Чем сильнее сжата горючая смесь, тем выше давление, создаваемое в камере сгорания. Благодаря этому поршень получает значительно больше энергии, которая естественным образом передается коленчатому валу.
Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности
В бензиновых двигателях степень сжатия напрямую связана с условиями зажигания. В основном это происходит под нагрузкой и зависит от качества бензина.
Высокопроизводительные двигатели имеют высокую степень сжатия и используют более высокооктановое топливо, которое менее склонно к осечкам при максимальной нагрузке.
Полезно уменьшить степень сжатия для поддержания производительности двигателя в условиях отсутствия пожара. Например, при резком ускорении или подъеме на холм, когда цилиндры максимально заполняются топливной смесью и выдавливают из себя все, что у них есть.
В этот момент степень сжатия немного снижается, чтобы избежать воспламенения без снижения мощности, что значительно увеличивает износ поршневой группы двигателя.
При средней нагрузке высокая степень сжатия не вызывает сгорания топлива, степень сжатия высокая, КПД высокий, мощность остается максимальной, а эффективность использования топлива естественным образом увеличивается.
Кажется, что эту проблему можно решить, просто вдувая топливную смесь в камеру сгорания под разным давлением по мере необходимости.
Проблема, однако, заключается в том, что увеличение степени сжатия увеличивает нагрузку на детали двигателя. Такие проблемы приходится решать путем увеличения размеров соответствующих компонентов, что в свою очередь влияет на общий вес двигателя. В то же время снижается надежность и срок службы двигателя.
При переходе к переменной степени сжатия процесс наддува может быть спроектирован таким образом, что максимальное эффективное давление может быть обеспечено в любом рабочем состоянии путем снижения степени сжатия.
Нагрузка на поршневые части двигателя существенно не увеличивается, поэтому двигатель может быть усилен без ощутимого увеличения веса.
Изобретатели поняли это и придумали идею. И они сделали это. На рисунке ниже показан наиболее распространенный вариант изменения степени сжатия.
При средней нагрузке дополнительный шатун 4 занимает крайнее правое положение над кулачком 3 и увеличивает диапазон хода поршня 2 до верхнего положения. В этой позиции резюме находится на самом высоком уровне.
При высокой нагрузке кулачок 3 перемещает дополнительный шатун 4 влево, что приводит к перемещению кривошипа 1 с поршнем 2 вниз. Это увеличивает зазор над поршнем 2, что снижает степень сжатия.
Отличие степени сжатия от компрессии
Степень сжатия двигателя — это не степень сжатия. Это совершенно разные вещи, хотя многие люди их путают. Указанное в статье соотношение не указывает на величину оптимального давления топливо-воздух перед сгоранием. Он измеряется только относительно единицы объема камеры сгорания.
Компрессия — это предельное значение компрессии, образующейся в камере сгорания на конечной стадии давления горючей смеси. Предварительное значение не может быть относительным, поэтому оно измеряется в абсолютных величинах — атм, кг/см2, бар.
Степень сжатия и компрессия неразрывно связаны, но не идентичны. На степень сжатия влияет не только компрессия. На него влияет температура двигателя внутреннего сгорания, наличие зазоров в приводных клапанах, состав топлива и многие другие факторы.
Система от SAAB
Инженеры SAAB первыми осуществили эту мечту, представив экспериментальный двигатель с переменной степенью сжатия на Женевском автосалоне в 2000 году.
Этот единственный двигатель выдавал 225 л.с. при объеме 1,6 литра и потреблял в два раза меньше, чем аналогичный двигатель. Но самое замечательное то, что он может работать на бензине, спирте или даже дизельном топливе.
Замена вытеснителя была произведена в кратчайшие сроки. Степень сжатия изменялась путем наклона моноблока (объединенной головки и блока цилиндров) относительно картера. Наклон моноблока вверх приводил к снижению степени сжатия, а наклон вниз — к повышению степени сжатия.
