Мощнее, экономичнее, безвреднее – Наука – Коммерсантъ
Последние 20 лет в автомобилестроении идет перманентная революция. Она распространяется на все детали — от колес до омывателя стекол. Но главное движение мысли инженеров направлено на двигатель внутреннего сгорания (ДВС).
Речь пойдет о ДВС с переменной степенью сжатия. Сейчас существует один серийный автомобиль с подобной технологией — Infiniti QX50. Но и в России существует разработка, способная потягаться с японской. Российский ДВС с переменной степенью сжатия создали инженеры Научно-исследовательского автомобильного и автомоторного института, или, говоря бюрократическим языком, ГНЦ РФ ФГУП НАМИ. (Кстати, именно эта организация делает автомобили марки Aurus.) ДВС с переменной степенью сжатия НАМИ представил на конференции в Германии зимой 2019 года.
Степенью сжатия называется отношение поршня, находящегося в нижней точке, к поршню, находящемуся в верхней точке. Почти во всех автомобилях этот показатель — фиксированный и определяется таким образом, чтобы не допустить взрыва топливной смеси. Возможность динамически изменять степень сжатия позволяет значительно поднять КПД автомобиля. То есть при малых нагрузках степень сжатия может быть выше, а при больших, когда в камеру сгорания попадает много воздушно-бензиновой смеси и возможна опасная детонация, степень сжатия уменьшается. Вроде все просто.
Одними из первых, кто попытался воплотить технологию в жизнь, стали инженеры фирмы SAAB. В 2000 году на автосалоне в Женеве они представили инновационный двигатель с изменяемой степенью сжатия. Суть разработки заключалась в том, что цилиндры двигателя и головка блока выполнены как моноблок (у обычных двигателей они существуют раздельно). Таким же образом были объединены блок-картер и шатунно-поршневая группа. (Блок-картер — это не что иное, как корпус, который объединяет и скрепляет все детали двигателя.) Так вот, изменение степени сжатия происходило за счет наклона моноблока относительно блок-картера с помощью гидропривода при неизменном ходе поршня.
За всеми этими сложными словами скрывается простая задумка: когда нужно уменьшить степень сжатия, моноблок отклоняется от вертикали, что приводит к увеличению объема камеры сгорания и, соответственно, к нужному результату. Для увеличения степени сжатия угол наклона моноблока нужно уменьшить, уменьшив тем самым объем камеры сгорания. Руководит процессом электронный блок управления, который рассчитывает оптимальный угол отклонения в зависимости от множества факторов, начиная от нагрузки и заканчивая типом топлива.
Шведский двигатель объемом 1,6 л выдавал мощность 225 л. с. Прекрасный результат! Но еще и расход топлива уменьшился на 30%. Более того, удалось добиться существенного снижения выброса вредных веществ, что крайне важно для Швеции, где к экологии относятся исключительно внимательно.
Примерно в то же время, когда на Женевском автосалоне был представлен инновационный двигатель, компания SAAB перешла в полную собственность General Motors. Постепенно проекты вроде этого стали сворачиваться, а в 2010 году GM избавилась от шведской марки. Теперь ее вовсе не существует — осталась втуне и перспективная разработка.
Похожую задумку пробовали воплотить и инженеры немецкой компании FEV Motorentechnik. Их двигатель с переменной степенью сжатия был представлен в том же 2000 году. Немцы тоже пытались добиться результата за счет изменения объема камеры сгорания, но только не за счет блока цилиндров, как сделала SAAB, а за счет управления высотой подъема коленвала. Опорные шейки коленвала размещались в эксцентричных муфтах (эксцентриком называется механизм, который преобразует вращательное движение в поступательное), а они приводились в действие электромотором через шестерни. Поворот эксцентриков заставлял подниматься или опускаться коленвал, что и меняло объем камеры сгорания. Разработка была использована в турбированном четырехцилиндровом двигателе Volkswagen объемом 1,8 л. Мотор развивал мощность до 218 л. с., но в серию не пошел (по неведомым причинам).
Возможно, идея ДВС с переменной степенью сжатия так и осталась бы идеей, если бы в 2017 году Infiniti не выпустила свой VC-Turbo.
Японцы пошли отличным от коллег путем и применили траверсный механизм: шатун соединен системой рычагов с приводом электромотора, который, в свою очередь, регулирует через систему рычагов свободу движения поршня, изменяя степень сжатия. Главный успех Infiniti — в том, что пока это единственный производитель, которому удалось довести разработку до серийного производства. VC-Turbo используется в автомобиле Infiniti QX50, японцам удалось вместить в двухлитровый турбированный агрегат 270 лошадиных сил, увеличив экономичность на 27% по сравнению с аналогичными двигателями.
Алексей Теренченко, кандидат технических наук, доцент, директор центра «Энергоустановки» НАМИ, объясняет, что основной целью российских конструкторов было добиться идеального сочетания механизмов для получения максимального диапазона степени сжатия при минимальных затратах энергии на управление. Руководствуясь этой целью, конструкторы пришли к выводу, что добиться такого сочетания проще всего благодаря траверсному механизму. В этом смысле решение схоже с Infiniti, но есть и различия.
«Рядные двигатели, как правило, изначально имеют непропорциональную форму – они высокие и узкие. А все конструкторы пытаются сделать так, чтобы двигатель в моторном отсеке занимал пропорциональные — в отношении высоты, ширины и длины — размеры. Для этого все вспомогательные агрегаты вешаются по бокам. В нашей конструкции траверс примыкает к цилиндрам и находится сбоку. Infiniti же поместила механизм снизу. С точки зрения габаритов решение не самое удачное,— рассказывает господин Теренченко.— Нашим конструкторам удалось добиться диапазона хода поршня от 7 до 14, это очень хороший результат».
Основная проблема, продолжает Алексей Теренченко,— в стоимости двигателя. ДВС с такой технологией под капотом машины неизбежно переводит ее в премиальный класс. Для Infiniti — премиальной марки — нормально.
Российский же автопром к такому пока не готов. Условной Lada Vesta не нужен такой двигатель, да и покупатель не готов переплачивать за навороченную разработку. Так что технология лежит на полке и ждет своего часа из-за банальной неготовности рынка ее принять. То есть не технология не дотягивает до серийного производства, а наоборот.
Более того, как говорит господин Теренченко, проблема еще и в том, что у России нет таких жестких норм чистоты автомобильного выхлопа, как в Европе или в США, а такие нормы становятся дополнительным стимулом для внедрения технологии ДВС с переменной степенью сжатия. Патовая ситуация.
Кузьма Лебедев
Степень сжатия двигателя
Категория: Полезная информация.
Степенью сжатия называется одна из основных характеристик двигателя внутреннего сгорания (ДВС). От нее напрямую зависит мощность мотора, топливная экономичность, а также динамика автомобиля.
В статье:
Воздушно-топливная смесь поступает в цилиндр, когда соответствующий поршень находится в самом нижнем положении (нижняя мертвая точка). В это время она занимает максимально возможный объем, который уменьшается по мере движения поршня в верхнем направлении, и становится минимальным после достижения им крайней верхней позиции. В этот момент объем цилиндра ограничен камерой сгорания, и находящаяся в ней смесь воспламеняется. Создавшееся мощное давление оказывает воздействие на поршень, отталкивая его в нижнем направлении и, тем самым, заставляя вращаться коленвал, на котором он установлен.
Степенью сжатия называется показатель, который характеризует, во сколько раз уменьшается объем воздушно-топливной смеси при движении поршня от крайнего нижнего к крайнему верхнему положению. Говоря более простым языком, это отношение максимального объема цилиндра к объему камеры сгорания.
Чем сильнее сжимается рабочая смесь, тем более высокое давление образуется в камере сгорания.
Вывод очевиден: чем выше степень сжатия — тем мощнее мотор. Но данный показатель не может увеличиваться бесконечно: при создании чрезмерно высокого давления может происходить крайне нежелательное явление — преждевременное воспламенение, называемое детонацией. Из-за него давление на поршень начинает создаваться еще до того, как он достигнет верхней позиции. Это становится причиной:
- мощных и резких ударных нагрузок;
- постоянного перегрева даже после непродолжительной работы;
- разрушения поршневых пальцев и колец;
- ощутимой потери динамики и мощности.
Поэтому степень сжатия должна определяться с учетом других рабочих характеристик и конструктивных особенностей конкретного двигателя.
Возможность увеличения степени сжатия без риска преждевременной детонации предусмотрена во многих двигателях. Это делается через уменьшение объема камеры сгорания (чем он меньше, тем сильнее будет сжиматься находящаяся в ней рабочая смесь). Существует три способа:
- Расточка цилиндров. При этом увеличивается объем двигателя. Поскольку объем камеры сгорания не меняется, это повышает степень сжатия. Однако расточка цилиндров подразумевает обязательную замену поршней, что обусловлено увеличением диаметра.
- Фрезерная обработка нижней части ГБЦ, в результате чего она укорачивается. Объем двигателя остается прежним, а у камеры сгорания — уменьшается, соответственно — повышается степень сжатия.
- Установка более тонкой прокладки ГБЦ по сравнению с имеющейся. Это также приведет к уменьшению объема камеры сгорания при неизменном объеме двигателя.
Подробнее о том, как увеличить мощность дизельного двигателя читайте в нашем материале.
В двух последних случаях следует учитывать вероятность столкновения поршней с клапанами. Поэтому перед модернизацией двигателя следует провести точные расчеты.
Одним из вариантов решения проблемы является установка поршней, имеющих увеличенные выемки под клапана (они предназначены, в том числе, для подобных операций).
Процедура приводит к снижению мощности двигателя, но позволяет перевести двигатель на более дешевый низкооктановый бензин. Чтобы уменьшить степень сжатия, следует увеличить объем камеры сгорания. Это делается через повышение высоты прокладки под головкой блока цилиндров. Алгоритм прост: между двумя стандартными прокладками подкладывается третья, сделанная из алюминия.
Технология была широко распространена в советские времена, когда владельцы карбюраторных «Жигулей» и «Москвичей» массово переводили свои машины с 92-го на более дешевый 76-й бензин. На современных автомобилях, оснащенных электронными системами управления двигателем, проводить данную процедуру крайне не рекомендуется: с экономической точки зрения это бессмысленно, а с технической — может привести к серьезным неполадкам.
Иногда проще купить новый элемент двигателя, чем производить ремонт. Найти нужные запчасти вы можете у нас!
Посмотреть запчасти в наличии
Метки: Дизель, сжатие двигателя
Как увеличить степень сжатия двигателя?
Степень сжатия и ее вариативность — понятие, актуальное исключительно для поршневых двигателей, которые имеют камеру сгорания. Оно представляет собой отношение двух объемов надпоршневого пространства: в нижней и верхней точке движения. Собственно говоря, это разница в показателях давления, образующегося внутри камеры во время подачи и воспламенения топливной смеси.
