Степень сжатия и компрессия дизельного двигателя: Какая компрессия должна быть в двигателе и как ее проверить?

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 и степень сжатия двигателя автомобиля

Кто изучает устройство автомобиля, встречает непонятные термины из области работы двигателя. Расскажем что такое компрессия и степень сжатия мотора, их определения. Рассмотрим работу мотора с изменяемой степенью сжатия.

Что такое степень сжатия

Это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. На бензиновом моторе, в зависимости от конкретной задачи, степень сжатия может серьезно варьироваться, достигая величин в 8 до 12. На дизельных двигателях из-за их конструктивных особенностей она намного больше и оставляет от 14 до 18 единиц. Для бензиновых двигателей, чем выше степень сжатия — тем выше удельная мощность. Но если её сильно увеличить, то может снизится ресурс и возрастает риск проблем с мотором при заправке некачественным топливом.

Что такое компрессия двигателя

Это максимальное давление воздуха в камере сгорания в конце такта сжатия.

Компрессия это давление в цилиндре. Поэтому она зависит от степени сжатия (величина давления в меньшем объеме всегда будет больше, т.е. при увеличении степень сжатия компрессия растет). По величине компрессии можно предварительно судить о состоянии двигателя. При этом важно правильно провести процедуру замера компрессии.

При снижении уровня компрессии необходимо выяснить причину. Это могут быть поршневые кольца или проблемы в клапанном механизме, выяснить это можно так. В проблемные цилиндры с помощью шприца вводят 15-20 грамм моторного масла. Процедуру замера повторяют. Если показания манометра выросли — причина падения в поршневых кольцах, если остались на прежнем уровне — в клапанах.

Двигатели с изменяемой степенью сжатия

Японские производители улучшили эффективность традиционного двигателя за счет поднятия степени сжатия до 14:1, что ранее было просто невозможно. Они заявляют, что с данной степенью сжатия могут работать, как бензиновый, так и дизельный двигатели, причем на обычном 95-ом бензине. Как это возможно? Один из недостатков бензиновых моторов с искровым зажиганием — относительно невысокая степень сжатия. Если ее поднять с нынешних 10:1 до 12,5:1, то эффективность использования теплоты сгоревшего топлива возрастет процентов на шесть. Но чем сильнее сжимаем поршнем воздух с парами бензина, тем выше риск взрывного неконтролируемого самовоспламенения смеси — это детонация, страшный враг двигателя: ударные нагрузки, перегрев, разрушение поршней и колец.

Не зря степень сжатия бензиновых агрегатов редко поднимается выше 11:1.

На самом деле все дело в снижении средней температуры цикла. Чем «холоднее» горючая смесь в камере сгорания, тем сильнее ее можно сжать без риска возникновения детонации. Думаете, японцы решили охлаждать всасываемый воздух? Нет, они занялись системой выпуска.

Этот прием давно известен по гоночным моторам — «настроенные» выпускные каналы по схеме 4-2-1, в которых порции выхлопных газов из всех четырех цилиндров не «толкаются» друг с другом, а строго поочередно вылетают в атмосферу. При чем здесь температура цикла? «Настроенный» выпуск за счет газодинамического наддува улучшает продувку цилиндров — в них остается меньше горячих отработавших газов, которые неизбежно подмешиваются к свежему воздуху на такте впуска и поднимают температуру в конце такта сжатия. Как уверяют, если долю выхлопа снизить с обычных 8% до 4%, то степень сжатия можно безболезненно поднять на три единицы. А за счет охлаждения воздуха при распыле бензина прямо в цилиндр — сжатие можно увеличить еще на единичку.

Чтобы реализовать продвинутый газообмен, пришлось раскошелиться на фазовращатели на обоих распредвалах — и впускном, и выпускном. А вдобавок с помощью компьютерного моделирования придумать еще кучу всяких ухищрений. К примеру, чтобы улучшить «термоизоляцию» камеры сгорания, диаметр цилиндра пришлось уменьшить с нынешних 87,5 мм до 83,5 мм, соответственно увеличив ход поршня.

Длинноходность способствует увеличению крутящего момента на низких оборотах, вдобавок тягу «на низах» улучшают непосредственный впрыск и увеличение степени сжатия — и возникает эффект, который именуют downspeeding. Мол, мотор настолько хорошо тянет «внизу», что среднестатистические обороты при езде снижаются на 15% — это дает эффект по части снижения расхода бензина и выбросов СО

2 по сравнению с турбомотором с уменьшенным до 1,4 л рабочим объемом.

Какая компрессия должна быть в дизельном двигателе

В списке технических характеристик любого двигателя внутреннего сгорания зачастую указывается не компрессия в цилиндрах ДВС, а степень сжатия. Степень сжатия является конструктивным параметром, выражающим постоянное отношение объема цилиндра к объе­му камеры сгорания конкретного ДВС. Другими словами, степень сжатия указывает на то, во сколько раз объем рабочей топливно-воздушной смеси уменьшается (сжимается) в цилиндре во время перемещения поршня из НМТ в ВМТ.

Компрессия и степень сжатия дизельного или бензинового двигателя являются разными понятиями. Компрессия двигателя представляет собой величину, под которой следует понимать создаваемое давление в цилиндрах силового агрегата в самом конце такта сжатия смеси. Указанное давление измеряют в атмосферах, давлении в килограммах на квадратный сантиметр (кг/см2), МПа, используют единицу измерения бар и т.д.

Уверенный запуск дизельного двигателя возможен тогда, когда показатель ком­прессии в цилиндрах мотора данного типа составляет минимальные 22 кг/см2 и более.

Падение компрессии в цилиндрах дизеля ниже отметки в 20 кг/см2, приводит к тому, что двигатель самостоятельно и без дополнительных вмешательств уже не заводится. Под таким дополнительным вмешательством без разборки двигателя наиболее часто стоит понимать прямую заливку в цилиндры моторного или трансмиссионного масла. В ряде случаев этот способ помогает единоразово завести мотор с низкой компрессией. Повторный запуск неисправного ДВС после простоя будет невозможен.

Среди главных признаков сниженной компрессии отмечены:

Простейшим способом диагностики уровня компрессии является выкручивание свечей накала, после чего можно пальцем перекрыть свечное отверстие. Если компрессия находится на отметке около 20 кг/см2 и выше, тогда человек попросту не удержит палец. Более основательная проверка компрессии дизельного двигателя осуществляется путем выкручивания свечей накала, установки в освободившееся отверстие и замерами при помощи компрессометра.

Содержание статьи

Почему снижается компрессия

Резкое и неожиданное падение компрессии без видимых причин может возникнуть после ремонта ДВС, после многочисленных попыток запустить агрегат, а также в результате недостаточной частоты вращения коленвала стартером. В первых двух случаях масляная пленка на стенках цилиндров может отсутствовать, в результате чего компрессия недостаточна для запуска. Частота вращения зависит от состояния АКБ, стартера и других элементов, а также от вязкости моторного масла. Обильное попадание топлива или ОЖ в картер двигателя может привести к разжижению масла, что также приведет к потере компрессии.

Компрессия может снизиться в результате неисправностей ГРМ (прогар клапана, разрушение стержня клапана или повреждение направляющей втулки, проблемы с гидрокомпенсаторами и т.д.) Падение компрессии дизельного двигателя также может быть вызвано трещинами в ГБЦ или деформацией прилегающей поверхности головки блока цилиндров к блоку цилиндров, разрушением прокладки ГБЦ, износом зеркала цилиндров, неисправностями компрессионных колец, прогаром и/или разрушением поршня. На показатель компрессии двигателя также влияет степень закоксовки двигателя (отложения на днище поршня, залегание поршневых колец в результате обильного нагара и т.п.)

Как завести дизель с низкой компрессией

Запуск дизеля, в котором упала компрессия, можно реализовать путем искусственного создания масляной пленки на стенках цилиндров. Для этого необходимо выкрутить калильные свечи, после чего потребуется залить 20-25 «кубиков» моторного масла через свечные отверстия.

Также масло можно заливать и через форсуночные отверстия, но демонтаж дизельных форсунок сложнее, требует больше навыков и времени. По окончании заливки масла во все цилиндры мотор нужно провернуть в ручном режиме. Достаточно сделать пару оборотов, за которые на стенках цилиндров образуется равномерная масляная пленка. После этого мотор с выкрученными свечами накала необходимо снова провернуть на два или три оборота, но уже стартером.

