Норма компрессии в бензиновом двигателе: Компрессия в двигателе внутреннего сгорания

Компрессия в двигателе внутреннего сгорания

Компрессия и степень сжатия – совсем не одно и то же. Незадачливые автовладельцы часто путают эти характеристики – видимо, их сбивают похожие цифры. На самом деле степень сжатия отражает, во сколько раз уменьшается объем цилиндра во время хода поршня от нижней к верхней мертвой точке. Иными словами степень сжатия – это отношение максимального объема цилиндра к минимальному. Степень сжатия может быть равной, например, десяти (10). В свою очередь под компрессией подразумевается давление воздуха в ВМТ, которое выражается в барах (атмосферах или паскалях). В бензиновых двигателях минимально допустимой компрессией считается 10 бар.

Температура воздуха при сжатии поднимается, что может привести к росту давления в исправном цилиндре до 13 бар. Однако, утечка воздуха через изношенные кольца и клапаны, может свести компрессию на нет. При значительном падении компрессии двигатель перестает заводиться, поскольку в цилиндрах невозможно создать условия для воспламенения топливовоздушной смеси.

Причиной отсутствия нормальной компрессии могут быть не только изношенные кольца и клапаны. Последние даже в исправном состоянии должны быть правильно отрегулированы. Если зазор меньше нормы, то клапан не будет полностью закрываться и через него произойдет утечка воздуха.

В бензиновых моторах нормальная компрессия находится в пределах 12-14 бар. Различия в цилиндрах в норме не превышают 1 бар. Однако если в одном из цилиндров компрессия ниже на 6-7 бар, то двигатель начинает троить на низких оборотах. При анализе выхлопных газов наблюдается повышенное содержание несгоревших углеводородов, СО и О2 и низкий показатель СО2.

При повышении оборотов в определенный момент неработающий цилиндр подключается, однако его реальный вклад в крутящий момент ничтожен. К тому же, вибрация никуда не девается, поскольку крутящий момент неравномерен. В современных моторах при падении компрессии в цилиндре электроника отключает его форсунку, дабы защитить нейтрализатор несгоревшего топлива от критического перегрева.

Разумеется, при отключении нескольких цилиндров мотор перестанет работать.

Для дизелей компрессия не менее важна. При ее недостатке распыленная солярка попросту не воспламенится, т.к. не будет достигнута необходимая для этого температура сжатого воздуха. Чем меньше компрессия, тем труднее запускается холодный дизель. Чтобы дизельный автомобиль заводился зимой, давление в его цилиндрах должно составлять не менее 20-25 бар. Есть моторы, у которых данное требование еще выше.

Замер компрессии в дизельном двигателе имеет свои особенности. ТНВД необходимо отключить, чтобы перекрыть подачу топлива в цилиндры. Прибор для измерения давления необходимо вводить через отверстия свечей накаливания или форсунки. При этом наконечник прибора необходимо обязательно вкрутить, поскольку рукой давление 30-35 бар не удержать.

Косвенные признаки недостаточной компрессии

Чтобы понять, что давление в цилиндрах недостаточно, не обязательно производить замеры компрессии. Если на низких оборотах двигатель работает вяло и неустойчиво, а на высоких как бы «просыпается», то это явный признак плохой компрессии.

При этом из выхлопной трубы, как правило, валит сизый дым – еще один признак.

Изношенные маслосъемные кольца плохо справляются со своей функцией, но на высоких оборотах масло, которое они пропускают, уплотняет зазоры компрессионных колец, в результате чего компрессия возрастает. Однако так продолжается, пока свечи не забросает маслом. Данное явление позволяет оценить износ колец, залив в цилиндры 5-10 мл моторного масла. Если после этого давление увеличится на 6-8 бар, то виноваты кольца. Проводя такой тест, необходимо учитывать, что компрессия может повыситься и за счет временного уменьшения объема камеры сгорания на эти самые 5-10 мл масла. В таком случае степень сжатия увеличивается, а вместе с ней и реальное давление в цилиндре.

При увеличении компрессии во время «масляного теста» только на 1-2 бара или если она вообще останется без изменений, то это весьма тревожный сигнал. В худшем случае это может означать наличие дыры в поршне, и тогда путь один – капремонт!

Если при обычном замере компрессии давление в одном из цилиндров поднимается заметно медленнее и оказывается на 3-5 бар ниже нормы, то есть вероятность прогорания прокладки между блоком и головкой.

А бывает, что компрессию удается повысить простой промывкой инжектора сольвентом. Это говорит о том, что мотор эксплуатировался на низкокачественно

м топливе, и многие его детали покрылись нагаром.

Зрим в корень: сказки про компрессию двигателя

Залегшие кольца или трещина в клапане — значительно более частые причины снижения компрессии, чем износ двигателя.

2

Компрессия — это вульгаризм. Правильно — давление конца такта сжатия. Это давление, которое создается в цилиндре при выключенном зажигании (или без подачи топлива — для дизеля) при положении поршня в верхней мертвой точке. Так вот, многие диагносты по величине замеренной компрессии (прости, наука, за жаргон!) дают заключение: «жив пациент» или «в морг», то есть на капитальный ремонт. По мнению многих продвинутых автомобилистов, компрессия для мотора чуть ли не всё! Но так ли это?

Компрессия и степень сжатия — одно и то же: сказка первая

Нет, не так! Компрессия — это давление в цилиндре, степень сжатия — безразмерный параметр, описывающий геометрические параметры цилиндра: это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия (камера сжатия — это объем пространства над поршнем при его положении в ВМТ (еще он называется объемом конца сжатия — это то же самое). Называть ее камерой сгорания некорректно, поскольку сгорание топлива происходит во всем объеме цилиндра.) Компрессия от степени сжатия зависит, а степень сжатия от компрессии — нет! Компрессия зависит еще от кучи параметров: давления начала сжатия, регулировки фаз газораспределения, температуры, при которой проводится замер, протечек из камеры сгорания. А протечки определяются изношенностью колец и цилиндров. «Компрессия» — то максимальное давление, которое мы измеряем в цилиндре при выключенном зажигании.

1 no copyright

Поднял компрессию — увеличил мощность: сказка вторая

Не совсем так. Компрессию можно поднять двумя способами — увеличить степень сжатия или уменьшить протечки из камеры сгорания. Посмотрим, что будет в каждом случае: в нашем распоряжении стенд. Для начала уменьшим объем камеры сжатия. Проще всего для этого прошлифовать нижнюю плоскость головки цилиндров. У базового мотора «одиннадцатого» ВАЗа рабочий объем цилиндра чуть больше 370 кубиков. При штатной степени сжатия 9,8 объем камеры сжатия составит 42,6 см³. Можно посчитать, что, сняв 2 мм с посадочной поверхности головки блока цилиндров, мы уменьшаем объем камеры сжатия на 5,1 см³. Новая степень сжатия составит 11 единиц, то есть на 1,2 выше, чем у базового мотора. А теперь, просто из интереса, уберем еще 2 мм. Степень сжатия возрастает уже до 12,6. В учебнике находим нужную формулу и получаем: термический КПД цикла поршневого двигателя теоретически должен вырасти в первом случае минимум на 4%, во втором — на 9%. Здорово! А теперь ставим эти головки на стендовый мотор и снимаем моментные характеристики. Снижение расхода топлива существенно меньше, чем обещала теория, — на 2,5% в первом случае и на 4,5% во втором. Причем эффект более выражен в зоне малых нагрузок. Прибавка мощности еще меньше: от силы 2–3%, причем в зоне малых и средних оборотов. А на высоких — никакого эффекта… Все ясно: с увеличением степени сжатия резко растет давление в цилиндре, этот рост провоцирует детонацию, ее ловит соответствующий датчик — и сдвигает угол опережения зажигания назад. Следовательно, мощность падает. А потому и теоретический эффект существенно уменьшается. Зато растут температуры на выпуске, — стало быть, риск пожечь клапаны и поршни с таким мотором значительно выше. Способ второй — уменьшаем протечки. Пойдем от обратного: сравним, что станет с моментной характеристикой, если заменить кольца такими, чтобы зазоры в них стали больше, скажем, раза в два. Сделали. Для нового мотора — всё нормально, для всех цилиндров компрессия 13,2…13,4 бар. Для испорченного кольцами с большими зазорами — 10,8…11,1. А что показали замеры мощности? В зоне малых оборотов мощность испорченного мотора чуть-чуть упала, но когда перешли 2500 об/мин, кривые момента практически слились. Всё потому, что протечки из камеры сгорания в картер, которые должны бы снизить мощность, заметны только на малых оборотах, а на высоких их масса за один цикл резко падает, ведь с уменьшением времени цикла при увеличении частоты вращения коленчатого вала уменьшается и время на протечку. Компрессия резко выросла, а мощность — нет. Вместе с компрессией проснулась детонация, и угол опережения зажигания пришлось сдвигать назад. А он влияет на мощность сильнее.

2 no copyright

Нет компрессии — сразу на капиталку: сказка третья

Обычно механик, обнаруживший низкую компрессию, тут же заявляет: «Двигатель изношен, требуется капиталка». Так ли все однозначно? Нет, конечно! На спор можем назвать двадцать возможных причин снижения компрессии. Тут и проблемы с механизмом газораспределения, и механические или термические повреждения деталей двигателя, и закоксованность поршневых колец. И только одна из них будет связана с катастрофическим износом мотора. Важно уметь различать эти причины, понимать степень их опасности и знать методы борьбы с ними. Но это — тема отдельной статьи.

Чем выше компрессия, тем лучше: сказка четвертая

Частенько от апологетов разных присадок приходится слышать, как подпрыгнула компрессия после очередной обработки мотора. Рост до 15 бар, до 17 бар! Но надо иметь в виду, что в нормальном состоянии, даже восстановив зазоры до состояния нового двигателя, компрессию выше штатной не получить. Откуда же цифры? Обычно на разобранном двигателе видно, что камера сгорания после обработки заросла непонятно чем и, как следствие, уменьшился объем камеры сжатия. Но эти отложения нарушают теплоотвод от камеры сгорания. Отсюда детонация, калильное зажигание и прочее. Так что небывалому росту компрессии не радоваться надо, а наоборот. Изменение удельного расхода топлива при фиксированных оборотах (2500 об/мин) в двух вариантах двигателя — базовом и с кольцами, в которых увеличены зазоры. Компрессия упала, но по расходу это заметно только при малых нагрузках.

3 no copyright

И совсем не сказка…

Так на что же влияет компрессия? На многое! Главное — на пусковые свойства мотора, особенно при низких температурах. В первую очередь это касается дизельных двигателей, где от давления и температуры конца сжатия зависит, воспламенится топливо в цилиндре или нет. Но и бензиновые двигатели в холодном состоянии тоже чувствительны к изменению компрессии: она влияет на испаряемость топлива, которое при холодном пуске только теоретически должно испаряться по пути в цилиндр. А реально — попадает туда в виде негорючих жидких капель. Сниженная компрессия повышает давление картерных газов. В этом случае через систему вентиляции на впуск двигателя летит больший объем паров масла. Плохо это: и токсичность растет, и темп загрязнения камеры сгорания резко увеличивается. Неравномерная по цилиндрам компрессия вызывает вибрации двигателя, особенно ощутимые на холостом ходу и при малых оборотах. А это, в свою очередь, вредит и трансмиссии, и подвеске мотора. Да и самому водителю. Словом, роль компрессии как диагностического признака, во многом характеризующего состояние двигателя, очень велика. И наши «сказки» никоим образом не призывают махнуть на нее рукой — наоборот! Но стремление к безудержному ее повышению в поисках дополнительных «лошадок» — дело в целом бесперспективное.