Степень сжатия и ее вариативность — понятие, актуальное исключительно для поршневых двигателей, которые имеют камеру сгорания. Оно представляет собой отношение двух объемов надпоршневого пространства: в нижней и верхней точке движения. Собственно говоря, это разница в показателях давления, образующегося внутри камеры во время подачи и воспламенения топливной смеси.
Параметр этот можно варьировать как в сторону уменьшения, так и увеличения. Давайте разберемся, как увеличить степень сжатия двигателя?
Содержание
1. Изменение степени сжатия
2. Воспламенение и детонация
3. Альтернативный вариант
4. Изменение степени сжатия
Изменение степени сжатия
Доказано, что высокая степень сжатия делает работу двигателя более эффективной. Как правило, для того, чтобы увеличить этот показатель, уменьшают первоначальные объемы камеры сгорания, хотя такие манипуляции нередко заставляют балансировать между эффективной и безопасной эксплуатацией.
Чем опасно увеличение степени сжатия? Прежде всего, ощутимым понижением существующего детонационного порога, то есть предельно увеличив степень сжатия есть риск спровоцировать детонацию. Именно поэтому модернизация старых двигателей порой бывает менее эффективна и более затратна, чем установка современных, которые уже имеют высокую степень сжатия. Именно поэтому аренда Ford Transit является оптимальным вариантом для тех, кто хочет получить в распоряжение современное авто. Кстати, практически во всех современных моделях применяется высокооктановый бензин от 95 и выше.
Еще один вариант повысить степень сжатия — это фрезеровка ГБЦ, то есть головки блока цилиндров. Процесс этот называется форсированием и заключается в укорачивании ГБЦ и, как следствие, уменьшении объема камеры. Одновременно автоматически становится меньше и объем горючего, которое сгорает в цилиндре.
Воспламенение и детонация
Функционирование двигателя такого типа построено на равномерном горении топливной смеси. Это обеспечивает не только более эффективный расход топлива, но и равномерный износ всех деталей, исключая их перегрев. Равномерность рассчитывается на всем промежутке движения поршня вниз, но проблема в том, что скорость этого движения ниже скорости горения, а значит, увеличив давление, можно спровоцировать самопроизвольное возгорание смеси. Такой вариант значительно снижает эффективность использования энергии сгорающего топлива.
Более того, излишки энергии приводят к детонации, что может очень плачевно сказаться на работе всего двигателя. Избежать печальных последствий можно с помощью использования высокооктанового горючего.
Альтернативный вариант
Есть способ избежать уменьшения объема камеры сгорания при гарантированном увеличении степени сжатия, установив турбонагнетатель. Он увеличивает давление, нагнетая больший объем воздуха в камеру. Это позволяет изменять степень сжатия в зависимости от нагрузки на работающий двигатель. Контролирует процесс высокоточная электроника, исключающая возможность детонации
|
04.13 Устройство АКПП На сайте выложены схемы внутреннего устройства АКПП Toyota 03.12 Обновлен прайс-лист. Свежий прайс можно взять здесь - price_2012_07_0312.11 Появился новый раздел - "Доска объявлений". Теперь, если у Вас есть автозапчасти, вы сможете разместить объявление о продаже на нашем сайте.
01.11 Совет № 132 Гидроусилитель будет жить дольше ,если ... 12.10 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. ЭффективностьТермическая эффективность и, следовательно, эффективность, с которой топливо используется для совершения полезной работы, непосредственно связана со степенью сжатия.
ПримерВоспользуемся воображаемым примером для уяснения деталей.
ОбобщениеМногие 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.
Для общего развития |
=============================== ===============================
===============================
Наши посетители: неактивные точки - прошлые визиты. активные точки - сейчас на сайте. =============================
Наши цены
============================= ============================= |
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.
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.
Когда (VE) увеличивается, то динамическая степень сжатия также увеличивается, так как цилиндр «упаковывается« смесью так, как если бы работал невидимый нагнетатель.
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.
Как увеличить мощность двигателя? 16 способов — журнал За рулем
Как добавить лошадиных сил своему автомобилю?
Материалы по теме
«Дурь водителя прямо пропорциональна мощности двигателя»
Юмор из Сети
Идею материала подсказала голова неизвестного посетителя, появившаяся в двери.
Голова осмотрелась, поздоровалась и изрекла следующее:
— Ребята! А вот как повысить мощность двигателя?
Несколько фраз про степень сжатия и полноту сгорания быстро заставили голову исчезнуть. А у нас в итоге появился вот такой материал. На тот случай, если голова появится снова…
Материалы по теме
Откуда берется мощность?
Для того чтобы поднять мощность двигателя внутреннего сгорания, есть два пути. Нужно либо заставить топливо работать эффективнее, либо увеличить его потребление. Других путей не существует, поскольку всю свою энергию ДВС черпает исключительно из бензина или дизтоплива. Остается распорядиться энергией сгорания как можно эффективнее.
Снижаем механические потери
Никакой двигатель не выдаст полную мощность, если значительная часть энергии будет уходить на преодоление механических потерь. Избавиться от них полностью невозможно, а вот снизить — реально. Именно с этой целью двигателестроители стали применять облегченные поршни и шатуны, сохраняя их исходную размерность. Такие комплекты для моторов зачастую продаются — тюнингисты этим охотно пользуются. Моторчику становится легче раскручивать массивные детали.
Уменьшаем сопротивление на входе
Воздушный фильтр нулевого сопротивления. Ну очень «спортивный» имидж! Многие искренне не понимают, почему их не устанавливают на все машины серийно...Воздушный фильтр нулевого сопротивления. Ну очень «спортивный» имидж! Многие искренне не понимают, почему их не устанавливают на все машины серийно...
Материалы по теме
Без воздуха ДВС мгновенно заглохнет — это понятно. А поскольку добраться до камер сгорания воздуху не очень просто, стоит облегчить ему жизнь. Путей несколько — установить воздушный фильтр нулевого сопротивления, отполировать каналы впускного трубопровода. Сразу отметим, что трубопроводы нынче, в основном, делают из пластика, а потому там много не наполируешь. Да и «нулевик» на входе не подарок.
Пусть его сопротивление меньше, чем у штатного фильтра, а потому он не так сильно душит мотор, но это достигается худшей фильтрующей способностью. Иными словами — меньше сопротивление, но больше грязи. Кстати, на двигателях водного транспорта такой проблемы нет…
Повышаем степень сжатия
Чем выше степень сжатия, то есть отношение объема цилиндра к объему камеры сгорания, тем выше его мощность — это азбука. Но просто так степень сжатия не поднять: потребуется механическое вмешательство. Типичные пути — подрезать головку блока цилиндров, применить более тонкую прокладку и т.п.
Увеличиваем рабочий объем
Это еще одна страничка азбуки: чем больше литраж мотора, тем больше от него можно требовать. А увеличить объем можно двумя путями: увеличением хода поршня и диаметра цилиндра.
Наддуваем
Чтобы увеличить количество сгораемого топлива, нужно добавить воздух, а для этого применяют наддув. Способов много — турбокомпрессор, приводные нагнетатели разных типов. Если компрессор на машине уже есть, то его можно попытаться немножко «дожать» — разумеется, в разумных пределах, а то он разнесет все на свете.
Охлаждаем наддувочный воздух
Тюнингованный наддув — ну очень красиво...Тюнингованный наддув — ну очень красиво...
Если воздух, нагретый компрессором, пропустить через интеркулер, то его плотность вырастет, а потому наполнение цилиндров улучшится.
Нагреваем мотор
Чем выше температура ДВС, тем выше его КПД. Понятно, что перегрев — штука опасная, но если поиграть с температурой в небольших пределах (скажем, регулировкой термостата), то можно чего-то добиться. Кстати, той же цели в свое время добивались, отказываясь от приводного вентилятора системы охлаждения в пользу электрического. Тот крутился не постоянно, а только при необходимости, значительно ускоряя прогрев мотора и несколько увеличивая его КПД.
Материалы по теме
А98Простейший путь к увеличению мощности — переход на высокооктановый бензин: если, конечно, мотор на него рассчитан.
Чем выше октан, тем больше угол опережения зажигания — контроллер введет необходимые поправки, и ваша мощность чуть-чуть подпрыгнет. Любопытно, что большинство представителей нефтехимических компаний сегодня дружно ратуют за безоговорочный переход на 98-й безо всяких «если» — мол, будет только лучше. А если бензин — с улучшенной моющей способностью, то и подавно.
Масло
С маслом все просто. Менее вязкое масло априори сулит меньшее трение, а потому на предельных режимах моторчик сможет выдавить из себя лишнюю лошадиную силу…
Закись азота (NOS)
Закись азота (N2O) при нагревании распадается на кислород и азот. Поэтому во время сгорания топливно-воздушной смеси становится доступным больше кислорода — около 31%, против 21% в обычном воздухе. Это позволяет добавить побольше горючего, выжимая из мотора лишние силы. Кроме того, когда эта закись испаряется, она обеспечивает охлаждение всасываемого воздуха. Плотность растет, кислорода становится больше — и так далее. На практике запаса этой закиси обычно хватает на несколько секунд работы. А ресурс мотора гробится в несколько раз.
Чип-тюнинг
Чип-тюнинг — чемпион по популярности. Внешние приличия соблюдены, а что внутри — сразу и не поймешь. Как правило, прибавил мощность — убавил ресурс или ухудшил экологию...Чип-тюнинг — чемпион по популярности. Внешние приличия соблюдены, а что внутри — сразу и не поймешь. Как правило, прибавил мощность — убавил ресурс или ухудшил экологию...
Материалы по теме
Самое популярное развлечение тюнингистов. Мотор вскрывать не надо, а мощность может вырасти… Обычно увеличивают подачу топлива, добавляя мощность, но ухудшая экологию.
Наращиваем обороты
Разблокировав электронный ограничитель частоты вращения двигателя, обычно можно поднять мощность на самом пике оборотов. Когда-то безнаддувная Хонда выдавала 160 л.с. с 1,6-литрового двигателя. Как? Да просто двигатель крутился почти до 8000 об/мин — почти как на мотоцикле.
Комплектующие
Давно известно, что свечи зажигания, фильтры, высоковольтные провода и прочие комплектующие разных производителей способны выдавать несколько лучшие показатели по сравнению с «серой массой». А если применить всё и сразу? Когда-то мы поставили такой эксперимент на вазовском моторе, заменив все указанные комплектующие на победителей зарулевских экспертиз. Что ж, мощность реально поднялась — до 4–5%! Однако чем выше рейтинг комплектующих, применяемых на конвейере, тем меньшего эффекта можно будет добиться.
