что это, как увеличить и чем отличается от компрессии

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

Содержание статьи:

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

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

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

Что такое степень сжатия

У четырехтактного мотора четко разделены все процессы газообмена.

На такте впуска поршень опускается вниз, точнее ближе к коленвалу, оставляя над собой максимальное для данного цилиндра пространство.

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

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

По теме: Сколько проработает двигатель без масла

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

Отличия от компрессии

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

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

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

На что влияет

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

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

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

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

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

Как рассчитать степень сжатия мотора

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

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

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

Как увеличить степень сжатия

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

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

Расточка цилиндров

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

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

Измерение объема камеры сгорания

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

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

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

Доработка ГБЦ

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

Возможно несколько вариантов:

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

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

Минусы увеличения степени сжатия

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

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

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

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

Такая работа доступна очень ограниченному числу специалистов.

Nissan разработала ДВС с изменяемой степенью сжатия / Хабр

Степень сжатия газообразной горючей смеси в цилиндре изменяется от 8:1 до 14:1

Двигатель VC-T. Изображение: Nissan

Японский автопроизводитель Nissan Motor представил новый тип бензинового двигателя внутреннего сгорания, который по некоторым параметрам превосходит продвинутые современные дизельные двигатели.

Новый двигатель Variable Compression-Turbo (VC-T) способен при необходимости изменять степень сжатия газообразной горючей смеси, то есть изменять шаг хода поршней в цилиндрах ДВС. Этот параметр обычно является фиксированным. Судя по всему, VC-T станет первым в мире ДВС с изменяемой степенью сжатия смеси.

Степень сжатия — отношение объёма надпоршневого пространства цилиндра двигателя внутреннего сгорания при положении поршня в нижней мёртвой точке (полный объём цилиндра) к объёму надпоршневого пространства цилиндра при положении поршня в верхней мёртвой точке, то есть к объёму камеры сгорания.

Повышение степени сжатия в общем случае повышает его мощность и увеличивает КПД двигателя, то есть способствует снижению расхода топлива.

В обычных бензиновых двигателях степень сжатия обычно составляет от 8:1 до 10:1, а в спортивных машинах и гоночных болидах может достигать 12:1 или больше. При повышении степени сжатия двигатель нуждается в топливе с бóльшим октановым числом.

Двигатель VC-T. Изображение: Nissan

На иллюстрации показана разница в шаге поршней на разной степени сжатия: 14:1 (слева) и 8:1 (справа). В частности, демонстрируется механизм изменения степени сжатия от 14:1 к 8:1. Он происходит таким образом.

1. В случае необходимости изменить степень сжатия активируется модуль Harmonic Drive и сдвигает рычаг актуатора.
2. Рычаг актуатора поворачивает приводной вал (Control Shaft на схеме).
3. Когда приводной вал поворачивается, он изменяет угол наклона многорычажной подвески (Multi-link на схеме)
4. Многорычажная подвеска определяет высоту, на которую каждый поршень способен подняться в своём цилиндре. Таким образом, изменяется степень сжатия. Нижняя мёртвая точка поршня, судя по всему, остаётся прежней.

Конструкция запатентована Nissan (патент США № 6,505,582 от 14 июня 2003 года).

Изменение степени сжатия в ДВС можно в каком-то смысле сравнить с изменением угла атаки в винтах регулируемого шага — концепции, которая много десятилетий применяется в воздушных и гребных винтах. Изменяемый шаг винта позволяет поддерживать эффективность движителя близкой к оптимальной вне зависимости от скорости движения носителя в потоке.

Технология изменения степени сжатия ДВС даёт возможность сохранить мощность двигателя при соблюдении строгих нормативов к экономичности двигателя. Вероятно, это вообще самый реальный способ соблюсти эти нормативы. «Все сейчас работают над изменяемой степень сжатия и другими технологиями, чтобы значительно улучшить экономичность бензиновых двигателей, — говорит Джеймс Чао (James Chao), управляющий директор по Азиатско-Тихоокеанскому региону и консультант IHS, — По крайней мере последние двадцать лет или около того». Стоит упомянуть, что в 2000 году компания Saab показывала прототип такого двигателя Saab Variable Compression (SVC) для Saab 9-5, за который удостоилась ряда наград на технических выставках. Затем шведскую фирму купил концерн General Motors и прекратил работу над прототипом.

Двигатель Saab Variable Compression (SVC). Фото: Reedhawk

Двигатель VC-T обещают вывести на рынок в 2017 году с автомобилями марки Infiniti QX50. Официальная презентация назначена на 29 сентября на Парижском автосалоне. Этот двухлитровый четырёхцилиндровый двигатель будет обладать примерно такой же мощностью и крутящим моментом, что и 3,5-литровый двигатель V6, место которого займёт, но обеспечит экономию топлива 27%, по сравнению с ним.

