Домой Отопление Степень сжатия двигателя, компрессия и октановое число. Что такое степень сжатия? Степень сжатия и компрессия Как все работает

Отопление

Степень сжатия двигателя, компрессия и октановое число. Что такое степень сжатия? Степень сжатия и компрессия Как все работает

Степень сжатия представляет собой расчетную величину, демонстрирующую изменение объема до и после сжатия. А компрессия - это величина, измеряемая реально. В процессе сжатия происходит изменение не только объема и давления, но и температуры, поэтому в исправном двигателе компрессия обычно немного выше. На нее оказывает влияние и возможная негерметичность клапанов, прокладок, колец и пр. Руководство к двигателю обычно содержит указание минимального значения компрессии, при котором позволяется ездить.

Основное понятие

Важно знать, какая степень сжатия для мотора является оптимальной. Это сложный вопрос, ведь разработчики двигателей с зажиганием от искры нацелены на то, чтобы увеличить этот показатель. А если двигатель работает на воспламенение от сжатия, то этот параметр правильнее всего понизить. Именно степень сжатия представляет собой характеристику двигателей внутреннего сгорания, которая вызывает наибольшее число ошибочных мнений.

Самым распространенным заблуждением является то, что от степени сжатия многое зависит. Однако тут все просто - этот показатель является отражением отношения объема цилиндра к аналогичному параметру камеры сгорания, а если по-другому, то он равен частному от деления объема пространства над поршнем к объему камеры сгорания. Получается, что степень сжатия в геометрическом плане является отражением того, во сколько раз осуществляется уменьшение объема топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя в процессе движения поршня от нижней к верхней мертвой точке. Конечно, в жизни все редко аналогично выраженному в теории.

Как все работает?

Степень сжатия двигателя на заре автомобилизма была невысокой - 4-5, чтобы не произошла детонация в результате работы на бензине с малым октановым числом. К примеру, при цилиндре на 400 кубиков объем камеры сгорания будет составлять 100 мл. Получается, что для такого двигателя степень сжатия будет равна: е = (400 + 100) : 100 = 5. Если уменьшить объем топливной камеры до 40 кубических сантиметров, то произойдет рост степени сжатия: е = (400 + 40) : 40 = 11.

Каков будет результат? Увеличение термического КПД двигателя почти на 30%. При условии, что мотор на 2,4 литра с 6 цилиндрами со степенью сжатия 5 достигает мощности 100 лошадиных сил, то при значении степени сжатия 11 она станет равна почти 130 л. с. При этом топливо расходуется в том же объеме. Получается, что в расчете на одну лошадиную силу в час можно говорить о сокращении расхода топлива на 22,7%.

Этот результат поразителен, а средства для его достижения невероятно просты. Это не мистика. Чем больше степень сжатия двигателя, тем ниже температура газов, которые после отработки идут на выхлоп.

Азы теплотехники

Двигатели автомобилей представляют собой разновидность тепловых агрегатов, подчиняющихся законам термодинамики. Физик Сади Карно в первой половине девятнадцатого века предложил первые основы теории тепловых машин. В соответствии с его теорией, КПД такого мотора тем выше, чем большая разница имеется между температурой газов к концу горения смеси топлива с воздухом и показателем температуры на выпуске. На эту разницу больше всего влияет степень расширения рабочих газов внутри цилиндров. Тут имеется важный момент, в соответствии с его теорией, важнее для термического КПД является не степень сжатия, а степень расширения. Чем сильнее происходит расширение горячих газов на рабочем ходу, тем более низкой становится их температура, что вполне естественно. В моторах с обычной конструкцией степень сжатия полностью соответствует степени расширения. Именно поэтому многие не разделяют эти термины. А степень сжатия и компрессия в совокупности вызывают детонацию. Чем сильнее происходит сжатие топливовоздушной смеси в цилиндрах мотора, тем более высокими являются температура и давление в момент образования искры, тем более высока вероятность появления ударных волн в камере детонации и сгорания. Именно она уменьшает степень сжатия, но тут ни при чем степень расширения газов при работе.

Пятитактный цикл

Существует пятитактный цикл, который предназначен для разведения степени сжатия и степени расширения. К примеру, степень сжатия ВАЗ 2112 начинает работать только при 75 градусах выше нижней метровой точки, и тут имеется определенный такт вытеснения смеси. Теперь тактов 5: впрыск, обратное вытеснение, сжатие, рабочий ход и выпуск. Возникает вопрос, связанный с необходимостью гонять смесь в обоих направлениях. К примеру, обратно будет вытеснено 20% смеси, а 80% сжимается, как положено. Даже при таких условиях реальная степень сжатия и компрессия составляют 10,6.

