Как определить степень сжатия: Расчет степени сжатия — автосервис

alexxlabОпубликовано

Расчет степени сжатия — автосервис

Расчет степени сжатия и объема мотора

Расчет двигателя

Расчет степени сжатия и объема мотора

Результаты    
     

Объем двигателя

—

 куб.см

Степень сжатия

—
:1 куб. см

R/S

—

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

 

где:

b = диаметр цилиндра;

s = ход поршня;

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

Увеличение степени сжатия в двигателе автомобиля требует использования топлива с более высоким октановым числом (для бензиновых двигателей внутреннего сгорания) во избежание детонации. 1.2=15.8

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

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

О спортивных автомобилях

Двигатели гоночных или спортивных автомобилей, снабженными тюнингованными и спортивными автозапчастями, работающих на метаноле имеют степень сжатия, превышающую 15:1, в то время как в обычном карбюраторном двигателе внутреннего сгорания степень сжатия для неэтилированного бензина как правило, не превышает 11. 1:1.

В пятидесятые — шестидесятые годы одной из тенденций двигателестроения, особенно в Соединенных Штатах Америки, было повышение степени сжатия, которая к началу семидесятых на американских двигателях нередко достигала 11-13:1. Однако это требовало соответствующего бензина с высоким октановым числом, что в те годы могло быть получено лишь добавлением ядовитого тетраэтилсвинца. Введение в начале семидесятых годов экологических стандартов в большинстве стран привело к остановке роста и даже снижению степени сжатия на серийных двигателях.

В наше время для улучшения двигателя и автомобиля в целом используются тюнингованые автозапчасти и естественно они должны устанавливаться на профессиональных автосервисах.

Как рассчитать и изменить степень сжатия двигателя

Содержание

Одним из главнейших технических показателей автомобильного мотора является коэффициент сжатия. Он показывает соотношение разницы между объёмом свободного участка над цилиндровым поршнем и под ним в крайних его положениях.

Что такое степень сжатия двигателя

Условно величину сжатия представляют и как соотношение давлений в устройстве при подаче горючего и взрыве смеси. Конкретно эта степень обусловлена конструкцией автомобильного двигателя, и может быть высокой или низкой.

Перед непосредственным процессом воспламенения горючей смеси, поршни сжимают топливо до определённого объёма. Инженеры способны варьировать этот показатель, рассчитывая его ещё на стадии проектирования. Узнав количественное соотношение данной величины к объёму камеры сгорания, можно делать различные выводы.

На бензиновых силовых установках показатель сжатия достигает максимум 12 единиц. Чем выше здесь степень сжатия двигателя или ССД, тем больше удельная мощность мотора. Однако при сильном увеличении данного показателя снижается ресурс агрегата, особенно при заправке низкосортным бензином. На дизельных моторах, ввиду их технических отличий, она может варьироваться от 14 до 18 единиц.

В бензиновые двигатели с увеличенной до 12 единиц степенью сжатия нельзя лить ничего, кроме АИ-98 Премиум. Очевидно, что это существенно удорожает расходы на топливо.

На что она влияет

ССД непосредственно определяет объём работы, произведённой ДВС. Чем изначально выше рассчитана степень сжатия, тем продуктивнее будет воспламенение. Пропорционально увеличится и отдача мотора. Вспомним, как разработчики в 90-е годы старались повышать этот показатель, полностью не модернизируя двигатель.  Таким способом они конкурировали между собой, делая агрегаты мощнее, и не затрачивая при этом много средств. Но что самое интересное — моторы в этом случае не потребляли больше горючего, а даже становились экономнее.

Однако всему есть предел, и как было сказано выше, чересчур высокий коэффициент приводит к снижению ресурса ДВС. Почему это происходит? Дело в том, что при значительном сжатии топливная смесь начинает самопроизвольно детонировать, взрываться. Особенно это затрагивает агрегаты на бензине, поэтому здесь данный коэффициент имеет строгое ограничение.

Помните, что применение низкооктанового топлива становится причиной детонации на агрегатах с повышенной ССД.

