Уменьшение и увеличение степени сжатия двигателя автомобиля
Кто-то хочет больше мощности и задумывается над увеличением степени сжатия. Другие, желают дефорсировать мотор и уменьшают её. Поговорим про уменьшение и увеличение степени сжатия, зачем это делают.
Увеличение степени сжатия
Увеличение степени сжатия является одной из основных методик поднятия мощности. Тем самым можно получить больше отдачи с того же объема двигателя. Одним словом мощность повысится, а расход останется на прежнем уровне. Возникает вопрос, а почему с завода не поднимают степень сжатия до максимально возможного уровня?
Дело в характеристиках бензина не позволяющим поднимать степень сжатия больше определенного уровня, без образования детонации. Если значительно повысим степень сжатия, то мощность повысится, но придется заправляться более высокооктановым топливом. С другой стороны, двигатель теперь работает более эффективно и на той мощности на которой вы ездили раньше, он будет потреблять меньше топлива и разность в цене будет несущественна.
2 способа увеличить степень сжатия
Установка более тонкой прокладки двигателя
При таком варианте, клапана могут столкнуться с поршнями и нужно все тщательно рассчитывать. Как вариант — установка новых поршней с более глубокими выемками под клапана. Также изменятся фазы газораспределения и нужно будет их заново настраивать.
Растачивание цилиндров
Такая процедура требует замены поршней, но этот метод увеличивает рабочий объем двигателя и одновременно повышает степень сжатия, т.к. камера сгорания остается прежней, но объем цилиндра увеличивается. Отношение объема возросшего цилиндра к прежнему объему камеры сгорания покажет большую величину степени сжатия.
Прибавка мощности за счет степени сжатия тем выше, чем под более низкую степень сжатия изначально настроен двигатель. Простыми словами, повышение мощности более эффективно при поднятии степени сжатия с 8 до 9, чем с 13 до 14.
Уменьшение степени сжатия
Для чего уменьшают степень сжатия мотора? Если при увеличении добивались повышения мощности, то тут ситуация противоположная.
Так, в старые времена поступали владельцы «Жигулей» и «Москвичей», когда переводили машины с дорогого 92-ого бензина на более дешевый и доступный 76-ой. Для этих целей используется аналогичный способ, только придется увеличить высоту прокладки под головку двигателя. Берем две обычные прокладки и между ними вставляем алюминиевую нужной толщины. Такой набор в народе получил название «бутерброд». Прокладки, если нужно, вырезались самостоятельно в гараже с помощью подручных средств.
Минус — рос расход топлива и уменьшалась мощность мотора.
Также для уменьшения степени сжатия многие умельцы снимали металл с днища поршня и головки цилиндров. Если нужно было краткосрочное решение, то автолюбители крутили трамблёр в направлении внращения ротора, при этом сделав зажигание более «поздним». Постоянно так ездить не рекомендовалось — может обернуться капремонтом мотора.
Что будет
Если на современной иномарке уменьшить степень сжатия до 8, то ее динамика будет как у Лады «копейки». Многие моторы можно заправлять 92-ым бензином вместо 95-ого и у многих даже детонации не случается. Когда машина на гарантии, то не стал бы экономить. Ведь на 95-ом бензине расход топлива меньше, чем на 92-ом и при чуть высшей цене — общая стоимость на бензин выходит равной. Что было проверено на практике.
Другое дело, производитель указывает ездить на более высокооктановом бензине из-за норм экологичности. Если в новую машину заправить более дешевый бензин — может выйти из строя катализатор, т.к. 92-ый бензин имеет меньшую температуру горения. Плюс могут засориться форсунки.
По поводу детонации. Делать переделку мотора, чтобы заправлять 92 вместо 95 бензина — глупо.
Чтобы сознательно уменьшать степень сжатия нужны более веские причины, например так поступают при установке турбокомпрессора на двигатель, чтобы избавиться от детонации.
После вышеописанной процедуры уменьшиться степень сжатия за счет увеличения камеры сгорания двигателя и можно заливать дешевый бензин. Не рекомендуем делать эту операцию на современном авто, оборудованным большим количеством электроники, во избежание неприятностей.
Изменение степени сжатия и степень сжатия турбо двигателя
После того как мы определились со степенью сжатия перед нами стоит вопрос как правильно добиться нужной нам степени сжатия. Для начала нужно рассчитать на сколько необходимо увеличить камеру сгорания. Это не сложно. Формула для вычисления степени сжатия имеет следующий вид:
Где Ɛ— степень сжатия
VP — рабочий объём
VB — объём камеры сгорания
Преобразовав уравнение можно получить формулу для вычисления камеры сгорания при известной степени сжатия.
