Что такое степень сжатия двигателя

Одной из важных конструктивных характеристик поршневого двигателя внутреннего сгорания является степень сжатия. Этот параметр влияет на мощность мотора, на его КПД, а также расход горючего. Между тем мало кто имеет верное представление о том, что же подразумевается под степенью сжатия. Многие полагают, что это просто синоним компрессии. Хотя последняя связана со степенью сжатия, однако это совершенно разные вещи.

Что именуется степенью сжатия и в чем отличие от компрессии

Чтобы разобраться с терминологией, нужно представлять, как устроен цилиндр силового агрегата, и понимать принцип функционирования ДВС. Горючая смесь впрыскивается в цилиндры, затем ее сжимает поршень, движущийся от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней (ВМТ). Сжатая смесь в некоторый момент вблизи ВМТ воспламеняется и сгорает. Расширяющийся газ выполняет механическую работу, выталкивая поршень в обратную сторону — к НМТ. Соединенный с поршнем шатун воздействует на коленвал, заставляя его вращаться.

Пространство, ограниченное внутренними стенками цилиндра от НМТ до ВМТ, является рабочим объемом цилиндра. Математически формула рабочего объема одного цилиндра выглядит следующим образом:

Vₐ = πr²s

где r — радиус внутреннего сечения цилиндра;

s — расстояние от ВМТ до НМТ (длина рабочего хода поршня).

Когда поршень доходит до ВМТ, над ним остается еще некоторое пространство. Это и есть камера сгорания. Форма верхней части цилиндра бывает сложной и зависит от конкретной конструкции. Поэтому выразить объем Vₑ камеры сгорания какой-то одной формулой невозможно.

Очевидно, что общий объем цилиндра Vₒ равен сумме рабочего объема и объема камеры сгорания:

Vₒ = Vₐ+Vₑ

А степень сжатия — это отношение общего объема цилиндра к объему камеры сгорания:

ε = (Vₐ+Vₑ)/Vₑ

Эта величина безразмерная, и фактически она характеризует относительное изменение давления с момента впрыскивания смеси в цилиндр и до момента воспламенения.

Из формулы видно, что повысить степень сжатия возможно либо увеличением рабочего объема цилиндра, либо уменьшением объема камеры сгорания.

У различных моторов этот параметр может отличаться и определяться типом агрегата и особенностями его конструкции. Величина степени сжатия современных бензиновых ДВС находится в пределах от 8 до 12, в отдельных случаях может доходить до 13…14. У дизелей она несколько выше и достигает 14…18, это связано с особенностями процесса воспламенения дизельной смеси.

А что касается компрессии, то это максимальное давление, которое возникает в цилиндре по мере продвижения поршня от НМТ до ВМТ. Единицей измерения давления в международной системе СИ является паскаль (Па / Pa). Также широко используются такие единицы измерения, как бар (bar) и атмосфера (ат / at). Соотношение единиц таково:

1 ат = 0,98 бар;

1 бар = 100 000 Па

Кроме степени сжатия на компрессию влияют состав горючей смеси и техническое состояние мотора, особенно степень износа деталей цилиндро-поршневой группы.

Плюсы и минусы большой степени сжатия

С ростом степени сжатия повышается давление газов на поршень, а значит, в конечном счете растет мощность и повышается КПД двигателя. Более полноценное сгорание смеси приводит к улучшению экологических показателей и способствует более экономному расходованию горючего.

Однако возможности повышения степени сжатия ограничены риском возникновения детонации. В этом процессе воздушно-топливная смесь не сгорает, а взрывается. Полезная работа не совершается, зато поршни, цилиндры и детали кривошипно-шатунного механизма испытывают серьезные ударные воздействия, приводящие к их быстрому износу. Высокая температура при детонации способна вызвать прогорание клапанов и рабочей поверхности поршней. До определенного предела справиться с детонацией помогает бензин с более высоким октановым числом.

В дизельном моторе детонация тоже возможна, но там она вызывается неверной регулировкой впрыска, нагаром на внутренней поверхности цилиндров и другими причинами, не связанными с повышенной степенью сжатия.

Возможно ли повысить степень сжатия

Существует возможность форсировать имеющийся агрегат посредством увеличения рабочего объема цилиндров или степени сжатия. Но здесь важно не переусердствовать и тщательно всё просчитать, прежде чем сломя голову бросаться в бой. Ошибки могут привести к такой разбалансированности работы агрегата и детонациям, что не помогут ни высокооктановый бензин, ни регулировка угла опережения зажигания.

Едва ли есть смысл заниматься форсированием движка, изначально имеющего высокую степень сжатия. Затраты сил и денег будут достаточно велики, а прирост мощности скорее всего окажется незначительным.

Достичь желаемой цели можно двумя способами — расточкой цилиндров, что позволит сделать рабочий объем двигателя несколько больше, либо фрезеровкой нижней поверхности головки блока цилиндров (ГБЦ).

Расточка цилиндров

Наилучший момент для этого — проведение капитального ремонта двигателя, когда растачивать цилиндры придется в любом случае.

Прежде чем производить эту операцию, нужно подобрать поршни и кольца под новый размер. Вероятно, несложно будет найти детали под ремонтные размеры для данного двигателя, но это не даст ощутимого прироста рабочего объема и мощности движка, так как разница в размерах очень незначительна. Лучше поискать поршни и кольца большего диаметра для других агрегатов.

Не стоит пытаться растачивать цилиндры самостоятельно, поскольку для этого требуется не только умение, но и специальное оборудование.

Доработка ГБЦ

Фрезеровка нижней поверхности ГБЦ позволит уменьшить длину цилиндра. Короче станет именно камера сгорания, частично или полностью находящаяся в головке, а значит, возрастет степень сжатия.

Для прикидочных расчетов можно принять, что снятие слоя в четверть миллиметра повысит степень сжатия примерно на одну десятую. Тот же эффект даст установка более тонкой прокладки ГБЦ. Можно также совместить одно с другим.

Не забудьте, что доработка головки требует точного расчета. Это позволит избежать чрезмерной степени сжатия и неконтролируемой детонации.

Форсирование двигателя таким методом таит еще одну потенциальную проблему — укорочение цилиндра повышает риск того, что поршни будут встречаться с клапанами.

Кроме всего прочего, придется еще и заново регулировать фазы газораспределения.

Измерение объема камеры сгорания

Для вычисления степени сжатия нужно знать объем камеры сгорания. Сложная внутренняя форма не дает практической возможности математически рассчитать ее объем. Зато есть довольно простой способ его измерить. Для этого поршень нужно установить в верхнюю мертвую точку и с помощью шприца объемом примерно 20 см³ вливать масло или другую подходящую жидкость через отверстие для свечи зажигания до полного заполнения. Посчитайте, сколько кубиков вы влили. Это и будет объем камеры сгорания.

Рабочий объем одного цилиндра определяется путем деления объема двигателя на количество цилиндров. Зная обе величины, можно посчитать степень сжатия с помощью приведенной выше формулы.

Дефорсирование

Такая операция может понадобиться, например, для перехода на более дешевый бензин. Или необходимо сделать откат в случае неудачного форсирования движка. Тогда для возвращения на исходные позиции потребуется утолщенная прокладка ГБЦ или новая головка. Как вариант — использовать две обычные прокладки, между которыми можно поместить алюминиевую вставку. В итоге камера сгорания увеличится, а степень сжатия снизится.

Другой способ заключается в снятии слоя металла с рабочей поверхности поршней. Но такой метод будет проблематичным, если рабочая поверхность (днище) имеет выпуклую или вогнутую форму. Сложная форма днища поршня часто делается для оптимизации процесса сгорания смеси.

На старых карбюраторных моторах дефорсирование не вызывает проблем. Но электронное управление современных инжекторных двигателей после такой процедуры может ошибаться в регулировке угла опережения зажигания, и тогда при использовании низкооктанового бензина возможно возникновение детонации.

Сколько лошадей дает увеличение степени сжатия

СТЕПЕНЬ СЖАТИЯ

Объем 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
2 Объем, образуемый толщиной прокладки головки 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
Промежуточные результаты суммируются, например поднятие степени сжатия с 8 до 14 даст прибавку 8.7 %

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

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.

Что такое степень сжатия? — Автомобильный журнал «Турбо»

Скажете ли вы на память, какая степень сжатия у двигателя вашего авто? Допустим, 9,8; не слишком ли много? А может, наоборот, – мало?

Непростой вопрос, ведь конструкторы моторов с искровым зажиганием [Мы обычно говорим бензиновый, хотя знаем, что автомобильные двигатели прекрасно работают и на газе. А также на спирте – метиловом или этиловом… Так что лучше выражаться: с искровым зажиганием. Или Отто (по имени создателя такой конструкции Николауса Отто) – в отличие от Дизеля. Хоть и странновато звучит, но точнее.] всячески стремятся повысить степень сжатия. А создатели двигателей с воспламенением от сжатия наоборот – стараются ее понизить…

Своеобразная характеристика д.в.с., вокруг которой бытует немало недоразумений. Причем одна из ключевых – от степени сжатия зависит многое. Хотя, на первый взгляд, нет ничего проще: отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Или иначе: частное от деления объема надпоршневого пространства в н.м.т. на него же – в.м.т. То есть, геометрическая степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается топливовоздушная смесь (воздух в цилиндрах дизеля) при движении поршня от н.м.т. к в.м.т. Геометрическая; а в жизни, естественно, получается не всегда так, как в геометрии…

Объемы 4-тактного поршневого двигателя: Vk – объем камеры сгорания; Vp – рабочий объем цилиндра; Vo – полный объем цилиндра; ВМТ – верхняя мертвая точка; НМТ – нижняя мертвая точка.