Присадки
Присадочники любят обещать сумасшедшие проценты от применения своих снадобий. Зарулевские экспертизы разных лет обычно показывали более скромные результаты — в пределах единиц процентов. А ученые, именующие себя трибологами, всегда утверждали, что применение таких средств нуждается в строго научном подходе. Будем считать, что они правы.
Плюнуть на экологию
Выпускная система такого вида придает «крутости» и децибелов. Многим этого вполне достаточно.Выпускная система такого вида придает «крутости» и децибелов. Многим этого вполне достаточно.
Материалы по теме
Известнейший способ подъема мощности — удалить из автомобиля всевозможные нейтрализаторы, поставить глушитель типа прямоток «самоварная труба», применить извращенный чип-тюнинг, позволяющий увеличить подачу топлива… Рекламировать подобный путь не хотим: просто укажем, что многие нехорошие люди им пользуются.
Омагничиватели и одурачиватели
Способ, дающий огромный прирост мощности — до 50%, а то и более. Во всяком случае, продавцы и производители жонглируют именно такими цифрами. Недостаток тоже известен: на практике ничего такого не получается. Но вера творит чудеса…
Если мы упустили какой-то из приемов увеличения мощности — предложите свой. Удачного пути, независимо от киловаттов и лошадей под капотом!
Влияние степени сжатия на процесс сгорания
Влияние степени сжатия на процесс сгорания
Одним из наиболее эффективных способов улучшения энергоэкономических показателей поршневых двигателей является повышение степени сжатия е = VJVV.
При повышении степени сжатия обычно уменьшают объем камеры сгорания Vc, вследствие чего уменьшается относительное количество остаточных газов (уменьшается коэффициент остаточных газов г = Mr/M4ltlil).Одновременно с повышением степени сжатия возрастают давление и температура свежего заряда к моменту подачи искры на электроды свечи. Нагрев свежего заряда до более высоких температур приводит к развитию во всей массе смеси экзотермических предпла-менных реакций с появлением большого количества химически активных частиц. Такое развитие предиламенных процессов и низкая концентрация инертных молекул остаточных газов благоприятно влияет на условия формирования первонача!ьного очага воспламенения от электрической искры, сокращая длительность ф, начальной фазы процесса сгорания.
Возросшая химическая активность свежего заряда способствует также повышению скорости распространения фронта пламени по основной массе свежего заряда, несколько сокращая тем самым длительность Гц основной фазы быстрого сгорания (рис. 2.15).
Анализ кривых показывает, что повышение степени сжатия при прочих равных условиях приводит к повышению максимального давления сгорания Р. и приближению максимума давления к ВМТ, но одновременно возрастает противодавление в конце такта сжатия и в начале сгорания. Для получения максимально возможной мощности в этих условиях угол опережения зажигания обычно уменьшают, сдвигая воспламенение и сгорание основной массы свежего заряда ближе к ВМТ.
Сокращение длительности процесса сгорания в минимальном объеме цилиндра приводит к сокращению потерь теплоты в систему охлаждения и с отработавшими газами, что повышает экономичность двигателя.
О наличии положительного влияния предпламенных химических реакций на скорости процесса сгорания при повышении степени сжатия свидетельствует тот факт, что наивысшая мощность и экономичность двигателя достигаются при использовании топлива с предельно допустимым для данной степени сжатия октановым числом из условия бездетонационной работы двигателя на пороге детонации.
Если октановое число применяемого топлива достаточно высоко для данного двшателя с относительно низкой степенью сжатия, то из-за пониженных температур и отсутствия предпламенных реакций процесс сгорания в цилиндре по времени затягивается, переносится на такт расширения, что приводит к увеличению теплоотдачи в систему охлаждения и с отработавшими газами. Это приводит к перегреву двигателя и возможному обгоранию выпускных клапанов.
Увеличение степени сжатия е из-за уменьшения объема камеры сгорания приводит к возрастанию относительного количества свежего заряда, заключенного в щелевых зазорах между днищем поршня и поверхностью головки цилиндра, в пристеночных слоях при наличии вытеснителей, что приводит к уменьшению доли активного тепловыделения к моменту достижения максимальных значений давления Р. и температуры Т:. Это обстоятельство приводит к увеличению доли тепловыделения в 4-й фазе процесса сгорания - фазе догорания на такте расширения.
Что такое степень сжатия
Степень сжатия является величиной, которая характерна для двигателей внутреннего сгорания. Степень сжатия двигателя является отношением полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Другими словами, это отношение объема пространства над поршнем во время его нахождения в НМТ (нижняя мертвая точка) к объему такого же пространства над поршнем при его нахождении в ВМТ (верхняя мертвая точка).
Стоит отметить, что понятие степени сжатия двигателя зачастую ошибочно принимается за показатель компрессии. Компрессия представляет собой максимальный уровень давления в цилиндре, которое создается в результате движения поршня из НМТ в ВМТ. Показатель компрессии принято измерять в атмосферах, тогда как степень сжатия выражается математически в виде определенного отношения. В качестве примера можно указать степень сжатия 11:1.
На самом деле показатель степени сжатия условно является разницей давлений в камере сгорания между моментом подачи топливно-воздушной смеси (или только дизтоплива для дизельных ДВС) в цилиндр и тем моментом, когда происходит воспламенение топливного заряда.
Различные двигатели могут иметь разный параметр степени сжатия, что зависит от типа мотора и его конструктивных особенностей. Принято выделять низкую или высокую степень сжатия.
Содержание статьи
Увеличение степени сжатия: плюсы и минусы
Любой ДВС в основе имеет принцип воспламенения смеси воздуха и распыленного топлива в камере сгорания. Результатом сгорания смеси становится тепловое расширение газов, которые толкают поршень. Такая энергия толчка от поршня передается на коленчатый вал двигателя посредством работы КШМ, что означает преобразование сгорания топлива в полезную механическую работу.
Чем большим оказывается показатель степени сжатия двигателя, тем сильнее итоговое давление газов на поршень. Увеличение давления будет означать, что за один такт силовая установка способна выполнить больше механической работы. Если проще, то мощность и отдача от двигателей с большей степенью сжатия выше сравнительно с аналогами, которые имеют меньший показатель. Также необходимо добавить, что количество самого подаваемого топлива в моторах с большей степенью сжатия не увеличивается, при этом такой двигатель имеет больший КПД. Бензиновые двигатели могут демонстрировать показатель степени сжатия от 8 до 12. Что касается дизельных моторов и особенностей воспламенения смеси в таких агрегатах, степень сжатия дизеля выше и находится в рамках от 14 до 18 единиц.
При всех положительных аспектах сильно увеличить степень сжатия не представляется возможным, так как значительное уменьшение объема камеры сгорания приводит к детонации топлива. Детонация в результате увеличения степени сжатия свойственна бензиновым ДВС. Дизельный двигатель, в котором воздух подается и сжимается отдельно, также может детонировать после впрыска дизтоплива. Детонация в дизеле связана с неисправностями топливной аппаратуры, неправильно установленным моментом впрыска, закоксовкой и сильным нагаром в цилиндрах двигателя и т.п.Большинство современных моторов легковых автомобилей имеют высокую степень сжатия, так как двигатель становится мощнее и экономичнее.
Топливно-воздушная смесь в таких ДВС сгорает более полноценно и равномерно, позволяя улучшить ряд характеристик двигателя во всем диапазоне оборотов. Главной особенностью моторов с высокой степенью сжатия является повышенная требовательность к качеству топлива. Для таких силовых агрегатов обязательно использование дорогих марок бензина с высоким октановым числом и солярки с необходимым цетановым числом. Большинство современных бензиновых ДВС предполагают использование топлива с октановым числом не ниже АИ-95 или АИ-98.
Доработка двигателя: изменение степени сжатия
Среди распространенных решений для форсирования двигателя или езды на более дешевом бензине является самостоятельное изменение объема камеры сгорания. Далее мы рассмотрим, как увеличить или уменьшить степень сжатия своими руками.
Если вы планируете форсировать двигатель, тогда степень сжатия нужно увеличить. Следует помнить, что увеличение закономерно приводит к тому, что детонационный порог будет снижен. Слишком высокая степень сжатия для двигателя будет означать, что устранить детонацию при помощи высокооктанового бензина, настройки УОЗ и других манипуляций не получится.
Стоит добавить, что более ощутимый прирост мощности способен обеспечить такой двигатель, который изначально был рассчитан на меньшую степень сжатия. Другими словами, больше мощности после тюнинга выдаст агрегат, штатно имеющий показатель 9:1 и доработанный до 10:1 сравнительно с мотором, который в стоке имел 12:1 и был форсирован путем увеличения показателя степени сжатия до 13:1.
Для прибавки мощности существуют такие способы:
- доработка ГБЦ и/или установка тонкой прокладки ГБЦ;
- расточка цилиндров и общее увеличение объема ДВС;
Под тюнингом головки блока в этом случае стоит понимать фрезеровку нижней части, которая стыкуется с блоком цилиндров.
ГБЦ таким образом укорачивается, что и приводит к уменьшению камеры сгорания двигателя, а также увеличению степени сжатия. Аналогичную задачу преследует и установка более тонкой прокладки ГБЦ.
Необходимо учитывать, что при таком тюнинге существует риск встречи клапанов с поршнем. Перед началом работ необходимы детальные расчеты. В ряде случаев требуется замена поршней на такие, которые имеют увеличенные выемки под клапан. Фазы газораспределения также сбиваются, что потребует их последующей настройки.
Что касается расточки блока цилиндров, данный способ также требует замены поршней. Результатом становится увеличение рабочего объема ДВС и более высокая степень сжатия, так как объем камеры сгорания по отношению к увеличенному объему цилиндра не меняется.
Дефорсирование ДВС
Вполне очевидно, что после понижения степени сжатия двигатель будет дефорсирован. Делается такая доработка в том случае, если мощность двигателя отодвигается на второй план. Уменьшение степени сжатия позволяет эксплуатировать мотор на низкооктановом бензине без риска появления детонации, что и обеспечивает определенную экономию на разнице стоимости горючего.
Необходимо добавить, что подобное решение зачастую применяется на старых карбюраторных автомобилях. Что касается инжекторных авто с электронным блоком управления, в этом случае данный способ доработки настоятельно не рекомендуется.
Для уменьшения степени сжатия двигателя нужно реализовать увеличение высоты прокладки под ГБЦ. Для этого используются две обычные прокладки, между которыми укладывается третья, изготовленная из алюминия. Результатом станет увеличение высоты ГБЦ и объема камеры сгорания, что позволит в итоге перейти на более дешевый бензин.
Читайте также
Означает ли более высокое сжатие больше мощности? Да, и вот почему.