Данная операция позволит удалить излишки масла из цилиндров агрегата и избежать так называемого гидроклина, который может возникнуть после закручивания свечей. Наиболее частой причиной потери компрессии выступает неисправность поршневых колец.  Самостоятельная заливка масла позволяет существенно поднять компрессию в момент первого запуска до оптимальных параметров, что и приводит к уверенному пуску мотора. 

Читайте также

Степень сжатия дизельного двигателя – что нужно знать? + Видео » АвтоНоватор

Знаете ли вы, как работает сердце вашего автомобиля – двигатель? Какие процессы происходят, когда вы давите на педаль газа или когда переключаете скорости? Не стоит открещиваться от этих знаний – чем лучше вы узнаете свой автомобиль, тем раньше почувствуете возможную неисправность. Одна из важных характеристик – степень сжатия двигателя.

Изучаем теорию – что происходит внутри камеры сгорания?

Степень сжатия в теории – это соотношение объема в пространстве над рабочим поршнем в момент, когда он проходит нижнюю мертвую точку,  к объему в камере над поршнем в момент прохождения верхней мертвой точки. Это определение выражает разницу давления в самой камере сгорания в момент, когда происходит впрыск топлива в цилиндр.

В повседневной жизни часто путают степень сжатия с другим понятием, а именно с компрессией дизельного двигателя, однако на практике это два разных термина. Компрессия – это наибольшее давление поршнем в цилиндре на момент его прохождения от нижней мертвой точки к верхней. Эту величину измеряют в атмосферах.

Степень сжатия измеряют математическим соотношением, к примеру, 19:1. Для дизельных двигателей наилучшим считается соотношение в рамках от 18 до 22 к 1. При такой степени сжатия сердце автомобиля будет работать наиболее эффективно. Использование топлива связано напрямую со степенью сжатия. Чем больше давление поднимается в камере и больше сжатие, тем экономичней будет расход топлива, при этом полученная мощность может увеличиваться.

Степень сжатия на практике – как это происходит?

Сгорание топливной смеси в двигателе происходит при взаимодействии смешанных паров топлива и воздуха. При возгорании смеси происходит ее расширение, в результате чего увеличивается давление в камере. Коленчатый вал при этом выполняет обороты, соответственно двигатель выполняет один такт полезной работы. В наше время уже практически не выпускаются дизельные двигатели с низкой степенью сжатия, так как в этом нет необходимости, также и низкооктановое топливо практически исчезло с рынка. Все стремятся к более экономичным и высокооборотистым двигателям с большей степенью сжатия.

Увеличения степени сжатия можно добиться за счет уменьшения камеры сгорания дизельного двигателя. Но при таких изменениях инженерам на заводах приходятся искать компромиссное решение, потому что нужно сохранить давление в камере, а также уменьшить объем сжигания топлива. Одним из способов увеличения сжатия является расточка блоков головки цилиндра – степень сжатия при этом увеличивается, а объем сгорания топлива в камере уменьшается. При этом цилиндр сохраняет свой рабочий объем, и объем двигателя не меняется.

Изменение степени сжатия – как улучшить показатели?

В наше время инженеры нашли альтернативный способ повысить давление в камере сгорания – это установка турбо-нагнетателя. Установка данного устройства приводит к увеличению давления в камере внутреннего сгорания, при этом объемы самой камеры изменять не нужно. Появление подобных устройств привело к существенному увеличению мощности, вплоть до 50 % от изначальных цифр. Достоинством нагнетателей является возможность их установки своими руками, хотя лучше всего поручить эту задачу специалистам.

Принцип работы нагнетателей всех типов сводится к одному простому действию, которое понятно даже детям. Мы знаем, что мотор автомобиля работает благодаря постоянному сгоранию топливно-воздушной смеси, поступающей в цилиндры двигателя. Производители устанавливают оптимальное соотношение поступающих в цилиндры топлива и воздуха – последний попадает в камеру сгорания благодаря созданию разреженной атмосферы на такте впуска. Нагнетатели же позволяют в тот же объем камеры сгорания подать на впуске больше горючего и воздуха. Соответственно, увеличивается количество энергии при сгорании, растет мощность агрегата.

Однако автолюбителям не стоит увлекаться чрезмерным увеличением исходных показателей своего «железного коня» – при возрастании количества тепловой энергии увеличивается и амортизация деталей двигателя.

Быстрее прогорают поршни, изнашиваются клапаны, выходит из строя система охлаждения. Причем если турбонаддув можно установить своими руками, то ликвидировать последствия этого эксперимента далеко не всегда возможно даже в хорошей автомастерской. В особо неудачных случаях модернизации авто его «сердце» может попросту взорваться. Вряд ли нужно объяснять, что страховая компания откажется выплачивать вам какие-либо компенсации по этому прецеденту, возложив всю ответственность исключительно на вас.

В дизельных двигателях отсутствует дроссельная заслонка, в результате этого появилась возможность лучше и эффективней наполнять цилиндры независимо от оборотов. На очень многих современных автомобилях устанавливают такое устройство, как интеркулер. Он позволяет увеличить массу наполнения в цилиндрах на 20 %, что и поднимает мощность двигателя.

Увеличенное давление степени сжатия дизельного двигателя не всегда носит положительный характер и не всегда поднимает его мощность. Рабочая степень сжатия может находиться уже возле своего предела детонации для данного типа топлива, и дальнейшие её увеличение способно снизить мощность и время работы двигателя. В современных автомобилях давление в камере сгорания постоянно находится под управлением и контролем электроники, которая быстро реагирует на изменения работы в двигателе. Прежде, чем выполнить какие-либо операции по увеличению параметров современного «железного коня», обязательно проконсультируйтесь со специалистами.

Мнение эксперта

Руслан Константинов

Эксперт по автомобильной тематике. Окончил ИжГТУ имени М.Т. Калашникова по специальности «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов». Опыт профессионального ремонта автомобилей более 10 лет.

Для большинства дизельных двигателей степень сжатия находится в пределе от 18/22 к 1. Подобные характеристики обеспечивают максимальный КПД силовой установки, а если степень сжатия будет увеличена хотя бы на один процент, мощность поднимается минимум на 2%. Кроме использования турбонаддува повысить эти показатели можно и другими способами.
• Система Common Rail.
Современная система, которая используется на большинстве современных автомобилей с дизельной силовой установкой. Принцип заключается в том, что топливная смесь подаётся в камеры сгорания всегда с одинаковым давлением независимо от количества оборотов двигателя и мощности. Если в обычной системе сжатие происходит во впускном коллекторе, то в common rail в момент впрыска топлива в камеру. Благодаря этой системе производительность возрастает на 30%, однако эта цифра может отличаться в зависимости от давления впрыска топлива.
• Чип-тюнинг.
Не менее востребованный способ повышения мощности это чип тюнинг. Принцип доработки заключается в изменении характеристик давления в топливной системе за счёт изменения параметров электронного блока управления двигателем. Чип повышает производительность и КПД мотора, а также отслеживает время подачи топлива в цилиндры. К тому же чип тюнинг позволяет снизить расход топлива и сделать эксплуатацию более экономичной.
Чтобы выполнить чип тюнинг самостоятельно, потребуется специальное оборудование, знания и опыт. Установка доработанного контроллера обязательно подразумевает тонкую настройку под конкретный двигатель, также предварительно необходимо провести диагностику. Поэтому для получения гарантированного результата лучше обратиться к профессионалам.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Что такое компрессия и степень сжатия

При диагностике автомобиля перед покупкой опытные автовладельцы практически всегда советуют новичкам проверить компрессию. А еще существует степень сжатия – казалось бы, схожий термин, ведь компрессия – это и есть сжатие. На самом деле это совершенно разные вещи. Давайте разберемся, что есть что, а заодно поймем, что и как нужно проверять при покупке машины.

Что такое степень сжатия?