Сместившись на 4 градуса вдоль вертикальной оси, можно добиться степени сжатия от 8:1 до 14:1. Изменение степени сжатия в зависимости от нагрузки регулировалось специальным электронным управлением через гидравлический привод. При максимальной нагрузке степень сжатия составляет 8:1, при минимальной — 14:1.
Кроме того, использовалась механическая система впрыска воздуха, которая активировалась только при низких степенях сжатия.
Однако, несмотря на потрясающие результаты, двигатель не пошел в производство, а работы по его разработке были свернуты по неизвестным нам причинам.
Чем сильнее сжата горючая смесь, тем выше давление, создаваемое в камере сгорания. Благодаря этому поршень получает значительно больше энергии, которая естественным образом передается коленчатому валу.
Что такое степень сжатия и как ее определить
Степень сжатия (греческая буква e) — это отношение объема цилиндра Vn к объему камеры сгорания Vc. Степень сжатия показывает, во сколько раз уменьшается объем смеси или воздуха в цилиндре при движении поршня от НМТ до ТДЦ. Степень сжатия составляет 6-12 для бензиновых двигателей и 12-23 для дизельных двигателей. Для расчета степени сжатия рекомендуется использовать специальные веб-калькуляторы.
Его не следует путать с компрессией. Компрессия зависит от степени сжатия (обычно в 1,4 раза больше), а компрессия — нет.
На что влияет степень сжатия
Увеличение степени сжатия обычно повышает мощность двигателя, улучшает эффективность и помогает снизить расход топлива.
Увеличение степени сжатия, с другой стороны, может привести к осечкам. Чтобы избежать этого, следует использовать бензин с более высоким октановым числом. Кроме того, более высокая степень сжатия увеличивает токсичность отработавших газов и нагрузку на детали коленчатого вала.
Истории наших читателей
«Гребаный таз. «
Здравствуйте, меня зовут Майкл, и я собираюсь рассказать вам историю о том, как мне удалось обменять свой двенадцатилетний автомобиль на Camry 2010 года выпуска. Все началось с того, что меня очень раздражала сломанная дувенка, вроде ничего серьезного не сломано, но мелочей, блин, столько, что это начало меня раздражать. Тогда родилась идея, что пора заменить машину на иномарку. Выбор пал на Toyota Camry десятилетней давности.
Да, психологически я была готова, но финансово я не могла себе этого позволить. С самого начала я должен сказать, что я против кредитов и что покупать машину в кредит, особенно новую, — это абсурд. Моя месячная зарплата составляет 24 000, поэтому заработать деньги (600-700 000) для меня практически нереально. Я начал искать различные способы заработка в Интернете. Я пробовал разные уловки: ставки на спорт, сетевой маркетинг и даже казино «Вулкан», где я проиграл почти 10 тысяч долларов (я проиграл только одну, на которой, казалось, можно было заработать — это торговля валютой. Но когда я начал изучать этот вопрос, то понял, что он слишком сложен для меня. Я продолжал искать и наткнулся на бинарные опционы. Их торговля была такой же, как и на Forex, но гораздо проще для понимания. Я начал читать форумы и изучать стратегии трейдеров. Я протестировал его на демо-счете, а затем открыл реальный счет. Честно говоря, сразу заработать не удалось, пока разбирался во всех механизмах торговли опционами, потерял около 3 000 рублей, но, как оказалось, это был ценный опыт. Сейчас я зарабатываю около 5-7 тысяч рублей в день. Мне удалось купить машину за полгода, но я считаю, что это был хороший результат и не из-за машины, моя жизнь изменилась, я уволился с работы и у меня появилось больше свободного времени для себя и своей семьи. Вы будете смеяться, но я работаю прямо по телефону)) Если вы хотите изменить свою жизнь, как это сделал я, советую вам сделать следующее: 1. Зарегистрироваться на сайте 2. Потренироваться на демо-счете (это бесплатно). 3. как только у вас что-то получится на демо-счете, пополните реальный счет и делайте ставки на реальные деньги! Я также советую вам скачать приложение на телефон, с телефона гораздо удобнее работать. Скачать здесь.
Таблице примерного увеличения мощности двигателя при повышении степени сжатия:
| Увеличенная степень сжатия | Увеличение мощности двигателя внутреннего сгорания |
|---|---|
| с 8 до 9 | 2,0% |
| с 9 до 10 | 1,7% |
| с 10 до 11 | 1,5% |
| с 11 до 12 | 1,3% |
| с 12 до 13 | 1,2% |
| с 13 до 14 | 1,1% |
| с 14 до 15 | 1,0% |
| с 15 до 16 | 0,9% |
| с 16 до 17 | 0,8% |
Промежуточные результаты суммируются, например поднятие степени сжатия с 8 до 14 даст прибавку 8.7%.
Таблица: степень сжатия и октановое число бензина. Примерная зависимость.
| Степень сжатия | Бензин |
|---|---|
| 9-10.5 | AI 92 |
| от 10 до 12,5 | AI 95 |
| 12 — 14.5 | AI 98 |
Однако ученые и инженеры прилагают все усилия, чтобы добиться максимальной отдачи от двигателей, используя высокооктановый, огнестойкий бензин и оптимизируя процесс сгорания для предотвращения вспышек. Преодоление этого предела без повреждения компонентов требует высокого уровня знаний и опыта.
Изменение коэффициента сжатия
Зачем менять оценки?
На практике такая необходимость возникает редко. Возможно, вам потребуется изменить компрессию
- если вы хотите увеличить обороты двигателя
- если необходимо адаптировать устройство для работы на нестандартном бензине с октановым числом, отличным от рекомендуемого. Так, например, поступали советские автовладельцы, когда комплекты для перевода машины на газ не появлялись в продаже, но желание экономить бензин было,
- После неудачного ремонта устранить последствия неправильного вмешательства. Это может быть тепловая деформация головки цилиндра, которую затем необходимо фрезеровать. После увеличения степени сжатия двигателя путем снятия слоя металла двигатель невозможно эксплуатировать на бензине, изначально предназначенном для него.
Иногда при переоборудовании автомобилей для работы на метановом топливе изменяется степень сжатия. Метан имеет октановое число 120, что требует увеличения степени сжатия для некоторых бензиновых автомобилей и уменьшения степени сжатия для дизельных автомобилей (GFR составляет от 12 до 14).
Форсирование двигателя путем увеличения степени сжатия
Чем выше соотношение, тем горячее воздух в конце такта сжатия и тем выше КПД двигателя. Однако увеличение одного параметра не гарантирует линейного увеличения другого. Наибольшее увеличение производительности наблюдается при увеличении соотношения до 10-11.
Например, увеличение степени сжатия типичного двигателя ВАЗ с 9,8 до 11 теоретически увеличивает тепловой КПД на 4 %. Тест на испытательном стенде показывает гораздо более скромное значение — 2,5 %. Если увеличить степень сжатия того же двигателя еще на одну единицу, то фактический выигрыш составит 4,5 %. Крутящий момент увеличивается в основном на низких и средних оборотах двигателя. Дальнейшее увеличение степени сжатия без перехода на высокооктановое спортивное топливо не даст никакого эффекта.
Причиной этого является раннее зажигание, которое происходит, когда максимальное давление в камере сгорания слишком высокое. При контакте с нагретым воздухом смесь самопроизвольно воспламеняется до появления искры. Этот фронт пламени распространяется со скоростью более 2000 м/с, тогда как при нормальном горении эта величина не превышает 250-300 м/с.
Ударная волна с такой скоростью оказывает разрушительное давление на цилиндры, стенки камеры сгорания и поршни. Температура выхлопных газов также значительно повышается, что приводит к сгоранию нижних частей поршней и клапанов.
По этой причине настройка компрессии должна производиться в соответствии с точным математическим расчетом, с учетом октанового числа бензина.
Более высокое сжатие в двигателе также означает более высокую тепловую эффективность
Важно знать, что образование и потеря тепла во время цикла работы двигателя напрямую связаны с его производительностью (мы говорим о КПД — коэффициенте полезного действия). И степень сжатия двигателя оказывает значительное влияние на производительность. Это две идеи. Во-первых, любая тепловая энергия, поступающая в систему, должна быть преобразована в механическую энергию или отработанное тепло. Во-вторых, термический КПД — это просто мощность двигателя (мощность и сила), деленная на теплопередачу.
Таким образом, зависимость между тепловым КПД и степенью сжатия можно рассчитать с помощью уравнения.
Ниже приведено уравнение для этой зависимости (n — тепловой КПД, r — степень сжатия, а γ (гамма) — свойство жидкости):
Теперь вернемся к нашей диаграмме выше. Если вы обеспечиваете более длинный ход поршня между верхней и нижней мертвой точкой, вы увеличиваете степень сжатия. Это смещает PV вверх и влево на диаграмме, и температура (Qh на диаграмме выше) повышается, причем повышение температуры больше, чем потери тепла (Ql).
Другими словами, при сгорании топливной смеси за цикл работы двигателя расходуется больше энергии. Кстати, вот интересное видео от блоггера Джейсона Фенске, который простым языком рассказывает о взаимосвязи между степенью сжатия, теплопередачей и эффективностью (расходом топлива двигателя):
Как вы, вероятно, уже знаете, тепловой КПД двигателя увеличивается по мере увеличения степени сжатия. Это законы физики, т.е. законы термодинамики. Это особенно ясно видно из приведенного выше уравнения.
Чем выше степень сжатия двигателя, тем больше лошадиных сил он производит и тем меньше топлива потребляет. Для нас это означает более толстый кошелек за счет экономии топлива и больше адреналина при разгоне.
Чтобы понять это, вам нужно взять напрокат старый, неэффективный американский автомобиль с атмосферным бензиновым двигателем V8 с низкой степенью сжатия. Поездив на таком автомобиле несколько дней, вы заметите, что машина «ест» как слон, но взамен плохо работает, что доказывают современные четырех- и даже трехцилиндровые двигатели.
Например, знаменитый двигатель Skyactiv-G компании Mazda очень эффективен не только в плане мощности, но и в плане расхода топлива. В основном это связано с высокой степенью сжатия. Некоторые другие производители также начали выпуск усовершенствованных двигателей с высокой степенью сжатия. Сегодня Mazda, Nissan/Infiniti и Toyota, среди прочих, начали производить двигатели с очень высокой степенью сжатия 14:1.
Вы не поверите, но не так давно двигатели с такой степенью сжатия выглядели фантастически. Кстати, с такой высокой степенью сжатия производителям автомобилей не нужно использовать турбокомпрессоры, чтобы соответствовать современным стандартам экономии топлива, экологическим нормам и требованиям к производительности.
Ударная волна с такой скоростью оказывает разрушительное давление на цилиндры, стенки камеры сгорания и поршни. Температура выхлопных газов также значительно повышается, что приводит к сгоранию нижних частей поршней и клапанов.
Уменьшение степени сжатия
Эта процедура снижает мощность двигателя, но позволяет перевести двигатель на более дешевый низкооктановый бензин. Чтобы уменьшить степень сжатия, необходимо увеличить объем камеры сгорания. Это достигается за счет увеличения фланца под головкой цилиндра. Алгоритм прост: третья прокладка из алюминия вставляется между двумя стандартными прокладками.
Эта технология широко использовалась в советское время, когда владельцы автомобилей с карбюраторами «Жигули» и «Москвич» переходили с 92 бензина на более дешевый 76 бензин. Настоятельно не рекомендуется выполнять эту процедуру в современных автомобилях с электронным управлением двигателем: С экономической точки зрения это неразумно, а с технической — может нанести серьезный ущерб.
Иногда проще купить новую деталь двигателя, чем проводить ремонт. У нас есть подходящие запасные части для вас!
