Степень сжатия это что: Компрессия и степень сжатия двигателя автомобиля

Содержание

Компрессия и степень сжатия двигателя автомобиля

Кто изучает устройство автомобиля, встречает непонятные термины из теории. Расскажем что такое компрессия и степень сжатия двигателя. Основные определения. Работа 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 величина максимального давления воздуха в цилиндре в конце такта сжатия, создаваемого при холостой прокрутке двигателя стартером (например, при отключении свечи зажигания). Компрессию двигателя не стоит путать со степенью сжатия, т.к. это разные понятия.

Компрессия 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, а тяга «на низах» улучшает непосредственный впрыск и увеличение степени сжатия — и возникает эффект downspeeding. Мотор автомобиля настолько хорошо тянет «внизу», что средние обороты при езде снижаются на 15% — это дает эффект снижения расхода бензина и выбросов СО₂ по сравнению с турбомотором рабочим объемом 1,4 л.

Степень сжатия и компрессия

Степень сжатия — величина определяемая геометрическими параметрами двигателя:

1. Объем камеры сгорания — Объем образующийся над поршнем, когда он находится в ВМТ

2. Полный объем цилиндра — Это объем камеры сгорания, когда поршень

находится в НМТ, он равен сумме рабочего объема и объема камеры сгорания.

Степень сжатия = полный объем цилиндра/объем камеры сгорания.

Для движков классики составляет 8.5.

Изменяется при помощи изменения объема камеры сгорания (например прокладкой).

Повышение степени сжатия в карбюраторном двигателе ограничено стойкостью топлива к детонации.

Под компрессией понимают давление в конце такта сжатия. Эта величина и измеряется манометром (компрессиометром).

Как соотносятся степень сжатия и компресия?

Немного теории. Компрессия обычно больше, чем степень сжатия (12 у нового приработанного 2103 двигателя), поскольку сжатие происходит практически адиабатически, и, соответственно, сопровождается изменением (увеличением) температуры смеси. Эта величина была бы равна степени сжатия, если бы сжатие происходило изотермически в герметически замкнутом объеме.

В случае адиабатическиго сжатия максимальное возможное давление в конце такта сжатия («компрессия») оценивается согласно уравнению Пуассона

PVx=const

показатель степени для идеального двухатомного газа составляет x=cp/cv =7/5. Таким образом, для

«классического» движка со степенью сжатия 8.5 максимальное давление составляет примерно 20

атм. Кстати, очень похожая цифра (16-17 атм) получается у двигателя с идеально притертыми

клапанами при измерении компрессии «с маслом», когда кольца (и замки колец) герметизированы

залитым в цилиндр моторным маслом. Недостающие 3-4 атм получаются, например, за счет того,

что начальное давление меньше 1 атм. При измерении компрессии без масла давление составляет 12 атм, за счет вытекания горючей смеси из цилиндра при сжатии через замки колец и в зазор между кольцами и цилиндром, который имеется в силу конструктивных особенностей (например сетка Хона). Поэтому обычно говорят, что «компрессия у исправного двигателя в 1.2 -1.3 раза больше степени сжатия».

Измеряется компрессия следующим образом. На прогретом двигателе выкручиваются все свечи,

обычно одна из свечей устанавливается с центральным электродом на массу, нажимается «газ в пол» и двигатель прокручивается стартером, пока значение на установленном в свечном отверстии

компрессиометре не стабилизируется.

Следует отметить, что «бытовые» компрессиометры, особенно с резиновым наконечником могут иметь значительную погрешность, и, в случае получения низких значений, желательно проверить

результаты измерений другим компрессиометром. Кроме того, стартер должен обеспечивать

достаточную частоту вращения коленчатого вала, для чего двигатель должен быть прогретым, а

аккумуляторная батарея нормально заряжена.

По компрессии можно судить о степени износа цилидро-поршневой группы. Согласно

«Руководству по ремонту …» для наших движков, признаком необходимости капремонта является

компрессия ниже 10 атм или отличие компрессии в различных цилиндрах более 1 атм.

Для того, чтобы определить, в чем проблема, в негреметичности колец или клапанов, компрессию

измеряют повторно, залив в цилиндр 10-30 г моторного масла. Если компрессия останется такой же — то проблема в клапанах, если повысится — то в кольцах.

Желаю всем хорошей компрессии и исправных компрессиометров.