Увеличит ли степень сжатия выходную мощность вашего двигателя? Вы можете подозревать, что ответ «да», и будете правы, но вы можете не знать всех причин, почему. Когда целью является увеличение мощности мощных двигателей, есть несколько популярных способов добиться этого, включая добавление наддува с помощью турбонагнетателя, нагнетателя или закиси азота. Увеличение рабочего объема двигателя или увеличения его скорости (об / мин) также может привести к скачку мощности и также популярно, но увеличивает степень сжатия - т.е.е. уменьшение объема камеры сгорания - наверное, наименее понятный метод из всех. В конце концов, как сделать что-нибудь в двигателе меньшего размера может увеличить его мощность ?!
Что такое сжатие?
Просмотреть все 7 фотографийВозможно, мы покрываем землю, которая для многих хорошо вытоптана, но степень статического сжатия двигателя понять просто: это весь объем цилиндра над компрессионным кольцом в нижней мертвой точке (НМТ), когда по сравнению с объемом над компрессионным кольцом в верхней мертвой точке (ВМТ).Чтобы узнать, как вычислить степень статического сжатия, щелкните здесь.
В четырехтактном двигателе внутреннего сгорания вся работа выполняется на рабочем такте. Остается три других хода (впуск, сжатие и выпуск), которые должны существовать, но ничего не добавляют к выходной мощности. Фактически, они стоят энергии - очень много. Четырехтактные двигатели внутреннего сгорания общеизвестно неэффективны, 20 процентов считаются святым Граалем, но большинство из них находятся в подростковом возрасте. Это означает, что есть огромный потенциал повышения эффективности, и именно по этой причине многие силовые установки с высокой степенью сжатия последних моделей, такие как Gen V GM, Ford Coyote и Gen III Hemi, выглядят так хорошо по сравнению со своими предшественниками.
Power Stroke Dynamics
Просмотреть все 7 фото Представьте на мгновение, что мы рассматриваем power-удар как единичное событие с неограниченным концом, как выстрел из винтовки.
В лучшем случае наша пуля (поршень) имеет только казенную полость, удерживающую порох в ее оболочке в качестве камеры сгорания, и всю длину ствола в качестве цилиндра (стреловидный объем). Изменение начального положения пули от порохового заряда на место дальше по стволу означает, что у расширяющихся газов меньше расстояния, чтобы воздействовать на пулю до того, как она выйдет.
Если вы перевернете концепцию сжатия с ног на голову и подумаете о нем как о событии расширения, вы получите сжатие в обратном направлении - степень расширения. Это имеет больше смысла, потому что именно расширение, а не сжатие, создает силу, от которой мы получаем энергию. Итак, глядя на нашу аналогию с винтовкой, мы имеем ту же длину и диаметр ствола, ту же пулю (поршень), тот же заряд (воздух и топливо), только мы запускаем пулю дальше по стволу. Чем дальше по стволу начинается пуля, тем меньшую расширяющую силу газ может оказать на пулю.Для наших целей эта сила представляет крутящий момент двигателя, в то время как начальная точка пули аналогична динамической степени сжатия двигателя в данном рабочем состоянии.
Статическое и динамическое сжатие
Посмотреть все 7 фотографий Степень статического сжатия (иногда называемая степенью механического сжатия) - удобный справочник, который производители двигателей используют для создания и описания двигателей, но никакие два двигателя с одинаковым CR не являются действительно одинаково, потому что действительно важна степень динамического сжатия.По этой причине застревание на статических степенях сжатия - тупик для большинства вещей, помимо игры в тривиальную автомобильную погоню. Цилиндр с объемом 100 куб. См будет улавливать 100 куб. См воздуха и топлива, закрыв впускной клапан в точке НМТ, но только 75 куб. Поскольку для выработки энергии действительно имеет значение количество воздуха и топлива, заключенных в камере сгорания, из двух наших гипотетических двигателей объемом 100 куб.
См тот, у которого больше всего захваченного воздуха и топлива, будет обеспечивать наибольшую мощность (при прочих равных), даже если оба двигателя имеют одинаковый рабочий объем.
Где «динамическая» часть динамической степени сжатия?
Наш предыдущий абзац не проливает много света на то, почему это называется «динамическим сжатием», пока мы не рассмотрим, как двигатель работает в различных условиях. Даже в двигателях с фиксированными фазами газораспределения (без VVT) эффективная степень сжатия изменяется при изменении частоты вращения двигателя и нагрузки. Короче говоря, если он изменяет количество заряда в камере сгорания от цикла к циклу, он меняет степень расширения и, следовательно, его мощность.Настройка индукции, частота вращения двигателя, продувка выхлопных газов и положение дроссельной заслонки изменяют динамическое сжатие от момента к моменту. Таким образом, статическое сжатие на самом деле не столько показатель удельной мощности двигателя, сколько критерий для расчета того, что будет дальше!
Стоит ли повышать коэффициент статического сжатия?
Посмотреть все 7 фотографий В недавнем динамометрическом тесте мы проверили производительность стандартного литья LS "317" объемом 70 куб. См (слева), сравнив его с литым корпусом меньшего размера 65 куб. точка сжатия. При обсуждении степеней сжатия, которые обычно относятся к автомобильной сфере - от 8: 1 до 15: 1, - величина мощности, которую вы можете ожидать, будет варьироваться от 2 до 4 процентов на каждую точку полученного статического сжатия. (Мы отметим, что это улучшение, которое вы получили бы только с компрессией, а не с оптимизацией фаз газораспределения.) Три процента могут показаться не очень большим по сравнению с тем, что вы получили бы, добавив турбокомпрессор, закись азота или даже кулачок, но все имеет значение. Более того, повышение степени сжатия на величину, достаточно высокую, чтобы почувствовать разницу, может быть столь же простым, как обработка блока или головок цилиндров на несколько тысячных долей во время следующего ремонта, так почему бы и нет? Подробнее об этом чуть позже.
Недавно мы провели динамометрический тест типичного 6-литрового Gen III LS (LY6) с горячим уличным кулачком. Со стандартными камерами сгорания объемом 70 куб. См. Максимальная мощность составила около 490 л.с. Просто заменив стандартные литые головки цилиндров «317» с камерой 70 куб. См на стандартные литые головки «243» с меньшей камерой сгорания объемом 65 куб. См, мы увеличили мощность до 505 л.с., то есть на 15 л.с. (около 3 процентов).
А как насчет октанового числа топлива?
Посмотреть все 7 фотографий Если вы увеличите компрессию, вы будете вынуждены подавать в двигатель топливо с достаточно высоким октановым числом, чтобы предотвратить детонацию, разрушающую двигатель. Однако усовершенствования головок блока цилиндров и другие технологии в последние годы значительно смягчили выдувание.Есть один ограничивающий фактор, который может привести к резкому прекращению вашего плана по увеличению сжатия - октановое число топлива. Октан - это описание склонности топлива к воспламенению при определенных условиях испытаний, которые учитывают степень сжатия, частоту вращения, нагрузку, температуру охлаждающей жидкости, температуру воздуха на впуске, влажность и множество других переменных.Более высокое октановое число означает, что топливо может сопротивляться самовоспламенению при более высоком давлении и температуре, чем топливо с более низким октановым числом.
При прочих равных условиях двигатели с более высокой степенью сжатия требуют более высокого октанового числа топлива. Это связано с тем, что топливо с более низким октановым числом может начать воспламеняться до возникновения искры через систему зажигания, состояние, известное как детонация или самовоспламенение. Когда это происходит, ранний фронт пламени создает пиковое давление в камере до того, как поршень достигает ВМТ.
Этот скачок давления усугубляется тем, что он ограничивается все меньшим пространством, поскольку поршень продолжает свой неумолимый марш к ВМТ. Детонация почти всегда катастрофична для рабочих характеристик двигателей, ее следует избегать любой ценой - это все равно, что ударять по поршням молотком и плазменным резаком одновременно.
По этой причине работа с более высокой степенью сжатия может вызвать повреждение двигателя, но это постепенно меняется. Усовершенствования таких вещей, как металлургия, покрытия и вычислительная динамика потока, означают, что у инженеров и производителей двигателей есть несколько инструментов, которые могут предотвратить разрушительную детонацию.Там, где когда-то было табу работать 11: 1 или даже 10: 1 на улице с помпой, мы обнаружили, что хорошо подобранная комбинация (головки, кулачок, впуск и т. Д.) Может раздвинуть границы приемлемого сжатия с закачивать газовую скважину в диапазон 11: 1 плюс с небольшими уступками в производительности или управляемости. Как никогда раньше, сейчас самое время увеличить степень сжатия!
Особая благодарность Дэвиду Визарду и Джону Макбрайду
Посмотреть все 7 фотоКак увеличить компрессию двигателя на дешевом
Есть ли дешевый способ увеличить сжатие на моем маленьком блоке Chevy? У меня есть маленький блок 350 с железными головками.Я мало что знаю о двигателе, потому что он был в машине. Предыдущий владелец сказал, что он был восстановлен и у него есть кулачок, но он не мог вспомнить спецификации. Остальные части - впуск Edelbrock Performer, карбюратор Holley 600 кубических футов в минуту и чугунные выпускные коллекторы. Двигатель отлично работает на дешевой 87-октановой тряпке и совсем не гудит. Думаю, немного дополнительного сжатия не повредит, но я не могу позволить себе комплект алюминиевых головок. Что вы думаете? Спасибо
J.H.
Джефф Смит: Повышение степени сжатия - отличная идея по нескольким причинам.
Если предположить, что добавленное сжатие не является чрезмерным, добавление сжатия - лучший способ повысить мощность, а также повысить эффективность. Есть причина, по которой все двигатели LS последнего поколения и особенно новый двигатель LT1 Corvette с прямым впрыском бензина (GDI) имеют более высокую степень сжатия. LT1 разработан для работы на топливе премиум-класса, но с завода поставляется со статической степенью сжатия 11: 1.
Сказав это, вы не можете выполнить такое сжатие на маленьком блоке Chevy, используя старые железные головки 70-х годов.Мы не будем вдаваться во все подробности относительно того, почему, но достаточно сказать, что эти старые камеры сгорания не были предназначены для такого рода сжатия. Техника внутреннего сгорания прошла долгий путь к достижению этих более высоких степеней статического сжатия и по-прежнему работает на топливе с октановым числом 91-93.