Практическое значение

Если конструкция имеет реальный показатель, равный 10,6, а расширение рабочих газов - 13, то это вполне нормально. В этом случае по факту термический КПД двигателя в 1,0518 раза превышает тот, что есть по степени сжатия. Это мало, однако конструкторы двигателей годами стараются изменить ситуацию так, чтобы добиться этих 5% экономии горючего. У пассажирских автомобилей двигатели работают на базе 5-тактного цикла.

Это решение кажется блестящим, но имеется и недостаток. Геометрический показатель степени расширения рабочих газов 13, а для реальной степени сжатия - 10,5. Процесс вытеснения смеси обратно делает из 1,5 литрового двигателя по мощности и крутящему моменту 1,2 литровый. Итогом этого является увеличение термического КПД за счет потери литража. «На низах» двигатель с запоздалым закрытием впускных клапанов не тянет. Пятитактный цикл уместно использовать на автомобилях с гибридными агрегатами, где тяговый электрический мотор при самых низких оборотах берет нагрузку на себя. Далее в работу включается ДВС. И тут не так важно, какая степень сжатия у мотора, важнее всего степень расширения газов при работе.

Вывод

Из-за наддува степень сжатия требуется понижать. В процессе подачи топливовоздушной смеси при избытке давления получается, что в цилиндрах имеет место повышенная реальная компрессия. Потому требуется отступать. Именно поэтому возникает необходимость в снижении термического КПД и повышении расхода топлива, если не используется горючее специального назначения.

Думаю, многие задаются этим вопросом на просторах бескрайних российских дорог. Какой все же бензин лучше лить в своего железного коня 92 или 95? Есть ли между ними критическая разница, и что будет, если вместо 95 использовать 92 бензин? Ведь он дешевле примерно на 5 – 10%, а соответственно с каждого бака будет идти реально экономия! НО стоит ли так поступать и не опасно ли это для вашего силового агрегата, разберем по полочкам, будет видеоверсия и голосование в конце …

В самом начале я предлагаю подумать, что такое эти цифры, 80, 92, 95, а в советские времена еще и 93? Никогда не задумывались? Тут все просто это октановое число. А тогда что это такое? Читаем дальше.

Октановое число бензина

Октановое число бензина – это показатель, характеризующий детонационную стойкость топлива, то есть величина способности топлива противостоять самовоспламенению при сжатии для двигателей внутреннего сгорания. То есть простыми словами, чем выше «октановый уровень» топлива, тем меньше вероятность самовоспламенения топлива при сжатии. При таком исследовании разграничивают уровни топлива по этому показателю. Исследования проводятся на одноцилиндровой установке с переменным уровнем сжатия топлива (называются они УИТ-65 или УИТ-85).

Работают установки при 600 об/мин, воздух и смесь 52 градуса Цельсия, и угол опережения зажигания составляет около 13 градусов. После таких испытаний выводят ОЧИ (октановое число исследовательское). Это исследование должно показать, как будет вести себя бензин при минимальных и средних нагрузках.

При максимальных нагрузках на топливо, существует другой эксперимент, который выводит (ОЧМ - октановое число моторное). Испытания проводятся на этой, одноцилиндровой, установке, только обороты 900 об/мин, температура воздуха и смеси 149 градусов Цельсия. ОЧМ имеет более низкое значение, чем ОЧИ. При эксперименте выводят уровень максимальных нагрузок, например при дроссельном ускорении или при движении в гору.

Теперь я думаю, хоть чуть стало понятно, что это такое. И как его определяют.

Теперь давайте вернемся к выбору - 92 или 95. Любой вид будь 92 или 95, и даже 80. При его переработке на заводе не имеет такое, конечное, октановое число. При прямой перегонки нефти, получается всего 42 – 58. То есть очень низкого качества. «Как же так» — спросите вы? Неужели нельзя перегонять сразу с высоким показателем? Можно, но это стоит очень дорого. Литр такого топлива стоил бы в несколько раз дороже существующих сейчас на рынке. Выработка такого топлива называется каталитический риформинг. Производят таким способом всего 40 – 50 % от общей массы и в основном в западных странах. В России таким способом производят гораздо меньше бензина. Вторая технология производства, которая менее затратная - называется каталитический крекинг или гидрокрекинг. Бензин при такой обработке имеет октановое число всего 82-85. Для того чтобы его привести в нужный показатель, в него нужно добавить специальные присадки.