Степень сжатия | технология | Британика

Развлечения и поп-культура
География и путешествия
Здоровье и медицина
Образ жизни и социальные вопросы
Литература
Философия и религия
Политика, право и правительство
Наука
Спорт и отдых
Технология
Изобразительное искусство
Всемирная история

Этот день в истории
Викторины
Подкасты
Словарь
Биографии
Резюме
Популярные вопросы
Инфографика
Демистификация
Списки
#WTFact
Товарищи
Галереи изображений
Прожектор
Форум
Один хороший факт

Развлечения и поп-культура
География и путешествия
Здоровье и медицина
Образ жизни и социальные вопросы
Литература
Философия и религия
Политика, право и правительство
Наука
Спорт и отдых
Технология
Изобразительное искусство
Всемирная история

Britannica объясняет
В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.
Britannica Classics
Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
#WTFact Видео
В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
Demystified Videos
В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
На этот раз в истории
В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.

Студенческий портал
Britannica — лучший ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
Портал COVID-19
Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
100 женщин
Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
Спасение Земли
Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать!
SpaceNext50
Britannica представляет SpaceNext50. От полета на Луну до управления космосом — мы изучаем широкий спектр тем, которые питают наше любопытство к космосу!

Содержание

Введение

Краткие факты

Связанный контент

Означает ли более высокое сжатие большую мощность? Да, и вот почему.

Видео по теме

Увеличит ли увеличение степени сжатия выходную мощность вашего двигателя? Вы можете подозревать, что ответ «да», и вы 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 увеличение его скорости (об/мин) также может привести к скачку мощности и также популярно, но увеличение степени сжатия, т. е. уменьшение объема камеры сгорания, вероятно, является наименее понятным методом из всех. В конце концов, как можно сделать что-либо в двигателе меньше увеличить мощность?!

Что такое сжатие?

Возможно, мы идем по уже утоптанной земле, но статическая степень сжатия двигателя проста для понимания: это весь объем цилиндра над компрессионным кольцом в нижней мертвой точке (НМТ) по сравнению с объемом над компрессионным кольцом в верхней мертвой точке (ВМТ). Чтобы узнать, как рассчитать статическую степень сжатия, нажмите здесь.

В четырехтактном двигателе внутреннего сгорания вся работа выполняется во время рабочего такта. Остаются три других такта (впуск, сжатие и выпуск), которые должны существовать, но ничего не добавляют к выходной мощности. На самом деле, они стоят энергии — очень много. Четырехтактные двигатели внутреннего сгорания общеизвестно неэффективны, 20 процентов из них считаются святым Граалем, но большинство из них находятся в младшем подростковом возрасте. Это означает, что существует огромный потенциал повышения эффективности, и именно поэтому 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.

Динамика мощного удара

Представьте себе на мгновение, что мы рассматриваем рабочий удар как однократное событие, не имеющее конца, подобно выстрелу из винтовки. В лучшем случае наша пуля (поршень) имеет только полость казенной части, удерживающую порох в оболочке, в качестве камеры сгорания, и всю длину ствола в качестве цилиндра (рабочий объем). Изменение начального положения пули от порохового заряда к месту дальше по стволу означает меньшее расстояние, на котором расширяющиеся газы воздействуют на пулю, прежде чем она выйдет.

Если вы перевернете концепцию сжатия с ног на голову и подумаете о нем как о событии расширения, вы получите обратное сжатие — степень расширения. В этом больше смысла, потому что именно расширение, а не сжатие, создает силу, из которой мы получаем энергию. Итак, глядя на аналогию с нашей 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 силу расширения газ может воздействовать на пулю. Для наших целей эта сила представляет собой крутящий момент двигателя, а начальная точка пули аналогична динамической степени сжатия двигателя в заданном рабочем состоянии.

Статическое и динамическое сжатие

Степень статического сжатия (иногда называемая степенью механического сжатия) является удобной ссылкой, которую производители двигателей используют для создания и описания двигателей, но никакие два двигателя с одинаковым CR не могут быть действительно одинаковыми, потому что, что на самом деле имеет значение динамическая степень сжатия. По этой причине застревание на статических степенях сжатия является тупиком для большинства вещей, кроме автомобильной тривиальной погони. Цилиндр с рабочим объемом 100 куб. см захватит 100 куб. см воздуха и топлива, закрыв впускной клапан в НМТ, но только 75 куб. см, если он закроется на четверть до отверстия. Поскольку количество воздуха и топлива, попавших в камеру сгорания, действительно имеет значение для выработки мощности, из двух наших гипотетических 100-кубовых двигателей тот, у которого больше всего захваченных воздуха и топлива, будет давать наибольшую мощность (при прочих равных условиях), хотя оба двигателя имеют одинаковый рабочий объем.

