что это, как увеличить и чем отличается от компрессии

Тепловой рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания подразумевает несколько тактов, одним из которых является уменьшение объёма принятой топливовоздушной смеси при неизменной её массе, то есть герметичном цилиндре.

Содержание статьи:

• 1 Что такое степень сжатия
  • 1.1 Отличия от компрессии
• 2 На что влияет
• 3 Как рассчитать степень сжатия мотора
• 4 Как увеличить степень сжатия
  • 4.1 Расточка цилиндров
  • 4.2 Измерение объема камеры сгорания
  • 4.3 Доработка ГБЦ
• 5 Минусы увеличения степени сжатия

По законам физики растут давление и температура, что в конечном счете влияет на коэффициент полезного действия двигателя.

Отсюда и важность одного из главных параметров мотора, показывающего, насколько сильно сжимается смесь перед началом основного полезного такта рабочего хода.

Что такое степень сжатия

У четырехтактного мотора четко разделены все процессы газообмена. На такте впуска поршень опускается вниз, точнее ближе к коленвалу, оставляя над собой максимальное для данного цилиндра пространство.

Затем идет такт сжатия, когда поршень поднимается в верхнюю мертвую точку. Над ним остается совсем мало места, данный объем называется камерой сгорания.

Степенью сжатия, а это чисто геометрический параметр, называется отношение надпоршневого объёма в первом случае (максимального) ко второму случаю, когда он минимален.

По теме: Сколько проработает двигатель без масла

Это обычное число, не имеющее размерности, может округленно выражаться целым числом или с десятичной дробью. Чем оно больше, тем сильнее давление перед рабочим ходом.

Отличия от компрессии

Компрессия имеет отношение к степени сжатия, но с научной точки зрения это совершенно разные величины, нечетко между собой связанные.

Компрессией принято считать максимальную величину давления в цилиндре во время прокрутки его на малых оборотах без зажигания в тестовом режиме от внешнего источника (обычно стартера).

Имеет размерность давления, то есть в кг/кв.см, барах, атмосферах, паскалях или фунтах на квадратный дюйм (PSI). Замер компрессии позволяет поверхностно судить о состоянии двигателя. С возможными ошибками, что требует уточнения иными способами.

На что влияет

Если рассмотреть тепловой цикл работы двигателя за все четыре такта, то можно сделать вывод об увеличении количества работы, производимой цилиндром, пропорционально степени сжатия, то есть с её ростом увеличивается КПД мотора, а с меньшего рабочего объёма можно снимать больше мощности.

Последнее очень привлекательно для автомобилистов, но инженеры прекрасно знают, чем данный рост ограничен.

Нельзя повышать температуру и давление над поршнем в ВМТ до бесконечности, это потребует идеального топлива. У реальных сортов горючего есть ограничения по детонационной стойкости, то есть горение станет аномальным, это можно сравнить с разницей в применении пороха и тринитротолуола в артиллерии.

Первый выталкивает снаряд, а второй просто раздробил бы ствол пушки из-за слишком большой скорости взрывной волны.

Тем не менее ученые и инженеры стараются выжать максимум из моторов, применяя высокооктановые, стойкие к детонации бензины, а также оптимизируя горение, не давая ему перейти в детонацию. Поднятие этой границы без разрушительных для деталей последствий требует больших знаний и опыта.

Как рассчитать степень сжатия мотора

Для расчета придется решить несложную геометрическую задачу. Потребуется лишь вспомнить формулы из курса средней школы, описывающие объём тел цилиндрической формы, а также провести замеры объёма камеры сгорания.

Зная диаметр цилиндра и ход поршня, легко вычислить описываемый поршнем объём. Затем вычисляется надпоршневой объём в ВМТ, состоящий из камеры сгорания, недохода поршня и небольшого цилиндра с толщиной прокладки ГБЦ.

Остается сложить эти две величины и разделить результат на вторую из них. Или воспользоваться одним из имеющихся в сети калькуляторов.

Как увеличить степень сжатия

Любители тюнинга рассматривают рост степени сжатия и переход на более высокооктановый бензин как одну из составляющих увеличения мощности.

Способы тут чисто геометрические и практически реализуются механообработкой и заменой деталей на тюнинговые.

