Степень сжатия двигателя
Работа двигателей внутреннего сгорания характеризуется рядом переменных. Одним из них является степень сжатия двигателя. Важно не путать его с компрессией, которая представляет собой максимальное давление в цилиндре двигателя.
Содержание
- Что такое степень сжатия
- Расчет сжатия
- На что влияет степень сжатия
- Изменение коэффициента сжатия
- Форсирование двигателя
- Дефорсирование под низкооктановое топливо
- Некоторые интересные факты
Что такое степень сжатия
Этот коэффициент представляет собой отношение объема цилиндра двигателя к объему камеры сгорания. Другими словами, можно сказать, что степень сжатия — это отношение объема свободного пространства над поршнем, когда поршень находится в нижней мертвой точке, к аналогичному объему, когда поршень находится в верхней мертвой точке.
Как упоминалось выше, компрессия и степень сжатия не являются синонимами. Разница также относится к обозначениям, если компрессия измеряется в атмосферах, степень сжатия записывается как некоторое соотношение, например, 11:1, 10:1 и т.
д. Поэтому невозможно точно сказать, в каком двигателе измеряется степень сжатия — это «безразмерный» параметр, который зависит от других характеристик двигателя внутреннего сгорания.
Обычно степень сжатия также может быть описана как разница между давлением в камере при подаче смеси (или дизельного топлива в случае дизельных двигателей) и при воспламенении порции топлива. Этот показатель зависит от модели и типа двигателя и является результатом его конструкции. Степень сжатия может быть:
- высокий;
- низкий.
Расчет сжатия
Рассмотрим, как узнать степень сжатия двигателя.
Он рассчитывается по формуле:
Где Vp представляет собой рабочий объем одного цилиндра, а Vc — объем камеры сгорания. Формула показывает важность объема камеры сгорания: при его уменьшении, например, степень сжатия будет выше. То же самое будет справедливо и при увеличении объема цилиндра.
Чтобы узнать рабочий объем, необходимо знать диаметр цилиндра и ход поршня.
Этот показатель рассчитывается по формуле:
Здесь D — диаметр, а S — ход поршня.
Иллюстрация:
Поскольку камера сгорания имеет сложную форму, ее объем обычно измеряется путем наливания в нее жидкости. Узнав, сколько воды поместится в камеру сгорания, мы можем определить ее объем. Удобно использовать воду, поскольку ее удельный вес составляет 1 грамм на кубический сантиметр — количество «кубиков» в цилиндре равно количеству налитых в него граммов.
Альтернативным способом определения степени сжатия двигателя является обращение к его документации.
На что влияет степень сжатия
Важно понимать, что делает степень сжатия двигателя: она напрямую влияет на компрессию и мощность. Более высокая степень сжатия обеспечивает большую эффективность двигателя, что в свою очередь снижает удельный расход топлива.
Степень сжатия бензинового двигателя определяет, какое октановое число топлива он использует. Если топливо низкооктановое, это вызовет неприятное явление детонации, а слишком высокое октановое число приведет к недостатку мощности — двигатель со слишком низким октановым числом не обеспечит достаточной компрессии.
Таблица основных степеней сжатия и рекомендуемых видов топлива для бензиновых двигателей:
| Компрессия | Бензин |
| До 10 | 92 |
| 10.5-12 | 95 |
| 12 и старше | 98 |
Интересный факт: Бензиновые двигатели с турбонаддувом используют более высокооктановое топливо, чем аналогичные двигатели с наддувом, поэтому степень сжатия у них выше.
Дизельные двигатели имеют еще более высокую степень сжатия. Поскольку дизельные двигатели развивают высокое давление, они также будут показывать более высокие значения. Оптимальная степень сжатия для дизельного двигателя составляет от 18:1 до 22:1, в зависимости от автомобиля.
Изменение коэффициента сжатия
Зачем менять степень сжатия?