Вперед и выше

На заре автомобилизма степень сжатия двигателей Отто (а собственно, других 100 лет назад и не знали) делали невысокой – 4-5. Чтобы при работе на низкооктановом бензине (гнали как умели) не возникала детонация [Кто не слышал детонационные звуки в цилиндрах? Как говорится, «пальцы стучат». При слишком высокой (по качеству горючего) степени сжатия, горение топливовоздушной смеси после ее воспламенения от искры нарушается. Оно приобретает взрывной характер, в камере сгорания возникают ударные волны, от которых мотору не поздоровится.]. Скажем, при рабочем объеме цилиндра в 400 «кубиков» объем камеры сгорания – 100 миллилитров. То есть, геометрическая степень сжатия у нашего двигателя

e = (400+100)/100 = 5.

Если же объем камеры сгорания уменьшить – при прочих равных – до 40 см³ (технически несложно), то степень сжатия повысится до

e = (400+40)/40 = 11.

Замечательно – и что? А то, что термический к.п.д. двигателя увеличится почти в 1,3 раза. И если 6-цилиндровый 2,4-литровый мотор развивает со степенью сжатия 5 мощность в 100 л.с., то со степенью сжатия 11 она повысится до без малого 130. Причем при неизменном расходе горючего! Иными словами, расход топлива в расчете на 1 л.с. в час сокращается на 22,7%.

Короткоходный 3,8-литровый двигатель Porsche 911 со степенью сжатия 11,8! Объем камеры сгорания настолько мал (59 см³), что трудно устроить углубления в днище поршня под головки клапанов

Поразительный результат – самыми простыми средствами. Не слишком ли хорошо, чтобы быть правдой? Никакой мистики: чем выше степень сжатия, тем ниже температура отработанных газов, идущих на выхлоп. При e = 11 мы попросту заметно меньше обогреваем атмосферу, чем при степени 5; вот и все.

Азы теплотехники

Автомобильные двигатели – разновидность тепловых машин, которые подчиняются законам термодинамики. Еще в 1-й половине XIX в. замечательный французский физик и инженер Сади Карно заложил основы теории тепловых машин – в том числе и д.в.с. Так вот, по Карно, к.п.д. двигателя внутреннего сгорания тем выше, чем больше разница между температурой газов (рабочего тела) к концу горения топливовоздушной смеси – и их температурой на выпуске. А разница температур зависит от e – вернее, от степени расширения рабочих газов в цилиндрах.

Sadi Carnot (1796-1832)

Да, тут есть нюанс: по Карно, для термического к.п.д. важна не степень сжатия, а именно степень расширения. Чем сильнее расширяются горячие газы на рабочем ходу, тем ниже падает их температура – естественно. Просто в обычных конструкциях д.в.с. степень расширения геометрически совпадает со степенью сжатия; вот мы и привыкли говорить. Тем более что детонация зависит как раз от e – то есть от компрессии. Чем сильнее сжимается топливовоздушная смесь в цилиндрах двигателя Отто [Именно Отто, дизели детонации не знают. Почему – отдельный разговор.], чем выше давление и температура к моменту искрообразования, тем вероятнее возникновение ударных волн в камере сгорания.

Взрывное горение, детонация. Она-то и ограничивает степень сжатия, но степень расширения рабочих газов здесь ни при чем. Вот если каким-то образом отделить одну степень от другой – чтобы при умеренной компрессии добиться сильного расширения рабочих газов…

Пятитактный цикл

Pourquoi бы и не pas; ведь уже полвека с лишним известен так называемый 5-тактный цикл Atkinson’а/Miller’а. Он как раз и разводит степень сжатия и степень расширения по разные стороны.

Представьте, что у вашего 1,5-литрового 16-клапанника ВАЗ-2112 впуск заканчивается не на 36° после н.м.т. (по углу поворота коленчатого вала), а очень поздно – на 81°. То есть, при 3 тыс. оборотов поршень на своем ходе к в.м.т. вытесняет часть топливовоздушной смеси через открытые клапаны обратно во впускной коллектор (не беспокойтесь, она там не пропадет). Иными словами, такт сжатия начинается только где-то на 75° после н.м.т., а до того имеет место своеобразный такт обратного вытеснения смеси.

Тактов теперь не 4, а 5: впуск, обратное вытеснение, сжатие, рабочий ход, выпуск. На первый взгляд, идиотская схема: зачем гонять смесь туда-обратно? На первый взгляд и Солнце обращается вокруг Земли… Следите за моими руками: допустим, обратно вытесняется 20% топливовоздушной смеси, уже попавшей в цилиндр, и сжимается только 80%. И пусть геометрическая e равна 13 – исключительно высокая для Отто. Однако реальная степень сжатия, компрессия гораздо ниже: при 20-процентном обратном вытеснении смеси она равна 10,6. Что и требовалось доказать.

У конструкции с реальной степенью сжатия 10,6 (вполне допустимо для товарного бензина) степень расширения рабочих газов – 13. Термический к.п.д. двигателя по факту в 1,0518 раза выше, чем по его реальной степени сжатия; не так много, но моторостроители годами бьются ради 5-процентной экономии горючего. Двигатели пассажирских автомобилей уже вовсю работают по 5-тактному циклу. Возьмите 1,5-литровую тойотовскую «четверку» 1NZ-FXE (для Prius) или фордовскую 2,26-литровую (для Escape hybrid). Вроде блестящее решение, однако у медали есть и оборотная сторона.

Тойотовская «четверка» 1NZ-FXE: тоже 5-тактный цикл. На глаз заметно, насколько профиль впускного кулачка шире выпускного: крайне позднее закрытие впускных клапанов

Геометрическая e (степень расширения рабочих газов) у 1NZ-FXE – 13, реальная степень сжатия – около 10,5. Печаль в том, что из-за обратного вытеснения смеси 1,5-литровый мотор по крутящему моменту и мощности опускается примерно до 1,2-литрового; выигрываем в термическом к.п.д. – ценой потери реального литража. Так что с одной стороны – с другой стороны.

Мало того, двигатель с поздним закрытием впускных клапанов совсем не тянет «на низах». Поэтому 5-тактный цикл годится в «гибридных» силовых агрегатах, где тяговый электромотор как раз и принимает на себя нагрузку при самых низких оборотах. А потом подхватывает д.в.с.; так или иначе, 5-тактный цикл позволяет повысить степень расширения рабочих газов и термический к.п.д. двигателя.

У двигателя Honda, работающего по 5-тактному циклу, часть топливовоздушной смеси вытесняется поршнем обратно во впускные каналы 1 – впуск; 2 – обратный выброс топливовоздушной смеси; 3 – пятый такт: сжатие.

А вот наддув – наоборот – вынуждает понижать степень сжатия. При подаче топливовоздушной смеси под избыточным давлением, реальная компрессия в цилиндрах оказывается слишком высокой – даже при умеренной геометрической e. Приходится отступать; отсюда снижение термического к.п.д. и повышенный расход бензина у двигателей с наддувом, если не применять спецгорючее.

На спирту

Чем больше октановое число бензина, тем выше допустимая (по условиям детонации) степень сжатия, тем эффективнее работает мотор. Так ведь не бензином единым… Исключительно высокую e допускает в роли горючего газ – нефтяной или природный. Без наддува 13-14 не вопрос, с компрессором – 10-11. Водород тоже отличается стойкостью против детонации. И еще спирт – метиловый или этиловый: потрясающие антидетонационные качества. Вдобавок у спирта высокая теплота испарения; испаряясь, он сильно охлаждает топливовоздушную смесь (а заодно и поверхность камеры сгорания). Холодная смесь плотнее, и в цилиндр ее – по весу – входит заметно больше; реальный коэффициент наполнения оказывается выше. Крутящий момент, мощность. Так и говорят: «компрессорный» эффект спиртового горючего.

Мощность, термический к.п.д. – все удовольствия сразу. Кроме того, этиловый (питьевой!) спирт еще и экологичен; что еще пожелать? Правда, расход спиртового топлива в литрах оказывается гораздо выше, чем бензина, поскольку теплотворная способность метанола и этанола невысока. Как водка и «сушняк»; равнять литр на литр тут бессмысленно. А вот в энергетическом эквиваленте спирт заметно эффективнее бензина – благодаря высокой степени сжатия (расширения). Так что в перспективе – спиртовое топливо, чистое или в смеси с бензином. Скажем, E85: на 85% этанол и на 15% бензин. И лет через 25 нефть потеряет свое значение в мире…

Истина в мере

В перспективе, а пока повысить степень сжатия ВАЗовского 16-клапанника с 10,5 до 11,5 – на 92-м бензине от местной АЗС – ой как непросто. Скажем, применить впрыск бензина непосредственно в камеры сгорания – вместо впускных каналов. Испарение бензина не на впуске, а в цилиндрах – тот же самый «компрессорный» эффект. Или организовать 2-искровое зажигание – с 2 свечами на цилиндр; кое-что дает. А также поставить выпускные клапаны с внутренним (натриевым) охлаждением; раскаленные тарелки провоцируют детонацию. Очистить поверхность камеры сгорания от нагара – и отполировать ее.