Поскольку мы мало что знаем о вашем маленьком блоке 350, мы предположим, что в нем используется типичный плоский верх и четыре поршня для создания бровей. С композитной прокладкой головки, поршнем на 0,020 дюйма под палубой и камерой сгорания объемом 76 куб. См, а также с композитной прокладкой головки это дает статическое сжатие на 8.5: 1. Это действительно неплохо. Стандартный двигатель Chevy с кузовом Chevy мощностью 290 лошадиных сил и 350 л.с., который вы можете купить, даже не так хорош. В литературе Chevy говорится, что это двигатель сжатия 8: 1, и это то, что мы обнаружили, когда измеряли один из этих двигателей пару лет назад. В этом двигателе используется выпуклый поршень объемом 13 куб. См, который снижает степень сжатия.
Один из размеров, который нелегко изменить, - это расстояние от верхней части поршня до платформы. В моем уравнении степени сжатия я предположил, что поршень равен 0.020 дюймов ниже поверхности блочного настила, что является чрезмерным, но мы можем использовать это в своих интересах. Если поршни расположены ближе к платформе (например, на 0,005 дюйма ниже), это улучшает степень сжатия, но также ограничивает толщину прокладки головки, так как мы ограничены примерно 0,040 дюйма для зазора между поршнем и головкой.
При высоте отрицательной деки 0,020 дюйма это означает, что мы можем использовать более тонкую прокладку головки для улучшения сжатия.
Конечно, это означает снятие головок цилиндров для улучшения, и именно здесь многие не хотят прилагать усилий.Вот как это работает. Предположим, что в вашем двигателе в настоящее время используется композитная прокладка головки блока цилиндров. Это качественные прокладки головки блока цилиндров, но обычно они имеют толщину 0,041 дюйма. Добавление высоты деки 0,020 дюйма к прокладке головки 0,041 дюйма создает расстояние 0,061 дюйма между верхней частью поршня и плоской частью головки блока цилиндров. Это называется зоной закалки.
Интересно, что многие энтузиасты склонны игнорировать пространство сгорания как место для повышения мощности двигателя. Зона закалки - это та плоская часть поршня, которая соответствует плоской части камеры сгорания на головке цилиндров клинового типа.
Когда поршень достигает верхней мертвой точки (ВМТ), это создает очень плотный зазор между плоской частью поршня и плоской частью головки. Эта область называется пространством гашения или иногда называется сжатием, что действительно хорошо описывает ее назначение. Зона гашения предназначена для сжатия захваченного воздуха и топлива в этой зоне и вталкивания их в камеру сгорания, создавая турбулентность. Ключом к качественному сгоранию является смешивание воздуха и топлива или его гомогенизация.Зона гашения помогает этому процессу, который имеет тенденцию стабилизировать скорость сгорания после зажигания свечи зажигания.
Чем точнее будет эта зона закалки или зазор между поршнем и головкой, тем лучше будет работать двигатель. Перемещение поршня ближе к поверхности деки также увеличивает степень статического сжатия. Также существует ограничение на зазор между поршнем и головкой. Как правило, для уличного двигателя с низкими оборотами вы можете быть уверены в размере 0,040 дюйма или немного меньше. Гоночные двигатели с высокими оборотами и стальными стержнями будут соответствовать тому же зазору, но двигатели с алюминиевыми стержнями должны использовать больший зазор (возможно, около 0.
050 дюймов), чтобы приспособиться к росту алюминиевых стержней.
На этой фотографии показана проверка зазора между поршнем и декой с помощью индикатора часового типа. Это важная информация для проектирования двигателя и точного расчета степени статического сжатия. Также очень важно знать зазор между поршнем и головкой.
Поскольку невозможно разобрать двигатель и убрать блок, есть альтернативная идея. Fel-Pro производит стальную прокладку регулировочной головки с очень тонким резиновым покрытием для 4.00-дюймовое отверстие 350 толщиной всего 0,015 дюйма. При добавлении к высоте вашей деки 0,020 дюйма получается зазор между поршнем и головкой 0,035 дюйма. Это немного туго, но должно подойти для двигателя с умеренным уличным режимом, у которого частота вращения не превышает 6500 об / мин.
Хорошая новость заключается в том, что эта прокладка увеличивает степень статического сжатия до 8,97: 1 или, по сути, 9: 1, что составляет примерно пол-балла при сжатии. Практическое правило для двигателя заключается в том, что полная точка сжатия составляет примерно 3-4 процента мощности двигателя.Предполагая, что ваш двигатель имеет 300 лошадиных сил, половина точки сжатия, вероятно, будет стоить почти 2 процента, что составляет всего 6 лошадиных сил. Это звучит как большая работа для минимального улучшения, но я предполагаю, что крутящий момент на низких оборотах также улучшится, по крайней мере, так, если не, возможно, немного больше.
Вот фото небольшого блока на 290 лошадиных сил с выпуклыми поршнями. Если в вашем двигателе есть эти поршни, ожидайте, что сжатие будет около 8,0: 1, что как минимум в 1,5 раза ниже того, где оно должно быть.Самый простой способ улучшить сжатие - использовать набор из железных головок Vortec с камерой 64 куб. См и эту прокладку головки 0,015, которая повысит степень сжатия до 9,0: 1
. Еще одна рекомендация - добавить в движок набор заголовков средней длины. Это сделает больше для увеличения мощности, чем что-либо другое, что вы можете сделать.
Добавление жаток на небольшой блок мощностью 290 лошадиных сил стоило 30 фунт-футов. крутящего момента и 30 лошадиных сил к этому, в остальном, стоковому двигателю. Я бы посоветовал сделать и прокладку головки, и коллекторы, и тогда вам определенно нужно будет немного обогатить карбюратор, если он не был слишком богат с самого начала - что также возможно.
и ее расчет в Powersports
Покупаете ли вы поршни для мотоцикла, квадроцикла или UTV, вы, скорее всего, увидите варианты с различными степенями сжатия.При разработке поршней для различных степеней сжатия учитывается множество факторов. Здесь мы рассмотрим, как рассчитывается степень сжатия и как она может повлиять на ваш двигатель и требования к топливу для гонок.
Формула проста - сжатие дает мощность, и иногда теория «чем больше, тем лучше» имеет свои достоинства. Но прежде чем мы начнем слепо оценивать степени сжатия, лучше узнать больше о том, как этого добиться. Степень сжатия для любого двигателя или отдельного цилиндра определяется как соотношение между рабочим объемом цилиндра с поршнем в нижней мертвой точке (НМТ) и объемом с поршнем в верхней мертвой точке (ВМТ).Если, например, отношение объема НМТ в 13 раз больше, чем объем в ВМТ, то степень сжатия составляет 13: 1.
Степень сжатия играет важную роль в создании мощности, поскольку именно сжатие топливовоздушной смеси улучшает процесс сгорания и создает мощность. Конечно, более высокая степень сжатия также предъявляет более высокие требования к октановому числу топлива, поэтому важно помнить об этом.В качестве примера мы возьмем одноцилиндровые двигатели для внедорожников. Степень сжатия серийных двигателей для внедорожников с годами увеличилась до нынешних диапазонов от 12,5: 1 до 13,5: 1, при этом они по-прежнему способны сжигать бензин премиум-класса с октановым числом 91/93. Это достигается за счет улучшенной конструкции камеры сгорания, а также превосходного управления соотношением воздух-топливо за счет электронного впрыска топлива (EFI).
Как рассчитывается степень сжатия?
Было бы неплохо проверить, как рассчитывается сжатие.Это вопрос разбивки на серии небольших участков, для которых необходимо рассчитать их индивидуальные объемы. Затем эти меньшие объемы можно сложить вместе, чтобы получить общий очищенный объем. Например, площадь верхней части поршня в ВМТ должна учитывать индивидуальные объемы камеры, верхнюю часть поршня (конструкцию головки), прокладку головки и высоту поршня над или под декой поршня. цилиндр.
Щелкните здесь, чтобы узнать, как рассчитать сжатие и смещение для автомобильных двигателей.
Объем цилиндра
Вычисление объема цилиндра с помощью Pi x в квадрате радиуса x хода дает вам только объем цилиндра. На фото - одноцилиндровый мотоцикл 250F.Наш первый шаг - определить объем цилиндра на основе диаметра и хода. Если вы помните из школьной геометрии, объем цилиндра = Pi x радиус в квадрате x высота (в данном случае, ход). Диаметр цилиндра 77 мм и ход поршня 53,6 мм создают цилиндр объемом 249 куб. См.Это просто цилиндр.
Далее нам нужно узнать объем камеры сгорания.
Проще всего это измерить с помощью градуированного цилиндра или бюретки. Большинство бюреток имеют градуировку в миллилитрах, а один миллилитр равен одному кубическому сантиметру (куб.см), так что пусть вас это не сбивает. Объем камеры напрямую влияет на степень сжатия, поэтому его измерение важно для точности. Квадратная крышка из оргстекла, запечатанная консистентной смазкой, с просверленным в ней небольшим отверстием, позволяющим заполнить камеру медицинским спиртом, смешанным с небольшим количеством пищевого красителя, хорошо работает в качестве измерительной жидкости.
В приведенном ниже примере мы используем головку блока цилиндров автомобиля, но тот же процесс может быть проделан для одно- или многоцилиндровых двигателей мотоциклов.
Уплотнение крышки из оргстекла над камерой сгорания консистентной смазкой позволит заполнить камеру сгорания медицинским спиртом. Вы можете использовать электронный измерительный инструмент (показанный здесь), чтобы определить объем жидкости, или вы можете рассчитать вручную с помощью градуированного цилиндра (показанного ниже). Убедитесь, что камера сгорания заполнена полностью, без пузырьков воздуха, чтобы получить точное измерение.Объем поршня
Также необходимо измерить объем поршня. Это важно, поскольку поршень редко бывает идеально плоским. Если бы это было так, номер объема поршня был бы по существу 0 или таким, который не прибавлял бы и не вычитал из степени сжатия. Однако большинство верхних частей поршней содержат комбинацию предохранительных клапанов, тарелку или куполообразную конфигурацию, которые составляют заданный объем. Допустим, этот поршень имеет небольшой купол, но также включает предохранительный клапан поршневого клапана. Для достижения точной степени сжатия необходимо рассчитать общий объем купола поршня.Этот объем должен быть у производителя поршня, когда он вам понадобится. JE Pistons сохраняет эту информацию в протоколе для каждой конструкции поршня.
Имейте в виду, что даже незначительные изменения могут иметь прямое влияние на сжатие.
Например, увеличение диаметра отверстия всего на 2 мм - например, с 96 до 98 мм - без каких-либо других изменений в поршне, приведет к увеличению степени сжатия 13,58: 1 до 14,05: 1 просто потому, что площадь поршня теперь равна больше.
Объем купола также учитывает так называемый объем щели, или крошечный объем, находящийся между верхним краем поршня над контактной площадкой кольца и стенкой цилиндра.Это измерение наиболее важно выполнить, если поршень был модифицирован для добавления дополнительного зазора сброса клапана или если были выполнены другие модификации в верхней части поршня.
