Степень сжатия двигателя (связь с компрессией, как рассчитать и увеличить коэффициент)

Автор Павел Александрович Белоусов На чтение 7 мин Просмотров 1.1к.
Обновлено 31.05.2020

Содержание

1. Как связаны степень сжатия и компрессия двигателя?
2. Форсирование двигателя путем увеличения степени сжатия
3. Основные методы увеличения
4. Как работает двигатель с изменяемой степенью сжатия?
5. Цикл Миллера-Аткинсона
6. Математический расчет
7. Видео:Как измерить степень сжатия правильно.
8. Практический расчет методом проливки
9. Можно ли рассчитать степень, измерив компрессию?

От величины сжатия зависит термический КПД двигателя. Но с ростом степени повышается и риск детонации, поэтому при форсировке и капитальном ремонте следует уделить время расчетам. Давайте рассмотрим, как увеличить степень сжатия двигателя, взаимосвязь компрессии и степени, и чем примечателен двигатель цикла Миллера-Аткинсона.

Как связаны степень сжатия и компрессия двигателя?

Степень сжатия в цилиндрах мотора – величина абсолютная и рассчитывается математически. На практике это соотношение отображает коэффициент сжатия поступившей в цилиндр топливной смеси на такте впуска. Понятие компрессии означает пиковое давление в камере сгорания в конце такта сжатия и может быть измерено практически. Компрессия хоть и является производной от степени сжатия, но зависит от многих факторов:

• герметичность цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) и клапанного механизма;
• мощность стартера, состояние АКБ и качество контактов, влияющее на количество оборотов стартера.

Форсирование двигателя путем увеличения степени сжатия

Чем выше степень, тем горячее воздух в конце такта сжатия и тем выше КПД двигателя. Но повышение одного параметра не гарантирует линейное возрастание второго. Наибольший прирост мощности ощущается при повышении степени до 10-11 единиц.

К примеру, увеличив степень сжатия стандартного ВАЗовского мотора с 9.8 до 11, мы в теории получаем прирост термического КПД на 4%. Тест на стенде при этом покажет куда более скромное значение – 2,5%. Повысив степень сжатия того же мотора еще на единицу, мы получим фактическую прибавку в 4.5%. Моментная характеристика возрастет главным образом на низких и средних оборотах. Дальнейшее увеличение степени сжатия без перехода на высокооктановое спортивное топливо и вовсе не даст результат.

Причина такого явления —  в детонации, которая возникает в случае слишком высокого пикового давления в камере сгорания. При контакте с разогретым воздухом в таком случае смесь самовоспламеняется еще до момента подачи искры. При этом фронт пламени распространяется со скоростью более 2000 м/с, тогда как значение при нормальном сгорании не превышает 250-300 м/с.

Ударная волна такой силы оказывает разрушительное давление на цилиндры, стенки камеры сгорания, поршни. Также значительно повышается температура выхлопных газов, что приводит к прогоранию днища поршня, клапанов.

Поэтому тюнинг со сжатием следует проводить после точного математического расчета и с прицелом на октановое число бензина.

Основные методы увеличения

1. Уменьшение толщины ГБЦ, БЦ. С привалочной плоскости головки и блока методом фрезеровки либо шлифовки снимается слой металла и уменьшается объем камеры сгорания.
2. Установка поршней с выпуклостями. Цель, как и в предыдущем методе – уменьшение объема камеры сгорания.
3. Увеличение хода поршня за счет установки другого коленчатого вала, шатунов.

Как работает двигатель с изменяемой степенью сжатия?

До недавнего времени показатель степени закладывался инженерами на этапе разработки и был фиксированным вне зависимости от режима работы двигателя. Нормальное значение для современных бензиновых моторов варьируется от 8 до 14 единиц, традиционно высокая степень сжатия у дизельных моторов – 18-23.