Влияет конфигурация камеры сгорания – и скорость вихревого движения топливовоздушной смеси. Есть много способов борьбы с детонацией – хороших и разных.

А до какого уровня есть смысл поднимать e двигателя Отто? Тут вот что: термический к.п.д. нарастает с повышением степени сжатия (расширения!), но не линейно. То есть, рост к.п.д. замедляется: если от 5 до 10 он повышается в 1,265 раза, то от 10 до 20 – только в 1,157 раза. Зато быстро накапливаются побочные заморочки, которых лучше избегать. Поэтому степень сжатия 13-14 – разумный компромисс, к которому и следует стремиться. Только оставьте окончательное решение за инженерами-конструкторами; они знают лучше.

Как увеличить степень сжатия двигателя?

Степень сжатия и ее вариативность — понятие, актуальное исключительно для поршневых двигателей, которые имеют камеру сгорания. Оно представляет собой отношение двух объемов надпоршневого пространства: в нижней и верхней точке движения. Собственно говоря, это разница в показателях давления, образующегося внутри камеры во время подачи и воспламенения топливной смеси.

Степень сжатия и ее вариативность — понятие, актуальное исключительно для поршневых двигателей, которые имеют камеру сгорания. Оно представляет собой отношение двух объемов надпоршневого пространства: в нижней и верхней точке движения. Собственно говоря, это разница в показателях давления, образующегося внутри камеры во время подачи и воспламенения топливной смеси. Параметр этот можно варьировать как в сторону уменьшения, так и увеличения. Давайте разберемся, как увеличить степень сжатия двигателя?

Содержание

1. Изменение степени сжатия

2. Воспламенение и детонация

3. Альтернативный вариант

4. Изменение степени сжатия

Изменение степени сжатия

Доказано, что высокая степень сжатия делает работу двигателя более эффективной. Как правило, для того, чтобы увеличить этот показатель, уменьшают первоначальные объемы камеры сгорания, хотя такие манипуляции нередко заставляют балансировать между эффективной и безопасной эксплуатацией.

Чем опасно увеличение степени сжатия? Прежде всего, ощутимым понижением существующего детонационного порога, то есть предельно увеличив степень сжатия есть риск спровоцировать детонацию. Именно поэтому модернизация старых двигателей порой бывает менее эффективна и более затратна, чем установка современных, которые уже имеют высокую степень сжатия. Именно поэтому аренда Ford Transit является оптимальным вариантом для тех, кто хочет получить в распоряжение современное авто. Кстати, практически во всех современных моделях применяется высокооктановый бензин от 95 и выше.

Еще один вариант повысить степень сжатия — это фрезеровка ГБЦ, то есть головки блока цилиндров. Процесс этот называется форсированием и заключается в укорачивании ГБЦ и, как следствие, уменьшении объема камеры. Одновременно автоматически становится меньше и объем горючего, которое сгорает в цилиндре.

Воспламенение и детонация

Функционирование двигателя такого типа построено на равномерном горении топливной смеси. Это обеспечивает не только более эффективный расход топлива, но и равномерный износ всех деталей, исключая их перегрев. Равномерность рассчитывается на всем промежутке движения поршня вниз, но проблема в том, что скорость этого движения ниже скорости горения, а значит, увеличив давление, можно спровоцировать самопроизвольное возгорание смеси. Такой вариант значительно снижает эффективность использования энергии сгорающего топлива. Более того, излишки энергии приводят к детонации, что может очень плачевно сказаться на работе всего двигателя. Избежать печальных последствий можно с помощью использования высокооктанового горючего.

Альтернативный вариант

Есть способ избежать уменьшения объема камеры сгорания при гарантированном увеличении степени сжатия, установив турбонагнетатель. Он увеличивает давление, нагнетая больший объем воздуха в камеру. Это позволяет изменять степень сжатия в зависимости от нагрузки на работающий двигатель. Контролирует процесс высокоточная электроника, исключающая возможность детонации

 

 

 

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.

в чем разница, определения терминов

Современный автомобилист, если он хочет разбираться в своей машине, должен знать массу терминов и определений. При отсутствии технического образования, либо при недостаточных знаниях в теме автомобилестроения и физике в целом, водитель может путать такие определения, как степень сжатия и компрессия. Эти понятия, в целом, довольно близки друг к другу, но не тождественны, как думают многие водители. В рамках данной статьи рассмотрим, в чем разница между степенью сжатия и компрессией двигателя. Разобравшись в этих понятиях, станет гораздо проще анализировать работу мотора.

---

Оглавление: 
1. В чем разница между степенью сжатия и компрессией
2. Что такое степень сжатия двигателя
3. Что такое компрессия двигателя

---

В чем разница между степенью сжатия и компрессией

Перед тем как подробно разбираться с каждым из определений, сформулируем кратко, что такое компрессия и степень сжатия:

• Под компрессией понимается давление, которое образуется в цилиндре при максимальном сжатии. Данный параметр можно замерить.
• Под степенью сжатия понимается число, которое определяет соотношение объема до начала сжатия и после него.

Если ознакомиться с технической литературой, можно заметить, что в ней чаще всего фигурирует термин “Степень сжатия”. Также данный показатель указывается в книге по технической эксплуатации автомобиля, например, в разделе про подбор топлива. Что касается компрессии, ее обычно используют в работе автомеханики. Диагностические приборы позволяют определить компрессию, на основе которой специалист имеет возможность сделать выводы о качестве работы мотора.

Что такое степень сжатия двигателя

Есть распространенное заблуждение, что степень сжатия — едва ли не самый главный параметр любого автомобильного двигателя. На самом деле, это не совсем так. Степень сжатия двигателя влияет на топливо, которое лучше использовать для мотора. Также от степени сжатия зависят параметры воспламенения. Если на автомобиле используется искровое зажигание (бензиновый двигатель), степень сжатия специалисты стремятся повысить, а если сгорание в цилиндрах происходит от сжатия (дизельный двигатель), то, наоборот, снизить.

Рассмотрим пример. Допустим, у нас бензиновый двигатель с объемом в 2,4 литра. Если в таком моторе степень сжатия равна 6 единицам, то мощность такого двигателя составит около 100 лошадиных сил. При этом, если оставить тот же мотор, но повысить степень сжатия в дважды — до 12 единиц, то мощность составит около 135-140 лошадиных сил. При этом в обоих рассмотренных случаях расход бензина будет одинаковый. Если сжатие выше, то ниже температура выхлопных газов, соответственно, больше высвободившейся энергии может быть преобразовано в механическую работу.

Если углубиться в физику процесса, можно вспомнить, что чем выше уровень расширения газов после произошедшего воспламенения, тем ниже температура этих газов. Соответственно, больше механической энергии в результате взрыва высвобождается. Поскольку в автомобильных двигателях степень сжатия и степень расширения газов в процессе взрыва практически идентичны (поскольку взрыв происходит в замкнутом цилиндре), отсюда следует, что с повышением степени сжатия удается повысить эффективность работы двигателя.

Само собой, повышать степень сжатия можно не до бесконечности — есть определенная граница. В зависимости от того, насколько высока температура и давление смеси в момент создания искры, определяется риск возникновения детонации. Если не просчитывать данный фактор, могут создаться серьезные проблемы в работе двигателя.

Обратите внимание: Чтобы нивелировать проблему с возникновением детонации в ходе повышения температуры, производители автомобилей ввели в двигателях пятый цикл. Смысл его в том, что закрытие впускных клапанов происходит позже, чем ранее. Соответственно, это позволяет лучше использовать топливо в цилиндрах, что снижает степень сжатия, но увеличивает уровень расширения. Такая схема используется на современных автомобильных моторах.

Если ознакомиться с технической информацией по автомобилю, можно заметить, что степень сжатия фигурирует в документации в качестве одного из параметров. Данная степень сжатия является постоянной для двигателя, и изменить заложенные производителем значения практически невозможно.

Степень сжатия можно измерить самостоятельно. Чтобы это сделать, необходимо поделить общий объём двигателя на число цилиндров. В результате данных вычислений удастся узнать полный объем одного цилиндра. Далее потребуется один из поршней мотора перевести в верхнюю мертвую точку и залить в данный цилиндр масло, отмерив его объем. Полученный объем — это объем камеры сгорания. Далее остается разделить общий объём цилиндра на объем камеры сгорания и узнать степень сжатия двигателя.

Что такое компрессия двигателя

В отличие от степени сжатия, параметр компрессии часто можно слышать в сервисных центрах, например, при прохождении диагностики. Мастера по техническому обслуживанию после считывания ошибок или проведения других работ могут сообщить, что у автомобиля повышенная или пониженная (что чаще) компрессия.

Если компрессия снижается в двигателе, это является сигналом о том, что имеются определенные проблемы с мотором.

Замерить компрессию двигателя можно и самостоятельно. Чтобы это сделать, потребуется компрессометр. Данный прибор можно приобрести практически в любом автомобильном магазине. Его нужно поместить в цилиндр, после чего прокрутить мотор стартером. Далее можно узнать по полученным результатам информацию о компрессии.

