Компрессия и степень сжатия двигателя автомобиля

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

Что такое степень сжатия

Это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. На бензиновом моторе, в зависимости от конкретной задачи, степень сжатия может серьезно варьироваться, достигая величин в 8 до 12. На дизельных двигателях из-за их конструктивных особенностей она намного больше и оставляет от 14 до 18 единиц.

Для бензиновых двигателей авто, чем выше степень сжатия — тем выше удельная мощность. Но если её сильно увеличить, то может снизится ресурс и возрастает риск проблем с мотором при заправке некачественным топливом.

Что такое компрессия двигателя

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

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

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

Двигатели с изменяемой степенью сжатия

Японские производители авто улучшили эффективность традиционного двигателя за счет поднятия степени сжатия до 14:1, что ранее было просто невозможно. Они заявляют, что с данной степенью сжатия могут работать, как бензиновый, так и дизельный двигатели, причем на обычном 95-ом бензине. Как это возможно?

Один из недостатков бензиновых моторов с искровым зажиганием — относительно невысокая степень сжатия. Если ее поднять с нынешних 10:1 до 12,5:1, то эффективность использования теплоты сгоревшего топлива возрастет процентов на шесть. Но чем сильнее сжимаем поршнем воздух с парами бензина, тем выше риск взрывного неконтролируемого самовоспламенения смеси — это детонация, страшный враг двигателя автомобиля: ударные нагрузки, перегрев, разрушение поршней и колец.

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

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

Этот прием давно известен по гоночным моторам — «настроенные» выпускные каналы по схеме 4-2-1, в которых порции выхлопных газов из всех четырех цилиндров не «толкаются» друг с другом, а строго поочередно вылетают в атмосферу. При чем здесь температура цикла? «Настроенный» выпуск за счет газодинамического наддува улучшает продувку цилиндров — в них остается меньше горячих отработавших газов, которые неизбежно подмешиваются к свежему воздуху на такте впуска и поднимают температуру в конце такта сжатия.

Как уверяют, если долю выхлопа снизить с обычных 8% до 4%, то степень сжатия можно безболезненно поднять на три единицы. А за счет охлаждения воздуха при распыле бензина прямо в цилиндр — сжатие можно увеличить еще на единичку.

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

• Как уменьшить степени сжатия двигателя

Длинноходность способствует увеличению крутящего момента на низких оборотах, вдобавок тягу «на низах» улучшают непосредственный впрыск и увеличение степени сжатия — и возникает эффект, который именуют downspeeding. Мол, мотор автомобиля настолько хорошо тянет «внизу», что среднестатистические обороты при езде снижаются на 15% — это дает эффект по части снижения расхода бензина и выбросов СО₂ по сравнению с турбомотором с уменьшенным до 1,4 л рабочим объемом.

Что такое компрессия и какая она должна быть

Для тех кому интересно строение автомобиля, и тех кто не хочет выглядеть глупо в глазах своих друзей автомобилистов, мы рассмотрим часто встречающийся, не всем понятный термин, компрессия двигателя и ответим на вопрос, — «Что такое компрессия и какая она должна быть?».

Прежде чем полностью ответить на поставленный вопрос, давайте разберемся, что такое степень сжатия двигателя и с чем ее едят.

Степенью сжатия двигателя называют отношению полного объема цилиндра двигателя к объему камеры сгорания.

Какая должна быть компрессия исправного двигателя?

На бензиновых двигателях степень сжатия имеет широкий диапазон и может достигать от 8 до 12 единиц. Что касается дизельных двигателей, то у них степень сжатия намного выше и может достигать от 14 до 18 единиц, что объясняется конструктивными особенностями дизельных двигателей. Вы все поймете, если подробно изучите рабочий цикл дизельного двигателя. 

Степень сжатия бензиновых двигателей на прямую влияет на мощность двигателя. Так почему же ее не увеличить, спросите вы? Да потому, что при увеличении степени сжатия бензинового двигателя резко снижается ресурс двигателя, могут возникнуть проблемы с работой двигателя, особенно при заправке некачественным бензином. А сегодня, не редкость встретить некачественный бензин на заправках. Наверное уже каждый водитель слышал, как обманывают на АЗС.

Подробнее о том что такое степень сжатия, на что влияет степень сжатия и как можно увеличить или уменьшить степень сжатия.