VB=VP1/Ɛ
Где VP1 — объём одного цилиндра
По этой формуле вычисляем объём имеющейся камеры сгорания и вычитаем из него объём желаемой (вычисленный по той же формуле), полученная разница и есть интересующее на значение на которое и нужно увеличить камеру сгорания.
Существуют разнообразнве способы увеличения камеры сгорания но далеко не все из них верные. Камера сгорания современного автомобиля спроектирована таким образом, что при достижении поршнем ВМТ топливо воздушная смесь вытесняется к центру камеры сгорания. Это пожалуй самая действенная разработка препятствующая детонации.
Самостоятельная доработка камеры в ГБЦ под силу далеко не многим. Это обусловлено тем, что вопервых вы можите нарушить спроектированную форму камеры, так же при доработке могут «вскрыться» стенки т.к. не известна их толщина. Так же не рекомендуется «расжимать мотор» толстыми прокладками т.к. Это нарушит процессы вытеснения в камере сгорания.
Наиболее простым и правельным способом считается установка новых поршней в которых задан необходимый объём камеры. Для турбо-двигателя сферическая форма считается наиболее эффективной. Лучше использовать для этих целей специально разработанные и изготовленные поршни. Возможен вариант самостоятельной доработки стоковых поршней. Но сдесь нужно учесть что толщина дна поршня не должна быть меньше 6% от диаметра.
Одной из самых важных и пожалуй самой сложной задачей при проектировании турбодвигателя является принятие решения о степени сжатия. Этот параметр влияет на большое количество факторов в общей характеристике автомобиля. Мощность, экономичность, приёмистость, детонационная стойкость (параметр от которого сильно зависит эксплуатационная надёжность двигателя в целом), все эти факторы в значительной степени определяются степенью сжатия. Также это влияет на расход топлива и состав отработавших газов. В теории, степень сжатия для турбо-мотора рассчитать не составляет большого труда.
Сначала разберём понятие «Сжатие» или «Геометрическая степень сжатия». Оно представляет собой отношение полного объёма цилиндра (рабочий объём плюс пространство сжатия, остающееся над поршнем при положении в верхней мёртвой точки (ВМТ)), к чистому пространству сжатия. Формула имеет следующий вид: Ɛ=(VP+VB)/VB
Где Ɛ— степень сжатия
VB — объём камеры сгорания
Не нужно забывать о существенных расхождениях между геометрической и фактической степенью сжатия даже на атмосферных моторах. В турбодвигателях к этим же процессам добавляется и предварительно сжатая компрессором смесь. На сколько фактически от этого увеличиться степень сжатия, видно из следующей формулы:
Ɛeff=Egeom*k√(PL/PO)
Где Ɛeff — эффективное сжатие
Ɛgeom — геометрическая степень сжатия
Ɛ=(VP+VB)/VB, PL — Давление наддува (абсолютное значение),
PO — давление окружающей среды,
k — адиабатическая экспонента (числовое значение 1,4)
Эта упрощённая формула будет справедлива при условии, что температура в конце процесса сжатия для двигателей с наддувом и без наддува достигает одинакового значения.
Иными словами, чем выше давление наддува, тем меньше возможное геометрическое сжатие. Итак, согласно нашей формуле для атмосферного двигателя со степенью сжатия 10:1 при давлении наддува 0.3 бара степень сжатия следует уменьшить до 8.3:1, при давлении 0.8 бара до 6.6:1. Но, слава богу, это теория. Все современные двигатели с турбонаддувом работают не с такими через мерно низкими значениями. Правильная степень сжатия для работы определяется сложными термодинамическими вычислениями и всесторонними испытаниями. Всё это из области высоких технологий и сложных расчётов, но много тюнинговых моторов собрано на основе некоторого опыта, как собственного, так и взятого за пример, от известных автомобильных производителей. Эти правила будут справедливы в большинстве случаев.
Есть несколько важных факторов влияющих на расчёт степени сжатия и их нужно принимать во внимание при проектировании. Я перечислю наиболее важные. Конечно, это желаемый наддув, октановое число топлива, форма камеры сгорания, эффективность промежуточного охладителя, и, безусловно те мероприятия которые вы в состоянии провести по снижению температурной напряжённости в камере сгорания.
передовых стратегий сжигания | Министерство энергетики
Офис автомобильных технологий
URL видео
Слева видео в реальном времени сгорания обычного дизельного топлива. Топливная форсунка впрыскивает 8 струй жидкого топлива в камеру сгорания. Компрессионный нагрев воспламеняет топливо, создавая пламя.