Обратите внимание: Если на автомобиле бензиновый двигатель, нормальный уровень компрессии для него находится на уровне в 10-14 атмосфер. Для дизельного двигателя данный показатель равен 24-35 атмосферам.

Если после замера компрессии вы обнаружили, что она значительно меньше, чем рекомендуется конкретно для вашего мотора, необходимо провести диагностику. Лучший способ диагностики — разобрать полностью мотор и посмотреть комплектующие. Но, поскольку это достаточно сложная процедура, требующая определенных знаний, лучше провести тестирование следующим образом:

1. Залейте в цилиндр двигателя около 15-20 грамм моторного масла;
2. Далее повторно проведите замер компрессии двигателя;
3. Если в результате измерения вы заметили, что компрессия увеличилась, это говорит о том, что клапаны не закрываются до конца, либо имеет место быть прогорание клапана. В случае, если после залития масла показатель компрессии остался на прежнем уровне, следует обратить внимание на возможность залегания поршневых колец. Но также следует брать во внимание, что в таком случае есть вероятность проблем с зеркалом цилиндра или с самим поршнем.

Снижение уровня компрессии — достаточно серьезная проблема, которую можно определить на раннем этапе. Симптомами, которые указывают на подобную проблему, является повышение расхода уровня топлива и снижение мощности двигателя.

Загрузка…

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 фотографий

Возможно, 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 это причина того, что многие последние модели силовых агрегатов с высокой степенью сжатия, 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 фотографий

Представьте 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 силу расширения газ может оказывать 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 фотографий

Степень статического 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 в точке НМТ, но только 75 куб. Поскольку для выработки энергии действительно имеет значение количество воздуха и топлива, заключенных в камере сгорания, из двух наших гипотетических двигателей объемом 100 куб. 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. точка сжатия.

При обсуждении степеней сжатия, которые обычно встречаются 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 вашего 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 стандартными 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 тем, что он ограничивается все меньшим пространством, 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 помпой, мы обнаружили, что хорошо подобранная комбинация (головки, кулачок, впуск и т. Д.) Может раздвинуть границы приемлемого сжатия с закачивать газовую скважину в диапазон 11: 1 плюс с небольшими уступками в производительности или удобстве движения. Как никогда раньше, сейчас самое время увеличить степень сжатия!

Особая благодарность Дэвиду Визарду и Джону Макбрайду

Посмотреть все 7 фотографий

Степень сжатия двигателя

Степень сжатия двигателя — это мера того, насколько сильно он сжимает топливно-воздушную смесь перед сгоранием.

Степень сжатия = объем цилиндра, деленный на объем камеры

Объем цилиндра можно определить путем измерения диаметра цилиндра и хода двигателя, а затем выполнения сопоставления для расчета объема цилиндра. Его можно измерять в кубических дюймах или кубических сантиметрах.

Объем цилиндра = 3,14 x ((диаметр отверстия / 2) x (диаметр отверстия / 2)) x ход
Измерение объема камеры сгорания путем заполнения ее жидкостью.

Объем камеры сгорания трудно измерить напрямую из-за сложной формы большинства камер сгорания. Таким образом, объем камеры необходимо измерить, заполнив камеру жидкостью (водой или легким маслом) и измерив количество кубических сантиметров жидкости, необходимое для заполнения камеры. Пластиковая пластина закрывает камеру, а жидкость заливается через небольшое вентиляционное отверстие. ПРИМЕЧАНИЕ. Клапаны и свеча зажигания должны быть установлены таким образом, чтобы удерживать жидкость.

1 кубический сантиметр = 0.0610237 Кубические дюймы

Просто помните, что при вычислении степени сжатия вы должны использовать одни и те же единицы измерения (кубические дюймы или кубические сантиметры для обоих чисел).

Сжатие происходит, когда поршень перемещается вверх во время такта сжатия.

Как сжатие влияет на смесь воздуха и топлива

Когда поршень перемещается вверх по цилиндру во время такта сжатия, он сжимает и нагревает смесь воздуха и топлива в цилиндре. Это помогает распылить крошечные капельки топлива, чтобы оно лучше смешивалось с воздухом, и повышает температуру топливно-воздушной смеси, поэтому она легче воспламеняется.

Причина увеличения степени сжатия заключается в том, что это увеличивает тепловой КПД и мощность двигателя внутреннего сгорания. Чем выше степень сжатия, тем больше тепловой энергии сохраняется в камере сгорания и тем больше мощности вырабатывает двигатель.

Большинство последних моделей бензиновых двигателей легковых автомобилей и легких грузовиков имеют степень сжатия от 9: 1 до 11: 1. Некоторые двигатели с прямым впрыском бензина имеют более высокую степень сжатия до 14: 1.

Дизельные двигатели обычно имеют степень сжатия, которая даже выше, чем у бензиновых двигателей, в диапазоне от 15: 1 до 23: 1.

ПРИМЕЧАНИЕ: Изношенные поршневые кольца, негерметичные впускные или выпускные клапаны или протекающая прокладка головки блока цилиндров снизят компрессию, мощность и эффективность двигателя. Это также может снизить фактическую степень статического сжатия, позволяя части воздушно-топливной смеси вытекать из цилиндра и камеры сгорания, прежде чем она сможет полностью сжаться.

Двигатель Infiniti VC_Turbo изменяет степень сжатия, изменяя относительное положение промежуточного вала, который управляет соединением шатуна.Увеличение или уменьшение относительного положения рычажного механизма изменяет ход двигателя, что, в свою очередь, изменяет степень сжатия.

Некоторые двигатели даже имеют переменную степень сжатия, например, двигатель Infiniti 2.0L VC_Turbo. Двигатель имеет промежуточный вал, который изменяет тягово-сцепное устройство для изменения степени сжатия. Для максимальной экономии топлива используется более высокая степень сжатия. Затем степень сжатия уменьшается, когда турбонагнетатель обеспечивает наддув для оптимизации мощности.

Степень сжатия и детонация

Хотя увеличение степени сжатия увеличивает тепловой КПД и мощность, оно также увеличивает давление и температуру топливовоздушной смеси внутри камеры сгорания. Если степень сжатия слишком высока для октанового числа топлива в бензиновом двигателе, в двигателе может возникнуть детонация (детонация искры). Детонация наиболее вероятна, когда двигатель сильно тянет под нагрузкой.

Детонация — это беспорядочная форма горения с несколькими фронтами пламени вместо одного расширяющегося фронта пламени.Это вызывает резкое повышение давления в цилиндре, которое вызывает удары по поршням и вызывает дребезжание или стук в двигателе. Детонация — это плохо, потому что она может сломать поршневые кольца, повредить поршни и / или подшипники штока.

Двигатели с высокой степенью сжатия обычно требуют топлива с более высоким октановым числом, чтобы снизить риск детонации.

Двигатели с турбонаддувом и наддувом также требуют топлива с более высоким октановым числом, поскольку давление наддува от этих устройств нагнетает больше воздуха в цилиндры двигателя, увеличивая его эффективную степень сжатия .Статическая или механическая степень сжатия не меняются, но давление наддува увеличивает объем топливовоздушной смеси в цилиндрах. По этой причине некоторые двигатели с турбонаддувом и наддувом фактически имеют несколько более низкую степень статического сжатия, чем аналогичный двигатель без наддува, чтобы снизить риск детонации.

Большинство двигателей последних моделей также имеют датчик детонации для обнаружения вибрации, вызванной детонацией.

Если датчик детонации обнаруживает детонацию, компьютер двигателя на мгновение замедляет угол опережения зажигания, чтобы уменьшить или устранить детонацию.Компьютер двигателя может также обогатить топливную смесь, чтобы помочь охладить ее и уменьшить детонацию, а если двигатель имеет турбонаддув, он может открыть перепускной клапан турбонаддува, чтобы снизить давление наддува, пока детонация не исчезнет.

Изменение степени сжатия

Для увеличения (или уменьшения) степени сжатия можно изменить множество вещей:

Увеличение диаметра отверстия и установка поршней увеличенного размера приведет к увеличению степени сжатия.

Уменьшение объема камер сгорания за счет использования небольших головок камеры или фрезерования поверхности головки (ей) увеличивает степень сжатия.

Установка более тонкой прокладки головки увеличивает степень сжатия.

Установка более толстой прокладки головки снижает степень сжатия.

Замена поршней с плоским верхом или тарельчатых поршней на поршни с куполообразной формой приводит к увеличению степени сжатия.

Замена смещенных поршней на поршни с плоским верхом увеличит степень сжатия.

Замена куполообразных поршней на поршни с плоским верхом или выпуклые поршни приведет к уменьшению степени сжатия.

Замена поршней с плоским верхом на поршни с тиснением снижает степень сжатия.

Увеличение степени сжатия полезно, если вы создаете двигатель с высокими характеристиками и хотите максимизировать мощность двигателя. Более высокая степень сжатия также позволяет двигателю использовать топливо с более высоким октановым числом, такое как гоночный газ, а также метанол и этанол.

Если вы строите двигатель с турбонаддувом или прикручиваете нагнетатель и хотите использовать насосный газ, а не бензин для гонок с более высоким октановым числом, обычно рекомендуется ограничить степень статического сжатия до 8: 1 или 9: 1, чтобы снизить риск повреждения двигателя. -повреждающая детонация.