Компрессия в цилиндрах двигателя, норма для различных видов силовых агрегатов

Уменьшение объема газа при помощи внешнего воздействия называется компрессией. Какая компрессия должна быть в двигателе автомобиля для его бесперебойного функционирования?

Работа двигателей внутреннего сгорания осуществляется при помощи создания высокого давления в рабочих цилиндрах. Уменьшение объема при движении поршня вверх приводит к существенному повышению температуры в камере сгорания с последующим воспламенением топливовоздушной смеси. Компрессия в цилиндрах двигателя косвенно показывает состояние всех элементов, входящих в цилиндропоршневую группу.

Степень сжатия двигателя характеризует отношение объемов цилиндра при расположении поршня в верхнем положении и нижнем соответственно. Для каждого движка данная величина является постоянной.

Компрессия в двигателе имеет склонность к постепенному уменьшению, т. к. в процессе эксплуатации элементы двигателя, принимающие участие в его работе, изнашиваются и приходят в негодность, что приводит к нарушению герметичности в системе.

От давления в цилиндрах силового агрегата зависят следующие свойства:

1. Бесперебойный запуск мотора, особенно в зимнее время.
2. Отсутствие вибрации силового агрегата при работе на малых и холостых оборотах.
3. Сбалансированность мотора.
4. Наличие хороших характеристик в динамике автомобиля.

Перечень деталей, ответственных за уровень компрессии движка

При давлении топливной смеси от 15 до 30 атмосфер наибольшую нагрузку получают следующие элементы:

• прокладка головки блока цилиндров;
• поршень;
• корпус цилиндра;
• впускные и выпускные клапаны;
• компрессионные кольца.

Все перечисленные детали газораспределительного механизма испытывают многократные нагрузки, возникающие в результате воздействий высокой температуры и давления. Износ любого из этих элементов влияет на компрессию, мощность мотора и его экономические характеристики.

Давление в дизелях и бензиновых моторах

Из-за отличий в конструкции дизелей и моторов, работающих на бензине, наблюдается разная компрессия в цилиндрах двигателя. Норма давления для дизельных моторов вдвое выше, чем для бензиновых. Это обусловлено потребностью в более высоком рабочем давлении для образования вспышки дизельного топлива.

Какой величины должна быть компрессия дизеля? Дизельный двигатель можно запустить только при создании давления в цилиндрах более 22 атмосфер. Оптимальная величина компрессии для дизелей находится в пределах 28–32 атмосфер. Такой уровень возможен благодаря высокой технологичности и сложности устройства мотора.

Компрессия бензинового двигателя характеризует уровень давления на холостых оборотах силового агрегата. Величина давления зависит от марки и модели автомобиля.

Сколько должна быть компрессия в бензиновом двигателе? Для карбюраторных двигателей норма компрессии рассчитывается по специальной формуле. В основу расчета входит степень сжатия, указанная в технической документации и коэффициент, величина которого определяется принадлежностью бензинового мотора к определенной группе.

К примеру, данный коэффициент для четырехтактного движка с искровым разрядом в свече зажигания равен 1,2–1,3. Нормальная компрессия двигателя, работающего на бензине, должна быть немного выше десяти атмосфер.

Низкая компрессия может быть вызвана использованием некачественного масла, несоблюдением режима замены смазки, частой ездой на высоких скоростях.

При появлении таких симптомов, как увеличение расхода топлива и масла, снижение тяги, необходимо осуществлять диагностику мотора. Для выявления причин необязательно разбирать движок, достаточно произвести замер компрессии в цилиндрах.

Описание измерения давления

Измерение компрессии производится на прогретом движке. Проверка давления в каждом цилиндре производится своими силами при наличии измерительного прибора. Компрессия измеряется при помощи специального инструмента — компрессометра.

При выборе измерительного прибора особое внимание необходимо уделить его резьбовому наконечнику, который должен подходить для вкручивания его вместо свечей зажигания.

Для проведения диагностики мотора необходимо выполнить следующие действия:

1. Снять свечу с одного цилиндра.
2. Установить измерительный прибор вместо снятой свечи.
3. Провернуть коленвал с помощью стартера.
4. Зафиксировать показание прибора.
5. Замерить давление во всех цилиндрах с последующей фиксацией данных.
6. Сопоставить полученные результаты.
7. Добавить немного машинного масла в поршни.
8. Прокрутить мотор стартером, не вставляя свечи.
9. Повторно замерить компрессию в цилиндрах.

Для получения реальных результатов при проведении диагностики компрессия должна измеряться при количестве оборотов коленчатого вала, равном 200–250 оборотов в минуту.

Данные мероприятия проводятся с целью выявления сбоя в работе одного из цилиндров. Существенное увеличение давления свидетельствует о повреждении поршня или поршневых колец. Если давление осталось неизменным,следовательно,поломка коснулась элементов головки блока цилиндров или ее прокладки.

Факторы, влияющие на давление в двигателе

Результаты измерения компрессии часто отличаются друг от друга, даже если все детали, участвующие в газораспределении, исправны. На давление в цилиндрах оказывают влияние следующие условия:

• количество поступающих воздушных масс;
• скорость вращения коленчатого вала;
• температура двигателя;
• вязкость моторного масла.

Если возникли проблемы с запуском теряется мощность, двигатель нуждается в тщательной профессиональной диагностике. Ремонтно-восстановительные работы необходимо доверить опытным специалистам. Продление срока службы двигателя и поддержание компрессии в норме зависит от грамотного и внимательного отношения к мотору.

Увеличение мощности двигателя при помощи компрессора

Компрессор — это устройство, осуществляемое сжатие и подачу воздушных масс под давлением к потребителю. Наибольшую популярность компрессоры приобрели у автогонщиков и приверженцев скоростных режимов вождения.

Для существенного увеличения мощности мотора вместо увеличения его объема можно нагнетать больше воздуха в камеру сгорания. Это повлечет подачу большего количества топлива, что создаст повышенное давление и усиление толчка выбрасываемого газа. Для этих целей используется нагнетатель воздуха — компрессор.

Автомобильный компрессор дает возможность двигателю прибавить более 45% мощности, увеличить крутящий момент на 31%.

В зависимости от способа подачи воздуха нагнетатели делятся на три вида:

1. Центробежный компрессор.
2. Двухвинтовой.
3. Роторный.

Благодаря конструктивным особенностям центробежного компрессора, осуществляющего принудительное повышение мощности,его используют чаще других видов нагнетателей.

Компрессор запускается при помощи вращающегося коленчатого вала двигателя, что создает дополнительную нагрузку на силовой агрегат. При создании моторов, работающих в паре с нагнетателем, дополнительно усиливают узлы, получающие добавочную нагрузку при взрывах в камере сгорания. Усовершенствование элементов силового агрегата существенно увеличивает стоимость двигателя и автомобиля в целом.

Какие признаки плохой (низкой) компрессии двигателя?

Компрессия в цилиндрах один из важнейших параметров по которому можно судить о «здравии» двигателя. Что же такое компрессия и почему она так важна? Компрессия — это давление, которое возникает в цилиндре двигателя в конце такта сжатия, когда поршень находится в верхней мертвой точке. Компрессию не стоит путать со степенью сжатия двигателя. Компрессия двигателя определяется по формуле: компрессия = степень сжатия × К, где К — поправочный коэффициент для бензиновых двигателей 1,2-1,3 / для дизелей 1,7-2. Как правило, инженеры проектируют бензиновые двигатели с компрессией 12-14 бар, в дизельных двигателях нормальная компрессия 20-25 бар, в старых дизелях показатель компрессии равняется 28-32 бар. Современный дизельный двигатель, оснащенный системой «Common Rail», запустить практически невозможно, если его компрессия ниже 16 бар.

Но из любого правила есть исключение, инженеры автоконцернов не сидят сложа руки. Сейчас Mazda серийно выпускает бензиновый двигатель SkyActiv с компрессией 16 бар, а Nissan — двигатели с изменяемой степенью сжатия VC — Turbo.

От величины компрессии в цилиндрах напрямую зависит КПД и мощность двигателя, при сниженной компрессии увеличивается расход топлива и давление картерных газов, а динамические характеристики существенно снижаются. Снижение компрессии от нормы на 15 % в классических двигателях, является критическим и необходимо принимать меры по восстановлению нормальной компрессии. Стоит отметить, что компрессия в цилиндрах двигателя снижается неравномерно, поэтому можно наблюдать такое явление как разброс компрессии по цилиндрам, в исправном моторе разница компрессии между цилиндрами не должна превышать 10%. Замер компрессии выполняется при помощи специального прибора компрессометра.

Причины низкой (неравномерной) компрессии двигателя

1. Закоксовывание, залегание поршневых колец.

Нагар и отложения образовываются в любом двигателе, а тяжелые условия эксплуатации, некачественные горюче-смазочные материалы только усугубляют ситуацию. Залегшие поршневые кольца не только снижают компрессию в цилиндрах, но и приводят к ускоренному износу ЦПГ. Регулярная промывка маслосистемы двигателя, при каждой замене моторного масла, позволит избежать закоксовки поршневых колец. Подробнее о том, как и чем выполнять промывку маслосистемы, читайте здесь.

А что делать, если кольца уже залегли? Для таких случаев в арсенале компании ХАДО присутствуют продукты: «Verylube Раскоксовка», «Verylube Антикокс». Эти высокоэффективные средства позволяют быстро устранить залегание поршневых колец, и при этом нет необходимости разбирать двигатель. Для выполнения раскоксовки двигателя не нужны специальное оборудование и навыки, ее может выполнить любой автовладелец в собственном гараже. Состав вносится непосредственно в цилиндры двигателя через отверстия для установки свечей зажигания (топливных форсунок или свечей накаливания в дизельных двигателях).

2. Износ или повреждения рабочей поверхности цилиндров и компрессионных поршневых колец.

Износ элементов ЦПГ приводит к увеличению зазоров между поршневыми кольцами и стенками цилиндров. Поршень не может создать в цилиндре рабочее давление, часть сжимаемого воздуха попадает в картер двигателя, тем самым повышая давление картерных газов. Так как степень износа каждого цилиндра индивидуальна, то может наблюдаться разброс компрессии по цилиндрам, а это приводит к дисбалансу в работе двигателя. Коленчатый вал такого двигателя изнашивается значительно быстрее, из-за неравномерности нагрузок которые он воспринимает, плюс существенно возрастает вибрации автомобиля. Такой, казалось бы, серьёзный диагноз не повод проводить капитальный ремонт двигателя. Использование ХADO технологии позволяет сэкономить Ваши время и деньги, нет необходимости выполнять разборку силового агрегата и выводить его из эксплуатации. Применение гелей-ревитализантов позволяет не только компенсировать накопленный износ, но и защитить детали двигателя от износа.

При наличии царапин и задиров на стенках цилиндров глубиной до 0,07 мм рекомендуем использовать «Revitalizant EX120 для цилиндров». Продукт универсален, предназначен для бензиновых и дизельных двигателей, наносится через отверстия свечей зажигания/накала или отверстия для форсунок непосредственно на стенки цилиндров двигателя.

