Увеличение степени 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.
объем камеры сгорания степень сжатия
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.
Уменьшение и увеличение степени сжатия
У каждого автолюбителя свои задачи. Кто-то хочет больше мощности от двигателя и тогда задумывается над увеличением степени сжатия. Другие, желают дефорсировать мотор и уменьшить степень сжатия, чтобы заправлять дешевый низкооктановый бензин.
В данной статье поговорим про уменьшение и увеличение степени сжатия, зачем это делают и какой результат.
Увеличение степени сжатия двигателя
Увеличение степени сжатия является одной из основных методик поднятия мощности двигателя. Тем самым можно получить больше отдачи с того же объема двигателя. 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 в характеристиках бензина не позволяющим поднимать степень сжатия больше определенного уровня, без образования детонации. Если мы значительно повысим степень сжатия, то мощность повысится, но придется заправляться более высокооктановым топливом. 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 будет несущественна.
Как увеличить степень сжатия? Два лучших способа:
1. Установка более тонкой прокладки двигателя. При таком варианте, клапана могут столкнуться с поршнями и нужно все тщательно рассчитывать. Как вариант, это установка новых поршней двигателя с более глубокими выемки под клапана. Также изменятся фазы газораспределения двигателя и нужно будет их заново настраивать.
2. Растачивание цилиндров двигатель. 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 объема возросшего цилиндра к прежнему объему камеры сгорания покажет большую величину 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.
Уменьшение степени сжатия двигателя
Для чего производиться уменьшение степени сжатия двигателя? Если при увеличении — мы добивались повышения мощности двигателя, то тут ситуация противоположная — уменьшение степени сжатия производиться с целью перевести автомобиль на более дешевый бензин.
Так, в старые времена поступали владельцы «Жигулей» и «Москвичей», когда переводили свои машины с дорогого 92-ого бензина на более дешевый и доступный 76-ой. Для этих целей используется аналогичный способ, только придется увеличить высоту прокладки под головку двигателя. Берем две обычные прокладки и между ними вставляем алюминиевую нужной толщины. Прокладки, если нужно, вырезались самостоятельно в гараже с помощью подручных средств.
После вышеописанной процедуры уменьшиться степень сжатия за счет увеличения камеры сгорания двигателя и можно заливать дешевый бензин. Не рекомендуем делать эту операцию на современном авто, оборудованным большим количеством электроники, во избежании неприятностей.
Как увеличить степень сжатия
Т ермический КПД двигателя η t в значительной степени зависит от величины степени сжатия ε . Чем выше степень сжатия, тем меньше топлива используется для получения той же самой мощности, поэтому повышение степени сжатия — один из основных методов увеличения мощности двигателя. Термический КПД двигателя при увеличении степени сжатия увеличивается сначала быстро, а после значений степени сжатия 12-13 — несколько медленнее [18].
Увеличение степени сжатия ограничивается появлением детонации вследствие роста температуры рабочей смеси в конце хода сжатия, в результате чего двигатель перегревается, наполнение цилиндров бензовоздушной смесью ухудшается, износ основных деталей двигателя повышается в 2-3 раза. Сильная детонация может привести к прогоранию днища поршня. Практически предельное значение степени сжатия ограничивается октановым числом применяемого моторного топлива. Наиболее рациональным является форсировка двигателя до степени сжатия 9,8 — 10, что подтверждается опытом участия в спортивных соревнованиях в нашей стране и за рубежом [18] . Указанные значения также типичны для двигателей, использующих распределительные валы с относительно коротким периодом впуска, подобные валам многих форсированных двигателей. При увеличении продолжительности такта впуска посредством установки распределительного вала с более длительным периодом впуска прирост мощности от степени сжатия становится еще более значительным [19] .
Прирост мощности при увеличении степени сжатия можно определить по приведенной ниже таблице, показывающей приращение мощности двигателя от исходной величины при изменении степени сжатия. Для этого находят в таблице столбец с исходной степенью сжатия и колонку с новой предполагаемой степенью сжатия. Прочитанное значение в элементе таблицы покажет увеличение мощности в процентах.
Данные таблицы базируются на механических степенях сжатия, определенных путем математических расчетов из фиксированного объема, а не на динамических степенях сжатия, которые будут увеличиваться при увеличении эффективности впуска. При улучшении наполнения цилиндра динамическая степень сжатия увеличивается подобно увеличению объема цилиндра, т.к. в цилиндр будет поступать больше воздуха и топлива.