Присадки в бензин

1) Присадки, основанные на металлосодержащих составах . Например, на тетраэтилсвинце. Условно их называют этилированные бензины. Очень эффективные, заставляют топливо работать, на всю, как говорится. Но и очень вредные. Как видно из названия тетраэтилсвинец, в составе есть метал – «свинец». При сгорании образует газообразные соединения свинца в воздухе, который очень вреден, оседает в легких, развивая сложные болезни, например «РАК». Поэтому такие типы сейчас запрещены во всем мире. В СССР существовала марка АИ – 93, он то, как раз базировался на тетраэтилсвинце. Условно можно назвать это топливо устаревшим и вредным.

2) Более совершенные и безопасные основаны на ферроцене, никеле, марганце, но чаще всего применяют монометиланилин (ММНА) , его октановое число достигает 278 пунктов. Эти присадки напрямую смешивают с бензином, доводя смесь до нужной консистенции. Но такие присадки также не идеальны, они образуют налет на поршнях, свечах, засоряют катализаторы и всевозможные датчики. Поэтому рано или поздно такое топливо закупорит двигатель, в прямом смысле слова.

3) Последние и самые совершенные - это эфиры и спирты . Самые экологические и не несут вред окружающей среде. Но есть и недостатки такого топлива, это низкое октановое число спиртов и эфиров, максимальное значение 120 пунктов. Поэтому в топливо требуется таких присадок довольно много около 10 – 20 %. Еще один недостаток, это агрессивность спиртовых и эфирных присадок, при большом содержании они быстрее разъедают резиновые и пластиковые патрубки и датчики. Поэтому такие присадки ограничивают в пределах 15 % от общего уровня топлива.

Степень сжатия и современный автомобиль

Собственно, почему я начал рассказывать с октанового числа и присадок, да потому что нужно учитывать самовоспламенения топлива или так называемую детонацию в современных агрегатах.

В дело в том, что производители чтобы увеличить мощность и снизить расход топлива, немного увеличивают степень сжатия в цилиндрах двигателя.

Вот немного полезной информации:

Для степени сжатия до 10,5 и ниже используют октановое число бензина АИ – 92 (не учитываем ТУРБО варианты моторов).
От отметки 10,5 до 12 – заливаем топливо не ниже АИ – 95!
Если степень сжатия 12 и выше, то рекомендуется заливать не ниже АИ – 98
Конечно, есть еще очень редкие бензины, такие как АИ – 102 и АИ – 109, для них степень сжатия 14 и 16 соответственно.

Так что же произойдет, В ТЕОРИИ , если мы зальем 92 бензин в мотор, который рассчитан на 95? ДА все просто, топливо от высокой степени сжатия будет самовоспламеняться, будут происходить «минивзрывы» — то есть будет проявляться разрушающий эффект детонации!

А чем опасна детонация? Да все просто, прогаром прокладки между головкой блока и самим блоком, разрушением колец (как компрессионных, так и маслосъемных), прогаром поршней и т.д.

НО это как я написал выше – ВСЕ ЭТО В ТЕОРИИ ! ОСОБЕННО У НАС В РОССИИ! Почему я это говорю. Многие производители поняли — что качественного бензина (а сейчас говорим про 95 вариант), найти если можно – ТО ОЧЕНЬ СЛОЖНО, даже в столичных регионах (я уже молчу о небольших городах). Зачастую бензин «бадяжат» так что октанового числа в 95 достичь нереально. Помню пару лет назад, читал статью с экспериментом — где в столице брали пробы с большого количества заправок, и только в 20 – 25% случаев бензин приближался к нормам, остальные были далеки от цифры 95 и даже 92. Только вдумайтесь! А как вы проверите качество сами? Правильно – НИКАК.

Так если залить такое некачественное топливо движок сразу накроется? Сразу? Не совсем так. Машины сейчас умные, и именно чтобы ваш мотор не пошел «в разнос» был придуман датчик детонации, он позволяет мотору работать с другим октановым числом. Он следит за механическими колебаниями блока двигателя, преобразует их в электрические импульсы и постоянно .

Если импульсы «выходят за рамки нормального состояния», то ЭБУ принимает решение о корректировании угла зажигания и качестве топливной смеси. Таким образом, современный мотор, рассчитанный на 95 бензин будет, спокойно работать даже на 92.

Однако! Такая работа будет успешной на низких и средних оборотах, на высоких оборотах (почти максимум), датчик детонации работает не так эффективно, поэтому «жарить» на низкооктановой смеси НЕЖЕЛАТЕЛЬНО!

Давайте подведем итог.

Что будет если залить 92 вместо 95?

По сути, разница между 92 и 95 бензином минимальна, всего «3 числа». Если выбудете заправляться в компании, которая вам гарантирует именно «жесткие показатели» то есть «92 это 92», а «95 это 95» и ВЫ В ЭТОМ БУДЕТЕ УВЕРЕНЫ. То разница будет проявлять для вашего мотора скорее на высоких оборотах, и не в значительной (до 2 — 3 %) потери мощности, также на этот процент вырастит расход топлива.