При значительном износе цилиндров, дополнительно после обработки цилиндров «Гелем-ревитализантом для цилиндров», и после плановой замены моторного масла рекомендуем провести полную обработку масляной системы двигателя гелем-ревитализантом XADO:

3. Неправильная регулировка клапанов, износ или повреждение гидрокомпенсаторов.

Негерметичность клапанов приводит к снижению компрессии в цилиндре. Наличие отложений на клапанах приводит к их неплотному прилеганию к седлу, клапаны перегреваются и со временем могут прогореть, в этом случае ни о какой компрессии говорить уже не приходиться. Данная проблема может проявляться в отдельно взятом цилиндре, что приводит к разбросу компрессии по цилиндрам. Для предотвращения образования нагара на клапанах необходимо использовать качественное топливо и масло, а также регулярно выполнять промывку топливной и масляной системы. Для промывки топливной системы рекомендуем использовать:

В случае критического загрязнения клапанов применение очистителей может иметь незначительный эффект, тогда вам необходимо обратиться на СТО, где будет выполнена очистка клапанов механическим способом.

Неправильная настройка фаз газораспределительного механизма приводит к нарушению синхронности работы механизмов ЦПГ и ГРМ, клапаны закрываются несвоевременно, компрессия падает. Эта проблема сказывается на компрессии во всех цилиндрах одинаково. Для решения этой проблемы необходимо выполнить регулировку газораспределительного механизма.

4. Повреждение элементов ЦПГ и ГРМ

При прогорании прокладки ГБЦ, сквозной трещины в ГБЦ, короблении ГБЦ, сквозном прогорании или частичном разрушении поршня, необходимо провести ремонт с заменой разрушенных или деформированных деталей.

При износе направляющих втулок клапанов, деформации стержня клапана рекомендуется произвести ремонт ГБЦ, заменить и расточить втулки клапанов, заменить поврежденные клапаны.

Нередко встречаются случаи, когда результаты замера компрессии оказываются выше, чем паспортные данные и этот факт доставляет автовладельцу подлинную радость. Но на самом деле, радоваться нечему! Повышенная компрессия может нанести автомобилю не меньший вред, чем сниженная. Стоит помнить, что компрессия в двигателе не может быть выше паспортных данных, вне зависимости какие средства автохимии вы применяли, повысить компрессию в двигателе возможно только при помощи тюнинга двигателя. Высокая компрессия приводит к возникновению детонации в цилиндрах и снижает ресурс поршней и поршневых колец.

Компрессия в цилиндрах возрастает по причине сокращения объема камеры сгорания из-за значительного количества скопившихся в ней отложений. Еще одной причиной завышенного значения компрессии может быть, наличие в цилиндрах моторного масла, которое уплотняет зазоры в ЦПГ. Масло попадает в цилиндры, через изношенные маслосъёмные колпачки клапанов. Чтобы восстановить нормальную компрессию в двигателе необходимо выполнить очистку камеры сгорания от отложений, посредством применения промывок или выполнить ее очистку механическим путем. Если же причина повышения компрессии в изношенных маслосъёмных колпачках, то их необходимо заменить.

Какая компрессия должна быть в двигателе: как определить уровень

Каждого автолюбителя волнует вопрос, какая компрессия должна быть в двигателе. Этот показатель крайне важен для работы цилиндрической системы и поршневой установки. От этого зависит долговечность, работоспособность и в целом состояние автомобиля. Без должной компрессии машина элементарно не сумеет завестись, даже если остальные детали находятся в идеальном состоянии. При нарушении давления в дизельном двигателе или бензиновом моторе появляется ряд более сложных, скрытых проблем, каждая их которых способна существенно ухудшить состояние машины. Давайте разбираться в том, как измерить компрессию двигателя, для чего это необходимо, а также необходим ли рядовому автолюбителю прибор для измерения компрессии.

Компрессия в двигателе выражается значением, олицетворяющем давление воздуха во внутренних моторных цилиндрах, а именно — в месте нахождения такта сжатия, при этом стартер взаимодействует с коленчатым валом. На какие функциональные способы компрессия оказывает влияние?

• Мощность двигателя автомобиля
• Скорость запуска двигателя
• Износостойкость внутренних деталей

Практический каждый владелец авто сумеет своими руками проверить компрессию в двигателе. В первую очередь следует правильно диагностировать причины нарушений в моторе. Какие из них самые распространенные?

• Плохое состояние мелких деталей вроде поршня
• Изменения в работе газораспределительной системы
• Излишняя работа стартера вхолостую
• Отсутствие достаточного количества смазочного материала
• Неисправности аккумулятора
• Низкое качество моторного масла

Как проверить компрессию в двигателе правильно

Способы диагностики компрессии идентичны для большинства автомобилей. В первую очередь необходимо убедиться в полном заряде аккумуляторе и верной работе стартера. Именно они способны оказать наибольшее влияние на измерение компрессии двигателя. Создайте в двигателе стандартную рабочую температуру (ее необходимо повышать примерно до 100 градусов), для того, чтобы элементы правильно функционировали между собой. Остановите поступление бензина (или дизеля) в мотор. Если после проведенных операций двигатель отказывается приходить в движение, значит необходима проверка компрессии в цилиндрах двигателя с остывшим мотором. При сильной порче поршневых деталей нормальная компрессия двигателя может снизиться практически наполовину. Следует попробовать временно избавиться от свечей зажигания, после чего дать воздуху пространство для поступления. Это можно сделать с помощью снятия заслонки. На этом этапе необходимо вооружиться специальным прибором — компрессометром. Как правильно его использовать?

• Наконечник засовываем в первый по номеру цилиндр до полного упора
• С помощью стартера двигаем коленвал, наблюдая за повышением давления до полной его остановки
• Фиксируем цифры, которые отображаются на экране компрессометра, после чего повторяем процедуру в заданном порядке на остальных цилиндрах

Какой должна быть компрессия?

Компрессия дизельного двигателя, равно как и компрессия бензинового двигателя обычно имеет определение 22 кг/см2. Именно при таком показателе двигатель нормально функционирует, заводится с первого раза и работает бесперебойно. Если цифра становится меньше 20ти, двигатель может даже не завестись (разве что при дополнительном воздействии масла для трансмиссии). Вы можете померить уровень давления, и узнать, есть ли необходимость повысить компрессию, использовав простой метод: прислонить руку к отверстию, которое совмещается со свечей. Если компрессия в цилиндрах находится на необходимом уровне, Вы моментально почувствуете сильное воздействие, и удержать пальцы около отверстия будет крайне проблематично.

О чем может рассказать замер компрессии двигателя

Итак, у Вас успешно прошла проверка компрессии дизельного двигателя, или же измерение давления в бензиновом моторе. Вы пришли к выводу, что показатели неутешительные, и где-то есть нарушение. Не стоит переживать — это не обязательно может являться признаком крайне серьезной поломки. Замер компрессии в двигателе может рассказать о следующих проблемах:

• Резкое нарастание компрессии свидетельствует о нарушениях в работе внутренних стенок цилиндра, износе поршней и колец
• Если попытки поднять компрессию не увенчались успехом, значит головки цилиндра износились, пропускают воздух и нуждаются в срочной замене
• При полном доступе воздуха сжатие происходит неравномерно, и компрессия меняет свои показатели? Следует обратить внимание на состояние клапанов, поверхность цилиндра, нарушения в их структуре, а также вспомнить, сколько по времени эксплуатируются перечисленные детали
• Заслонка наглухо закрыта, но изменение давления не перестает происходить? Присмотритесь к газораспределительной системе — возможно, ее функциональность снижена

Заключение

Мы разобрались в том, что такое компрессия двигателя, на что влияют ее параметры, о каких нарушениях она может рассказать, как верно замерить компрессию, и какая компрессия должна быть в двигателе при правильном функционировании. Следует взять за правило следить за тем, чтобы движок автомобиля находится в исправном состоянии, а также использовать только качественное моторное масло. Обращайте внимание на регулировку клапанов, качество стержня клапана и отсутствие излишних загрязнений. Стоит знать, что закоксование и нагар на различных деталях автомобиля приводят к снижению его работоспособности. Замер компрессии дизельного двигателя, равно как и бензинового, необходимо проводить при любых проблемах с работой мотора. Также периодически проверяйте детали на наличие трещин и повреждений, а также степень износа запчастей. Теперь, узнав, как проверить компрессию двигателя, Вы сумеете обеспечить исправность и долговечность собственного автомобиля.

Проверка компрессии двигателя автомобиля — результаты измерения

Недавно двигатель работал нормально, но упала мощность, увеличились расход топлива и масла, а на холостом ходу появилась вибрация. В подобных случаях для определения причины неисправности прибегают к измерению компрессии. Расскажем как правильно проверить компрессию двигателя и на что влияют результаты измерений.

Что это такое

Компрессией называют величину максимального давления в цилиндре, создаваемого при холостой прокрутке двигателя стартером (например, при отключении свечи зажигания). Компрессию двигателя не стоит путать со степенью сжатия, т.к. это разные понятия. Чтобы измерить компрессию, необходимо вместо свечи установить компрессометр. Этот прибор представляет собой манометр, соединенный шлангом со штуцером и обратным клапаном. При вращении коленчатого вала двигателя в шланг нагнетается воздух, пока давление в шланге не сравняется с максимальным давлением в цилиндре. Его значение зафиксирует манометр.

Как правильно проверить

• двигатель должен быть «теплым». Подача топлива должна быть отключена. Можно, например, отключить бензонасос, форсунки или использовать другие способы, препятствующие попаданию большого количества топлива в цилиндры;
• необходимо вывернуть все свечи. Выборочный демонтаж свечей, практикуемый на некоторых СТО, недопустим, так как увеличивает сопротивление вращению и произвольно снижает обороты при прокрутке двигателя стартером;
• аккумуляторная батарея должна быть полностью заряжена, а стартер — исправен.

Компрессию измеряют с открытой или с закрытой дроссельной заслонкой. Каждый из способов дает результаты и позволяет определять свои дефекты. Когда заслонка закрыта, в цилиндры поступит мало воздуха, поэтому компрессия будет низкой и составит около 0,6-0,8 МПа. Утечки воздуха в этом случае сравнимы с его поступлением в цилиндр. Вследствие этого компрессия становится особо чувствительной к утечкам — даже при малых неплотностях ее значение падает в несколько раз. При измерении компрессии с открытой заслонкой картина будет иной. Большое количество поступившего воздуха и рост давления в цилиндре, конечно, способствуют увеличению утечек. Но они заведомо меньше подачи воздуха. Вследствие этого компрессия падает не столь значительно (приблизительно до 0,8-0,9). Поэтому, замер компрессии с открытой заслонкой лучше подходит для определения «грубых» дефектов двигателя, таких как: поломки поршней, закоксовывание колец, прогары клапанов, задиры поверхности цилиндров.

В обоих способах измерения желательно учитывать динамику нарастания давления — это поможет установить истинный характер неисправности с большей вероятностью. Так, если на первом такте величина давления, измеряемая компрессометром, низкая (0,3-0,4), а при последующих тактах резко возрастает, — это косвенно свидетельствует об износе поршневых колец.