Ужесточение экологических норм заставляет гениев инженерной мысли искать новые пути увеличения термического КПД. Одно из таких решений – двигатель с изменяемой степенью сжатия. Было разработано несколько вариантов динамического изменения степени:

• дополнительная секция в полости ГБЦ. Открытие секции позволяет увеличить объем камеры сгорания, уменьшая тем самым степень. Система не получила распространения из-за избыточного усложнения конструкции ГБЦ;
• поршни с изменяемой высотой. Конструкция получилась слишком громоздкой, появились проблемы с перекосом поршней и уплотнением ЦПГ;
• регулировка высоты подъема коленчатого вала. Изменение степени сжатия осуществляется за счет специальных эксцентриковых муфт, которые регулируют высоту опорных подшипников коленвала. Технология долгое время тестировалась концерном VAG, но так и не вошла в серию;
• регулировка высоты поднятия ГБЦ. Специальный механизм с электроприводом и шарнирное соединение частей блока двигателя позволяли регулировать степень от 8 до 14 единиц. Разрабатывалась технология инженерами SAAB, но из-за ненадежности резинового кожуха, герметизирующего подвижные части блока, и излишней сложности конструкции также не пошла в серию;

• шатун с изменяемой длиной. Высота шатуна регулировалась специальным реечным механизмом с помощью давления масла. Как и в предыдущих случаях, разработка французских инженерах не была внедрена в массовое производство;

• траверсный механизм сочленения шатуна с коленчатым валом. За счет изменения угла поворота траверсы уменьшается либо увеличивается ход поршня. Разработка инженеров Infiniti используется на двухлитровом моторе VC-T, который сейчас устанавливается на кроссовер QX50. Двигатель развивает максимальную мощность в 268 л.с. и пиковый крутящий момент 380 Нм.

Цикл Миллера-Аткинсона

Большую известность цикл Миллера-Аткинсона получил благодаря рекламным брошюрам компании Mazda. Маркетологи гордо заявляют, что инженерам удалось поднять степень сжатия двигателей модели Skyactive до 14 единиц. На самом деле речь идет о геометрической степени сжатия, а не о фактической.

Трюк заключается в том, что во время поднятия поршня на такте сжатия выпускные клапаны еще долгое время открытые, из-за чего часть свежего воздушного заряда выталкивается в выхлопной тракт. Поэтому фактическая степень близка к стандартным для бензиновых моторов 12 единицам. Увеличение термического КПД при этом достигается за счет более эффективного использования энергии расширяющихся газов на такте рабочего хода. За счет большего хода (увеличен диаметр кривошипа) газы дольше давят на поршень. Поэтому при сгорании одной и той же доли топлива, в сравнении с обычным циклом Отто, на коленчатый вал передается больший крутящий момент. Технология позволяет в режимах малых и средних нагрузок значительно уменьшить расход топлива и количество вредных выбросов.

Математический расчет

Степень сжатия двигателя внутреннего сгорания равняется объему камеры сгорания к рабочему объему цилиндра и рассчитывается по формуле (V + C)/C = CR, где

• V — объем цилиндра, когда поршень находится в нижней мертвой точке (НМТ). Для расчета необходимо сумму объемов всех цилиндров (указывается в технической характеристике ДВС) разделить на количество котлов;
• С — объем камеры сгорания, когда поршень в верхней мертвой точке (ВМТ). Включает в себя объем полости ГБЦ, прокладки ГБЦ и выемок в цилиндре. Если поршень имеет выпуклость, ее объем отнимается от общего объема камеры сгорания.

Вычислить степень сжатия математически довольно непросто из-за сложной геометрической формы камеры сгорания. Поэтому на практике применяются 2 основные методы вычисления.

Видео:Как измерить степень сжатия правильно.

Практический расчет методом проливки

Суть измерения заключается в поочередном заполнении жидкостью площади над поршнем, когда тот находится в верхней мертвой точке, и стенок камеры сгорания ГБЦ. Для измерения нам необходим кусок оргстекла, в котором будут пропилены отверстия для вкручивания болтов ГБЦ и отверстие для заливки жидкости. Между оргстеклом и блоком необходимо установить уже использованную (обжатую) прокладку. Стенки цилиндров для увеличения гидроплотности необходимо смазать густой консистентной смазкой (литиевой либо обычным солидолом).

Притянув оргстекло болтами, заполните образовавшейся объем жидкостью. Объем поместившейся воды будет соответствовать объему надпоршневого пространства. Аналогичный тест проводится и с головкой блока. При этом клапана должны быть притерты, между седлами и тарелками нанесена консистентная смазка. Сумма объема залитых жидкостей и будет объемом камеры сгорания.