Инженеры Nissan говорят также, что VC-T будет дешевле, чем современные продвинутые дизельные двигатели с турбонаддувом, и будет полностью соответствовать современным нормам на выбросы оксида азота и других выхлопных газов — такие правила действуют в Евросоюзе и некоторых других странах.

После Infiniti новыми двигателями планируется оснащать другие автомобили Nissan и, возможно, партнёрской компании Renault.

Двигатель VC-T. Изображение: Nissan

Можно предположить, что усложнённая конструкция ДВС в первое время вряд ли будет отличаться надёжностью. Есть смысл выждать несколько лет, прежде чем покупать автомобиль с двигателем VC-T, если только вы не хотите участвовать в тестировании экспериментальной технологии.

Suck, Squish, Bang, Blow, часть 3 — Степень сжатия и соотношение воздух-топливо

Suck, Squish, Bang, Blow, часть 3 — Степень сжатия и соотношение воздух-топливо

• Опубликовано 12 июля 2010 г.
• byMike Kojima

Suck, Squish, Bang, Blow часть 3- Степень сжатия и соотношение воздух-топливо мы объяснили, как работает 4-тактный цикл. Теперь мы собираемся разобрать пару общих и очень важных терминов, которые вы будете постоянно слышать при обсуждении двигателей, которые вы должны понимать, если собираетесь успешно настраивать или подбирать детали для своего двигателя. Эта информация также может помочь уберечь вас от обмана фиктивными спидшопами. Это также может помочь предотвратить вас от неправильного направления со стороны SPE, FFF и других типов ламео-гуру, обитающих на различных форумах и онлайн-ресурсах.

Для просмотра первой части нажмите здесь!

Для просмотра второй части этой серии нажмите здесь!

Степень сжатия

Это очень важный термин, который часто используется, когда говорят о двигателях. Степень сжатия — это отношение объема цилиндра, когда поршень находится в нижней мертвой точке своего хода, к объему цилиндра, когда поршень находится в верхней мертвой точке своего хода. Коэффициент сжатия описывается как числовой коэффициент.

Степень сжатия – это отношение объемов цилиндров в верхней и нижней мертвых точках.

Степень сжатия зависит от объема камеры сгорания головки блока цилиндров, формы днища поршня (выпуклая, выпуклая, плоская), толщины прокладки головки и высоты деки блока (влияет на положение поршень в отверстии в ВМТ).

Мы покажем вам влияние различных объемов купола поршня на степень сжатия различных кованых поршней JE и Arias для двигателя Nissan SR20DE. Это кованая копия штатного поршня Nissan. Его степень сжатия составляет 9,5:1. В нем есть небольшое блюдо.

Чем выше степень сжатия, тем более плотно упакованы молекулы топлива и воздуха, когда смесь воспламеняется свечой зажигания, это вызывает более мощный взрыв, вызывая более бурную реакцию, которая производит больше энергии. Более высокое сжатие увеличивает степень расширения взрывающегося горячего газа, что означает, что больше энергии воздействует на верхнюю часть поршня, сильнее толкая его вниз, создавая большую мощность. Увеличение степени сжатия улучшает тепловой КПД двигателя, и это основная причина, по которой более высокая степень сжатия увеличивает мощность. Улучшение теплового КПД улучшает экономию топлива за счет получения большей мощности от того же количества топлива и уменьшения площади поверхности камеры сгорания до объема. Это означает меньше потерь теплоты сгорания и большее расширение, используемое для перемещения поршня вниз.

Поршень с плоской вершиной без тарелки имеет степень сжатия 10:1 в SR20DE.

Повышение степени сжатия также увеличивает объемный КПД двигателя. Объемный КПД или VE для краткости — это измерение того, насколько хорошо двигатель может перемещать воздушно-топливную смесь в цилиндры двигателя и из них. VE — это процент заряда смеси, который динамически поступает в цилиндр во время такта впуска, по сравнению с фактическим рабочим объемом цилиндра. Говорят, что чем выше процент, тем более объемным является двигатель. Чем больше воздуха и топлива всасывается в двигатель, тем большую мощность он будет производить. Повышение степени сжатия увеличивает количество всасывания двигателя на такте впуска, что увеличивает VE. Увеличение может составлять несколько процентов, что может быть значительным в общем увеличении мощности.