Подробнее о компрессии двигателя

Компрессией двигателя называют максимальное давление воздуха в камере сгорания в конце такта сжатия, соответственно компрессия это давление в цилиндре двигателя и имеет зависимость от степени сжатия. Если объем меньше, величина давления больше, если степень сжатия больше, то и компрессия больше. Показатель компрессии двигателя может говорить о состоянии двигателя в целом. Вот почему при выборе и покупке автомобиля покупатели проверяют его на сто, где специалисты проводят качественную диагностику двигателя, в которую входит процедура замера компрессии. Стоимость замера компрессии на сто как правило не большая. Да и при наличии прибора для замера компрессии, сделать правильный замер компрессии своими руками не составит никакого труда.

Причины низкой компрессии двигателя

Если после замера компрессии вы обнаружили низкие показатели, следует искать основные причины низкой компрессии: износ поршневых колец, неисправность клапанного механизма.

Как определить почему упала компрессия в двигателе?

В цилиндры с низкой компрессией шприцом введите около 20 грамм моторного масла и опять проведите замер компрессии. Если компрессия подросла, значит проблема низкой компрессии именно в поршневых кольцах. А если показания компрессии не изменились значит проблемы в клапанном механизме. Не редко бывают случаи, когда при низкой компрессии требуется проводить капитальный ремонт двигателя.

Двигатель с переменной степенью сжатия не может быть Святым Граалем

BRYAN CHRISTIE DESIGN

По мере того, как мы приближаемся к концу пути для двигателей внутреннего сгорания, производители тратят большие деньги, чтобы получить небольшую выгоду в экономии топлива. Последнее чудо — двигатель Nissan VC-T, первый серийный двигатель с возможностью физического изменения степени сжатия.

Эта статья впервые появилась в июльском выпуске журнала Road & Track за 2019 год.

Это было святым граалем на протяжении столетия, и Nissan признает, что потребовалось 20 лет исследований и разработок, чтобы запустить его в производство. Это, безусловно, стоит миллиарды долларов, которые в конечном итоге будут переданы клиентам, но окупаемость обещает быть двигателем, оптимизированным как для экономии топлива, так и для выходной мощности.

Двигатели работают наиболее эффективно при высокой степени сжатия. К сожалению, высокая степень сжатия генерирует дополнительное тепло, которое, в свою очередь, способствует детонации, вызывающей повреждение двигателя, когда топливно-воздушная смесь самопроизвольно взрывается до того, как сработает свеча зажигания. Двигатели с турбонаддувом, работающие на высоких уровнях наддува, особенно подвержены детонации, поэтому инженерам уже давно приходится выбирать между высокой степенью сжатия при умеренном наддуве и низкой степенью сжатия при большом наддуве. Двигатель Nissan VC-T устраняет этот компромисс, работая при высокой степени сжатия (до 14,0:1) при малой нагрузке и до 8,0:1 при полном наддуве.

Infiniti

В своем первом применении, Infiniti QX50, технология работает безупречно, за исключением того, что звучит угрожающе похоже на стук шатунного подшипника на очень низких оборотах и ​​нагрузке. 2,0-литровый четырехцилиндровый двигатель VC-T с турбонаддувом QX50 выдает совершенно обычные 268 л. с. и 280 фунт-фут крутящего момента, поэтому очевидно, что многолетняя борьба Nissan должна была окупиться в экономии топлива.

Или нет. Сравните рейтинги EPA QX50 с рейтингами BMW X3 аналогичного размера — гораздо менее экономичный заднеприводный дизайн с восьмиступенчатой ​​​​автоматической коробкой передач вместо переднего привода и вариатора Infiniti — и японского конкурента. выигрывает всего на 1 милю на галлон. По оценке EPA, вы сэкономите всего 50 долларов на топливе в год, выбрав Infiniti, а не BMW. Ой. Одно дело, если бы QX50 обыграл BMW в разгоне, но он не может за ним угнаться. Двойной ой.

QX50 сам по себе прекрасен в той мере, в какой кроссовер может быть прекрасен. У него настоящее заднее сиденье, в отличие от его предшественника. Задняя часть этой штуки размером с 911 была подходящей, потому что она ехала как Porsche, с блестящей динамикой заднего привода и кричащим шестицилиндровым двигателем на 7800 оборотов в минуту под капотом. Может быть, поэтому последний, на котором я ездил, в среднем расходовал 13 миль на галлон.

