Расчет степени сжатия двигателя
Autoservice-ryazan.ru

Автомобильный портал

Расчет степени сжатия двигателя

TAZ-TERROR › Blog › Расчет степени сжатия и объема мотора

Recommendations

Comments 10

Теория — теорией, а на практике иногда бывают и непредсказуемые результаты)

ну это да, прост нечем заняться на “учебе” сижу вот думаю над низовом тяговым тракторном двигле на низком блоке и 21213 кален вале и коротких шатунах))))) Изучаю р/с тд тп)

О кстати вопрос почти по теме — а не знаешь какой макс. объем можно выдавить из низкого блока?

Коленвал 2103/21213 ход 80
коленвал 2130 ход вроди 84
коленвал 2101 ход 66
с 2101 вроде 1.5
с 21011 вроде 1.6
В общем вот так:
r — радиус поршня, т.е. 79,4/2=39,7 мм
h — ход поршня, 80 мм

ну и собственно формула:
V=(4*3,14*r*r*h)/1000

О кстати вопрос почти по теме — а не знаешь какой макс. объем можно выдавить из низкого блока?

блок 01 можно точнуть на 79 но ходят слухи что на 82 можно
а 011 на 82 максимум, кто то мне писал что на 84, но я думаю это бред

Короче про 1.7 это не чёс)

Не ну у меня то высокий, просто спорили со знакомым)
У него 1.3 умирает не едет, так он думает его раточить-раздрочить)

1.7 это с коленвалом тюнячим паходу) вон те статейку кинул почитай)

Ну спасибо тебе дружище) Я теперь “наумнячился”, буду по ушам всем ездить)

А у меня всё просто после капиталки:блок 1600, гильзы первый раз точнули, колено новое, мелитопольское 2103, шатуны сток, порши+кольца мне взял моторист кострома, распредвал 06, остальное по возможности всё импортное (но сток всё же?) + старая троечная 4-х ступка и редуктор. Прёт нормально для жигулей по городу фатает) На трасе разганял до 140 (не по родному спидаку, тот вообще 160 показывал, а по GPS) дальше стрёмно на этом ведре, да и думаю особо больше и не поехала бы. Зато ультрабюджетно)))

у меня копейка 1.2 130 едет максимум дальше не пробывал но вроде не хочет больше, хз врет спидак или не)

О кстати вопрос почти по теме — а не знаешь какой макс. объем можно выдавить из низкого блока?

Справка по размерам моторов ВАЗ классика:

Высота блока цилиндров на классический автомобиль ВАЗ (от оси коленвала до плоскости прокладки головки блока цилиндров):
— 2101, 21011, 2105 = 207,1 допуск -0,15,
— 2103, 2106, 2121, 21033(под 76 бензин для Китая), 2130 (1,8 литра ОПП) = 215,9 допуск -0,15,
— 21213 (на мотре 21214 блок 21213) = 214,58 допуск -0,15.
Толщина стенок цилиндра обычно позволяет увеличить диаметр не более чем на 2-а мм, если водяная рубашка, а точнее диаметр цилиндра смещен относительно рубашки могут возникнуть проблемы.

Ход колена 2101, 2103, 21213:
ход 2101 — 66мм (в обиходе называется низким)
ход 2103 — 80мм
ход 21213 — 80мм (более сбалансирован за счёт более развитых
противовесов, видимо в ущерб весу)
ход 2130 — 84мм
Есть тюненские колена ходом 84,86,88 мм. Но стоят они от 10тысяч

Диаметр поршней на классику
2101 — 76мм
21011,2105 — 79мм
21213 — 82мм
2108 — 82мм (ставились для ездунства на 76 бензе, для экспорта)
Имеется много кованых поршней любого стокового диаметра, а максимум 84мм
Одна из основных геометрических характеристик поршня — компрессионная высота. Она определяется расстоянием от его днища до оси поршневого пальца. Для классического мотора ВАЗ она составляет 38 мм.
Есть поршни с меньшей компрессионной высотой, например поршни ТРТ. Высота составляет 31 мм.

Длины шатунов на класические моторы (какие бывают)
ВСе шатуны 2101 длинной 136 мм но есть 213 шатун такой же длинны, но там палец пресуется в цилиндр а не в шатун.
Есть шатуны укороченные на 7мм(как пример: запихать 80ое колено в низкий блок) Есть два вида: укороченные — производятся сразу на 7мм короче(где то на украине делают), и усаженные, то есть берётся стоковый шатун и под нагревом усаживается, делали при совке, но они не очень желатьельны, и по общему мнению опасны, поскольку в месте усадки обязательно будет напряжение, и может показаться “рука дружбы”

И так что делаем:

Имеем двигатель 2101 или 21011 объемами 1,2 и 1,3 соответсвенно, что мы можем получить? из 2101 блока мы можем получить объем 1,5 и 1,6 литра, из 21011 блока 1,6 и 1,7. Что для этого нужно?
1. Коленвал 2103 (если где услышите коленвал 2106 или 2121 то имейте ввиду, что в двигателе 2106 стоит КВ 2103, на ниве 2121(!) ставили двигатель 2106), либо 21213 (он будет получше)
2. Шатуны Укороченные, Если увиличиваем объем шатунами то поршни можно оставить родные, все зависит от ресурса мотора, если точим то берем новые поршни)))
3. Поршни (В случае если ставим родные или 213 шатуны)

остальное по мурзилке.

Пример получения 1,7 литра на 011 блоке:
1. Коленвал
2. Шатун 129 мм (как вариант, либо родной или 213)
3. Поршни 82 мм (тут зависит от шатуна, если укороченный то ставим Нивовский поршень с двигателей 21213, если Шатун будет родной или 213 то ставим поршень с меньшей компрессионной высотой)
4. Точим цилиндры до 82 мм
Так получается 1,7 литра))) Для объемов 1,5 и 1,6 тот же самый порядок, только мы будем выбирать между шатунами и поршнями, в этом случае существует такое понятие как R/S (rod to stroke ratio) разница длинны шатуна и хода коленвала. И ему уделяется достаточно серьезное внимание при доработке моторов. Многие источники считают, что «золотой серединой» является величина R / S, равная 1,75

Эффект большого R/S:

ЗА:Позволяет поршню дольше находиться в ВМТ, что обеспечивает лучшее горение топливной смеси, т.е. более полное сгорание топливной смеси, более высокое давление на поршень после прохождения ВМТ, более высокая температура в камере сгорания. В результате хороший момент на средних и высоких оборотах. Длинный шатун уменьшает трение пары «поршень-цилиндр», а это особенно важно при рабочем ходе поршня.