Практически увеличение степени сжатия не всегда приводит к увеличению мощности. Если статическая (подсчитанная) степень сжатия уже находится около предела детонации для используемого топлива, ее дальнейшее увеличение может ухудшить мощность и/или надежность двигателя. Это особенно справедливо, когда достигнут коэффициент наполнения цилиндра больше 1 [19]. К тому же, когда коэффициент наполнения цилиндра больше 1, поступившая смесь находится под небольшим положительным давлением, однако, она может заполнить только пространство в цилиндре плюс пространство в камере сгорания. Однако если мы увеличиваем степень сжатия путем уменьшения объема камеры сгорания или путем увеличения выпуклости поршня, то общее количество бензовоздушной смеси, которую может принять цилиндр, уменьшится на эту величину, и, как следствие, при увеличении степени сжатия ухудшается наполнение цилиндров. Чем лучше наполнение цилиндров (полученное турбиной, насосом, полировкой каналов, изменением фаз газораспределения и т.д.), тем меньше будет требуемая степень сжатия.
Замеренное компрессометром давление в цилиндре в конце такта сжатия может быть пересчитано в степень сжатия по формуле: ε = (Pc+3.9)/1.55 , где Pc — давление, замеренное компрессометром, кг/см 2 . Разница значения компрессии в разных цилиндрах не должна превышать 0.5 — 1 кг/см 2 .
Практически степень сжатия двигателя зависит от объема камеры сгорания, размера и формы поршня и его хода. Так, для двигателей УЗАМ 3313 и 3318, имеющих одинаковый диаметр цилиндра и ход поршня и одинаковую головку блока цилиндров, за счет изменения формы поршня степень сжатия изменяется с 7.6 в двигателе УЗАМ-3313 до 9.2 в двигателе УЗАМ-3318, что приводит к увеличению максимальной мощности с 85 до 90 л.с., а максимального крутящего момента с 135 н/м до 145 н/м.
Наиболее просто увеличить степень сжатия двигателя можно фрезеровкой головки блока цилиндров, что позволяет уменьшить объем камеры сгорания. При этом необходимо следить за тем, чтобы при открывании клапана он не ударял по днищу поршня во всем диапазоне частот вращения двигателя (т.к. пружины клапанов имеют определенную инерцию), и при необходимости выполнить в поршне проточки под клапаны. В двигателях с чугунным блоком цилиндров возможна также фрезеровка поверхности блока цилиндров, сопрягаемой с головкой блока, самостоятельно или вместе с фрезеровкой поверхности головки блока цилиндров.
Ниже в таблице показана зависимость степени сжатия двигателя УЗАМ-412 от глубины фрезерования головки блока цилиндров:
Степень сжатия двигателя: формула, увеличение, бензин
Почему это важно? Сейчас все автопроизводители просто одержимы коэффициентом (степенью) сжатия двигателя, ведь это одна из основных его характеристик. Также очень важно знать о зависимости этого значения от используемого бензина, ведь его величина напрямую влияет на возникновение детонации топлива.
Что учесть? Чем больше степень сжатия двигателя, тем быстрее поедет машина. Но у этой аксиомы есть другая проблема – от этого больше выхлопов, быстрее износ деталей. Именно из-за этих причин производители не спешат увеличивать этот параметр.
В этой статье:
- Что такое степень сжатия двигателя
- Зачем производителям увеличивать степень сжатия двигателя
- Октановое число и степень сжатия двигателя
7 обязательных шагов для организации СТО
Шаг 5 упускают 68% предпринимателей
Что такое степень сжатия двигателя
Под степенью сжатия двигателя понимается соотношение между максимальным объемом рабочего цилиндра и объемом его камеры сгорания. Данный показатель выражается пропорцией, например 9:1.
Чтобы было понятнее, рассмотрим степень сжатия при работе цилиндра в двигателе внутреннего сгорания. Внутри рабочей зоны цилиндра находится поршень, двигающийся возвратно-поступательно. Если он достигает крайней нижней точки, то над поршнем остается наибольшая часть свободного объема. Это положение называется нижней мертвой точкой.
Аналогичным образом, когда поршень достигает крайнего верхнего положения, над ним остается наименьший свободный объем, это – верхняя мертвая точка. Разница между этими двумя объемами и обозначает степень сжатия двигателя. При достижении поршнем крайней верхней точки над ним сохраняется некоторое пространство, в котором и происходит сгорание топлива.
Далее приведем математическую иллюстрацию степени сжатия бензинового двигателя.
Допустим, в двигателе в момент пребывания поршня в нижней мертвой точке объем камеры сгорания составляет 10 кубических сантиметров. Когда впускной клапан головки двигателя запирается и поршень начинает движение вверх, выполняя такт сжатия, объем топливной смеси сжимается до 1 кубического сантиметра. Соответственно, в этом случае степень сжатия составит 10:1.