Сажа образуется в виде струй, которые светятся красным, оранжевым и желтым цветом.
DOE
Управление транспортных технологий (VTO) финансирует исследования, направленные на углубление понимания процессов сгорания в двигателе и того, как образуются выбросы в цилиндрах двигателя, а также того, как сгорание и выбросы зависят от таких факторов, как характеристики распыления топлива, воздух в цилиндрах движения и вид топлива. Это более глубокое понимание поможет исследователям разработать более эффективные стратегии передовых двигателей внутреннего сгорания, такие как низкотемпературное сгорание, сгорание разбавленного (обедненного) бензина и чистое сгорание дизельного топлива, которые обеспечивают очень низкий уровень выбросов оксидов азота (NOx) и твердых частиц ( ВЕЧЕРА).
Исследования сосредоточены на трех основных стратегиях сжигания топлива:
- Низкотемпературное сгорание
- Сжигание разбавленного (или обедненного) бензина
- Сжигание чистого дизельного топлива отраслевая тенденция к уменьшению размера двигателя и увеличению его мощности для повышения экономии топлива автомобиля.
Кроме того, он также поддерживает исследования материалов, которые могут выдерживать высокие рабочие температуры и давления, необходимые для извлечения выгоды из потенциальных преимуществ этих двигателей.Низкотемпературное сгорание
Низкотемпературное сгорание (LTC) представляет собой беспламенное ступенчатое сжигание топлива (бензина, дизельного топлива или биотоплива) в камере сгорания двигателя при более низких температурах, чем при сгорании в обычном двигателе. Исследования показывают, что LTC может повысить эффективность на 20% по сравнению с существующими дизельными двигателями. Беспламенное сгорание при более низкой температуре является результатом сжатия топливно-воздушной смеси, разбавленной либо избыточным воздухом, либо рециркулирующими выхлопными газами. Этот процесс повышает плотность и температуру разбавленной смеси и вызывает ее автогинит (процесс, известный как воспламенение от сжатия).
В процессе LTC двигатель сжимает разбавленную топливно-воздушную смесь, повышая ее плотность и температуру.
Этот процесс, известный как воспламенение от сжатия, вызывает самовоспламенение топливно-воздушной смеси. Чтобы разбавить топливно-воздушную смесь, чтобы в ней было меньше топлива, чем при обычном сгорании, двигатель использует либо избыточный всасываемый воздух, либо рециркулирующий выхлопной газ.Ступенчатое горение — другой ключевой элемент LTC — достигается за счет контроля времени самовоспламенения и скорости выделения тепла. Этот процесс направлен на устранение чрезмерных скоростей сгорания, которые могут вызвать шум двигателя и повреждение конструкции, особенно при более высоких нагрузках.
VTO исследует ряд форм LTC, включая воспламенение от сжатия с однородным зарядом (HCCI), воспламенение от сжатия с предварительно смешанным зарядом (PCCI) и воспламенение от сжатия с регулируемой реактивностью (RCCI).
LTC предлагает ряд преимуществ по сравнению с современными двигателями:
- Топливно-воздушная смесь и свойства продуктов сгорания делают двигатель более эффективным, чем обычные двигатели внутреннего сгорания.
- Благодаря более низкой температуре сгорания двигатель теряет меньше энергии через стенки цилиндров в окружающую среду. Часть этой уменьшенной потери энергии позволяет цилиндру поддерживать более высокое давление в течение более длительного периода времени, позволяя двигателю выполнять больше работы. Часть энергии проявляется в виде более высокой энергии выхлопных газов, которую частично может улавливать турбонаддув.
- LTC на основе бензина не требует дросселирования всасываемого воздуха для регулирования нагрузки, что является основной причиной неэффективности современных бензиновых двигателей с искровым зажиганием.
- LTC не ограничен «детонацией» (взрывное, неконтролируемое сгорание), как бензиновые двигатели с искровым зажиганием. В результате LTC позволяет бензиновым двигателям иметь высокую степень сжатия, аналогичную дизелям, увеличивая их топливную экономичность.
- LTC может достичь сверхнизких выбросов выхлопных газов, что может значительно снизить требования к последующей обработке, затраты и штрафы за экономию топлива.
В 2019 ФГ было продемонстрировано снижение расхода топлива автомобиля на 19,4% (по сравнению с базовым уровнем 2015 модельного года) благодаря стратегии сжигания, в которой используется LTC. Подробности этой оценки можно найти здесь.