При замене поршней должен быть достаточный зазор между верхней частью и куполом поршня с высокой степенью сжатия, камерой сгорания и клапанами. Клиренс будет варьироваться в зависимости от степени сжатия и от того, насколько «плотный» двигатель построен. Несколько тысячных обычно необходимы для предотвращения проблем с натягом на высоких оборотах двигателя и для компенсации роста поршня и удлинения штока при горячем двигателе.

Зазор поршня можно проверить, нанеся небольшое количество пластилина на поршень, установив прокладку головки и головку, а затем повернув кривошип, пока поршень не достигнет верхней мертвой точки.Поршень раздавит глину и покажет, какой зазор остается между поршнем, клапанами и камерой.

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, чтобы просмотреть или загрузить эту статью в виде PDF-файла.

---

---

Статьи по теме:

Испытания на сжатие двигателя

Испытания на герметичность двигателя

Измерение прорывов

Искровые детонации (и датчики детонации

)

Объем двигателя

Наддув

Турбонаддув

Щелкните здесь, чтобы увидеть больше технических статей Carley Automotive

Как рассчитать степень сжатия и рабочий объем двигателя

При создании двигателя с нуля расчет степени сжатия (CR) является необходимым шаг по любому количеству причин, начиная от соблюдения правил гонок и заканчивая началом настройки.

По определению, степень сжатия — это общий рабочий объем цилиндра с поршнем в нижней мертвой точке (НМТ), деленный на общий сжатый объем с поршнем в верхней мертвой точке (ВМТ). Вскоре мы обсудим процедуры и формулы для определения рабочего объема и объема сжатия; но сначала давайте рассмотрим последствия незнания CR двигателя. На степень сжатия существенно влияет объем зазора деки, расстояние между головкой поршня в ВМТ и высотой поверхности деки.Сначала установите поршень в ВМТ, затем обнулите циферблатный индикатор на поверхности деки блока цилиндров. Переместите индикатор в плоскость деки поршня, чтобы узнать, насколько далеко поршень находится ниже или выше деки блока. В этом примере это 0,005 дюйма. напишите номер на поршне в качестве проверки для облегчения сравнения.

«Слишком слабое сжатие обычно приводит к неудовлетворенным ожиданиям производительности. На стороне высокого давления [слишком сильное сжатие] возникает больший риск при настройке и потенциальный отказ компонентов, если не используется должным образом лучшее топливо », — говорит Алан Стивенсон из JE Pistons.«В приложениях с принудительной индукцией (FI) ошибиться на низкой стороне намного безопаснее, чем испытать удачу на высокой стороне. Окно настройки расширяется и обеспечивает большую безопасность в случае возникновения проблем с давлением или подачей топлива, или даже в случае плохой партии газа. А если мощности недостаточно, еще один-два фунта наддува легко восполнит разницу ».

На объем зазора деки влияют высота деки блока, ход коленчатого вала, длина штока и высота сжатия поршней.Обратите внимание на то, как отверстие под палец находится дальше от головки поршня слева. Поршень с меньшей высотой сжатия справа позволяет использовать более длинные штоки, больший ход или меньшую высоту деки. Производитель поршня предоставит вам высоту сжатия для ваших расчетов.

Ряд санкционирующих органов ограничивают степень сжатия двигателя в зависимости от класса или области применения. Если CR рассчитывается неправильно, гонщик может быть оштрафован за обман, если судьи обнаружат, что он слишком высок.С другой стороны, если CR ниже допустимого максимума, гонщик теряет мощность. Даже если нет правил для CR, гонщик может быть ограничен определенным видом топлива. Знание CR обеспечит прочную основу для стратегии настройки.

Для измерения объема камеры сгорания необходимы бюретка и специальные приспособления. Как и при измерении объема купола поршня, ключом является герметизация камеры прозрачной пластиной и измерение количества жидкости, необходимой для заполнения камеры.

Для тех, кто не занимается гонками, неплохо знать и понимать данные, необходимые для расчета CR, особенно при создании двигателя с нуля. Например, при заказе поршней техническим представителям компании необходимо знать ряд факторов, чтобы обеспечить желаемую или, по крайней мере, безопасную степень сжатия. Если у вас есть использованный блок и вы не знаете высоту платформы, или вы приобрели набор головок и не знаете объем камеры сгорания, то вероятность возникновения проблем, упомянутых Стивенсоном, вполне вероятна.

Чтобы рассчитать объем купола: сначала поместите поршень на измеренное расстояние в цилиндр, убедившись, что купол находится ниже деки. В этом примере поршень находится в отверстии 0,150 дюйма. Рассчитайте выставленный объем цилиндра. Объем = (π) x (квадрат радиуса отверстия) x (открытая высота цилиндра). В этом примере диаметр отверстия (4,600 дюйма) и выступающего цилиндра 1,5 дюйма равен 40,9 куб. Используя бюретку и прозрачную пластину-настил, заполните цилиндр жидкостью и отметьте, сколько было необходимо.Здесь было около 35,8 куб. Вычтите количество использованной жидкости из рассчитанного объема цилиндра. Разница в объеме купола.

Делаем математику

В старые времена вычисление CR означало использование логарифмической линейки (очень давно) или работу с набором формул на портативном калькуляторе. Сегодня поиск онлайн-калькуляторов, которые быстро выдадут результаты, находится на расстоянии одного клика от Google. Но, как гласит старая пословица, компьютер хорош настолько, насколько хорош качество информации, которую он получает.

Измерения, необходимые для определения CR:

• Диаметр цилиндра
• Длина хода коленчатого вала
• Диаметр отверстия прокладки головки
• Толщина уплотненной прокладки головки
• Объем камеры сгорания
• Объем поршневой деки
• Объем поршневой деки

В Интернете есть пара высокотехнологичных калькуляторов, которые запрашивают даже больше, например длину штока и расстояние от первого компрессионного кольца до верха поршня.Последнее поможет обеспечить объем над верхним кольцом, но это измерение обычно не оказывает значительного влияния на окончательный расчет и используется только в очень важных приложениях.

Большинство прокладок, таких как этот блок JE Pro Seal, предоставляют значения объема прокладки и толщины в сжатом состоянии, чтобы помочь вычислить CR.

Онлайн-калькуляторы обычно предлагают выбор ввода всех измерений в дюймах или метрических единицах, за исключением объемов камеры сгорания и купола поршня, которые всегда вводятся в кубических сантиметрах или кубических сантиметрах.

Многие сегодняшние поставщики послепродажного обслуживания предоставляют свои соответствующие размеры для стандартных деталей, что является более чем половиной успеха в быстром определении CR вашего двигателя с разумной точностью.

«Слишком много людей зацикливаются на десятых долях балла в CR, но не могут понять эффекты гидродинамики, например, из-за правильного выбора кулачка и фазировки», — говорит Стивенсон. «Если все остальное хорошо согласовано, разница в 0,1 коэффициента будет незначительной для всего, что не относится к профессиональным гонкам с максимальными усилиями.”

Это декорировано?

Высота настила — это единственное измерение, которое производитель двигателя должен произвести для точного расчета. Даже с новым блоком цилиндров, новыми шатунами и новыми поршнями может быть значительная разница, если сложить высоту платформы и попытаться вычесть половину хода, длины штока и высоты сжатия. И если блок используется, а вы не уверены в его истории, есть вероятность, что поверхность его могла быть фрезерована, что изменило бы высоту настила.

Для расчета CC головки блока цилиндров используйте кусок прозрачного акрила с отверстием. Слегка наклоните голову, чтобы отверстие оказалось в самой высокой точке. С помощью бюретки измерьте, сколько жидкости нужно для заполнения камеры сгорания.

«Самый упускаемый из виду размер — высота блока. Это критически важно для точности степени сжатия, поскольку разница в зазоре деки в 0,020 дюйма приводит к значительному изменению CR », — предупреждает Стивенсон.

Опять же, CR рассчитывается путем деления общего рабочего объема на общий сжатый объем.Вот что необходимо для определения каждой из этих сумм:

Рабочий объем равен объему цилиндра + объем зазора + объем поршня + объем прокладки + объем камеры. Сжатый объем равен зазору + объем прокладки + объем поршня + объем камеры.

Все коэффициенты должны иметь одно и то же числовое значение. При ручном вычислении это обычно кубические сантиметры или кубические сантиметры. Большинство онлайн-калькуляторов автоматически конвертируют стандартные измерения в метрические и вычисляют такие значения, как зазор, если вы правильно ввели диаметр цилиндра и зазор по высоте платформы.Онлайн-калькуляторы также могут вычислить объем прокладки с правильной толщиной и отверстием, но многие производители прокладок предоставляют эту информацию в своих каталогах или на упаковке.

Используйте циферблатный индикатор для определения верхней мертвой точки. Магнитное основание делает эту работу быстрой и точной.

Identifying Speaks Volumes

Опять же, производственные компании послепродажного обслуживания обычно поставляют необходимое количество новых деталей. Производители поршней будут указывать объем купола / тарелки в + или — CC, а производители головок цилиндров предлагают свои продукты с разными объемами, чтобы помочь достичь желаемой степени сжатия.Однако никогда не помешает подтвердить собственными измерениями.