И что самое интересное, если вы не часто раскручиваете свой силовой агрегат до 5000 – 7000 оборотов, а передвигаетесь с 2000 до 4000, то 92 не доставит вам каких-либо негативных моментов. Все же электроника все отрегулирует сама.

Предрассудки - , такого нет. Прогорание клапанов, было характерно для этилированных типов, которые имели металлические присадки. Высокооктановые этилированные бензины могли нанести вред двигателю, настроенному на использование АИ-76 (причем у него не было электронной коррекции угла зажигания и впрыска топлива). Но сейчас такой опасности просто нет, потому что такое топливо уже давно запрещено.

НО В ИДЕАЛЕ! Нужно заправлять именно таким топливом, который рекомендует ваш изготовитель. Ведь если вдруг новый мотор, накроется, и выяснится что поломка связана с бензином, то вы попадаете на очень дорогостоящий ремонт, ПРИЧЕМ ЗА СВОЙ СЧЕТ. Экономия в 10% на бензине вам «вылезет боком».

Октановое число бензина

Теперь я думаю, хоть чуть стало понятно, что это такое. И как его определяют.

Теперь давайте вернемся к выбору - 92 или 95. Любой вид будь 92 или 95, и даже 80. При его переработке на заводе не имеет такое, конечное, октановое число. При прямой перегонки нефти, получается всего 42 – 58. То есть очень низкого качества. «Как же так» - спросите вы? Неужели нельзя перегонять сразу с высоким показателем? Можно, но это стоит очень дорого. Литр такого топлива стоил бы в несколько раз дороже существующих сейчас на рынке. Выработка такого топлива называется каталитический риформинг. Производят таким способом всего 40 – 50 % от общей массы и в основном в западных странах. В России таким способом производят гораздо меньше бензина. Вторая технология производства, которая менее затратная - называется каталитический крекинг или гидрокрекинг. Бензин при такой обработке имеет октановое число всего 82-85. Для того чтобы его привести в нужный показатель, в него нужно добавить специальные присадки.

Присадки в бензин

1) Присадки, основанные на металлосодержащих составах. Например, на тетраэтилсвинце. Условно их называют этилированные бензины. Очень эффективные, заставляют топливо работать, на всю, как говорится. Но и очень вредные. Как видно из названия тетраэтилсвинец, в составе есть метал – «свинец». При сгорании образует газообразные соединения свинца в воздухе, который очень вреден, оседает в легких, развивая сложные болезни, например «РАК». Поэтому такие типы сейчас запрещены во всем мире. В СССР существовала марка АИ – 93, он то, как раз базировался на тетраэтилсвинце. Условно можно назвать это топливо устаревшим и вредным.

2) Более совершенные и безопасные основаны на ферроцене, никеле, марганце, но чаще всего применяют монометиланилин (ММНА), его октановое число достигает 278 пунктов. Эти присадки напрямую смешивают с бензином, доводя смесь до нужной консистенции. Но такие присадки также не идеальны, они образуют налет на поршнях, свечах, засоряют катализаторы и всевозможные датчики. Поэтому рано или поздно такое топливо закупорит двигатель, в прямом смысле слова.

3) Последние и самые совершенные - это эфиры и спирты. Самые экологические и не несут вред окружающей среде. Но есть и недостатки такого топлива, это низкое октановое число спиртов и эфиров, максимальное значение 120 пунктов. Поэтому в топливо требуется таких присадок довольно много около 10 – 20 %. Еще один недостаток, это агрессивность спиртовых и эфирных присадок, при большом содержании они быстрее разъедают резиновые и пластиковые патрубки и датчики. Поэтому такие присадки ограничивают в пределах 15 % от общего уровня топлива.

Степень сжатия и современный автомобиль

Вот немного полезной информации:

Для степени сжатия до 10,5 и ниже используют октановое число бензина АИ – 92 (не учитываем ТУРБО варианты моторов).

От отметки 10,5 до 12 – заливаем топливо не ниже АИ – 95!

Конечно, есть еще очень редкие бензины, такие как АИ – 102 и АИ – 109, для них степень сжатия 14 и 16 соответственно.

Так что же произойдет, В ТЕОРИИ, если мы зальем 92 бензин в мотор, который рассчитан на 95? ДА все просто, топливо от высокой степени сжатия будет самовоспламеняться, будут происходить «минивзрывы» - то есть будет проявляться разрушающий эффект детонации!