ПРОТИВ: Мотор, собранный с достаточно большим значением R / S не обеспечивает хорошее наполнение цилиндров на низких и средних частотах вращения КВ, из-за снижения скорости воздушного потока (из-за уменьшения скорости движения поршня после ВМТ, в момент открытия впускного клапана). Большая вероятность появления детонации из-за высокой температуры в камере сгорания и длительного времени нахождения поршня в ВМТ.

Эффект малого R / S :

ЗА:Обеспечивает очень хорошую скорость наполнения цилиндров на низких и средних частотах вращения КВ, так как скорость движения поршня от ВМТ больше, разряжение нарастает быстрее, что улучшает наполнение цилиндров, более высокая скорость движения топливовоздушной смеси делает смесь более гомогенной (однородной) что способствует лучшему сгоранию. Преимущества: более низкие требования к доработке и диаметрам каналов ГБЦ, чем на моторе с высоким соотношением R / S.

ПРОТИВ: Малая величина RS означает, больший угол наклона шатуна. Это значит, что большая сила будет толкать поршень в горизонтальной плоскости. Для мотора это означает следующее:

1. Большая нагрузка на шатун (особенно на центр шатуна), что делает разрушение шатуна более вероятным. Разрушение шатуна само по себе мало вероятно, кроме случаев обрыва, при заклинивании и гидроударе, как правило, шатун рвется у верхней или
нижней головки под углом приблизительно 45 градусов к оси шатуна.
2. Увеличение нагрузки на стенки блока цилиндров, большая нагрузка на поршни и кольца, увеличение рабочей температуры вследствие повышенного трения, как результат, более быстрый износ стенок цилиндра, колец, и ухудшении условий смазки. Износ этого участка зависит от величины смещения оси пальца отн. оси поршня и от значения максимального угла наклона шатуна, т.е. при применении “кованных” поршней со смещенным пальцем, износ будет меньше чем при применении стандартных поршей.
3. Более короткий шатун также увеличивает скорость движения поршня, что влияет на износ и увеличение трения. Максимальная скорость поршня приходится на угол около 80 градусов поворота коленчатого вала от ВМТ, для мотора с коленвалом 74,8 мм при 5600 оборотов в минуту она равна 22,92 м/с при шатуне 121 мм., и 22,80м/с., при шатуне 129 мм.

Наиболее весомым является зависимость ускорения поршня от длины шатуна. Большие значения ускорения положительно влияют на наполнение цилиндров на малых оборотах, что ведет к «тяговитости» двигателя в следствии лучшего наполнения. Но на высоких оборотах из-за инерционности потока во впускной трубе происходит эффект запирания на впускном клапане (т.е объем цилиндра над поршнем растет быстрее, чем может заполняться через клапанную щель, что ведет к ухудшению наполнения и мощностных характеристик на высоких оборотах). В случае длинного шатуна на малых оборотах происходит обратный выброс смеси, но на высоких нет явления запирания.

По вполне понятным причинам, АВТОВАЗ комплектует свои моторы шатуном 136 мм (он обеспечивает 06-му мотору R/S = 1,7, что вполне удовлетворительно). Но для «тюнингаторов», использующих КВ с большим радиусом кривошипа, шатун 136 мм обеспечивает не очень хорошее отношение R/S, поэтому на рынке «нестандартных», а-ля «спортивных» запчастей существуют и продаются шатуны с длинной – 129, 132 мм, цена их правда не столь привлекательна, она колеблется от 70 до 200 долларов за комплект. Еще не стоит забывать, что «экстра ходы» поршня компенсируются уменьшением компрессионной высоты поршня (смещением поршневого пальца вверх) или увеличением высоты блока цилиндров. Т.к. компрессионную высоту можно уменьшать до определенного предела, то следующим шагом будет замена блока цилиндров на более высокий, что повлечет за собой немалые расходы финансовых средств. Все эти действия направлены для того, чтобы увеличить значение R/S.

В итоге, увеличение объема при помощи шатуна 129 мм до 1,5 (1,6) литров, мы получаем R/S — 1.61, что даст мотору тракторность, т.е. эффект малого R/S. При использовании поршней со меньшей компрессионной высотой, мы не меняем значение R/S, т.е. характеристика будет как у 2106 мотора — 1,7, что “близко к золотой середине”

1.
Блок 2101, изначальный объем 1200 см2
КВ — 2103 (21213)
Поршень — 76 (в зависимости от ремонта: 76,4; 76,8) с уменьшенной компрессионной высотой
Получаем 1,5 с R/S — 1.7
Итог: Отличный мотор почти 2103 за счет увеличения Степени Сжатия (Далее СЖ) под 92 бензин

2.
Блок 2101, изначальный объем 1200 см2
КВ — 2103 (21213)
Шатун 129 мм
Поршень — сток
Получаем 1,5 с R/S — 1.61
Итог: “Тракторный” мотор, будет получше 03 за счет тяги на низах, хорошо для города )))

3.
Блок 21011, изначальный объем 1300 см2
КВ — 2103 (21213)
Поршень — 79 (в зависимости от ремонта: 79,4; 79,8) с уменьшенной компрессионной высотой
Получаем 1,6 с R/S — 1.7
Итог: Отличный мотор, будет получше 06 за счет увеличения СЖ

4.
Блок 21011, изначальный объем 1300 см2
КВ — 2103 (21213)
Шатун 129 мм
Поршень — сток
Получаем 1,6 с R/S — 1.61
Итог: “Тракторный” мотор, будет получше 06 за счет тяги на низах, хорошо для города )))

Сами по себе двигатели 2101 и 21011 имеют R/S — 2, т.е. мотор оборотистый. Так же если расточить 2101 до 79 мм получаем объем в 1300, т.е. 011 мотор, но это уже самый последний вздох мотора. Ну а если расточить 011 мотор до 82 мм, то получаем 1400 кубиков, но и как в первом случае будет последний вздох мотора, тут важно не перегревать мотор, иначе блок на свалку.