ВТО поддерживает работу по решению ряда критических проблем, связанных с развитием низкотемпературного горения, таких как:
- Сложность управления началом горения из-за отсутствия искры или впрыска топлива
- Расширение ассортимента нагрузок двигателя
- Управление скоростью выделения тепла
- Уменьшение отсутствия контроля во время переходных процессов, таких как изменение нагрузки и ускорение
- Снижение потенциально более высоких выбросов углеводородов (HC) и монооксида углерода (CO)
- Понимание того, может ли LTC быть более эффективным в сочетании с топливом, характеристики которого отличаются от характеристик бензина и дизельного топлива
Вернуться к началу
Сжигание разбавленного (или обедненного) бензина
) смеси топлива и воздуха.
В этом процессе двигатель разбавляет топливо либо большим количеством воздуха, чем требуется для его сжигания (избыток всасываемого воздуха), либо рециркулирующими выхлопными газами. Исследование Управления транспортных технологий (VTO) сосредоточено на версии без предварительного смешения (расслоения), поскольку она предлагает самый высокий потенциал для повышения эффективности. Эти двигатели могут работать на существующем бензине и смесях бензин/этанол и в первую очередь предназначены для автомобилей и легких грузовиков. Эта технология сгорания может обеспечить улучшение экономии топлива до 35% по сравнению с 2009 годом.базовый бензиновый автомобиль.В послойном варианте процесса топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр. Он рассчитан таким образом, чтобы во время искры возле свечи зажигания образовывалась должным образом расслоенная горючая топливно-воздушная смесь.
Сгорание разбавленного бензина приводит к улучшению экономии топлива, потому что:
- Двигатель использует количество впрыскиваемого топлива для управления нагрузкой, а не ограничивает поток всасываемого воздуха (дросселирование) для его управления. Большинство бензиновых автомобилей на дорогах имеют бензиновые двигатели с впрыском топлива в порт (PFI), которые используют дросселирование, что гораздо менее эффективно.
- При частичной нагрузке продукты сгорания позволяют двигателю выполнять работу более эффективно по сравнению с обычными двигателями.
- Двигатель имеет более низкую температуру продуктов сгорания при частичных нагрузках, чем обычный двигатель, и в результате теряет меньше тепла.
VTO поддерживает работу по решению важнейших задач, включая:
- Определение наиболее эффективных стратегий смешивания топлива с воздухом, которые связаны с проблемами конфигурации портов, характеристиками распыления топлива и характеристиками смешивания
- Инициирование воспламенения и распространение пламени в расслоенных смесях
- Решение проблем со стохастическими пропусками зажигания и детонацией (взрывное, неконтролируемое сгорание)
- Сокращение выбросов, отличных от тех, которые происходят с обычными (PFI) двигателями
Вернуться к началу
Чистое сгорание дизельного топлива
При чистом сгорании дизельного топлива процесс сжигания очень похож на процесс сжигания обычного дизельного топлива.
При обычном дизельном сгорании (также известном как диффузионное сгорание) скорость, с которой топливная струя смешивается с воздухом внутри цилиндра, прежде чем она достигнет пламени, определяет скорость, с которой топливо и воздух сгорают в пламени. При чистом сгорании дизельного топлива перед пламенем происходит большее смешивание топлива с воздухом. Это обеспечивает более чистое сгорание с меньшим образованием сажи, а также сохраняет или улучшает высокую эффективность дизельных двигателей. Добавление рециркулирующих выхлопных газов к потоку всасываемого воздуха разбавляет топливно-воздушную смесь, что приводит к снижению температуры сгорания и уменьшению образования NOx. Поскольку внутри цилиндра образуется меньше выбросов, чистые дизельные двигатели не должны так сильно полагаться на технологии последующей обработки для дальнейшего снижения выбросов.Управление автомобильных технологий (VTO) поддерживает исследования, направленные на дальнейшее улучшение чистого сгорания дизельного топлива и обеспечение его конкурентоспособности по стоимости для всех легковых и коммерческих автомобилей.
