Уменьшение и увеличение степени сжатия двигателя автомобиля
Кто-то хочет больше мощности и задумывается над увеличением степени сжатия. Другие, желают дефорсировать мотор и уменьшают её. Поговорим про уменьшение и увеличение степени сжатия, зачем это делают.
Увеличение степени сжатия
Увеличение степени сжатия является одной из основных методик поднятия мощности. Тем самым можно получить больше отдачи с того же объема двигателя. Одним словом мощность повысится, а расход останется на прежнем уровне. Возникает вопрос, а почему с завода не поднимают степень сжатия до максимально возможного уровня? Дело в характеристиках бензина не позволяющим поднимать степень сжатия больше определенного уровня, без образования детонации. Если значительно повысим степень сжатия, то мощность повысится, но придется заправляться более высокооктановым топливом. С другой стороны, двигатель теперь работает более эффективно и на той мощности на которой вы ездили раньше, он будет потреблять меньше топлива и разность в цене будет несущественна.
2 способа увеличить степень сжатия
Установка более тонкой прокладки двигателя
При таком варианте, клапана могут столкнуться с поршнями и нужно все тщательно рассчитывать. Как вариант — установка новых поршней с более глубокими выемки под клапана. Также изменятся фазы газораспределения и нужно будет их заново настраивать.Растачивание цилиндров
Такая процедура требует замены поршней, но этот метод увеличивает рабочий объем двигателя и одновременно повышает степень сжатия, т.к. камера сгорания остается прежней, но объем цилиндра увеличивается. Отношение объема возросшего цилиндра к прежнему объему камеры сгорания покажет большую величину степени сжатия. Прибавка мощности за счет степени сжатия тем выше, чем под более низкую степень сжатия изначально настроен двигатель. Простыми словами, повышение мощности более эффективно при поднятии степени сжатия с 8 до 9, чем с 13 до 14.Уменьшение степени сжатия
Уменьшение степени сжатия производиться с целью перевести автомобиль на более дешевый бензин.Так, в старые времена поступали владельцы «Жигулей» и «Москвичей», когда переводили машины с дорогого 92-ого бензина на более дешевый и доступный 76-ой. Для этих целей используется аналогичный способ, только придется увеличить высоту прокладки под головку двигателя. Берем две обычные прокладки и между ними вставляем алюминиевую нужной толщины. Прокладки, если нужно, вырезались самостоятельно в гараже с помощью подручных средств. Если на современной иномарке уменьшить степень сжатия до 8, то ее динамика будет как у «копейки». Многие моторы можно заправлять 92-ым бензином вместо 95-ого и у многих даже детонации не случается. Когда машина на гарантии, то не стал бы экономить. Ведь на 95-ом бензине расход топлива меньше, чем на 92-ом и при чуть высшей цене — общая стоимость на бензин выходит равной. Что было проверено на практике. Другое дело, производитель указывает ездить на более высокооктановом бензине из-за норм экологичности.
По поводу детонации. Делать переделку мотора, чтобы заправлять 92 вместо 95 бензина — глупо. Чтобы сознательно уменьшать степень сжатия нужны более веские причины, например так поступают при установке турбокомпрессора на двигатель, чтобы избавиться от детонации.
После вышеописанной процедуры уменьшиться степень сжатия за счет увеличения камеры сгорания двигателя и можно заливать дешевый бензин. Не рекомендуем делать эту операцию на современном авто, оборудованным большим количеством электроники, во избежание неприятностей.
Сколько лошадей дает увеличение степени сжатия
СТЕПЕНЬ СЖАТИЯОбъем камеры сгорания влияет на конечную степень сжатия двигателя.
Камера сгорания, это объем образуемый головкой блока и поршнем в момент нахождения поршня в верхней мертвой точке. Степень сжатия, это отношение объемов цилиндров от максимального до минимального. Максимальный объем камеры сгорания получается, когда поршень находится в нижней мертвой точке. Минимальный при нахождении поршня в верхней мертвой точке цилиндра.
Объем цилиндра без учета камеры сгорания можно узнать, поделив паспортный рабочий объем двигателя на количество цилиндров.
Объем камеры сгорания состоит из суммы 3 объемов:
1 Объем камеры сгорания на головке блока
3 Объем вогнутого пространства в днище поршня.
Справедливости ради стоит сказать, что существует масса вариантов когда поршни выпуклые и при вычислениях они не добавляют, а наоборот уменьшают пространство камеры сгорания. И это нужно учитывать при расчетах.
Степень сжатия и компрессия, это не одно и тоже и различается тем, что степень сжатия это геометрическая величина, а компрессия динамическая. Так как двигатель при вращении обладает некоторыми насосными свойствами, плюс воздух при сжатии нагревается, то величина компрессии будет отличаться от степени сжатия в большую сторону. Компрессия обычно больше в 1.4 раза чем степень сжатия.
Увеличение степени сжатия является одной из основных методик поднятия мощности двигателя, так как чем больше сжать топливовоздушную смесь, тем больше она сможет расшириться относительно сжатого объема при сгорании. Тем самым можно получить больше мощности с того же объема сгоревшего топлива. Одним словом мощность повысится, а расход останется на прежнем уровне. Возникает вопрос, а почему с завода не поднимают степень сжатия до максимально возможного уровня? Дело все в характеристиках бензина не позволяющим поднимать степень сжатия больше определенного уровня, без образования аномальных, нежелательных процессов горения (детонация и др). Октановое число как раз и является основным показателем величины детонационной стойкости топлива и чем это число выше, тем большую степень сжатия можно использовать в двигателе, без образования детонации.
То есть проще говоря, если мы значительно повысим степень сжатия то мощность у нас повысится, но придется заправляться более высокооктановым топливом, а оно стоит дороже. Но с другой стороны, двигатель теперь работает более эффективно и на той мощности на которой вы ездили раньше, он будет потреблять меньше топлива и разность в цене как бы нивелируется! Но правда все же такова, что вы не будете ездить на малой мощности. Иначе зачем нужно было все это затевать?
Степень сжатия можно повысить двумя самыми эффективными способами:
1 установка более тонкой прокладки головки блока, либо спиливание нижней части головки блока. При таком варианте, клапана приближаются к поршню и необходимо делать или увеличивать выборки под них. Изменяются фазы работы ГРМ так как высота цепи или ремня, ответственная за синхронизацию распредвала изменяется на величину, уменьшения высоты позиционирования головки блока. При верхневальном двигателе (распределительный вал находится в головке блока). Настроить работу распределительного вала можно с помощью резрезной шестерни, либо шестерни с несколькими позициями под шпонку. При нижневальном, когда распредвал стоит внизу (в блоке цилиндров) и связь с клапанами происходит посредством толкателей также изменяется кинематика клапанного механизма без гидроусилителей, а с гидроусилителями может не хватить их хода и придется ставить меньшие по длине толкатели. При использовании метода на V образном двигателе при спиливании головок изменится расстояние между посадочными отверстиями впускного коллектора, что потребует его подгонки.
2 Растачивание цилиндров под больший по диаметру поршень. Такая процедура требует замены поршней, но этот метод увеличивает рабочий объем двигателя и одновременно повышает степень сжатия, так как камера сгорания остается прежней но объем цилиндра увеличивается. Отношение возросшего цилиндра к прежней камере сгорания покажет большую величину степени сжатия. Метод кроме замены поршней и расточки цилиндра не требует больше каких либо переделок и более предпочтителен для увеличения степени сжатия.
Прибавка мощности за счет степени сжатия тем выше, чем под более низкую степень сжатия изначально настроен двигатель. Простыми словами, повышение мощности более эффективно при поднятии степени сжатия с 8 до 9 чем с 13 до 14.
Примеры прибавок в процентах:
с 8 до 9 = 2.0 % прибавка мощности
с 9 до 10 = 1.7 % прибавка мощности
с 10 до 11 = 1.5 % прибавка мощности
с 11 до 12 = 1.3 % прибавка мощности
с 12 до 13 = 1.2 % прибавка мощности
с 13 до 14 = 1.1 % прибавка мощности
с 14 до 15 = 1.0 % прибавка мощности
с 15 до 16 = 0.9 % прибавка мощности
с 16 до 17 = 0.8 % прибавка мощности
Примеры перехода на более высокооктановое топливо при повышении (СС)
менее 8 — 76 бензин
от 8 до 9 — 80 бензин
от 9 до 10.5 — 92 бензин
от 10 до 12.5 — 95 бензин
от 12 до 14.5 — 98 бензин
от 13.5 до 16 — 102 бензин
от 15.5 до 18 — 109 бензин
Минимальное октановое число топлива применяемое в каждом конкретном двигателе зависит не только от степени
сжатия но и в некоторой степени от конструкции формы камеры сгорания, алгоритма работы клапанного механизма,
системы зажигания итд. Поэтому более совершенные двигатели могут работать с большими величинами степени
сжатия без повышения качества топлива.
Главная
Мощнее, экономичнее, безвреднее – Наука – Коммерсантъ
Последние 20 лет в автомобилестроении идет перманентная революция. Она распространяется на все детали — от колес до омывателя стекол. Но главное движение мысли инженеров направлено на двигатель внутреннего сгорания (ДВС).
Речь пойдет о ДВС с переменной степенью сжатия. Сейчас существует один серийный автомобиль с подобной технологией — Infiniti QX50. Но и в России существует разработка, способная потягаться с японской. Российский ДВС с переменной степенью сжатия создали инженеры Научно-исследовательского автомобильного и автомоторного института, или, говоря бюрократическим языком, ГНЦ РФ ФГУП НАМИ. (Кстати, именно эта организация делает автомобили марки Aurus.) ДВС с переменной степенью сжатия НАМИ представил на конференции в Германии зимой 2019 года.
Степенью сжатия называется отношение поршня, находящегося в нижней точке, к поршню, находящемуся в верхней точке. Почти во всех автомобилях этот показатель — фиксированный и определяется таким образом, чтобы не допустить взрыва топливной смеси. Возможность динамически изменять степень сжатия позволяет значительно поднять КПД автомобиля. То есть при малых нагрузках степень сжатия может быть выше, а при больших, когда в камеру сгорания попадает много воздушно-бензиновой смеси и возможна опасная детонация, степень сжатия уменьшается. Вроде все просто.
Одними из первых, кто попытался воплотить технологию в жизнь, стали инженеры фирмы SAAB. В 2000 году на автосалоне в Женеве они представили инновационный двигатель с изменяемой степенью сжатия. Суть разработки заключалась в том, что цилиндры двигателя и головка блока выполнены как моноблок (у обычных двигателей они существуют раздельно). Таким же образом были объединены блок-картер и шатунно-поршневая группа. (Блок-картер — это не что иное, как корпус, который объединяет и скрепляет все детали двигателя.) Так вот, изменение степени сжатия происходило за счет наклона моноблока относительно блок-картера с помощью гидропривода при неизменном ходе поршня. За всеми этими сложными словами скрывается простая задумка: когда нужно уменьшить степень сжатия, моноблок отклоняется от вертикали, что приводит к увеличению объема камеры сгорания и, соответственно, к нужному результату. Для увеличения степени сжатия угол наклона моноблока нужно уменьшить, уменьшив тем самым объем камеры сгорания. Руководит процессом электронный блок управления, который рассчитывает оптимальный угол отклонения в зависимости от множества факторов, начиная от нагрузки и заканчивая типом топлива.
Шведский двигатель объемом 1,6 л выдавал мощность 225 л. с. Прекрасный результат! Но еще и расход топлива уменьшился на 30%. Более того, удалось добиться существенного снижения выброса вредных веществ, что крайне важно для Швеции, где к экологии относятся исключительно внимательно.
Примерно в то же время, когда на Женевском автосалоне был представлен инновационный двигатель, компания SAAB перешла в полную собственность General Motors. Постепенно проекты вроде этого стали сворачиваться, а в 2010 году GM избавилась от шведской марки. Теперь ее вовсе не существует — осталась втуне и перспективная разработка.
Похожую задумку пробовали воплотить и инженеры немецкой компании FEV Motorentechnik. Их двигатель с переменной степенью сжатия был представлен в том же 2000 году. Немцы тоже пытались добиться результата за счет изменения объема камеры сгорания, но только не за счет блока цилиндров, как сделала SAAB, а за счет управления высотой подъема коленвала. Опорные шейки коленвала размещались в эксцентричных муфтах (эксцентриком называется механизм, который преобразует вращательное движение в поступательное), а они приводились в действие электромотором через шестерни. Поворот эксцентриков заставлял подниматься или опускаться коленвал, что и меняло объем камеры сгорания. Разработка была использована в турбированном четырехцилиндровом двигателе Volkswagen объемом 1,8 л. Мотор развивал мощность до 218 л. с., но в серию не пошел (по неведомым причинам).
Возможно, идея ДВС с переменной степенью сжатия так и осталась бы идеей, если бы в 2017 году Infiniti не выпустила свой VC-Turbo.
Японцы пошли отличным от коллег путем и применили траверсный механизм: шатун соединен системой рычагов с приводом электромотора, который, в свою очередь, регулирует через систему рычагов свободу движения поршня, изменяя степень сжатия. Главный успех Infiniti — в том, что пока это единственный производитель, которому удалось довести разработку до серийного производства. VC-Turbo используется в автомобиле Infiniti QX50, японцам удалось вместить в двухлитровый турбированный агрегат 270 лошадиных сил, увеличив экономичность на 27% по сравнению с аналогичными двигателями.
Алексей Теренченко, кандидат технических наук, доцент, директор центра «Энергоустановки» НАМИ, объясняет, что основной целью российских конструкторов было добиться идеального сочетания механизмов для получения максимального диапазона степени сжатия при минимальных затратах энергии на управление. Руководствуясь этой целью, конструкторы пришли к выводу, что добиться такого сочетания проще всего благодаря траверсному механизму. В этом смысле решение схоже с Infiniti, но есть и различия.
«Рядные двигатели, как правило, изначально имеют непропорциональную форму – они высокие и узкие. А все конструкторы пытаются сделать так, чтобы двигатель в моторном отсеке занимал пропорциональные — в отношении высоты, ширины и длины — размеры. Для этого все вспомогательные агрегаты вешаются по бокам. В нашей конструкции траверс примыкает к цилиндрам и находится сбоку. Infiniti же поместила механизм снизу. С точки зрения габаритов решение не самое удачное,— рассказывает господин Теренченко.— Нашим конструкторам удалось добиться диапазона хода поршня от 7 до 14, это очень хороший результат».
Основная проблема, продолжает Алексей Теренченко,— в стоимости двигателя. ДВС с такой технологией под капотом машины неизбежно переводит ее в премиальный класс. Для Infiniti — премиальной марки — нормально. Российский же автопром к такому пока не готов. Условной Lada Vesta не нужен такой двигатель, да и покупатель не готов переплачивать за навороченную разработку. Так что технология лежит на полке и ждет своего часа из-за банальной неготовности рынка ее принять. То есть не технология не дотягивает до серийного производства, а наоборот.
Более того, как говорит господин Теренченко, проблема еще и в том, что у России нет таких жестких норм чистоты автомобильного выхлопа, как в Европе или в США, а такие нормы становятся дополнительным стимулом для внедрения технологии ДВС с переменной степенью сжатия. Патовая ситуация.
Кузьма Лебедев
Влияние степени сжатия на процесс сгорания
Влияние степени сжатия на процесс сгорания
Одним из наиболее эффективных способов улучшения энергоэкономических показателей поршневых двигателей является повышение степени сжатия е = VJVV. При повышении степени сжатия обычно уменьшают объем камеры сгорания Vc, вследствие чего уменьшается относительное количество остаточных газов (уменьшается коэффициент остаточных газов г = Mr/M4ltlil).Одновременно с повышением степени сжатия возрастают давление и температура свежего заряда к моменту подачи искры на электроды свечи. Нагрев свежего заряда до более высоких температур приводит к развитию во всей массе смеси экзотермических предпла-менных реакций с появлением большого количества химически активных частиц. Такое развитие предиламенных процессов и низкая концентрация инертных молекул остаточных газов благоприятно влияет на условия формирования первонача!ьного очага воспламенения от электрической искры, сокращая длительность ф, начальной фазы процесса сгорания.