НО это как я написал выше – ВСЕ ЭТО В ТЕОРИИ! ОСОБЕННО У НАС В РОССИИ! Почему я это говорю. Многие производители поняли - что качественного бензина (а сейчас говорим про 95 вариант), найти если можно – ТО ОЧЕНЬ СЛОЖНО, даже в столичных регионах (я уже молчу о небольших городах). Зачастую бензин «бадяжат» так что октанового числа в 95 достичь нереально. Помню пару лет назад, читал статью с экспериментом - где в столице брали пробы с большого количества заправок, и только в 20 – 25% случаев бензин приближался к нормам, остальные были далеки от цифры 95 и даже 92. Только вдумайтесь! А как вы проверите качество сами? Правильно – НИКАК.

Однако! Такая работа будет успешной на низких и средних оборотах, на высоких оборотах (почти максимум), датчик детонации работает не так эффективно, поэтому «жарить» на низкооктановой смеси НЕЖЕЛАТЕЛЬНО!

Давайте подведем итог.

Что будет если залить 92 вместо 95?

По сути, разница между 92 и 95 бензином минимальна, всего «3 числа». Если выбудете заправляться в компании, которая вам гарантирует именно «жесткие показатели» то есть «92 это 92», а «95 это 95» и ВЫ В ЭТОМ БУДЕТЕ УВЕРЕНЫ. То разница будет проявлять для вашего мотора скорее на высоких оборотах, и не в значительной (до 2 - 3 %) потери мощности, также на этот процент вырастит расход топлива.

И что самое интересное, если вы не часто раскручиваете свой силовой агрегат до 5000 – 7000 оборотов, а передвигаетесь с 2000 до 4000, то 92 не доставит вам каких-либо негативных моментов. Все же электроника все отрегулирует сама.

Предрассудки - что могут прогореть клапана, такого нет. Прогорание клапанов, было характерно для этилированных типов, которые имели металлические присадки. Высокооктановые этилированные бензины могли нанести вред двигателю, настроенному на использование АИ-76 (причем у него не было электронной коррекции угла зажигания и впрыска топлива). Но сейчас такой опасности просто нет, потому что такое топливо уже давно запрещено.

НО В ИДЕАЛЕ! Нужно заправлять именно таким топливом, который рекомендует ваш изготовитель. Ведь если вдруг новый мотор, накроется, и выяснится что поломка связана с бензином, то вы попадаете на очень дорогостоящий ремонт, ПРИЧЕМ ЗА СВОЙ СЧЕТ. Экономия в 10% на бензине вам «вылезет боком».

Какой конечный итог хочется вывести – каждому свое, если ваш мотор не рассчитан на 92-й, тогда не стоит его лить! Все же это может быть чревато! Однако если зальете то современный двигатель, автоматом, отрегулирует углы зажигания и вы можете даже не почувствовать подмены топлива (ТО ЕСТЬ И НА 92-м можно ездить, не раскручивая свой мотор до максимума). Но если случится поломка, и гарантия выяснит что залито не то топливо, РЕМОНТ БУДЕТ ЗА ВАШ СЧЕТ! А это, точно, не стоит 2 – 3 рублей экономии с литра.

Сейчас подробная видео версия, смотрим.

В любом отрегулированном двигателе одним из параметров, который без всякого сомнения следует изменить и обычно в сторону повышения, является степень сжатия. Поскольку повышение степени сжатия увеличивает отдаваемую эффективную мощность двигателя, поэтому желательно иметь степень сжатия как можно более высокой в определенных пределах. Верхний предел всегда определяется в зависимости от точки, в которой возникает детонация .

Поскольку детонация может очень быстро разрушить двигатель, поэтому будет лучше, если мы будем точно знать, какая степень сжатия есть или будет, чтобы можно было выдерживать разумное соотношение. Степень сжатия определяется c помощью следующей формулы (V + C)/C = CR , где V это рабочий объем цилиндра, а С это объем камеры сгорания.