На практике такая необходимость возникает редко. Может потребоваться изменение степени сжатия
- если вы хотите перегрузить двигатель;
- если необходимо адаптировать устройство для работы на нестандартном для него бензине, с октановым числом, отличным от рекомендованного.
- После неудачного ремонта, чтобы устранить последствия неправильного вмешательства. Это может быть термическая деформация головки цилиндра, после чего ее необходимо фрезеровать. После того как степень сжатия двигателя была увеличена путем удаления металлического слоя, становится невозможным подавать в двигатель предназначенный для него бензин.
Иногда при переводе автомобилей на метановое топливо изменяется степень сжатия. Метан имеет октановое число 120, что требует увеличения степени сжатия для многих бензиновых автомобилей и уменьшения для дизелей (степень сжатия составляет от 12 до 14).
Переход с дизеля на метан влияет на выходную мощность и приводит к некоторой потере мощности, которая может быть компенсирована турбонаддувом. Двигатель с турбонаддувом требует дополнительного снижения степени сжатия.
Форсирование двигателя
Для получения большей мощности или работы на более дешевом топливе двигатель внутреннего сгорания может быть форсирован путем изменения объема камеры сгорания.
Для получения дополнительной мощности двигатель должен быть переобогащен путем увеличения степени сжатия.
Важно: явное увеличение мощности произойдет только в двигателе, который обычно работает при более низкой степени сжатия. Так, например, если двигатель внутреннего сгорания со степенью сжатия 9:1 отрегулировать до 10:1, он будет производить больше «лошадей», чем двигатель со стоковым параметром 12:1, доведенный до 13:1.
Возможные методы увеличения степени сжатия двигателя включают.
- установка тонкой прокладки головки блока цилиндров и доработка головки блока цилиндров;
- отверстия цилиндра.
Доработка головки блока цилиндров включает в себя фрезерование нижней части головки в контакте с самим блоком. Головка цилиндра становится короче, что уменьшает объем камеры сгорания и увеличивает степень сжатия. То же самое произойдет, если установить более тонкую прокладку.
Важно: эти манипуляции могут также потребовать установки новых поршней с большими отверстиями клапанов, так как в некоторых случаях существует риск столкновения поршня и клапанов. Необходимо провести регулировку привода клапанов.
Расточка БЦ также приводит к установке новых поршней правильного диаметра. Это увеличивает рабочий объем и приводит к более высокой степени сжатия.
Дефорсирование под низкооктановое топливо
Такая обработка проводится, когда вопрос мощности является второстепенным, а основной задачей является адаптация двигателя к другим видам топлива. Это достигается путем снижения степени сжатия, чтобы двигатель мог работать на низкооктановом бензине без детонации.
Кроме того, это еще и финансовая экономия на расходах на топливо.
Интересный факт: этот раствор часто используется в карбюраторных двигателях старых автомобилей. В случае современных двигателей с электронным управлением впрыском переключение на повышенную передачу не рекомендуется.
Основным способом снижения степени сжатия двигателя является утолщение прокладки головки блока цилиндров. Для этого необходимо взять две стандартные прокладки и вставить между ними алюминиевую прокладку. Это увеличивает объем камеры сгорания и высоту головки блока цилиндров.
Некоторые интересные факты
Двигатели гоночных автомобилей, работающих на метаноле, имеют степень сжатия более 15:1. Для сравнения, стандартный карбюраторный двигатель на неэтилированном бензине имеет максимальную степень сжатия 1,1:1.
На рынке существуют примеры серийных бензиновых двигателей Mazda с компрессией 14:1 (серия Skyactiv-G), устанавливаемых, например, на модели CX-5. Но их фактическая GV находится в диапазоне 12, поскольку в этих двигателях применяется так называемый «цикл Аткинсона», когда смесь сжимается 12 раз после позднего закрытия клапана.
Эффективность этих двигателей измеряется не сжатием, а расширением.