Читать еще:  Пневмо подвеска рессоры

При форсировке такими способами вазжно знать вот это:

Компрессия — это максимальное давление воздуха в камере сгорания в конце такта сжатия.

Степень сжатия двигателя — это отношение полного объема цилиндра (V) к объему камеры сгорания (Vс). расчитываем СЖ ТУТ

Полный объем — объем цилиндра + объем камеры сгорания + объем прокладки ГБЦ.

E = V / Vc Оба этих показателя очень важны для оценки общих мощностных ( E ) и для оценки состояния мотора ( компрессия ).

Zhurikhin › Блог › Расчет Динамической степени сжатия (DCR)

Введение
Как всегда, для рассмотрения какого-либо вопроса, вспомним уже известную нам информацию по теме степени сжатия. Преобладающее количество людей, конечно, скажут, что степень сжатия – это безразмерная величина, отображающая отношение объема цилиндра к объему камеры сгорания. Также известно, что для современного атмосферного бензинового двигателя она равняется примерно 9-11, для турбированных моторов 7-8. Но каков ее физический смысл? Какое влияние она оказывает на процессы, происходящие в двигателе, рассмотрим этот вопрос более детально.

Теоретическое пояснение
Итак, рассмотрим, что же такое с физической точки зрения Степень сжатия, в классическом ее понимании. Как мы уже знаем, это отношение объема цилиндра к объему камеры сгорания, т.е. другими словами, мы понимаем под этим, что объем воздуха поступившее в цилиндр на такте впуска равняется объему цилиндра… Но так ли это на самом деле?
Нам известно, например, что для двигателей с 2-мя клапанами на цилиндр Эффективное наполнение (volumetric efficiency) составляет для гражданских двигателей 75-80%, для 16-ти клапанных этот показатель немного выше – 80-85%. Таким образом, получается, что в двигатель, в лучшем случае, попадет воздуха около 85% от объема цилиндра. А также, забегая немного вперед, надо отметить, что произойдет это в режиме максимального наполнения. Как мы видим, реальная степень сжатия уже будет отличаться.
Также, мы должны понимать, что степень сжатия будет равняться расчетной, если уменьшение объема (сжатие) ТВС будет происходить в замкнутом пространстве от Объема V1 к V2. Грубо говоря, сжатие начнется при положении поршня в НМТ и закончится тогда, когда поршень достигнет ВМТ. Но опять же по факту, в реальном двигателе этого не происходит, потому что впускной клапан закрывается с определенным запаздыванием после НМТ, и по сути само сжатие ТВС начинается с запаздыванием относительно НМТ.
Что же мы видим? Получается, что объем воздуха в реальном двигателе, участвующий в сжатии и физический объем, намного меньше, соответственно и степень сжатия, рассчитанная нами ранее, является не корректной, или скажем так, мало информативной. Ведь помимо физического объем цилиндра, разные конструкции двигателей имеют абсолютно разные и другие геометрические параметры, начиная от диаметра цилиндра, хода поршня и заканчивая различными распределительными вала, а также различными системами изменения фаз газораспределения.
Таким образом, является целесообразным ввести некую величину, которая позволит нам учитывать все параметры, влияющие на реальную степень сжатия – назовем эту величину Динамическая степень сжатия (DCR).

Понятие DCR
Динамическая степень сжатия (DCR) – величина, которая позволяет нам учитывать различные аспекты конструкции ДВС влияющие в процессе работы на конечное давление в конце такта сжатия, именно конечное давление и будет являться бенефициаром нашего расчета. Также, нам необходимо систематизировать полученные данные по соответствию значения DCR — конкретному октановому числу топлива.

Обзор конструкций
Для лучшего осмысления, физического смысла DCR, рассмотри конструкции некоторых моделей двигателей, на примере, посмотрим, какие значения DCR они имеют, а также чем это обусловлено. Для простоты, сравним всем известные двигатели семейства ВАЗ и проследим их эволюцию в разрезе введенного нами параметра.
Итак, первый двигатель, который мы рассмотрим — это ВАЗ 2106, основные параметры, такие как диаметр цилиндра, ход поршня и остальные можно легко найти в интернете, я уже произвел все необходимые расчеты, и для простоты, буду указывать уже сокращенные данные. Этот двигатель имеет геометрическую степень сжатия – 8,5 и угол закрытия ВК равным 55°, на основе всех данных, значение DCR для этого двигателя будет равно 7,5. Сравним со значением из таблицы, получаем, что для данного типа двигателя допустимо применение 92 бензина, причем с небольшим запасом. В принципе, для того времени, когда разрабатывался этот двигатель октановое число топливо применялось со значение 91, а системы управления двигателем не позволяли достаточно точно производить настройку, поэтому некий запас конечно был необходим.
Теперь рассмотри другой двигатель из этого семейства – ВАЗ 21213. Этот двигатель имеет больший объем по отношению к двигателю 2106, а также он устанавливался на автомобиль, которому предъявлялись повышенные требования к проходимости, соответственно двигатель должен был бесперебойно работать при продолжительных нагрузках, при этом не иметь детонации. Так как объем цилиндра увеличился, а конструкция ГБЦ осталась практически без изменения – это неминуемо привело к тому, что этот двигатель имеет геометрическую степень сжатия равную 9,3. Получается, что значение степени сжатия увеличилось почти на единицу по отношению к предыдущему двигателю, но применяемое топливо осталось на прежнем уровне, и нагрузки на низких оборотах не уменьшились, а даже возросли, так в чем же дело? По логике вещей нужно было бы использовать топливо с большим октановым числом и иметь более точные настройки системы зажигания и топливоподачи. Конечно, еще одним вариантом могло бы быть изменение конструкции ГБЦ (увеличение камеры сгорания), но это не рентабельно, в масштабах массового производства, практически идентичного мотора изготавливать отдельные узлы. Поэтому, конструкторы пошли другим путем, а именно, они изменили параметры распределительного вала, и даже только той части, которая касается впускного кулачка – они сделали угол закрытие ВК равным 73° в отличии от 55° на 2106, что на 18° позже. Таким образом, значение DCR составило 7,45 – что является нормальным для применения 92 бензина.
На примере этих моторов, мы наглядно убедились в том, что значение геометрической степени сжатия по факту ни дает нам практически, ни какой информации, о тех процессах, которые реально происходят в двигателе.
Также интересно проследить развитие двигателей семейства переднеприводных машин ВАЗ. Например, в силу опять же не достаточно современных систем управления, двигатель 21083, имея, казалось бы для того времени довольно высокую геометрическую степень сжатия – 9,8 имеет DCR равным 7,4 — что также вписывается в концепцию применения 92 бензина. В дальнейшем на двигателе 2110 стала устанавливаться электронная система управления двигателем, что привело к ряду изменений и в конструкцию самого двигателя – стал применяться распредвал с более ранним закрытием ВК 51,5° против 80° нежели на предыдущей модели, что в свою очередь при геометрической степени сжатия равной также 9,8 позволило поднять DCR до значения 8,8 – что также позволяло использовать 92 бензин, но при этом процессы горения происходили более качественно. И, в конце концов, на автомобиле Лада-Гранта установлен двигатель 21116 с геометрической степенью сжатия – 10,5, а значение DCR составляет 9,4, что стало возможно благодаря применению электронной дроссельной заслонки и применению бензина с октановым числом не ниже 95.