Возросшая химическая активность свежего заряда способствует также повышению скорости распространения фронта пламени по основной массе свежего заряда, несколько сокращая тем самым длительность Гц основной фазы быстрого сгорания (рис. 2.15).
Анализ кривых показывает, что повышение степени сжатия при прочих равных условиях приводит к повышению максимального давления сгорания Р. и приближению максимума давления к ВМТ, но одновременно возрастает противодавление в конце такта сжатия и в начале сгорания. Для получения максимально возможной мощности в этих условиях угол опережения зажигания обычно уменьшают, сдвигая воспламенение и сгорание основной массы свежего заряда ближе к ВМТ.
Сокращение длительности процесса сгорания в минимальном объеме цилиндра приводит к сокращению потерь теплоты в систему охлаждения и с отработавшими газами, что повышает экономичность двигателя.
О наличии положительного влияния предпламенных химических реакций на скорости процесса сгорания при повышении степени сжатия свидетельствует тот факт, что наивысшая мощность и экономичность двигателя достигаются при использовании топлива с предельно допустимым для данной степени сжатия октановым числом из условия бездетонационной работы двигателя на пороге детонации.
Если октановое число применяемого топлива достаточно высоко для данного двшателя с относительно низкой степенью сжатия, то из-за пониженных температур и отсутствия предпламенных реакций процесс сгорания в цилиндре по времени затягивается, переносится на такт расширения, что приводит к увеличению теплоотдачи в систему охлаждения и с отработавшими газами. Это приводит к перегреву двигателя и возможному обгоранию выпускных клапанов.
Увеличение степени сжатия е из-за уменьшения объема камеры сгорания приводит к возрастанию относительного количества свежего заряда, заключенного в щелевых зазорах между днищем поршня и поверхностью головки цилиндра, в пристеночных слоях при наличии вытеснителей, что приводит к уменьшению доли активного тепловыделения к моменту достижения максимальных значений давления Р. и температуры Т:. Это обстоятельство приводит к увеличению доли тепловыделения в 4-й фазе процесса сгорания — фазе догорания на такте расширения.
Двигатели с изменяемой степенью сжатия: от Saab до Infiniti
Все чаще звучат авторитетные мнения, что сейчас развитие двигателей внутреннего сгорания достигло наивысшего уровня и больше невозможно заметно улучшить их характеристики. Конструкторам остается заниматься ползучей модернизацией, шлифуя системы наддува и впрыска, а также добавляя все больше электроники. С этим не соглашаются японские инженеры. Свое слово сказала компания Infiniti, которая построила двигатель с изменяемой степенью сжатия. Разбираемся, в чем преимущества такого мотора, и какое у него будущее.
В качестве вступления напомним, что степенью сжатия называют отношение объема над поршнем, находящимся в нижней «мертвой» точке, к объему, когда поршень находится в верхней.
Компоненты / Новости
Для бензиновых двигателей этот показатель составляет от 8 до 14, для дизелей — от 18 до 23.
Степень сжатия задается конструкцией фиксировано. Рассчитывается она в зависимости от октанового числа применяемого бензина и наличия наддува.
Возможность динамически изменять степень сжатия в зависимости от нагрузки позволяет поднять КПД турбированного мотора, добившись того, чтобы каждая порция топливовоздушной смеси сгорала при оптимальном сжатии.
При малых нагрузках, когда смесь обедненная, используется максимальное сжатие, а в нагруженном режиме, когда бензина впрыскивается много и возможна детонация, мотор сжимает смесь минимально.
Это позволяет не регулировать «назад» угол опережения зажигания, который остается в наиболее эффективной позиции для снятия мощности. Теоретически система изменения степени сжатия в ДВС позволяет до двух раз уменьшить рабочий объем мотора при сохранении тяговых и динамических характеристик.
Схема двигателя с изменяемым объемом камеры сгорания и шатуны с системой подъема поршней
Одной из первых появилась система с дополнительным поршнем в камере сгорания, который перемещаясь, изменял ее объем. Но сразу возник вопрос о размещении еще одной группы деталей в головке блока, где уже и так теснились распредвалы, клапаны, инжекторы и свечи зажигания. Притом нарушалась оптимальная конфигурация камеры сгорания, отчего топливо сжигалось неравномерно. Поэтому система так и осталась в стенах лабораторий. Не пошла дальше эксперимента и система с поршнями изменяемой высоты. Разрезные поршни были чрезмерно тяжелыми, притом сразу возникли конструктивные трудности с управлением высотой подъема крышки.
Система подъема коленвала на эксцентриковых муфтах FEV Motorentechnik (слева) и траверсный механизм для изменения высоты подъема поршня
Другие конструкторы пошли путем управления высотой подъема коленвала. В этой системе опорные шейки коленвала размещены в эксцентриковых муфтах, приводимых в действие через шестерни электромотором. Когда эксцентрики поворачиваются, коленвал поднимается или опускается, отчего, соответственно, меняется высота подъема поршней к головке блока, увеличивается или уменьшается объем камеры сгорания, и изменяется тем самым степень сжатия. Такой мотор показала в 2000 году немецкая компания FEV Motorentechnik. Система была интегрирована в турбированный четырехцилиндровый двигатель 1.8 л от концерна Volkswagen, где варьировала степень сжатия от 8 до 16. Мотор развивал мощность 218 л.с. и крутящий момент 300 Нм. До 2003 года двигатель испытывался на автомобиле Audi A6, но в серию не пошел.
Не слишком удачливой оказалась и обратная система, также изменяющая высоту подъема поршней, но не за счет управления коленвалом, а путем подъема блока цилиндров. Действующий мотор подобной конструкции продемонстрировал в 2000 году Saab, и также тестировал его на модели 9-5, планируя запустить в серийное производство. Получивший название Saab Variable Compression (SVC) пятицилиндровый турбированный двигатель объемом 1,6 л, развивал мощность 225 л. с. и крутящий момент 305 Нм, при этом расход топлива при средних нагрузках снизился на 30%, а за счет регулируемой степени сжатия мотор мог без проблем потреблять любой бензин — от А-80 до А-98.
Система двигателя Saab Variable Compression, в которой степень сжатия изменяется за счет отклонения верхней части блока цилиндров
Задачу подъема блока цилиндров в Saab решили так: блок был разделен на две части — верхнюю с головкой и гильзами цилиндров, и нижнюю, где остался коленвал. Одной стороной верхняя часть была связана с нижней через шарнир, а на другой был установлен механизм с электроприводом, который, как крышку у сундука, приподнимал верхнюю часть на угол до 4 градусов. Диапазон степени сжатия при поднимании — опускании мог гибко варьироваться от 8 до 14. Для герметизации подвижной и неподвижной частей служил эластичный резиновый кожух, который оказался одним из самых слабых мест конструкции, вместе с шарнирами и подъемным механизмом. После приобретения Saab корпорацией General Motors американцы закрыли проект.
Проект МСЕ-5 в котором применен механизм с рабочим и управляющим поршнями, связаными через зубчатое коромысло
На рубеже веков свою конструкцию мотора с изменяемой степенью сжатия предложили и французские инженеры компании MCE-5 Development S.A. Показанный ими турбированный 1.5-литровый мотор, в котором степень сжатия могла варьироваться от 7 до 18, развивал мощность 220 л. с. и крутящий момент 420 Нм. Конструкция тут довольно сложная. Шатун разделен и снабжен наверху (в части, устанавливаемой на коленвал) зубчатым коромыслом. К нему примыкает другая часть шатуна от поршня, оконечник которой имеет зубчатую рейку. С другой стороной коромысла связана рейка управляющего поршня, приводимого в действие через систему смазки двигателя посредством специальных клапанов, каналов и электропривода. Когда управляющий поршень перемещается, он воздействует на коромысло и высота поднятия рабочего поршня изменяется. Двигатель экспериментально обкатывался на Peugeot 407, но автопроизводитель не заинтересовался данной системой.
Теперь свое слово решили сказать конструкторы Infiniti, представив двигатель с технологией Variable Compression-Turbocharged (VC-T), позволяющей динамически изменять степень сжатия от 8 до 14. Японские инженеры применили траверсный механизм: сделали подвижное сочленение шатуна с его нижней шейкой, которую, в свою очередь, связали системой рычагов с приводом от электромотора. Получив команду от блока управления, электродвигатель перемещает тягу, система рычагов меняет положение, регулируя тем самым высоту подъема поршня и, соответственно, изменяя степень сжатия.
Конструкция системы Variable Compression у мотора Infiniti VC-T: а - поршень, b - шатун, с - траверса, d - коленвал, е - электродвигатель, f - промежуточный вал, g - тяга.
За счет данной технологии двухлитровый бензиновый турбомотор Infiniti VC-T развивает мощность 270 л.с., оказываясь на 27% экономичнее других двухлитровых двигателей компании, имеющих постоянную степень сжатия. Японцы планируют запустить моторы VC-T в серийное производство в 2018 году, оснастив ими кроссовер QX50, а затем и другие модели.
Заметим, что именно экономичность выступает сейчас основной целью разработки моторов с изменяемой степенью сжатия. При современном развитии технологий наддува и впрыска, нагнать мощности в моторе для конструкторов не составляет больших проблем. Другой вопрос: сколько бензина в супернадутом двигателе будет вылетать в трубу? Для обычных серийных моторов показатели расхода могут оказаться неприемлемы, что и выступает ограничителем для надувания мощности. Японские конструкторы решили этот барьер преодолеть. Как считают в компании Infiniti, их бензиновый двигатель VC-T, способен выступить как альтернатива современным турбированным дизелям, показывая тот же расход топлива при лучших характеристиках по мощности и более низкой токсичности выхлопа.
Каков итог?
Работы над двигателями с изменяемой степенью сжатия ведутся уже не один десяток лет — этим направлением занимались конструкторы Ford, Mercedes-Benz, Nissan, Peugeot и Volkswagen. Инженерами исследовательских институтов и компаний по обе стороны Атлантики получены тысячи патентов. Но пока ни один такой мотор не пошел в серийное производство.
Не все гладко и у Infiniti. Как признаются сами разработчики мотора VC-T, у их детища пока остаются общие проблемы: возросла сложность и стоимость конструкции, не решены вопросы с вибрацией. Но японцы надеются доработать конструкцию и запустить ее в серийное производство. Если это произойдет, то будущим покупателям осталось только понять: сколько придется переплатить за новую технологию, насколько такой мотор будет надежен и сколько позволит экономить на топливе.
Степень сжатия двигателя
Работа двигателей внутреннего сгорания характеризуется рядом величин. Одна из них – степень сжатия двигателя. Важно не путать ее с компрессией – значением максимального давления в цилиндре мотора.
Что такое степень сжатия
Данная степень – это соотношение объема цилиндра двигателя к объему камеры сгорания. Иначе можно сказать, что значение компрессии – отношение объема свободного места над поршнем, когда тот находится в нижней мертвой точке, к аналогичному объему при нахождении поршня в верхней точке.
Выше упоминалось, что компрессия и степень сжатия – не синонимы. Различие касается и обозначений, если компрессию измеряют в атмосферах, степень сжатия записывается как некоторое отношение, например, 11:1, 10:1, и так далее. Поэтому нельзя точно сказать, в чем измеряют степень сжатия в двигателе – это «безразмерный» параметр, зависящий от других характеристик ДВС.
Условно степень сжатия можно описать также как разницу между давлением в камере при подаче смеси (или дизтоплива в случае с дизельными двигателями) и при воспламенении порции горючего. Данный показатель зависит от модели и типа двигателя и обусловлен его конструкцией. Степень сжатия может быть:
- высокой;
- низкой.
Расчет сжатия
Рассмотрим, как узнать степень сжатия двигателя.
Она вычисляется по формуле:
Здесь Vр означает рабочий объем отдельного цилиндра, а Vс – значение объема камеры сгорания. Формула показывает важность значения объема камеры: если его, например, снизить, то параметр сжатия станет больше. То же произойдет и в случае увеличения объема цилиндра.
Чтобы узнать рабочий объем, нужно знать диаметр цилиндра и ход поршня. Вычисляется показатель по формуле:
Здесь D – диаметр, а S – ход поршня.
Иллюстрация:
Поскольку камера сгорания имеет сложную форму, ее объем обычно измеряется методом заливания в нее жидкости. Узнав, сколько воды поместилось в камеру, можно определить и ее объем. Для определения удобно использовать именно воду из-за удельного веса в 1 грамм на куб. см – сколько залилось грамм, столько и «кубиков» в цилиндре.
Альтернативный способ, как определить степень сжатия двигателя – обратиться к документации на него.
На что влияет степень сжатия
Важно понимать, на что влияет степень сжатия двигателя: от нее прямо зависит компрессия и мощность. Если сделать сжатие больше, силовой агрегат получит больший КПД, поскольку уменьшится удельный расход горючего.
Степень сжатия бензинового двигателя определяет, горючее с каким октановым числом он будет потреблять. Если топливо низкооктановое, это приведет к неприятному явлению детонации, а слишком высокое октановое число вызовет нехватку мощности – двигатель с малой компрессией просто не сможет обеспечивать нужное сжатие.
Таблица основных соотношений степеней сжатия и рекомендуемых топлив для бензиновых ДВС:
| Сжатие | Бензин |
| До 10 | 92 |
| 10.5-12 | 95 |
| От 12 | 98 |
Интересно: бензиновые турбированные двигатели функционируют на горючем с большим октановым числом, чем аналогичные ДВС без наддува, поэтому их степень сжатия выше.
Еще больше она у дизелей. Поскольку в дизельных ДВС развиваются высокие давления, данный параметр у них также будет выше. Оптимальная степень сжатия дизельного двигателя находится в пределах от 18:1 до 22:1, в зависимости от агрегата.
Изменение коэффициента сжатия
Зачем менять степень?
На практике такая необходимость возникает нечасто. Менять сжатие может понадобиться:
- при желании форсировать двигатель;
- если нужно приспособить силовой агрегат под работу на нестандартном для него бензине, с отличающимся от рекомендованного октановым числом. Так поступали, например, советские автовладельцы, поскольку комплектов для переоборудования машины на газ в продаже не встречалось, но желание сэкономить на бензине имелось;
- после неудачного ремонта, чтобы устранить последствия некорректного вмешательства. Это может быть тепловая деформация ГБЦ, после которой нужна фрезеровка. После того, как повысили степень сжатия двигателя снятием слоя металла, работа на изначально предназначенном для него бензине становится невозможной.
Иногда меняют степень сжатия при конвертации автомобилей для езды на метановом топливе. У метана октановое число – 120, что требует повышать сжатие для ряда бензиновых автомобилей, и понижать – для дизелей (СЖ находится в пределах 12-14).
Перевод дизеля на метан влияет на мощность и ведет к некоторой потере таковой, что можно компенсировать турбонаддувом. Турбированный двигатель требует дополнительного снижения степени сжатия. Может потребоваться доработка электрики и датчиков, замена форсунок дизельного мотора на свечи зажигания, новый комплект цилиндро-поршневой группы.
Форсирование двигателя
Чтобы снимать больше мощности или получить возможность ездить на более дешевых сортах топлива, ДВС можно форсировать путем изменения объема камеры сгорания.
Для получения дополнительной мощности двигатель следует форсировать, увеличивая степень сжатия.
Важно: заметный прирост по мощности будет лишь на том двигателе, который штатно работает с более низкой степенью сжатия. Так, например, если ДВС с показателем 9:1 тюнингован до 10:1, он выдаст больше дополнительных «лошадей», чем двигатель со стоковым параметром 12:1, форсированный до 13:1.
Возможные следующие методы, как увеличить степень сжатия двигателя:
- установка тонкой прокладки ГБЦ и доработка головки блока;
- расточка цилиндров.
Под доработкой ГБЦ подразумевают фрезеровку ее нижней части, соприкасающейся с самим блоком. ГБЦ становится короче, благодаря чему уменьшается объем камеры сгорания и растет степень сжатия. То же происходит и при монтаже более тонкой прокладки.
Важно: эти манипуляции могут также потребовать установки новых поршней с увеличенными клапанными выемками, поскольку в ряде случаев возникает риск встречи поршня и клапанов. В обязательном порядке настраиваются заново фазы газораспределения.