В таком случае заливка в цилиндр небольшого количества масла сразу увеличит не только давление на первом такте, но и компрессию.

Чем проверяют

Самым распространенным прибором является компрессометр. Также в продаже имеются целые наборы с комплектом переходников (адаптеров), позволяющих проводить измерения на автомобилях любых марок и моделей.

Быстро и эффективно измеряют компрессию современные мотор тестеры. Эти приборы фиксируют фактически не давление, а амплитуду пульсации электрического тока, потребляемого стартером во время прокрутки — ведь чем выше давление в цилиндре, тем больше затраты мощности стартера на вращение коленвала. Тем самым удается одновременно измерить компрессию во всех цилиндрах всего за несколько оборотов, не прибегая к выворачиванию свечей, что особенно важно для многоцилиндровых двигателей.

Недостаток мотор тестера — получаемые результаты выражаются в относительных единицах, например, в процентах к цилиндру, работающему лучше. Лишь самые дорогие мотортестеры способны измерять абсолютную величину компрессии в каждом цилиндре, но это возможно только на основе большого числа статистических данных по конкретной модели двигателя и их сопоставления с действительным давлением в цилиндре.

Результаты измерения

Неисправность	Признаки неисправности	Компрессия, МПа
		полностью открытая заслонка	закрытая заслонка
Полностью исправный двигатель	Отсутствуют	1,0 — 1,2	0,6 — 0,8
Трещина в перемычке поршня	Синий дым выхлопа, большое давление в картере	0,6 — 0,8	0,3 — 0,4
Прогар поршня	То же, цилиндр не работает на малых оборотах	0,5 — 0,5	0 — 0,1
Залегание колец в канавках поршня	То же	0,2 — 0,4	0 — 0,2
Задир поршня и цилиндра	То же, возможна неустойчивая работа цилиндра на холостом ходу	0,2 — 0,8	0,1 — 0,5
Деформация клапана	Цилиндр не работает на малых оборотах	0,3 — 0,7	0 — 0,2
Прогар клапана	То же	0,1 — 0,4	0
Зависание клапана	То же	0,4 — 0,8	0,2 — 0,4
Дефект профиля кулачка распредвала (для конструкций с гидротолкателями)	То же	0,7 — 0,8	0,1 — 0,3
Повышение количества нагара в камере сгорания в сочетании с изношенными маслосъемными колпачками и кольцами	Повышенный расход масла с синим дымом выхлопа	1,2 — 1,5	0,9 — 1,2
Естественный износ деталей поршневой группы	То же	0,6 — 0,9	0,4 — 0,6

В большинстве случаев результаты замеров компрессии являются относительными. Это значит, что необходимо опираться на разницу в значениях компрессии у различных цилиндров, а не на саму ее абсолютную величину.

Проверка компрессии двигателя компрессометром и без. О чем говорит компрессия в ДВС

Проверка компрессии двигателя производится для поиска неисправностей в двигателе внутреннего сгорания. Компрессия – это сжатие смеси в цилиндре под воздействием сил извне. Она измеряется как степень сжатия умноженная на 1,3. При измерении компрессии можно найти цилиндр, который имеет сбои в работе.

Если у машины появились различного рода проблемы, вроде падения мощности, потери масла, троения в моторе — то проверяют свечи, датчики, осматривают двигатель на предмет повреждений и течи. Когда такие проверки не приносят результата, тогда прибегают к замеру компрессии. Как ее определить на примере ВАЗ классики, показано в этом видео.

Самостоятельно проверить компрессию можно с помощью компрессометра. На станциях технического обслуживания такие проверки делаются с помощью компрессографа или мотортестера.

Содержание:

Причины снижения компрессии в цилиндрах

Компрессия двигателя может снизиться по многим причинам:

• износом поршней и деталей поршневой группы;
• неверной настройкой ГРМ;
• прогаром клапанов и поршней.

Чтобы конкретно определить причину неисправности и проводится замер компрессии двигателя на горячую и на холодную. Разберемся, как проводить такую процедуру как при помощи компрессометра так и без него.

Как мерить компрессию в двигателе

Для начала нужно подготовить двигатель к проверке. Для этого нам нужно прогреть двигатель до высокой температуры в 70-90 градусов. После этого нужно отключить бензонасос, чтобы не подавалось топливо и вывернуть свечи зажигания.

Обязательно проверьте работоспособность стартера и зарядку аккумулятора. Последний этап подготовки – открыть дроссельную заслонку и воздушный клапан.

После всего этого переходим к проверке компрессии:

1. Наконечник компрессометра вставляем в разъем свечи и стартером прокручиваем мотор до тех пор, пока не остановится рост давления.
2. Коленвал должен вращаться с оборотами около 200 в минуту.
3. Если двигатель исправен, то компрессия должна вырасти за считанные секунды. Если это происходит долго — на лицо перегорание поршневых колец. Если давление вообще не растет, то, скорее всего, нужно менять прокладку блока. Минимальное давление в бензиновом двигателе должно быть от 10 кг/см² (в дизельном двигателе более 20 кг/см²).
4. После снятия показаний, спустите давление, открутив колпачок на приборе.
5. Аналогично проверьте все остальные цилиндры.

Иллюстрация этапов замера компрессии в цилиндре

Есть другой способ проверки, который отличается от вышеуказанного тем, что в проверяемый цилиндр заливается моторное масло. Повышение давления указывает на износившиеся кольца поршней, если давление не повышается, то причина в прокладке головки цилиндра, или вообще есть течь в клапанах.

При исправности двигателя компрессия в нем должна быть от 9,5 до 10 атмосфер (бензиновый двиг.), при этом в цилиндрах она должна отличаться не более чем на атмосферу.

Диагностировать слабую компрессию можно также по неисправностям в работе карбюратора. При протечке воздуха нужно проверить прилегание пропускного клапана. Если же воздух вытекает через верх радиатора, то виновата неисправная головка цилиндра.

Что влияет на компрессию двигателя

1. Положение дросселя. При закрытом или прикрытом дросселе давление снижается
2. Загрязнение воздушного фильтра.
3. Неверный порядок фаз газораспределения, когда клапан закрывается и открывается не в нужные моменты. Такое бывает при неправильном монтаже ремня или цепи.
4. Закрытие клапанов не вовремя из-за зазоров в их приводе.
5. Температура мотора. Чем больше его температура, тем больше и температура смеси. Следовательно, давление ниже.
6. Подсос воздуха. Утечки воздуха, снижают компрессию. Вызваны они повреждением или естественным износом уплотнителей камеры сгорания.
7. Попадание масла в камеру сгорания увеличивает компрессию.
8. Если топливо попадает в виде капель, то компрессия снижается – смывается масло, которое играет роль уплотнителя.
9. Отсутствие герметичности в компрессометре либо в обратном клапане.
10. Скорость вращения коленвала. Чем она выше, тем выше компрессия, не будет утечек из-за разгерметизации.

Выше рассказано, как мерить компрессию в ДВС, работающего на бензине. В случае с дизельным мотором измерения производятся иначе.

Измерение компрессии в дизельном двигателе

1. Для того, чтобы отключить поступление дизеля в мотор, нужно отключить от электропитания клапан подачи топлива. Также это можно сделать зажимом рычага отсечки на насосе высокого давления.
2. Измерения на дизельном двигателе производятся специальным компрессометром, который имеет свои особенности.
3. При проверке не нужно жать педаль газа, так как в таких ДВС нет дросселя. Если же он есть, перед проверкой его необходимо прочистить.
4. Каждый тип двигателя снабжен специальной инструкцией о том, как проводится измерение компрессии на нем.

Замер компрессии на дизельном двигателе.

Замер компрессии на инжекторном авто

Стоит помнить, что замеры компрессии могут быть неточными. При измерениях по большей части нужно учитывать разницу давления в цилиндрах, а не среднюю величину компрессии.

Обязательно стоит учитывать такие параметры как температура масла, двигателя, воздуха, скорость вращения мотора и т.д. Только с учетом всех параметров можно делать вывод о степени износа поршней и других деталей, влияющих на компрессию. И как результат всех этих неисправностей давать заключение о потребности проведения капитального ремонта двигателя.

Как проверить компрессию без компрессометра

Без прибора замерить компрессию не получится. Поскольку само слово «измерение», подразумевает использование измерительного прибора. Так что измерить компрессию в двигателе без компрессометра невозможно. Но если нужно проверить, определить есть ли она вообще (например после обрыва ремня ГРМ или долгого простоя авто и т.д.), то есть, несколько самых простых способов как проверить компрессию без компрессометра. Признаком плохой компрессии является нетипичное поведения авто, когда, например, на низких оборотах он работает вяло и неустойчиво, а на высоких «просыпается», при этом их выхлопной сизый дым, а если посмотреть на свечи, то они окажутся в масле. При снижении компрессии растет давление картерных газов, система вентиляции быстрее загрязняется и как результат рост токсичности CO, загрязнения камеры сгорания.

Проверка компрессии без приборов

Самая элементарная проверка компрессии двигателя без приборов — на слух. Так, как обычно, если в цилиндрах двигателя компрессия есть, то вращая стартером можно услышать, как мотор отрабатывает каждый такт сжатия с характерным звуком. Причем в большинстве случаев двигатель может немного покачиваться. Когда же компрессия отсутствует, то ни четких тактов не услышится, ни подрагивания не будет. Такое поведение зачастую свидетельствует об обрыве ремешка ГРМ.

Видео как проверить компрессию двигателя без приборов

Заткнув пробкой подходящего диаметра (резиновой, корковой пластиковой или плотной тряпкой) свечной колодец, вывернув предварительно свечу какого-то из цилиндров, можно проверить, если хоть какая-то компрессия. Ведь если она там будет, то пробка будет вылетать с характерным хлопком. Если компрессия отсутствует, то останется где была.

Прилагаемым усилием при проворачивании КВ. Такой метод проверки компрессии не имеет вообще никакой точности, но, тем не менее, в народе иногда пользуются и им. Нужно вывернуть все свечи, кроме первого цилиндра и от руки, за болт шкива коленвала, проворачивается пока не закончится такт сжатия (определяется по меткам ГРМ). Далее повторяем эту же процедуру со всеми остальными цилиндрами, приблизительно запоминая прилагаемое усилие. Поскольку замеры довольно условные, поэтому предпочтительней воспользоваться компрессометром. Такой прибор должен быть в наличии у каждого автовладельца, ведь его цена настолько велика чтобы не покупать, а его помощь может понадобится в любой момент. Необходимое значение компрессии для своего автомобиля вы можете узнать из руководства по обслуживанию или хотя бы узнать степень сжатия двигателя вашего авто, тогда компрессию можно вычислить по формуле: степень сжатия * K (где К=1,3 для бензиновых и 1,3-1,7 для дизельных ДВС).

По состоянию выхлопа или состоянию свечей зажигания, может определить компрессию без прибора только опытный моторист, и то так же само, — относительно.

Такой метод актуален для автомобилей с изношенным мотором, когда участилась доливка, а из глушителя появился появляться бело-голубой дымок со специфическим запахом. Это будет говорить о том, что масло в камеры сгорания начало поступать несколькими путями. Грамотный моторист по выхлопу и по состоянию свечей, а также проанализировав акустические шумы (для прослушивания шумов понадобится приспособление, которое представляет собой медицинский стетоскоп с механическим датчиком), точно определит из-за чего такой дым и расход масла.