Расточка цилиндров

Из формулы расчета видно, что можно увеличить степень сжатия, если добавить описываемый поршнями объём. То есть ход поршня или диаметр цилиндра. В последнем случае блок растачивается под измененные поршни.

Их можно приобрести или изготовить. Но для уточнения результата надо знать, чему равен объём камеры сгорания и насколько он может измениться.

Измерение объема камеры сгорания

Камера современного мотора хорошо оптимизирована под эффективное смешивание и горение топлива с воздухом. Поэтому форма её вряд ли может быть просчитана с использованием математических формул.

Приходится снимать головку блока, переворачивать её и заполнять водой, после чего точно измерять её количество.

Зная эту величину, можно примерно рассчитать способы доработки, а затем проверить и подогнать результат под эффективный, но безопасный.

Доработка ГБЦ

В зависимости от способа тюнинга мотора, может потребоваться для корректировки степени сжатия увеличивать или уменьшать объем камер сгорания в ГБЦ.

Возможно несколько вариантов:

• выборка металла фрезой из ГБЦ в зоне камер;
• подрезка (шлифовка) плоскости головки;
• применение увеличенных или уменьшенных по толщине прокладок между головкой и блоком;
• наплавление металла в камеры сгорания с последующей корректировкой формы механообработкой.

Подобные процессы требуют больших знаний и опыта, иначе результат скорее всего будет противоположным.

Минусы увеличения степени сжатия

Проблема здесь практически одна – детонация. Рост температур, давлений и ударных нагрузок не добавит мощности, а разрушит детали двигателя.

Добиться улучшения процесса горения очень сложно, поскольку эта работа уже была проделана разработчиками на самом сложном научно-техническом уровне. Зато ухудшить получится практически любым изменением.

Выход из положения только один – повышение октанового числа бензина, что не получится делать до бесконечности, выбор ограничен.

Небольшое «поджатие» мотора вполне возможно, если он изначально не был рассчитан на самый продвинутый бензин, но одновременно придется изменять карты системы управления двигателем и решать массу других возникающих проблем.

Такая работа доступна очень ограниченному числу специалистов.

Изменение степени сжатия и степень сжатия турбо двигателя

После того как мы определились со степенью сжатия перед нами стоит вопрос как правильно добиться нужной нам степени сжатия. Для начала нужно рассчитать на сколько необходимо увеличить камеру сгорания. Это не сложно. Формула для вычисления степени сжатия имеет следующий вид:

Ɛ=(VP+VB)/VB

Где Ɛ— степень сжатия

VP — рабочий объём

VB — объём камеры сгорания

Преобразовав уравнение можно получить формулу для вычисления камеры сгорания при известной степени сжатия.

VB=VP1/Ɛ

Где VP1 — объём одного цилиндра

По этой формуле вычисляем объём имеющейся камеры сгорания и вычитаем из него объём желаемой (вычисленный по той же формуле), полученная разница и есть интересующее на значение на которое и нужно увеличить камеру сгорания.

Существуют разнообразнве способы увеличения камеры сгорания но далеко не все из них верные. Камера сгорания современного автомобиля спроектирована таким образом, что при достижении поршнем ВМТ топливо воздушная смесь вытесняется к центру камеры сгорания. Это пожалуй самая действенная разработка препятствующая детонации.

Самостоятельная доработка камеры в ГБЦ под силу далеко не многим. Это обусловлено тем, что вопервых вы можите нарушить спроектированную форму камеры, так же при доработке могут «вскрыться» стенки т.к. не известна их толщина. Так же не рекомендуется «расжимать мотор» толстыми прокладками т.к. Это нарушит процессы вытеснения в камере сгорания. Наиболее простым и правельным способом считается установка новых поршней в которых задан необходимый объём камеры. Для турбо-двигателя сферическая форма считается наиболее эффективной. Лучше использовать для этих целей специально разработанные и изготовленные поршни. Возможен вариант самостоятельной доработки стоковых поршней. Но сдесь нужно учесть что толщина дна поршня не должна быть меньше 6% от диаметра.

Одной из самых важных и пожалуй самой сложной задачей при проектировании турбодвигателя является принятие решения о степени сжатия. Этот параметр влияет на большое количество факторов в общей характеристике автомобиля. Мощность, экономичность, приёмистость, детонационная стойкость (параметр от которого сильно зависит эксплуатационная надёжность двигателя в целом), все эти факторы в значительной степени определяются степенью сжатия. Также это влияет на расход топлива и состав отработавших газов. В теории, степень сжатия для турбо-мотора рассчитать не составляет большого труда.