Чтобы рассчитать степень сжатия на онлайн-калькуляторе, также будет необходимо измерить величину хода поршня и диаметр цилиндра. Все эти значения помогут вычислить объем двигателя, который изменяется при каждой фрезеровке плоскостей БЦ, ГБЦ, установке поршней иной геометрической формы, расточки цилиндров либо установке других шатунов, коленчатого вала.

Можно ли рассчитать степень, измерив компрессию?

Компрессия напрямую зависит не только от понятия степени сжатия двигателя, но и от природы сжимаемого газа и условий в камере сгорания. На практике зависимость этих параметров выливается в формулу Р = Ро*Ɛƴ, где

• Ро – начальное давление в цилиндре, принимаемое за 1;
• Ƴ – адиабатический показатель для воздуха. В двигателе внутреннего сгорания при сжатии часть тепла отдается стенкам цилиндра, камеры сгорания; происходит утечка части газа через неплотности, а воздух перемешан с частичками топлива, поэтому процесс считается недиабетическим. Показатель политропы при этом равняется не эталонным 1.4, а приближенным к фактическим 1.2.

Все это значит, что, измерив компрессию, мы можем вычислить показатель степени сжатия двигателя. К примеру, при компрессии 15,8 степень сжатия будет близка к 10 единицам. Чтобы уменьшить погрешность, нужно соблюсти все правила измерения компрессии:

1. Свечи должны быть выкручены.
2. Дроссель открыт на 100%.
3. Отключена подача топлива.
4. АКБ должна быть полностью заряжена. При этом емкости должно хватать на измерения компрессии во всех котлах.
5. Стартер должен быть исправен, а на проводах его питания отсутствует значительное падение напряжение из-за окислов.

Печать

Расчет степени сжатия

Наши книги можно приобрести по картам єПідтримка!

Главная
/ Каталог
/ Стритрейсинг
/ Увеличение мощности посредством наддува, книга по стритрейсингу в электронном виде
/ …

Показать содержание книги

Обычно пользователи нашего сайта находят эту страницу по следующим запросам:

инерционный наддув, давление наддува турбины, электрический наддув двигателя, механический наддув двигателя, технические характеристики автомобиля, дизельное топливо, степени сжатия, зона завихрения

Расчет степени сжатия

Стоит также учитывать, что речь идет о реальной степени сжатия. Некоторые производители работают с достаточно маленькими допусками, поэтому степень сжатия их двигателей не варьируется более чем на 0,15 от указанного значения. К сожалению, многие автомобили демонстрируют значительно большие различия в значениях, в некоторых случаях отклонения могут составлять 0,3 и даже больше. Следовательно, двигатель, который, по вашему мнению, имеет степень сжатия 9,5:1, может на самом деле иметь степень сжатия 9,8:1. Поэтому, вместо того чтобы рассчитывать давление наддува на основании линии 9,0:1, вам необходимо использовать линию 10,2:1. Учтите, что я не рекомендую использовать давление наддува выше 9,5:1. Нижняя линия на графике показывает подходящие значения давления наддува, если вы решите установить нагнетатель на двигатель в заводском исполнении с высокой степенью сжатия.

Действительное давление сжатия – это отношение между общим объемом цилиндра, прокладки головки блока цилиндров и камеры сгорания споршнем в нижней мертвой точке и объема, содержащегося в пространстве между днищем поршня, прокладкой головки блока цилиндров икамерой сгорания с поршнем в верхней мертвой точке. Это отношение можно выразить в формуле:

CV – объем цилиндра;

CCV – объем камеры сгорания.

Естественно, CV – это объем двигателя в см?, разделенный на количество цилиндров. Однако вычислить CCV не так просто. Это объем камеры сгорания, объем оставшегося над поршнем пространства, когда он находится в верхней мертвой точке, плюс объем дополнительный высоты цилиндра, образованной толщиной прокладки головки блока цилиндров, плюс объем вогнутости поршня, если используются поршни с вогнутым днищем, или минус объем выпуклости, если используются поршни с выпуклым днищем.