Есть два основных виновников наличия масла это — масло отражательные колпачки клапанов или цилиндропоршневая группа (кольца, поршни, цилиндры), что и говорит об отклонениях в компрессии.

Когда износились сальники, зачастую появляются масляные кольца вокруг свечей и выхлопной, тогда и замер компрессии можно и не делать. А вот если после прогрева ДВС продолжается характерное дымление или его интенсивность усиливается – можно делать вывод об износе двигателя. И чтобы определить из-за чего именно компрессия пропала, нужно произвести несколько несложных тестов.

Тесты проверки пропавшей компрессии

Чтобы получить точный ответ, требуется применение всех перечисленных методов с сопоставлением полученных результатов.

Для определения изношенности колец достаточно прыснуть, со шприца, в цилиндр буквально грамм 10 масла, и повторить проверку. Если компрессия увеличилась, то устали кольца, либо другие детали цилиндропоршневой группы. В случае неизменности показателей – происходит утечка воздуха через прокладку или клапана, а в редких случаях из-за трещины в ГБЦ. А если давление изменилось буквально на 1-2 бара, время бить тревогу, — это симптом прогара поршня.

Равномерное снижение компрессии по цилиндрам указывает на обычный износ двигателя и не являются показателем к срочному капремонту.

Результаты измерения компрессии

Результаты измерения компрессии показывают состояние двигателя, в частности поршней, поршневых колец, клапанов, распредвалов и позволяют принимать решения о потребности ремонта или лишь замены прокладки головки блока или маслосъемных колпачков.

На бензиновых моторах нормальная компрессия находится в пределах 12-15 бар. Если разбираться по подробнее, то тенденция будет следующей:

• переднеприводные отечественные авто и старые иномарки – 13,5-14 бар;
• заднеприводные карбюраторные – до 11-12;
• новые иномарки 13,7-16 бар, а турбированные авто и с большим объемом до 18 бар.
• в цилиндрах дизельного авто компрессия должна составлять не менее 25-40 атм.

В таблице ниже представлены более точные значения давления компрессии для разных двигателей:

Тип двигателя	Значение, бар	Предел износа, бар
1.6, 2.0 л	10,0 — 13,0	7,0
1.8 л	9,0 — 14,0	7,5
3.0, 4.2 л	10,0 — 14,0	9,0
1.9 л TDI	25,0 — 31,0	19,0
2.5 л TDI	24,0 — 33,0	24,0

Результаты динамики роста

Когда величина давления 2–3 кгс/см², а затем, в процессе проворачивания, резко поднимается, то скорее всего изношены компрессионные кольца. В таком же случае компрессия резко возрастает на первом такте работы, если капнуть масла в цилиндр.

Когда давление сразу достигает 6–9 кгс/см² и потом практически не изменяется, то вероятнее всего, не плотно прилегают клапана (притирка исправит ситуацию) или износилась прокладка головки блока цилиндров.

В случае, когда наблюдается понижение компрессии (примерно на 20%) в одном из цилиндров, и при этом мотор на холостом ходу работает неустойчиво, то большая вероятность износа кулачка распредвала.

Если результаты замера компрессии показали, что в одном из цилиндров (или двух соседних), давление поднимается заметно медленнее и на 3-5 атм. ниже нормы, то вероятно прогорела прокладка между блоком и головкой (нужно обратить внимание масла в ож).

Кстати не стоит радоваться если у вас двигатель старенький, а компрессия стала больше чем на новом – рост компрессии объясняется тем, что в результате долгой работы камера сгорания имеет масляные отложения которые не только ухудшают теплоотвод, но и уменьшают её объем, а как результат появляется детонация калильное зажигании и тому подобные проблемы.

Неравномерная по цилиндрам компрессия вызывает вибрацию двигателя (особенно ощутимо на холостых и низких оборотах), что в свою очередь также вредит и трансмиссии, и подвеске мотора. Так что, померив, давление компрессии, обязательно нужно делать выводы, и устранять дефект.

Спрашивайте в комментариях. Ответим обязательно!

Степень сжатия — обзор

Степень сжатия обычно варьируется от 1,05 до 7 на ступень; однако соотношение 3,5–4,0 на стадию считается максимальным для большинства технологических операций. Довольно часто повышение температуры газа во время сжатия диктует предел безопасного или разумного повышения давления. Максимальное повышение температуры определяется либо максимальной рабочей температурой цилиндра компрессора, либо максимальной температурой, которую газ может выдержать перед разложением, полимеризацией или даже самовоспламенением, как для хлора, ацетилена и т. Д.Поскольку объемный КПД уменьшается с увеличением степени сжатия, это также добавляет к выбору разумного предельного давления нагнетания. При известной максимальной температуре максимальная степень сжатия может быть рассчитана из соотношения повышения адиабатической температуры.

Оптимальная минимальная мощность достигается при одинаковой степени сжатия во всех цилиндрах для многоступенчатых агрегатов. При внешнем охлаждении газа между ступенями необходимо делать разумные поправки на перепады давления в промежуточных охладителях и учитывать это при установке степеней сжатия:

Фактическое (с промежуточным охлаждением)

(18-38) Pi1 / P1 = Pi2 / Pi1 ′ = Pi3 / Pi2 ′ =… Pfy / Piy

где 1,2,3 ,.… Y = состояние газа в баллоне, представленное (1) для первой ступени, (2) для второй ступени и т. Д.

i = состояние межступенчатого давления нагнетания, непосредственно в баллоне.

Prime (′) = состояние межступенчатого нагнетания, уменьшенное за счет падения давления в промежуточных охладителях, клапанах, трубопроводах и т.д .; следовательно, штрих представляет собой фактическое давление на всасывании следующего цилиндра в многоступенчатой ​​цилиндровой системе.

f = конечное давление или давление на выходе из многоступенчатой ​​установки.

Степени сжатия по ступеням:

R1 = Pi1 / P1R2 = Pi2 / Pi1′R3 = Pi3 / Pi2′Rf = Pfy / Piy ′

(18-39) R1 = R2 = R3 = … Rf = yRt

, где R _t = общая степень сжатия агрегата = P _i / P ₁

Для двухступенчатого сжатия на ступень:

(18-39A) R1 = R2 = Pf2 / P1

Для пяти ступеней:

(18-39B) R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = 5Pf5 / P1

Обычно на многоступенчатых машинах используются промежуточные охладители.Функция промежуточного охладителя заключается в охлаждении газа до максимально близкой к исходной температуре всасывания с минимальным перепадом давления. Это важно для термочувствительных материалов. Это охлаждение приводит к экономии требуемой тормозной мощности, так как по существу происходит охлаждение при постоянном давлении, что приводит к тому, что следующий цилиндр обрабатывает меньший объем газа. Для достижения наибольшей экономии следует использовать самое холодное охлаждение, доступное на практике.

В некоторых случаях желательно использовать двухступенчатое сжатие без промежуточного охлаждения.Если состав газа должен оставаться постоянным на протяжении всего процесса сжатия, а температура не ограничивается, промежуточные охладители нельзя использовать, если присутствуют конденсируемые вещества. Иногда для газов с низким значением «k» или «n» используются две ступени для повышения объемного КПД. Когда это так, и высокие температуры сжатия или экономичность работы не контролируются, может быть выгодно отказаться от промежуточного охладителя.

Обратите внимание, что когда промежуточные охладители не используются, температура воды в рубашке компрессора должна быть на 10–15 ° F выше, чем точка росы между ступенями.Для этого на предыдущем этапе потребуется теплая вода из куртки.

Работа промежуточного охладителя внешне не влияет на теоретическую оптимальную степень сжатия на ступень. Однако это влияет на совокупную мощность, необходимую для выполнения работы по полному сжатию, потому что все потерянные потери давления должны быть заменены на мощность в лошадиных силах. За счет этого промежуточного охлаждения также наблюдается выигрыш в производительности, как показано на рисунках 18-17A и 18-17B. Поправка на падение давления в промежуточном охладителе обычно делается путем увеличения давления на выходе из цилиндра, чтобы включить половину падения давления в промежуточном охладителе между ступенями, а давление всасывания на следующей ступени уменьшается до другой половины падения давления. по сравнению с теоретическим давлением без учета перепада давления.

Рисунок 18-17а. Комбинированные индикаторные карты двухступенчатого компрессора, показывающие, как водяные рубашки цилиндра и промежуточный охладитель помогают приблизить линию сжатия к изотермической.

(Используется и адаптировано с разрешения: Miller, H.H. Power, © 1994. McGraw-Hill, Inc., Нью-Йорк. Все права защищены.)

Рисунок 18-17b. Влияние объема зазора на эффективность работы цилиндра поршневого компрессора (эффект конструкции клапана).

(Используется с разрешения: Livingston, E. H. Chemical Engineering Progress, V.89, № 2, © 1993. Американский институт инженеров-химиков, Inc. Все права защищены.)

Коэффициент сжатия на ступень можно рассчитать.

(18-40) Pf = P1Rγ− (Δp1) Rγ − 1− (Δp2) Rγ − 2− (Δp3) Rγ − 3− (Δp4) Rγ − 4…

Продолжайте, чтобы увидеть количество членов в правой части уравнение, равное количеству ступеней. Обычно это лучше всего решается методом проб и ошибок, и его можно упростить, если предположить, что большинство значений ΔP равны. Предполагается, что весь перепад давления в промежуточном охладителе вычитается из давления всасывания следующей ступени, т.е.е. Падение давления в промежуточном охладителе первой ступени вычитается из давления всасывания второй ступени.

P _f = конечное давление многоступенчатого блока цилиндров

γ = количество ступеней сжатия

Δp = перепад давления на промежуточных охладителях, фунт / кв. Дюйм

1 = первая ступень

2 = вторая ступень

Если половина Δp добавляется к разряду одной ступени и половина вычитается из всасывания следующей ступени:

(18-41) Pf = P1Rγ− (12Δp1) Rγ − 1− (12Δp2) Rγ − 2− (12Δp3) Rγ − 3− (12Δp4) Rγ − 4…

На практике соотношения для каждой ступени могут не совпадать; однако это не мешает компрессору работать удовлетворительно, если все другие факторы учитываются соответствующим образом.

Охлаждение рубашки компрессора. Вода для охлаждения рубашки компрессора не должна быть такой же теплой, как вода в рубашке газового двигателя. Вода на 15–20 ° F более теплая, чем точка росы сжимаемого газа, предохраняет от конденсации. Рекомендуется повышение температуры воды в рубашке максимум на 15–20 ° F. Никогда не следует ограничивать поток воды к рубашкам, чтобы поддерживать эту температуру, поскольку пониженная скорость имеет тенденцию способствовать загрязнению рубашек.

Количество тепла, отводимого рубашками компрессора, зависит от размера и типа машины.Этот отвод тепла обычно выражается в британских тепловых единицах / час / л.с. Отвод тепла в цилиндр компрессора в среднем составляет около 500 БТЕ / ч / л.с. Некоторые из них имеют низкий уровень 130, и необходимо уточнить у производителя, чтобы получить точную цифру.

Пример 18-1

Давление между ступенями и степени сжатия

Для двух ступеней сжатия, какими должны быть давления в цилиндрах, если перепад давления в промежуточном охладителе и трубопроводе составляет 3 фунта на кв. Дюйм?