Этот объем очень мал, но это то, что JE принимает во внимание при вычислении сжатия, чтобы обеспечить высокую точность.
Объем щели - это небольшой промежуток между верхним, внешним краем поршня (над верхним кольцом) и цилиндром. Вы можете увидеть это небольшое пространство на картинке выше.Прокладка головки
Толщина прокладки головки также влияет на сжатие, так как это также создает объем, который необходимо включить в расчет. Толстая прокладка головки существенно увеличивает объем камеры, а более тонкая - уменьшает его. Расчет объема такой же, как и для цилиндра, только очень короткий. Чаще всего внутренний диаметр прокладки круглый, поэтому вычислить объем довольно просто: объем = Pi x радиус в квадрате x высота.
Высота деки
Также необходимо учитывать высоту деки.Если поршень в ВМТ находится ниже уровня цилиндра, этот объем добавляется к объему камеры сгорания, уменьшая степень сжатия. Если верхняя часть поршня превышает верхнюю часть цилиндра на заданную величину, этот объем необходимо вычесть из объема камеры сгорания, что увеличит степень сжатия. Это положение поршня также напрямую влияет на зазор между поршнем и головкой, поэтому внимательно следите за ним, чтобы не выходить за пределы спецификации.
Высота деки означает положение поршня относительно верхней части цилиндра (деки) в ВМТ.В изображенном здесь поршне / цилиндре купол поршня находится над декой, когда поршень находится в ВМТ, поэтому этот объем купола поршня необходимо вычесть из объема камеры сгорания.
Таким образом поршни с высокой степенью сжатия, такие как этот, достигают более высоких степеней сжатия. После того, как все эти размеры были определены, мы можем выполнить простую математику деления объема цилиндра с поршнем в нижней части его хода на объем цилиндра с поршнем в верхней части его хода.Мы включили всю математическую формулу здесь, внизу этой страницы, но она слишком длинная и сложная, и на самом деле нет причин повторять все это, если вам не нравятся длинные вычисления! Более простой вариант - использовать один из многих бесплатных онлайн-калькуляторов степени сжатия.
Использование программы расчета степени сжатия сэкономит много времени и избавит от ненужных хлопот при выполнении вычислений вручную. Эти цифры приведены только для примера.Нам нравится версия, предлагаемая в Performance Trends (Performancetrends.com), так как он прост в использовании и может быть загружен бесплатно. Входные данные в этой программе можно даже изменить с английского на метрические, если вы предпочитаете, а входные данные настолько просты, что вы можете попробовать десятки различных комбинаций, чтобы удовлетворить свое любопытство.
Важно отметить, что, хотя сжатие действительно играет важную роль в повышении мощности, добавление сжатия не является чисто линейным предложением. Общепринятая мера для добавления сжатия состоит в том, что одна полная точка сжатия может добавить от 3 до 4 процентов мощности.Итак, если двигатель развивает мощность 50 лошадиных сил, и мы добавляем полную точку сжатия (например, от 11 до 12: 1), это потенциально может увеличить мощность до 51,5 лошадиных сил. Однако с текущими коэффициентами сжатия гоночных двигателей уже на уровне 13: 1, добавление полной точки сжатия не обязательно может добавить полные три процента, поскольку закон убывающей отдачи играет роль с коэффициентами, близкими к 14: 1 или выше. Положительный прирост все равно будет, но он, скорее всего, не будет таким большим, как прирост, например, от 9: 1 до 10: 1.
Щелкните здесь, чтобы узнать больше о наших поршнях серии Pro.
Следует ли мне использовать гоночный газ?
Поскольку большинство новых двигателей мотоциклов теперь имеют статическую степень сжатия 13: 1, эти двигатели работают в очень точно настроенных комбинациях, позволяющих им работать на бензиновом насосе с октановым числом от 91 до 93. Часто задают вопрос: принесет ли гоночный бензин пользу?Есть несколько факторов, влияющих на гоночный бензин, которые выходят далеко за рамки простого увеличения октанового числа. Многие гонщики считают, что добавление октанового числа также добавит мощности. Хотя это может быть правдой, ответы бывает трудно расшифровать.
Октан сам по себе не является функцией топлива, которое увеличивает мощность. Октан добавляется в топливо для предотвращения детонации. Если двигатель страдает от детонации или детонации из-за использования бензина более низкого качества, добавление октанового числа восстановит эту мощность. И наоборот, добавление топлива с более высоким октановым числом в двигатель, не имеющий проблем с детонацией, не приведет к дополнительной мощности.Более распространенная ситуация заключается в том, что добавление октанового числа сверх требований двигателя обычно приводит к менее эффективному процессу сгорания, который не увеличивает мощность.
В определенных ситуациях использование слишком большого октанового числа может привести к небольшой потере мощности! Вот где теория «больше - лучше» не проходит проверку.
Как и любая другая система в гоночном двигателе, правильная комбинация компонентов и топлива может привести к увеличению мощности. Например, гоночный бензин часто смешивают с оксигенатами, которые приводят к обеднению / изменению стехиометрического (или химически правильного) отношения воздух-топливо.Часто за увеличение мощности отвечают именно эти добавки, а не октановое число. Эксперименты с топливом с различным процентным содержанием оксигенатов могут сильно повлиять на фактическое соотношение воздух-топливо. Это входит в сложную историю о стехиометрическом соотношении воздух-топливо, которая выходит за рамки этой истории, но это важный вопрос, о котором нужно знать, прежде чем пытаться индивидуально смешивать гоночный бензин.
Сжатие может быть простым способом повысить мощность, но вам нужно быть в курсе, когда дело доходит до выбора правильных частей.Пропуск чисел через программу степени сжатия, вероятно, самый простой способ убедиться, что числа не выходят из-под контроля.
Пример расчета коэффициента сжатия
Вот что на самом деле означает «коэффициент сжатия» и почему он имеет значение
Вы слышали термин «степень сжатия» раньше , но задумывались ли вы, что именно это означает? Что ж, пора объяснить, что такое степень сжатия, и почему каждый автопроизводитель теперь одержим ею, как Святым Граалем.
Степень сжатия, надо признать, сложнее, чем кажется на первый взгляд. Не помогает и то, что это один из тех терминов, которые вы слышите на автосалонах и в пресс-релизах без серьезных объяснений. Это одна из тех вещей, которую вы в большинстве своем пытаетесь понять, пытаясь произвести впечатление на артиста-трапеции, которого вы встретили в цирке на прошлых выходных.
Мы знаем, что высокое сжатие - это хорошо, а низкое - плохо. Мы знаем, что новый двигатель Mazda Skyactiv-X «Holy Grail» отличается высокой степенью сжатия, наряду с «дизельным убийцей» Infiniti и серией Toyota «Dynamic Force», которые рекламируют большую мощность при большей эффективности.
Мы живем в эпоху, когда инженеры не могут просто увеличить мощность двигателя, сделав его больше. Изменение степени сжатия двигателя становится обычным делом.
G / O Media может получить комиссию
(Между прочим, если вы читаете это и фыркаете, потому что уже знаете, что такое степень сжатия, хорошо для вас! Не все остальные.)
What Defines Compression Ratio Супер просто
Степень сжатия - это именно то, на что она похожа - степень, при которой вы сжимаете максимальный объем цилиндра до минимального объема цилиндра.Это объем цилиндра, когда поршень полностью опущен по сравнению с полностью вверху. Это написано и указано в виде отношения. Например, для двигателя со степенью сжатия 9: 1 вы бы сказали, что это «девять к одному».
Скриншот: ВСЕ О ДВИГАТЕЛЯХ (YouTube) А теперь представьте себе цилиндр в своей голове. Поршень движется вверх и вниз внутри этого цилиндра. Когда поршень находится в самой нижней точке, это называется нижней мертвой точкой. Вот где объем цилиндра наибольший. Когда поршень находится в наивысшей точке цилиндра, это называется верхней мертвой точкой, и именно здесь объем цилиндра наименьший.Сравнение этих двух объемов - вот откуда взялось ваше соотношение.
Если вы такой же наглядный ученик, как я, вам понравится этот созданный мной GIF, показывающий, как работает четырехтактный двигатель. Видите, как поршень движется вверх во время такта сжатия? Это весь воздух и топливо сжимаются в цилиндре. Если двигатель имеет высокую степень сжатия, это означает, что данный объем воздуха и топлива в цилиндре сжимается в гораздо меньшее пространство, чем двигатель с более низкой степенью сжатия.
А теперь пример с простой математикой, мой любимый вид.
Представьте, что у вас есть двигатель, объем цилиндра и камеры сгорания которого составляет 10 куб. См, когда поршень находится в нижней мертвой точке. После того, как впускной клапан закрывается и поршень поднимается вверх во время такта сжатия, он сжимает топливно-воздушную смесь в объеме одного кубического сантиметра. Этот двигатель имеет степень сжатия 10: 1.
Вот и все! Это степень сжатия. Общий рабочий объем плюс сжатый объем (включая объем головки блока цилиндров и все, что находится выше, где поршень «движется») в один только сжатый объем.
Почему лучше усложняется
Но понимание того, что такое степень сжатия, менее важно, чем понимание того, почему нас это волнует или почему высокая степень сжатия является такой важной задачей.
Лучшее объяснение, которое я получил в этом, было от моего коллеги и инженера Дэвида Трейси, который затем обратился за помощью к другим инженерам и профессорам. Лучший ответ из них дал доктор Энди Рэндольф, технический директор ECR Engines. Он проводит исследования трансмиссии для NASCAR, и его объяснение предельно ясно:
С точки зрения непрофессионала, мощность двигателя генерируется, когда сгорание воздействует на поршень и толкает поршень вниз по цилиндру во время такта расширения.
Чем выше поршень находится в канале ствола в момент начала сгорания, тем большее усилие будет приложено.
По мере увеличения степени сжатия поршень перемещается выше в отверстии в верхней мертвой точке, следовательно, появляется дополнительная сила для хода расширения (дополнительная сила для того же количества топлива равняется более высокой эффективности).
Теперь мы действительно, нужно больше понимать, почему, помимо того, как, а это означает, что нам придется рискнуть войти в сферу термодинамики.
Суть всего этого в том, что более высокая степень сжатия означает, что двигатель получает больше работы при том же количестве топлива.
Это хорошо для энергии, а также миль на галлон.
Чтобы объяснить, почему более высокая степень сжатия дает лучшую эффективность, мы не собираемся слишком углубляться в термодинамику, но, черт возьми, давайте просто окунем кончики пальцев ног. Это здорово и полезно для души.
Более высокое сжатие означает больше работы, но больше давления
На изображении выше показана диаграмма «давление-объем» для идеального и типичного бензинового двигателя.Он визуально показывает, что происходит в вашем двигателе, когда он сжигает бензин.