Infiniti

Но когда тестовый автомобиль QX50 недавно подкатил ко мне на подъездную дорожку, я первым делом обратил внимание не на его внешний вид и не на заднее сиденье. Это было качество сборки. Щель между дверью переднего пассажира и крылом была настолько велика, что я мог ясно видеть через нее петлю. Кое-где кузовные панели выглядели так, как будто они были предназначены для разных автомобилей — люк идеально подходил к основанию своего окна, но не к низу. Детали отделки, прерванные линиями пореза тела, не совпадали ни в одном из трех измерений. Некоторые из них также не соответствовали цвету. Очевидно, что на новом заводе Infiniti в Мексике, где собирается QX50, дела идут не очень хорошо. Вместо того, чтобы тратить столько денег на дорогостоящую разработку двигателя VC-T, Nissan было бы лучше, если бы они вложили средства в надлежащее проектирование, оснастку и сборку кузова и салона. Или, может быть, всего 20 долларов за машину, чтобы обновить грубый дешевый пластик на центральной консоли.

В этом году двигатель VC-T устанавливается на новую Altima (хотя и на 20 лошадиных сил меньше). Там он возвращает впечатляющую экономию топлива. Агентство по охране окружающей среды сообщает, что Altima расходует 29 миль на галлон вместе взятых. Проблема в том, что гибрид Toyota Camry расходует 52 мили на галлон. На данном этапе автомобильной истории любые крупные инвестиции в экономию топлива должны быть связаны с электрификацией — собственный Nissan Leaf имеет рейтинг 112 MPGe. который достигает 130 миль на галлон. И хотя мир осуждает компанию Илона Маска за качество сборки ее автомобилей, похожее на Trabant, зазоры между панелями не хуже, чем у Infiniti. Но, по крайней мере, Tesla отлично выполняет свои обещания по эффективности.

Научные исследования двигателя Infiniti с переменной степенью сжатия

Наши автомобильные эксперты выбирают каждый продукт, который мы представляем. Мы можем зарабатывать деньги на ссылках на этой странице.

Под давлением

По
Чаба Чере

8 декабря 2017 г.

Новый двигатель Infiniti VC-Turbo (кодовое название KR20) изобилует интересными деталями, связанными с трюком с переменной степенью сжатия. Нажмите, чтобы демистифицировать уникальные рабочие характеристики двигателя, который недавно дебютировал в новом 2019 году.Инфинити QX50.

1 из 8

VC-Turbo — это не только переменная степень сжатия, но и переменный рабочий объем

Механизм, который изменяет ход поршней в двигателе VC-Turbo, изменяет относительное положение верхней мертвой точки (ВМТ; самая высокая точка хода поршня) на 6,0 мм для изменения степени сжатия с 14,0:1 до 8,0:1. Однако относительное положение нижней мертвой точки изменяется на 4,8 миллиметра. Следовательно, в режиме низкого сжатия общий ход поршня составляет 90,1, что в сочетании с диаметром цилиндра 84,0 мм дает рабочий объем 1997 кубических сантиметров. Однако в режиме высокой степени сжатия ход поршня падает до 88,9 миллиметра, уменьшая рабочий объем двигателя до 1971 кубического сантиметра.

Посмотрите анимацию работающих механизмов в нашей истории, где мы демонстрировали прототип нового QX50.

2 из 8

VC-T также является двигателем, работающим по циклу Миллера

Как и большинство современных двигателей, VC-T оснащен фазовращателями кулачков, которые вращают впускной и выпускной распределительные валы для изменения фаз газораспределения. Однако фазер впуска активируется электрически, а не гидравлически, как на стороне выпуска. Это не только обеспечивает более быструю реакцию, но также дает фазеру диапазон движения 70 градусов вместо обычных 50 градусов для выпускного распределительного вала.

Этого достаточно, чтобы в достаточной степени задержать закрытие впускного клапана при малой мощности, чтобы снизить насосные потери и обеспечить работу по циклу Миллера. Это в сочетании с работой с высокой степенью сжатия увеличивает экономию топлива при легком вождении.