«По необходимости, двигатели внутреннего сгорания требуют довольно жесткого контроля размеров для надежной работы, поэтому отклонения размеров должны находиться в пределах допустимых допусков. Контроль качества на уровне производства предотвращает выпуск несоответствующей продукции в эксплуатацию », — поясняет Стивенсон. «Конечно, ничто не может быть стопроцентным, поэтому тщательные измерения являются стандартной практикой для механических цехов и производителей двигателей. Предполагать, а не измерять, почти гарантирует дорогостоящий и неприятный результат.”

Опытные производители двигателей имеют все необходимые инструменты для выполнения всех необходимых измерений, такие как измеритель внутреннего диаметра и индикатор часового типа. Самые утомительные измерения — это объем поршня и объем камеры сгорания. Требуются бюретка, цветная жидкость и приспособления для решения конкретных задач, как указано на прилагаемых фотографиях.

Варианты обработки могут повлиять на зазор деки поршня. По этой причине важно проверить каждый поршень и записать измеренный зазор на заводной головке.

Пример Chevy с большими блоками

В качестве примера давайте вычислим CR для популярного приложения Chevy с большими блоками. Начиная с внутреннего диаметра 0,060 дюйма (4,130 дюйма) и хода 4,250 дюйма, рабочий объем каждого цилиндра составляет 62,006 куб. См, что соответствует 496 куб. Дюйм V8.

Завершают вращающийся узел штоки и поршни диаметром 6,385 дюйма с высотой сжатия 1,270 дюйма и куполом объемом 18 см3. Мы используем закаленный блок, который требует небольшой отделки поверхности, поэтому итоговая высота настила составляет 9.780. Выбранные головки цилиндров имеют камеры сгорания объемом 118 куб. См, а прокладка головки цилиндров имеет диаметр отверстия 4,375 и толщину в сжатом состоянии 0,040. Производитель заявляет, что объем прокладки составляет 9,854 куб. См.

При такой высоте деки и вращающемся узле зазор деки равен 0,000. Вставив все эти числа в онлайн-калькулятор, мы получим 10,25: 1. Если бы у двигателя был новый блок со стандартной высотой деки 9,800 дюйма, CR упал бы до 9,86: 1, потому что был бы зазор деки 0,020 дюйма.

Если производить вычисления вручную, вот как формула будет работать с моделью настила на поверхности:

• Объем цилиндра = 1016.094cc [(диаметр ÷ 2) ² x 3,1416 x ход x 16,387]
• Клиренс = 0,000cc [(диаметр ÷ 2) ² x 3,1416 x высота платформы x 16,387]
• Объем прокладки = 9,9854cc [от производитель, но формула (диаметр отверстия ÷ 2) ² x 3,1416 x толщина прокладки x 16,387]
• Объем камеры = 118 куб. см [Значение от производителя, но может быть определено и / или подтверждено путем измерения]
• Объем поршня = -18 куб. от производителя, но может быть определено и / или подтверждено путем измерения.Выражается как отрицательный объем, потому что форма поршня имеет куполообразную форму. Если бы поршень был выпуклым или плоским верхом с предохранительными клапанами, это было бы положительно.]

С этими числами мы складываем рабочий объем как 1016,094 + 0,000 + 9,985 + 118 — 18 = 1126,079. Сжатый объем 0,000 + 9,985 + 118 — 18 = 109,985. Разделив развернутый объем на сжатый, мы получим 10,24: 1. Небольшая разница между ручным вычислением и онлайн-калькулятором, вероятно, объясняется тем, что последний использует больше десятичных знаков в уравнении.

После расчета CR у производителя двигателя есть несколько вариантов его изменения без использования других деталей или дополнительной обработки. Более толстая прокладка немного снизит сжатие, а более тонкая прокладка немного повысит сжатие. В противном случае придется заказывать другие поршни или головку блока цилиндров придется фрезеровать для уменьшения объема камеры сгорания и увеличения CR.

Изменение толщины прокладки головки может помочь точно настроить степень сжатия.

Статическое сжатие в сравнении с динамическим

В заключение, эти расчеты будут вычислять статическую степень сжатия двигателя. Также следует учитывать степень сжатия dynamic , которая имеет отношение к фазе газораспределения. Двигатель с высоким CR потеряет часть этого давления сжатия, если впускной клапан останется открытым t после того, как поршень начнет такт сжатия. Это называется точкой закрытия впускного клапана.

«Физика диктует формулу, используемую для расчета CR, и ни одна из констант, вводимых в эту формулу, не меняется с частотой вращения», — объясняет Стивенсон. «Единственным исключением является изменение зазора деки из-за растяжения штанги, особенно с алюминиевыми штангами, и отклонения компонентов, таких как изгиб кривошипа».

Как снизить степень сжатия двигателя

«Уменьшить степень сжатия?»

Какая степень сжатия? Это количество воздуха, которое двигатель может выдавить, чтобы подготовиться к взрывной фазе сгорания.

Например, степень сжатия 10: 1 просто означает, что 10 единиц воздуха будут сжаты в пространстве всего 1 единицы.

Степень сжатия (CR) играет большую роль в том, насколько хорошо работает двигатель.

Проблема детонации (когда воздушно-топливная смесь преждевременно воспламеняется) в значительной степени регулируется степенью сжатия.

NB, вы можете использовать топливо с более высоким октановым числом, чтобы уменьшить проблемы с детонацией, другим вариантом может быть впрыск воды, но реальное инженерное решение — просто снизить степень сжатия.

Как рассчитать степень сжатия двигателя.

Для расчета степени сжатия вы просто делите рабочий объем (который не изменится, если двигатель не будет расточен и / или коленчатый вал заменен на один с более длинным ходом) на объем камеры сгорания.

Степень сжатия рассчитывается путем деления объема над поршнем, когда он находится в ВМТ, на объем над поршнем, когда он находится в НМТ.

Если вы хотите использовать принудительную индукцию (например, добавляя турбо, нагнетатель или воздушный компрессор), вы обнаружите, что количество наддува, которое вы можете добавить, ограничено пределами, налагаемыми степенью сжатия.( * см. Примечание ниже)

Чем ниже степень сжатия, тем больше погрешность, с которой вам придется играть, что значительно упрощает настройку.

Если у вас высокая степень сжатия, не так много места для ошибки, а детонация и детонация — настоящие проблемы.

Современные двигатели, использующие турбонагнетатели и высокую степень сжатия (наддув 15 фунтов на квадратный дюйм или более при степени сжатия 10: 1), обычно проектируются вокруг системы прямого впрыска топлива в цилиндр, где топливо может быть добавлено непосредственно перед зажиганием, поэтому существует риск преждевременного детонация снижена.

Эта инновация пришла из мира дизельных двигателей, которые работают с очень высокой степенью сжатия.)

Лучшие способы снижения степени сжатия двигателя.

Пока вы уменьшаете степень сжатия, имеет смысл усилить внутренние детали двигателя.

Это имеет еще больший смысл, если вы используете принудительную индукцию для увеличения мощности вашего двигателя.

Для расчета степени сжатия

Удобная формула, которую следует иметь в виду: —
CR = (рабочий объем + объем камеры сгорания в ВМТ) / объем камеры сгорания в ВМТ

Разбивая это дальше, вам необходимо знать следующее для точного CR.

Для расчета рабочего объема.

Возьмите (диаметр цилиндра / 2) ² x π x ход

Определение объема прокладки

Отверстие + Отверстие x толщина прокладки

Расчет зазора между поршнем и палубой

Диаметр отверстия + (Диаметр отверстия × расстояние между поршнем и декой в ​​ВМТ)

Примечание: чтобы преобразовать кубические дюймы в см, просто умножьте их на 16,387 — убедитесь, что вы используете одну и ту же единицу измерения на протяжении всего расчета. Степень сжатия — это соотношение, поэтому, если вы использовали mm или cu, при условии, что вы едины во всем, вы получите окончательную степень сжатия.

Для расчета общего объема камеры сгорания

Сложите вместе объем камеры сгорания, прокладку поршня и зазор деки.

Если ВМТ поршня находится выше палубы, вы уменьшите зазор, если он ниже палубы, вы увеличите зазор.

Форма головки поршня также влияет на объем. Иногда производитель дает полную спецификацию объема головы, что намного проще, чем проводить замеры самостоятельно.Объем прокладки головки также должен быть указан в спецификациях производителя, но его можно измерить самостоятельно.

Каковы преимущества изменения степени сжатия?

* Не заблуждайтесь, думая, что степень сжатия определяет максимальное ускорение, которое вы можете безопасно запустить. Это лишь небольшая часть уравнения.

Самое важное — это ваша заправка, топливно-воздушная смесь и время зажигания — ключевые ингредиенты здесь.

Более низкая степень сжатия даст вам больше прав на ошибку и, в основном, позволит вам увеличить ускорение, чем вы могли бы в противном случае.

Имеет смысл позволить турбонаддуву хорошо сжимать воздух и просто оставить двигатель, чтобы он сосредоточился на финальной фазе сгорания и взрыва.

Несколько замечаний по поводу окончательной степени сжатия. Когда вы заменяете головку на своем двигателе, ее, как правило, необходимо снять, и это увеличивает степень сжатия, поэтому ее необходимо учитывать при расчетах.

Толщина новой прокладки также будет немного больше, чем при затягивании головки, поэтому измерьте толщину прокладки по старой прокладке.