Как рассчитать и изменить степень сжатия двигателя

Одним из главнейших технических показателей автомобильного мотора является коэффициент сжатия. Он показывает соотношение разницы между объёмом свободного участка над цилиндровым поршнем и под ним в крайних его положениях.

Что такое степень сжатия двигателя

Условно величину сжатия представляют и как соотношение давлений в устройстве при подаче горючего и взрыве смеси. Конкретно эта степень обусловлена конструкцией автомобильного двигателя, и может быть высокой или низкой.

Перед непосредственным процессом воспламенения горючей смеси, поршни сжимают топливо до определённого объёма. Инженеры способны варьировать этот показатель, рассчитывая его ещё на стадии проектирования. Узнав количественное соотношение данной величины к объёму камеры сгорания, можно делать различные выводы.

На бензиновых силовых установках показатель сжатия достигает максимум 12 единиц. Чем выше здесь степень сжатия двигателя или ССД, тем больше удельная мощность мотора. Однако при сильном увеличении данного показателя снижается ресурс агрегата, особенно при заправке низкосортным бензином. На дизельных моторах, ввиду их технических отличий, она может варьироваться от 14 до 18 единиц.

В бензиновые двигатели с увеличенной до 12 единиц степенью сжатия нельзя лить ничего, кроме АИ-98 Премиум. Очевидно, что это существенно удорожает расходы на топливо.

На что она влияет

ССД непосредственно определяет объём работы, произведённой ДВС. Чем изначально выше рассчитана степень сжатия, тем продуктивнее будет воспламенение. Пропорционально увеличится и отдача мотора. Вспомним, как разработчики в 90-е годы старались повышать этот показатель, полностью не модернизируя двигатель. Таким способом они конкурировали между собой, делая агрегаты мощнее, и не затрачивая при этом много средств. Но что самое интересное — моторы в этом случае не потребляли больше горючего, а даже становились экономнее.

Однако всему есть предел, и как было сказано выше, чересчур высокий коэффициент приводит к снижению ресурса ДВС. Почему это происходит? Дело в том, что при значительном сжатии топливная смесь начинает самопроизвольно детонировать, взрываться. Особенно это затрагивает агрегаты на бензине, поэтому здесь данный коэффициент имеет строгое ограничение.

Помните, что применение низкооктанового топлива становится причиной детонации на агрегатах с повышенной ССД. И наоборот, высокооктановое горючее может не позволять двигателю полностью раскрываться, если будет использовано в агрегатах с низким коэффициентом сжатия. По этой причине оба параметра должны соответствовать. Подробнее в таблице ниже.

Отличие степени сжатия от компрессии

Степень сжатия двигателя не является компрессией. Они полностью различаются, хотя многие их путают. Коэффициент, о котором идёт речь в статье, не раскрывает значение оптимального давления ТВС перед возгоранием. Измеряется ССД лишь относительно, в соотношении к единице объёма камеры.

Под компрессией принято понимать предельное значение сжатия, образуемого в камере сгорания, на конечном этапе давления горючей смеси. Данная величина априори не может быть относительной, поэтому её измеряют в абсолютных значениях — атм, кг/см2, бар.

Степень сжатия и компрессия неразрывно связаны, но не идентичны. Показатель компрессии зависит не только от сжатия. На него оказывает влияние температура ДВС, наличие зазоров в приводных клапанах, состав топлива и многое другое.

Расчет коэффициента сжатия

Ввиду того, что желательно увеличивать степень сжатия до определённого значения, необходимо уметь рассчитывать этот показатель. К тому же это даст возможность избежать детонационных моментов, разрушающих силовой агрегат изнутри в процессе форсирования.

Таким образом, необходимость в измерении этого показателя требуется в таких случаях, как:

  • форсировка мотора;
  • подгонка под топливо с другим АИ или для метанового топлива с октановым числом 120;
  • послеремонтная корректировка.

Турбированные моторы

На турбомоторах расчёт коэффициента сжатия отличается. Это объясняется наличием наддува воздуха. Поэтому в этом случае величину, полученную в ходе вычислений, умножают на показатель турбокомпрессора.

Кроме того, при вычислении степени сжатия турбированных моторов учитывается не только давление наддува, но и показатель эффективного сжатия, климатические изменения и многое другое. В данном случае процесс значительно усложняется по сравнению с измерениями на атмосферном двигателе.

Пример подсчета

Вот как выглядит общепринятая расчётная формула для автомобильного ДВС: «ССД = (РО+ОКС)/ОКС». Степень сжатия здесь отмечена как «ССД», рабочий объём цилиндра — «РО», а объём камеры сгорания — «ОКС».