Определить рабочий объем или емкость одного цилиндра можно просто. Для этого вам нужно просто разделить рабочий объем (литраж) двигателя на число цилиндров, например, если литраж четырехцилиндрового двигателя 1100 куб. см, то емкость или рабочий объем одного цилиндра будет равняться 1100/4 = 275 куб. см. Найти значение объема камеры сгорания несколько сложнее. Для определения объема мы должны физически его измерить и для этого нам нужно иметь пипетку или бюретку, градуированные в куб. см. Объем камеры сгорания это полный объем, который остается над поршнем, когда он находится в ВМТ. Он включает в себя объем полости в головке плюс объем, равный толщине прокладки, плюс объем между верхней частью поршня и верхней частью блока цилиндров в ВМТ и плюс объем выемки в днище поршня при использовании поршней с вогнутыми днищами или минус объем выпуклости на днище поршня при использовании поршней с выпуклыми днищами. После того как это будет сделано, вы можете добавить объем, равный толщине прокладки. Если прокладка имеет круглое отверстие, то этот объем проще всего можно определить с помощью следующей формулы: Vcc = [(p D2 * L)/4] / 1,000 , где V = объем, p = 3,142, D = диам. отверстия в прокладке в мм, L = толщина прокладки в зажатом состоянии в мм. Если отверстие в прокладке некруглое, как это имеет место во многих случаях, то мы можем измерить нужный объем, воспользовавшись бюреткой. Для этого обжатую прокладку приклейте к листу стекла с помощью герметика, предназначенного для прокладок головок цилиндров, затем поместите стекло на горизонтальную поверхность и заполните отверстие в прокладке жидкостью с помощью бюретки. Старайтесь это делать так, чтобы жидкость не выливалась из отверстия или покрывала полностью всю поверхность прокладки, поскольку в этом случае замеры будут неправильными. Заливать жидкость следует до тех пор, пока ее уровень не дойдет до края прокладки. Если все отверстия круглые, то можно легко рассчитать объем между верхней поверхностью поршня и верхней частью блока. Это можно сделать с помощью указанной выше формулы, но при этом D будет равняться диам. отверстия цилиндра в мм, а L расстоянию от верхнего днища поршня до верхней части блока опять в мм. На каких-то стадиях бывает необходимо определить, сколько нужно снять металла с торцевой поверхности головки цилиндров, чтобы получить требуемую степень сжатия. Для этого сначала нужно рассчитать требующийся полный объем камеры сгорания. Из полученного значения вы вычитаете объем, равный толщине прокладки, объем в блоке над поршнем, когда он находится в ВМТ и, если используется поршень с вогнутым днищем, объем выемки. Оставшееся значение теперь представляет собой объем, который должна иметь полость в головке для получения нужной нам степени сжатия. Чтобы было более понятно, рассмотрим следующий пример. Предположим, что нам нужно иметь степень сжатия 10/1, а литраж двигателя равен 1000 см3 и он имеет четыре цилиндра. СR = (V = C)/C , где V - рабочий объем одного цилиндра, а С - полный объем камеры сгорания. Поскольку мы знаем, что V (рабочий объем цилиндра) = 1000 см3 /4 = 250 см3 и знаем требуемую степень сжатия, поэтому преобразуем уравнение, чтобы получить полный объем камеры сгорания С . В результате вы получите следующее уравнение: С = V/(CR-1) . Подставим в него указанные значения С = 250/(10 – 1) = 27,7 см3 . Таким образом полный объем камеры сгорания равен 27,7 см3. Из этого значения вы вычитаете все составляющие объема камеры сгорания, которые не находятся в головке. Предположим, что поршень имеет вогнутое днище, объем полости в днище равен 6 см3 и что оставшийся объем над поршнем, когда он находится в ВМТ, до торцевой поверхности головки равен 1,5 см3. Кроме того объем, равный толщине прокладки, равен 3,5 см3. Сумма всех этих объемов, которые не входят в объем полости в головке равна 11 см3. Для получения нужной нам степени сжатия 10/1 мы должны иметь объем полости в головке (27,7 – 11) = 16,7 см3. Чтобы определить, сколько металла нужно снять с торцевой поверхности головки, поместите ее на горизонтальную поверхность, или точнее поместите головку таким образом, чтобы торцевая ее поверхность была горизонтальной. После того как вы это сделаете, заполните камеру количеством жидкости, равным требующемуся окончательному объему. В этом примере этот объем равен 16,7 см3. Затем измерьте расстояние от торцевой поверхности головки до поверхности жидкости и оно будет определять то количество металла, которое нужно будет удалить. Имеется одна небольшая проблема при измерении расстояния от торца головки до уровня жидкости. Как только наконечник глубиномера приближается к поверхности жидкости, она за счет капиллярного действия поднимается к наконечнику. Это капиллярное действия имеет место при использовании парафина в качестве жидкой среды для измерения объема, когда наконечник глубиномера находится на расстоянии от 0,008 до 0,012 дюйма от поверхности жидкости и поэтому нужно делать допуск на это явление. Из-за небольших неточностей, имеющих место при шлифовании и фасонной обработке камеры сгорания, рекомендуем проверять объем каждой камеры точно также, как и других. Если все объемы не будут одинаковыми, то следует удалить металл с головок камер, имеющих меньший объем, чтобы их объемы стали такими же, как у камеры большим объемом. Главной причиной необходимости балансировки камер является то, что она обеспечивает более плавную работу двигателя, особенно на малых оборотах, и позволяет несколько уменьшить вибрации, возникающие за счет одинаковых пусковых импульсов. Вторая причина заключается в том, что если мы используем максимально возможную степень сжатия и при проверке находим камеру с самым большим объемом, чтобы определить количество удаляемого металла, то степени сжатия у других камер могут быть выше этого предельного значения. В результате возникнет детонация, которая может быстро привести к разрушению двигателя. При удалении металла из камер лучше всего снимать металл в верхней части камер или со стенок около свечи. Точность балансировки камер составляет порядка 0,2 см3. Попытки получить меньшие значения не могут быть реализованы на практике, поскольку при таких крайних значениях возможности измерений с помощью используемых измерительных инструментов ограничены из-за их погрешностей. Помимо этого ошибка, равная 0,2 см3, даже для двигателей малого литража, составляет малый процент полного объема камеры в головке.