Где находится «динамическая» часть коэффициента динамического 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, свою мощность. Индукционная настройка, частота вращения двигателя, продувка выхлопных газов и положение дроссельной заслонки — все это изменяет динамическое сжатие от момента к моменту. Таким образом, статическая компрессия на самом деле является не индикатором удельной мощности двигателя, а критерием для расчета того, что будет дальше!

Стоит ли повышать коэффициент статического сжатия?

В недавнем динамометрическом тесте мы проверили производительность стандартного 70-кубового литья LS «317» (слева), сравнив его с меньшим 65-кубовым литьем «243», и обнаружили, что разница составляет чуть более полбалла при сжатии. .

При обсуждении степени сжатия, которая обычно используется в автомобильной сфере — от 8:1 до 15:1 — количество мощности, которое вы можете ожидать, будет варьироваться от 2 до 4 процентов на единицу полученного статического сжатия. (Это, как мы отметим, является улучшением, которое вы получите только с компрессией, а не с оптимизацией фаз газораспределения.) Три процента могут показаться не такими уж большими по сравнению с тем, что вы получите, добавив турбокомпрессор, закись азота или даже камера, но все имеет значение. Более того, поднять степень сжатия на величину, достаточную для того, чтобы почувствовать разницу, может быть так же просто, как обработать блок или головки цилиндров на несколько тысячных во время следующего ремонта, так почему бы и нет? Подробнее об этом чуть позже.

Увеличение компрессии на этом 6-литровом LS стоило 15 л.с., и все, что мы сделали, это заменили большие камеры сгорания на меньшие.

Недавно мы провели динамометрический тест типичного 6-литрового Gen III LS (LY6) с уличным распредвалом. Со штатными 70-кубовыми камерами сгорания мощность достигала 490 л.с. Просто заменив штатные литые головки блока цилиндров 70cc 317 на стандартные литые головки 243 с меньшей камерой сгорания 65cc, мы увеличили мощность до 505 л.с., то есть на 15 л.с. (около 3 процентов).

Как насчет октана топлива?

Если вы повысите компрессию, вы окажетесь на крючке из-за подачи в двигатель топлива с достаточно высоким октановым числом, чтобы предотвратить разрушительную для двигателя детонацию. Однако усовершенствования головок цилиндров и другие технологии в последние годы значительно смягчили удар.

Есть один ограничивающий фактор, который может привести к резкому прекращению вашего плана по повышению степени сжатия – октановое число топлива. Октановое число — это описание склонности топлива к воспламенению при определенных условиях испытаний, которые учитывают степень сжатия, число оборотов в минуту, нагрузку, температуру охлаждающей жидкости, температуру воздуха на входе, влажность и множество других переменных. Более высокое октановое число означает, что топливо может противостоять самовозгоранию при более высоком давлении и температуре, чем топливо с более низким октановым числом.

При прочих равных условиях для двигателей с более высокой степенью сжатия требуется топливо с более высоким октановым числом. 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 достигнет ВМТ. Этот всплеск давления усугубляется тем, что он ограничивается все меньшим пространством, поскольку поршень продолжает свое неумолимое движение к ВМТ. Детонации, почти всегда катастрофической для высокопроизводительных двигателей, следует избегать любой ценой — это все равно, что одновременно бить по поршням молотком и плазменной горелкой.

По этой причине работа с более высокой степенью сжатия может привести к повреждению двигателя, но ситуация постепенно меняется. Улучшения в таких вещах, как металлургия, покрытия и вычислительная динамика потока, означают, что инженеры и производители двигателей имеют множество инструментов для защиты от разрушительной детонации. Там, где когда-то было табу на 11:1 или даже 10:1 на улице с газовым насосом, мы обнаружили, что хорошо подобранная комбинация (головки, распредвал, впуск и т. д.) может раздвинуть границы приемлемого сжатия с качайте газ в диапазоне 11: 1 и выше с небольшими уступками в производительности или удобстве использования. Сейчас, как никогда раньше, самое время увеличить степень сжатия!

Что значит «пуленепробиваемый» дизельный двигатель?

Джейсон Гондерман|

Posted inПопулярное