Начнем со степени сжатия. Как мы помним, поршень в цилиндре при работе двигателя движется вверх-вниз, имея две так называемых мертвых точки, верхнюю и нижнюю. Так вот, степень сжатия – это отношение между двумя объемами: полным объемом цилиндра, когда поршень находится в нижней мертвой точке, и объемом камеры сжатия, когда поршень находится в верхней мертвой точке. То есть степень сжатия – это математическое отношение, которое показывает, во сколько раз топливовоздушная смесь (или воздух, если речь о дизеле) сжимается в цилиндре при работе мотора.

Степень сжатия – одна из базовых характеристик любого двигателя, и закладывается она на стадии проектирования. У бензиновых моторов она ниже, чем у дизельных: в среднем от 8:1 до 12:1 у первых и от 14:1 до 23:1 у вторых. Дело в том, что работа дизельного мотора предполагает самостоятельное воспламенение топливовоздушной смеси от сжатия, а в бензиновом моторе смесь в каждом такте поджигается свечой зажигания. Однако в целом по мере развития технологий двигателестроения степень сжатия в моторах росла. Причина проста: повышение степени сжатия позволяет увеличить КПД мотора, получая больше мощности при том же рабочем объеме и расходе топлива. Собственно, с ростом степени сжатия связано и применение более высокооктановых бензинов.

Таким образом, степень сжатия – это конструктивная характеристика двигателя, и она не меняется по мере его износа и старения. Степень сжатия не нужно «проверять» при покупке, а знать ее нужно в основном для того, чтобы знать, какой бензин лучше заливать в бак купленной машины.

Что такое компрессия?

Если степень сжатия – параметр математический и неизменный, то компрессия – характеристика изменяемая. Компрессия – это давление, создаваемое в цилиндре в конце такта сжатия, когда поршень идет от нижней мертвой точки к верхней, сжимая воздух или топливовоздушную смесь. Давление в цилиндре в момент, когда поршень достиг верхней мертвой точки – это и есть компрессия. Можно подумать, что компрессия фактически должна быть равна степени сжатия – ведь она тоже показывает разницу давления в цилиндре при двух положениях поршня – верхнем и нижнем. Однако на самом деле компрессия оказывается значительно выше. Ведь воздух при резком сжатии нагревается, что означает увеличение давления. А еще он нагревается от горячих стенок цилиндра, ведь рабочая температура двигателя гораздо выше температуры окружающей среды. Таким образом, компрессия, конечно, зависит от степени сжатия, но не равна ей. И именно компрессию замеряют при диагностике двигателя, чтобы оценить его техническое состояние.

Как замеряют компрессию?

Замер компрессии проводится с учетом перечисленных выше условий: на полностью прогретом двигателе и при полностью открытой дроссельной заслонке, отвечающей за подачу воздуха в цилиндр. Разумеется, горение топлива для замера компрессии не нужно, в цилиндре сжимается только воздух. Так что подачу топлива отключают, а свечу зажигания (или накаливания, если речь идет о дизеле) выкручивают, а на ее место вкручивают шлаг компрессометра. Компрессометр – это прибор для измерения компрессии. Он фактически представляет собой манометр, подключаемый трубкой к цилиндру и оснащенный обратным клапаном, чтобы не сбрасывать измеренное давление.

Зачем измерять компрессию?

Замер компрессии позволяет оценить исправность и техническое состояние двигателя. Во-первых, после замера можно сравнить соответствие полученного результата заводским параметрам – то есть оценить компрессию в имеющемся двигателе по сравнению с новым. Во-вторых, низкий показатель компрессии означает наличие проблем с мотором, ведь он сигнализирует о том, что воздух «утекает» из камеры сгорания, а при работе мотора из нее будут прорываться раскаленные газы. Причин может быть довольно много: поршневые кольца, повреждения седел клапанов и самих клапанов, негерметичность прокладки ГБЦ и даже трещина в самом поршне. Ну а в-третьих, важна не только сама величина компрессии, но и ее равномерность во всех цилиндрах двигателя. Если компрессия в одном или нескольких цилиндрах ниже, чем в других, это говорит о неравномерном износе и наличии проблем.

Таким образом, замер компрессии – одна из простых, но эффективных методик оценки исправности и общего технического состояния двигателя. Он позволяет быстро отсеять заведомо «мертвые» моторы, имеющие проблемы с цилиндропоршевой группой, клапанами и так далее. Поэтому замер компрессии можно и нужно проводить при диагностике практически любого автомобиля перед покупкой.

Почему нужно знать, какая компрессия должна быть в дизельном двигателе

Компрессия дизельного двигателя является основным показателем его исправности. Компрессией называют максимальное значение давления, создаваемого в цилиндре, при нахождении поршня в ВМТ (верхней мертвой точке). Конструктивные особенности дизельных движков таковы, что малейшее отклонение компрессии от нормы приводит к сбоям в работе силового агрегата.

Заниженный показатель давления влечет за собой полный отказ в работе цилиндра. При возникновении сбоев или запуске дизеля и в работающем моторе необходимо производить тщательную проверку компрессии. Диагностика давления производится согласно инструкции, приложенной к прибору.

Технические характеристики двигателей внутреннего сгорания содержат информацию о конструктивном параметре — степени сжатия, который является постоянной величиной. Степень сжатия дизельного двигателя представлена в виде соотношения объемов цилиндра при расположении поршня в НМТ (нижней мертвой точке) и в ВМТ соответственно.

Определить степень сжатия можно путем деления величины объема цилиндра на объем камеры сгорания. Результат, полученный после деления, указывает во сколько раз уменьшается объем топливовоздушной смеси при перемещении поршня из нижней точки в ВМТ.

Основной характеристикой работы дизеля является именно компрессия в цилиндрах, потому что только при достижении рабочего давления определенного значения температура сжатого воздуха повышается и происходит воспламенение топливовоздушной смеси.

Описание признаков снижения компрессии

В процессе эксплуатации дизеля компрессия склонна к снижению вследствие постепенного износа его деталей и узлов. Величина давления отображает состояние элементов, входящих в состав дизельного мотора.

Проблемы, возникающие по причине пониженной компрессии, имеют следующие признаки:

1. Возникновение трудностей при запуске двигателя.
2. Плохое зажигание.
3. Скачки в работе движка, плавают обороты.
4. Троение дизеля, вызванное отказом одного или нескольких цилиндров.
5. Шумная работа мотора вследствие формирования и последующих микровзрывов избыточных топливных испарений в силовом агрегате.
6. Снижение мощности дизеля.
7. Возрастание давления в системе охлаждения.
8. Появление потоков масла снаружи двигателя.
9. Увеличение расхода дизтоплива почти в два раза.
10. Нагрев силового агрегата.
11. Появление синего дыма, выходящего из выхлопной трубы при запуске мотора.

Возникновение хотя бы одного из перечисленных признаков вызывает необходимость проверки давления сжатого воздуха в цилиндрах.

Уровень проверяемого показателя давления опосредованно информирует о высоте температуры сжатого воздуха, вследствие чего становится понятно, возможно ли запустить двигатель. Повышение температуры сжатого воздуха до необходимого уровня возможно только при обеспечении достаточного давления в цилиндрах.

Определение нормы компрессии дизеля

Автовладельцы часто задаются вопросом, какая компрессия должна быть в дизельном двигателе. Норма давления сжатого воздуха в цилиндрах дизеля более высокая в сравнении с бензиновыми моторами. Запуск дизельного движка происходит при достижении давления более 22 кг/см3.

Сжатие воздушно-топливной смеси приводит к интенсивному нагреву воздуха свыше 300 ˚С и вспышке впрыснутого дизельного топлива. Наиболее предпочтительным для успешного воспламенения топлива является значение компрессии 20-32 кг/см3.

Уменьшение поршневого давления приводит к снижению температуры сжатого воздуха в камерах сгорания, что является помехой для воспламенения дизтоплива и запуска двигателя особенно в зимнее время.

Владельцам современных автомобилей с дизельным двигателем необходимо обладать информацией о величине давления, при котором холодный мотор заведется при низкой температуре в окружающей среде:

• меньше 28 кг/см3 — дизель заведется только при морозе, слабее чем минус 15˚С;
• от 20 до 30 кг/см3 — до минус 20˚С;
• более 32 кг/см3 — минус 25˚С;
• 36 кг/см3 — до минус 30˚С;
• 37–40 кг/см3 — минус 35˚С.