Также степень сжатия может иметь вид частного от наибольшего объема рабочей зоны, разделенного на ее минимальный объем. В этом случае полученное значение выражается не пропорцией, а целым числом. Оно показывает, насколько сжимается топливно-воздушная смесь при перемещении поршня из нижней крайней точки в верхнее крайнее положение.
Чем больше степень сжатия двигателя, тем меньше пространство, в котором помещается топливная смесь, соответственно, повышается давление. Аналогично при меньшей степени сжатия повышается объем и уменьшается давление.
Для расчета степени сжатия двигателя можно использовать следующую формулу.
ξ = (Р + С)/ С
Здесь Р обозначает рабочий объем цилиндра, С – объем камеры сгорания. Формула наглядно показывает, что для повышения степени сжатия требуется уменьшить объем камеры сгорания. Вместо этого можно также увеличить общий объем цилиндра при том же объеме камеры сгорания. Величина Р значительно превышает С. В этой связи допустимо считать, что ξ прямо пропорционален рабочему объему цилиндра и обратно пропорционален объему камеры сгорания.
При наличии данных о диаметре поршня (D) и расстоянии хода поршня (S) можно рассчитать рабочий объем цилиндра. Формула следующая:
Р = (π *D2 / 4) * ;S.
Камера сгорания имеет сложную конфигурацию, поэтому ее объем не высчитывают, а измеряют. Делается это весьма нехитрым способом: в камеру заливается жидкость до заполнения, а затем измеряется ее объем. Удобнее всего использовать воду, так как ее плотность составляет 1 грамм на 1 кубический сантиметр, что упрощает расчеты.
Зачем производителям увеличивать степень сжатия двигателя
Казалось бы, вполне понятно, для чего производители автомобилей пытаются повысить степень сжатия дизельного или бензинового двигателя. Чем она больше, тем выше давление на поршень при максимальном сжатии топливной смеси и тем больше крутящий момент. Однако это объяснение слишком упрощенное, в действительности ситуация выглядит сложнее.
Как известно, горючее передает свою потенциальную энергию на поршень в момент сгорания, заставляя его двигаться с определенной скоростью. Чем выше крайняя верхняя точка расположения поршня в цилиндре, тем большую мощность он развивает при перемещении вниз.
При высокой степени сжатия двигателя уменьшается и объем бензина, который необходим для развития определенного усилия. Однако в реальности при протекании данного процесса проявляются технические проблемы, для решения которых необходимо обратиться к термодинамике.
Еще раз обозначим основы. Нам известно, что при высокой степени сжатия двигателя растет и сила, с которой топливно-воздушная смесь воздействует на поршень. Это оказывает положительный эффект для динамики транспортного средства, позволяет понизить расход топлива.
Термодинамика объясняет, почему степень сжатия двигателя имеет ограниченное число. Например, степень сжатия 14:1 уже считается избыточной. Несмотря на экономию усилий, предаваемых на ось автомобиля, подобные силовые установки никто не производит.
Основная проблема, возникающая при неограниченном повышении степени сжатия двигателя на дизеле или бензине, – отсутствие подходящего металла для цилиндра. Он должен выдерживать резкое повышение давления внутри, не деформироваться и не терять твердой структуры. Однако, даже если бы такой материал существовал, перегрузки неизбежно приведут к сгоранию, расплаву иных узлов мотора, без которых невозможна его работа.
Таким образом, максимально допустимая степень сжатия двигателя равна величине, при которой все узлы двигателя могут работать исправно без разрушения его конструкции.
Максимальная степень сжатия важна в основном в автоспорте. Например, в гоночных болидах может играть роль разница в мощности всего на одну лошадиную силу. Но здесь речь идет о борьбе даже не за секунды, а за доли секунды.
Если же говорить об автомобилях массового производства, то им не требуется запредельная мощность. В городе редко удается разогнаться более чем до 50 километров в час. Даже на шоссе максимальная безопасная скорость движения ограничена. Гораздо важнее оказывается экономичность и экологичность.
Чем интенсивнее расходуется топливо, тем дороже обходится содержание транспортного средства. В этом смысле малолитражные авто даже предпочтительнее. Хотя они и менее мощные, но бензина им требуется меньше. Водитель кроссовера с высокой степенью сжатия двигателя на 1.6 литра платит за топливо гораздо больше, чем владелец мотоцикла, объем мотора которого составляет несколько сотен кубических сантиметров.
Также нельзя забывать о воздействии выхлопных газов на экологию. Чем мощнее двигатель, тем больше вредных веществ выбрасывается в атмосферу. В Европе, например, это стало одной из главных причин, вызвавших рост популярности транспортных средств с малым объемом двигателя.