В середине 20-го века в мировом двигателестроении, особенно в США, наметилась тенденция к увеличению степени сжатия. Так, к 1970-м годам большинство моделей американского автопрома имели степень сжатия от 11 до 13:1. Однако для регулярной работы таких двигателей требовался высокооктановый бензин, который в то время можно было получить только путем этилирования, т.е. добавления тетраэтилсвинца, высокотоксичного ингредиента. Когда в 1970-х годах появились новые экологические стандарты, этилирование было запрещено, что привело к обращению вспять тенденции снижения GV в серийных двигателях.
Современные двигатели оснащены системой управления фазами зажигания, которая позволяет двигателю работать на «неродном» топливе, например, на 92 вместо 95 и наоборот. Система управления моментом зажигания помогает избежать детонации и других неприятных явлений. Если у вас его нет, то, например, заливка высокооктанового бензина в двигатель, не рассчитанный на такое топливо, может привести к потере мощности и даже залить свечи зажигания, поскольку зажигание будет происходить с опозданием.
Ситуация может быть исправлена путем ручной регулировки момента зажигания в соответствии с руководством пользователя конкретной модели автомобиля.
Влияние октанового числа на расход топлива — Автокадабра
Юристы у нас есть, компьютерщики есть, нужны ещё инженеры и прочие химики.
Октановое число бензина определяет его устойчивость к детонации. Чем больше октановое число, тем дольше бензин не взрывается при сжатии, тем сильнее его можно сжать. То есть, если двигатель хочет выжать из топлива больше энергии, он должен сжать топливо сильнее, а бензин от этого может взрываться (не в баке, а в цилиндре двигателя). Поэтому для таких двигателей придумывают бензины, которые выдерживают большее сжатие, не взрываясь. Чем больше степень сжатия топлива в двигателе, тем выше должно быть октановое число бензина.
Как это влияет на расход? Под кат.
Возьмём абстрактный двигатель одной абстрактной современной легковой машины. Степень сжатия топлива в этом двигателе не зависит от вида топлива, это характеристика, связанная исключительно с геометрическими параметрами: (Vc+Vh)/Vc, см.
Для нашего абстрактного двигателя разница между бензинам следующая: если двигатель имеет степень сжатия 6-8, то ему достаточно, чтобы октановое число было 76/80 — бензин уже не будет детонировать в цилиндрах, но если 80-й бензин залить в наш абстрактный двигатель, у которого степень сжатия 8-9, то 80-й бензин начнёт взрываться (детонировать) раньше, чем его подожжёт искра от свечи, и пользы двигателю от этого будет мало: бензин не должен взрываться внутри цилиндра в нормальном режиме, он должен сгорать. Если же в этот двигатель залить 98-й, то он точно не будет детонировать раньше времени, зато он будет слишком медленно гореть после поджига (потому что рассчитан на большее сжатие) и поэтому будет вытекать недогоревшим в выхлопную трубу (от этого, кстати, клапана и прогорали раньше).
К счастью, в современных двигателях есть «мозги», которые позволяют ему самому решать, в какой момент поджигать топливо в цилиндре, поэтому в обоих случаях топливо поджигается раньше, чем если бы был залит родной 92/95. В случае с пониженным октановым числом это приводит к тому, что топливо сгорает слишком рано, расход растёт, движок ощутимо «не тянет». В случае с повышенным октановым числом просто снижается КПД (из-за растянутого времени сгорания топлива), расход растёт некритично, возможно ощущение что «не тянет» (на раннем зажигании так будет, даже с родным бензином).
Итак, правильный ответ на вопрос «влияет ли октановое число на расход»: если лить бензин с октановым числом ниже, чем расчётное, то расход повысится, если выше — то как минимум не снизится, может тоже повыситься.
Если двигатель рассчитан на 95-й — на 92-м расход повысится. Если двигатель рассчитан на 92-й, то на 95-м никаких преимуществ не будет.
Есть уточнения.
1.
Если бензин разбавлять ослиной мочой, то его энергия сгорания снизится, соответственно расход увеличится. Так что расход зависит от заправки. Если на заправке бодяжат только 95-й или только 92-й, то расход может изменяться при переходе с одного на другой (вопреки вышеизложенной теории), но в данном случае это происходит из-за ослиной мочи, а не из-за октанового числа бензина.
2. Производитель автомобиля может заявлять заниженное октановое число в требованиях к топливу, чтобы привлечь больше нищебродов
3. 95-экто, 95-G-drive и т.п. — надо понимать,что даже если они и работают, то есть даже если они и прибавляют мощи, то точно не за счёт изменения октанового числа. Октановое число — 95, это указано в чеке. Соответственно:
1 как я отмечал выше, у этого топлива может быть повышена теплота сгорания (за счёт присадок),
2 у него могут быть присадки, повышающие другие характеристики, влияющие на общий КПД (вязкость, количество и вид образуемых газов, скорость сгорания, etc),
4 либо у него могут быть присадки, вызывающие эффект плацебо.
Что примечательно, нефтяники этот момент скрывают, то есть узнать, какой именно вариант используется для G-drive, а какой для 95-экто, — достаточно проблематично. Я склонен считать, что это комбинация из 3 и 4, но народ утверждает, что некоторые виды такого бензина смывают осадок в бензобаке, что намекает на элементы варианта 2 (очевидно, что смывают осадок они прямо в двигатель, так что с этим нужно поаккуратнее).
4. «95-й делают из 92-го, добавляя присадки». На самом деле — пофиг, хоть из 80-го, если у него октановое число 95 — значит, он 95-й, если он горит как бензин — значит это бензин, если он выделяет нужно количество энергии — машина будет ехать на нём, как на 95-м. До тех пор, пока в составе нет ослиной мочи и эти присадки не разъедают чего не надо (например, они могут убивать катализатор — но на расходе это не отразится) — этот бензин является нормальным 95-м. Если же он выпадает хлопьями в осадок на второй день — то здесь уже снова не в октановом числе проблема.
5. Есть разные способы определения октанового числа бензина, которые применяются в разных странах по дефолту. Американский способ определения октанового числа покажет на нашем 95-м примерно 90-92 своих попугая. Если в руководстве от американского автомобиля написано «лить 92-й», то при переходе на 95-й вы получите улучшение всех характеристик в точном соответствии с теорией, изложенной выше: расчётным бензином для такой машины является аналог нашего 95-го.
Можно ориентироваться на степень сжатия, чтобы проверить, не занижает ли производитель требования и не скопипастил ли он октановое число из доков на американские запчасти. Правда, найти источник этой информации мне не удалось:
| Октановое число: | Степень сжатия: |
| 92 | до 10,5 |
| 95 | 10-12,5 |
| 98 | 12-14,5 |
| 102 | 13,5-16 |
| 109 | 15,5-18. |
Кто хочет возразить — welcome.
Ссылка на теорию: http://www.cars-love.ru/record-107.html Картинка оттуда.
P.S. не пытайтесь лить в бак своей машины 80-й бензин — клина словите, а я виноват окажусь. Коррекция зажигания «помогает», если октановое число отличается на 2-3 единицы, и предназначено для небольшой корректировки при колебании октанового числа, а не для того, чтобы на 80-м ездить.
Но в принципе, народ ездит, в критических ситуациях.
Влияние условий эксплуатации, степени сжатия и риформата бензина на пределы детонации двигателя SI
Влияние условий эксплуатации, степени сжатия и риформата бензина на пределы детонации двигателя SI
Автор(ы)
Герти, Майкл Д.Скачать полную версию для печати (20,82 Мб)
Другие участники
Массачусетский технологический институт. Кафедра машиностроения.
Советник
Джон Б. Хейвуд.
Условия использования
M.I.T. диссертации защищены авторским правом. Их можно просматривать из этого источника для любых целей, но воспроизведение или распространение в любом формате запрещено без письменного разрешения. См. предоставленный URL-адрес для запросов о разрешении. http://dspace.mit.edu/handle/1721.1/7582
Метаданные
Показать полную запись элементаAbstract
Был проведен ряд экспериментов для изучения влияния соотношения воздух-топливо, давления наддува на входе, риформинга обогащенного водородом топлива и степени сжатия на детонационные характеристики двигателя.
Для каждого условия измерялось влияние момента зажигания на выходной крутящий момент. Затем было определено опережение зажигания с ограничением по детонации для диапазона октановых чисел (ON) для каждого из трех типов топлива; первичные эталонные топлива (PRF), толуоловые эталонные топлива (TRF) и испытательные бензины. Было обнаружено, что новый параметр фазирования сгорания, основанный на времени сгорания 50% массовой доли, называемый «замедление сгорания», хорошо коррелирует с характеристиками двигателя. Увеличение соотношения воздух-топливо увеличивает замедление сгорания, необходимое только для предотвращения детонации для PRF, и мало влияет на TRF. Замедление сгорания также больше увеличивается с давлением на входе и уменьшается больше с добавлением продукта риформинга для PRF, чем для TRF. Оба типа топлива одинаково реагировали на увеличение степени сжатия. Тенденции для бензина находятся примерно на полпути между PRF и TRF. Были также проведены эксперименты для определения реакции указанной эффективности при средней нагрузке на соотношение воздух-топливо, нагрузку и степень сжатия.
При степени сжатия 90,8:1, относительное чистое повышение эффективности составляет около 2,5% на единицу степени сжатия. Пик эффективности составляет около 14:1 с максимальным преимуществом 6-7%. Подробная химическая кинетика была объединена с методологией моделирования конечных газов на основе давления в цилиндре, чтобы успешно предсказать реакцию PRF на степень сжатия и соотношение воздух-топливо, а также реакцию TRF на наддув. Также была зафиксирована разница между реакцией PRF и TRF на соотношение воздух-топливо.
(продолжение) Химическое моделирование с постоянным объемом показало, что водород замедляет реакции самовоспламенения алканов за счет поглощения гидроксильных радикалов в конечном газе. Реформирование 30% топлива, поступающего в двигатель, снижает требуемое качество топлива на 10 ON или более, что позволило бы увеличить степень сжатия или увеличить турбонаддув без увеличения задержки сгорания. Упрощенный анализ показывает, что увеличение степени сжатия и уменьшение размера двигателя для поддержания постоянного максимального крутящего момента повысит эффективность использования топлива примерно в 9 раз.
%. Турбонаддув и уменьшение габаритов повысят эффективность использования топлива примерно на 16%.
Описание
Диссертация (S.M.) — Массачусетский технологический институт, кафедра машиностроения, 2005 г.
Включает библиографические ссылки (стр. 133-135).
Дата выдачи
2005URI
http://hdl.handle.net/1721.1/32369Департамент
Массачусетский Технологический Институт. Кафедра машиностроенияИздательство
Массачусетский технологический институт
Ключевые слова
Машиностроение.
Коллекции
- Дипломные работы
Влияние степени сжатия, октанового числа топлива и содержания этанола на эффективность двигателя с искровым зажиганием
Обзор
. 2015 15 сентября; 49 (18): 10778-89.
doi: 10.
1021/acs.est.5b01420.
Epub 2015 24 августа.
Томас Г. Леоне 1 , Джеймс Э. Андерсон 1 , Ричард С. Дэвис 2 , Асим Икбал 3 , Рональд Риз 2-й 3 , Майкл Шелби 1 , Уильям М. Студзински 2
Принадлежности
- 1 Ford Motor Company, P.O. Box 2053, Дирборн, Мичиган 48121, США.
- 2 General Motors Powertrain, 850 Glenwood, Pontiac, Michigan 48340, США.
- 3 FCA US LLC, 800 Chrysler Drive, Оберн-Хиллз, Мичиган 48326, США.
- PMID: 26237538
- DOI: 10.1021/acs.est.5b01420
Обзор
Thomas G Leone et al. Технологии экологических наук. .
. 2015 15 сентября; 49 (18): 10778-89.
doi: 10.1021/acs.est.5b01420. Epub 2015 24 августа.
Авторы
Томас Г. Леоне 1 , Джеймс Э. Андерсон 1 , Ричард С. Дэвис 2 , Асим Икбал 3 , Рональд Риз 2-й 3 , Майкл Шелби 1 , Уильям М.
Студзински 2
Принадлежности
- 1 Ford Motor Company, P.O. Box 2053, Дирборн, Мичиган 48121, США.
- 2 General Motors Powertrain, 850 Glenwood, Pontiac, Michigan 48340, США.
- 3 FCA US LLC, 800 Chrysler Drive, Оберн-Хиллз, Мичиган 48326, США.
- PMID: 26237538
- DOI: 10.1021/acs.est.5b01420
Абстрактный
Автомобили малой грузоподъемности (LDV) в Соединенных Штатах и других странах должны соответствовать все более жестким требованиям в отношении экономии топлива и выбросов парниковых газов (ПГ), а также критериев выбросов загрязняющих веществ.
Новые тенденции в области повышения эффективности транспортных средств включают более высокую степень сжатия, уменьшение размеров, турбонаддув, снижение скорости и гибридизацию, каждая из которых включает более эффективную работу двигателей с искровым зажиганием (SI) в условиях более высокой нагрузки и ограниченной детонации. Более высокие октановые числа для обычного бензина (с большей детонационной стойкостью) способствуют внедрению этих технологий. В этом литературном обзоре обсуждаются факторы топлива и двигателя, влияющие на детонационную стойкость, и их вклад в повышение эффективности двигателя и снижение выбросов CO2 в выхлопных газах. Повышение степени сжатия для будущих двигателей SI будет основным ответом на значительное увеличение октанового числа топлива. Существующие LDV будут иметь более совершенную синхронизацию зажигания и более эффективную фазировку сгорания. Более высокое содержание этанола является одним из доступных вариантов повышения октанового числа бензина и обеспечивает дополнительные преимущества эффективности двигателя при частичной и полной нагрузке.
Предоставляется эмпирический метод расчета, который позволяет оценить ожидаемую эффективность транспортного средства, объемную экономию топлива и выгоды от выбросов CO2 для будущих легковых автомобилей за счет более высоких степеней сжатия для различных предположений о свойствах топлива и типах двигателей. Точные оценки «бак-колесо» этого типа необходимы для анализа «от скважины до колеса» повышенного октанового числа бензина в контексте перевозки легковых автомобилей.
Похожие статьи
Сравнение жизненного цикла альтернативных автомобильных топлив.
Маклин Х.Л., Лэйв Л.Б., Лэнки Р., Джоши С. Маклин Х.Л. и др. J Air Waste Manag Assoc. 2000 окт; 50 (10): 1769-79. J Air Waste Manag Assoc. 2000. PMID: 11288305
Экономика переработки американского бензина: октановые числа и содержание этанола.
Хиршфельд Д.С., Колб Дж.А., Андерсон Дж.Е., Студзински В., Фрусти Дж. Хиршфельд Д.С. и соавт. Технологии экологических наук. 2014 7 октября; 48 (19): 11064-71. дои: 10.1021/es5021668. Epub 2014, 16 сентября. Технологии экологических наук. 2014. PMID: 25224603
Экономические и экологические преимущества высокооктанового бензина.
Спет Р.Л., Чоу Э.В., Малина Р., Барретт С.Р., Хейвуд Дж.Б., Грин В.Х. Спет Р.Л. и соавт. Технологии экологических наук. 2014 17 июня; 48 (12): 6561-8. doi: 10.1021/es405557p. Epub 2014 28 мая. Технологии экологических наук. 2014. PMID: 24870412
Двигатель, обработка выхлопных газов, качество топлива и достижения, не связанные с выхлопными трубами, для снижения выбросов твердых частиц бензиновых автомобилей: обзор литературы и перспективы на будущее.