На диаграмме выше нижняя кривая 1-2 показывает ход сжатия.
Строка 2-3 показывает горение.
Верхняя кривая 3-4 показывает ход расширения.
А линия 4-1 показывает отвод тепла при открытии выпускного клапана.
Чтобы быть более техническим, на диаграмме кривая 1-2 показывает ход сжатия, в котором давление (ось y) возрастает, а объем (ось x) падает, когда поршень действительно воздействует на газ, сжимая его.Строка 2-3 показывает тепло, выделяющееся при сгорании, быстро увеличивая давление и температуру газа. Кривая 3-4 показывает увеличение объема и падение давления по мере того, как газ действует на поршень во время такта расширения. Линия 4-1 показывает отвод тепла от газа в окружающую среду по мере того, как давление возвращается к окружающему при открытии выпускного клапана. Наконец, плоская линия 1-5 внизу представляет ход выпуска и возврат поршня в верхнюю мертвую точку в конце.
Область внутри этих 1-2-3-4 строк показывает, сколько работы проделано двигателем.Более высокая степень сжатия означает, что две вертикальные линии на графике будут перемещаться влево и вверх, оставляя больше области в границах, чем при более низкой степени сжатия, и, таким образом, работа выполняется. Но, как вы можете видеть на этой диаграмме, вы столкнетесь с более высоким давлением. Другими словами, вы получите больше механической работы от двигателя с высокой степенью сжатия. Вы будете получать большее давление в цилиндре и на поршне из-за тепловыделения от сгорания.
Более высокое сжатие также означает больший тепловой КПД.
Иллюстрация: MITТакже важно отметить, что тепловложение и тепловые потери во время цикла вашего двигателя связаны с КПД как функцией степени сжатия.Все это работает по двум идеям. Во-первых, любая тепловая энергия, поступающая в систему, должна быть преобразована либо в механическую работу, либо в отходящее тепло. Во-вторых, термический КПД - это просто выходная работа, деленная на погонную энергию. Таким образом, вы можете вывести взаимосвязь между термическим КПД и степенью сжатия, как MIT, построенное на его веб-странице и показанное выше. Уравнение здесь (nu - термический КПД, r - степень сжатия, а гамма - свойство жидкости):
Когда вы даете двигателю определенного рабочего объема более высокую степень сжатия, вы эффективно перемещаете фотоэлектрическую диаграмму вверх и на слева, и увеличивают тепловложение (Qh на диаграмме) в большей степени, чем тепловые потери (Ql).Другими словами, вы превращаете больше входящей энергии в работу. Вот объяснение Джейсона Фенске из Engineering Explained, которое раскрывает взаимосвязь между степенью сжатия, теплопередачей и эффективностью:
В любом случае, дело в том, что термодинамика диктует, что термический КПД возрастает с увеличением степени сжатия, как вы можете видеть на графике и уравнении выше. А это означает больше лошадиных сил, лучшую экономию топлива, более тяжелые кошельки и более широкие улыбки. Управляйте любым вялым, хрипящим, всасывающим газ, старым американским V8 с низкой степенью сжатия, и вы поймете, о чем я.
Степень сжатия также делает такие двигатели, как двигатель Mazda Skyactiv-G, такими эффективными. Mazda, первая из серии новых двигателей с высоким и переменным сжатием от Mazda, Nissan / Infiniti и Toyota, на данный момент имеет самую высокую степень сжатия в отрасли - 14: 1, поэтому она может справляться с высоким расходом топлива. показатели экономичности и мощности даже без турбонагнетателя.
Почему более высокое сжатие означает более высокое октановое число
Почему не все просто используют высокие степени сжатия? Что ж, высокая степень сжатия - вот почему многим двигателям требуется топливо премиум-класса или высокооктановый бензин.Октановое число, как указывается в статье How Stuff Works, является мерой способности бензина сопротивляться детонации.
По сравнению с газом с высоким октановым числом бензин с низким октановым числом более склонен к самовоспламенению из-за высоких температур и давления наддува. По сути, вам нужен газ, который загорается, когда вы этого хотите, а не тот, который загорается, когда вы этого не хотите. Такое неконтролируемое горение называется детонацией. Стук - это плохо; он снижает крутящий момент и может нанести непоправимый ущерб вашему двигателю.
Высокая степень сжатия увеличивает риск детонации, поэтому двигатели с очень высокой степенью сжатия работают на высокооктановом гоночном газе или (сейчас чаще) на E85. При сжатии газы имеют тенденцию нагреваться, поэтому повышенная плотность тепла может привести к преждевременному сгоранию топлива до того, как свеча зажигания воспламенит его. Повторяю: это плохо.
Mazda пришлось проделать большую работу с поршнем и конструкцией выхлопной системы, чтобы уменьшить детонацию в двигателе 14: 1, работающем на газовом насосе. Поршни в двигателе Skyactiv-X, например, имеют полость посередине, чтобы позволить Mazda выстрелить потоком богатого топлива вокруг свечи зажигания в обедненной смеси, и, да, есть причина, по которой это было не так. Не простая технология в разработке.
Что еще интересно, так это то, что нельзя просто сделать двигатель с такой высокой степенью сжатия, как вы хотите. Я обратился к Джону Хойенге, владельцу производственного выхлопа и раллийного магазина Nameless Performance, чтобы поговорить о рисках и преимуществах высокой компрессии.
Джон строит раллийный автомобиль Nissan 240SX, на который он меняет четырехцилиндровый SR20VE, который в настоящее время развивает около 250 лошадиных сил на колесах всего из 2,0 литров.
Удивительно, но без турбо. Все, что Джон должен поблагодарить, - это его очень высокий рейтинг 14.Степень сжатия 5: 1. «Сжатие выполняет больше работы, - пояснил он, - поэтому тем больше мощности [двигатель] будет производить без наддува».
При этом, поскольку это гоночный двигатель, он использует гоночный бензин или E85 с очень высоким октановым числом. Джон сказал, что при степени сжатия выше 14,5: 1 возникает риск самовоспламенения, а также может вылететь шток или вращаться подшипник. Это то, что небрежно называют «взрывом».
Есть предел тому, насколько высоко вы можете подняться
Я спросил, почему мы не видим, что люди не бегают с двигателями, которые имеют значительно более высокую степень сжатия, чем все, что мы видим сегодня.Неприлично завышенные соотношения, вроде 60: 1. Джон рассмеялся. Он объяснил, что металл просто не может выдерживать такие высокие уровни напряжения, а такая степень сжатия приведет к тому, что вещи будут настолько горячими, что они взорвут любой современный двигатель.
Конечно, не все из нас строят гоночные автомобили с гоночными двигателями, поэтому об изменении степени сжатия нам не о чем беспокоиться. Но мы случайные владельцы автомобилей и энтузиасты квазидвигателей, так что это было объяснением того, что означает степень сжатия и почему это важно.Вам больше не нужно подделывать это, теперь вы знаете, что это такое.
А теперь иди, найди того художника по трапеции и расскажи ему, что ты чувствуешь!
Знаете ли вы ?: Степень сжатия | Автомобильные новости
Каждый двигатель имеет определенную степень сжатия. Топливно-воздушная смесь сжимается в цилиндре для создания воспламенения, сила которого зависит от степени сжатия: объема цилиндра, когда поршень находится в нижней части своего хода, по сравнению с объемом цилиндра, когда поршень находится в нижнем положении. в верхней части его штриха.Кстати, вы должны знать, что под рабочим объемом двигателя понимается полная мощность всех поршней в течение полного цикла.
Воспламенение происходит, когда поршень находится в верхней части своего хода, то есть в верхней части цилиндра (также известной как головка цилиндра), который образует камеру сгорания. Оставшийся объем топливовоздушной смеси внутри камеры сгорания позволяет пропорционально определять степень сжатия.
Степень сжатия обычно составляет от 8: 1 до 10: 1.Более высокая степень сжатия - скажем, от 12: 1 до 14: 1 - означает более высокую эффективность сгорания.
| Фото: Себастьян Д'Амур |
Преимущества
Более высокая степень сжатия и эффективность сгорания означают большую мощность при меньшем количестве топлива и меньшем количестве выхлопных газов. С другой стороны, более сильные воспламенения усиливают нагрев, трение и износ, что затрудняет работу внутренних компонентов двигателя. Автопроизводителям нужно найти правильный компромисс.
Возьмем, к примеру, технологию Mazda SKYACTIV. Инженеры переработали внутренние компоненты, чтобы увеличить ход поршня, чтобы обеспечить более высокую степень сжатия. При этом водителям, которые хотят воспользоваться этим, абсолютно необходимо использовать бензин премиум-класса (бензин с более высоким октановым числом).
Двигатели с наддувом и дизельные двигатели
Двигатели без наддува могут иметь более высокую степень сжатия, чем двигатели с наддувом (с наддувом или с турбонаддувом). Например, в двигателе с турбонаддувом воздух, поступающий в камеру сгорания, уже находится под давлением, поэтому степень сжатия должна быть немного ниже, чтобы избежать чрезмерной нагрузки на компоненты.Двигатели с наддувом обычно имеют степень сжатия от 8: 1 до 8,5: 1.
Однако, что касается дизельных двигателей, отсутствие свечей зажигания требует более высокой степени сжатия - примерно от 14: 1 до 22: 1. Они используют горячий воздух для испарения, а затем воспламенения топлива.
Марки топлива
Чем больше сжатие и тепло может выдержать топливо перед воспламенением, тем выше октановое число (87, 91, 94 и т.
Д.) И выше сорт топлива (обычное, премиум и т. Д.).
Как я уже сказал; более высокая степень сжатия означает больше тепла внутри двигателя.Топливо с более высоким октановым числом может выдерживать большее повышение температуры и менее склонно к преждевременному воспламенению или преждевременному воспламенению, также известному как детонация двигателя. Это явление изменяет ход поршня и может привести к серьезному повреждению двигателя.
Каковы преимущества / недостатки высокой степени сжатия?
Рассказ, выделенный жирным шрифтом (Skyactiv-X):
Преимущество более высокой степени сжатия лучше всего отражено в SKYACTIV-X Mazda Engine. Двигатель, который фактически использует детонационный механизм в целом для создания сгорания при очень бедной работе.
Поскольку мы знаем, что и SI, и дизельный двигатель представляют собой ступенчатое сгорание на основе:
A. Начало
B. Развитие
C. Распространение
D. Завершение
Так же, как свободнорадикальная реакция в химии, сгорание в двигателе также преобладает свободнорадикальная реакция. Но проблема с поэтапным сжиганием часто связана с границей между областями несгоревшей и сгоревшей смеси, что приводит к нежелательным выбросам. Неравномерность между несгоревшим и сгоревшим топливом создает выбросы, например, горячие точки в двигателе SI создают NOx, в то время как реально более низкая температурная зона в дизельном топливе вызывает выбросы несгоревшего углерода.