Если мы знаем, какую степень сжатия хотим получить, мы можем рассчитать объем CCV, чтобы обеспечить эту степень сжатия, используя формулу:

Предположим, двигатель оснащен цилиндрами объемом 500см³ и нам необходимо получить степень сжатия 9,2:1. В таком случае получим:

Чтобы определить точное значение CCV в нашем двигателе, предварительно необходимо измерить объем камеры сгорания при помощи бюретки, заполненной жидким воском или водой (см. рис. 5.6). Стоит отметить, что все камеры сгорания должны иметь одинаковый объем, отклонение взначении степени сжатия не должно превышать 0,1 от цилиндра к цилиндру. Это означает, что, если поршни расположены на одном уровне под верхней частью блока цилиндров в верхней мертвой точке, в двигателе с цилиндрами объемом 300 см³ отклонение может составлять не более 0,5 см³ между самой большой и самой маленькой камерами сгорания. Для цилиндров объемом 500 см³ разница в объеме самой большой и самой маленькой камер сгорания не должна превышать 0,8 см³, а для цилиндров объемом 700 см³ – 1 см³. Но для двигателей гоночных автомобилей все расчеты должны быть более точными. Лично я допускаю отклонения до 0,1 см³, кроме случаев, когда в двигателе происходила детонация (часто из-за проблем с системой охлаждения). В таком случае необходимо сократить степень сжатия в детонирующем цилиндре посредством модификации камеры сгорания и днища поршня.

Рис. 5.6. Измерение объема камеры сгорания.

Если двигатель оснащен поршнями с вогнутым или выпуклым днищем, а также если на поршнях есть срезы под клапаны, необходимо измерить увеличение или уменьшение объема. Например, если диаметр цилиндра составляет 90мм, а край днища поршня расположен на расстоянии 6мм от верхней части блока цилиндров, используйте следующую формулу:

П = 3,1416;

D – диаметр цилиндра, мм;

H – расстояние между днищем поршня и блоком цилиндров, мм.

В таком случае объем будет составлять:

Тип двигателя: бензин / дизель

Как рассчитать давление сжатия

Полин Гилл

Изображение авиационного поршневого двигателя, Эндрю Бриден с сайта Fotolia.com объемов, когда поршень проходит свой полный цикл. Это сравнение просто определяет механическую степень сжатия. Большинство двигателей никогда не достигают конечного давления сжатия, которое зависит исключительно от степени сжатия. Другие факторы, такие как фаза газораспределения, условия окружающей среды, положение дроссельной заслонки и нагрузка на двигатель, могут значительно повлиять на фактическое давление сжатия, и полезный расчет становится обоснованной оценкой, которая должна учитывать другие условия.

Шаг 1

Оценить динамическую объемную степень сжатия при различных оборотах двигателя. Большинство двигателей не закрывают впускной клапан в нижней мертвой точке (НМТ) хода поршня. При более высоких оборотах двигателя входящий поток воздуха не прекращается, когда поршень достигает точки НМТ, из-за большого количества движения воздуха во впускном коллекторе. Удержание впускного клапана открытым после НМТ, когда поршень начинает подниматься, эффективно снижает степень сжатия на низких оборотах двигателя, чтобы предотвратить детонацию (детонацию), и приводит к ее повышению на более высоких скоростях, когда требуется большая мощность.

Если впускной клапан закрывается на 60 градусов после НМТ, начальный объем сжатия составляет всего около 80 процентов (может варьироваться) от того, что было бы в НМТ, поэтому в этом примере базовой механической степени сжатия 9:1 эффективная соотношение может составлять только около 9,0 х 0,813 = 7,32:1. При более высоких оборотах двигателя с широко открытой дроссельной заслонкой эффективный пусковой объем может приблизиться к фактическому объему цилиндра, за вычетом всего нескольких процентов потери потока. Таким образом, высокоскоростная эффективная степень сжатия может быть аппроксимирована путем умножения основания 90:1 механическое отношение на 0,95, чтобы получить 8,55:1

Шаг 2

Рассчитайте базовое давление сжатия по двум эффективным коэффициентам сжатия на низких и высоких скоростях, равным 7,32:1 и 8,55:1, соответственно, при стандартных морских условиях. уровень атмосферного давления 14,7 фунтов на квадратный дюйм абсолютного (psi). Умножение эффективной степени сжатия на низкой скорости 7,32: 1 x 14,7 даст давление сжатия 108,84 фунта на квадратный дюйм манометра (psi). Высокоскоростным значением будет эффективная степень сжатия 8,55: 1 x 14,7 фунтов на квадратный дюйм или 125,69.-псия.