И наоборот, высокооктановое горючее может не позволять двигателю полностью раскрываться, если будет использовано в агрегатах с низким коэффициентом сжатия. По этой причине оба параметра должны соответствовать. Подробнее в таблице ниже.

Отличие степени сжатия от компрессии

Степень сжатия двигателя не является компрессией. Они полностью различаются, хотя многие их путают. Коэффициент, о котором идёт речь в статье, не раскрывает значение оптимального давления ТВС перед возгоранием. Измеряется ССД лишь относительно, в соотношении к единице объёма камеры.

Под компрессией принято понимать предельное значение сжатия, образуемого в камере сгорания, на конечном этапе давления горючей смеси. Данная величина априори не может быть относительной, поэтому её измеряют в абсолютных значениях — атм, кг/см2, бар.

Степень сжатия и компрессия неразрывно связаны, но не идентичны. Показатель компрессии зависит не только от сжатия. На него оказывает влияние температура ДВС, наличие зазоров в приводных клапанах, состав топлива и многое другое.

Расчет коэффициента сжатия

Ввиду того, что желательно увеличивать степень сжатия до определённого значения, необходимо уметь рассчитывать этот показатель. К тому же это даст возможность избежать детонационных моментов, разрушающих силовой агрегат изнутри в процессе форсирования.

Таким образом, необходимость в измерении этого показателя требуется в таких случаях, как:

  • форсировка мотора;
  • подгонка под топливо с другим АИ или для метанового топлива с октановым числом 120;
  • послеремонтная корректировка.

Турбированные моторы

На турбомоторах расчёт коэффициента сжатия отличается. Это объясняется наличием наддува воздуха. Поэтому в этом случае величину, полученную в ходе вычислений, умножают на показатель турбокомпрессора.

Кроме того, при вычислении степени сжатия турбированных моторов учитывается не только давление наддува, но и показатель эффективного сжатия, климатические изменения и многое другое.

В данном случае процесс значительно усложняется по сравнению с измерениями на атмосферном двигателе.

Пример подсчета

Вот как выглядит общепринятая расчётная формула для автомобильного ДВС: «ССД = (РО+ОКС)/ОКС». Степень сжатия здесь отмечена как «ССД», рабочий объём цилиндра — «РО», а объём камеры сгорания — «ОКС».

Для расчёта «РО» нужно в первую очередь разложить единый объём двигателя или литраж на количество используемых цилиндров. К примеру, литраж мотора «четвёрки» — 1997 см3. Для определения ёмкости одного цилиндра, надо 1997 разделить на 4. Получится около 499 см3.

Для вычисления параметра «ОКС» специалисты пользуются проградуированной в см3 трубкой или пипеткой. Под камерой подразумевается место, где непосредственно происходит возгорание горючего. Камеру заправляют, а затем измеряют объём с помощью жидкостной бюретки. Если нет градуированной трубочки, можно жидкость выкачать с помощью шприца, а затем измерить в мерной посуде или на весах. В этом случае желательно для расчёта использовать не бензин или солярку, а чистую воду, так как её удельный вес более соотносим к объёму в см3.

Внимание! Для точного измерения «ОКС» дополнительно приплюсовывается объём толщины прокладки ГБЦ, учитывается форма днища поршней и другие особенности. Поэтому расчёт этой величины рекомендуется доверить специалистам.

Как увеличить степень сжатия двигателя

Если необходимо увеличить данный показатель, используют несколько способов:

  • расточка блока и установка поршней с большим диаметром;
  • уменьшение объёма камеры сгорания путём удаления слоя металла в месте соединения ГБЦ.

Нельзя забывать, что в некоторых случаях потребуется инсталляция модернизированных поршней. Это делается, чтобы исключить такое нежелательное последствие, как встреча поршней с клапанами. В частности, на элементах увеличивают выемки клапанов. Также в обязательном порядке корректируются заново фазы газораспределения.