Чтобы иметь дело со ступенчатым сжиганием, был разработан усовершенствованный метод одновременного горения за счет инициирования горения в нескольких точках, а не в одной точке, режим HCCI (Homogenous Charge Compression Ignition), позволяющий создавать предварительное воспламенение бедной смеси с помощью более высоких коэффициент сжатия. Но HCCI никогда не мог работать во всех диапазонах нагрузок при работе двигателя.
В настоящее время SKYACTIV-X - это наиболее инновационный метод сгорания, который использует более высокую степень сжатия для сжатия воздушно-топливной смеси (предварительно смешанной) до температуры, близкой к температуре самовоспламенения, а затем с использованием искры для инициирования сгорания.
Само по себе сжатие имеет непредсказуемые характеристики сгорания, такие как CA10, CA50 и CA90. Искра используется, чтобы сделать горение предсказуемым, поскольку искра возникает, несмотря на работу по сжатию смеси. Более высокая степень сжатия приводит к состоянию, близкому к HCCI, затем с искровым пламенем, сгорание воздуха около свечи зажигания приводит к расширению смеси (сгоревшей смеси), которая сжимает дальнейшее окружение (несгоревшую смесь), поскольку мы знаем, что сгорание создает продукты большего объема, так как выше нет.количество молей продуктов создается по сравнению с молями израсходованного реагента. Расширяющаяся сгоревшая смесь заставляет остаточную смесь сгорать в режиме HCCI, следовательно, лучше выбросы и более бедная работа.
Когда вторичная волна сгорания создается в двигателе SI из-за сжатия от сгоревшей смеси, это классифицируется как детонация в двигателе SI. Здесь мы используем детонационный эффект, чтобы сжигать бедную смесь с большей эффективностью.
Проблема сгорания, основанная только на высокой степени сжатия, возникает из-за неопределенных характеристик потерь тепла стенкой цилиндра, которые влияют на давление и температуру в цилиндре (поэтому HCCI не работает).
Здесь нам действительно нужно рассчитать давление и температуру в цилиндре для определения момента зажигания, но мы не преследуем точное условие самовоспламенения, вместо этого мы ориентируемся на термодинамическое условие перед самовоспламенением, которое фактически устраняет циклическую неточность расчета, так как Искровая сфера компенсирует это, при одновременном и объемном режимах горения (не ступенчатых). Следовательно, более высокая стабильность при большем диапазоне нагрузок.
В простом смысле, со ссылкой на Heywood, Unburnt and Burnt Temperature,
для двигателя с искровым зажиганием
Tcylinder = Tu * (Xu) + (Xb) * Tb,
где
Tu = несгоревшая температура, Xu = несгоревшая массовая доля
Tb = сгоревшая температура, Xb = сгоревшая массовая доля
Xb + Xu = 1.
Итак, в типичном двигателе SI сгорание происходит за счет сгоревшей массы и температуры, по мере того, как сферическое ядро воспламенения распространяется, оно увеличивает свою толщину, сжимая сгоревшую смесь внутри ядра, толкая ее к свече зажигания, одновременно сжимая внешнюю несгоревшую смесь, в результате высокая несгоревшая температура.
Детонация - это случай резкого повышения температуры несгоревшей смеси, в результате чего возникает вторичная волна воспламенения и возгорание несгоревшей смеси до того, как сферическая сфера воспламенения может ее сжечь.
"Теперь в SKYACTIV-X у нас очень высокая степень сжатия и бедная смесь, что означает, что перед зажиганием у нас уже есть очень плотно упакованная смесь, которая на самой начальной стадии зажигания с помощью волны сжатия сферическая сфера воспламенения создает очень высокую несгоревшую температуру, т.е. Tu, при очень малом распространении сферы соответствующее Tu достигает предела самовоспламенения, что приводит к HCCI, подобному горению в объемном режиме, состоящему из горячих точек в смеси ».
"Так что да, это своего рода детонация, так как несгоревшие на самом деле ответственны за горение через объемный режим горения, обычно это волна горения, которая фактически зажигает весь заряд ступенчато."
Ссылка из Heywood: Глава 9 Возгорание в двигателе с искровым зажиганием
Раздел 9.2
Степень сжатия>
Степень сжатия двигателя - это мера того, насколько сильно он сжимает топливно-воздушную смесь перед сгоранием.
Степень сжатия = объем цилиндра, деленный на объем камеры
Объем цилиндра можно определить, измерив диаметр цилиндра и ход двигателя, а затем проведя сопоставление для расчета объема цилиндра.Его можно измерять в кубических дюймах или кубических сантиметрах.
Объем цилиндра = 3,14 x ((диаметр отверстия / 2) x (диаметр отверстия / 2)) x ход
Измерение объема камеры сгорания путем заполнения ее жидкостью.
Объем камеры сгорания трудно измерить напрямую из-за сложной формы большинства камер сгорания. Таким образом, объем камеры необходимо измерить, заполнив камеру жидкостью (водой или легким маслом) и измерив количество кубических сантиметров жидкости, необходимое для заполнения камеры.Пластиковая пластина закрывает камеру, а жидкость заливается через небольшое вентиляционное отверстие. ПРИМЕЧАНИЕ. Клапаны и свеча зажигания должны быть установлены таким образом, чтобы удерживать жидкость.
1 кубический сантиметр = 0,0610237 кубических дюймов
Просто помните, что при вычислении степени сжатия вы должны использовать одни и те же единицы измерения (кубические дюймы или кубические сантиметры для обоих чисел).
Сжатие происходит, когда поршень перемещается вверх на такте сжатия.
Как сжатие влияет на смесь воздуха и топлива
Когда поршень движется вверх по цилиндру во время такта сжатия, он сжимает и нагревает воздушно-топливную смесь в цилиндре. Это помогает распылить крошечные капельки топлива, чтобы оно лучше смешивалось с воздухом, и повышает температуру топливно-воздушной смеси, поэтому она легче воспламеняется.
Причина увеличения степени сжатия заключается в том, что это увеличивает тепловой КПД и мощность двигателя внутреннего сгорания.Чем выше степень сжатия, тем больше тепловой энергии сохраняется в камере сгорания и тем больше мощности вырабатывает двигатель.
Большинство последних моделей бензиновых двигателей легковых автомобилей и легких грузовиков имеют степень сжатия от 9: 1 до 11: 1. Некоторые двигатели с прямым впрыском бензина имеют более высокую степень сжатия до 14: 1.
Дизельные двигателиобычно имеют степень сжатия, которая даже выше, чем у бензиновых двигателей, в диапазоне от 15: 1 до 23: 1.
ПРИМЕЧАНИЕ: Изношенные поршневые кольца, негерметичные впускные или выпускные клапаны или протекающая прокладка головки снижают компрессию, мощность и эффективность двигателя.Это также может снизить фактическую степень статического сжатия, позволяя части воздушно-топливной смеси вытекать из цилиндра и камеры сгорания, прежде чем она сможет полностью сжаться.
Двигатель Infiniti VC_Turbo изменяет степень сжатия, изменяя относительное положение промежуточного вала, который управляет соединением шатуна. Увеличение или уменьшение относительного положения рычажного механизма изменяет ход двигателя, что, в свою очередь, изменяет степень сжатия.
Некоторые двигатели даже имеют переменную степень сжатия, например двигатель Infiniti 2.0L VC_Turbo. Двигатель имеет промежуточный вал, который изменяет тягово-сцепное устройство для изменения степени сжатия. Для максимальной экономии топлива используется более высокая степень сжатия. Затем степень сжатия уменьшается, когда турбонагнетатель обеспечивает наддув для оптимизации мощности.
Степень сжатия и детонация
Хотя увеличение степени сжатия увеличивает тепловой КПД и мощность, оно также увеличивает давление и температуру топливовоздушной смеси внутри камеры сгорания.Если степень сжатия слишком высока для октанового числа топлива в бензиновом двигателе, в двигателе может возникнуть детонация (детонация искры). Детонация наиболее вероятна, когда двигатель сильно тянет под нагрузкой.
Детонация - это беспорядочная форма горения с несколькими фронтами пламени вместо одного расширяющегося фронта пламени. Это вызывает резкое повышение давления в цилиндре, которое вызывает удары по поршням и вызывает дребезжание или стук в двигателе.Детонация - это плохо, потому что она может сломать поршневые кольца, повредить поршни и / или подшипники штока.
Двигатели с высокой степенью сжатия обычно требуют топлива с более высоким октановым числом, чтобы снизить риск детонации.
Двигателис турбонаддувом и наддувом также требуют топлива с более высоким октановым числом, поскольку давление наддува от этих устройств нагнетает больше воздуха в цилиндры двигателя, увеличивая его эффективную степень сжатия . Статическая или механическая степень сжатия не меняются, но давление наддува увеличивает объем топливовоздушной смеси в цилиндрах.По этой причине некоторые двигатели с турбонаддувом и наддувом на самом деле имеют несколько более низкую степень статического сжатия, чем аналогичный двигатель без наддува, чтобы снизить риск детонации.
Большинство двигателей последних моделей также имеют датчик детонации для обнаружения вибрации, вызванной детонацией.
Если датчик детонации обнаруживает детонацию, компьютер двигателя на мгновение замедляет угол опережения зажигания, чтобы уменьшить или устранить детонацию. Компьютер двигателя может также обогатить топливную смесь, чтобы помочь охладить ее и уменьшить детонацию, а если двигатель имеет турбонаддув, он может открыть перепускной клапан турбонаддува, чтобы снизить давление наддува, пока детонация не исчезнет.
Изменение степени сжатия
Для увеличения (или уменьшения) степени сжатия можно изменить множество параметров:
Увеличение диаметра отверстия и установка поршней увеличенного размера приведет к увеличению степени сжатия.
Уменьшение объема камер сгорания за счет использования небольших головок камер или фрезерования поверхности головок увеличивает степень сжатия.
Установка более тонкой прокладки головки увеличивает степень сжатия.
Установка более толстой прокладки головки блока цилиндров снизит степень сжатия.
Замена поршней с плоским верхом или выпуклой формы на поршни с куполообразной формой увеличивает степень сжатия.
Замена смещенных поршней на поршни с плоским верхом увеличивает степень сжатия.
Замена куполообразных поршней на поршни с плоским верхом или выпуклые поршни приведет к уменьшению степени сжатия.
Замена поршней с плоским верхом на поршни с тиснением снижает степень сжатия.
Увеличение степени сжатия полезно, если вы создаете двигатель с высокими характеристиками и хотите максимизировать мощность двигателя.