Это требует продвижения современных технологий, таких как компьютерное управление, многоимпульсный впрыск топлива, впрыск топлива под высоким давлением, использование рециркуляции выхлопных газов и управление потоками газа в цилиндрах.Исследования VTO по экологически чистым дизельным двигателям внутреннего сгорания для легковых и грузовых автомобилей направлены на решение важнейших задач, в том числе:
- Контроль количества и температуры отработавших газов, используемых для рециркуляции отработавших газов, для минимизации выбросов
- Улучшение топливных форсунок, давления впрыска и контроль над распылением топлива и типами распыления при впрыске под высоким давлением и многоимпульсном впрыске
- Улучшение горения с поднятым пламенем, когда пламя, отрывающееся от топливной форсунки, стабилизируется ниже по потоку от топливной струи. Чистые дизельные двигатели должны обеспечивать самовоспламенение обедненной топливом смеси непосредственно перед пламенем.
- Улучшение впрыска дожигания для снижения выбросов как в цилиндрах, так и за счет доочистки
SCIRP Открытый доступ
Издательство научных исследований
Журналы от A до Z
Журналы по темам
- Биомедицинские и биологические науки.
- Бизнес и экономика
- Химия и материаловедение.
- Информатика. и общ.
- Науки о Земле и окружающей среде.
- Машиностроение
- Медицина и здравоохранение
- Физика и математика
- Социальные науки. и гуманитарные науки
Журналы по тематике
- Биомедицина и науки о жизни
- Бизнес и экономика
- Химия и материаловедение
- Информатика и связь
- Науки о Земле и окружающей среде
- Машиностроение
- Медицина и здравоохранение
- Физика и математика
- Социальные и гуманитарные науки
Публикация у нас
- Подача статьи
- Информация для авторов
- Ресурсы для экспертной оценки
- Открытые специальные выпуски
- Заявление об открытом доступе
- Часто задаваемые вопросы
Публикуйте у нас
- Представление статьи
- Информация для авторов
- Ресурсы для экспертной оценки
- Открытые специальные выпуски
- Заявление об открытом доступе
- Часто задаваемые вопросы
Подпишитесь на SCIRP
Свяжитесь с нами
клиент@scirp. org+86 18163351462 (WhatsApp) 1655362766 Публикация бумаги WeChat Недавно опубликованные статьи Недавно опубликованные статьи Подпишитесь на SCIRP
Свяжитесь с нами
клиент@scirp. Наверх - Топливно-воздушная смесь и свойства продуктов сгорания делают двигатель более эффективным, чем обычные двигатели внутреннего сгорания.
Кроме того, он также поддерживает исследования материалов, которые могут выдерживать высокие рабочие температуры и давления, необходимые для извлечения выгоды из потенциальных преимуществ этих двигателей.
Этот процесс, известный как воспламенение от сжатия, вызывает самовоспламенение топливно-воздушной смеси. Чтобы разбавить топливно-воздушную смесь, чтобы в ней было меньше топлива, чем при обычном сгорании, двигатель использует либо избыточный всасываемый воздух, либо рециркулирующий выхлопной газ.
В этом процессе двигатель разбавляет топливо либо большим количеством воздуха, чем требуется для его сжигания (избыток всасываемого воздуха), либо рециркулирующими выхлопными газами. Исследование Управления транспортных технологий (VTO) сосредоточено на версии без предварительного смешения (расслоения), поскольку она предлагает самый высокий потенциал для повышения эффективности. Эти двигатели могут работать на существующем бензине и смесях бензин/этанол и в первую очередь предназначены для автомобилей и легких грузовиков. Эта технология сгорания может обеспечить улучшение экономии топлива до 35% по сравнению с 2009 годом.базовый бензиновый автомобиль.
Большинство бензиновых автомобилей на дорогах имеют бензиновые двигатели с впрыском топлива в порт (PFI), которые используют дросселирование, что гораздо менее эффективно.
При обычном дизельном сгорании (также известном как диффузионное сгорание) скорость, с которой топливная струя смешивается с воздухом внутри цилиндра, прежде чем она достигнет пламени, определяет скорость, с которой топливо и воздух сгорают в пламени. При чистом сгорании дизельного топлива перед пламенем происходит большее смешивание топлива с воздухом. Это обеспечивает более чистое сгорание с меньшим образованием сажи, а также сохраняет или улучшает высокую эффективность дизельных двигателей. Добавление рециркулирующих выхлопных газов к потоку всасываемого воздуха разбавляет топливно-воздушную смесь, что приводит к снижению температуры сгорания и уменьшению образования NOx. Поскольку внутри цилиндра образуется меньше выбросов, чистые дизельные двигатели не должны так сильно полагаться на технологии последующей обработки для дальнейшего снижения выбросов.
Это требует продвижения современных технологий, таких как компьютерное управление, многоимпульсный впрыск топлива, впрыск топлива под высоким давлением, использование рециркуляции выхлопных газов и управление потоками газа в цилиндрах.
org