Интересно, что лучше всех раскрыли потенциал степени сжатия ДВС японские производители. В то время как европейские автокомпании пошли путём усовершенствования гибридных моторов, японцам удалось увеличить ССД до 14 единиц и на бензиновых силовых агрегатах, применив изменяемую величину. Но как это возможно без детонационных моментов? Всё оказалось просто. Оказывается, нужно охладить камеру, где происходит возгорание. Тогда можно будет без опасения сжимать смесь. И вовсе не обязательно для этого использовать прохладный воздух: достаточно модернизировать систему выпуска.

Приём, давно известный ещё по гоночным движкам. Выпускные каналы меняются согласно схеме 4-2-1. Порции выхлопных газов здесь не мешаются, поочерёдно вылетают в трубу. Благодаря такой чёткой системе выхлопа, улучшается продувка цилиндров, где остаётся меньше горячих газов.

Секрет японской формулы, согласно которой можно без опаски сжимать горючую смесь, имеет строго математическое соотношение. Так, если процент выхлопа снизить в 2 раза, ССД можно поднимать на 3 единицы, но не больше. Если же при этом ещё и охлаждать воздух, поступающий в цилиндры, можно приплюсовать ещё одну единицу.

Однако для реализации данного метода нужно будет еще модернизировать газообмен, раскошелившись на фазовращатели обоих распредвалов. Вдобавок потребуется доработать некоторые моменты. К примеру, изменить длину поршневого хода посредством компьютерного вмешательства.

Применяется система изменяемого коэффициента на многих японских движках, например, для Inflniti. Способность автоматически менять этот показатель сжатия в зависимости от нагрузки позволяет значительно повышать КПД мотора, особенно турбированного. Каждая порция смеси сгорает при оптимальном на данный момент работы сжатии. Так, если нагрузки на мотор незначительные и смесь обеднённая, включается максимальное сжатие. И наоборот, в нагруженном режиме задействуется минимальная степень, так как бензина впрыскивается много и возможна детонация.

Таким образом, передовая система изменения ССД позволяет вдвое уменьшать литраж мотора, сохраняя при этом мощность и динамические характеристики.

Курс на увеличение степени сжатия двигателя наблюдался и в середине 20 века в США. Основная масса американских двигателей, выпущенных в 70-е годы, находилась в пределах 11-13 единиц. Но работали они только на очень качественном, высокооктановом топливе, получаемом путём этилирования. После того как этилирование запретили, в серийных образцах ДВС наблюдалось снижение показателя сжатия.

Важно знать, что прирост мощности будет наиболее заметен на двигателях, штатно работающих на низкой степени сжатия. Например, моторы с показателем 8 единиц, доведённые до 10, выдадут больше мощности, чем агрегаты со стоковым параметром 11 единиц, форсированные до 12.

Дефорсирование ДВС: для чего нужно и как осуществить

Иногда бывает необходимо уменьшить показатель сжатия. В этом случае устанавливается дополнительная металлическая прокладка ГБЦ. Можно использовать две прокладки вместо одной, тем самым утолщая промежуток — объём камеры растёт за счёт высоты головки блока. Более сложный способ подразумевает укорочение поршня — удаление верхнего слоя на токарном станке.

Дефорсирование двигателя, как правило, процедура вынужденная. В том числе это делается для снижения налоговых выплат или в целях увеличения ресурса агрегата. Как известно, моторы с низкой степенью сжатия дольше работают, меньше подвержены износу. Однако любой такой процесс усложняется законом, чтобы недобросовестные владельцы искусственно не занижали технические данные.

Что касается снижения показателя сжатия на турбированных моторах, то здесь потребуется модернизация системы электрики с датчиками, всей поршневой группы и форсунок, если это дизельный агрегат.

В отдельных случаях дефорсированию предпочитают свап, когда менее мощный контрактный мотор устанавливают вместо штатного.