Читать еще:  Пневматическая подвеска недостатки

Для расчёта «РО» нужно в первую очередь разложить единый объём двигателя или литраж на количество используемых цилиндров. К примеру, литраж мотора «четвёрки» — 1997 см3. Для определения ёмкости одного цилиндра, надо 1997 разделить на 4. Получится около 499 см3.

Для вычисления параметра «ОКС» специалисты пользуются проградуированной в см3 трубкой или пипеткой. Под камерой подразумевается место, где непосредственно происходит возгорание горючего. Камеру заправляют, а затем измеряют объём с помощью жидкостной бюретки. Если нет градуированной трубочки, можно жидкость выкачать с помощью шприца, а затем измерить в мерной посуде или на весах. В этом случае желательно для расчёта использовать не бензин или солярку, а чистую воду, так как её удельный вес более соотносим к объёму в см3.

Внимание! Для точного измерения «ОКС» дополнительно приплюсовывается объём толщины прокладки ГБЦ, учитывается форма днища поршней и другие особенности. Поэтому расчёт этой величины рекомендуется доверить специалистам.

Как увеличить степень сжатия двигателя

Если необходимо увеличить данный показатель, используют несколько способов:

  • расточка блока и установка поршней с большим диаметром;
  • уменьшение объёма камеры сгорания путём удаления слоя металла в месте соединения ГБЦ.

Нельзя забывать, что в некоторых случаях потребуется инсталляция модернизированных поршней. Это делается, чтобы исключить такое нежелательное последствие, как встреча поршней с клапанами. В частности, на элементах увеличивают выемки клапанов. Также в обязательном порядке корректируются заново фазы газораспределения.

Интересно, что лучше всех раскрыли потенциал степени сжатия ДВС японские производители. В то время как европейские автокомпании пошли путём усовершенствования гибридных моторов, японцам удалось увеличить ССД до 14 единиц и на бензиновых силовых агрегатах, применив изменяемую величину. Но как это возможно без детонационных моментов? Всё оказалось просто. Оказывается, нужно охладить камеру, где происходит возгорание. Тогда можно будет без опасения сжимать смесь. И вовсе не обязательно для этого использовать прохладный воздух: достаточно модернизировать систему выпуска.

Приём, давно известный ещё по гоночным движкам. Выпускные каналы меняются согласно схеме 4-2-1. Порции выхлопных газов здесь не мешаются, поочерёдно вылетают в трубу. Благодаря такой чёткой системе выхлопа, улучшается продувка цилиндров, где остаётся меньше горячих газов.

Секрет японской формулы, согласно которой можно без опаски сжимать горючую смесь, имеет строго математическое соотношение. Так, если процент выхлопа снизить в 2 раза, ССД можно поднимать на 3 единицы, но не больше. Если же при этом ещё и охлаждать воздух, поступающий в цилиндры, можно приплюсовать ещё одну единицу.

Однако для реализации данного метода нужно будет еще модернизировать газообмен, раскошелившись на фазовращатели обоих распредвалов. Вдобавок потребуется доработать некоторые моменты. К примеру, изменить длину поршневого хода посредством компьютерного вмешательства.

Применяется система изменяемого коэффициента на многих японских движках, например, для Inflniti. Способность автоматически менять этот показатель сжатия в зависимости от нагрузки позволяет значительно повышать КПД мотора, особенно турбированного. Каждая порция смеси сгорает при оптимальном на данный момент работы сжатии. Так, если нагрузки на мотор незначительные и смесь обеднённая, включается максимальное сжатие. И наоборот, в нагруженном режиме задействуется минимальная степень, так как бензина впрыскивается много и возможна детонация.

Таким образом, передовая система изменения ССД позволяет вдвое уменьшать литраж мотора, сохраняя при этом мощность и динамические характеристики.

Курс на увеличение степени сжатия двигателя наблюдался и в середине 20 века в США. Основная масса американских двигателей, выпущенных в 70-е годы, находилась в пределах 11-13 единиц. Но работали они только на очень качественном, высокооктановом топливе, получаемом путём этилирования. После того как этилирование запретили, в серийных образцах ДВС наблюдалось снижение показателя сжатия.

Важно знать, что прирост мощности будет наиболее заметен на двигателях, штатно работающих на низкой степени сжатия. Например, моторы с показателем 8 единиц, доведённые до 10, выдадут больше мощности, чем агрегаты со стоковым параметром 11 единиц, форсированные до 12.

Дефорсирование ДВС: для чего нужно и как осуществить

Иногда бывает необходимо уменьшить показатель сжатия. В этом случае устанавливается дополнительная металлическая прокладка ГБЦ. Можно использовать две прокладки вместо одной, тем самым утолщая промежуток — объём камеры растёт за счёт высоты головки блока. Более сложный способ подразумевает укорочение поршня — удаление верхнего слоя на токарном станке.

Дефорсирование двигателя, как правило, процедура вынужденная. В том числе это делается для снижения налоговых выплат или в целях увеличения ресурса агрегата. Как известно, моторы с низкой степенью сжатия дольше работают, меньше подвержены износу. Однако любой такой процесс усложняется законом, чтобы недобросовестные владельцы искусственно не занижали технические данные.

Что касается снижения показателя сжатия на турбированных моторах, то здесь потребуется модернизация системы электрики с датчиками, всей поршневой группы и форсунок, если это дизельный агрегат.

В отдельных случаях дефорсированию предпочитают свап, когда менее мощный контрактный мотор устанавливают вместо штатного.

Зрим в корень: сказки про компрессию двигателя

Что в первую очередь делают при диагностике двигателя? Правильно, измеряют компрессию в цилиндрах. Многие считают, что ее величина определяет здоровье мотора. Так ли это, выясняют в ходе очередной аналитической экспертизы авторы.

Компрессия — это вульгаризм. Правильно — давление конца такта сжатия. Это давление, которое создается в цилиндре при выключенном зажигании (или без подачи топлива — для дизеля) при положении поршня в верхней мертвой точке. Так вот, многие диагносты по величине замеренной компрессии (прости, наука, за жаргон!) дают заключение: «жив пациент» или «в морг», то есть на капитальный ремонт.

По мнению многих продвинутых автомобилистов, компрессия для мотора чуть ли не всё! Но так ли это?