Изменение степени сжатия

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: e=(VP+VB)/VB Где e - степень сжатия VP - рабочий объём VB - объём камеры сгорания Преобразовав уравнение можно получить формулу для вычисления камеры сгорания при известной степени сжатия. VB=VP1/e 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.

Степень сжатия в турбо двигателе

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: E=(VP+VB)/VB Где E - степень сжатия VP - рабочий объём 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: E eff=Egeom*k√(PL/PO) Где e eff - эффективное сжатие E geom - геометрическая степень сжатия E=(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.

Зависимость октанового числа от степени сжатия

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. Углом опережения зажигания (УОЗ) так же можно частично компенсировать возросшие нагрузки. Но это темы для отдельной разговора, и мы безусловно затронем их позже в следующих статьях

Ноя 1 2014

Степень сжатия двигателя, компрессия и октановое число

Понятие «степень сжатия» относится к поршневым двигателям, у которых есть камера сгорания. Под этим термином понимают отношение объема пространства над поршнем в момент, когда он находится в нижней мертвой точке к объему надпоршневого пространства в верхней мертвой точке.

Иными словами, это выраженная математически разница в давлении внутри камеры сгорания на момент подачи горючей смеси в цилиндр, и на момент ее воспламенения.

Вокруг этого термина очень много недоразумений и мифов. Чтобы понять, что истина, и что ложь, стоит разобраться, почему у разных двигателей этот параметр отличается, и какие преимущества дает низкая или высокая степень сжатия.

Преимущества высокой степени сжатия

Двигатель внутреннего сгорания работает за счет воспламенения смеси воздуха и паров топлива. При воспламенении смесь расширяется и толкает поршень, который вращает коленвал. При большей степени сжатия интенсивность давления на поршень увеличивается, и зак один такт двигатель совершает больше полезной работы.

Отсутствие детонации в дизельных двигателях объясняется просто: в камере сгорания сначала сжимается чистый воздух, а топливо впрыскивается позже.

При этом подразумевается, что количество бензина в топливо-воздушной смеси остается неизменным, и за счет большего количества воздуха оно сгорает с более высоким КПД.

На современном этапе конструирования легковых автомобилей применение двигателей с низкой степенью сжатия практически прекратилось. Несмотря на то, что в них допустимо использовать низкооктановый и недорогой бензин А-80, их популярность равна нулю.

Дело в том, что современные потребители стремятся приобретать автомобили с большим количеством «лошадей под капотом», а с двигателей, рассчитанных на низкооктановый бензин (например, двигателя УАЗ 469, (который, правда, с измененной степенью сжатия и рядом модернизаций устанавливается в УАЗ Hunter), снять большую мощность невозможно по конструктивным причинам.

Можно ли изменить степень сжатия?

Увеличить степень сжатия можно, уменьшив объем камеры сгорания, но при модернизации уже имеющегося двигателя инженерам приходится постоянно искать компромисс между эффективностью и безопасностью. Дело в том, что, увеличение степени сжатия ведет к понижению детонационного порога.

Если увеличить степень сжатия слишком сильно, можно столкнуться с тем, что имеющимися средствами предотвратить возникновение детонации не получится. Иными словами, порой разработать (или поставить от другого, более мощного автомобиля) новый двигатель легче, чем модернизировать старый.

Для современных двигателей характерна высокая степен сжатия. В подавляющем большинстве случаев в них используется бензин с октановым числом не ниже 95 или даже 98.

Один из вариантов изменения степени сжатия, доступный частным тюнерам – фрезеровка головки блока цилиндров. После «укорачивания» ГБЦ объем камеры сгорания уменьшается.