Сначала разберём понятие «Сжатие» или «Геометрическая степень сжатия». Оно представляет собой отношение полного объёма цилиндра (рабочий объём плюс пространство сжатия, остающееся над поршнем при положении в верхней мёртвой точки (ВМТ)), к чистому пространству сжатия. Формула имеет следующий вид: Ɛ=(VP+VB)/VB

Где Ɛ— степень сжатия

VP — рабочий объём

VB — объём камеры сгорания

Не нужно забывать о существенных расхождениях между геометрической и фактической степенью сжатия даже на атмосферных моторах. В турбодвигателях к этим же процессам добавляется и предварительно сжатая компрессором смесь. На сколько фактически от этого увеличиться степень сжатия, видно из следующей формулы:

Ɛeff=Egeom*k√(PL/PO)

Где Ɛeff — эффективное сжатие

Ɛgeom — геометрическая степень сжатия

Ɛ=(VP+VB)/VB, PL — Давление наддува (абсолютное значение),

PO — давление окружающей среды,

k — адиабатическая экспонента (числовое значение 1,4)

Эта упрощённая формула будет справедлива при условии, что температура в конце процесса сжатия для двигателей с наддувом и без наддува достигает одинакового значения. Иными словами, чем выше давление наддува, тем меньше возможное геометрическое сжатие. Итак, согласно нашей формуле для атмосферного двигателя со степенью сжатия 10:1 при давлении наддува 0.3 бара степень сжатия следует уменьшить до 8.3:1, при давлении 0.8 бара до 6.6:1. Но, слава богу, это теория. Все современные двигатели с турбонаддувом работают не с такими через мерно низкими значениями. Правильная степень сжатия для работы определяется сложными термодинамическими вычислениями и всесторонними испытаниями. Всё это из области высоких технологий и сложных расчётов, но много тюнинговых моторов собрано на основе некоторого опыта, как собственного, так и взятого за пример, от известных автомобильных производителей. Эти правила будут справедливы в большинстве случаев.

Есть несколько важных факторов влияющих на расчёт степени сжатия и их нужно принимать во внимание при проектировании. Я перечислю наиболее важные. Конечно, это желаемый наддув, октановое число топлива, форма камеры сгорания, эффективность промежуточного охладителя, и, безусловно те мероприятия которые вы в состоянии провести по снижению температурной напряжённости в камере сгорания. Углом опережения зажигания (УОЗ) так же можно частично компенсировать возросшие нагрузки. Но это темы для отдельной разговора, и мы безусловно затронем их позже в следующих статьях.

Калькулятор степени сжатия двигателя (CR)

Калькулятор степени сжатия двигателя (CR)

Для этого документа требуются браузеры с поддержкой JavaScript; убедитесь, что ваш способен и, возможно, только выключен.

Калькулятор степени сжатия (CR) | Good Calculators

Этот калькулятор степени сжатия можно использовать для определения степени сжатия вашего двигателя.

Как пользоваться этим калькулятором: Просто заполните все поля ниже требуемыми цифрами и нажмите «Рассчитать CR», чтобы найти степень сжатия вашего двигателя.

Определение степени сжатия

Степень сжатия двигателя является очень важным элементом характеристик двигателя. Степень сжатия представляет собой отношение между двумя элементами: объемом газа в цилиндре, когда поршень находится в самой высокой точке (верхняя мертвая точка такта, ВМТ), и объемом газа, когда поршень находится в самой нижней точке (нижняя мертвая точка). инсульт, BDC).

Существует два способа расчета степени сжатия двигателя. Во-первых, можно максимально точно произвести математический расчет, а во-вторых — более популярный метод — использовать пустой свечной патрон с вставленным манометром.

Здесь мы рассмотрим первый из этих способов. Этот метод подходит для тех, кто находится в процессе сборки двигателя и имеет подходящие инструменты, или для тех, чей двигатель уже разобран.

Результаты

Коэффициент сжатия :  к 1

Расчет

Чтобы найти коэффициент сжатия (CR), вы делите общий рабочий объем на общий сжатый объем.