5 хороших способов уменьшить степень сжатия

• Поршни низкого сжатия . Кажется, это правильный путь. Поршни намного короче обычных. Небольшой плюс в том, что они также часто легче, поэтому двигатель будет вращаться немного более свободно. Мы рекомендуем комбинировать поршни с низким уровнем сжатия с более коротким ходом, чтобы получить максимальную выгоду.

  Форма головки поршня также будет иметь отношение к степени сжатия, которое имеет место в двигателе.

  Это потребует разборки двигателя, и пока двигатель находится отдельно, вы можете с тем же успехом выполнить некоторые из других модов, перечисленных ниже.

• Более короткие стержни и уменьшение хода . Более короткий ход существенно повлияет на степень сжатия.
  Комбинируя этот метод с поршнями с низкой степенью сжатия, можно начать думать о работе с очень высоким давлением наддува при добавлении турбонаддува.
  Кривошип также будет иметь некоторое влияние на ход двигателя, и в идеале кривошип, головки поршней и штоки должны быть совмещены.

• Работа с головкой , снова увеличивает объем цилиндра, но эффективность во многом зависит от того, как расположены впускные и выпускные клапаны, и от того, сколько места есть у вас для работы. Снять головку относительно просто и действительно. не требует таких больших усилий, как другие моды для понижения компрессии. Однако для правильной работы с головкой и достижения желаемой степени сжатия требуются большие навыки.
• Более толстые прокладки головки .Этот вариант немного сложен, но мы должны упомянуть о нем, поскольку многие люди используют более толстые прокладки для достижения более низкой степени сжатия. Мы также видели людей, использующих 2 прокладки (или более) для достижения более низкой степени сжатия! Использование нескольких прокладок, безусловно, не рекомендуется, так как это создает серьезные слабые места в двигателе.

  Более толстая прокладка немного снизит степень сжатия, вероятно, только на 0,1 или 0,2.

  Это, безусловно, самый простой метод уменьшения сжатия, но существует риск того, что вы более склонны к выходу из строя прокладки головки блока цилиндров, а выигрыш от более низкого сжатия будет минимальным.

• Декомпрессионные пластины , по сути, являются продолжением головки и могут быть очень эффективны для снижения степени сжатия. Сторона блока требует обычного уплотнительного прокладки, но сторона головки обычно требует только не схватывающегося высокотемпературного герметика (в случае алюминия декомпрессионные пластины).

  Таблички могут быть изготовлены из различных металлов, и мы предлагаем вам поговорить со специалистом о ваших возможностях здесь.

  Декомпрессионные пластины могут преждевременно выйти из строя в приложениях с высоким наддувом, где задействованы высокие температуры.

  Многие считают это хорошим делом, поскольку заменить декомпрессионную пластину намного проще, чем заменить поршни и головки.

В большинстве случаев тюнеры выбирают множество этих опций в зависимости от желаемого диапазона крутящего момента и выходной мощности двигателя, который они создают.

Чтобы обсудить все аспекты настройки двигателя и модификации автомобиля, а также получить дополнительную информацию о снижении степени сжатия двигателя, присоединяйтесь к нашим дружественным международным автомобильным форумам.

ПОЖАЛУЙСТА, ПОМОГИТЕ: МНЕ НУЖНЫ ВАШИ ПОЖЕРТВОВАНИЯ, ЧТОБЫ ПОКРЫТЬ РАСХОДЫ НА РАБОТУ ЭТОГО САЙТА И ПОДДЕРЖАНИЕ ЕГО РАБОТЫ. Я не взимаю плату с за доступ к этому веб-сайту, и это экономит большинство читателей TorqueCars долларов на 100 долларов каждый год — , но мы НЕ ПРИБЫЛЬНЫ и даже не покрываем наши расходы. Чтобы мы продолжали работать, ПОЖАЛУЙСТА, Пожертвуйте здесь

Эта статья написана мной, Уэйнном Смитом, основателем TorqueCars, и я ценю ваши отзывы и предложения. Эта запись была находится в разделе «Модификации двигателя», «Тюнинг».Вы можете оставить отзыв ниже или присоединиться к нашему форуму, чтобы подробно обсудить эту статью и модификацию автомобиля с нашими участниками.

Если вам понравилась эта страница , поделитесь ею с друзьями, напишите ссылку на своем любимом форуме или используйте параметры закладок, чтобы сохранить ее в своем профиле в социальной сети.

Посетите наш новый канал YouTube, мы регулярно добавляем новый контент …

Обратная связь

Пожалуйста, используйте наш форум , если вы хотите задать вопрос о настройке , и обратите внимание, что мы не продаем запчасти или услуги, мы просто интернет-журнал.

Помогите нам улучшить, оставьте предложение или дайте чаевые

Что такое степень сжатия? — RevZilla

Степень сжатия — важный фактор, определяющий «индивидуальность» двигателя. Проще говоря, это мера того, сколько воздуха и топлива может выдавить цилиндр двигателя. Это просто сравнение того, какой объем он может удерживать при максимальном размере (когда поршень находится в нижней мертвой точке) относительно объема при его минимальном размере (полностью вверх в верхней мертвой точке).

Для несложной перспективы подумайте об этом с точки зрения потенциала давления. Помещая топливо и воздух под большим давлением, существует возможность извлечь большую мощность из (очень быстро) горящей смеси воздуха и топлива.

Здесь вы можете увидеть комплект головок цилиндров с боковым расположением клапанов Harley-Davidson. Хотя эти головки имели самую высокую степень сжатия, которую Harley предлагал для их больших плоских головок, они все равно давали низкие 5,7: 1. Обратите внимание на объем камер…

Чтобы дать вам быстрый пример, давайте представим одноцилиндровый двигатель с внутренним диаметром 3 1/2 дюйма и ходом 4 1/4 дюйма. Чтобы упростить задачу, скажем, в TDC, поршень с плоским верхом идет даже с верхней частью деки. Также представим, что объем головы равен восьми кубическим дюймам. Πr² — это формула, которая нам нужна для получения площади отверстия, затем мы умножаем это значение на высоту, чтобы получить смещение в 40,88 кубических дюймов. Теперь мы добавляем объем камеры сгорания и устанавливаем соотношение, равное 48.88: 8. Степень сжатия всегда выражается знаменателем, равным единице, поэтому мы просто делим максимальный объем цилиндра и камеры на минимальный, чтобы получить степень сжатия 6,11: 1. Есть смысл?

… по сравнению с этими гоночными головами послепродажного обслуживания. Они в значительной степени основаны на модифицированных головах Джерри Бранча в стиле KR. Объем этих камер составляет около 4,4 дюйма по сравнению с 8-дюймовыми камерами, которые вы видели на предыдущей фотографии. Фото Лемми.

Теперь это упрощенное сравнение.Есть и другие факторы, которые немного усложняют ситуацию. Например, степень сжатия можно увеличить или уменьшить, используя более толстую или более тонкую прокладку головки. (Или вообще без прокладки головки!) Ее также можно изменить, используя поршни другой формы. Например, у нашего теоретического поршня наверху была плоская верхняя часть, но что, если бы у него была тарелка для клапанов или если бы он не доходил до самой палубы? («Палуба» — это верхняя часть цилиндра.) Объем камеры сгорания увеличится, а степень сжатия уменьшится.Обратное верно для таких элементов, как «всплывающие» или куполообразные поршни; те уменьшают объем камеры сгорания.

Всплывающие поршни. Фото S&S. Коэффициенты сжатия довольно сильно различаются, но обычно могут сказать вам кое-что об уровне производительности или долговечности двигателя. Наш пример выше? Большой сингл с очень низкой степенью сжатия? Скорее всего, это будет сельскохозяйственный двигатель, которому не нужно развивать максимальную мощность, вероятно, он будет работать на одной скорости весь день и должен работать долгие годы.Это конструкция с низким уровнем стресса. Когда вы видите степень сжатия в двигателе мотоцикла в диапазоне от 6: 1 до 7: 1, вы, вероятно, смотрите на очень старый мотоцикл, который, вероятно, имеет плоскую головку. Соотношения от 7: 1 до примерно 9: 1 обычно встречаются либо в мотоциклах с низким уровнем нагрузки, таких как круизеры, либо в старых мотоциклах с конструкцией OHV. Современные уличные мотоциклы обычно звучат где-то между 9,5: 1 и 13,5: 1. Эти мотоциклы, вероятно, будут иметь хорошие характеристики для своего размера. С годами они продвинулись на север, потому что усовершенствованный контроль искры позволил это увеличить, а металлургия постоянно совершенствуется.

Кстати, мы говорили о статической степени сжатия, а не о динамической. Мы говорим о степени сжатия при остановленном двигателе, но на самом деле двигатели движутся с множеством разных скоростей. Для того, чтобы некоторые высокооборотные двигатели работали хорошо, существует довольно длительный период времени, когда впускные и выпускные клапаны открыты. Одна из причин, по которой современные коэффициенты сжатия стали такими высокими, заключается просто в том, чтобы помочь компенсировать это перекрытие.

Обратите внимание, что камера сгорания CB750 использует внешний край каждого клапана в качестве периметра, помогая сохранить небольшой объем камеры, увеличивая степень сжатия.Фото Райана Шульца.