Расточка БЦ также ведет к установке новых поршней под соответствующий диаметр. В результате растет рабочий объем и становится больше степень сжатия.
Дефорсирование под низкооктановое топливо
Такая операция проводится, когда вопрос мощности вторичен, а основная задача – приспособить двигатель под другое горючее. Это делается путем снижения степени сжимания, что позволяет двигателю работать на малооктановом бензине без детонации. Кроме того, налицо и определенная финансовая экономия на стоимости горючего.
Интересно: подобное решение нередко используется для карбюраторных двигателей старых машин. Для современных инжекторных ДВС с электронным управлением дефорсирование крайне не рекомендуется.
Основной способ, как уменьшить степень сжатия двигателя — сделать прокладку ГБЦ более толстой. Для этого берут две стандартные прокладки, между которыми делают алюминиевую прокладку-вставку. В результате растет объем камеры сгорания и высота ГБЦ.
Некоторые интересные факты
Метанольные двигатели гоночных машин имеют сжатие более 15:1. Для сравнения, стандартных карбюраторный двигатель, потребляющий неэтилированный бензин, имеет сжатие максимум 1.1:1.
Из серийных образцов моторов на бензине со сжатием 14:1 на рынке присутствуют образцы от Mazda (серия Skyactiv-G), ставящиеся, например, на CX-5. Но их фактическая СЖ находится в пределах 12, поскольку в данных моторах задействован так называемый «цикл Аткинсона», когда смесь сжимается в 12 раз после позднего закрытия клапанов. Эффективность таких двигателей измеряется не по сжатию, а по степени расширения.
В середине XX века в мировом двигателестроении, особенно в США, наблюдалась тенденция к увеличению степени сжатия. Так, к 70-м основная масса образцов американского автопрома имела СЖ от 11 до 13:1. Но штатная работа таких ДВС требовала использования высокооктанового бензина, который в то время умели получать только процессом этилирования – добавлением тетраэтилсвинца, высокотоксичного компонента. Когда в 1970-х годах появились новые экологические стандарты, этилирование стали запрещать, и это привело к обратной тенденции – снижению СЖ в серийных образцах двигателей.
Современные двигатели имеют систему автоматической регуляции угла зажигания, которая позволяет ДВС работать на «неродном» топливе – например, 92 вместо 95, и наоборот. Система управления УОЗ помогает избежать детонации и других неприятных явлений. Если же ее нет, то, например, залив высокооктановый бензин двигатель, не рассчитанный на такое горючее, можно потерять в мощности и даже залить свечи, поскольку зажигание будет поздним. Ситуацию можно поправить ручным выставлением УОЗ по инструкции к конкретной модели автомобиля.
| Автор: Юлиюс Мацкерле (Julius Mackerle) Источник: «Современный экономичный автомобиль» [1] 25912 0
Г.Р. Рикардо рассчитал и проверил на экспериментальном двигателе зависимость индикаторного КПД от степени сжатия для чистого воздуха [2]. Результаты его опытов изображены на рис. 1. При этом делается допущение, что рабочее тело – чистый воздух и что при сгорании углеводородного топлива в среде чистого воздуха образуются только CO2 и H2O. Другое допущение предполагает, что в течение всего цикла отсутствует теплообмен со стенками цилиндра. При этих допущениях КПД такого теоретического цикла: η = 1 — (1/ε)k-1 где ε – степень сжатия; k – показатель адиабаты (отношение теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме), равный 1,4 для воздуха. Этот КПД можно использовать для сравнения, но он значительно отличается от реально достижимых, поскольку:
В двигателе идеальные условия не могут быть выдержаны и поэтому его КПД значительно ниже. На рис. 2 кривой а обозначен КПД теоретического цикла с подводом теплоты при постоянном объёме согласно рис. 1. Кривая б показывает расчётный КПД этого же цикла для бензовоздушной смеси с 50 %-ным недостатком топлива, кривая в – с 20 %-ным недостатком топлива. Кривая г рассчитана для стехиометрической смеси бензин-воздух. Во всех расчётах циклы считались термодинамическими идеальными, т. е. принималось, что теплота подводится мгновенно в ВМТ, а теплообмен со стенками цилиндра отсутствует. Нижняя кривая д показывает результаты измерения индикаторного КПД на опытном двигателе при степени сжатия 4 – 7. Опыты проводились на смеси с недостатком 15 % топлива, поэтому их можно сравнить с расчетной кривой е при 20 %-ном недостатке топлива. Хорошо видна разница между кривыми в и д, характеризующая потери теплоты за счет излучения, теплопередачи через стенки цилиндра и неполноты процесса сгорания. Кривая д показывает зависимость индикаторного КПД от степени сжатия у реальных двигателей. Для всех кривых расчетом или измерением был определен показатель k. Средняя теплоемкость газов увеличивается с ростом их температуры. Объём цилиндра после полного сгорания топлива заполнен смесью азота, углекислого газа и водяных паров. У азота, составляющего основную часть этой смеси, средняя теплоемкость увеличивается медленней, чем у других газов (таблица ниже). Быстрее всего она растет у водяного пара. Топливо, содержащее большой процент углерода, который сгорит до СО2, выгоднее, чем топливо с большим процентом содержания водорода. Большее значение средней теплоёмкости газа, входящего в состав рабочего тела, способствует тому, что теплота, подводимая к нему, повысит его температуру в меньшей степени, поскольку значительная часть этой теплоты уйдет на нагрев газа. Меньшая же максимальная температура рабочего тела снижает его давление и индикаторный КПД.
При температуре выше 2000 °C начинается диссоциация водяного пара на H2 и O2, а углекислого газа – на CO и O2. На этот процесс расходуется значительное количество теплоты, вследствие чего рост максимальной температуры рабочего тела тормозится. При охлаждении водород и кислород опять соединяются и образуют воду, а CO вновь превращается в CO2. Эти процессы протекают с выделением теплоты, однако полностью она не используется, так как возвращается в цикл в течение достаточно продолжительного процесса расширения.
Зависимость КПД η теоретического цикла от соотношения долей топлива, сгоревшего при постоянном объёме V и давлении p, показана на рис. 3. Если сгорает 100 % топлива при постоянном объёме, то достигается максимальное значение КПД. Если 100 % топлива сгорает при постоянном давлении, то этот КПД минимален, так как топливо, которое догорает в процессе продолжительного расширения, для совершения работы имеет в своем распоряжении только малую часть пути, проходимого поршнем. Падение КПД особенно заметно, если при постоянном объеме сгорает менее 60 % топлива. Влияние степени сжатия на КПД и мощность двигателя весьма значительно. Вплоть до степени сжатия ε = 10 КПД увеличивается особенно быстро. Расчетные значения КПД хотя и служат только для сравнения, но наглядно показывают замедление роста КПД при высоких степенях сжатия. Дросселирование воздуха во впускном трубопроводе бензинового двигателя при частичной нагрузке приводит к тому, что давление конца сжатия в цилиндре значительно снижается. Так называемую реальную степень сжатия можно определить по величине давления в конце сжатия [3]. На рис. 4, а показано поле реальных степеней сжатия, полученное путем измерения давлений конца сжатия в карбюраторном двигателе с геометрической степенью сжатия ε = 8,5. Верхняя граничная кривая показывает реальную степень сжатия при полностью открытой дроссельной заслонке в зависимости от частоты вращения двигателя n. Ниже этой кривой показано все поле реальных степеней сжатия при различных открытиях дроссельной заслонки. При большом дросселировании заряда во впускном трубопроводе значение реальной степени сжатия падает до ε = 3,5, вследствие чего значительно уменьшается КПД. Это оказывает большое влияние на средний расход топлива при частичных нагрузках бензинового двигателя.
Дросселирование заряда или воздуха, являющееся в бензиновом двигателе способом регулирования его нагрузки, необходимо для сохранения примерно постоянного состава топливовоздушной смеси, что обеспечивает ее надежное зажигание. С другой стороны, желательное повышение степени сжатия ограничено опасностью возникновения детонации, зависящей от давления и температуры смеси в конце хода сжатия. На рис. 5 показано изменение температур сжатой смеси в цилиндре в зависимости от частоты вращения n и степени открытия дроссельной заслонки двигателя со степенью сжатия ε = 8,5.
Автомобильный двигатель работает большую часть времени при частичной нагрузке и поэтому очень важно улучшить расход топлива именно в этих условиях. На рис. 4, б показано поле реальных степеней сжатия при увеличении геометрической степени сжатия до ε = 12,5. При малой нагрузке реальная степень сжатия повышается на 2,5 единицы, что соответствует улучшению КПД на 10 %. Поршневой двигатель с простым кривошипным механизмом имеет равные между собой геометрические степень сжатия и степень расширения. Однако это свойство невыгодно при использовании энергии давления газов, которая в момент открытия выпускного клапана еще довольно высока. Поэтому еще на начальном этапе развития двигателей внутреннего сгорания искались пути использования давления газов в конце рабочего хода увеличением степени расширения. Одно из таких решений было реализовано в виде специального кривошипного механизма с тремя шатунами и двумя коленчатыми валами. Однако такие сложные механизмы имеют низкий механический КПД из-за увеличения числа подшипников, вращающихся и колеблющихся масс. Кроме того, они неработоспособны при высоких частотах вращения, поэтому их использование не принесло ожидаемого улучшения КПД. По этой причине более выгодно использовать повторное расширение газа после его выхода из цилиндра. В настоящее время повторное расширение проводится главным образом в турбине, работающей на отработавших газах. Различных степеней сжатия и расширения можно частично добиться регулированием моментов открытия и закрытия клапанов. Процесс сжатия начинается только после закрытия впускного клапана, поэтому большое запаздывание закрытия впускного клапана после НМТ вызывает снижение фактической степени сжатия. В то же время открытие выпускного клапана непосредственно перёд НМТ повышает степень расширения. Однако его нужно открывать заранее с тем, чтобы давление газов в цилиндре успело снизиться и при последующем выталкивании газов поршнем при его ходе вверх от НМТ к ВМТ не оказывалось большого сопротивления движению поршня. Из этого примера видно, что таким способом нельзя достичь большой разности степеней сжатия и расширения. Если бы впускной клапан закрывался на половине хода поршня, то фактический рабочий объем двигателя (поступающее количество воздуха) снизился бы наполовину. Двигатель с объемом 2000 см3 имел бы мощность, равную двигателю с объемом 1000 см3, но его масса, размеры и стоимость остались бы неизменными. Уменьшилось бы только среднее потребление топлива автомобилем, на котором он установлен. Последнее обновление 02.03.2012Опубликовано 11.05.2011 Читайте такжеСноски
Комментарии |
Означает ли более высокое сжатие больше мощности? Да, и вот почему.
Увеличит ли степень сжатия выходную мощность вашего двигателя? Вы можете подозревать, что ответ «да», и будете правы, но вы можете не знать всех причин, почему. Когда целью является увеличение мощности мощных двигателей, есть несколько популярных способов добиться этого, включая добавление наддува с помощью турбонагнетателя, нагнетателя или закиси азота. Увеличение рабочего объема двигателя или увеличения его скорости (об / мин) также может привести к скачку мощности и также популярно, но увеличивает степень сжатия — т.е.е. уменьшение объема камеры сгорания — наверное, наименее понятный метод из всех. В конце концов, как сделать что-нибудь в двигателе меньшего размера , чтобы увеличить его мощность ?!
Что такое сжатие?
Просмотреть все 7 фотографийВозможно, мы покрываем землю, которая для многих хорошо вытоптана, но степень статического сжатия двигателя понять просто: это весь объем цилиндра над компрессионным кольцом в нижней мертвой точке (НМТ), когда по сравнению с объемом над компрессионным кольцом в верхней мертвой точке (ВМТ).Чтобы узнать, как вычислить степень статического сжатия, щелкните здесь.
В четырехтактном двигателе внутреннего сгорания вся работа выполняется на рабочем такте. Остается три других хода (впуск, сжатие и выпуск), которые должны существовать, но ничего не добавляют к выходной мощности. Фактически, они стоят энергии — очень много. Четырехтактные двигатели внутреннего сгорания общеизвестно неэффективны, 20 процентов считаются святым Граалем, но большинство из них находятся в подростковом возрасте. Это означает, что есть огромный потенциал повышения эффективности, и именно по этой причине многие силовые установки с высокой степенью сжатия последних моделей, такие как Gen V GM, Ford Coyote и Gen III Hemi, выглядят так хорошо по сравнению со своими предшественниками.
Power Stroke Dynamics
Просмотреть все 7 фотографийПредставьте на мгновение, что мы рассматриваем Power Stroke Dynamics как неограниченное единичное событие, подобное выстрелу из винтовки. В лучшем случае наша пуля (поршень) имеет только казенную полость, в которой находится порох в оболочке в качестве камеры сгорания, и всю длину ствола в качестве цилиндра (стреловидный объем). Изменение исходного положения пули от порохового заряда на место дальше по стволу означает, что у расширяющихся газов меньше расстояния, чтобы воздействовать на пулю до того, как она выйдет.
Если вы перевернете концепцию сжатия с ног на голову и подумаете о нем как о событии расширения, вы получите сжатие в обратном направлении — степень расширения. Это имеет больше смысла, потому что именно расширение, а не сжатие, создает силу, от которой мы получаем энергию. Итак, глядя на нашу аналогию с винтовкой, мы имеем ту же длину и диаметр ствола, ту же пулю (поршень), тот же заряд (воздух и топливо), только мы запускаем пулю дальше по стволу. Чем дальше по стволу начинается пуля, тем меньшую расширяющую силу газ может оказать на пулю.Для наших целей эта сила представляет крутящий момент двигателя, в то время как начальная точка пули аналогична динамической степени сжатия двигателя в данном рабочем состоянии.
Статическое и динамическое сжатие
Посмотреть все 7 фотографийСтатическая степень сжатия (иногда называемая степенью механического сжатия) — удобный справочник, который производители двигателей используют для создания и описания двигателей, но никакие два двигателя с одинаковым CR не являются действительно одинаково, потому что действительно важна степень динамического сжатия.По этой причине застревание на статических степенях сжатия — тупик для большинства вещей, помимо игры в тривиальную автомобильную погоню. Цилиндр с объемом 100 куб. См будет улавливать 100 куб. См воздуха и топлива, закрыв впускной клапан на НМТ, но только 75 куб. См, если он закроет четверть пути вверх. Поскольку количество воздуха и топлива, захваченных в камере сгорания, действительно имеет значение для выработки энергии, из двух наших гипотетических двигателей объемом 100 куб. См тот, у которого больше всего захваченного воздуха и топлива, будет обеспечивать наибольшую мощность (при прочих равных), даже если оба двигателя имеют одинаковый рабочий объем.
Где «динамическая» часть динамической степени сжатия?
Наш предыдущий абзац не проливает много света на то, почему это называется «динамическим сжатием», пока мы не рассмотрим, как двигатель работает в различных условиях. Даже в двигателях с фиксированными фазами газораспределения (без VVT) эффективная степень сжатия изменяется при изменении частоты вращения двигателя и нагрузки. Короче говоря, если он изменяет количество заряда в камере сгорания от цикла к циклу, он меняет степень расширения и, следовательно, его мощность.Настройка индукции, частота вращения двигателя, продувка выхлопных газов и положение дроссельной заслонки изменяют динамическое сжатие от момента к моменту. Таким образом, статическое сжатие на самом деле не столько показатель удельной мощности двигателя, сколько критерий для расчета того, что будет дальше!
Стоит ли повышать коэффициент статического сжатия?
Посмотреть все 7 фотографий В недавнем динамометрическом тесте мы проверили производительность стандартного литья LS «317» объемом 70 куб. См (слева), сравнив его с литым корпусом меньшего размера, 65 куб. См «243», и обнаружили, что разница составила чуть более половины точка сжатия.При обсуждении степеней сжатия, которые обычно используются в автомобильной сфере — от 8: 1 до 15: 1, — величина мощности, которую вы можете ожидать, будет варьироваться от 2 до 4 процентов на каждую точку полученного статического сжатия. (Мы отметим, что это улучшение, которое вы получили бы только с компрессией, а не с оптимизацией фаз газораспределения.) Три процента могут показаться не такими уж большими по сравнению с тем, что вы получили бы, добавив турбокомпрессор, закись азота или даже кулачок, но все имеет значение. Более того, повышение степени сжатия на величину, достаточно высокую, чтобы почувствовать разницу, может быть столь же простым, как обработка блока или головок цилиндров на несколько тысячных долей во время следующего ремонта, так почему бы и нет? Подробнее об этом чуть позже.