3 из 8

Он использует как прямой, так и портовый впрыск

Двигатель VC-T оснащен системой портового и прямого впрыска топлива. Система прямого впрыска (DI) работает при любых условиях, но количество впрысков за цикл варьируется. При небольших нагрузках система впрыска через порт подает большую часть топлива с добавлением одного выстрела из непосредственных форсунок. При умеренных нагрузках впрыск форсунки отключается и топливо поступает из двух форсунок прямого впрыска. А при высокой мощности DI впрыскивает три выстрела за цикл.

Использование системы впрыска через порт при малых нагрузках, которые составляют большую часть циклов государственных испытаний, лучше смешивает топливо и воздух, а также помогает снизить выбросы твердых частиц, что может быть проблемой для автомобилей, использующих только непосредственный впрыск.

4 из 8

Выпускной коллектор интегрирован с головкой блока цилиндров

В двигателе Infiniti VC-T используется современный подход, заключающийся в использовании выпускного коллектора, объединенного с головкой блока цилиндров. Это снижает вес и размещает турбокомпрессор близко к цилиндрам, чтобы максимизировать улавливаемую энергию выхлопных газов, а также скорость, с которой турбокомпрессор набирает скорость.

Однако, поскольку почти все головки блока цилиндров отлиты из алюминия, это означает, что выпускной коллектор также алюминиевый. Температура плавления алюминия ниже температуры выхлопных газов, а это значит, что коллектор нужно тщательно охлаждать. Но эта потребность в охлаждении сильно зависит от того, какую мощность вырабатывает двигатель, и она существенно отличается от потребности в охлаждении блока цилиндров и головки цилиндров. Как правило, двигатели, оснащенные такими встроенными коллекторами, используют дополнительные клапаны охлаждающей жидкости или термостаты для регулирования этого охлаждающего потока. В двигателе VC-T Infiniti установила нечто, называемое многоходовым регулирующим клапаном, для регулирования этой сложной системы охлаждения.

5 из 8

Плазменное покрытие цилиндров взято от GT-R

Для дальнейшего снижения веса и снижения трения в двигателе VC-T используются алюминиевые отверстия цилиндров с плазменным покрытием, технология, заимствованная у могучего GT- Р. Железные втулки проверены и долговечны, но они также тяжелее алюминиевых отверстий, отчасти потому, что железо плотнее алюминия, а отчасти потому, что для них требуются алюминиевые опоры внутри блока. А отверстия с плазменным покрытием отполированы до зеркального блеска, что увеличивает снижение трения, достигаемое смещенным коленчатым валом.

6 из 8

Его турбокомпрессор — гибридный

VC-T оснащен турбокомпрессором, который Шиничи Кига, главный инженер Nissan по бензиновым двигателям, описал как гибридный. Это связано с тем, что выхлопные газы не направляются на турбину чисто радиально, как в большинстве турбокомпрессоров. Он входит под углом, что означает, что в потоке также есть осевая составляющая. Говорят, что в сочетании с малоинерционной турбиной это позволяет быстрее наращивать наддув.

7 из 8

Коленчатый вал имеет большее смещение

Одним из основных источников трения в двигателе внутреннего сгорания являются поршни, когда они прижимаются к стенкам цилиндра. Это вызвано угловатым положением шатунов при их вращении вокруг коленчатого вала и наиболее заметно во время рабочего такта, когда давление над поршнем самое высокое.

Эти боковые нагрузки можно уменьшить, сместив коленчатый вал от осевой линии цилиндров, чтобы шатуны находились почти вертикально во время рабочего такта. Такие смещения не редкость в современных двигателях, но смещение особенно велико в двигателе VC-T, возможно, потому, что нижняя часть двигателя уже была полностью переработана, поэтому большое смещение можно было легко приспособить.

8 из 8

Система смазки обычная

Несмотря на все дополнительные детали и подшипники в механизме с переменной степенью сжатия, система смазки вполне традиционна. Масляный насос нормального размера, давление масла не отклоняется от условного, а используемое масло 5W-30, что, пожалуй, является более высокой вязкостью, чем сегодняшняя норма. Интервал замены такой же, как у обычных двигателей Nissan. Единственное отличие состоит в том, что зазоры в подшипниках немного меньше, возможно, потому, что многие подшипники работают на пониженной скорости и не подвергаются постоянному вращению.