Всасывание до первой ступени: P ₁ = 0 фунтов на кв. Дюйм (14.7 psia)

Нагнетание из второй ступени: P _f2 = 150 psig (164,7 psia)

Perstage: Rc = 164,7 / 14,7 = 11,2 = 3,35

Без промежуточного охлаждения:

С промежуточным охлаждением:

Первая ступень:

Вторая ступень:

Пример показывает, что, хотя отношения на цилиндр сбалансированы, каждое из них больше теоретического. Это соответствует реальным операциям.

Важно отметить, что довольно часто фактическая степень сжатия для отдельных цилиндров многоступенчатой ​​машины не может быть точно сбалансирована.Это условие возникает в результате ограничения потребляемой мощности для определенных размеров и конструкций цилиндров производителя. В окончательном выборе они будут скорректированы, чтобы обеспечить максимально возможные степени сжатия для использования стандартных конструкций.

Вот что на самом деле означает «степень сжатия» и почему это важно что именно это значит? 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, которые вы в большинстве своем пытаетесь понять, пытаясь произвести впечатление на артиста-трапеции, которого вы встретили в цирке на прошлых выходных.

Мы знаем, что высокая степень сжатия — это хорошо, а низкая — 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

(Кстати, если вы читаете это и фыркаете, потому что уже знаете, что такое степень сжатия, хорошо для вас! Не все остальные.)

What Defines Степень сжатия очень проста

Степень сжатия — это именно то, на что это похоже — 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».

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 выше, где поршень «движется») в один только сжатый объем .

Почему лучше усложняется

Но понимание , что такое степень сжатия , менее важно, чем понимание , почему нам это важно, или почему высокая степень сжатия — это такое стремление.

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 высокому КПД).

Теперь мы на самом деле нужно больше понимать о , почему в дополнение к , как о , а это означает, что нам придется рискнуть в области 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 мощности, 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 окунемся в них. 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 более высокий тепловой КПД

Также 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. Итак, вы можете вывести соотношение между тепловым 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 сдвигаете фотоэлектрическую диаграмму вверх и влево, и увеличивают тепловложение (Qh на диаграмме) в большей степени, чем тепловые потери (Ql).Другими словами, вы превращаете больше входящей энергии в работу. Вот Джейсон Фенске из Engineering Explained , разбирающий 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 этом 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 указано в статье How Stuff Works , является мерой способности бензина сопротивляться детонации.

По сравнению с газом с высоким октановым числом бензин с низким октановым числом с большей вероятностью самовоспламеняется из-за высоких температур и давления наддува. По сути, вам нужен газ, который воспламеняется, когда вы этого хотите, а не тот, который воспламеняется, 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 в двигателях с очень высокой степенью сжатия используется высокооктановый гоночный газ или (что сейчас чаще) E85. При сжатии газы склонны 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. Технологию нелегко разработать.

Что еще интересно, так это то, что вы не можете просто сделать двигатель с такой высокой степенью сжатия, как вы хотите. Я обратился к Джону Хойенге, владельцу 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. Как ни удивительно, но без турбонаддува. Все, что Джон должен поблагодарить, — это очень высокая степень сжатия 14,5: 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 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 притворяться, теперь вы знаете, что это такое.

А теперь иди, найди того художника по трапеции и расскажи ему, что ты чувствуешь!

Какая связь между степенью сжатия и экономией топлива?

Как мы узнали на предыдущей странице, статическая компрессия двигателя измеряется, когда впускной клапан двигателя полностью закрыт.Однако в реальной эксплуатации этого почти никогда не происходит. Двигатель работает так быстро, что впускной воздушный клапан может потребоваться снова открыть до того, как поршень завершит свой полный ход вверх и вниз. Когда это происходит, часть давления внутри цилиндра падает, что снижает эффективность. По сути, здесь больше места для воздуха, поэтому двигатель теряет часть мощности из-за сгорания топлива и воздуха.

Динамические степени сжатия учитывают движение впускного клапана. Инженеры могут настроить двигатель так, чтобы впускной клапан закрывался раньше, что помогает нарастить давление в цилиндре.Двигатель также можно настроить так, чтобы клапан закрывался позже, но это позволяет выпустить немного воздуха и снизить эффективность использования топлива двигателем.

Вычислить динамическую степень сжатия на самом деле довольно сложно. Для этого вы используете длину хода и длину шатуна, чтобы определить положение поршня, когда клапан полностью закрыт. Поскольку это соотношение обнаруживается, когда поршень находится в середине своего хода, оно всегда ниже, чем степень статического сжатия. Как и при статическом сжатии, более высокая степень сжатия означает более эффективное использование топлива и лучшую экономию топлива.

Сегодняшние высокоэффективные двигатели на многих современных автомобилях во многом обязаны своей экономией топлива своей высокой степени сжатия. Но у двигателя с высокой степенью сжатия есть и недостатки. Чтобы он работал безупречно, вам нужно использовать высокооктановый газ, который дороже, чем обычный неэтилированный газ. Если пропустить бензин премиум-класса, со временем в двигателе может появиться детонация. Детонация двигателя — это когда сгорание топливовоздушной смеси не происходит в оптимальное время хода поршня.Использование низкооктанового топлива в двигателе с высокой степенью сжатия может повысить вероятность детонации, поэтому, если вы приобретете новый, экономичный автомобиль с высокой степенью сжатия, убедитесь, что вы используете тип газа, рекомендованный в руководстве пользователя, чтобы получить большинство из этого.

Ищете дополнительную информацию о степени сжатия двигателя и экономии топлива? Просто перейдите по ссылкам на следующей странице.

Перспектива ряда стратегий сгорания бензина с воспламенением от сжатия для обеспечения высокого КПД двигателя и низкого уровня выбросов NOx и сажи: эффекты расслоения топлива в цилиндрах (Журнальная статья)

Демпси, Адам Б., Карран, Скотт Дж. И Вагнер, Роберт М. Перспектива ряда стратегий сгорания бензина с воспламенением от сжатия для обеспечения высокого КПД двигателя и низких выбросов NOx и сажи: эффекты расслоения топлива в цилиндрах . США: Н. П., 2016. Интернет. DOI: 10,1177 / 1468087415621805.

Демпси, Адам Б., Карран, Скотт Дж. И Вагнер, Роберт М. Перспектива ряда стратегий сгорания бензина с воспламенением от сжатия для обеспечения высокого КПД двигателя и низкого уровня выбросов NOx и сажи: эффекты расслоения топлива в цилиндрах . Соединенные Штаты. https://doi.org/10.1177/1468087415621805

Демпси, Адам Б., Карран, Скотт Дж. И Вагнер, Роберт М. Ту. «Перспектива ряда стратегий сгорания бензина с воспламенением от сжатия для обеспечения высокого КПД двигателя и низкого уровня выбросов NOx и сажи: эффекты расслоения топлива в цилиндрах».Соединенные Штаты. https://doi.org/10.1177/1468087415621805. https://www.osti.gov/servlets/purl/1236590.

@article {osti_1236590,
title = {Перспектива ряда стратегий сгорания бензина с воспламенением от сжатия для повышения эффективности двигателя и низкого уровня выбросов NOx и сажи: эффекты расслоения топлива в цилиндрах},
author = {Демпси, Адам Б.и Карран, Скотт Дж. и Вагнер, Роберт М.},
abstractNote = {Многие исследования показали, что низкотемпературное сгорание в двигателях с воспламенением от сжатия может давать сверхнизкие выбросы NOx и сажи при сохранении высокого теплового КПД. Для достижения низкотемпературного сгорания требуется достаточное время смешивания топлива и воздуха в глобально разбавленной среде, что позволяет избежать богатых топливом областей и снизить пиковые температуры сгорания, что значительно снижает образование сажи и NOx, соответственно.Было продемонстрировано, что достижение низкотемпературного горения дизельного топлива в широком диапазоне условий затруднено из-за его свойств, а именно низкой летучести и высокой химической активности. Напротив, бензин имеет высокую летучесть и низкую химическую активность, что означает, что легче достичь количества времени предварительного смешивания, необходимого до самовоспламенения, для достижения низкотемпературного сгорания. Для достижения низкотемпературного сгорания при соблюдении других ограничений, таких как низкие скорости повышения давления и поддержание контроля над синхронизацией сгорания, расслоение топлива в цилиндрах широко исследовалось для бензиновых низкотемпературных двигателей внутреннего сгорания.Уровень расслоения топлива в действительности представляет собой непрерывный диапазон от полностью предварительно смешанного (т.е. однородного заряда топлива и воздуха) до сильно расслоенного, гетерогенного режима, такого как сгорание дизельного топлива. Однако, чтобы проиллюстрировать влияние стратификации топлива на воспламенение бензина от сжатия, авторы выделили три типичных рабочих стратегии: частичное, умеренное и тяжелое расслоение топлива. Таким образом, эта статья представляет собой обзор и перспективу текущих исследований по разработке стратегии работы двигателя для достижения низкотемпературного сгорания бензина в двигателе с воспламенением от сжатия посредством расслоения топлива.В этой статье для иллюстрации возможностей и проблем, связанных с различными уровнями стратификации топлива, использовалось компьютерное моделирование гидродинамики процессов в цилиндрах во время части цикла с закрытым клапаном.},
doi = {10.1177 / 1468087415621805},
url = {https://www.osti.gov/biblio/1236590}, journal = {Международный журнал исследований двигателей},
issn = {1468-0874},
число = 4,
объем = 93,
place = {United States},
год = {2016},
месяц = ​​{1}
}

Почему дизельные двигатели более эффективны, чем бензиновые

Тепловой КПД, степень сжатия и плотность топлива являются основными факторами, определяющими эффективность использования топлива — a.к.а. экономия топлива — двигателя. Если он установлен в автомобиле, пикапе, грузовике, лодке, корабле, тяжелом оборудовании и т. Д., Даже больше, переменные факторы влияют на эффективность использования топлива в двигателе. Что касается топливной эффективности двигателя, используемого для передвижения, транспорта и мобильности, такие факторы, как вес транспортного средства, местность и динамика воздушного потока, играют роль. Но, хотя эти переменные играют роль в определении эффективности использования топлива, они ни в коем случае не являются самыми важными факторами.

Три переменных, которые в наибольшей степени влияют на топливную эффективность двигателя, — это плотность топлива, полнота сгорания и тепловая эффективность. Из трех наиболее важных переменных, определяющих экономию топлива, наибольшее влияние оказывает термический КПД.

Никакая другая переменная не играет большей роли в определении экономии топлива, чем тепловой КПД. Причина в том, что тепловой КПД является побочным продуктом всех других переменных, связанных с сгоранием, включая плотность топлива, плотность энергии топлива, степень сжатия двигателя и соотношение воздуха и топлива, подаваемого в двигатель.

Тепловой КПД, для всех практических целей, — это «газового» пробега.

Что такое термический КПД

Как определение непрофессионала, так и строгое определение термического КПД — два самых простых объяснения в физике для понимания. Термический КПД — это процент энергии (топлива), который производит работу. Dictionary.com объясняет: «Определение термической эффективности, отношение производимой работы теплового двигателя к подводимой теплоте, выраженное в тех же единицах энергии.”Термический КПД — это часть энергии, которую двигатель производит во время сгорания, которая толкает автомобиль по дороге, раскручивает гребной винт лодки, поднимает стрелу и ковш экскаватора с обратной лопатой и т. Д.