Посмотреть все 7 фотографий Увеличение компрессии на этом 6-литровом LS стоило 15 л.с., и все, что мы сделали, это поменяли большие камеры сгорания на меньшие.Недавно мы провели динамометрический тест типичного 6-литрового Gen III LS (LY6) с горячим уличным кулачком. Со штатными камерами сгорания объемом 70 куб. См. Максимальная мощность составила около 490 л.с. Просто заменив стандартные литые головки цилиндров «317» с камерой 70 куб. См на стандартные литые головки «243» с меньшей камерой сгорания объемом 65 куб. См, мы увеличили мощность до 505 л.с., то есть на 15 л.с. (около 3 процентов).
А как насчет октанового числа топлива?
Посмотреть все 7 фотографий Если вы увеличите компрессию, вы окажетесь на крючке, если будете заправлять двигатель топливом с достаточно высоким октановым числом, чтобы предотвратить детонацию, разрушающую двигатель. Однако усовершенствования головок блока цилиндров и другие технологии в последние годы значительно смягчили выдувание.Есть один ограничивающий фактор, который может привести к резкому прекращению вашего плана по увеличению сжатия — октановое число топлива. Октан — это описание склонности топлива к воспламенению в определенных условиях испытаний, которые учитывают степень сжатия, частоту вращения, нагрузку, температуру охлаждающей жидкости, температуру воздуха на впуске, влажность и множество других переменных.Более высокое октановое число означает, что топливо может сопротивляться самовоспламенению при более высоком давлении и температуре, чем топливо с более низким октановым числом.
При прочих равных условиях двигатели с более высокой степенью сжатия требуют более высокого октанового числа топлива. Это связано с тем, что топливо с более низким октановым числом может начать воспламеняться до возникновения искры через систему зажигания, состояние, известное как детонация или самовоспламенение. Когда это происходит, ранний фронт пламени создает пиковое давление в камере до того, как поршень достигает ВМТ.Этот скачок давления усугубляется ограничением его пространства во все меньшем пространстве, поскольку поршень продолжает свой неумолимый марш к ВМТ. Почти всегда катастрофические для двигателей производительности, детонации следует избегать любой ценой — это все равно, что ударять по поршням молотком и плазменной горелкой одновременно.
По этой причине работа с более высокой степенью сжатия может вызвать повреждение двигателя, но это постепенно меняется. Усовершенствования таких вещей, как металлургия, покрытия и вычислительная динамика потока, означают, что у инженеров и производителей двигателей есть несколько инструментов, которые можно использовать против разрушительной детонации.Там, где когда-то было табу работать 11: 1 или даже 10: 1 на улице с насосным газом, мы обнаруживаем, что хорошо подобранная комбинация (головки, кулачок, впуск и т. закачивать газовую скважину в диапазон 11: 1 плюс с небольшими уступками в производительности или управляемости. Как никогда раньше, сейчас самое время увеличить степень сжатия!
Особая благодарность Дэвиду Визарду и Джону Макбрайду Посмотреть все 7 фотографийКаковы преимущества / недостатки высокой степени сжатия?
Рассказ, выделенный жирным шрифтом (Skyactiv-X):
Преимущество более высокой степени сжатия лучше всего отражено в SKYACTIV-X Mazda Engine.Двигатель, который фактически использует детонационный механизм в целом для создания сгорания при очень бедной работе.
Поскольку мы знаем, что и SI, и дизельный двигатель основаны на ступенчатом сгорании:
A. Начало
B. Развитие
C. Распространение
D. Завершение
Так же, как реакция свободных радикалов в химии, сгорание в двигателе преобладает свободнорадикальная реакция. Но проблема ступенчатого сжигания часто связана с границей между областями несгоревшей и сгоревшей смеси, что приводит к нежелательным выбросам.Неравномерность между несгоревшим и сгоревшим топливом создает выбросы, например, горячие точки в двигателе SI создают NOx, в то время как реально более низкая температурная зона в дизельном топливе вызывает выбросы несгоревшего углерода.
Чтобы иметь дело со ступенчатым сжиганием, был разработан усовершенствованный метод одновременного горения за счет инициирования горения в нескольких точках, а не в одной точке, режим HCCI (Homogenous Charge Compression Ignition), позволяющий создавать предварительное воспламенение бедной смеси с помощью более высокой степень сжатия.Но HCCI никогда не мог работать во всех диапазонах нагрузок при работе двигателя.
В настоящее время SKYACTIV-X — это наиболее инновационный метод сгорания, который использует более высокую степень сжатия для сжатия воздушно-топливной смеси (предварительно смешанной) до температуры, близкой к температуре самовоспламенения, а затем с использованием искры для инициирования сгорания. Само по себе сжатие имеет непредсказуемые характеристики сгорания, такие как CA10, CA50 и CA90. Искра используется, чтобы сделать горение предсказуемым, поскольку искра возникает, несмотря на работу по сжатию смеси.Более высокая степень сжатия приводит к состоянию, близкому к HCCI, затем с искровым пламенем, сгорание воздуха около свечи зажигания приводит к расширению смеси (сгоревшей смеси), которая сжимает дальнейшее окружение (несгоревшую смесь), поскольку мы знаем, что сгорание создает продукты большего объема, так как выше нет. количество молей продуктов создается по сравнению с молями израсходованного реагента. Расширяющаяся сгоревшая смесь заставляет остаточную смесь сгорать в режиме HCCI, следовательно, лучше выбросы и более бедная работа.
Когда вторичная волна сгорания создается в двигателе SI из-за сжатия от сгоревшей смеси, это классифицируется как детонация в двигателе SI.Здесь мы используем детонационный эффект, чтобы сжигать бедную смесь с большей эффективностью.
Проблема сгорания, основанная только на высоком сжатии, возникает из-за неопределенных характеристик потерь тепла стенкой цилиндра, которые влияют на давление и температуру в цилиндре (поэтому HCCI не работает).
Здесь нам действительно нужно рассчитать давление и температуру в цилиндре для определения момента зажигания, но мы не преследуем точное условие самовоспламенения, вместо этого мы ориентируемся на термодинамическое условие перед самовоспламенением, которое фактически устраняет циклическую неточность расчета, так как Искровая сфера компенсирует это, при одновременном и объемном режимах горения (не ступенчатых).Следовательно, более высокая стабильность при большем диапазоне нагрузок.
В простом смысле, со ссылкой на Heywood, Unburnt and Burnt Temperature,
для двигателя с искровым зажиганием
Tcylinder = Tu * (Xu) + (Xb) * Tb,
где
Tu = температура несгоревшего материала, Xu = массовая доля несгоревшего продукта
Tb = температура сгорания, Xb = массовая доля сгоревшего вещества
Xb + Xu = 1.
Итак, в типичном двигателе SI сгорание происходит за счет сгоревшей массы и температуры, поскольку сферическое ядро зажигания распространяется, оно увеличивает свою толщину, сжимая сгоревшую смесь внутри ядра, толкая ее к свече зажигания, одновременно сжимая внешнюю несгоревшую смесь, в результате высокая несгоревшая температура.
Детонация — это случай резкого повышения температуры несгоревшей смеси, в результате чего возникает вторичная волна воспламенения и возгорание несгоревшей смеси до того, как сферическая сфера воспламенения может ее сжечь.
«Теперь в SKYACTIV-X у нас очень высокая степень сжатия и бедная смесь, что означает, что перед воспламенением у нас уже есть очень плотно упакованная смесь, которая на самой начальной стадии воспламенения с помощью сжатия. Волна сферической сферы воспламенения создает очень высокую несгоревшую температуру, т.е. Tu, при очень малом распространении сферы соответствующее Tu достигает предела самовоспламенения, что приводит к HCCI, подобному горению в объемном режиме, состоящему из горячих точек в смеси.«
« Так что да, это своего рода детонация, поскольку несгоревшие на самом деле ответственны за горение за счет объемного режима горения, обычно это волна горения, которая фактически зажигает весь заряд ступенчато ».
Ссылка из Heywood: Глава 9 Горение в двигателе с искровым зажиганием
Раздел 9.2
Влияние условий эксплуатации, степени сжатия и продукта риформинга бензина на пределы детонации двигателя SI
Абстрактные
Был проведен ряд экспериментов для изучения влияния топливовоздушной смеси, давления наддува на входе, продукта риформинга топлива, обогащенного водородом, и степени сжатия на детонационное поведение двигателя.Для каждого условия измеряли влияние момента зажигания на выходной крутящий момент. Затем было найдено опережение зажигания с ограничением детонации для диапазона октановых чисел (ON) для каждого из трех типов топлива; первичные эталонные топлива (PRF), эталонные топлива на основе толуола (TRF) и испытательные бензины. Было обнаружено, что новый параметр фазирования сгорания, основанный на времени сжигания 50% массовой доли, называемый «замедление сгорания», хорошо коррелирует с характеристиками двигателя. Увеличение воздушно-топливного отношения увеличивает замедление сгорания, необходимое только для предотвращения детонации для PRF, и имеет небольшой эффект для TRF.Задержка горения также больше увеличивается с давлением на входе и уменьшается больше с добавлением продукта риформинга для PRF, чем для TRF. Оба типа топлива одинаково отреагировали на увеличение степени сжатия. Тенденции для бензина находятся примерно на полпути между PRF и TRF. Также были проведены эксперименты для определения реакции КПД при средней нагрузке на соотношение воздух-топливо, нагрузку и степень сжатия. При степени сжатия 9,8: 1 относительное чистое повышение эффективности составляет около 2,5% на единицу степени сжатия.Пиковая эффективность составляет около 14: 1 с максимальной выгодой 6-7%. Подробная химическая кинетика была объединена с методологией моделирования конечного газа на основе давления в цилиндре, чтобы успешно спрогнозировать реакцию PRF на степень сжатия и соотношение воздух-топливо, а также реакцию TRF на наддув. Также была зафиксирована разница между реакцией PRF и TRF на соотношение воздух-топливо. (продолжение) Химическое моделирование постоянного объема показало, что водород замедляет реакции самовоспламенения алканов за счет поглощения гидроксильных радикалов в конечном газе.Риформинг 30% топлива, поступающего в двигатель, снижает требуемое качество топлива 10 ON или более, что позволяет увеличить степень сжатия или увеличить турбонаддув без увеличения задержки сгорания. Упрощенный анализ показывает, что увеличение степени сжатия и уменьшение габаритов двигателя для поддержания постоянного максимального крутящего момента повысили бы эффективность использования топлива примерно на 9%. Турбонаддув и уменьшение габаритов увеличат топливную экономичность примерно на 16%.Описание
Диссертация (С.М.) — Массачусетский технологический институт, факультет машиностроения, 2005 г. Включает библиографические ссылки (стр. 133-135).Отдел
Массачусетский Институт Технологий. Кафедра машиностроения; Массачусетский Институт Технологий. Кафедра машиностроенияИздатель
Массачусетский технологический институт
Теория степени сжатияи ее расчет в Powersports
Покупаете ли вы поршни для мотоцикла, квадроцикла или UTV, вы, скорее всего, увидите варианты с разными степенями сжатия.При разработке поршней для различных степеней сжатия учитывается множество факторов. Здесь мы рассмотрим, как рассчитывается степень сжатия и как она может повлиять на ваш двигатель и требования к топливу для гонок.
Формула проста — сжатие дает мощность, и иногда теория «чем больше, тем лучше» имеет некоторые достоинства. Но прежде чем мы начнем слепо оценивать степени сжатия, лучше узнать больше о том, как этого добиться. Степень сжатия для любого двигателя или отдельного цилиндра определяется как соотношение между рабочим объемом цилиндра с поршнем в нижней мертвой точке (НМТ) и объемом с поршнем в верхней мертвой точке (ВМТ).Если, например, отношение объема НМТ в 13 раз больше, чем объем в ВМТ, то степень сжатия составляет 13: 1.
Степень сжатия — это отношение рабочего объема цилиндра с поршнем в нижней мертвой точке и рабочего объема цилиндра с поршнем в верхней мертвой точке.Степень сжатия играет важную роль в создании мощности, поскольку именно сжатие топливовоздушной смеси улучшает процесс сгорания и создает мощность.Конечно, более высокая степень сжатия также предъявляет более высокие требования к октановому числу топлива, поэтому важно помнить об этом. В качестве примера мы возьмем одноцилиндровые двигатели для внедорожников. Степень сжатия серийных двигателей для внедорожников с годами увеличилась до нынешних диапазонов от 12,5: 1 до 13,5: 1, при этом они по-прежнему способны сжигать бензин премиум-класса с октановым числом 91/93. Это достигается за счет улучшенной конструкции камеры сгорания, а также превосходного управления соотношением воздух-топливо за счет электронного впрыска топлива (EFI).
Как рассчитывается степень сжатия?
Было бы неплохо проверить, как рассчитывается сжатие. Это вопрос разбивки на серии небольших участков, для которых необходимо рассчитать их индивидуальные объемы. Затем эти меньшие объемы можно сложить вместе, чтобы получить общий очищенный объем. Например, площадь верхней части поршня в ВМТ должна учитывать отдельные объемы камеры, верхнюю часть поршня (конструкцию головки), прокладку головки и высоту поршня над или под декой поршня. цилиндр.
Щелкните здесь, чтобы узнать, как рассчитать сжатие и смещение для автомобильных двигателей.
Объем цилиндра
Расчет объема цилиндра с помощью Pi x квадрат радиуса x хода дает вам только объем цилиндра. На фото — одноцилиндровый мотоцикл 250F.Нашим первым шагом является определение объема цилиндра на основании диаметра и хода. Если вы помните из школьной геометрии, объем цилиндра = Pi x радиус в квадрате x высота (в данном случае, ход).Диаметр цилиндра 77 мм и ход поршня 53,6 мм создают цилиндр объемом 249 куб. См. Это просто цилиндр.
Далее нам нужно узнать объем камеры сгорания. Самый простой способ измерить это — с помощью градуированного цилиндра или бюретки. Большинство бюреток имеют градуировку в миллилитрах, а один миллилитр равен одному кубическому сантиметру (куб.см), так что пусть вас это не сбивает. Объем камеры напрямую влияет на степень сжатия, поэтому его измерение важно для точности.Квадратная крышка из оргстекла, запечатанная консистентной смазкой, с просверленным в ней небольшим отверстием, позволяющим заполнить камеру медицинским спиртом, смешанным с небольшим количеством пищевого красителя, хорошо работает в качестве измерительной жидкости.
В приведенном ниже примере мы используем головку блока цилиндров автомобиля, но тот же процесс может быть проделан для одно- или многоцилиндровых двигателей мотоциклов.
Уплотнение крышки из оргстекла над камерой сгорания консистентной смазкой позволит вам заполнить камеру сгорания медицинским спиртом.Вы можете использовать электронный измерительный инструмент (показанный здесь), чтобы определить объем жидкости, или вы можете рассчитать вручную с помощью градуированного цилиндра (показанного ниже). Убедитесь, что камера сгорания заполнена полностью, без пузырьков воздуха, чтобы получить точное измерение.Объем поршня
Также необходимо измерить объем поршня. Это важно, поскольку поршень редко бывает идеально плоским. Если бы это было так, номер объема поршня был бы по существу 0 или таким, который не прибавлял бы и не вычитал из степени сжатия.Однако большинство верхних частей поршней содержат комбинацию предохранительных клапанов, тарелку или куполообразную конфигурацию, которые составляют заданный объем. Допустим, этот поршень имеет небольшой купол, но также включает предохранительный клапан поршневого клапана. Для достижения точной степени сжатия необходимо рассчитать общий объем купола поршня. Этот объем должен быть у производителя поршня, когда он вам понадобится. JE Pistons фиксирует эту информацию для каждой конструкции поршня.
Имейте в виду, что даже незначительные изменения могут иметь прямое влияние на сжатие.Например, увеличение диаметра отверстия всего на 2 мм — например, с 96 до 98 мм — без каких-либо других изменений в поршне, приведет к увеличению степени сжатия 13,58: 1 до 14,05: 1 просто потому, что площадь поршня теперь равна больше.