Шаг 3

Скорректируйте давление на коэффициент удельного теплового эффекта. Когда воздух сжимается, часть его тепла извлекается из-за его меньшего объема, но ему некуда деваться, поэтому тепло приводит к более высокой температуре, что, в свою очередь, увеличивает давление выше того, которое было бы в идеальных условиях. (На самом деле именно эта более высокая температура вызывает самовоспламенение топлива в дизельных двигателях с их гораздо более высокой степенью сжатия, примерно 18:1.)

Для воздуха этот коэффициент составляет примерно 1,4:1. Таким образом, предполагаемое давление сжатия в этом примере будет 108,84 фунтов на квадратный дюйм x 1,4 = 152,37 фунтов на квадратный дюйм в случае низкой скорости и 125,69 фунтов на квадратный дюйм x 1,4 = 175,97 фунтов на квадратный дюйм в случае более высокой скорости.

Ссылки

• Performance Trends Inc.: Калькулятор коэффициента сжатия
• Форумы Shop Talk: Расчет коэффициента сжатия на основе измеренного сжатия модификации двигателя могут повлиять на давление сжатия , и может быть полезно для проверки ваших собственных оценок.
• Измерение давления компрессии с помощью манометра с отверстиями для свечей зажигания является низкоскоростным методом, при котором показания давления будут ниже, чем у вашего двигателя на скорости, и поэтому его следует использовать только для сравнения цилиндров.

Вещи, которые вам понадобятся

• Калькулятор или таблица
• Манометр давления компрессии двигателя
• Спецификации фаз газораспределения двигателя

Предупреждения

• Детонация от слишком -высокая компрессия может нанести значительный ущерб двигателю.

Писатель Биография

Полин Джилл — учительница на пенсии с более чем 25-летним опытом преподавания английского языка старшеклассникам. Она имеет степень бакалавра языковых искусств и степень магистра педагогики. Гилл также является отмеченным наградами писателем-фантастом.

Дополнительные статьи

Степень сжатия – расчет

Расчет степени сжатия (CR) вашего двигателя – это простое дело, если у вас есть соответствующая формула, калькулятор и необходимые данные для применения. Необходимые данные следующие: 

Ход коленчатого вала 

Диаметр отверстия 

Вместимость тарелки поршня, если имеется 

Допустимая высота от поршня до блока цилиндров, если имеется * 

Тип прокладки/емкость 

90 002 Вместимость камеры сгорания 

*Для расчета поршня чтобы заблокировать мощность высоты деки, вам нужно сначала рассчитать мощность одного цилиндра, затем разделить результат на ход коленчатого вала, а затем умножить это на измерение.

Примечание. Не следует включать в расчет емкость статического/холодного кольца. Этот зазор практически исчезает, когда двигатель прогревается до полной рабочей температуры. Вот почему, когда двигатель перегревается, первая часть поршня, на которой вы видите повреждение, — это часть над верхним кольцом.

Как правило, размеры хода кривошипа и диаметра цилиндра должны быть указаны в метрических единицах, поскольку производительность широко указывается в кубических сантиметрах, что является метрической единицей измерения. И, как правило, работайте с 3 знаками после запятой, так как это делает его максимально точным, не сводя с ума включенные десятичные знаки.

Формула для расчета —

Рабочий объем + Неуправляемый объем

Неуправляемый объем

Рабочий объем создается кривошипом ft ход поршня и диаметр отверстия для одного из цилиндров в двигателе. Формула для этого расчета:

Pi r в квадрате x h

Pi = 3,142

r в квадрате = половина диаметра отверстия, умноженная на его собственное значение

h = шатун фут ход в мм.

Неразвернутый объем — это сумма всех указанных выше емкостей.

Иллюстрация — 

Для двигателя 1275 со стандартным ходом поршня, расточенным до +0,060”.

Стандартный ход 3,20 дюйма. Преобразование в метрическую систему (умножьте дюймы на 25,4, миллиметры в дюйме) = 81,28 мм 

Стандартный диаметр отверстия составляет 2,780 дюйма.