Что касается двигателей внутреннего сгорания, тепловой КПД — это мера того, какой процент тепла — тепла, являющегося синонимом энергии / топлива — вложенный в двигатель, этот же двигатель может преобразовать в работу. Тепловая энергия — это мера процента тепла в галлоне топлива, которое двигатель может использовать, чтобы толкать транспортное средство по дороге или выполнять какую-либо другую механическую задачу, такую ​​как подъем ковша или стрелы, процент энергии в топливе, который двигатель не тратит впустую.

Другой взгляд на тепловую энергию

Тепловая энергия также может рассматриваться как количество энергии, которое использует двигатель, по сравнению с количеством энергии, которое он тратит впустую, сколько энергии в галлоне газа идет на движение и сколько тепла уходит в выхлоп или теряется. окружающей среде, окружающей двигатель.

Чтобы понять основы термического КПД двигателя, необходимо понимать основы двигателей внутреннего сгорания.

Тепловой КПД дизельных двигателей по сравнению с бензиновыми двигателями

Двигатели внутреннего сгорания также называют «тепловыми двигателями». Двигатели внутреннего сгорания преобразуют энергию — энергию топлива — в тепло, а тепло создает работу. Но только небольшая часть тепла / энергии / топлива становится работой, гораздо меньше половины.

В транспортных средствах и механизмах используются два типа двигателей внутреннего сгорания: двигатели с искровым зажиганием и двигатели с воспламенением от сжатия. Дизельные и биодизельные двигатели — это двигатели сжатия, а двигатели, работающие на бензине, этаноле и пропане, — это двигатели с искровым зажиганием.

Механика искрового двигателя

Искровые двигатели воспламеняют топливно-воздушную смесь небольшим электрическим зарядом. Когда поршень начинает опускаться после такта выпуска — хода, в котором поршень выталкивает выхлопные газы предыдущего цикла выпуска из цилиндра, — форсунки заполняют цилиндр топливовоздушной смесью. С нижней точки своего хода поршень начинает подниматься, сжимая топливно-воздушную смесь. В верхней части поршневого цикла зажигается искра, воспламеняющая смесь.

Механика компрессорного двигателя

В отличие от двигателей с искровым зажиганием, которые добавляют топливовоздушную смесь в нижней части поршневого цикла, только воздух находится в цилиндре в нижней части поршневого цикла в двигателе сжатия. Поршень поднимается и сжимает воздух, повышая температуру внутри цилиндра, а в верхней части хода поршня форсунки впрыскивают дизельное топливо в горячий сжатый воздух. Температура воздуха настолько высока, что вызывает возгорание дизельного топлива.

Хотя и компрессионные двигатели, и двигатели с искровым зажиганием удивительно неэффективны, дизельные двигатели значительно эффективнее бензиновых двигателей.

Тепловые двигатели — особенно бензиновые, этанольные и газовые двигатели — чрезвычайно неэффективны. Даже самые термически эффективные бензиновые двигатели теряют около 70 процентов производимой ими энергии. По данным GreenCarReports, хотя и немного лучше, даже самые термически эффективные дизельные двигатели по-прежнему теряют от 50 до 60 процентов.com. «Эффективность, с которой они это делают, измеряется с точки зрения« теплового КПД », и большинство бензиновых двигателей внутреннего сгорания в среднем составляют около 20 процентов теплового КПД. Дизель обычно выше — в некоторых случаях приближается к 40 процентам ».

Почему тепловые двигатели неэффективны

Существуют различные типы двигателей внутреннего сгорания — дизельный, бензиновый, этанол, природный газ, пропан, биодизель и т. Д. Но в разной степени все двигатели внутреннего сгорания неэффективны. Причина неэффективности двигателей внутреннего сгорания универсальна.Просто технологии двигателей, необходимые для преобразования 100 процентов тепла, производимого двигателем во время сгорания, не существуют.

Очень большая часть тепла, выделяемого при сгорании, выдувается через выхлопную трубу. Конвекция и теплопроводность несут ответственность за оставшуюся потерю тепла; тепловые двигатели производят то, что не превращается в механическую энергию. Блок двигателя впитывает тепло, потому что охлаждающая жидкость в радиаторе сохраняет двигатель холодным, поэтому он не перегревается и не заедает. Воздух за пределами двигателя также поглощает тепло, потому что он также отбирает тепло от блока цилиндров.

Честно говоря, не существует системы преобразования энергии, которая была бы на 100 процентов эффективна. Например, дровяные печи и электростанции тратят огромное количество энергии. Большая часть энергии просто выходит из дымохода или дымовой трубы.

Тепловые двигатели, однако, особенно неэффективны.

Но есть средства повышения теплового КПД двигателей внутреннего сгорания. Повышение степени сжатия двигателя внутреннего сгорания — первое средство.

Какая степень сжатия

Именно степень сжатия в большей степени, чем любая другая техническая характеристика двигателя, определяет тепловой КПД — или, точнее, тепловую неэффективность . Степень сжатия — это разница в объеме цилиндра между временем, когда поршень находится в нижней части своего цикла, и временем, когда поршень находится в верхней части своего цикла.

Опять же, когда поршень находится в нижней части цикла, цилиндр заполнен воздухом в случае компрессионного двигателя и заполнен воздушно-топливной смесью в случае двигателя с искровым зажиганием и когда поршень движется вверх. воздушная или воздушно-топливная смесь начинает сжиматься, и чем сильнее сжимается воздух или воздушно-топливная смесь, тем больше увеличивается температура внутри цилиндра, и как только поршень достигает вершины своего цикла, воздушно-топливная смесь сгорает.

Чем больше нагревается воздух или топливовоздушная смесь в результате сжатия перед сгоранием, тем выше термический КПД.

Как степень сжатия влияет на тепловую эффективность

Чем выше степень сжатия до определенного момента, тем выше термический КПД двигателя. Термический КПД определяется как количество тепла или теплового потенциала, то есть топлива, которое двигатель преобразует в механическую энергию, работу. Термическая эффективность, с точки зрения непрофессионала, — это процент топлива, которое двигатель использует, чтобы толкать автомобиль по дороге.

Формула теплового КПД проста. Формула теплового КПД — это количество тепла, выделяемого двигателем, деленное на количество тепла — опять же в виде топлива — затраченного на двигатель. Чем ближе две температуры, тем выше термический КПД двигателя. Если температура сжатого воздуха или топливовоздушной смеси в цилиндре такая же, как температура сгорания топлива и воздуха, тепловой КПД составляет 100 процентов.

Теоретически, сжатие воздуха или топливовоздушной смеси до тех пор, пока выделяемое тепло не сравняется с температурой сгорания топливовоздушной смеси, было бы идеальным.Однако это невозможно.

Пределы степени сжатия

Повышение степени сжатия конструкции двигателя невозможно сверх определенной степени. Инженеры могут сделать степень сжатия дизельного двигателя намного выше, чем у бензинового. Причина в том, что в цилиндре дизельного двигателя воздух находится только при подъеме поршня. Дизельное топливо впрыскивается в цилиндр, когда поршень достигает верхней точки своего хода. После впрыска дизельное топливо автоматически воспламеняется, и давление, создаваемое при сгорании дизельного топлива, толкает поршень обратно вниз, что приводит к вращению коленчатого вала.

Цилиндры бензиновых двигателей с искровым зажиганием, с другой стороны, заполняются смесью воздуха и бензина в нижней части поршневого цикла. Итак, когда поршень начинает подниматься, тепло, выделяемое при сжатии воздуха — в определенный момент — вызывает самовоспламенение бензина в топливовоздушной смеси.

Самовозгорание бензинового двигателя — катастрофическое событие. Самовоспламенение, также известное как , предварительное зажигание не следует путать с детонацией. Детонация — это когда карманы топливовоздушной смеси в цилиндре воспламеняются в разное время.Детонация вызывает свистящий звук, поэтому детонацию часто называют «стуком». Самовоспламенение полностью отличается от детонации. Детонация происходит при нижнем ходе поршневого цикла. Самовоспламенение происходит при движении вверх. Нет звука, связанного с самовоспламенением. Двигатель просто взрывается. Самовоспламенение разрушает головки и штоки поршней, разрушает кольца и уплотнения и даже может выдуть свечи зажигания сбоку двигателя.

Для предотвращения самовоспламенения в двигателе с искровым зажиганием — чтобы предотвратить воспламенение бензина в топливовоздушной смеси в результате тепла, выделяемого при сжатии поршнем смеси внутри цилиндра, — инженеры должны поддерживать степень сжатия между 8: 1 и 12: 1.

Но, поскольку дизельное топливо подается в цилиндр компрессионного двигателя в конце поршневого цикла — в верхней мертвой точке — в отличие от начала поршневого цикла, поскольку топливо находится в двигателе с искровым зажиганием, степень сжатия составляет дизельные двигатели могут быть намного выше: от 14: 1 до 25: 1. Это означает, что температура внутри дизельного двигателя становится намного выше, чем у бензинового двигателя, что означает, что температура на входе и температура на выходе ближе. Таким образом, дизельные двигатели обладают гораздо более высокой термической эффективностью, чем бензиновые.

Тепловой КПД, наряду с плотностью топлива, определяет топливный КПД двигателя. Дизельные двигатели более экономичны, чем бензиновые, потому что они более термически эффективны и потому что дизельное топливо более плотное. Дизельные двигатели имеют более высокий тепловой КПД, чем бензиновые, потому что у дизельных двигателей более высокая степень сжатия. Дизельные двигатели могут иметь более высокую степень сжатия , потому что двигатели сжатия впрыскивают топливо в цилиндр двигателя в конце поршневого цикла.

Плотность топлива и эффективность использования топлива

Даже без большей степени сжатия, ведущей к более высокому тепловому КПД, дизельные двигатели все равно будут значительно более экономичными. Дизельные двигатели, естественно, более экономичны, поскольку дизельное топливо имеет более высокую плотность, чем бензин. В то время как дизельное топливо и бензин имеют одинаковую плотность energy — равную сумму энергии при измерении по весу, — дизельное топливо имеет больше энергии при измерении по объему. А жидкое ископаемое топливо продается в единицах измерения объема, галлонах или литрах.

«Теплотворная способность дизельного топлива составляет примерно 45,5 МДж / кг (мегаджоули на килограмм), что немного ниже, чем у бензина, который составляет 45,8 МДж / кг. Однако дизельное топливо плотнее бензина и содержит примерно на 15% больше энергии по объему (примерно 36,9 МДж / литр по сравнению с 33,7 МДж / литр). Учитывая разницу в плотности энергии, общий КПД дизельного двигателя по-прежнему примерно на 20% выше, чем у бензинового, несмотря на то, что дизельный двигатель также тяжелее ».

Из-за одной только плотности топлива дизельный двигатель проезжает пять (5) миль на каждые четыре (4) мили бензинового двигателя сопоставимого размера.

«Газовый» пробег — и причина того, что дизельные двигатели более экономичны, чем бензиновые — является результатом теплового КПД, а тепловой КПД — производным степени сжатия. Тепловой КПД и степень сжатия в сочетании с плотностью топлива являются причиной того, что дизельный двигатель имеет на 25-35 процентов большую экономию топлива, чем бензиновый двигатель.