Объем купола также учитывает так называемый объем щели, или крошечный объем, находящийся между верхним краем поршня над контактной площадкой кольца и стенкой цилиндра. Это измерение наиболее важно выполнить, если поршень был модифицирован для добавления дополнительного зазора сброса клапана или если были выполнены другие модификации в верхней части поршня.
Этот объем очень мал, но это то, что JE принимает во внимание при вычислении сжатия, чтобы обеспечить высокую точность.
Объем щели — это небольшой промежуток между верхним, внешним краем поршня (над верхним кольцом) и цилиндром. Вы можете увидеть это небольшое пространство на картинке выше.Прокладка головки
Толщина прокладки головки также влияет на сжатие, так как это также создает объем, который необходимо включить в расчет.Толстая прокладка головки существенно увеличивает объем камеры, а более тонкая — уменьшает его. Расчет объема такой же, как и для цилиндра, только очень короткий. Чаще всего внутренний диаметр прокладки круглый, поэтому вычислить объем довольно просто: объем = Pi x радиус в квадрате x высота.
Высота платформы
Также необходимо учитывать высоту платформы. Если поршень в ВМТ находится ниже уровня цилиндра, этот объем добавляется к объему камеры сгорания, уменьшая степень сжатия.Если верхняя часть поршня превышает верхнюю часть цилиндра на заданную величину, этот объем необходимо вычесть из объема камеры сгорания, что увеличит степень сжатия. Это положение поршня также напрямую влияет на зазор между поршнем и головкой, поэтому внимательно следите за ним, чтобы не выходить за пределы спецификации.
Под высотой деки понимается положение поршня относительно верхней части цилиндра (деки) в ВМТ. В изображенном здесь поршне / цилиндре купол поршня находится над декой, когда поршень находится в ВМТ, поэтому этот объем купола поршня необходимо вычесть из объема камеры сгорания.Так поршни с высокой степенью сжатия, такие как этот, достигают более высоких степеней сжатия.После того, как все эти размеры были определены, мы можем выполнить простую математику деления объема цилиндра с поршнем в нижней части его хода на объем цилиндра с поршнем в верхней части его хода. Мы включили всю математическую формулу здесь, внизу этой страницы, но она слишком длинная и сложная, и на самом деле нет причин повторять все это, если вы действительно не любите длинные вычисления! Более простой вариант — использовать один из множества бесплатных онлайн-калькуляторов степени сжатия.
Использование программы расчета степени сжатия сэкономит много времени и избавит от ненужных хлопот при выполнении вычислений вручную. Эти цифры приведены только для примера.Нам нравится версия, предлагаемая на сайте Performance Trends (Performancetrends.com), поскольку она проста в использовании и может быть загружена бесплатно. Входные данные в этой программе можно даже изменить с английского на метрические, если вы предпочитаете, и эти входы настолько просты, что вы можете попробовать десятки различных комбинаций, чтобы удовлетворить свое любопытство.
Важно отметить, что, хотя сжатие действительно играет важную роль в повышении мощности, добавление сжатия не является чисто линейным предложением. Общепринятая мера для добавления сжатия состоит в том, что одна полная точка сжатия может добавить от 3 до 4 процентов мощности. Итак, если двигатель развивает мощность 50 лошадиных сил, и мы добавляем полную точку сжатия (например, от 11 до 12: 1), это потенциально может увеличить мощность до 51,5 лошадиных сил. Однако с текущими коэффициентами сжатия гоночных двигателей уже на уровне 13: 1, добавление полной точки сжатия не обязательно может добавить полные три процента, поскольку закон убывающей отдачи играет роль с коэффициентами, близкими к 14: 1 или выше.Положительный прирост все равно будет, но он, скорее всего, не будет таким большим, как прирост, например, от 9: 1 до 10: 1.
На фотографии показаны 3 поршня JE с разной степенью сжатия для одного и того же двигателя YXZ1000. CR включают 9,5: 1 (уменьшение сжатия для турбо-приложений), 11,5: 1 (стандартное сжатие) и 12,5: 1 (высокое сжатие). Обратите внимание, что максимальная степень сжатия имеет самые высокие характеристики купола, занимая больше объема камеры сгорания. Поршень 9,5: 1 — наоборот. Другой пример — поршни CRF450R JE 2017-18 годов выпуска.Стандартный поршень сжатия 13,5: 1 (справа) имеет очень плоский купол, не занимающий лишнего объема в камере сгорания. Поршень 14,5: 1 (слева) имеет более высокий купол для уменьшения объема камеры сгорания, когда поршень находится в ВМТ.Щелкните здесь, чтобы узнать больше о наших поршнях серии Pro.
Следует ли мне использовать гоночный газ?
Поскольку большинство новых двигателей мотоциклов теперь имеют статическую степень сжатия 13: 1, эти двигатели используют очень точно настроенные комбинации, позволяющие им работать на бензиновом насосе с октановым числом от 91 до 93.Часто задают вопрос: принесет ли гоночный бензин пользу? Есть несколько факторов, влияющих на гоночный бензин, которые выходят далеко за рамки простого увеличения октанового числа. Многие гонщики считают, что добавление октанового числа также добавит мощности. Хотя это может быть правдой, ответы бывает трудно расшифровать.
Октан сам по себе не является функцией топлива, которое увеличивает мощность. Октан добавляется в топливо для предотвращения детонации. Если двигатель страдает от детонации или детонации из-за использования бензина более низкого качества, добавление октанового числа восстановит эту мощность.И наоборот, добавление топлива с более высоким октановым числом в двигатель, не имеющий проблем с детонацией, не приведет к дополнительной мощности. Более распространенная ситуация заключается в том, что добавление октанового числа сверх требований двигателя обычно приводит к менее эффективному процессу сгорания, который не увеличивает мощность. В определенных ситуациях использование слишком большого октанового числа может привести к небольшой потере мощности! Вот где теория «больше — лучше» не проходит проверку.
Как и любая другая система в гоночном двигателе, правильная комбинация компонентов и топлива может привести к увеличению мощности.Например, гоночный бензин часто смешивают с оксигенатами, которые приводят к обеднению / изменению стехиометрического (или химически правильного) отношения воздух-топливо. Часто за увеличение мощности отвечают именно эти добавки, а не октановое число. Эксперименты с топливом с различным процентным содержанием оксигенатов могут сильно повлиять на фактическое соотношение воздух-топливо. Это входит в сложную историю о стехиометрическом соотношении воздух-топливо, которая выходит за рамки этой истории, но это важный вопрос, о котором нужно знать, прежде чем пытаться индивидуально смешивать гоночный бензин.
Сжатие может быть простым способом повысить мощность, но вам нужно быть в курсе, когда дело доходит до выбора правильных частей. Пропуск чисел через программу сжатия, вероятно, самый простой способ убедиться, что числа не выйдут из-под контроля.
Пример расчета степени сжатия
Проблема со степенью сжатия
15 июня 2020
В последние годы много говорилось о замене обычных транспортных средств электромобилями и гибридными автомобилями, чтобы уменьшить воздействие ископаемого топлива на окружающую среду.Однако, несмотря на то, что оборот этого аргумента может заключаться в том, что двигатели внутреннего сгорания сейчас чище и эффективнее, чем когда-либо, факт остается фактом: за исключением одной возможной технологии, двигатели внутреннего сгорания по существу достигли предела своего потенциала для разработки. дальше.
Возможно, в последние годы были достигнуты гигантские успехи в создании более чистых и эффективных двигателей внутреннего сгорания, но большая часть этих достижений зависит от чрезвычайно сложных, замысловатых и дорогих электронных систем управления.Мы все это знаем, но, возможно, не так широко известно, что мы вот-вот столкнемся с еще одной технологией, известной как переменное сжатие, работа которой зависит от чрезвычайно сложных электронных систем управления. В этой статье мы более подробно рассмотрим эту технологию, а также проблемы с ней, которые мы можем ожидать в ближайшее время. Начнем с констатации —
Проблема дальнейшего развития технологий внутреннего сгорания
Остается еще несколько проблем с развитием базовых технологий, лежащих в основе внутреннего сгорания.Главным из них является тот факт, что современное топливо имеет относительно низкую теплотворную способность и что большая часть теплотворной способности современного топлива теряется в виде тепла, которое выделяется в атмосферу.
Таким образом, с точки зрения проектирования и инженерии очевидным ответом будет: а) извлечение максимального количества энергии из доступного в настоящее время низкоэнергетического топлива и б) минимизация или уменьшение количества тепла, выделяемого во время извлечения энергии. процесс. Однако проблема этого подхода заключается в том, что новые конструкции двигателей должны включать меры по снижению потерь на трение, насосных потерь и серьезных паразитных потерь мощности, вызванных возвратно-поступательным движением тяжелых компонентов.Требования к смазке, а также потери, вызванные выработкой достаточного электрического тока для питания критически важных систем, также составляют значительный процент «потраченной впустую» энергии, и все это оставляет разработчикам двигателей очень мало вариантов.
При первом чтении может показаться, что все вышеперечисленное не имеет отношения к нашей работе в качестве технических специалистов. Однако из немногих вариантов, которые разработчики двигателей оставили для повышения эффективности двигателей внутреннего сгорания, наиболее важным является степень сжатия, которая лежит в основе проблемы улучшения сгорания.
Вышесказанное говорит о многом, но чтобы понять, как степени сжатия повлияют на новые конструкции двигателей, а вместе с тем и на нашу способность диагностировать и ремонтировать двигатели с высокой степенью сжатия, нам необходимо понять, что такое сжатие в цилиндрах и как оно влияет на работу двигателя. Давайте исследуем концепцию сжатия цилиндра, задав этот вопрос —
Что такое степень сжатия?
Источник изображения: https://www.searchautoparts.com/sites/www.searchautoparts.com / files / images / Figure-1_2.png
Рассмотрим изображение выше, на котором показана осциллограмма серии пикового давления в цилиндре, полученная для одного цилиндра с помощью датчика давления. Первые три пика показывают постоянное значение давления при работе двигателя на холостом ходу, в то время как резко возрастающие значения, которые следуют ниже, показывают быстрое увеличение пикового давления в цилиндрах по мере увеличения частоты вращения двигателя. Так как же это возможно на двигателе с фиксированной степенью сжатия?
Ответ прост, но чтобы понять, что мы видим на этой осциллограмме, нам нужно обсудить распространенное заблуждение о степенях сжатия —
Многие люди, в том числе некоторые механики и техники, знакомые с этим писателем, понимают термин «степень сжатия» как означающий, что соотношение, скажем, 10: 1 означает, что одно атмосферное давление сжимается, чтобы получить значение давления, равное 10 атмосферным давлениям. во время такта сжатия.Хотя в этом есть некоторый интуитивный смысл, такая интерпретация неверна, и, на самом деле, есть два типа коэффициентов сжатия, которые нам нужно обсудить, поэтому давайте начнем с —
Статическая степень сжатия
Принятое определение этого термина гласит, что степень сжатия определяется общим рабочим объемом цилиндра, когда поршень находится в НМТ, это значение делится на объем в цилиндре, когда поршень находится в ВМТ. Например, если общий объем цилиндра составляет 100 см3, когда поршень находится в НМТ, а объем цилиндра над поршнем составляет 10 см3, когда поршень находится в ВМТ, степень сжатия этого двигателя составляет 10: 1, что означает основывается исключительно на технических характеристиках двигателя и конструктивных особенностях поршня / камеры сгорания.
Тем не менее, статическая степень сжатия в значительной степени определяет тепловой КПД любого двигателя, поскольку это значение в значительной степени определяет, сколько энергии может быть извлечено из известного количества топлива в зависимости от адиабатического * нагрева воздушно-топливной смеси.
* «Адиабатический» нагрев относится к повышению температуры сжимаемого газа, например, во время такта сжатия в работающем двигателе. Однако это значение очень трудно определить количественно, потому что воздушно-топливные смеси либо поглощают некоторое количество тепла от горячих поверхностей двигателя, либо отдают его на холодные поверхности двигателя в разное время во время нормальной работы двигателя.Следовательно, это значение рассчитывается с использованием закона идеального газа (и других законов), в отличие от его прямого измерения или вывода из статической степени сжатия.
Степень динамического сжатия
С нашей точки зрения, знание статической степени сжатия двигателя имеет ограниченное значение. Более важно знать, какова степень динамического сжатия двигателя, потому что, в отличие от степеней статического сжатия, в динамических степенях сжатия учитывается объем газов, который иногда составляет
.- остаются в цилиндрах во время такта сжатия в результате плохой продувки выхлопных газов
- покидает цилиндры во время такта сжатия в результате неисправных или негерметичных клапанов или чрезмерной / агрессивной продувки выхлопных газов
- входят в цилиндры во время такта сжатия в результате агрессивной синхронизации клапанов, которая закрывает впускные клапаны в конце такта сжатия
Хотя знание степени динамического сжатия двигателя является полезной информацией для диагностических целей, следует отметить, что степени динамического сжатия всегда значительно ниже, чем степени статического сжатия.Основная причина этого заключается в том, что отношение удельной теплоты *, определяющее эффективность сгорания, (почти) никогда не бывает постоянным в любом двигателе во время нормальной работы двигателя.
* В своей простейшей форме это соотношение определяется как отношение между количеством тепла, которое газ может поглотить, если этот газ находится под постоянным давлением, и тем, сколько тепла тот же газ может поглотить, если объем газа остается постоянным.
На практике, однако, отношение удельной теплоты в работающем двигателе постоянно изменяется из-за того, что смесь сжатого воздуха и топлива выделяет некоторое количество тепла в двигатель, и изменения давления сжатия, вызванные такими факторами, как изменение фаз газораспределения, которые могут: например, увеличить / уменьшить эффективность процессов очистки выхлопных газов в различных точках рабочего диапазона двигателя.
Итак, какое отношение все это имеет к диагностике проблем с компрессией двигателя? Это просто означает, что если (и когда) нам потребуется диагностировать проблемы сжатия / сгорания в различных конструкциях двигателей с переменным сжатием, с которыми мы вскоре столкнемся, нам нужно будет знать еще одно значение давления, это —
Пиковое давление в цилиндре
Давайте проиллюстрируем это значение на практическом примере. Если, например, двигатель имеет степень статического сжатия 10: 1 и степень динамического сжатия 7.5: 1, мы можем рассчитать фактическое пиковое давление сжатия в цилиндре, умножив 7,5 1,3 (динамическое давление сжатия) на атмосферное давление.
ПРИМЕЧАНИЕ: Хотя отношение удельной теплоты атмосферного воздуха составляет 1,4, этот расчет обычно основан на значении 1,3, поскольку эта поправка учитывает переменные, которые основаны на различных конструкциях двигателя и различных материалах, используемых в конструкции двигателя различными производители. На практике меньшее значение обеспечивает единообразную основу для расчета значений давления в цилиндрах независимо от конструкции двигателя и / или конфигурации цилиндра.
С диагностической точки зрения знание разницы между фактическим и желаемым пиковым давлением в цилиндре будет иметь гораздо большее значение, чем знание одного (или обоих) статической и динамической степеней сжатия просто потому, что эффективность сгорания зависит от фактического пикового давления сжатия в цилиндре, и не от степени сжатия. Конечно, это утверждение вызывает этот вопрос —
Почему бы просто не увеличить давление в цилиндрах для повышения эффективности двигателя?
Хотя верно то, что более высокая степень сжатия и, как следствие, более высокое пиковое давление в цилиндрах приводит к улучшенному сгоранию (и, как следствие, к лучшей экономии топлива), это верно только до определенного момента, поскольку законы физики накладывают несколько ограничивающих факторов на то, как может идти высокое давление в цилиндре.Рассмотрим график ниже —
Источник изображения: https://www.searchautoparts.com/sites/www.searchautoparts.com/files/images/Figure-2_3.png
Горизонтальная ось этого графика показывает статические степени сжатия в зависимости от увеличения теплового КПД двигателя по вертикальной оси. Хотя мы знаем, что большинство современных автомобилей имеют статическую степень сжатия от примерно 10: 1 до примерно 14: 1, верхний предел этого диапазона обычно применяется к двигателям в высококлассных суперкарах и передовых конструкциях двигателей, таких как Mazda Homogenous Charge. Двигатель с воспламенением от сжатия.
