Степень сжатия двигателя и компрессия

Практически все автомобилисты прекрасно знают о компрессии двигателя, однако многие путают это понятие со степенью сжатия. На самом деле, эти величины обозначают совсем разные параметры двигателя. Постараемся разобраться, что такое компрессия и степень сжатия двигателя, а также разберем, как увеличить компрессию и для чего это нужно?

Что такое компрессия в цилиндрах

Компрессия – это то давление, которое создается в конце такта сжатия цилиндром топливовоздушной смеси. Чем выше компрессия двигателя – тем большую мощность он может развить. Дело в том, что увеличение этой величины способствует наилучшему сжатию топлива, а потому его воспламенение происходит намного эффективнее, что дает хороший толчок для возврата цилиндра в нижнюю мертвую точку. От скорости перемещения цилиндров напрямую зависит частота вращения коленчатого вала, в связи с чем определяется мощность мотора.

Компрессия замеряется в различных величинах, однако самое большое распространение получили атмосферы. Главное отличие компрессии от такой величины, как степень сжатия заключается в изменении постоянства этой величины. Дело в том, что с износом различных деталей двигателя уменьшается и давление в цилиндрах, соответственно, падает мощность мотора.

Вместе с тем, не стоит допускать слишком большой компрессии. Известно множество случаев разрыва цилиндров, вырывания свечей зажигания и загибов клапанов. Компрессия должна подбираться в соответствии с указаниями завода-изготовителя данной модели двигателя.

Причины низкой компрессии

• Неправильная регулировка тепловых зазоров. Тепловым зазором принято называть расстояние от рабочего стержня клапана до кулака, расположенного на распределительном вале двигателя. Неправильная регулировка такого зазора может нарушить герметичность камеры сгорания в момент такта сжатия, что приводит к потере давления и соответственно, уменьшению компрессии.
• Царапины на стенках цилиндра. Цилиндры двигателя растачиваются таким образом, чтобы к их поверхности как можно герметичнее прилегали компрессионные кольца. В случае, когда на стенке цилиндра появляются царапины, герметичность камеры также нарушается, что приводит к потере давления и уменьшению компрессии мотора.
• Царапины в цилиндрах могут появиться по самым различным причинам. Первая из них – это использование некачественного топлива, в котором находятся мелкие инородные частицы, являющиеся причиной появления царапин. Вторая – это сильное загрязнение воздушного фильтра или эксплуатация двигателя без него. В этом случае, в виде частиц выступает самая обычная пыль, которая засоряет камеру сгорания и цилиндры мотора. Последним источником повреждения является загрязненное масло, которое также неблаготворно влияет на стенки цилиндра.
• Неисправность компрессионных колец. На языке автомехаников это значит «кольца залегли». Кольца, которые отвечают за поддержку нормального давления в цилиндре, потеряли свои герметичные свойства и стали выпускать часть газов и топливовоздушной смеси в картер с маслом.
• Неправильная установка угла опережения зажигания. Это, пожалуй самая емкая причина, потому как может уменьшиться не только давление в цилиндрах, но и пусковые свойства двигателя. Ведь неверное открытие клапанов и подача топливной смеси не в тот такт работы двигателя также приводит к уменьшению давления в цилиндрах.

Видео — Как проверить компрессию в цилиндрах

Как увеличить компрессию

Чтобы увеличить компрессию двигателя, необходимо найти причину неприятности, а только затем приступать к устранению проблемы. В настоящий день существует множество путей решения тех или иных неприятностей, связанных с плохой герметизацией камеры сгорания. Начнем с поршневой группы двигателя.

Если раньше, для понятия компрессии делался обязательный ремонт двигателя, а в частности, его расточка и замена поршней, то сейчас такой метод постепенно уходит в прошлое. В настоящее время существует большое количество всевозможных присадок, способных устранить дефекты без оперативного вмешательства. Они восполняют утраченные части металла и повышают вязкость масла в зоне повреждения. Таким образом, они не только устраняют неисправность, но и поднимают компрессию до оптимальных значений, которые предписаны заводом – изготовителем. Не смотря на всю простоту данного способа, использовать его рекомендуется только в том случае, когда вы на сто процентов уверены, что проблема заключается именно в дефектах деталей.

Если потеря компрессии связаны с закоксовыванием поршневых колец, то здесь необходимо применять иные методы. Для раскоксовки используется специальная автомобильная химия, однако существуют и старые методы, которыми успешно пользуются по сей день.  Одним из таких методов является использование ацетона и керосина.

Для начала будьте готовы к тому, что автомобилю придется стоять без движения около двух дней и желательно в проветриваемом гараже, чтобы избежать отравления ацетоном. Выверните свечи зажигания и залейте в отверстия 50 миллилитров ацетона с керосином, смешанные в соотношении 1:1. Далее поднимите одну из ведущих колес, включите четвертую скорость и проверните колесо на несколько оборотов. Делайте небольшие паузы между поворотами, чтобы дать смеси хорошенько обработать поверхности. Ни в коем случае не заворачивайте свечи зажигания!

Теперь оставьте автомобиль на 18 часов и по истечению данного времени приготовьтесь к запуску двигателя. Вначале необходимо провернуть стартер без свечей зажигания, чтобы выбросить остатки смеси. Далее полностью сливается масло из двигателя и откручивается поддон. Тщательно очистите его от накопившейся грязи и установите на место с новой прокладкой. После этого, залейте промывочную жидкость в картер двигателя и установите свечи зажигания на место. Запустите двигатель и дайте ему поработать в режиме холостого хода около 5 минут. Вполне возможно, что выхлоп будет не стандартного цвета, однако этого бояться не стоит, так как происходит естественная очистка мотора. После промывки двигателя остается только слить промывочное вещество, поменять масляный и воздушный фильтр, а также залить новое масло. Теперь компрессия должна обязательно восстановиться.

Что такое степень сжатия двигателя

Если компрессия показывает давление, создаваемое в цилиндрах двигателя, то степень сжатия представляет собой самое обычное отношение рабочего объема цилиндра целиком к объему его камеры сгорания. Данная величина не имеет единицы измерения, так как показывает лишь отношение, и является постоянной (то есть неизменной) величиной для вашей модели двигателя. Как и компрессия, степень сжатия также влияет на мощность мотора.

Зная степень сжатия двигателя, можно легко определить нормированную компрессию для вашей модели двигателя. Для этого необходимо степень сжатия умножить на 1,4 атмосфер. Естественно, величина получится лишь приблизительная, но ее будет достаточно, чтобы сравнивать с экспериментально полученными значениями.

Как же найти степень сжатия? Для этого необходимо знать рабочий объем двигателя в кубических сантиметрах. Эту величину делите на количество цилиндров вашего двигателя и тогда вы получите рабочий объем одного цилиндра.

Чтобы определить объем камеры сгорания, установите поршень в верхнюю мертвую точку и заполните пространство маслом, выдавленным из шприца. Количество выдавленного масла и будет соответствовать объему камеры сгорания. Таким образом, можно определить число, показывающее степень сжатия вашего двигателя.

Подведем итог. На основе сказанного выше можно сделать вывод, что компрессия и степень сжатия являются разными величинами. Зная об этих базовых принципах можно с легкостью диагностировать неисправности, связанные с поршневой группой автомобиля. 

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

Автор Павел Александрович Белоусов На чтение 7 мин Просмотров 1к. Обновлено 31.05.2020

Содержание

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

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

Как связаны степень сжатия и компрессия двигателя?

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

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

Форсирование двигателя путем увеличения степени сжатия

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

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

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

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

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

Основные методы увеличения

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

Как работает двигатель с изменяемой степенью сжатия?

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

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

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

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

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

Цикл Миллера-Аткинсона

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

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

Математический расчет

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

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

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

Видео:Как измерить степень сжатия правильно.

Практический расчет методом проливки

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

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

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

Можно ли рассчитать степень, измерив компрессию?

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

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

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

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

Печать

Важность степеней сжатия и способы их измерения

Команды NHRA Top Fuel и Funny car заменяют их после каждого прохода в гонке и каждого второго квалификационного прохода. Команды Pro Stock меняют их примерно через каждые 40 проходов, а воины выходного дня меняют их каждые 12–18 месяцев, и раньше, если их двигатели работают с закисью азота. При замене поршней обычно возникают вопросы по изменению характеристик, особенно по степени сжатия.

Рон Бобьен из Diamond Piston объясняет: «Степень сжатия двигателя рассчитывается путем деления общего рабочего объема (с поршнем в нижней мертвой точке) на общий сжатый объем (с поршнем в верхней мертвой точке). Например, если общий рабочий объем 632-кубового автомобиля Chevrolet с большим блоком составляет 1380,34 см3 (куб.cc степень сжатия будет указана как 15,92:1».

Чтобы найти общую рабочую площадь двигателя в кубических дюймах, можно применить следующую формулу: 0,7854 x диаметр отверстия x диаметр отверстия x длина хода x количество цилиндров. Чтобы перевести кубические дюймы в кубические сантиметры, умножьте их на 16,39. Использование бюретки является лучшим методом измерения сжатого объема (объем камеры плюс объем поршня).

Коэффициенты сжатия часто определяются сводом правил. Также КПД двигателя является решающим элементом в их составе. Более высокие коэффициенты сжатия не всегда лучше всего рассчитаны на успех. Когда вы чрезмерно сжимаете цилиндр, вы вызываете «потерю накачки» — для сжатия содержимого цилиндра требуется лошадиная сила.

Кит Уилсон из Wilson Manifolds, который на протяжении тридцати лет отличился среди ведущих гоночных команд в достижении лучшего распределения воздуха и топлива и наполнения цилиндров, комментирует: «Эффективное наполнение цилиндров позволяет нам сохранять днища поршней как можно более плоскими — мы попробуй не стрелять нашим огнем за бугор! «Кроме того, — говорит специалист по индукции из Форт-Лодердейла, — когда вы исследуете впускной канал собранного двигателя с отрегулированными клапанами, градуировкой кулачков и т.

Кроме того, чрезмерно усердствовать с опережением зажигания тоже не всегда рекомендуется. Как утверждает Чак Лоуренс из Jon Kaase Racing Engines, «более раннее включение зажигания заставляет двигатель работать с большей нагрузкой, так как поршень поднимается в такте сжатия, и ему приходится преодолевать преждевременные направленные вниз силы расширяющихся газов».

Точный расчет степени сжатия важен по крайней мере по трем причинам. «Во-первых, — говорит Боб Фокс, глава Diamond, — часто требуются поршни с более высокой степенью сжатия, чем это физически возможно обеспечить. Во-вторых, некоторые санкционирующие органы устанавливают строгие ограничения на коэффициенты сжатия, и если они не рассчитаны точно, гонщик может либо растратить мощность, которую он мог законно генерировать, либо невольно быть уличенным в жульничестве. В-третьих, если гоночный двигатель спроектирован в соответствии со строгими спецификациями, в том числе для работы на конкретном гоночном топливе, то правильно рассчитать степень сжатия стоит».

Тем не менее, когда производители или поставщики поршней запрашивают информацию, необходимую для изготовления их поршней в соответствии с правильными спецификациями, важные данные неизменно опускаются. Неспособность заполнить специальную форму информации о поршне, как правило, является самой большой трудностью, с которой они сталкиваются. И почему эта утомительная проблема повторяется с такой быстротой? Трудно сказать, так как это может привести к неприятным последствиям для гонщика. Однако известно, что две главные проблемы связаны с высотой палубы блоков и объемом камеры.

Объем камеры измеряется путем переворачивания головки блока цилиндров на верстаке (в комплекте с двумя клапанами и установленной свечой зажигания), помещения в нее куска толстого акрилового пластика (с отверстием диаметром 1/4 дюйма или 3/8 дюйма) над камерой сгорания, наполнив 100-миллилитровую бюретку, градуированную в кубических сантиметрах, окрашенной жидкостью и передав эту жидкость в камеру сгорания. Этот процесс измерения дублируется для определения объема поршня.

Высота платформы блока цилиндров измеряется от осевой линии коленчатого вала до платформы блока цилиндров, обычно с помощью штангенциркуля. Знание точной высоты деки блока имеет решающее значение, поскольку она используется для проверки четырех важных измерений: половины размера хода, длины штока, высоты сжатия и расстояния между поршнем и декой.

Расстояние между поршнем и декой – это расстояние от плоскости поршня до поверхности деки – должно ли оно располагаться на нуле (заподлицо с поверхностью деки блока) или располагаться немного ниже канала ствола? Большинство производителей двигателей требуют, чтобы расстояние от поршня до платформы составляло 0,005 дюйма или 0,010 дюйма по каналу ствола. Этот небольшой фактор выдумки дает им возможность снять колоду с колоды позже, если это необходимо.

Компрессионная высота поршня, также называемая компрессионным расстоянием, измеряется от осевой линии поршневого пальца до лыски на верхней части поршня. Как только эти размеры будут установлены точно, поршень будет расположен на точной высоте в цилиндре, и степень сжатия будет точно такой, как требуется.

Однако, когда некоторые из этих жизненно важных измерений опущены — возможно, пробелы оставлены пустыми или в них есть слово Stock — обычно следует горе.

Предположим, что желаемая степень сжатия гонщика составляет 11,9:1, а высота колоды блоков принята за стандартную. Далее предположим 10.720? представляет акции. Но когда-то в прошлом, неизвестном нынешнему владельцу, блок посетил механический цех, где палубы были «зачищены», а высота на самом деле 10.700? а не 10.720?. В результате .020? разница в расстоянии сжатия приведет к тому, что поршень окажется выше в отверстии, что приведет к гораздо более высокой и нежелательной степени сжатия около 12,5: 1.

Опытные производители поршней, имеющие опыт работы с различными категориями гоночных двигателей, скажут вам, что компрессия — очень интригующая тема, и что иметь больше поршней не всегда выгодно. «Когда преобладают лучшие конструкции головки блока цилиндров и впускного коллектора, — говорит Боб Фокс, — требуется меньшее сжатие, потому что они обеспечивают лучшее заполнение цилиндра. Следовательно, он сжимает больше воздуха в данной области. Но если головка блока цилиндров и система впуска менее эффективны, требуется большее сжатие, потому что в цилиндре меньше воздуха».

Тогда возникает вопрос, сколько воздуха мы всасываем в цилиндр? А пока, вот как предоставить Diamond и другим производителям поршней жизненно важную информацию, которая часто отсутствует в форме заказа поршня.

Источники:

Diamond Pistons

23003 Diamond Drive,

Clinton Township, MI 48035

БЕСПЛАТНЫЙ (877)

735 West Winder Ind. Parkway,

Winder, GA 30680

(770) 307-0241

www.jonkaaseracingenginesingengines.com

Wilson Manifolds

47002 47002 47002 47003

Wilson Manifolds

Wilson Manifolds. 11th Avenue,

Oakland Park,

Флорида 33334

(954) 771-6216

www.wilsonmanifolds.com

Ernie Elliott Inc

 .7854 x Диаметр цилиндра² x ход x 16,39 = 876,15 cl 

 .7854 x Отверстие прокладки² x Прокладка x 16,39 = 9,08 см3