Компрессия и степень сжатия — одно и то же: сказка первая

Нет, не так! Компрессия — это давление в цилиндре, степень сжатия — безразмерный параметр, описывающий геометрические параметры цилиндра: это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия (камера сжатия — это объем пространства над поршнем при его положении в ВМТ (еще он называется объемом конца сжатия — это то же самое). Называть ее камерой сгорания некорректно, поскольку сгорание топлива происходит во всем объеме цилиндра.) Компрессия от степени сжатия зависит, а степень сжатия от компрессии — нет! Компрессия зависит еще от кучи параметров: давления начала сжатия, регулировки фаз газораспределения, температуры, при которой проводится замер, протечек из камеры сгорания. А протечки определяются изношенностью колец и цилиндров.

«Компрессия» — то максимальное давление, которое мы измеряем в цилиндре при выключенном зажигании.

1 no copyright

Поднял компрессию — увеличил мощность: сказка вторая

Не совсем так. Компрессию можно поднять двумя способами — увеличить степень сжатия или уменьшить протечки из камеры сгорания. Посмотрим, что будет в каждом случае: в нашем распоряжении стенд.

Для начала уменьшим объем камеры сжатия. Проще всего для этого прошлифовать нижнюю плоскость головки цилиндров. У базового мотора «одиннадцатого» ВАЗа рабочий объем цилиндра чуть больше 370 кубиков. При штатной степени сжатия 9,8 объем камеры сжатия составит 42,6 см³. Можно посчитать, что, сняв 2 мм с посадочной поверхности головки блока цилиндров, мы уменьшаем объем камеры сжатия на 5,1 см³. Новая степень сжатия составит 11 единиц, то есть на 1,2 выше, чем у базового мотора. А теперь, просто из интереса, уберем еще 2 мм. Степень сжатия возрастает уже до 12,6. В учебнике находим нужную формулу и получаем: термический КПД цикла поршневого двигателя теоретически должен вырасти в первом случае минимум на 4%, во втором — на 9%. Здорово!

А теперь ставим эти головки на стендовый мотор и снимаем моментные характеристики. Снижение расхода топлива существенно меньше, чем обещала теория, — на 2,5% в первом случае и на 4,5% во втором. Причем эффект более выражен в зоне малых нагрузок. Прибавка мощности еще меньше: от силы 2–3%, причем в зоне малых и средних оборотов. А на высоких — никакого эффекта.

Все ясно: с увеличением степени сжатия резко растет давление в цилиндре, этот рост провоцирует детонацию, ее ловит соответствующий датчик — и сдвигает угол опережения зажигания назад. Следовательно, мощность падает. А потому и теоретический эффект существенно уменьшается. Зато растут температуры на выпуске, — стало быть, риск пожечь клапаны и поршни с таким мотором значительно выше.

Способ второй — уменьшаем протечки. Пойдем от обратного: сравним, что станет с моментной характеристикой, если заменить кольца такими, чтобы зазоры в них стали больше, скажем, раза в два.

Сделали. Для нового мотора — всё нормально, для всех цилиндров компрессия 13,2. 13,4 бар. Для испорченного кольцами с большими зазорами — 10,8. 11,1. А что показали замеры мощности? В зоне малых оборотов мощность испорченного мотора чуть-чуть упала, но когда перешли 2500 об/мин, кривые момента практически слились. Всё потому, что протечки из камеры сгорания в картер, которые должны бы снизить мощность, заметны только на малых оборотах, а на высоких их масса за один цикл резко падает, ведь с уменьшением времени цикла при увеличении частоты вращения коленчатого вала уменьшается и время на протечку.

Компрессия резко выросла, а мощность — нет. Вместе с компрессией проснулась детонация, и угол опережения зажигания пришлось сдвигать назад. А он влияет на мощность сильнее.

2 no copyright

Нет компрессии — сразу на капиталку: сказка третья

Обычно механик, обнаруживший низкую компрессию, тут же заявляет: «Двигатель изношен, требуется капиталка». Так ли все однозначно?

Нет, конечно! На спор можем назвать двадцать возможных причин снижения компрессии. Тут и проблемы с механизмом газораспределения, и механические или термические повреждения деталей двигателя, и закоксованность поршневых колец. И только одна из них будет связана с катастрофическим износом мотора. Важно уметь различать эти причины, понимать степень их опасности и знать методы борьбы с ними. Но это — тема отдельной статьи.

Чем выше компрессия, тем лучше: сказка четвертая

Частенько от апологетов разных присадок приходится слышать, как подпрыгнула компрессия после очередной обработки мотора. Рост до 15 бар, до 17 бар! Но надо иметь в виду, что в нормальном состоянии, даже восстановив зазоры до состояния нового двигателя, компрессию выше штатной не получить.

Откуда же цифры? Обычно на разобранном двигателе видно, что камера сгорания после обработки заросла непонятно чем и, как следствие, уменьшился объем камеры сжатия. Но эти отложения нарушают теплоотвод от камеры сгорания. Отсюда детонация, калильное зажигание и прочее. Так что небывалому росту компрессии не радоваться надо, а наоборот.

Изменение удельного расхода топлива при фиксированных оборотах (2500 об/мин) в двух вариантах двигателя — базовом и с кольцами, в которых увеличены зазоры. Компрессия упала, но по расходу это заметно только при малых нагрузках.

3 no copyright

И совсем не сказка.

Так на что же влияет компрессия? На многое! Главное — на пусковые свойства мотора, особенно при низких температурах.

В первую очередь это касается дизельных двигателей, где от давления и температуры конца сжатия зависит, воспламенится топливо в цилиндре или нет. Но и бензиновые двигатели в холодном состоянии тоже чувствительны к изменению компрессии: она влияет на испаряемость топлива, которое при холодном пуске только теоретически должно испаряться по пути в цилиндр. А реально — попадает туда в виде негорючих жидких капель.

Сниженная компрессия повышает давление картерных газов. В этом случае через систему вентиляции на впуск двигателя летит больший объем паров масла. Плохо это: и токсичность растет, и темп загрязнения камеры сгорания резко увеличивается.