Другие двигатели с высокой степенью сжатия, предназначенные для массового потребления, в настоящее время находятся в стадии разработки, но важным моментом в этом графике является резкое падение КПД двигателя при степенях сжатия выше примерно 15: 1. Это падение связано с тем, что воздух может поглощать только ограниченное количество тепловой энергии, что в конечном итоге определяет, как детонационное пламя распространяется через топливно-воздушную смесь.
Нам не нужно здесь углубляться в сложность процессов горения, но достаточно сказать, что кислород в смеси служит только окислителем в процессе горения, а в стехиометрической смеси весь кислород используется для сжигания всего топлива. .С риском наложения на него слишком тонкой точки, тепло, выделяющееся во время процесса окисления, заставляет азотный компонент топливно-воздушной смеси расширяться во время процесса сгорания, что является механизмом, который перемещает поршень вниз во время рабочего такта.
Таким образом, даже если бы конструкторы двигателей были готовы принять штрафы в стоимости и весе, связанные с увеличением мощности двигателя для обеспечения более высоких степеней сжатия, тот факт, что нынешнее топливо самовоспламеняется при высоких температурах, чрезвычайно затруднит реализацию стратегий управления детонацией в двигателе. применять при степенях сжатия, намного превышающих текущие.С точки зрения проектирования и инженерии стоимость контроля детонации и сопутствующего повреждения двигателя намного перевешивает небольшое повышение эффективности двигателя, которое можно получить, нагревая воздух на несколько градусов больше, хотя и увеличивая пиковое сжатие, что вызывает этот вопрос —
Что это дает нам, как техническим специалистам?
Источник изображения: https://www.searchautoparts.com/sites/www.searchautoparts.com/files/images/Figure-4_3.png
На изображении выше показан 2.0L, четырехцилиндровый двигатель с наддувом, который в настоящее время используется в Nissan Infiniti QX50. Этот двигатель был впервые представлен в 2018 году производства, что не делает его достаточно старым, чтобы появиться во многих независимых мастерских.
Проще говоря, коленчатый вал в этом двигателе не связан напрямую с поршнями. Компонент, обведенный красным, представляет собой привод с электронным управлением, который действует на рычажный механизм, который имеет функцию эффективного втягивания коленчатого вала в картер, тем самым втягивая поршни в отверстия цилиндра на целых 6 мм.Практический эффект от этого заключается в том, что, хотя ход двигателя остается прежним, ход происходит ниже в цилиндрах, что снижает пиковое давление в цилиндре, поскольку теперь между верхней частью поршней и головкой цилиндра имеется больший объем.
Поднятие коленчатого вала уменьшает этот объем, что увеличивает пиковое давление в цилиндре, и хотя в принципе все это звучит хорошо, фактическое положение коленчатого вала в любой момент рабочего диапазона двигателя зависит от многих параметров.К ним относятся, среди прочего, частота вращения двигателя, нагрузка на двигатель, положение дроссельной заслонки, скорость движения дроссельной заслонки и, конечно же, температура охлаждающей жидкости двигателя.
Когда эта система управления работает по назначению, можно точно контролировать пиковое давление в цилиндре, чтобы повысить пиковое давление в цилиндре при низких и средних оборотах двигателя и снизить пиковое давление в цилиндре на высоких оборотах двигателя, чтобы воспользоваться преимуществами повышенной скорости адиабатического нагрева и уменьшить последствия преждевременного или неконтролируемого возгорания топлива одновременно.На практике эта система обеспечивает повышение эффективности двигателя и экономии топлива до 27% без каких-либо потерь веса, и, хотя это хорошо для потребителей, у нас, как технических специалистов, есть серьезные недостатки.
Например, если система каким-то образом выходит из строя, и двигатель начинает пропускать зажигание или терять мощность, где вы начинаете искать неисправность? Без сомнения, будет присутствовать один или несколько кодов неисправностей, характерных для Nissan, но поскольку почти наверняка независимые мастерские не будут иметь доступа к информации об услугах OEM и заводскому программному обеспечению диагностического прибора в ближайшее время, похоже, что мы не сможем для диагностики некоторых неисправностей этих двигателей.Или, если на то пошло, конструкции других производителей, которые достигают того же результата, вращая коленчатый вал в плавающих эксцентричных корпусах коренных подшипников, или с помощью приводов и моторного масла под давлением для вращения поршневых пальцев в эксцентриковых подшипниках на малых концах шатунов. , что оставляет нам это —
Заключение
Кажется, что механизмы для управления степенями сжатия и пиковыми давлениями в цилиндрах могут быть последним рубежом в развитии технологии внутреннего сгорания, но несомненно то, что все эти системы потребуют очень сложных алгоритмов и стратегий мониторинга / управления, чтобы заставить их работать. надежно в реальном мире.
Также несомненно то, что эти стратегии управления будут реализованы на более высоких уровнях интеграции с более сложными микроконтроллерами через более высокоскоростные системы связи, чем мы когда-либо видели раньше. Также кажется вероятным, что эти типы систем будут с нами во все большем количестве, по крайней мере, в ближайшем будущем. Таким образом, пока электромобили не станут нормой, а не исключением в наших отсеках, единственный способ, которым мы когда-либо собираемся диагностировать и исправлять эти системы, — это начать узнавать о них как можно больше, причем как можно скорее.
Преимущества высокого наддува и высокой степени сжатия
Четырехцилиндровые двигатели мощностью в тысячу лошадиных сил — это реальность сегодняшнего дня в импортных дрэг-рейсингах. Эта реальность включает в себя передовые технологии принудительной индукции и управления двигателем, которые делают производство энергии простой частью сборки гоночного автомобиля. Современные двигатели работают при более высоких уровнях давления наддува и более высоких степенях сжатия, чем когда-либо прежде. Понимание того, как степень сжатия и давление наддува влияют на производительность, является ключом к максимальному увеличению производительности вашего уличного или гоночного автомобиля.
Майкл Феррара // Фото сотрудников DSPORT
DSPORT Выпуск № 125Основы 4-тактного двигателя
Не вдаваясь в подробные объяснения динамики двигателя внутреннего сгорания, двигатель вашего автомобиля — это машина, предназначенная для преобразования энергии. Используя четырехтактный цикл, стратегию смешения топлива и воздуха и искру для зажигания, первая задача двигателя внутреннего сгорания — преобразовать химическую энергию, хранящуюся в топливе, в тепловую энергию (тепло) посредством процесса, называемого сгоранием.Вторая задача двигателя — преобразовать эту тепловую энергию в кинетическую энергию в виде лошадиных сил на маховике. Насколько хорошо двигатель может преобразовывать тепло (тепловую энергию) в мощность (кинетическую энергию), количественно определяется термическим КПД двигателя. Тепловой КПД двигателя во многом зависит от статической степени сжатия двигателя. [pullquote] БАЛАНС ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ В ОТНОШЕНИИ СЖАТИЯ ЯВЛЯЕТСЯ ВЫЗОВОМ ПРОИЗВОДИТЕЛЯ ДВИГАТЕЛЯ И ТЮНЕРА В течение многих лет [/ pullquote]
Степень сжатия
Как видно из названия, степень сжатия двигателя показывает, насколько сжато топливовоздушный заряд во время такта сжатия четырехтактного процесса.Степень сжатия 10: 1 означает, что топливно-воздушная смесь сжимается от полного объема цилиндра до объема, который составляет примерно одну десятую размера цилиндра. Итак, как степень сжатия двигателя влияет на производительность? При прочих равных условиях двигатель с более высокой степенью сжатия будет обеспечивать более высокий тепловой КПД. Это означает, что двигатель может превращать больше тепла, выделяемого в процессе сгорания, в лошадиные силы, а не терять тепло. Проще говоря, более высокий тепловой КПД приводит к дополнительной мощности и большей экономии топлива.
Какую дополнительную мощность можно ожидать при более высокой степени сжатия? Эмпирическое правило старой школы состоит в том, что каждая дополнительная точка, на которую повышается степень сжатия, обеспечивает дополнительные 4 процента мощности. Фактически, более точные прогнозы можно найти в прилагаемой диаграмме DSPORT. Эти значения были получены с использованием уравнения термодинамики для определения теплового КПД двигателя с циклом Отто.
Просматривая это уравнение, мы находим увеличение степени сжатия с 8.От 0: 1 до 11,0: 1 мощность должна увеличиться на 9,2%. Точно так же уменьшение степени сжатия с 11: 1 до 7,0: 1 должно привести к снижению мощности на 12,3 процента.
Вы не поверите, но двигатели с высокой степенью сжатия конца 60-х годов со степенью сжатия до 12,5: 1 имели более высокий тепловой КПД, чем многие современные двигатели. Для двигателя того же размера более старый двигатель был бы более экономичным, если бы в нем были современные технологии топлива, головки блока цилиндров и зажигания в сочетании с высокооктановым газом 60-х годов.
Давление наддува
При работе с безнаддувными двигателями высокая степень сжатия является ключом к серьезным уровням мощности. Что касается применений с принудительной индукцией, хорошо известно, что увеличение давления наддува на турбокомпрессоре надлежащего размера увеличит выработку мощности (по крайней мере, до точки, когда мощность турбонагнетателя или топливной системы будет превышена). Конечно, большим недостатком более высоких давлений наддува является то, что вероятность обнаружения детонации, повреждающей двигатель, также увеличивается.
Баланс между наддувом и степенью сжатия уже много лет является проблемой для производителей двигателей и тюнеров. Взяв экземпляр одного из руководств по принудительной индукции, основанный на технологии 60-х годов, вы подчеркнете их решение. Чем выше давление наддува, тем ниже степень сжатия двигателя. Для «серьезных» гоночных установок с принудительной индукцией степень сжатия 7,0: 1 не была редкостью.
К счастью, плохие конструкции коллектора и системы подачи топлива, а также низкоэффективные «нагнетатели» не встречаются на слишком многих современных популярных транспортных средствах.Сегодня средний высокопроизводительный уличный или полосовой четырехцилиндровый гоночный двигатель с турбонаддувом имеет степень сжатия 9,5: 1, а в некоторых случаях даже при работающей степени сжатия достигает 11,5: 1 или более на спирте или E85. Современные технологии позволяют нашему гоночному поколению получить лучшее из обоих миров. Высокое давление наддува с высокой степенью сжатия.
Топливо и детонация
Октан и детонация
Октановое число указывает на вероятность возникновения «детонации» в топливе.«Стук» — слышимый звук, издаваемый при условии, — также называется детонацией. Стук отрицательно сказывается на производительности и надежности, и его следует избегать. Детонация возникает, когда топливно-воздушная смесь в цилиндре не подвергается идеальному сгоранию (процесс сгорания). Идеальное горение позволяет смеси равномерно гореть от свечи зажигания до тех пор, пока не образуется вся воздушно-топливная смесь. В лабораторных условиях идеальное горение будет происходить со скоростью около 100 футов в секунду в вакууме.В условиях турбулентности камеры сгорания двигателя хорошие скорости пламени могут достигать 250 футов в секунду. Во время детонации или детонации вместо ожога будет наблюдаться сильный взрыв со скоростью 2000 футов в секунду. Скорость горения имеет решающее значение для повышения давления в цилиндре. [pullquote] ПИКОВОЕ ДАВЛЕНИЕ В ЦИЛИНДРЕ ТЕНДЕНЦИЯ ПОВЫШАЕТСЯ КАК СТЕПЕНЬ СЖАТИЯ, ОБЪЕМНАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ, ПОВЫШЕНИЕ ЗАЖИГАНИЯ И ПОВЫШЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ [/ pullquote]
При сгорании топливовоздушной смеси повышается давление.В идеале давление в цилиндре увеличивается в оптимальное время, достигая пикового давления где-то между 17-20 градусами после верхней мертвой точки. Это позволяет давлению в цилиндре производить максимальную мощность на кривошипе. Когда происходит детонация, цикл давления в цилиндре не происходит должным образом. Фактически, когда происходит детонация, исходный фронт пламени и волна давления от желаемого фронта искрового зажигания встречаются с нежелательным фронтом самовоспламенения. Когда эти две волны давления встречаются, колебания давления производят «стук».Когда происходит детонация, мощность снижается, в то время как шатунные подшипники, шатуны, прокладки головки и поршни могут получить небольшое повреждение или катастрофический отказ в зависимости от серьезности детонации. Повышенные температуры обычно возникают в результате детонации, и это может привести к проблемам с преждевременным воспламенением, которые вызывают воспламенение топливно-воздушной смеси даже до возгорания искры.
Детонация или детонация — это не то же самое, что преждевременное зажигание. Предварительное зажигание происходит, когда топливовоздушная смесь воспламеняется до возгорания свечи зажигания.Иногда повышенная температура или горячая точка в цилиндре могут вызвать преждевременное воспламенение. Хотя детонация и преждевременное зажигание вызывают нежелательные ожоги топливовоздушной смеси, разница между ними проста. Детонация или детонация происходит после начала горения топливовоздушной смеси, предварительное воспламенение происходит раньше. Оба создают нежелательные волны давления, которые влияют на производительность и могут привести к повреждению двигателя.
Потребность в более высоком октановом числе
Если в вашем двигателе возникает детонация, вам необходимо использовать топливо с более высоким октановым числом или уменьшить угол опережения зажигания.Потребность в топливе с более высоким октановым числом обычно возникает при повышении пикового давления в цилиндрах. Пиковое давление в цилиндре имеет тенденцию к увеличению по мере увеличения степени сжатия, объемного КПД, опережения зажигания и давления наддува.
Общие правила просты. Безнаддувным двигателям потребуется топливо с более высоким октановым числом, поскольку либо увеличивается степень сжатия, либо опережает момент зажигания. Двигатели с принудительной индукцией реагируют так же, но при увеличении давления наддува также потребуется более высокое октановое число.
Возможно, вы слышали следующее: «Не используйте топливо с слишком высоким октановым числом, иначе вы потеряете мощность». Это полуправда. Использование топлива со слишком высоким октановым числом не приведет к потере мощности вашего двигателя. Однако слишком низкая скорость горения топлива может привести к потере мощности вашего двигателя. В общем, популярные компоненты, используемые для повышения октанового числа топлива, также замедляют скорость горения. Конечно, это всего лишь обобщение, и это не относится ко всем видам топлива.
Альтернативные виды топлива: метанол и этанол
Метанол использовался в качестве альтернативного гоночного топлива для гоночного бензина в течение ряда лет.Одним из преимуществ метанола является то, что он может работать очень богато без значительного падения мощности. Это может позволить тюнеру использовать топливо в качестве охлаждающего инструмента при настройке. Однако метанол содержит только половину найденной энергии. в бензине. К счастью, при том же количестве воздуха можно сжечь примерно в два раза больше массы метанола по сравнению с бензином. В зависимости от того, кого вы спросите, на метаноле можно получить от 0 до 10 процентов больше энергии, чем на гоночном бензине.
Прирост мощности требует значительных компромиссов.Во-первых, метанол очень агрессивен. Вся топливная система должна быть совместима с метанолом, и даже в этом случае вы, вероятно, столкнетесь с проблемами коррозии. Лучше всего промыть систему метанолом по завершении гонки. Метанол также требует вдвое большей емкости для подачи топлива и хранения бензина. Ваш топливный элемент или бензобак нужно будет увеличить вдвое, или вы сможете проехать только половину этого расстояния. Форсунки и топливные насосы также должны иметь вдвое большую пропускную способность, чем бензиновая установка.
Этанол или смеси этанола, такие как E85, сейчас как никогда популярны для уличных и гоночных автомобилей. Этанол — это тот же тип алкоголя, который содержится в алкогольных напитках. Чтобы избежать юридических проблем, производители смешивают 98-процентный этанол с двухпроцентным бензином для производства E98 или 85-процентный этанол с 15-процентным бензином для производства E85. Преимущество этанола в том, что он не вызывает коррозии, которую вы обнаруживаете с метанолом. Однако у него более низкое энергосодержание, чем у метанола. Команда Venom Racing стала первыми импортными дрэг-гонщиками, которые начали ездить на 6-х автомобилях на этаноле в качестве топлива.