Данные приведены в расчете на то, что все системы автомобиля, участвующие в запуске мотора, находятся в отличном состоянии.

Причины, вызывающие понижение давления в цилиндрах

Если в результате проверки выяснилось, что компрессия в дизельном двигателе занижена, то чтобы ее повысить, необходимо произвести комплексную проверку и выяснить причины, вызвавшие этот дефект. Причинами низкого давления в цилиндрах дизельного мотора являются следующие факторы:

• неисправности поршня;
• залегание компрессионных колец;
• задиры и сколы на стенках цилиндров;
• трещины в блоке цилиндров;
• отказ прокладки блока цилиндров, появление неровностей на прилегающей поверхности;
• нарушение герметичности корпуса двигателя, образование трещин;
• возникновение слоев нагара внутри силового агрегата вследствие использования топлива плохого качества;
• отказ клапанов в следствие прогорания или неправильной настройки.

Показатель компрессии находится в прямой зависимости от степени изношенности деталей, входящих в поршневую группу, от клапанов и зазоров, отвечающих за температуру сжатого воздуха, установленных при их регулировке.

При выявленных дефектах в поршне или компрессионных кольцах нужно ремонтировать всю поршневую группу. Чтобы увеличить давление при выявлении задиров на цилиндрах, необходимо произвести шлифовку стенок или замену всего блока цилиндров.

Изношенные и прогоревшие клапаны нуждаются в замене и последующей настройке. Неверная регулировка клапанов является причиной неравномерной компрессии в цилиндрах.

Проведение комплексной проверки дизельных моторов является обязательным мероприятием для предупреждения окончательного отказа мотора.

Состояние всех элементов двигателя влияет на уровень компрессии. Снижение этого показателя говорит о сильном износе механизмов силового агрегата. При проведении комплексной диагностики всегда измеряется уровень давления сжатого воздуха в цилиндрах дизельных моторов.

Алгоритм замера давления в цилиндрах

Проверять компрессию необходимо после тщательного прогрева движка. При проведении замеров давления в поршнях используется прибор под названием компрессометр, имеющий специальную шкалу манометра для вывода информации и резьбу, рассчитанную на вкручивание вместо свечей накаливания или форсунок.

Последовательность действий состоит в выполнении следующих операций:

1. Снятие свечи накаливания или форсунки с одного из цилиндров.
2. Установка измерительного прибора на место снятой свечи или форсунки.
3. Проворачивание коленчатого вала при помощи стартера.
4. Фиксирование полученного результата.
5. Замер давления в остальных цилиндрах производится подобными действиями.
6. Сверка полученных результатов.
7. Добавление 50 мл масла в каждый поршень при помощи медицинского шприца.
8. Прокручивание мотора при снятых свечах при помощи стартера.
9. Новый замер компрессии.
10. Возрастание данного показателя свидетельствует о проблемах, возникших в поршневой группе.
11. Если давление осталось неизменным, то необходимо производить ремонт и регулировку в клапанном механизме.

Для получения реальных результатов при проведении контрольных замеров необходимо обеспечить необходимое количество оборотов коленчатого вала, равное 200–250 оборотов в минуту.

Что делать при усиленном снижении компрессии дизельного двигателя?

При выявлении сниженной компрессии необходимо обратиться к специалистам с целью проведения тщательной диагностики силового агрегата. Серьезное снижение данного показателя при большом пробеге свидетельствует об износе элементов и необходимости их замены с последующими профессиональными регулировками на специальных стендах.

Если в одном из цилиндров давление занижено в сравнении с остальными, то придется производить переборку всего двигателя. Разное значение компрессии исчезнет только после замены всей поршневой группы.

Сборка и ремонт дизельных двигателей обходятся намного дороже вследствие технологических особенностей. Требования к величине компрессии объясняются тем, что воспламенение дизельного топлива при холодном запуске происходит только при заданной величине этого показателя.

Степень сжатия

Степень сжатия в теории – это соотношение объема в пространстве над рабочим поршнем в момент, когда он проходит нижнюю мертвую точку, к объему в камере над поршнем в момент прохождения верхней мертвой точки. Это определение выражает разницу давления в самой камере сгорания в момент, когда происходит впрыск топлива в цилиндр.

В повседневной жизни часто путают степень сжатия с другим понятием, а именно с компрессией дизельного двигателя, однако на практике это два разных термина. Компрессия – это наибольшее давление создаваемое поршнем в цилиндре на момент его прохождения от нижней мертвой точки к верхней. Эту величину измеряют в атмосферах.

Степень сжатия измеряют математическим соотношением, к примеру, 19:1. Для дизельных двигателей наилучшим считается соотношение в рамках от 18 до 22 к 1. При такой степени сжатия сердце автомобиля будет работать наиболее эффективно. Использование топлива связано напрямую со степенью сжатия. Чем больше давление достигается в камере и больше сжатие, тем экономичней будет расход топлива, при этом полученная мощность может увеличиваться.

Степень сжатия на практике – как это происходит?

Cгорание топливной смеси в двигателе происходит при взаимодействии смешанных паров топлива и воздуха. При возгорании смеси происходит ее расширение, в результате чего увеличивается давление в камере. Коленчатый вал при этом выполняет обороты, соответственно двигатель выполняет один такт полезной работы. В наше время уже практически не выпускаются дизельные двигатели с низкой степенью сжатия — все стремятся к более экономичным и высокооборотистым двигателям с большей степенью сжатия. Увеличения степени сжатия можно добиться за счет уменьшения камеры сгорания дизельного двигателя. Но при таких изменениях инженерам на заводах приходятся искать компромиссное решение, потому что нужно сохранить давление в камере, а также уменьшить объем сжигания топлива. Одним из способов увеличения сжатия является расточка блоков головки цилиндра – степень сжатия при этом увеличивается, а объем сгорания топлива в камере уменьшается. При этом цилиндр сохраняет свой рабочий объем и объем двигателя не меняется.

Нульмерное моделирование четырехцилиндрового дизельного двигателя с турбонаддувом с переменной степенью сжатия и его влияние на выбросы

Результаты моделирования в установившемся режиме

Результаты в установившемся режиме показаны ниже. Карта показывает разницу между данными моделирования и данных измерений (измерение-имитация), где зеленый цвет доминирует над моделью для точной работы:

$$ {\ text {z-axis}} = {\ text {Measurement}} \ ; {\ text {Result}} — {\ text {Simulation}} \; {\ text {Result}} $$

Как видно на рис.7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 и 18, разница между результатами, полученными при моделировании модели в стационарном состоянии, и данными измерений незначительна для большинства регионов. карты. Это указывает на то, что охарактеризованная числовая модель работает очень похоже на реальный двигатель.

Рис.7

Разница тормозного момента

Рис.8

Разница в массовом расходе всасываемого воздуха

Рис.9

Разница в выбросе NOx из двигателя

Рис.10

Разница в среднем эффективном давлении тормозов

Рис.11

Разница в удельном расходе топлива на тормоз

Рис.12

Разница во впускном давлении

Рис.13

Разница в давлении наддува

Рис.14

Разница давлений во впускном коллекторе

Рис.15

Разница давлений на выходе из двигателя

Рис.16

Разница в температуре наддува

Рис.17

Разница температур на впускном коллекторе

Рис.18

Разница температур в выпускном коллекторе двигателя

Исследование VCR Simulation было проведено после проверки правильности работы числовой модели двигателя без обратной связи.

Результаты численной модели с видеомагнитофоном

Стратегия реализации видеомагнитофона в числовой модели

Все карты двигателя даны с точки зрения оборотов по оси x, крутящего момента по оси y и процентного изменения по оси z. Основная стратегия, примененная к модели, заключалась в том, чтобы поддерживать постоянный крутящий момент и частоту вращения в соответствии с рабочей картой CR16.5. При разных степенях сжатия ожидалось, что крутящий момент будет увеличиваться или уменьшаться для одного и того же количества топлива, поэтому может произойти сдвиг всей карты, что может усложнить и затруднить сравнение графиков. Таким образом, такой же заданный крутящий момент был достигнут путем подключения ПИД-регулятора для управления количеством топлива.

