.

        Высокий CR указывает на большее давление. Однако величина давления в цилиндре зависит и от других факторов. Клапан и угол опережения зажигания также играют роль.

        Высокий CR имеет плюсы и минусы. Вам нужно будет учитывать следующее:

        • Стандартные детали могут выйти из строя при повышенном сжатии.Возможно, вам потребуется обновить шатуны, поршни и другие детали.
        • Двигатели с высокой степенью сжатия требуют топлива с более высоким октановым числом для предотвращения детонации.
        • Двигатели с модулями мощности требуют более низкого CR.

        Добавить комментарий

        Ваш адрес email не будет опубликован.