Угловатые поршни (передние) чаще всего используются в двигателях с более низкой степенью сжатия, в то время как выпуклые поршни (задние) имеют тенденцию появляться в двигателях с более высокой степенью сжатия.
Степень сжатия 17: 1 и давление наддува 45 фунтов на квадратный дюйм
Нет. Не пытайтесь построить гоночный двигатель со степенью сжатия 17: 1 с давлением наддува до 45 фунтов на квадратный дюйм. Как всегда говорил покойный Джин Хамрич из Centerforce Clutches: «На каждое действие будет реакция. И если последствия реакции будут хуже, чем польза от действия, вы проиграете.«Итак, какова реакция на действие повышения степени сжатия при применении принудительной индукции? Сочетание слишком сильного наддува или слишком большого сжатия увеличивает вероятность детонации.
Итак, с какой степенью сжатия вы должны работать при определенном давлении наддува? Это зависит в первую очередь от трех факторов. Качество топлива, эффективность промежуточного охладителя и состояние настройки (насколько хорошо настроены топливная кривая и кривые зажигания) двигателя. Двигатели на метаноле или E98 / E85 допускают более высокую степень сжатия, чем гоночный бензин.Более совершенные системы промежуточного охлаждения также позволят повысить степень сжатия. Некоторые тюнеры могут оптимизировать двигатель, несмотря на то, что у них более узкое окно настройки, чем у приложений с более высоким сжатием / высоким ускорением. В конце концов, разработка двигателя — единственный способ получить ответ на вопрос об идеальной степени сжатия и давлении наддува.
Оглядываясь назад почти на 50 лет назад, Chevrolet безраздельно властвовал, когда его сверхвысокопроизводительный небольшой блок объемом 283 кубических дюйма генерировал беспрецедентные 283 лошадиные силы — одну лошадиную силу на кубический дюйм.Поршни с высокой степенью сжатия, распредвал с твердым подъемником и пара четырехкамерных карбюраторов сделали невозможное возможным. Сегодня высокопроизводительные двигатели с регулируемым распределением фаз от Honda и Toyota вырабатывают почти вдвое больше, чем 2,0 лошадиные силы на кубический дюйм. Двойные верхние распредвалы, четыре клапана на цилиндр, управление фазами газораспределения с компьютерным управлением, усовершенствования в конструкции головки блока цилиндров и электронный впрыск топлива являются залогом достижений в области выходной мощности без наддува.
Технологии постоянно развиваются, и новые правила заменяют старые правила, когда дело касается производительности. Однако соотношение между степенью сжатия, давлением наддува, детонацией и октановым числом топлива останется неизменным. Понимание этой взаимосвязи позволяет тюнерам настроить двигатель так, чтобы максимизировать производительность при заданном качестве топлива.
Наука о степенях сжатия для высокопроизводительных двигателей
Степень сжатия двигателя имеет большое значение. Вы никогда не увидите гоночный двигатель с низкой степенью сжатия, если он не будет произвольно ограничен каким-либо ограничением класса.Более высокая степень сжатия увеличивает мощность гоночных и уличных двигателей. Все помнят анемичные 1970-е с низкой компрессией, и никто не хочет их повторять. Когда производители оригинального оборудования получили больший контроль над топливом и искрой с помощью EFI и электронного управления двигателем, степень сжатия снова выросла, потому что автопроизводители знают, что это дает больше мощности и дает более высокую топливную экономичность. Более высокая степень сжатия — основная причина, по которой дизельные двигатели неизменно обеспечивают лучшую экономию топлива, чем бензиновые.
Этот технический совет взят из полной книги PERFORMANCE AUTOMOTIVE ENGINE MATH. Подробное руководство по этой теме вы можете найти по этой ссылке:
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ ОБ ЭТОЙ КНИГЕ
ПОДЕЛИТЬСЯ ЭТОЙ СТАТЬЕЙ: Пожалуйста, не стесняйтесь поделиться этой статьей на Facebook, на форумах или в любых клубах, в которых вы участвуете. Вы можете скопировать и вставить эту ссылку, чтобы поделиться: https://musclecardiy.com/performance/science -двигатели-коэффициенты сжатия /
Высокопроизводительные приложения должны тщательно учитывать степени сжатия независимо от того, являются ли они безнаддувными или сильно нагнетаются за счет наддува.Нам нужна максимальная мощность и эффективность, которые мы можем получить, но плохая комбинация деталей может чрезмерно повлиять на допуск двигателя к октановому числу топлива с потенциально катастрофическими результатами.
Конфигурация верхней части поршня является одним из многих факторов, влияющих на степень сжатия двигателя и допуск на октановое число топлива.
Очень важно знать или прогнозировать степень сжатия с высокой степенью уверенности, чтобы можно было сделать правильный выбор топлива. Теперь, когда у нас есть низко- и среднеоктановый бензин, высокооктановый этанол E85 и гоночное топливо, как никогда важно, чтобы степень сжатия соответствовала предполагаемому применению и топливу, которое будет сжигаться.В случае новых сборок двигателя, подходящее сочетание компонентов может быть адаптировано для достижения целевой степени сжатия, которая является либо октановой, либо, в некоторых случаях, санкционированной органом.
Двигатели с ограничением по октановому числувсегда подвержены риску смертельного повреждения. Вот почему в 80-х годах в двигателях появились датчики детонации, которые сигнализировали бортовому компьютеру о замедлении подачи искры при обнаружении начала детонации. Сегодня у нас есть роскошь средств управления двигателем, которые позволяют нам работать с более высокими степенями сжатия, но мы все равно должны рассчитывать их в соответствии с конкретными требованиями.
Степень сжатия — эффективное средство ограничения мощности в некоторых гоночных сериях. Он также используется для снижения стоимости многих гоночных площадок. Обычно это влияет на выбор поршня и головки блока цилиндров, где конкретная головка блока цилиндров также может быть указана уполномоченным органом. Когда размер головки цилиндра и камеры диктуется, конфигурация поршня, высота деки и толщина прокладки должны быть изменены, чтобы соответствовать требованиям степени сжатия. Короткие треки часто применяют правило 9: 1, в то время как двигатели NASCAR ограничены до 12: 1.Неограниченные драг-рейсинг и двигатели Bonneville часто превышают 14: 1, в то время как дрэг-рейсеры стандартного класса ограничены исходной заводской степенью сжатия их конкретного автомобиля.
Пределы степени сжатиямогут быть полезны в определенной степени, поскольку они обычно диктуют наличие поршней с плоским верхом, которые способствуют эффективному сгоранию при сохранении желаемого гашения, чтобы способствовать турбулентности заряда и поддерживать качество смеси. Часто указываются заэвтектические поршни, хотя в некоторых сериях допускается поковка.Без более высоких степеней сжатия, конечно, меньше отдачи, но, учитывая конкретные параметры, опытные производители двигателей настраивают участвующие компоненты, чтобы наилучшим образом соответствовать любой фиксированной степени сжатия, особенно с прицелом на увеличение эффективной степени сжатия за счет соответствующей синхронизации распределительного вала и эффективной настройки впускных клапанов. .
Факторы, влияющие на степень сжатия
Быстро назовите десять или более вещей, которые влияют или зависят от степени сжатия.Если не можете, примите во внимание следующее:
- Октановое число топлива
- Качество топливной смеси (размер капли)
- Объем цилиндра
- Объем камеры сгорания
- Высота деки
- Толщина сжатой прокладки
- Форма прокладки
- Зазор между поршнем и головкой
- Зона закалки
- Купол или объем купола
- Объем посуды
- Опережение зажигания
- Клапан разгрузки объема
- Объем щели
- Фаска отверстия
Формула для расчета степени сжатия довольно проста.Мы поработаем с некоторыми примерами через минуту, но сначала давайте исследуем влияние элементов в нашем списке, особенно тех, которые находятся под нашим контролем во время процесса сборки двигателя. Конечно, толерантность к октановому числу топлива является первоочередной задачей, поэтому нам нужно знать, какое топливо мы будем использовать. Качество смеси этого топлива в значительной степени определяется температурой воздуха, топливной смесью и компонентами всасывания, которые дозируют топливо, поступающее в двигатель. К ним относятся карбюратор или топливные форсунки, впускной коллектор, головки цилиндров и клапаны.Даже синхронизация фаз газораспределения может влиять на динамическое сжатие или давление в цилиндре. Это все, что мы можем контролировать, как и элементы в нашем списке, все они находятся прямо внутри цилиндра, оказывая свое влияние на степень сжатия. Рассмотрим основную формулу.
Степень сжатия (CR) = (V1 + V2) ÷ V2
Где:
V1 = объем цилиндра
V2 = объем камеры сгорания
Калькулятор коэффициента сжатия Performance Trends — это надежный инструмент, который объединяет все измеренные и рассчитанные компоненты формулы степени сжатия для обеспечения точных расчетов степени сжатия.
Циферблатный индикатор с мостовой стойкой используется для измерения высоты настила. Поместите циферблатный индикатор на поверхность деки и обнулите циферблат. Затем поверните поршень до ВМТ и измерьте разницу до верха поршня. Измерьте по оси поршневого пальца, чтобы получить среднюю высоту деки.
Большинство прокладок головки имеют многослойную конструкцию, и все лучшие из них обеспечивают заявленную толщину и объем в сжатом состоянии. Если объем вашей прокладки неизвестен, вы все равно можете измерить его, как указано в сопроводительном тексте.
На практике V2 фактически называют объемом зазора или объемом сжатия, потому что он включает в себя все элементы из нашего списка и фактически представляет собой общее пространство сгорания над поршнем. Это пространство, в которое во время сжатия оказывается сжатый объем цилиндра. Я назову это объемом сжатия для нашего обсуждения. Таким образом, формула фактически устанавливает соотношение между общим объемом цилиндра с поршнем в нижней части его хода к объему цилиндра с поршнем в верхней части его хода.Каждый пункт в нашем списке в той или иной степени изменяет значение V2, и это оказывает глубокое влияние на фактическую рабочую степень сжатия.
Высота платформы
Существует два типа высоты колоды: положительная и отрицательная. На большинстве двигателей поршень останавливается немного ниже поверхности деки блока, когда он находится в ВМТ, иногда 0,020 дюйма или более. Это называется положительной высотой деки, потому что блочная дека все еще находится выше верхней части поршня. Каким бы малым оно ни было, это расстояние дает дополнительный объем пространству сгорания V2 над поршнем.Этот объем необходимо рассчитать и добавить к V2. В некоторых случаях поршень немного выступает из отверстия. Это называется отрицательной высотой деки, и ее объем необходимо вычесть из V2, потому что он вычитает объем из пространства сгорания.
Толщина сжатой прокладки
Объем прокладки головки также увеличивает объем сжатия. Это определяется толщиной сжатой прокладки, диаметром отверстия прокладки и формой прокладки. Многие прокладки головки блока цилиндров немного больше диаметра отверстия цилиндра и часто имеют неправильную форму.Высота деки и толщина прокладки также влияют на зазор между поршнем и головкой, который необходимо учитывать, особенно при высоких оборотах. Стальные шатуны на самом деле не растягиваются, поэтому вы можете поднести этот поршень вплотную к головке блока цилиндров (без каких-либо последствий для улучшения закалки). Закалка — это место, где плоская верхняя часть поршня поднимается очень близко к головке, что имеет тенденцию заставлять или разбрызгивать заряд в сторону свечи зажигания с высокой турбулентностью камеры для улучшения горения.
Алюминиевые шатуны обладают некоторой степенью эластичности, поэтому для них требуется увеличенный зазор между поршнем и головкой, чтобы избежать физического контакта и последующего повреждения при высоких оборотах двигателя.
Куполообразные поршни увеличивают степень сжатия за счет смещения объема в пространстве сгорания над декой поршня, но мелкие камеры сгорания являются современной тенденцией для повышения степени сжатия. За счет устранения или уменьшения купола эффективность сгорания повышается, поскольку купол не блокирует ядро пламени, которое возникает у свечи зажигания.
Плоские верхние части являются наиболее распространенной конфигурацией поршней. В некоторой степени они упрощают расчет степени сжатия, но вам все равно придется иметь дело с предохранительными клапанами.Они способствуют превосходному сгоранию с хорошими характеристиками закалки и турбулентности.
Формованные поршни предназначены для уменьшения степени сжатия за счет увеличения объема сжатия над поршнем. Многие из них не имеют предохранительных клапанов, потому что тарелка уже достаточно глубокая. Вы можете использовать опубликованный объем тарелки для расчетов степени сжатия или куб поршня, чтобы проверить его.
Эти требования могут повлиять на ваш выбор толщины прокладки и, следовательно, степени сжатия.Часто вам приходится жонглировать комбинацией, чтобы получить желаемое. Предварительный расчет поможет вам сделать правильный выбор.
Объем купола и тарелка
Объем Если поршень имеет приподнятый купол для увеличения сжатия, объем купола должен учитываться при расчете степени сжатия. Объем купола необходимо вычесть из V2, так как это уменьшает объем сжатия. Объем блюда добавлен к V2, так как он добавляет объем. И пока вы рассчитываете объемы купола и тарелки, вы также должны учитывать объем любых сбросов клапана в верхней части поршня.
И если вы действительно хотите выбрать гниды, вы можете включить объем щели над верхним поршневым кольцом и объем фаски в верхней части отверстия цилиндра. Хотя они бесконечно малы, они все же вносят вклад в общий объем V2 в уравнении. Объем щели — это крошечное пространство между поршнем и стенкой цилиндра над верхним кольцом. Обычно это всего лишь несколько тысячных долей дюйма, но оно все равно умножается на длину окружности отверстия и имеет объемное значение. И если отверстие цилиндра также имеет большую фаску для облегчения установки поршня, это также увеличивает объем пространства сгорания.Сумасшедший, да?
Это сравнение куполообразного поршня и выпуклого поршня показывает, как купол выступает в камеру сгорания для увеличения сжатия за счет уменьшения объема камеры, в то время как выпуклый поршень увеличивает объем пространства сгорания для уменьшения степени сжатия.
Определите объем камеры сгорания, заполнив камеру водой или спиртом с помощью градуированной бюретки, калиброванной в кубических сантиметрах (см). Затяните свечу зажигания в камере с обоими установленными клапанами.Затем используйте легкую смазку для уплотнения поверхности деки. Поместите пластиковую пластину CC над камерой и поместите головку так, чтобы отверстие для заполнения находилось в самой высокой точке. Заполните камеру и снимите показания бюретки. Разделите на 16,4, чтобы преобразовать в кубические дюймы.
Некоторые из этих томов в большинстве случаев несущественны, но вы должны знать о них, чтобы решить, включать ли их в свои расчеты. Если вы создаете высокопроизводительный движок, вам придется постоянно измерять и изменять многие из этих объемов во время предварительной сборки макетов.Правильный зазор между быстро движущимися частями очень важен и неумолим, поэтому вы должны сначала установить их. Понимание их влияния на степень сжатия поможет вам соответствующим образом рассмотреть свои изменения и выбор деталей.
В поисках V2
Степень сжатия — вещь непростая, особенно если разбить ее на все факторы, влияющие на нее. Тем не менее, это управляемо, и на это можно взглянуть по-разному. Хотя это в первую очередь учебник по математике двигателя, все же важно понимать все факторы и то, как они влияют на работу двигателя.Степень сжатия — это просто мера того, насколько сильно входящий заряд сжимается до того, как свеча зажигания его воспламенит. Он создается за счет объединенного объема цилиндра и объема сжатия, когда поршень достигает ВМТ. В действительности он регулируется рабочим объемом цилиндра и любой комбинацией различных объемов пространства сгорания, составляющих объем сжатия V2. Поскольку именно здесь находятся все переменные, именно здесь вы должны сконцентрировать свои усилия для достижения желаемой степени сжатия.
Чтобы увидеть, насколько сильно влияют эти факторы, давайте сравним базовую формулу с той же формулой, в которой учтены все факторы. Как обсуждалось ранее, различные способствующие факторы являются либо суммирующими, либо вычитающими из общего объема сжатия. Камера сгорания — это первостепенная ценность. Все остальные объемы либо добавляются к нему, либо вычитаются из него до работы с основным уравнением.