Для разных степеней сжатия, когда количество топлива изменяется для достижения тех же рабочих условий, массовый расход всасываемого воздуха также изменяется, в то время как положение клапана рециркуляции отработавших газов остается неизменным, что приводит к изменению отношения впускного воздуха к рециркуляции отработавших газов для конкретной уставки .Для более точного изучения изменений NOx процент массового расхода EGR в каждой точке регистрации сохранялся таким же, как и исходные данные CR16.5, по следующей формуле:

$$ MF_ {EGR} = \ frac {{MF_ {EGR}}} {{MF_ {IA} + MF_ {EGR}}} \ times 100 \% $$

(4)

График процента EGR в общем массовом расходе CR16.5 показан на рис. 19.

Рис. 19

Массовый расход EGR в процентах по сравнению с общим массовым расходом

Результаты рассчитываются как процент увеличения или уменьшения по сравнению с CR16.5:

$$ Result = \ frac {Новый CR — CR16.5} {CR16.5} $$

(5)

Массовый расход топлива

Как объяснялось ранее, крутящий момент поддерживался постоянным при каждой уставке за счет изменения количества топлива с помощью ПИД-регулятора.

По мере увеличения степени сжатия крутящий момент, создаваемый для того же количества топлива, также увеличивался, таким образом, PID уменьшал крутящий момент до исходной точки за счет уменьшения количества топлива.

Обратное можно увидеть, когда степень сжатия была уменьшена из-за того, что для получения того же заданного крутящего момента требовалось больше топлива.На рисунке 20 показано уменьшение количества топлива при увеличении степени сжатия и увеличение количества топлива при уменьшении степени сжатия.

Рис.20

Массовый расход топлива по сравнению с CR16.5

Удельный расход топлива тормозом

Цифры, показанные на рис. 21, показывают процентное изменение значений удельного расхода топлива тормозом при различных степенях сжатия по сравнению со степенью сжатия 16,5. Можно ясно видеть, что BSFC увеличивается при уменьшении степени сжатия и уменьшается при увеличении степени сжатия.

Рис.21

Удельный расход топлива тормоза по сравнению с CR16.5

Эффект этого изменения проявляется в большей степени в условиях низкой нагрузки и низких оборотов, и эта тенденция уменьшается в условиях высоких нагрузок и высоких оборотов.

Массовый расход всасываемого воздуха

Как показано на рис. 20, уменьшение степени сжатия приводит к увеличению массового расхода топлива для достижения того же заданного крутящего момента. Поскольку массовый расход топлива увеличивается, это также увеличивает массовый расход всасываемого воздуха, как показано на рис.22, когда степень сжатия уменьшается. Обратное явление наблюдается при увеличении степени сжатия.

Рис.22

Массовый расход всасываемого воздуха по сравнению с CR16.5

Тепловой КПД

Цифры, показанные на рис. 23, показывают процентное изменение значений теплового КПД при различных степенях сжатия по сравнению со степенью сжатия 16,5. Тепловой КПД:

$$ \ eta_ {t} = \ frac {{W_ {c}}} {{m_ {f} Q_ {HV}}} = \ frac {{P_ {s}}} {{\ mu_ {f} Q_ {HV}}} $$

(6)

, где W _c — работа за цикл, P _s — выходная мощность, m _f — масса топлива за цикл, QHV — теплотворная способность топлива и µ _f — массовый расход топлива.

Рис.23

Тепловой КПД по сравнению с CR16,5

Q _HV для дизельного топлива составляет 43,5 МДж / кг, поэтому уравнение (6) можно записать как:

$$ \ eta_ {t} = \ frac {1} {{Sfc \ cdot Q_ {HV}}} = \ frac {3600} {{Sfc \, ({\ text { g}} / {\ text {кВт}} \, {\ text {h}}) Q_ {HV} \, ({\ text {MJ}} / {\ text {kg}})}} = \ frac { 82.76} {Sfc} $$

(7)

Сопоставление обратной пропорциональности формулы, показанной выше, и тенденции, показанной в значениях BSFC на рис.23 ясно видно, что термический КПД увеличивается с увеличением степени сжатия и уменьшается с уменьшением степени сжатия.

Это изменение более заметно в условиях низкой нагрузки и низких оборотов и становится менее заметным в условиях высоких нагрузок и высоких оборотов.

NOx

На рисунке 24 показано, что с увеличением степени сжатия происходит уменьшение NOx и наоборот.

Рис. 24

NOx на выходе из двигателя по сравнению с CR16.5

Это явление основано на том факте, что более высокая степень сжатия означает более полное сгорание, и в сочетании с наблюдением на рис. 20 требуется меньше топлива для достижения того же крутящего момента, что означает меньшее количество тепловой энергии, что в конечном итоге приведет к при более низкой температуре; снижение производства NOx.

Эффект более заметен при низкой нагрузке и низких оборотах, в то время как некоторые из его заметных проявлений также проявляются при высоких значениях крутящего момента и низких оборотах.

Механический КПД

На рисунке 25 показано, что с увеличением степени сжатия происходит небольшое снижение механического КПД двигателя.Обратное наблюдается при уменьшении степени сжатия. Хотя процентное изменение очень мало, ME уменьшается, потому что по мере увеличения CR потери на трение механических компонентов вместе с некоторыми насосными потерями также увеличиваются (особенно в областях с низким крутящим моментом). В конечном итоге это немного влияет на общий механический КПД двигателя.

Рис.25

Механический КПД по сравнению с CR16,5

Co

₂

Из рис.26, количество произведенного CO ₂ обратно пропорционально степени сжатия. Влияние этого изменения степени сжатия на выбросы в значительной степени происходит при низких значениях крутящего момента и низких оборотах. Это связано с тем, что при низком крутящем моменте и низких оборотах воздушно-топливная смесь (небольшое количество по сравнению с высоким крутящим моментом и высокими оборотами) в цилиндре не сжимается однородно и сгорает в цилиндре, что приводит к плохому сгоранию.

Рис. 26

Объем двигателя CO ₂ по сравнению с CR16.5

Сажа

На рис. 27 показано влияние степени сжатия на процентное изменение сажи. С увеличением степени сжатия сажа увеличивалась с очень резкой скоростью по всей карте, за исключением условий работы с низким крутящим моментом и низкой частотой вращения (где наблюдалось ее уменьшение). Это связано с тем, что в условиях высокого крутящего момента и высоких оборотов количество воздуха, необходимого для более полного сгорания, было меньше количества, потребляемого двигателем. Таким образом, нагнетатель может быть подходящим решением для увеличения количества воздуха в цилиндре в условиях эксплуатации с высокой нагрузкой для уменьшения образования сажи.

Рис.27

Сажа на выходе из двигателя по сравнению с CR16.5

Температура на выходе из двигателя

Температура выхлопных газов цилиндра прямо пропорциональна количеству сгорания. Сгорание, в свою очередь, напрямую связано с количеством впрыскиваемого топлива; больше топлива будет означать большее сгорание, что приведет к большему выделению тепловой энергии. Следовательно, как показано на рис. 20, увеличение степени сжатия снижает расход топлива для достижения того же крутящего момента, таким образом, это приводит к снижению температуры выхлопных газов, как показано на рис.28.

Рис. 28

Температура на выходе из двигателя по сравнению с CR16.5

Давление на выходе из двигателя

На ранней стадии проектирования двигателя всегда учитывается и изучается разность давлений между впускным и выпускным коллекторами двигателя, чтобы убедиться, что она остается в пределах допустимого порогового значения.

Большая разница может привести к неисправности различных компонентов двигателя. Например, если разница слишком велика, небольшое открытие клапана рециркуляции ОГ может привести к тому, что мимо него пройдет массивный поток воздуха, что в конечном итоге может привести к неисправности управления воздушным потоком.

На рис. 29 показано, что увеличение степени сжатия снижает давление выхлопных газов из-за того, что при увеличении степени сжатия сжигается меньше топлива для достижения тех же рабочих условий на всей карте.

Рис.29

Давление на выходе из двигателя по сравнению с CR16.5

Сводка результатов по зонам

Карта двигателя была разделена на три зоны (как показано на рис. 30):

Рис. 30

• Зона 1 — зона низких нагрузок от низких до нормальных рабочих значений частоты вращения;

• Зона 2, охватывающая зону средней нагрузки от нормальных до высоких значений рабочих оборотов;

• Зона 3 — зона высоких нагрузок (включая номинальную мощность) с очень высокими значениями частоты вращения

Как видно из рис.31, тепловой КПД в областях с высокой нагрузкой в ​​Зоне 2 и Зоне 3 составляет примерно 40%.

Рис.31

Тепловой КПД при CR16,5

Высокая степень сжатия в этих зонах увеличивает ее только на 0,71% и 0,30% для CR18 и на 1,57% и 0,40% для CR20. Таким образом, это изменение не так сильно, как можно наблюдать в условиях низкой нагрузки, когда нормальный тепловой КПД составлял около 25% и увеличивался на 9,70% при CR20.

Сводку процентных изменений значений в трех различных зонах можно увидеть на рис.32, 33 и 34.

Рис. 32

Среднее процентное изменение в зоне 1 по сравнению с CR16,5

Рис.33

Среднее процентное изменение в зоне 2 по сравнению с CR16,5

Рис. 34

Среднее процентное изменение в Зоне 3 по сравнению с CR16,5

BSFC уменьшается на 8,14%, 1,54% и 0,37% в зоне 1, 2 и 3 соответственно при степени сжатия 20. Наблюдая за изменениями выбросов при той же уставке, можно увидеть, что NOx уменьшается на 8,33%, CO ₂ на 8.50%, а количество сажи увеличивается на 6,91%. Это ясно указывает на то, что более высокая степень сжатия должна быть предпочтительнее в Зоне 1.

Наблюдение за значениями сажи и BSFC с CR20 в Зоне 2 и 3 ясно указывает на то, что это нежелательно в качестве хорошего компромисса. Значения сажи ясно указывают на то, что низкая степень сжатия предпочтительна для зоны 2 и 3. Для плавного перехода между зоной 1 и 2 степень сжатия ниже 18 для зоны 2 может привести к внезапному рывку, производимому двигателем. Имея это в виду, для Зоны 2 предпочтительна степень сжатия 18.

Переход степеней сжатия между зонами всегда поддерживается как можно более плавным, чтобы избежать внезапного нежелательного поведения двигателя.

Наконец, чтобы не отставать от тенденции к плавности и избежать дальнейшего снижения производительности, в Зоне 3 предпочтительна степень сжатия по умолчанию 16,5.

ZOIL | Основы дизельного двигателя

---

Дизельный двигатель — это двигатель внутреннего сгорания , который использует воспламенение от сжатия для воспламенения топлива при его впрыске в двигатель.

Для понимания того, как работают дизельные двигатели, полезно сравнить различия между дизельным двигателем и бензиновым двигателем. Основные отличия бензинового двигателя от дизельного:

• Бензиновый двигатель принимает смесь газа и воздуха, сжимает ее и воспламеняет смесь искрой. Дизельный двигатель забирает воздух, сжимает его, а затем впрыскивает топливо в сжатый воздух. Тепло сжатого воздуха самопроизвольно воспламеняет топливо.Дизельный двигатель не имеет свечи зажигания.
• Бензиновый двигатель сжимает в соотношении от 8: 1 до 12: 1, в то время как дизельный двигатель сжимает в соотношении от 14: 1 до 25: 1. Более высокая степень сжатия дизельного двигателя приводит к повышению эффективности.
• Бензиновые двигатели обычно используют либо карбюрацию, при которой воздух и топливо смешиваются задолго до того, как воздух поступает в цилиндр, либо впрыск топлива через порт, при котором топливо впрыскивается непосредственно перед тактом впуска (вне цилиндра).Следовательно, в бензиновом двигателе все топливо загружается в цилиндр во время такта впуска, а затем сжимается. Сжатие топливно-воздушной смеси ограничивает степень сжатия двигателя — если он слишком сильно сжимает воздух, топливно-воздушная смесь самовоспламеняется и вызывает детонацию. В дизельных двигателях используется прямой впрыск топлива, т.е. дизельное топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр. Дизельный двигатель сжимает только воздух, поэтому степень сжатия может быть намного выше. Чем выше степень сжатия, тем больше генерируется мощность.
• Форсунки для дизельного топлива, в отличие от бензиновых, должны выдерживать температуру и давление внутри цилиндра и при этом подавать топливо в виде мелкодисперсного тумана. Чтобы туман равномерно распределялся по цилиндру, некоторые дизельные двигатели оснащены специальными впускными клапанами или камерами предварительного сгорания. Новые дизельные двигатели оснащены топливной системой Common Rail высокого давления. См. «Основы дизельной топливной системы» для получения дополнительной информации об этом типе топливной системы.
• Дизельные двигатели могут быть оснащены свечой накаливания. Когда дизельный двигатель холодный, в процессе сжатия температура воздуха может не повыситься настолько, чтобы воспламениться топливо. Свеча накаливания представляет собой электрически нагреваемую проволоку, которая облегчает зажигание топлива при холодном двигателе. Свечи накаливания обычно устанавливаются на небольших дизельных двигателях. Бензиновые двигатели не требуют свечей накаливания, поскольку они не зависят от самовозгорания.

ШАГ 1	ВПУСКНОЙ (ВНИЗ) ХОД 1 | Поршень движется вниз, всасывая воздух в цилиндр .
ШАГ 2	ХОД СЖАТИЯ (ВВЕРХ) 1 | ► Поршень движется вверх, сжимая только что втянутый воздух в цилиндр ► Прежде чем поршень достигнет верхней мертвой точки (ВМТ), дизельное топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр ► Результат — сгорание дизельного топлива
ШАГ 3	ВПУСКНОЙ ХОД (ВНИЗ) 2 | Поршень опускается, но впускной и выпускной клапаны не открываются
ШАГ 4	ДВИГАТЕЛЬ КОМПРЕССИИ (ВВЕРХ) 2 | Поршень движется вверх, вытесняя сгоревшее дизельное топливо из цилиндра в виде выхлопа .
ШАГ 5	Процесс повторяется

Дизельный двигатель предлагает эффективный метод выработки энергии.Он основан на сжатии для сгорания, что приводит к повышению топливной экономичности по сравнению с другими типами двигателей. E-ZOIL производит различные присадки к дизельному топливу, специально разработанные для дизельных двигателей. К ним относятся:

Дизельные двигатели

— Engineer-Educators.com

Дизельный двигатель аналогичен бензиновому двигателю, используемому в большинстве автомобилей. Оба двигателя являются двигателями внутреннего сгорания, то есть сжигают топливно-воздушную смесь в цилиндрах. Оба являются поршневыми двигателями, приводимыми в движение поршнями, перемещающимися в двух направлениях в поперечном направлении.Большинство их частей похожи. Хотя дизельный двигатель и бензиновый двигатель работают с одинаковыми компонентами, дизельный двигатель, по сравнению с бензиновым двигателем равной мощности, тяжелее из-за более прочных и тяжелых материалов, используемых для противодействия большим динамическим силам от более высокого давления сгорания, присутствующего в дизельном топливе. двигатель.

Более высокое давление сгорания является результатом более высокой степени сжатия, используемой в дизельных двигателях. Степень сжатия — это мера того, насколько двигатель сжимает газы в цилиндре двигателя.В бензиновом двигателе степень сжатия (которая контролирует температуру сжатия) ограничена воздушно-топливной смесью, поступающей в цилиндры. Более низкая температура воспламенения бензина приведет к его воспламенению (горению) при степени сжатия менее 10: 1. У среднего автомобиля степень сжатия 7: 1. В дизельном двигателе обычно используются степени сжатия от 14: 1 до 24: 1. Возможны более высокие степени сжатия, потому что сжимается только воздух, а затем впрыскивается топливо.Это один из факторов, который позволяет дизельному двигателю быть таким эффективным. Степень сжатия будет обсуждаться более подробно позже в этом модуле.

Еще одно различие между бензиновым двигателем и дизельным двигателем заключается в способе управления частотой вращения двигателя. В любом двигателе скорость (или мощность) напрямую зависит от количества топлива, сожженного в цилиндрах. Бензиновые двигатели имеют автоматическое ограничение скорости из-за метода, который двигатель использует для управления количеством воздуха, поступающего в двигатель.Частота вращения двигателя косвенно регулируется дроссельной заслонкой в ​​карбюраторе. Дроссельная заслонка в карбюраторе ограничивает количество воздуха, поступающего в двигатель. В карбюраторе скорость воздушного потока определяет количество бензина, которое будет смешано с воздухом. Ограничение количества воздуха, поступающего в двигатель, ограничивает количество топлива, поступающего в двигатель, и, следовательно, ограничивает скорость двигателя. Ограничивая количество воздуха, поступающего в двигатель, добавление большего количества топлива не увеличивает частоту вращения двигателя сверх точки, в которой топливо сжигает 100% доступного воздуха (кислорода).

Дизельные двигатели не имеют автоматического ограничения скорости, поскольку количество воздуха (кислорода), поступающего в двигатель, всегда является максимальным. Следовательно, частота вращения двигателя ограничивается исключительно количеством топлива, впрыскиваемого в цилиндры двигателя. Следовательно, в двигателе всегда имеется достаточно кислорода для сгорания, и двигатель будет пытаться разогнаться, чтобы соответствовать новой скорости впрыска топлива. Из-за этого ручное управление подачей топлива невозможно, поскольку эти двигатели в ненагруженном состоянии могут ускоряться со скоростью более 2000 оборотов в секунду.Дизельным двигателям требуется ограничитель скорости, обычно называемый регулятором, для контроля количества топлива, впрыскиваемого в двигатель.

В отличие от бензинового двигателя, дизельный двигатель не требует системы зажигания, потому что в дизельном двигателе топливо впрыскивается в цилиндр, когда поршень достигает верхней точки своего такта сжатия. Когда топливо впрыскивается, оно испаряется и воспламеняется из-за тепла, создаваемого сжатием воздуха в цилиндре.

Почему дизельные двигатели более эффективны, чем бензиновые

Термический КПД, степень сжатия и плотность топлива являются основными факторами, определяющими эффективность использования топлива — a.к.а. экономия топлива — двигателя. При установке в автомобиле, пикапе, грузовике, лодке, корабле, тяжелом оборудовании и т. Д., Даже в большей степени, переменные факторы влияют на эффективность использования топлива в двигателе. Что касается топливной экономичности двигателя, используемого для передвижения, транспорта и мобильности, то здесь играют роль такие факторы, как вес транспортного средства, рельеф местности и динамика воздушного потока. 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, эффективность сгорания и термический КПД. 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 «газовый» пробег.

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 на лодке, поднимает стрелу и ковш экскаватора с обратной лопатой и т. Д.

Что касается двигателей внутреннего сгорания, термический КПД — это мера того, какой процент тепла — тепла, являющегося синонимом энергии / топлива — вложено в двигатель, который тот же самый 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

Электродвигатели с искровым зажиганием воспламеняют топливовоздушную 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 топливовоздушную 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, и 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 на удивление неэффективны, дизельные двигатели значительно более эффективны, чем бензиновые.

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 термином« тепловой 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 — дизель, бензин, этанол, природный газ, пропан, биодизель и т. Д. Но все двигатели внутреннего сгорания в разной степени 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.

Однако, честно говоря, не существует системы преобразования энергии, которая была бы эффективна на 100 процентов. 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 наполнен 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 воздушно-бензиновой смесью в нижней части поршневого цикла. Итак, когда поршень начинает подниматься, тепло, выделяемое при сжатии воздуха — в определенный момент — вызывает самовоспламенение бензина в топливовоздушной смеси.

Самовоспламенение в бензиновом двигателе — 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 является более плотным топливом. Дизельные двигатели имеют более высокий тепловой КПД, чем бензиновые, потому что у дизельных двигателей более высокая степень сжатия. Дизельные двигатели могут иметь более высокие степени сжатия, поскольку двигатели сжатия впрыскивают топливо в цилиндр двигателя в конце поршневого цикла.

Плотность топлива и топливная эффективность

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.

Почему дизельные двигатели более эффективны, чем бензиновые

Степень сжатия играет такую ​​же большую роль в топливной эффективности, как и любой другой фактор сгорания двигателя.Дизельные двигатели на 25-35 процентов более экономичны, чем бензиновые двигатели сопоставимого размера. Если у двух автомобилей есть двигатели одинакового размера, но у одного дизельный двигатель, а у другого бензиновый, автомобиль с дизельным двигателем проедет четыре (4) мили на том же количестве топлива, что и бензиновый двигатель проедет три (3). И эти цифры скромные.

Небольшие дизельные двигатели нередко проезжают 50 миль на галлоне бензина. Бензиновый двигатель такого же размера обычно ездит только 32.5 миль на галлон. То есть бензиновый двигатель нередко имеет две трети (⅔) топливной эффективности дизельного двигателя.

«Дизельные двигатели более экономичны и имеют более низкий крутящий момент, чем бензиновые двигатели аналогичного размера, а дизельное топливо содержит примерно на 10-15% больше энергии, чем бензин. Таким образом, дизельные автомобили часто могут проехать на галлоне топлива на 20–35% больше, чем их бензиновые аналоги. Кроме того, современные автомобили с дизельным двигателем намного лучше дизельных двигателей прошлого », — поясняет У.С. Министерство энергетики.

Достаточно сказать, что статистика, показывающая, что дизельные двигатели имеют значительно больший расход топлива, чем бензиновые двигатели сопоставимых размеров, не вызывает сомнений. Дизельные двигатели более экономичны, чем бензиновые. Причина? Сам дизель и дизельные двигатели, конкретно степень сжатия дизелей.

Плотность топлива и топливная эффективность

Что касается того, почему дизельные двигатели более эффективны, чем бензиновые, полный ответ включает физические и инженерные концепции, такие как тип воспламенения топлива, диффузия пламени, степень сжатия и термический КПД.Но попросту есть два фактора, которые определяют топливную экономичность. Первый — это плотность топлива, количество энергии в галлоне или литре топлива. Плотность энергии топлива чрезвычайно трудно изменить в массовом масштабе. Топливо — дизельное топливо, бензин, этанол, биодизель, природный газ, пропан и т. Д. — либо имеет высокую плотность, либо ее нет.

Сложно резко изменить плотность топлива. Топливо бывает легким или тяжелым.

Плотность топлива важна не только потому, что это количество энергии в галлоне или литре топлива, но и плотность топлива важна, потому что она определяет конструкцию и конструкцию двигателей внутреннего сгорания.Плотность топлива позволяет проектировать двигатели, которые повышают топливную эффективность и сокращают выбросы. Но именно плотность топлива ограничивает возможности конструкции двигателя с точки зрения топливной экономичности и сокращения выбросов.

Определение плотности топлива

Плотность топлива, также известная как плотность в градусах API, представляет собой массу топлива в масштабе объема. Причина, по которой плотность топлива важна для химического состава топлива, заключается в том, что плотность топлива является показателем содержания ископаемого топлива, типов и размеров углеводородов, а также загрязнителей топлива.Тяжелые виды топлива, такие как мазут и бункерное топливо, чрезвычайно плотны, но значительная часть плотности происходит из-за загрязняющих веществ. Легкие виды топлива, такие как газовое топливо и бензин, имеют низкую плотность топлива, но также содержат мало загрязняющих веществ. По сравнению с другими видами ископаемого топлива дизельное топливо имеет средний вес. Обычно единственным значимым загрязнителем в дизельном топливе является сера.

Diesel представляет собой совокупность больших углеводородных молекул и молекулярных цепочек. Более крупные и длинные углеводороды являются причиной того, что дизельное топливо менее летучее, чем бензин, пропан, природный газ и этанол, a.к.а. легкие дистиллятные топлива. Легкие дистиллятные топлива имеют небольшие молекулы и короткие молекулярные цепи, молекулы и цепи, которые очень летучие.

«Бензиноподобные топлива обычно состоят из относительно небольших (т.е. углеродное число в диапазоне 5–10) разветвленных или циклических углеводородов. Эти молекулярные структуры обладают высокой прочностью связи и, следовательно, низкой химической реакционной способностью (например, высоким октановым числом). Напротив, дизельное топливо обладает высокой реакционной способностью из-за длинных насыщенных молекулярных структур (т.е.е. число атомов углерода в диапазоне 10–20) и, таким образом, легко самовоспламеняется, что затрудняет достижение LTC ».

Хотя легко предположить, что чем горючее топливо, тем больше энергии оно производит, но это не так.

Хотя бензин более летуч и воспламеняется / сгорает / горит легче, чем дизельное топливо, у дизельного топлива больше энергии. В весовом масштабе дизельное топливо и бензин имеют примерно одинаковую плотность энергии. Но дизельное топливо более плотное, чем бензин, что означает, что в масштабе объема — галлонах или литрах — дизель содержит больше энергии.Плотность топлива у дизельного топлива на 13-18 процентов больше, чем у бензина.

По данным Европейского союза автопроизводителей, «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 ».

Поскольку дизельное топливо более энергоемкое, чем бензин, каждый галлон дизельного топлива может генерировать больше энергии и больше работы.Поскольку дизельное топливо содержит больше энергии на галлон, дизельные двигатели перемещаются дальше на галлон. Другими словами, поскольку дизельное топливо содержит больше энергии, чем бензин, дизельные двигатели более экономичны, чем бензиновые.

Плотность топлива, степень сжатия, тепловая эффективность, топливная эффективность

В дополнение к тому факту, что дизельное топливо имеет больше энергии в масштабе объема, поскольку дизельное топливо является более плотным топливом, чем бензин, имеет большее сопротивление сжатию. Другими словами, дизельное топливо более стабильное топливо, чем бензин.Поскольку дизельное топливо имеет более высокое сопротивление сжатию — поскольку оно более плотное, чем легкие дистиллятные топлива, — инженеры могут проектировать и разрабатывать дизельные двигатели с более высокой степенью сжатия, чем бензиновые двигатели. Чем выше степень сжатия двигателя, тем выше термический КПД. Чем выше термический КПД двигателя, тем, как правило, он более энергоэффективен.

Дизельные двигатели расходуют больше топлива, чем бензиновые, из-за плотности дизельного топлива и из-за степени сжатия дизельных двигателей, причем степень сжатия является катализатором теплового КПД, а тепловой КПД играет важную роль в экономии топлива.

Просто потому, что дизельное топливо более плотное, чем бензин и большинство других ископаемых видов топлива, дизельные двигатели расходуют больше «бензина».

Определенная степень сжатия

Словарное определение степени сжатия — «отношение максимального к минимальному объему в цилиндре двигателя внутреннего сгорания», согласно Google. Хотя это правда, определение не объясняет значение степени сжатия, почему степень сжатия оказывает такое влияние на эффективность использования топлива.

Определение степени сжатия непрофессионалами

Проще говоря, степень сжатия — это то, насколько поршни в двигателе сжимают топливо — дизельное топливо, бензин, биотопливо и т. Д. — внутри цилиндра до того, как топливо сгорит. Проще говоря, степень сжатия — это разница в объеме в цилиндре между моментом, когда поршень находится в нижней части цикла — когда поршень находится в нижней части цикла, цилиндр имеет наибольший объем — и моментом сгорания топлива как поршень движется вверх.

В интервью журналу Engine Builder Magazine Рон Бобьен из Diamond Piston объясняет: «Степень сжатия двигателя рассчитывается путем деления общего рабочего объема (с поршнем в нижней мертвой точке) на общий сжатый объем (с поршнем в нижней мертвой точке). верхняя мертвая точка). Например, если общий рабочий объем Chevrolet с большим блоком объемом 632 кубических сантиметра составляет 1380,34 кубических сантиметра, а общий сжатый объем составляет 86,69 кубических сантиметров, степень сжатия будет заявлена ​​как 15,92: 1.”

Чем выше степень сжатия двигателя, тем эффективнее двигатель сжигает топливо.

Влияние степени сжатия на тепловой КПД

То есть, чем выше степень сжатия двигателя двигателя, тем полнее двигатель сжигает топливо. Это синоним утверждения, что чем выше степень сжатия, тем выше эффективность сгорания . Но эффективность сгорания — не единственное преимущество высокой степени сжатия. Высокая степень сгорания также означает более высокий тепловой КПД.

В двух словах, термический КПД — это процент энергии, поступающей в двигатель, которая преобразуется двигателем в механическую энергию. Механическая энергия — это энергия, создающая крутящий момент, энергия, которая толкает автомобиль по дороге. Чем больше степень сжатия двигателя, тем больше тепловая энергия, означающая, что чем больше степень сжатия энергии, тем выше процент общей энергии, подаваемой в двигатель, которая превращается в мощность, а не в трату.

Почему степень сжатия увеличивает тепловую эффективность

Степень сжатия увеличивает тепловой КПД, потому что чем больше степень сжатия, тем больше работы выполняет каждая единица энергии.Чем выше степень сжатия двигателя, тем меньше энергии двигатель теряет на конвекцию и теплопроводность и тем больше уходит на давление на коленчатый вал. Чем больше давление на коленчатый вал, тем больше крутящий момент на приводном валу. Чем больше крутящий момент на приводном валу, тем больше мощность на колеса.

Другой взгляд на термический КПД состоит в том, что чем выше тепловой КПД двигателя, тем меньше энергии он расходует. Как поясняется в Nuclear-Power.net,

«Желательно достичь высокой степени сжатия, чтобы извлечь больше механической энергии из данной массы топливовоздушной смеси.Более высокая степень сжатия позволяет достичь той же температуры сгорания с меньшим количеством топлива, обеспечивая при этом более длительный цикл расширения. Это создает больше механической мощности и снижает температуру выхлопных газов. Снижение температуры выхлопных газов приводит к снижению энергии, отбрасываемой в атмосферу ».

Формула теплового КПД объясняет, почему степень сжатия увеличивает тепловой КПД. Тепловой КПД — это мера энергии в виде тепла. Чем выше температура энергии, поступающей в двигатель, по сравнению с температурой выходящей энергии, тем выше энергоэффективность.

Когда поршень двигателя сжимает воздух внутри цилиндра двигателя, воздух нагревается. При движении поршня двигателя вверх создается такое большое давление, что выделяемого тепла достаточно, чтобы вызвать самовозгорание ископаемого топлива, воспламенение без воздействия пламени.

В двигателе сжатия — дизельном или биодизельном — самовоспламенение является предполагаемым следствием степени сжатия.

В двигателе с искровым зажиганием самовоспламенение приведет к повреждению двигателя.Когда самовоспламенение происходит в двигателе с искровым зажиганием — бензиновом или пропановом двигателе, — это называется предварительным зажиганием . Предварительное зажигание — это другая неисправность двигателя, чем детонация. Детонация — следствие разновременного воспламенения карманов топливовоздушных смесей. Детонация также известна как «стук», это не редкость и не всегда серьезная проблема.

С другой стороны, преждевременное зажигание в двигателе с искровым зажиганием разрушает головки поршней, уплотнительные кольца и выдувает свечи зажигания сбоку двигателя.По этой причине бензиновые двигатели всегда должны иметь значительно более низкую степень сжатия, чем дизельные двигатели. Топливно-воздушная смесь в бензине всегда должна быть достаточно низкой, чтобы давление, создаваемое во время хода поршня вверх, не создавало преждевременного воспламенения.

Поскольку бензиновые двигатели не способны выдерживать преждевременное зажигание, это означает, что степень сжатия двигателей с искровым зажиганием обязательно ниже, чем степень сжатия дизельных двигателей с воспламенением от сжатия. Поскольку степень сжатия бензиновых двигателей в бензиновых двигателях должна быть ниже, это означает, что разница между теплотой энергии, поступающей в двигатель, и теплотой энергии, исходящей из двигателя, меньше, чем разница температур между подводимой теплотой. и тепловая мощность дизельного двигателя.Поскольку разница в тепле на входе и выходе бензинового двигателя меньше, чем у дизельного двигателя, бензиновые двигатели менее эффективны в термическом отношении. Бензиновые двигатели обязательно менее термически эффективны, чем дизельные, из-за конструкции двигателей, что определяется плотностью топлива.

Поскольку термический КПД является одной из двух переменных, определяющих экономию топлива, бензиновые двигатели обязательно менее экономичны, чем дизельные двигатели. По сути, топливная эффективность связана с тепловым КПД, поскольку степень сжатия определяет тепловой КПД, а плотность топлива определяет степень сжатия.

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 в течение многих 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.Системы с непрерывным изменением параметров 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

###

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

.

No related posts.