Таблица: зависимость степени сжатия от октанового числа

Степень сжатия Октановое число
5,5-7 АИ 66-72
7-7,5 АИ 72-76
7,5-8,5 АИ 76-85
10 АИ 92
10,5-12,5 АИ 95
12-14,5 АИ 98

Таблица: популярные двигатели и показатель сжатия

Двигатели Степень сжатия
BMW M54B30 10,2
  Mercedes-Benz M112 E32 3. 2 л  10
  Ford-Mazda 2,0 л Duratec HE/MZR LF  10,8
  Infiniti VQ37VHR (Nissan) 3.7 л  11.0
  Mitsubishi 4М41  17.0
  Audi 3.6 FSI  12.0
ЗМЗ 406 2.3 л. 8-9,3

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

Важность степеней сжатия и способы их измерения

Команды NHRA Top Fuel и Funny car заменяют их после каждого прохода в гонке и каждого второго квалификационного прохода. Команды Pro Stock меняют их примерно через каждые 40 проходов, а воины выходного дня меняют их каждые 12–18 месяцев, и раньше, если их двигатели работают с закисью азота. При замене поршней обычно возникают вопросы по изменению характеристик, особенно по степени сжатия.

Рон Бобьен из Diamond Piston объясняет: «Степень сжатия двигателя рассчитывается путем деления общего рабочего объема (с поршнем в нижней мертвой точке) на общий сжатый объем (с поршнем в верхней мертвой точке). Например, если общий рабочий объем 632-кубового автомобиля Chevrolet с большим блоком составляет 1380,34 см3 (куб.cc степень сжатия будет указана как 15,92:1».

Чтобы найти общую рабочую площадь двигателя в кубических дюймах, можно применить следующую формулу: 0,7854 x диаметр отверстия x диаметр отверстия x длина хода x количество цилиндров. Чтобы перевести кубические дюймы в кубические сантиметры, умножьте их на 16,39. Использование бюретки является лучшим методом измерения сжатого объема (объем камеры плюс объем поршня).

Коэффициенты сжатия часто определяются сводом правил. Также КПД двигателя является решающим элементом в их составе. Более высокие коэффициенты сжатия не всегда лучше всего рассчитаны на успех. Когда вы чрезмерно сжимаете цилиндр, вы вызываете «потерю накачки» — для сжатия содержимого цилиндра требуется лошадиная сила.

Кит Уилсон из Wilson Manifolds, который на протяжении тридцати лет отличился среди ведущих гоночных команд в достижении лучшего распределения воздуха и топлива и наполнения цилиндров, комментирует: «Эффективное наполнение цилиндров позволяет нам сохранять днища поршней как можно более плоскими — мы попробуй не стрелять нашим огнем за бугор! «Кроме того, — говорит специалист по индукции из Форт-Лодердейла, — когда вы исследуете впускной канал собранного двигателя с отрегулированными клапанами, градуировкой кулачков и т. д. и видите, что впускной клапан приоткрыт, необходимо, чтобы смесь вытекала и обтекала его. клапан быстро в цилиндр в те ранние моменты подъема клапана. Поступающей воздушной смеси не должна мешать неуклюжая форма поршня. Любое обременение повредит способности двигателя производить мощность».

Кроме того, чрезмерно усердствовать с опережением зажигания тоже не всегда рекомендуется. Как утверждает Чак Лоуренс из Jon Kaase Racing Engines, «более раннее включение зажигания заставляет двигатель работать тяжелее, поскольку поршень поднимается в такте сжатия, и ему приходится преодолевать преждевременные направленные вниз силы расширяющихся газов».

Точный расчет степени сжатия важен по крайней мере по трем причинам. «Во-первых, — говорит Боб Фокс, глава Diamond, — часто требуются поршни с более высокой степенью сжатия, чем это физически возможно обеспечить. Во-вторых, некоторые санкционирующие органы устанавливают строгие ограничения на коэффициенты сжатия, и если они не рассчитаны точно, гонщик может либо растратить мощность, которую он мог законно генерировать, либо невольно быть уличенным в жульничестве. В-третьих, если гоночный двигатель спроектирован в соответствии со строгими спецификациями, включая работу на конкретном гоночном топливе, то правильно рассчитать степень сжатия стоит».