Читать еще:  Строение шины автомобиля

Неравномерная по цилиндрам компрессия вызывает вибрации двигателя, особенно ощутимые на холостом ходу и при малых оборотах. А это, в свою очередь, вредит и трансмиссии, и подвеске мотора. Да и самому водителю.

Словом, роль компрессии как диагностического признака, во многом характеризующего состояние двигателя, очень велика. И наши «сказки» никоим образом не призывают махнуть на нее рукой — наоборот! Но стремление к безудержному ее повышению в поисках дополнительных «лошадок» — дело в целом бесперспективное.

Изменение степени сжатия

После того как мы определились со степенью сжатия перед нами стоит вопрос как правильно добиться нужной нам степени сжатия. Для начала нужно рассчитать на сколько необходимо увеличить камеру сгорания. Это не сложно. Формула для вычисления степени сжатия имеет следующий вид:
Ɛ=(VP+VB)/VB
Где Ɛ— степень сжатия
VP – рабочий объём
VB – объём камеры сгорания

Преобразовав уравнение можно получить формулу для вычисления камеры сгорания при известной степени сжатия.
VB=VP1/Ɛ
Где VP1 – объём одного цилиндра

По этой формуле вычисляем объём имеющейся камеры сгорания и вычитаем из него объём желаемой (вычисленный по той же формуле), полученная разница и есть интересующее на значение на которое и нужно увеличить камеру сгорания.

Существуют разнообразнве способы увеличения камеры сгорания но далеко не все из них верные. Камера сгорания современного автомобиля спроектирована таким образом, что при достижении поршнем ВМТ топливо воздушная смесь вытесняется к центру камеры сгорания. Это пожалуй самая действенная разработка препятствующая детонации.

Самостоятельная доработка камеры в ГБЦ под силу далеко не многим. Это обусловлено тем, что вопервых вы можите нарушить спроектированную форму камеры, так же при доработке могут «вскрыться» стенки т.к. не известна их толщина. Так же не рекомендуется «расжимать мотор» толстыми прокладками т.к. Это нарушит процессы вытеснения в камере сгорания. Наиболее простым и правельным способом считается установка новых поршней в которых задан необходимый объём камеры. Для турбо-двигателя сферическая форма считается наиболее эффективной. Лучше использовать для этих целей специально разработанные и изготовленные поршни. Возможен вариант самостоятельной доработки стоковых поршней. Но сдесь нужно учесть что толщина дна поршня не должна быть меньше 6% от диаметра.

Степень сжатия в турбо двигателе

Одной из самых важных и пожалуй самой сложной задачей при проектировании турбодвигателя является принятие решения о степени сжатия. Этот параметр влияет на большое количество факторов в общей характеристике автомобиля. Мощность, экономичность, приёмистость, детонационная стойкость (параметр от которого сильно зависит эксплуатационная надёжность двигателя в целом), все эти факторы в значительной степени определяются степенью сжатия. Также это влияет на расход топлива и состав отработавших газов. В теории, степень сжатия для турбо-мотора рассчитать не составляет большого труда.

Сначала разберём понятие «Сжатие» или «Геометрическая степень сжатия». Оно представляет собой отношение полного объёма цилиндра (рабочий объём плюс пространство сжатия, остающееся над поршнем при положении в верхней мёртвой точки (ВМТ)), к чистому пространству сжатия. Формула имеет следующий вид: Ɛ=(VP+VB)/VB

Где Ɛ— степень сжатия
VP – рабочий объём
VB – объём камеры сгорания

Не нужно забывать о существенных расхождениях между геометрической и фактической степенью сжатия даже на атмосферных моторах. В турбодвигателях к этим же процессам добавляется и предварительно сжатая компрессором смесь. На сколько фактически от этого увеличиться степень сжатия, видно из следующей формулы:
Ɛeff=Egeom*k√(PL/PO)
Где Ɛeff – эффективное сжатие
Ɛgeom – геометрическая степень сжатия
Ɛ=(VP+VB)/VB, PL – Давление наддува (абсолютное значение),
PO – давление окружающей среды,
k – адиабатическая экспонента (числовое значение 1,4)

Эта упрощённая формула будет справедлива при условии, что температура в конце процесса сжатия для двигателей с наддувом и без наддува достигает одинакового значения. Иными словами, чем выше давление наддува, тем меньше возможное геометрическое сжатие. Итак, согласно нашей формуле для атмосферного двигателя со степенью сжатия 10:1 при давлении наддува 0.3 бара степень сжатия следует уменьшить до 8.3:1, при давлении 0.8 бара до 6.6:1. Но, слава богу, это теория. Все современные двигатели с турбонаддувом работают не с такими через мерно низкими значениями. Правильная степень сжатия для работы определяется сложными термодинамическими вычислениями и всесторонними испытаниями. Всё это из области высоких технологий и сложных расчётов, но много тюнинговых моторов собрано на основе некоторого опыта, как собственного, так и взятого за пример, от известных автомобильных производителей. Эти правила будут справедливы в большинстве случаев.

Есть несколько важных факторов влияющих на расчёт степени сжатия и их нужно принимать во внимание при проектировании. Я перечислю наиболее важные. Конечно, это желаемый наддув, октановое число топлива, форма камеры сгорания, эффективность промежуточного охладителя, и, безусловно те мероприятия которые вы в состоянии провести по снижению температурной напряжённости в камере сгорания. Углом опережения зажигания (УОЗ) так же можно частично компенсировать возросшие нагрузки. Но это темы для отдельной разговора, и мы безусловно затронем их позже в следующих статьях.

Что такое геометрические параметры двигателя: объем и степень сжатия

Многим водителям известны такие понятия, как степень сжатия двигателя, компрессия и объем, но даже опытные автовладельцы порой смутно понимают значение геометрических показателей мотора и на что они влияют. Зачастую их просто путают между собой. В статье рассмотрим каждый показатель в отдельности и попробуем внести ясность.

Объем двигателя

Прежде чем говорить о компрессии и степени сжатия, разберемся с понятием объема. У цилиндра существует 3 вида объемов:

В полный объем входит рабочий объем и объем камеры сгорания. Каждый мотор имеет определенное количество цилиндров. Чтобы узнать общий объем двигателя, нужно сложить параметры каждого цилиндра.