Эта версия поршня с высоким куполом имеет степень сжатия около 13:1

9001 Этот термин является неправильным, поскольку не существует такой вещи, как динамическая степень сжатия, за исключением странного Saab и исследовательских двигателей, где степень сжатия можно изменить на лету. На динамическое давление в цилиндре двигателя могут влиять многие факторы, но это не степень сжатия, которая является фиксированной механической степенью, которая не меняется, за исключением вышеупомянутых исключений.

Турбоверсия этого поршня имеет глубокую тарелку большого объема, которая снижает степень сжатия примерно до 8,5:1. Размер и форма куполов или тарелок будут варьироваться от типа двигателя к типу двигателя, но вы можете получить представление о том, как верхняя часть поршня может влиять на степень сжатия на этих примерах.

 

Связанные темы

• Двигатель

Влияние фазирования сгорания, относительного соотношения воздух-топливо, степени сжатия и нагрузки двигателя

В целях повышения КПД двигателя и получения новых, согласованных и надежных данных, полезных для разработки концепций двигателя, для определения отклика указанного КПД двигателя использовался современный одноцилиндровый 4-клапанный исследовательский двигатель с искровым зажиганием. к фазированию сгорания, относительному соотношению воздух-топливо, степени сжатия и нагрузке. Затем было использовано моделирование горения, чтобы помочь объяснить наблюдаемые тенденции и ограничения для достижения более высокой эффективности. В этой статье анализируется логика такого повышения эффективности и представлены корреляции экспериментальных данных. Результаты полезны для изучения потенциала более эффективных конструкций двигателей, в которых можно использовать высокие степени сжатия в режимах обеднения или разбавления при различных нагрузках.

Обширные данные этого исследования в широком диапазоне условий работы двигателя показывают, что хорошо известная потеря расчетного среднего эффективного давления (NIMEP; отношение полезной работы за цикл к объему цилиндра, смещаемому за цикл) с искрой замедление зависит от условий эксплуатации, в основном от разной продолжительности горения. Однако было обнаружено, что параметр фазирования сгорания, называемый здесь «замедление сгорания», который представляет собой сдвиг угла поворота коленчатого вала при сжигании 50% массовой доли от оптимального угла, с высокой точностью коррелирует со всеми изменениями выходного крутящего момента.

При базовой степени сжатия 9,8:1, когда двигатель работал со средней нагрузкой и увеличивающимся относительным соотношением воздух-топливо, кривая КПД в зависимости от разбавления показала два различных режима. В первом режиме эффективность увеличивалась с разбавлением до тех пор, пока не достигала пика при определенном относительном соотношении воздух-топливо (от 1,5 до 1,6). За этим пиковым коэффициентом полезного действия начался второй режим, характеризующийся падением эффективности из-за увеличения продолжительности сгорания и изменчивости. Моделирование и анализ данных использовались для исследования вклада насосных потерь, состава смеси (отношение удельной теплоемкости), тепловых потерь, продолжительности горения и изменчивости горения в общую тенденцию эффективности. Было установлено, что выравнивание КПД при высоких соотношениях воздух-топливо связано с удлинением продолжительности горения сверх критического значения (10-90% угол горения 30 градусов). Увеличение степени сжатия увеличивает скорость пламени, увеличивая соотношение воздух-топливо для максимальной эффективности еще на 0,1 лямбда. Повышение изменчивости сгорания влияет на снижение эффективности только при высоком соотношении воздух/топливо. Увеличение нагрузки продлевает пиковую эффективность до более бедных условий.

При степени сжатия выше 9,8:1 относительное повышение чистой эффективности при средней нагрузке составляет примерно 2,5% на единицу степени сжатия. Пик эффективности достигается при степени сжатия около 15:1 с максимальным преимуществом 6-7%. Эффективность больше повышается с увеличением степени сжатия при высоких скоростях и нагрузках из-за снижения важности тепловых потерь. Показанный крутящий момент при широко открытой дроссельной заслонке при моменте зажигания MBT ведет себя аналогично эффективности при средней нагрузке с максимальным преимуществом 8-9.% при степени сжатия 14:1. Эти данные особенно полезны, учитывая ограниченное количество доступных публикаций, содержащих согласованные данные о влиянии степени сжатия для широкого диапазона условий эксплуатации.

Относительное чистое повышение эффективности при увеличении нагрузки составляет около 6% на бар чистого указанного среднего эффективного давления при средней нагрузке. Около 80 % улучшения связано с уменьшением насосных потерь, а 20 % — с тем, что потери тепла становятся меньшей частью общей энергии заряда. Также представлены корреляции эффективности с нагрузкой.