CR = V1 + V2 ÷ V2
Это сравнение куполообразного поршня и выпуклого поршня показывает, как купол выступает в камеру сгорания для увеличения сжатия за счет уменьшения объема камеры, в то время как выпуклый поршень увеличивает объем камеры сгорания для уменьшения степени сжатия.Определите объем камеры сгорания, заполнив камеру водой или спиртом из градуированной бюретки, откалиброванной в кубических сантиметрах (кубических сантиметрах). Затяните свечу зажигания в камере с обоими установленными клапанами. Затем используйте легкую смазку для уплотнения поверхности деки. Поместите пластиковую пластину CC над камерой и поместите головку так, чтобы отверстие для заполнения находилось в самой высокой точке. Заполните камеру и снимите показания бюретки. Разделите на 16,4, чтобы преобразовать в кубические дюймы.
Обратите внимание, что V1 является постоянным, но V2 может в значительной степени изменяться, когда вы начинаете складывать и вычитать различные значения, которые влияют на него.В простой формуле V2 называется объемом камеры, но мы знаем, что на самом деле это объем сжатия, потому что он включает в себя другие факторы. Если сложить все остальные факторы, получится очень длинное уравнение. Вы можете разбить его, вычислив абсолютное значение V2, прежде чем вводить его в уравнение. Это требует точных измерений, хотя на практике опубликованные значения объема прокладки, объема купола и тарелки, а также объемов сброса клапана часто заменяются. Объем щели и объем фаски обычно игнорируются, потому что они очень малы.Следующий список называется стеком V2.
Чтобы найти абсолютное значение V2, начните с измеренного объема камеры с кубическими сантиметрами, преобразованными в кубические дюймы, затем:
добавить объем деки (или вычесть, если дека отрицательный)
добавить объем сжатой прокладки
добавить объем тарелки (или вычесть, если купол)
вычесть объем купола (или добавить, если тарелка)
добавить объем сброса клапана
добавить объем щели (при желании)
добавить объем фаски (при желании)
Это просто, но несколько утомительно для измерения и расчета, поэтому многие производители двигателей предпочитают измерять все сразу, сравнивая цилиндр с поршнем в нем.Я объясню, как это сделать чуть позже, но сначала давайте обсудим, как определить все отдельные тома, составляющие V2.
Объем деки
Рассчитайте объем деки, как если бы это был очень короткий цилиндр. Положительное или отрицательное измерение настила представляет собой размер высоты в формуле, в которой используется константа смещения 0,7854.
Пример: для положительной высоты деки 0,020 дюйма на 4-дюймовом отверстии
42 х 0.020 x 0,7854 = 0,251328 ci
Он будет добавлен в стек V2, поскольку увеличивает объем сжатия. Если бы размер деки был отрицательным (поршень над декой), результат вычли бы из стопки V2, потому что это уменьшает объем сжатия. Интересным фактом является то, что все малоблочные Chevys имеют двигатели с положительной декой, но все новые двигатели Gen III имеют отрицательную деку.
Объем камеры
Объем камеры сгорания измеряется непосредственно путем измерения камеры градуированной бюреткой.Обратите внимание, что размер камеры в кубических сантиметрах необходимо преобразовать в кубические дюймы. Разделите на 16,4, чтобы произвести преобразование. Это будет ваш базовый объем для расчета степени сжатия. Все остальные соответствующие объемы либо добавляются, либо вычитаются из объема камеры для определения объема сжатия.
Чтобы смазать цилиндр, нанесите на стенку цилиндра легкую смазку или масло, чтобы закрыть правый зазор. Вращайте двигатель, пока верхняя часть поршня не войдет в отверстие достаточно глубоко, чтобы очистить купол.Измерьте глубину с помощью шкального индикатора и вычислите пустой объем, используя формулу объема цилиндра. Затем скопируйте цилиндр, чтобы узнать, какой объем смещается куполом. Вычтите это значение из объема сжатия.
Объем прокладки
В большинстве случаев объем прокладки публикуется производителем прокладки, и можно безопасно добавить (+) к стеку V2. Когда опубликованное число недоступно, строители часто ошибаются, вычисляя объем на основе идеального круга (точно так же, как объем высоты колоды).Проблема в том, что диаметр отверстия прокладки часто больше диаметра отверстия цилиндра и часто имеет неправильную форму. Если он идеально круглый, вы можете рассчитать его по формуле объема цилиндра с соответствующим диаметром и толщиной в сжатом состоянии.
Если форма неправильная, вы можете подделать ее или использовать метод ленты и ленты, чтобы найти истинную длину окружности отверстия под прокладку, а затем рассматривать ее как идеальный круг для расчета. Приклейте прокладку скотчем к плоской поверхности и с помощью небольших кусочков ленты закрепите тонкую ленту по периметру отверстия под прокладку.Достигнув начальной точки, осторожно обрежьте веревку и измерьте ее длину.
Это пример прокладки головки неправильной формы с диаметром, превышающим диаметр отверстия. Обычно такая бровь находится рядом с обоими клапанами. Это должно быть включено в ваш расчет степени сжатия. Вы можете натянуть периметр нерегулярной прокладки и использовать длину струны для вычисления объема прокладки на основе измеренной толщины (см. Текст).
Используя формулу для длины окружности, вы можете найти соответствующий диаметр, который будет использоваться при расчете объема прокладки.Предположим, у вас 4-дюймовое отверстие цилиндра, а отверстие для прокладки заметно больше с неправильной D-образной формой вокруг клапанов (что типично для многих прокладок головки). Вы аккуратно натягиваете периметр и получаете длину 131⁄16 дюйма. Преобразуйте в десятичные числа, и у вас будет 13,0625 дюймов. Теперь подставьте это измерение в формулу.
Окружность = 2 π r или C = π d
Где:
r = радиус
d = диаметр
d = C ÷ π
13,0625 ÷ 3,14 = 4,16 дюйма
Это ваш истинный диаметр отверстия прокладки, и теперь его можно вставить в формулу объема прокладки:
Истинный объем прокладки = 4.162 x толщина прокладки x 0,7854
Объем тарелки
томов тарелки обычно публикуются, так что вы обычно можете подключить их прямо к стеку V2. Но предположим, что ваш блок уже пару раз был декорирован, и он немного короче, чем обычно, поэтому поршень имеет отрицательную колоду на некоторую величину, которая больше, чем то, что вам удобно для зазора между поршнем и головкой.
Большинство поршней допускают некоторую стружку деки поршня (до 0.100 дюймов или даже больше во многих случаях), поэтому вы решаете обрезать их, чтобы достичь нулевой деки (поршень заподлицо с поверхностью блочной деки). Это легко сделать с помощью поршней с плоской вершиной и выпуклой формы; С куполообразными поршнями дело обстоит немного сложнее (редко).
Если ваш поршень выпуклый, и вы уменьшили его на некоторую величину, вы можете скопировать тарелку и добавить новый объем в свой стек V2. Или вы можете использовать формулу объема цилиндра для вычисления разницы, если у вас есть точные измерения глубины и диаметра.На практике это никогда не бывает легко, потому что блюдо не всегда идеально круглое и часто имеет D-образную форму и изогнутую снизу.
Объем купола Объемы купола также публикуются производителями поршней. Они довольно точны, поэтому вы можете безопасно вычесть этот объем из своего стека V2, если вы не изменили купол, подогнав его по форме камеры, вырезав более глубокие клапанные сбросы или вырезав отверстие для пламени для свечи зажигания. Иногда во время сборки макета вы обнаруживаете небольшое пятно, где купол поршня соприкасается с крышей камеры во время вращения.Эти пятна обычно вырезаются для достижения минимального зазора, что изменяет объем купола, что затем требует его измерения. Морозо продает простой инструмент для измерения объемов купола, и он пригодится в этой ситуации. Помните, что объем купола вычитается из окончательного стека V2.
Предохранительные клапаны
Предохранительные клапаны достаточно легко смонтировать на поршне с плоским верхом, и большинство производителей уже публикуют объемы для всех своих поршней.Здесь, опять же, вам нужно только измерить, если вы значительно снизили срез предохранителей, чтобы получить адекватный зазор между поршнем и клапаном. Независимо от объема, это добавочное значение для вашего стека V2.
Объем щелей
Объемы щелей минимальны и не часто учитываются при расчетах степени сжатия, но некоторые строители находят причины для этого. Некоторые просто помешаны на деталях. Давно известно, что объемы щелей влияют на выбросы, поскольку они служат укрытием для небольших количеств топливной смеси, которые не участвуют в процессе сгорания.Это в основном важно для химиков и инженеров по горению, но если вы хотите включить это, вот как.
CV = (d1 — d2) x c x r
Где:
d1 = диаметр отверстия
d2 = диаметр поршня на поверхности верхнего кольца
c = окружность отверстия
r = глубина верхнего кольца от деки поршня
Итак, с отверстием 4,00 дюйма, зазором поршня до стенки 0,010 дюйма над верхним кольцом и кольцом 0,125 дюйма вниз по отверстию мы вычисляем:
CV = (4,00 — 3,990) x 12,56 x 0,125 = 0,0157 ci
12.56 — это длина окружности отверстия, полученная умножением диаметра отверстия на пи. Если вы хотите быть точным, добавьте результат вашего окончательного расчета в стек V2.
Объем фаски
Большинство механиков делают фаску в верхней части отверстия, чтобы помочь направить кольца в отверстие во время сборки. Иногда это довольно много, поэтому вы можете включить его в свои расчеты. Фаски обычно составляют от 40 до 60 градусов, и даже при таких небольших размерах вы можете рассматривать их как квадраты или прямоугольники, если смотреть на них с торца.Используйте ту же формулу, что и для объема щели, но начните с большего внешнего размера, где начинается фаска (см. Рис. 1, стр. 35)
Если он примерно на 0,060 больше диаметра цилиндра:
CV = [(4,060 — 4,000) x 12,748 x 0,060] ÷ 2 = 0,022 ci
Обратите внимание, что размер «c» изменился, потому что теперь у нас есть внешний диаметр 4,06 дюйма (4,06 x 3,14 = 12,748). Глубина составляет всего 0,060 дюйма, и мы должны разделить результат на 2, чтобы завершить формулу для площади треугольника и, следовательно, объема при добавлении длины.
Суммарный объем щели и фаски — это пространство между стенкой цилиндра и поршнем над верхним поршневым кольцом. Здесь это показано темной заштрихованной областью над кольцом.
Большая фаска в верхней части отверстия также в некоторой степени способствует увеличению объема сжатия, но этого недостаточно, чтобы беспокоить большинство строителей. Если объем сжатия определяется путем смещения цилиндра, в измерение включаются объем щели и объем фаски.
Результат — больше, чем объем щели, но все еще ничего существенного, поэтому большинство производителей двигателей исключают объем щели и объем фаски из своих расчетов. Если вы их используете, помните, что они являются аддитивными и поэтому добавляются в ваш стек V2. Объем щели и объем камеры частично занимают одно и то же пространство, но их удобнее рассчитывать по отдельности.
Теперь давайте рассмотрим наш стек V2 с вычисленными значениями, основанными на следующих измерениях:
V1
Диаметр цилиндра / ход поршня, 4.00 x 3,00 дюйма ……………… 37,699 куб. Дюйм
V2 Объем камеры, 64 куб. См ………………………… 3,902 куб. Дюйм
Высота деки, 0,020 плюс …………………… 0,251 куб. Дюйм
V2 + Толщина прокладки, 0,015 (опубликовано) ……… .0,194 ci
V2 + Плоский верх (или тарелка / купол) …………………………… 0,000 (плоский) ±
Разгрузка клапана, 4 см3 (опубликовано) …… …………… .0,243 ci
V2 + Объем щели, рассчитанный …………………… 0,015 ci
V2 + Объем фаски, рассчитанный ………………… .0,022 ci
V2 + Итого 4,627 ci = V2
V1 + V2 ÷ V2 = CR
(37,699 + 4,627) ÷ 4,627 = 9.14 CR
Достаточно, но, возможно, немного мало для уличных выступлений. Если вы обнуляете блок и убираете высоту деки из V2, вы можете поднять степень сжатия до 9,61: 1, что почти идеально для уличного двигателя. Это небольшое изменение показывает, насколько сильно все небольшие объемы, составляющие V2, влияют на окончательную степень сжатия.
Коэффициент вытеснения
Концепция степени вытеснения не часто используется, но ее следует понимать, потому что она иногда может помочь нам оценить объем измельчения камеры сгорания, который позволит достичь желаемой степени сжатия.Как мы видели, степень сжатия — это объединенный объем рабочего объема цилиндра и объема сжатия, деленный на объем сжатия (см. Врезку, стр. 37). Коэффициент вытеснения — это просто рабочий объем цилиндра, деленный на объем сжатия:
Степень сжатия = V1 + V2 ÷ V2
Коэффициент рабочего объема = V1 ÷ V2
Обратите внимание, что степень сжатия всегда на 1 больше степени вытеснения. Изменяя формулу степени сжатия, мы можем рассчитать новый объем сжатия V2, который даст желаемую степень сжатия.
Новый V2 = V1 ÷ коэффициент смещения
Теперь мы можем вывести формулу для фрезерования головки блока цилиндров:
Mill Cut = [(новый коэффициент смещения — старый коэффициент смещения) ÷ (новый коэффициент смещения x старый коэффициент смещения)] x ход
Напомним, что ранее мы рассчитали степень сжатия 9,14: 1 для диаметра отверстия 4,00 дюйма и хода поршня 3 дюйма. Поскольку степень вытеснения всегда на 1 меньше степени сжатия, мы используем 8,14 для степени вытеснения в нашей формуле. Мы уже видели, что устранение 0.Высота деки 020 дюймов увеличила сжатие до 9,61: 1. Теперь посмотрим, что дает уменьшение объема сгорания. Поскольку мы хотим поднять степень сжатия до 9,61: 1, наш коэффициент смещения равен 8,61.
Фрезерование = [(8,61 — 8,14) ÷ (8,61 x 8,14)] x 3 = 0,0201 дюйма
Это почти то же самое, что и высота колоды, которую мы исключили в наших предыдущих расчетах, но правильно ли это? Не совсем. При удалении размера высоты деки мы учли весь диаметр отверстия цилиндра.Но D-образная камера сгорания на нашем малоблочном Chevy составляет лишь половину диаметра канала ствола. Мы должны сделать более глубокий разрез, чтобы получить тот же результат. В этом случае около 0,040 дюйма дает нам желаемый результат. Мы должны вдвое сократить разрез, потому что мы имеем дело только с половиной площади. Это относительно простые процедуры, но вы должны тщательно обдумать их, чтобы избежать дорогостоящих ошибок.
Сжатие проворачивания
Компрессию при проворачивании коленчатого вала часто путают со степенью сжатия.В то время как степень сжатия — это соотношение объемов внутри цилиндра, сжатие при запуске — это фактически измеренное давление в цилиндре, измеренное в отверстии для свечи зажигания, когда двигатель запускается с коленчатым валом с открытыми дроссельными заслонками. Во время этой операции провод катушки снимается, чтобы предотвратить срабатывание других цилиндров. Сжатие при запуске — это пиковое давление, достигаемое в цилиндре во время запуска. Более высокие степени сжатия могут повлиять на сжатие коленчатого вала, но они не связаны.
Сжатие при проворачивании коленчатого вала используется как индикатор состояния двигателя, а также отношения точек открытия и закрытия впускных и выпускных клапанов.В зависимости от состояния поршневых колец и клапанов исправный двигатель обычно имеет сжатие при запуске от 150 до 180 фунтов на квадратный дюйм. Двигатель с хорошими характеристиками может легко иметь сжатие при запуске более 200 фунтов на квадратный дюйм. Некоторые из них немного выше, а некоторые намного ниже. Важно, чтобы показания всех цилиндров во время теста на сжатие были одинаковыми. Низкое значение любого цилиндра обычно указывает на негерметичность клапанов или поршневых колец. Большие распредвалы с большим перекрытием клапанов также могут повлиять на сжатие коленчатого вала, но не слишком сильно.Если все цилиндры совпадают в пределах 5 или 10 фунтов на квадратный дюйм, у вас, вероятно, есть исправный двигатель.