Тем не менее, когда производители или поставщики поршней запрашивают информацию, необходимую для того, чтобы их поршни соответствовали правильным спецификациям, важные данные неизменно опускаются. Неспособность заполнить специальную форму информации о поршне, как правило, является самой большой трудностью, с которой они сталкиваются. И почему эта утомительная проблема повторяется с такой быстротой? Трудно сказать, так как это может привести к неприятным последствиям для гонщика. Однако известно, что две главные проблемы связаны с высотой палубы блоков и объемом камеры.

Объем камеры измеряется путем переворачивания головки блока цилиндров на верстаке (в комплекте с двумя клапанами и установленной свечой зажигания), помещения в нее куска толстого акрилового пластика (с отверстием диаметром 1/4 дюйма или 3/8 дюйма) над камерой сгорания, наполнив 100-миллилитровую бюретку, градуированную в кубических сантиметрах, окрашенной жидкостью и перекачав эту жидкость в камеру сгорания. Этот процесс измерения дублируется для определения объема поршня.

Высота платформы блока цилиндров измеряется от осевой линии коленчатого вала до платформы блока цилиндров, обычно с помощью штангенциркуля. Знание точной высоты деки блока имеет решающее значение, поскольку она используется для проверки четырех важных измерений: половины размера хода, длины штока, высоты сжатия и расстояния между поршнем и декой.

Расстояние между поршнем и декой — это расстояние от плоскости поршня до поверхности деки. Должно ли оно располагаться на нуле (заподлицо с поверхностью деки блока) или располагаться немного ниже отверстия? Большинство производителей двигателей требуют, чтобы расстояние от поршня до платформы составляло 0,005 дюйма или 0,010 дюйма по каналу ствола. Этот небольшой фактор выдумки дает им возможность снять с колоды колоды позже, если это необходимо.

Компрессионная высота поршня, также называемая компрессионным расстоянием, измеряется от осевой линии поршневого пальца до лыски на верхней части поршня. Как только эти размеры будут установлены точно, поршень будет расположен на точной высоте в цилиндре, и степень сжатия будет точно такой, как требуется.

Однако, когда некоторые из этих жизненно важных измерений опущены — возможно, пробелы оставлены пустыми или в них есть слово Stock — обычно следует горе.

Предположим, что желаемая степень сжатия гонщика составляет 11,9:1, а высота колоды блоков принята за стандартную. Далее предположим 10.720? представляет акции. Но когда-то в прошлом, неизвестном нынешнему владельцу, блок посетил механический цех, где палубы были «зачищены», а высота на самом деле 10.700? а не 10.720?. В результате .020? разница в расстоянии сжатия приведет к тому, что поршень окажется выше в отверстии, что приведет к гораздо более высокой и нежелательной степени сжатия около 12,5: 1.

Опытные производители поршней, имеющие опыт работы с различными категориями гоночных двигателей, скажут вам, что компрессия — очень интригующая тема, и что иметь больше поршней не всегда выгодно. «Когда преобладают лучшие конструкции головок цилиндров и впускных коллекторов, — говорит Боб Фокс, — требуется меньшее сжатие, потому что они обеспечивают лучшее заполнение цилиндров. Следовательно, он сжимает больше воздуха в данной области. Но если головка блока цилиндров и система впуска менее эффективны, требуется большее сжатие, потому что в цилиндре меньше воздуха».

Тогда возникает вопрос, сколько воздуха мы всасываем в цилиндр? А пока, вот как предоставить Diamond и другим производителям поршней жизненно важную информацию, которая часто отсутствует в форме заказа поршня.

Источники:

Diamond Pistons

23003 Diamond Drive,

Clinton Township, MI 48035

Toll Бесплатный (877) 552-2112

www.DiamondRacing.net

 

Джон Каас Гоночные двигатели, Inc.

735 West Winder Ind. Parkway,

Winder, GA 30680

(770) 307-0241

www.JonKaaseRacingEngines.com

  90 003

Коллекторы Wilson

4700 Н.В. 11th Avenue,

Окленд Парк,

Флорида 33334

(954) 771-6216

www.WilsonManifolds.com

 

900 36 Ernie Elliott Inc

2367 Elliott Family Parkway 3,

Доусонвилл,

GA 30534

(706) 265-1346

 

 

Теги: Технические примечания