Итак, вам может быть интересно, почему мы просто не увеличиваем степень сжатия, как сумасшедшие, чтобы у всех нас были 200-сильные одноцилиндровые мотоциклы, которые весят 200 фунтов. Это невозможно по двум причинам. Во-первых, топливо начинает детонировать само, когда оно находится под сильным сжатием. (На самом деле именно так работает дизель; в этих двигателях даже не используются свечи зажигания. Дизель со степенью сжатия 20: 1 вовсе не редкость.) Этого можно немного избежать с помощью более высокооктанового топлива и другого конструкция камеры сгорания, но все же есть практический предел.(Именно поэтому для многих новых мотоциклов требуется бензин премиум-класса.) Регулируемая синхронизация на современных мотоциклах позволяет велосипедам работать на низкооктановом топливе, но бесплатного обеда нет — вы не получите максимальную мощность на низкосортном топливе. (Важно помнить, что высокооктановое топливо бесполезно, если ваш двигатель не взрывается. Заливка стандартного Honda Rebel с октановым числом 108 не заставит его разогнаться быстрее, чем обычный старый 87.) Тем не менее, я не хочу использовать канистры бензина для гонок по бездорожью по 10 долларов за галлон, если у вас есть байк Hi-Po, так что это большая часть того, почему степени сжатия не заоблачные.Если вы похожи на 99 процентов людей на мотоцикле, вы обычно не участвуете в соревнованиях и должны заправляться на заправочной станции.

С такими мелкими камерами сгорания велика вероятность того, что если поршень не сидит очень далеко «в отверстии» или прокладки головки не слишком высоки, двигатель, к которому принадлежит эта головка, вероятно, имеет очень и очень хорошую степень сжатия. Кавасаки фото.

Другая причина, по которой коэффициенты сжатия имеют практический предел, заключается в том, что металл может выдерживать только такую ​​большую нагрузку.Несомненно, конструкция головки и металлургия могут (и улучшаются!), Что является частью того, почему более высокая степень сжатия является нормой в данном случае, но удар по верхней части поршня, контактной площадке кольца или шатуну может выдержать лишь определенное количество ударов — а с увеличением сжатия также увеличивается тепло. Высокие степени сжатия в двигателях с верхним расположением клапанов обычно имеют клапаны и поршни очень близко друг к другу, поэтому шансы разрушения из-за помех возрастают. Это приводит к необходимости более точного управления фазами газораспределения, что возникло в последние годы, что, в свою очередь, приводит к более высоким CR (и более высоким ценам на мотоциклы!)

Это своего рода начальное руководство по степени сжатия; есть множество нюансов, которые мы не затронули.Однако теперь вы знаете основы, так что это еще одно число в спецификации, которое должно помочь вам немного лучше понять силовую установку мотоцикла.

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 без наддува 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 числу

всегда 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 нам все равно приходится 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. На коротких трассах часто применяется 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 сжатия

могут быть полезны в определенной степени, поскольку они обычно диктуют наличие поршней с плоским верхом, которые способствуют эффективному сгоранию при сохранении желаемого гашения, способствуя турбулентности заряда и поддерживая 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 компоненты, которые лучше всего подходят для 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
• Блюдо объем
• 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 включает в себя 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 вжимается объем цилиндра при сжатии. 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 повышают 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 на свече 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 то, что вы хотите. 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 она 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, чтобы увеличить сжатие 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 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 сжатый объем 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 измерение деки было 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, смажьте стенку цилиндра легкой смазкой или маслом, чтобы закрыть правый зазор. Вращайте двигатель, пока верхняя часть поршня не войдет в отверстие достаточно глубоко, чтобы очистить купол.Измерьте глубину с помощью циферблатного 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 нестандартной прокладки и использовать длину струны для вычисления объема прокладки на основе измеренной толщины (см. Текст).

Используя формулу длины окружности, можно 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 дроби, 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 под прокладку, 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, так что вы можете безопасно вычесть этот объем из своего стека V2, если вы не изменили купол, подогнав его к форме камеры, вырезав более глубокие клапаны сброса или вырезав отверстие 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

Клапанные сбросы 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 путем умножения 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 нам нужно 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 / 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. Толщина прокладки, 0,015 (опубликовано) ……… .0,194 куб. …………… .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.Пока все цилиндры соответствуют в пределах 5 или 10 фунтов на квадратный дюйм, у вас, вероятно, есть исправный двигатель. Недорогие манометры есть в любом магазине автозапчастей.

Написано Джоном Бэктелом и опубликовано с разрешения CarTechBooks

ПОЛУЧИТЕ СДЕЛКУ НА ЭТУ КНИГУ!

Если вам понравилась эта статья, вам понравится вся книга. Нажмите кнопку ниже, и мы отправим вам эксклюзивное предложение на эту книгу.

Автозапчасть | В чем разница между степенью сжатия в бензиновых и дизельных двигателях?

Каждый двигатель имеет определенную степень сжатия .Однако дизельные и бензиновые двигатели существенно различаются по степени сжатия. Первым шагом к осознанию этих различий является понимание , что такое степень сжатия .

Что такое степень сжатия?

Степень сжатия — это отношение объема цилиндра, когда поршень находится в НМТ, к объему, когда поршень находится в ВМТ. Именно это соотношение определяет степень сжатия топливовоздушной смеси перед воспламенением.

Степень сжатия в двигателях обычно составляет от 8: 1 до 10: 1.Возможно, вы слышали, что более высокая степень сжатия, например 12: 1 или 14: 1, дает много преимуществ, включая большую мощность и большую топливную экономичность. Тем не менее, более высокая степень сжатия также может представлять значительные риски, такие как детонация. Как вы думаете, что обеспечивает более высокую степень сжатия — бензиновый двигатель или дизель?

Степень сжатия в бензиновых двигателях

Бензиновые двигатели имеют искровое зажигание и работают на летучих топливах, таких как бензин. Здесь воздушно-топливная смесь достигается после сжатия.В карбюраторе смешиваются воздух и топливо, и после сжатия смесь воспламеняется с помощью электрической искры.

Бензиновые двигатели работают на основе цикла Отто, который включает два изохорных и два изоэнтропических процесса. Вот фазы процесса сгорания в бензиновых двигателях:

1. Впуск
2. Компрессия
3. Зажигание
4. Выпуск

Какова степень сжатия бензиновых двигателей?

Степень сжатия в бензиновых двигателях за последние два десятилетия всегда составляла от 8: 1 до 12: 1.Однако в истории производства автомобилей были случаи, когда автопроизводители превышали это соотношение. Некоторые из этих случаев включают:

• степень сжатия 13: 1 в автомобилях, выпущенных с 1955 по 1972 год; Эти автомобили были построены для работы на высокооктановом этилированном бензине, который допускал более высокую степень сжатия.
• Степень сжатия 14: 1 в некоторых моделях двигателей Mazda SkyActiv 2012 года выпуска; в этих двигателях улучшена очистка выхлопных газов, что позволяет реализовать это соотношение с использованием неэтилированного бензина.Благодаря продувке поддерживается низкий уровень температуры в цилиндре перед тактом впуска.
• Степень сжатия 14: 1 в 2-дверном спортивном автомобиле Ferrari 458 Speciale

Причина, по которой не рекомендуется иметь высокую степень сжатия в двигателях, использующих низкооктановое топливо, заключается в том, что высокий CR может вызвать детонацию. Это также известно как преждевременное зажигание или детонация, когда топливо самовоспламеняется и приводит к неконтролируемому сгоранию.

Детонация снижает эффективность сгорания и может вызвать серьезные повреждения, если не установлены датчики детонации для регулировки времени.

Степень сжатия в дизельных двигателях

Создание дизельного двигателя приписывают Рудольфу Дизелю, в честь которого был назван этот тип двигателя. Это изобретение было вдохновлено неэффективностью бензиновых и паровых двигателей того времени. Вот четыре фазы, участвующие в цикле сгорания в дизельных двигателях:

1. Впуск
2. Компрессия
3. Горение
4. Выпуск

Почему у дизельных двигателей более высокая степень сжатия?

Дизельные двигатели имеют на более высокую степень сжатия , чем их бензиновые аналоги, и не требуют свечей зажигания для зажигания.Вместо этого топливо вводится в камеру сгорания, где воздух сжимается до высокой температуры. Это вызывает самовозгорание впрыскиваемого топлива.

Это означает, что сжатие должно быть достаточно высоким, чтобы повысить температуру воздуха в цилиндре до точки, при которой он воспламеняет топливо. По этой причине дизельные двигатели также называют двигателями с воспламенением от сжатия.

Воздух сжимается адиабатическим сжатием. Дизельные двигатели сжимают только воздух, но не топливо.

Какая средняя степень сжатия у дизельного двигателя?

Дизельные двигатели с прямым впрыском имеют степень сжатия в диапазоне от 14: 1 до 23: 1. Дизельные двигатели с косвенным впрыском имеют степень сжатия от 18: 1 до 23: 1. В отличие от бензиновых двигателей, которые используют цикл Отто, дизельные двигатели работают по дизельному циклу (воспламенение от сжатия).

Дизельный цикл также состоит из 4 процессов: 2 изоэнтропических процессов, процесс постоянного объема и процесс постоянного давления.

Топливо с высокой устойчивостью к самовоспламенению может вызвать позднее воспламенение. Это может привести к детонации двигателя. Хотя дизельные двигатели имеют более высокую пиковую температуру сгорания по сравнению с бензиновыми, они выделяют меньше тепла из-за большего расширения.