5 Дизельные двигатели с воспламенением от сжатия | Оценка технологий экономии топлива для легковых автомобилей

лазание и буксировка.Этот атрибут дизельных двигателей CI является преимуществом по сравнению с другими вариантами технологий, которые выгодны только для части рабочего диапазона транспортного средства (например, гибридные силовые агрегаты снижают расход топлива в основном при движении по городу / городу).

Вывод 5.4: Ожидается, что выявленные усовершенствованные технологические усовершенствования для дизельных двигателей CI выйдут на рынок в период 2011–2014 годов, когда на рынок также выйдут передовые технологические дополнения к бензиновым двигателям SI.Таким образом, между этими двумя системами силовой передачи будет продолжаться конкуренция по расходу топлива и стоимости. В период 2014-2020 гг. Дальнейшее возможное снижение расхода топлива для дизельных двигателей CI может быть компенсировано увеличением расхода топлива из-за изменений двигателя и системы выбросов, необходимых для соответствия более строгим стандартам выбросов (например, LEV III).

Вывод 5.5: Проникновение дизельных двигателей CI на рынок будет во многом зависеть как от увеличения стоимости дизельных силовых агрегатов CI по сравнению со стоимостью бензиновых силовых агрегатов SI, так и из-за разницы в ценах на дизельное топливо по сравнению с бензином.Предполагаемая разница в дополнительных затратах для дизельных двигателей I4 CI базового и усовершенствованного уровня для замены бензиновых двигателей SI для седанов среднего размера 2007 модельного года колеблется от 2400 долларов (базовый уровень) до 2900 долларов (продвинутый уровень). Для двигателей I4 базового уровня в сочетании с DCT стоимость замены силовой передачи оценивается в 2550–2800 долларов, а для силовых передач I4 повышенного уровня оценивается в 3050–3300 долларов (оба округлены до ближайших 50 долларов). Для среднеразмерных внедорожников 2007 модельного года ориентировочная стоимость замены бензиновых двигателей SI на дизельные двигатели V6 CI базового и расширенного уровня колеблется от 3150 долларов (базовый уровень) до 4050 долларов (расширенный уровень) (оба округляются до ближайших 50 долларов). .Для двигателей V6 CI в сочетании с DCT предполагаемое увеличение стоимости замены силовой передачи V6 CI по сравнению с силовыми передачами SI 2007 модельного года составляет от 3300 до 3550 долларов (базовый уровень), а дополнительные затраты на силовую передачу расширенного уровня составляют от 4200 до 4500 долларов (оба округлены). до ближайших 50 долларов). Эти затраты не включают фактор эквивалента розничной цены.

ССЫЛКИ

Брессион, Г., Д. Солери, С. Сави, С. Деу, Д. Азулай, H.B-H. Хамуда, Л. Дораду, Н.Геррасси и Н. Лоуренс. 2008. Исследование методов снижения выбросов HC и CO в дизельных HCCI. Документ SAE 2008-01-0034. SAE International, Warrendale, Pa.

Дизель Форум. 2008. Доступно по адресу http://www.dieselforum.org/DTF/news-center/pdfs/Diesel%20Fuel%20Update%20-%20Oct%202008.pdf.

DieselNet. 2008. 22 февраля. Доступно по адресу http://www.dieselnet.com/news/2008/02acea.php.

DOT / NHTSA (Департамент транспорта / Национальное управление безопасности дорожного движения).2009. Стандарты средней экономии топлива для легковых и легких грузовиков — модельный год 2011. Номер дела NHTSA-2009-0062, RIN 2127-AK29, 23 марта. Вашингтон, округ Колумбия,

Доу. 2009. Доступно по адресу http://www.dow.com/PublishedLiterature/dh_02df/0901b803802df0d2.pdf?filepath=automotive/pdfs/noreg/299-51508.pdf&fromPage=GetDoc.

Duleep, K.G. 2008/2009. Анализ затрат на дизельное топливо и гибридные двигатели: сравнение EEA и Martec, презентация для комитета NRC, 25 февраля 2008 г., обновлено 3 июня 2009 г.

EIA (Управление энергетической информации). 2009a. Легковые дизельные автомобили: характеристики эффективности и выбросов, а также вопросы рынка. Февраль. Доступно по адресу http://www.eia.doe.gov/oiaf/servicerpt/lightduty/execsummary.html.

EIA. 2009b. Цены на дизельное топливо. Доступно по адресу http://tonto.eia.doe.gov/oog/info/gdu/gasdiesel.asp. По состоянию на 9 мая 2009 г. и 5 июня 2009 г.

EPA (Агентство по охране окружающей среды США). 2005. Документ 420-F-05-001. Доступно по адресу http: // www.epa.gov/otaq/climate/420f05001.htm.

EPA. 2008. Исследование потенциальной эффективности транспортных средств, снижающих выбросы углекислого газа. Отчет 420р80040а. Пересмотрено в июне.

EPA. 2009. Обновленная смета расходов на основе данных Агентства по охране окружающей среды США, 2008 г. Электронная переписка комитета с Агентством по охране окружающей среды, 27 и 28 мая.

Hadler, J., F. Rudolph, R. Dorenkamp, ​​H. Stehr, T. Düsterdiek, J. Hilzendeger, D. Mannigel, S. Kranzusch, B. Veldten, M. Kösters, and A. Specht. 2008. Новый Volkswagen 2.Двигатель TDI 0 л соответствует самым строгим стандартам выбросов, 29-го Венского автомобильного симпозиума.

Ивабучи, Ю., К. Каваи, Т. Сёдзи и Ю. Такеда. 1999. Испытания новой концепции дизельной системы сгорания — горение с воспламенением от сжатия с предварительным смешиванием. Документ SAE 1999-01-0185. SAE International, Warrendale, Pa.

Йоргл, Фолькер, П. Келлер, О. Вебер, К. Мюллер-Хаас и Р. Конечны. 2008. Влияние конструкции пред-турбокатализатора на характеристики дизельного двигателя, выбросы и экономию топлива.Документ SAE 2008-01-0071. SAE International, Warrendale, Pa.

Канда, Т., Т. Хакодзаки, Т. Учимото, Дж. Хатано, Н. Китайма и Х. Соно. 2005 г. Эксплуатация PCCI с ранним впрыском обычного дизельного топлива. Документ SAE 2005-01-0378. SAE International, Warrendale, Pa.

Келлер, П.С., В. Йоргл, О. Вебер и Р. Чарновски. 2008. Компоненты, способствующие созданию экологически чистых дизельных двигателей будущего. Документ SAE 2008-01-1530. SAE International, Warrendale, Pa.

Martec Group, Inc.2008. Переменная стоимость технологий экономии топлива. Подготовлено к альянсу автопроизводителей, 1 июня; с изменениями, внесенными 26 сентября и 10 декабря.

Маттес, Вольфганг, Петер Рашль и Николай Шуберт. 2008. Разработаны концепции DeNO _x для высокопроизводительных дизельных двигателей. Вторая конференция MinNO _x , 19-20 июня, Берлин.

Müller, W., et al. 2003. Селективное каталитическое восстановление — европейская технология восстановления NO _x .SAE 2003-01-2304. SAE International, Warrendale, Pa. Myoshi, N., et al. 1995 г. Разработка новой концепции трехкомпонентного катализатора для автомобильных двигателей на обедненной смеси. Документ SAE 95809. SAE International, Warrendale, PA

NRC (Национальный исследовательский совет). 2002. Эффективность и влияние корпоративных стандартов средней экономии топлива (CAFE). National Academy Press, Вашингтон, округ Колумбия,

Пекхэм, Джон. 2003. Как JD Power / LMC рассчитывает 16% долю продаж легковых дизельных двигателей в Северной Америке.Новости дизельного топлива, 13 октября.

Пикетт, Л.М. и Д.Л. Зиберс. 2004. Сгорание дизельного дизельного топлива DI без образования сажи и контролируемой температуры смешения. Документ SAE 2004-01-1399. SAE International, Warrendale, Pa.

Райан Т.В. и Т.Дж. Каллахан. 1996. Воспламенение дизельного топлива от сжатия однородного заряда. Документ SAE 961160. SAE International, Warrendale, PA

Стили, Д., Дж. Джулиано, Дж. Хоард, С. Слудер, Дж. Стори, С. Льюис и М. Ланс. 2008. Выявление и контроль факторов, влияющих на загрязнение охладителя EGR.14-я Конференция по исследованию эффективности дизельных двигателей и выбросов, Дирборн, штат Мичиган,

Tilgner, Ingo-C., T. Boger, C. Jaskula, Z.G. Pamio, H. Lörch и S. Gomm. 2008. Новый материал для сажевых фильтров для легковых автомобилей: сажевые фильтры Cordierite для нового Audi A4 V6 TDI, 17. Aachener Kolloquium Fahrzeug- und Motorentechnik, p. 325.

Переменная степень сжатия

Переменная степень сжатия

Hannu Jääskeläinen

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием.Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Переменная степень сжатия может предложить ряд преимуществ, таких как ограничение необходимого пикового давления сгорания в дизелях и противодействие снижению эффективности из-за детонации в двигателях с искровым зажиганием. Механизмы для изменения степени сжатия двигателя включают в себя двухступенчатую систему, в которой можно выбрать низкую или высокую степень сжатия, или систему бесступенчатого сжатия.В большинстве двухступенчатых систем используется шатун переменной длины, в то время как для бесступенчатых систем было предложено множество механизмов.

Введение

Переменная степень сжатия дает ряд преимуществ для дизельных и бензиновых двигателей. Хотя концепция изучалась много лет [3537] [3538] [3539] [3540] [1942] , для многих приложений было трудно оправдать добавленную стоимость и сложность.Разработки, которые обеспечили более простой механизм за счет использования соединительных стержней переменной длины, по-видимому, делают этот вариант жизнеспособным для массового производства.

Механизмы для изменения степени сжатия включают в себя либо двухступенчатую систему, в которой можно выбрать низкую или высокую степень сжатия, либо систему с непрерывным изменением, в которой можно выбрать любую степень сжатия между низким и высоким значением.

Двухступенчатые системы включают шатун переменной длины AVL и FEV.Бесступенчатые системы могут быть реализованы с помощью различных механизмов, включая:

• Многорычажный механизм между коленчатым валом и поршнем, Nissan и MCE-5
• Подвижная головка / цилиндр, SAAB [3541] и Enerva [3542]
• Эксцентриковые шейки коленчатого вала, Caterpillar [1927] [1921] [1934]
• Подвижная головка поршня [3543]

Двухступенчатые системы

Система AVL

В двухступенчатой ​​системе переменной степени сжатия AVL используется телескопическая соединительная штанга, рис. 1.Активация осуществляется газом или массовыми силами. Сила инерции F _M и сила газа F _G используются для удлинения и укорачивания шатуна. Трансляционный шарнир укорачивает шатун, когда результирующая сила на валу F _R направлена ​​к центру коленчатого вала (F _G > F _M ), и удлиняет шатун, когда он находится в противоположном направлении (F _G M ). Ограничители определяют минимальную и максимальную длину шатуна.Чтобы «удерживать» одну из двух позиций, масло переносится в объемы ниже или выше трансляционного сочленения. Система управления сигнализирует, когда требуется изменение длины шатуна [3518] [3544] .

Рисунок 1 . Телескопический шатун AVL

###

.

No related posts.