Степень сжатия в этом случае увеличится. Есть и обратная сторона такой манипуляции (кстати, официально ее называют форсированием) уменьшится общий объем горючей смеси, сгорающей в цилиндре за один цикл.

Степень сжатия или компрессия?

Степень сжатия часто путают с понятием «компрессия». Это не одно и то же. Компрессией называют максимальное давление в цилиндре при движении поршня от нижней мертвой точки к верхней.

Компрессия измеряется в атмосферах, а степень сжатия имеет вид математического отношения, например, 10:1 (десять к одному).

Преждевременное воспламенение и детонация

Смесь, поступающая в камеру сгорания, должна не взрываться, а гореть, причем, равномерно, и на протяжении всего отрезка времени, пока поршень движется вниз.

При этом условии энергия расходуется максимально эффективно, а детали поршневой группы изнашиваются равномерно и не перегреваются. Сложность заключается в том, что скорость горения смеси обычно гораздо быстрее скорости движения поршня.

В связи с этим и возникает основная проблема, встающая на пути тех, кто задался целью увеличить степень сжатия. При увеличении давления смесь самопроизвольно возгорается.

Это явление называется преждевременным воспламенением. Более того, возгорание смеси происходит, когда поршень еще только завершает фазу сжатия. В этом случае энергия сгорающего топлива создает дополнительное сопротивление и растрачивается на выполнение бесполезного действия.

Вторая проблема: выделение чрезмерного количества энергии. Проще говоря – взрыв. Явление это в теории двигателестроения называется детонацей и имеет крайне негативные последствия.

Таким образом, увеличение степени сжатия может сыграть с владельцем двигателя злую шутку. Чтобы избежать неприятных последствий, стоит ознакомиться с таким понятием, как октановое число.

Что такое октановое число и на что оно влияет?

Бензин, который используется для работы ДВС, отличается стойкостью к детонации и самовоспламенению. Для обозначения уровня этой стойкости вводится понятие «октановое число».

Детонация возникает только в камере сгорания бензинового двигателя. Сжигание дизельного топлива требует большей степени сжатия, и воспламеняется оно «само собой» разогреваясь под воздействием давления и соприкасаясь с раскаленными металлическими деталями.

Казалось бы, все условия для возникновения созданы, но благодаря некоторым особенностям дизельного двигателя он полностью защищен от этого вредного явления.

Важный факт – октановое число бензина не влияет на количество энергии, которое выделяет топливо при сгорании. Иными словами, думать, что заливая в двигатель бензин с более высоким октановым числом, вы повышаете его мощность, ошибочно.

Все очень просто: при высоком значении степени сжатия необходимо использовать топливо с большим октановым числом.

Последствия использования топлива с несоответствующим октановым числом

Стоит обратить внимание, что при несоответствии используемого топлива требованиям завода-изготовителя, могут возникнуть следующие проблемы:

— При использовании топлива с большим октановым числом возможно прогорание выпускных клапанов. Происходит это потому, что бензин с большим октановым числом горит с меньшей температурой и медленнее. Соответственно, при его использовании, на фазе выпуска вместо отработанных газов через выпускные клапана вылетает горящая смесь.

— При использовании топлива с высоким октановым числом на свечах возможно образование нагара. Причины все те же: скорость горения может не совпадать с циклами хода поршня.

— При использовании топлива с низким октановым числом блок управления двигателем (или октан-корректор распределителя) не сможет установить угол опережения зажигания, исключающий детонацию.

Альтернативный способ изменения степени сжатия

В современной практике разработки двигателей активно применяется альтернативный способ динамического изменения степени сжатия – установка турбонагнетателя.

Он помогает увеличить давление в камере сгорания, не изменяя при этом ее физического объема. Принцип работы нагнетателя заключается в том, что в камеру сгорания под давлением поступает больше воздуха за единицу времени.

В результате степень сжатия меняется постоянно, реагируя на увеличение и уменьшение нагрузки на двигатель. Этот процесс происходит под контролем электроники, которая оперативно изменяет условия воспламенения топливо-воздушной смеси.

В результате всех перечисленных выше негативных факторов, связанных с изменением давления в камере сгорания, удается избежать.

В Объединенных Арабских Эмиратах крайней популярностью пользуются гонки на дизельных внедорожниках. Для увеличения степени сжатия и мощности используются турбины максимальной производительности

Поклонники тюнинга восприняли применение турбонагнетателей как более гибкий и управляемый способ увеличения мощности двигателя.

Можно сказать, что приобретение турбо-кита (набора деталей, предназначенных для установки турбонаддува на конкретный двигатель), гораздо более распространена по сравнению с форсированием. Нагнетатели разных типов успешно используются и при необходимости увеличить эффективность работы дизельного двигателя.