Объемы цилиндра двигателя

Для расчета рабочего объема одного цилиндра, нужно умножить площадь сечения цилиндра на длину рабочего хода поршня. Длина хода поршня определятся расстоянием от нижней мертвой точки (НМТ) до верхней мертвой точки (ВМТ), т.е. от максимально нижнего до максимально верхнего положения поршня.

По формуле это выглядит так: Vраб. = πr 2 h, где π = 3,14, r – радиус, h – длина рабочего хода поршня.

Например, если объем одного цилиндра составил 499 кубических сантиметров, а цилиндров четыре, то нужно умножить 499 на 4 и получим 1996 кубических сантиметров. Далее, округляем до 2000 и делим на 1000, чтобы получить значение в литрах. Таким образом, рабочий объем двигателя составит 2 литра.

Объем двигателя – это параметр ДВС, который определяет его мощность.

В большинстве стран стоимость автомобильного налога зависит от рабочего объема двигателя. Чем он больше, тем дороже обходится налог. Например, объем мотора японского автомобиля “Kei Car” всего 0,66 кубических сантиметров. Владельцы этих машин вообще не платят дорожный налог.

Рабочий объем любого двигателя измеряется в кубических сантиметрах или литрах. Исходя из объема, автомобили делятся на категории:

  • микролитражные (не больше 1,1 литра);
  • малолитражные (от 1,2 до 1,7 литра);
  • среднелитражные (от 1,8 до 3,5 литра);
  • крупнолитражные (от 3,6 и больше).

Чем больше объем, тем больше топливно-воздушной смеси помещается в каждой камере сгорания. Этот показатель напрямую влияет на расход топлива, но вместе с тем увеличивается мощность автомобиля.

Что такое степень сжатия

Движение поршня происходит в результате давления газов, которые образуются при сгорании топливно-воздушной смеси. Перед воспламенением смесь сжимается поршнем в цилиндре. Оставшийся объем в цилиндре после полного сжатия топлива (объем над поршнем в ВМТ) называется камерой сгорания.

Степень сжатия — это отношение объема камеры сгорания к полному объему цилиндра. Она рассчитывается по формуле: ξ = (Vр + Vс) : Vс, где Vр – это рабочий объем, Vс – объем камеры сгорания.

Степень сжатия

Например, полный объем цилиндра равен 500 кубических сантиметров, а объем камеры сгорания 50 кубических сантиметров. Сжатие в 10 раз. Значит, степень сжатия будет равна 10:1.

Степень сжатия является соотношением и относительной величиной.

Процесс сжатия в дизельных двигателях

Как правило, в дизельных двигателях степень сжатия значительно выше. Если в бензиновых двигателях она в среднем составляет 10:1 – 12:1, то у дизелей значение может достигать от 15:1 до 22:1. Рабочий процесс в дизельном моторе происходит следующим образом: вначале в цилиндр попадает чистый воздух, который за счет большой степени сжатия разогревается до 700-900°С. Дизтопливо впрыскивается под высоким давлением в камеру сгорания при подходе поршня к ВМТ. А так как воздух уже сильно разогрет, после смешивания с ним происходит воспламенение топлива. Возгорание под давлением (без необходимости применения сложной системы зажигания) является главным преимуществом дизельного двигателя. Но, с другой стороны, повышаются требования к герметичности. Также необходим насос высокого давления, который является одним из слабых мест такого типа силовых агрегатов.

Кратко о компрессии

Если со степенью сжатия все понятно, то перейдем к термину компрессия. Под этим понятием понимается максимальный уровень давления, который возникает в камере сгорания в момент перед сгоранием топлива. Если степень сжатия это условная величина, то компрессия является абсолютной величиной и измеряется в атмосферах, килограммах на кубический сантиметр (кг/см 2 ).

Компрессия — это давление в цилиндре, степень сжатия — безразмерный параметр, описывающий геометрические характеристики цилиндра.

Между этими двумя понятиями есть тесная связь, но на компрессию влияет не только уровень сжатия, но также герметичность компрессионных колец и клапанов, температура двигателя, температура горения топлива и многое другое. Более подробно о компрессии можно почитать в отдельной статье на нашем сайте.

На что влияет степень сжатия двигателя

Она оказывает влияние на количество работы, производимой двигателем. Чем выше степень сжатия, тем больше энергии выделяется при сжигании топливно-воздушной смеси. Соответственно, это отражается на мощности силового агрегата. В конце прошлого века автопроизводители добивались увеличения мощности именно путем повышения степени сжатия.

Производительность двигателя и степень сжатия

Этот метод имеет определенные ограничения. Дело в том, что нельзя сжимать смесь до бесконечности. Есть определенный предел и если этот предел превысить, то происходит самопроизвольное воспламенение смеси (детонация). Но это правило относится только к бензиновым двигателям.

Степень сжатия и октановое число бензина

Известно, что каждому бензиновому двигателю соответствует определенное октановое число топлива.

Октановое число бензина определяет его детонационную стойкость.

Чем выше степень сжатия и компрессия, тем большим октановым числом должно обладать топливо. Например, низкооктановое топливо вызовет детонацию в двигателе с высоким уровнем сжатия, т.к. воспламенится раньше времени. Если же компрессия и сжатие невысокое, а используется высокооктановое топливо, то двигатель не сможет достичь полной мощности, т.к. топливо с большим октановым числом обычно горит с меньшей температурой и медленнее. Из-за скорости горения ниже расчетной может получиться так, что на фазе выпуска через клапан вместо отработанных газов будет выпущена еще горящая смесь. Следовательно, детали двигателя будут перегреваться, особенно клапаны и возможен их прогар.

Рассмотрим двигатели с разной степенью сжатия и рекомендуемым октановым числом топлива:

Степень сжатия Октановое число
5,5 – 7 66 – 62
7 – 7,5 72 – 76
7,5 – 8,5 76 – 85
10 92
10,5 – 12,5 95
12 – 14,5 98

Как видно, степень сжатия является важным параметром двигателя. От нее во многом зависит мощность двигателя. Со степенью сжатия также напрямую связано октановое число топлива и другие параметры. Каждому автолюбителю имеет смысл разбираться в этом понятии и иметь представление о его значении.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector