Какой двигатель имеет большую степень сжатия: Большую степень сжатия имеет двигатель: — Ответ СДО

Содержание

Какой двигатель имеет большую степень сжатия

Степень сжатия двигателя

Работа двигателей внутреннего сгорания характеризуется рядом величин. Одна из них – степень сжатия двигателя. Важно не путать ее с компрессией – значением максимального давления в цилиндре мотора.

Что такое степень сжатия

Данная степень – это соотношение объема цилиндра двигателя к объему камеры сгорания. Иначе можно сказать, что значение компрессии – отношение объема свободного места над поршнем, когда тот находится в нижней мертвой точке, к аналогичному объему при нахождении поршня в верхней точке.

Выше упоминалось, что компрессия и степень сжатия – не синонимы. Различие касается и обозначений, если компрессию измеряют в атмосферах, степень сжатия записывается как некоторое отношение, например, 11:1, 10:1, и так далее. Поэтому нельзя точно сказать, в чем измеряют степень сжатия в двигателе – это «безразмерный» параметр, зависящий от других характеристик ДВС.

Условно степень сжатия можно описать также как разницу между давлением в камере при подаче смеси (или дизтоплива в случае с дизельными двигателями) и при воспламенении порции горючего. Данный показатель зависит от модели и типа двигателя и обусловлен его конструкцией. Степень сжатия может быть:

Расчет сжатия

Рассмотрим, как узнать степень сжатия двигателя.

Она вычисляется по формуле:

Здесь Vр означает рабочий объем отдельного цилиндра, а Vс – значение объема камеры сгорания. Формула показывает важность значения объема камеры: если его, например, снизить, то параметр сжатия станет больше. То же произойдет и в случае увеличения объема цилиндра.

Чтобы узнать рабочий объем, нужно знать диаметр цилиндра и ход поршня. Вычисляется показатель по формуле:

Здесь D – диаметр, а S – ход поршня.

Иллюстрация:

Поскольку камера сгорания имеет сложную форму, ее объем обычно измеряется методом заливания в нее жидкости. Узнав, сколько воды поместилось в камеру, можно определить и ее объем. Для определения удобно использовать именно воду из-за удельного веса в 1 грамм на куб. см – сколько залилось грамм, столько и «кубиков» в цилиндре.

Читайте также… Как промыть систему охлаждения двигателя

Альтернативный способ, как определить степень сжатия двигателя – обратиться к документации на него.

На что влияет степень сжатия

Важно понимать, на что влияет степень сжатия двигателя: от нее прямо зависит компрессия и мощность. Если сделать сжатие больше, силовой агрегат получит больший КПД, поскольку уменьшится удельный расход горючего.

Степень сжатия бензинового двигателя определяет, горючее с каким октановым числом он будет потреблять. Если топливо низкооктановое, это приведет к неприятному явлению детонации, а слишком высокое октановое число вызовет нехватку мощности – двигатель с малой компрессией просто не сможет обеспечивать нужное сжатие.

Таблица основных соотношений степеней сжатия и рекомендуемых топлив для бензиновых ДВС:

Сжатие	Бензин
До 10	92
10.5-12	95
От 12	98

Интересно: бензиновые турбированные двигатели функционируют на горючем с большим октановым числом, чем аналогичные ДВС без наддува, поэтому их степень сжатия выше.

Еще больше она у дизелей. Поскольку в дизельных ДВС развиваются высокие давления, данный параметр у них также будет выше. Оптимальная степень сжатия дизельного двигателя находится в пределах от 18:1 до 22:1, в зависимости от агрегата.

Изменение коэффициента сжатия

Зачем менять степень?

На практике такая необходимость возникает нечасто. Менять сжатие может понадобиться:

при желании форсировать двигатель;
если нужно приспособить силовой агрегат под работу на нестандартном для него бензине, с отличающимся от рекомендованного октановым числом. Так поступали, например, советские автовладельцы, поскольку комплектов для переоборудования машины на газ в продаже не встречалось, но желание сэкономить на бензине имелось;

после неудачного ремонта, чтобы устранить последствия некорректного вмешательства. Это может быть тепловая деформация ГБЦ, после которой нужна фрезеровка. После того, как повысили степень сжатия двигателя снятием слоя металла, работа на изначально предназначенном для него бензине становится невозможной.

Иногда меняют степень сжатия при конвертации автомобилей для езды на метановом топливе. У метана октановое число – 120, что требует повышать сжатие для ряда бензиновых автомобилей, и понижать – для дизелей (СЖ находится в пределах 12-14).

Перевод дизеля на метан влияет на мощность и ведет к некоторой потере таковой, что можно компенсировать турбонаддувом. Турбированный двигатель требует дополнительного снижения степени сжатия. Может потребоваться доработка электрики и датчиков, замена форсунок дизельного мотора на свечи зажигания, новый комплект цилиндро-поршневой группы.

Форсирование двигателя

Чтобы снимать больше мощности или получить возможность ездить на более дешевых сортах топлива, ДВС можно форсировать путем изменения объема камеры сгорания.

Для получения дополнительной мощности двигатель следует форсировать, увеличивая степень сжатия.

Важно: заметный прирост по мощности будет лишь на том двигателе, который штатно работает с более низкой степенью сжатия. Так, например, если ДВС с показателем 9:1 тюнингован до 10:1, он выдаст больше дополнительных «лошадей», чем двигатель со стоковым параметром 12:1, форсированный до 13:1.

Возможные следующие методы, как увеличить степень сжатия двигателя:

установка тонкой прокладки ГБЦ и доработка головки блока;
расточка цилиндров.

Под доработкой ГБЦ подразумевают фрезеровку ее нижней части, соприкасающейся с самим блоком. ГБЦ становится короче, благодаря чему уменьшается объем камеры сгорания и растет степень сжатия. То же происходит и при монтаже более тонкой прокладки.

Важно: эти манипуляции могут также потребовать установки новых поршней с увеличенными клапанными выемками, поскольку в ряде случаев возникает риск встречи поршня и клапанов. В обязательном порядке настраиваются заново фазы газораспределения.

Расточка БЦ также ведет к установке новых поршней под соответствующий диаметр. В результате растет рабочий объем и становится больше степень сжатия.

Дефорсирование под низкооктановое топливо

Такая операция проводится, когда вопрос мощности вторичен, а основная задача – приспособить двигатель под другое горючее. Это делается путем снижения степени сжимания, что позволяет двигателю работать на малооктановом бензине без детонации. Кроме того, налицо и определенная финансовая экономия на стоимости горючего.

Интересно: подобное решение нередко используется для карбюраторных двигателей старых машин. Для современных инжекторных ДВС с электронным управлением дефорсирование крайне не рекомендуется.

Основной способ, как уменьшить степень сжатия двигателя – сделать прокладку ГБЦ более толстой. Для этого берут две стандартные прокладки, между которыми делают алюминиевую прокладку-вставку. В результате растет объем камеры сгорания и высота ГБЦ.

Читайте также… Порядок работы 4 цилиндрового двигателя

Некоторые интересные факты

Метанольные двигатели гоночных машин имеют сжатие более 15:1. Для сравнения, стандартных карбюраторный двигатель, потребляющий неэтилированный бензин, имеет сжатие максимум 1. 1:1.

Из серийных образцов моторов на бензине со сжатием 14:1 на рынке присутствуют образцы от Mazda (серия Skyactiv-G), ставящиеся, например, на CX-5. Но их фактическая СЖ находится в пределах 12, поскольку в данных моторах задействован так называемый «цикл Аткинсона», когда смесь сжимается в 12 раз после позднего закрытия клапанов. Эффективность таких двигателей измеряется не по сжатию, а по степени расширения.

В середине XX века в мировом двигателестроении, особенно в США, наблюдалась тенденция к увеличению степени сжатия. Так, к 70-м основная масса образцов американского автопрома имела СЖ от 11 до 13:1. Но штатная работа таких ДВС требовала использования высокооктанового бензина, который в то время умели получать только процессом этилирования – добавлением тетраэтилсвинца, высокотоксичного компонента. Когда в 1970-х годах появились новые экологические стандарты, этилирование стали запрещать, и это привело к обратной тенденции – снижению СЖ в серийных образцах двигателей.

Современные двигатели имеют систему автоматической регуляции угла зажигания, которая позволяет ДВС работать на «неродном» топливе – например, 92 вместо 95, и наоборот. Система управления УОЗ помогает избежать детонации и других неприятных явлений. Если же ее нет, то, например, залив высокооктановый бензин двигатель, не рассчитанный на такое горючее, можно потерять в мощности и даже залить свечи, поскольку зажигание будет поздним. Ситуацию можно поправить ручным выставлением УОЗ по инструкции к конкретной модели автомобиля.

Вот что на самом деле означает ‘степень сжатия’, и почему это имеет значение

Вы наверняка слышали термин «степень сжатия» в двигателях внутреннего сгорания. Но вы когда-нибудь задумывались, что он означает? Итак, пришло время точно объяснить, что же такое коэффициент сжатия (степень) в двигателях автомобиля и почему сегодня все автопроизводители одержимы этим показателем, как будто этот параметр представляет собой Святой Грааль для будущих продаж автоновинок.

Сразу хотим отметить, что разобраться в том, что такое степень сжатия двигателя, не так просто, как кажется на первый взгляд. Вы наверняка заметили в различных рекламных проспектах и каталогах, а также в описании на сайтах автопроизводителей, что автобренды пытаются привлечь наше внимание такой характеристикой, как степень сжатия двигателей. Особенно стараются нам рассказать о степени сжатия менеджеры автосалонов. Мы обычно делаем вид, что понимаем, о чем идет речь, пропуская мимо ушей эту информацию. И причина такого поведения в том, что многие автолюбители просто не представляют, что такое степень сжатия двигателей, равно как и на что она влияет. Но тем не менее мы считаем, что все автолюбители должны знать, что же это за показатель двигателей внутреннего сгорания, о котором недавно вспомнили многие автопроизводители.

Мы знаем, что высокое сжатие двигателя – это хорошо, а низкое – плохо. Мы также знаем, что новый мотор Mazda Skyactiv-X имеет высокую степень сжатия. Не отстает от Mazda и Toyota со своими моторами «Dynamic Force», которые имеют высокую степень сжатия. Эти компании рекламируют новые двигатели с большим коэффициентом сжатия, заявляя, что они не только стали мощнее, но и получили большую экономичность. Но при чем здесь высокая степень сжатия и увеличение мощности с уменьшением расхода топлива? Сейчас объясним.

Двигатель Toyota «Dynamic Force»

Мы живем в эпоху, когда инженеры не могут просто дать двигателю больше энергии за счет укрупнения, как, например, это было раньше, когда автопроизводители на многие свои автоновинки устанавливали моторы с увеличенным объемом. К тому же это приводило к неминуемому увеличению расхода топлива и росту уровня вредных выбросов в выхлопе автомобиля. Сегодня в связи с дороговизной топлива по всему миру и сложной экологической обстановкой подобный способ увеличения мощности мотора не подходит. Особенно если учитывать жесткие экологические нормы, предъявляемые автопроизводителям рядом развитых западных стран.

В итоге автопроизводители стали улучшать эффективность нынешних моторов за счет применения турбин и увеличения степени сжатия современных двигателей.

Как определяется степень сжатия, и что это такое?

Степень сжатия – это показатель, при котором устанавливается, какой максимальный объем цилиндра двигателя может быть сжат в минимальный объем цилиндра. Этот показатель степени сжатия определяется как соотношение.

Например, обычно степень сжатия записывают вот таким образом: 9:1 (коэффициент сжатия двигателя «девять к одному»).

Теперь представьте цилиндр двигателя. Внутри цилиндра двигателя, как вы знаете, перемещается поршень: вверх и вниз. Когда поршень находится в самой нижней точке цилиндра двигателя, это называется «нижней мертвой точкой». Именно в этом положении поршня сверху него находится наибольший объем цилиндра. Когда поршень находится в самой высокой точке внутри цилиндра двигателя, это положение поршня называется «верхней мертвой точкой». В этом положении объем цилиндра находится в наименьшем значении. Вот сравнение этих двух объемов цилиндров над поршнями двигателя и образует соотношение степени сжатия. Обратите внимание, что когда поршень находится в верхней мертвой точке, все-таки над ним есть объемное пространство, где и происходит сжатие топливно-воздушной смеси.

Для тех, кто любит больше смотреть, чем читать, внизу мы публикуем GIF-картинку, на которой демонстрируется, как работает четырехтактный двигатель. Обратите внимание, как поршень движется вверх во время такта сжатия топливной смести (топливо + кислород), которая подается клапанами головки блока двигателя. Напомним, что воздух и топливо, поступаемые в цилиндр двигателя, сжимаются поршнем, чтобы затем воспламенить эту смесь с помощью свечи зажигания (в бензиновых моторах) или за счет сильного сжатия (в дизельных моторах).

Если двигатель имеет высокую степень сжатия, это означает, что заданный объем воздуха и топлива в цилиндре сжимается в гораздо меньшем пространстве, чем в двигателях с небольшой степенью сжатия.

А теперь математический пример соотношения степени сжатия в ДВС.

Предположим, что у нас есть двигатель, объем цилиндра и камер сгорания которого в момент нахождения поршня в нижней мертвой точке составляет 10 куб. см. После того как впускной клапан головки блока двигателя закрывается и поршень поднимается вверх, начав такт сжатия, он сжимает воздух и топливную смесь в пространство 1 куб. см. Этот двигатель имеет коэффициент сжатия (степень) 10:1.

Также часто производители любят вычислять итоговую степень сжатия, деля большее значение объема цилиндра над поршнем на меньший объем цилиндра. В итоге во многих технических характеристиках автомобилей вместо соотношения производители указывают результат деления этих значений.

Таким образом вычисляется, во сколько раз сжимается топливно-воздушная смесь при движении из нижней мертвой точки поршня в верхнюю мертвую точку. Разделив большее значение на меньшее, мы и получим итоговое значение степени сжатия без соотношения большего объема к меньшему.

Почему производители стараются увеличить степень сжатия?

Но не все так просто со степенью сжатия. Одно дело – понимать, что такое степень сжатия. И это не менее важно по сравнению с пониманием, почему так важна высокая степень сжатия для современных двигателей. К сожалению, объяснить простыми словами, почему высокая степень сжатия в двигателях современных автомобилей – это отличное решение на ближайшие годы, не получится. Тем не менее мы попытаемся.

Вы знаете, что мощность двигателя появляется в тот момент, когда сгорание топливной смеси оказывает силу на поршень внутри цилиндра двигателя. Эта сила толкает поршень вниз по цилиндру. И чем выше поршень находится в цилиндре в момент сжигания топливно-воздушной смеси, тем больше сил будет приложено на поршень.

Как мы уже сказали, чем больше степень сжатия, тем выше находится поршень в верхней мертвой точке. В итоге это позволяет вырабатывать больше мощности в момент сгорания топлива. Также помимо увеличения мощности для вырабатывания силы, толкающей поршень вниз по цилиндру двигателя, необходимо меньше топлива, что в конечном итоге влияет на топливную эффективность мотора. Это простое объяснение. Но оно неполное, поскольку при увеличении степени сжатия двигателей возникает ряд проблем, для решения которых необходимо в идеале знать термодинамику.

Итак, мы знаем, что высокая степень сжатия означает, что двигатель получает больше силы и мощности из того же количества топлива по сравнению с мотором с меньшим коэффициентом сжатия. Как мы выяснили, это хорошо для динамики автомобиля, а также для достижения хороших показателей его экономичности.

Чтобы объяснить вам точнее, почему более высокая степень сжатия дает больше экономии топлива, мы не будем погружаться слишком глубоко в науку о термодинамике. Тем не менее без нее нам также не объяснить вам в деталях, почему моторы с большой степенью сжатия более экономичные. Да, это нелегко понять. Но все же этот раздел термодинамики очень и очень интересен.

Более высокое сжатие в двигателе означает больше мощности, но больше давления

На приведенном выше рисунке показана диаграмма PV давления – объема для идеального типичного бензинового двигателя. Этот график наглядно демонстрирует, что происходит в двигателе, когда он сжигает воздушно-топливную смесь (в нашем примере бензин + кислород).

На приведенном выше графике кривая 1-2 показывает ход сжатия.

Линия 2-3 показывает сгорание топлива.

Верхняя кривая 3-4 показывает ход расширения.

И линия 4-1 показывает отвод тепла, когда открывается выпускной клапан в головке блока цилиндров двигателя.

Если описать все более техническим языком, то эту диаграмму следует понимать так:

На диаграмме кривая 1-2 показывает ход сжатия, при котором давление (ось Y) возрастает, а объем (ось Х) падает, когда поршень сжимает воздушно-топливную смесь внутри цилиндра, приближаясь к верхней мертвой точке.

Линия 2-3 показывает тепло, выделяемое во время горения топливной смеси. Эта линия показывает, как быстро увеличивается давление и температура сгораемого топлива.

Кривая 3-4 показывает увеличение объема цилиндра двигателя и падение давления, когда газ, полученный в процессе сгорания топливной смеси, оказывает силу на поршень, который начинает свое движение вниз по цилиндру двигателя (такт расширения).

Линия 4-1 показывает отвод тепла от газов, образованных в процессе сгорания топлива. Когда давление внутри цилиндра возвращается к давлению окружающей среды, открывается выпускной клапан.

Наконец, линия 1-5 демонстрирует нам ход выхлопа (выхлопной цикл мотора), в процессе которого поршень снова движется внутри цилиндра вверх (к верхней мертвой точке), чтобы снова сжать топливно-воздушную смесь для повторения цикла.

Область в пределах линий 1-2-3-4 показывает нам, сколько работы было проделано двигателем в рамках одного лишь только цикла. Более высокая степень сжатия двигателя означает, что две вертикальные линии на графике выше будут двигаться влево и вверх, оставляя больший диапазон хода поршня, что влияет на получение большей мощности по сравнению с двигателем, имеющим низкий коэффициент сжатия. То есть двигатель с высокой степенью сжатия сделает больше работы за один цикл, чем мотор с небольшой степенью сжатия.

И все дело в том, что в двигателях с высокой степенью сжатия в процессе сгорания топлива образуется больше давления, которое с большей силой двигает поршень вниз по цилиндру. Правда, в этом случае внутри двигателя выделяется больше тепла.

Более высокое сжатие в двигателе также означает более высокую тепловую эффективность

Важно отметить, что образование тепла и потеря тепла в течение цикла работы двигателя напрямую связаны с его эффективностью (речь идет о коэффициенте полезного действия – КПД). Причем на КПД главное влияние оказывает степень сжатия двигателя. Все дело в двух идеях. Во-первых, любая тепловая энергия, поступающая в систему, должна быть преобразована в механическую или отработанную. Во-вторых, тепловая эффективность – это просто результат работы двигателя (мощность и сила), разделенный на теплопередачу.

Таким образом, с помощью уравнения можно вычислять взаимосвязь между тепловым КПД и степенью сжатия.

Вот как выглядит уравнение этой взаимосвязи (n – тепловой КПД, r – степень сжатия, а γ (гамма) – свойство жидкости):

Теперь вернемся к нашей диаграмме выше. Когда вы обеспечиваете больший ход поршня между верхней и нижней мертвой точкой, вы увеличиваете степень сжатия. За счет этого вы смещаете на диаграмме PV вверх и влево и увеличиваете температуру (Qh на графике выше). Причем увеличение температуры будет больше, чем потери тепла (Ql).

Иными словами, вы добываете в процессе сгорания топливной смеси больше энергии за один цикл работы двигателя. Кстати, вот один интересный ролик видеоблогера Джейсона Фенске, который рассказывает более простыми словами о взаимосвязи между степенью сжатия, теплопередачей и эффективностью (экономичностью двигателя):

Для тех, кто не знает английский, включите субтитры и их машинный перевод на русский язык.

Так что, как вы, наверное, уже поняли, тепловая эффективность двигателя возрастает по мере увеличения степени сжатия двигателя. Таковы законы физики, а именно законы термодинамики. Особенно это становится ясно из уравнения, приведенного выше.

Соответственно, чем выше степень сжатия мотора, тем больше он выдает лошадиных сил и меньше потребляет топлива. Для нас это означает более тяжелый кошелек за счет сэкономленных денег на заправке и больше адреналина при разгоне.

Чтобы это понять, вам нужно взять на прокат какой-нибудь старый американский неэффективный автомобиль с бензиновым V8 атмосферным двигателем, который имеет низкую степень сжатия. Поездив на таком автомобиле несколько дней, вы поймете, что автомобиль «жрет», как слон, но взамен не выдает хорошую мощность, которую сегодня показывают современные четырехцилиндровые и даже трехцилиндровые моторы.

Например, знаменитый двигатель Skyactiv-G от Mazda является очень эффективным в плане не только мощности, но и хорошей экономичности. Во многом это благодаря большой степени сжатия. Также ряд и других производителей стали выпускать современные моторы с высоким коэффициентом сжатия. Так, сегодня компании Mazda, Nissan / Infiniti и Toyota и другие начали выпускать двигатели с очень высокой степенью сжатия – 14:1.

Вы не поверите, но двигатели с такой степенью сжатия еще недавно казались фантастикой. Кстати, благодаря такой степени сжатия автопроизводителям нет необходимости оснащать двигатели турбинами, для того чтобы добиться соответствия современным стандартам экономичности, экологическим нормам, а также требованиям к мощности.

Почему более высокая степень сжатия означает, что автомобиль должен заправляться топливом с высоким октановым числом

Но почему большинство автопроизводителей сегодня не перешли на выпуск двигателей с высокой степенью сжатия, если такие силовые агрегаты позволяют без турбокомпрессоров добиваться таких выдающихся результатов эффективности силовых агрегатов? Все дело в законах физики.

Многие двигатели с высоким коэффициентом сжатия нуждаются в премиальном топливе или в высокооктановом бензине.

Тем, кто не знает или не помнит, что такое октан бензина и как он помогает избежать детонации в двигателе, советуем почитать наши следующие материалы:

Какой бензин лучше?

Почему премиум бензин является пустой тратой денег для большинства автомобилей

Сколько энергии в различных видах топлива

Топливо с низким октановым числом по сравнению с топливом с высоким октаном, скорее всего, будет самопроизвольно воспламеняться из-за более высоких температур и давления воздуха в двигателях с высокой степенью сжатия. Мы знаем, что воспламенение топливно-воздушной смеси должно происходить, когда это действительно нужно, а не наоборот. Такое неконтролируемое воспламенение топлива называется детонацией. Это очень вредно для любых двигателей внутреннего сгорания. Дело в том, что излишняя детонация уменьшает крутящий момент и может нанести непоправимый урон двигателю автомобиля.

Высокая степень сжатия увеличивает риск сильной детонации двигателя. Вот почему моторы с большим коэффициентом сжатия, как правило, работают на высококачественном или высокооктановом бензине.

Главная причина риска самовоспламенения топливно-воздушной смеси в двигателях с высокой степенью сжатия – это превышение допустимого давления, которое приводит к резкому нагреву топливной смеси. В итоге это вызывает преждевременное сжигание топлива еще до того, как свеча зажигания с помощью искры зажжет его. Повторяем, преждевременное воспламенение топлива – это очень плохо для любого двигателя.

Для того чтобы снизить риск преждевременного воспламенения топлива, компания Mazda много работала над поршневыми и выпускными конструкциями бензиновых двигателей с высокой степенью сжатия (соотношение степени сжатия в цилиндрах двигателя 14:1). Например, мотор Skyactiv-X оснастили специальными поршнями, имеющими полость посередине, которая позволила предотвращать всплеск богатого кислородом топлива вокруг области воспламенения топливной смеси от свечи зажигания.

Именно проблема самовоспламенения топлива в двигателях с высокой степенью сжатия и препятствует сегодня массовому распространению данного типа моторов во всей автопромышленности. Подробнее об двигателе Mazda можно почитать здесь

Существуют ли ограничения по увеличению степени сжатия в двигателях

Интересно, почему автопроизводители не стараются сделать степень сжатия своих двигателей еще больше? Почему сегодня коэффициент сжатия 14:1 уже считается много? Неужели нельзя сделать двигатель с еще большим коэффициентом сжатия? Ведь в таком случае автомобили получили бы еще больше мощности и одновременно стали бы еще экономичней.

Например, почему бы не сделать двигатель со степенью сжатия 60:1? Но на самом деле это невозможно в сегодняшнем мире.

Такую степень сжатия не выдержит ни один металл внутри двигателя. Да дело даже не в металле. Даже если бы у нас был такой крепкий дешевый металл, способный выдержать степень сжатия 60:1, все равно бы мы не смогли построить подобный рабочий мотор. Просто такая степень сжатия привела бы к чрезмерно высокой температуре внутри двигателя. В итоге мотор стал бы настолько горячим, что это вызвало бы его самоуничтожение (двигатель взорвался бы от высоких температур).

Также, в принципе, нас не должна так сильно заботить высокая степень сжатия в современных автомобилях, если речь идет, конечно, не о спортивных мощных автомобилях, где каждая лишняя лошадиная сила на вес золота. Сегодня в рамках массового рынка нас больше волнует не мощность, а экономичность обычных повседневных автомобилей. Особенно во времена немалой стоимости топлива, где вопрос экономии топлива напрямую влияет на наши кошельки. Также сегодня более остро стоит вопрос экологии. А мы знаем, что чем менее экономичен автомобиль, тем меньше он загрязняет окружающую среду выхлопными газами. Так что, в принципе, увеличение степени сжатия в современных двигателях необходимо в первую очередь для улучшения экологической обстановки на всей планете. Но для того чтобы этого добиться, нет смысла существенно увеличивать в современных моторах степень сжатия.

Вот мы и подошли к концу темы о степени сжатия двигателей внутреннего сгорания. Надеемся, что теперь вы не просто знаете, что такое степень сжатия силовых агрегатов, но и понимаете, какую важную роль она играет в современных двигателях.

Что такое степень сжатия двигателя?

В достижении наилучших эксплуатационных характеристик двигателя внутреннего сгорания (ДВС) нужно быть хорошо подкованным в вопросах принципов его работы и возможностей повышения мощности. Но далеко не каждый автовладелец и даже тот, кто увлекается техническим тюнингом, способен похвастаться такими знаниями. Охватить нужную информацию в рамках одной статьи, конечно же, невозможно, поэтому предлагаю начать с азов и для начала разобраться: что такое степень сжатия и как она влияет на эффективность работы ДВС?

Начнем с определения.

Степенью сжатия двигателя в теории автомобилей называют отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания этого цилиндра, или, иными словами, отношение максимального его объема к минимальному.

А поскольку данное понятие характеризует отношение объема смеси при подаче в цилиндр к объему, при котором эта смесь воспламеняется, то очевидна зависимость: чем большей является степень сжатия, тем более высокое давление имеет воспламеняющаяся смесь.

В то же время вполне логично, что бесконечно увеличивать такое давление невозможно – велик риск возникновения проблем с мотором при заправке некачественным топливом. Да и чем активнее работает устройство, тем короче будет его «жизнь». Поэтому всего должно быть в меру.

На сегодняшний день эта мера (в отношении степени сжатия) уже давно определена и составляет у бензиновых двигателей от 8 до 12 единиц, а у дизельных – от 14 до 18, точное число зависит от задач, поставленных перед тем или иным движком, а точнее транспортным средством, на которое тот установлен.

Видео.

Увеличение степени сжатия

СТЕПЕНЬ 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. 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.

Главная

Пять систем, которые снижают ресурс двигателя автомобиля — Российская газета

Не секрет, что новые моторы разрабатываются исходя из требований экономичности и экологичности, а потребительские характеристики при этом уходят на дальний план. В итоге снижается надежность и ресурс двигателя.

При выборе автомобиля стоит учитывать эту тенденцию. Есть список характеристик, которые неизбежно сокращают ресурс двигателя.

Первый пункт — это снижение объема камер сгорания. Это уменьшает выброс вредных веществ в атмосферу. При этом обозначенная мощность мотора обеспечивается за счет увеличенной степени сжатия, которая позволяет улучшить скорость сгорания.

Степень сжатия ограничена топливными характеристиками и материалами, из которых сделаны механизмы поршневой группы. Если степень сжатия увеличивается на треть, то воздействие на поршень и подвижные части вырастает в два раза. С этой точки зрения в легковых авто оптимальными потребительскими свойствами обладают 1,6-литровые 4-цилиндровые двигатели, пишет aif.ru.

Второй пункт — применение поршней с короткой юбкой. Логика производителя следующая. Чем меньше поршень, тем он легче. И благодаря этому он обеспечивает большую отдачу и эффективность. Сокращение юбки поршня в сочетании уменьшением плеча шатуна влечет за собой рост нагрузки на стенки цилиндров. На высоких оборотах такой поршень иногда пробивает масляную пленку и соприкасается с металлом цилиндров. Что, конечно, не продляет службу поршневой группы.

Третьим в списке идет использование турбонаддува на малообъемных моторах. Чаще всего встречается турбонаддув, работающий на энергии выхлопных газов для вращения центростремительной турбины. Температура в ней достигает 1000 градусов. Чем больше литровая мощность мотора — тем сильнее износ. Чаще всего турбоагрегат ломается на пороге 100 тысяч километров. Турбина может быстро вывести из строя поршневую часть, поскольку турбокомпрессор возьмет весь запас моторного масла.

Четвертый пункт — отсутствие прогрева двигателя при минусовых температурах. Действительно, современные моторы могут начинать работу без прогрева благодаря новейшим системам впрыска. При понижении температуры нагрузка на детали резко возрастает: двигателю нужно прокачать масло и прогреться хотя бы минут пять. Но из-за экологических требований производители опускают эту рекомендацию. А срок службы шатунно-поршневой группы сокращается.

Пятой в списке стоит система «старт/стоп». Ее придумали немецкие автопроизводители для отсечения режима холостого хода, при котором в атмосферу выбрасывается немало вредных веществ. Как только скорость автомобиля падает до нуля, система отключает двигатель. Проблема в том, что каждый мотор рассчитан на определенное число пусков. Без этой системы за 20 лет двигатель запустится, в среднем, 100 тысяч раз. С ней — около 10 миллионов. Чем больше пусков — тем сильнее происходит выработка трущихся частей.

Вот что на самом деле означает ‘степень сжатия’, и почему это имеет значение

Почему для двигателей так важна степень сжатия, и на что она влияет.

Двигатель Toyota «Dynamic Force»

Как определяется степень сжатия, и что это такое?

Для тех, кто любит больше смотреть, чем читать, внизу мы публикуем GIF-картинку, на которой демонстрируется, как работает четырехтактный двигатель.

Обратите внимание, как поршень движется вверх во время такта сжатия топливной смести (топливо + кислород), которая подается клапанами головки блока двигателя. Напомним, что воздух и топливо, поступаемые в цилиндр двигателя, сжимаются поршнем, чтобы затем воспламенить эту смесь с помощью свечи зажигания (в бензиновых моторах) или за счет сильного сжатия (в дизельных моторах).

А теперь математический пример соотношения степени сжатия в ДВС.

Почему производители стараются увеличить степень сжатия?

Более высокое сжатие в двигателе означает больше мощности, но больше давления

На приведенном выше рисунке показана диаграмма PV давления – объема для идеального типичного бензинового двигателя. Этот график наглядно демонстрирует, что происходит в двигателе, когда он сжигает воздушно-топливную смесь (в нашем примере бензин + кислород).

На приведенном выше графике кривая 1-2 показывает ход сжатия.

Линия 2-3 показывает сгорание топлива.

Верхняя кривая 3-4 показывает ход расширения.

И линия 4-1 показывает отвод тепла, когда открывается выпускной клапан в головке блока цилиндров двигателя.

Если описать все более техническим языком, то эту диаграмму следует понимать так:

На диаграмме кривая 1-2 показывает ход сжатия, при котором давление (ось Y) возрастает, а объем (ось Х) падает, когда поршень сжимает воздушно-топливную смесь внутри цилиндра, приближаясь к верхней мертвой точке.

Линия 2-3 показывает тепло, выделяемое во время горения топливной смеси. Эта линия показывает, как быстро увеличивается давление и температура сгораемого топлива.

Кривая 3-4 показывает увеличение объема цилиндра двигателя и падение давления, когда газ, полученный в процессе сгорания топливной смеси, оказывает силу на поршень, который начинает свое движение вниз по цилиндру двигателя (такт расширения).

Линия 4-1 показывает отвод тепла от газов, образованных в процессе сгорания топлива. Когда давление внутри цилиндра возвращается к давлению окружающей среды, открывается выпускной клапан.

Наконец, линия 1-5 демонстрирует нам ход выхлопа (выхлопной цикл мотора), в процессе которого поршень снова движется внутри цилиндра вверх (к верхней мертвой точке), чтобы снова сжать топливно-воздушную смесь для повторения цикла.

Область в пределах линий 1-2-3-4 показывает нам, сколько работы было проделано двигателем в рамках одного лишь только цикла. Более высокая степень сжатия двигателя означает, что две вертикальные линии на графике выше будут двигаться влево и вверх, оставляя больший диапазон хода поршня, что влияет на получение большей мощности по сравнению с двигателем, имеющим низкий коэффициент сжатия. То есть двигатель с высокой степенью сжатия сделает больше работы за один цикл, чем мотор с небольшой степенью сжатия.

Более высокое сжатие в двигателе также означает более высокую тепловую эффективность

Таким образом, с помощью уравнения можно вычислять взаимосвязь между тепловым КПД и степенью сжатия.

Вот как выглядит уравнение этой взаимосвязи (n – тепловой КПД, r – степень сжатия, а γ (гамма) – свойство жидкости):

Теперь вернемся к нашей диаграмме выше. Когда вы обеспечиваете больший ход поршня между верхней и нижней мертвой точкой, вы увеличиваете степень сжатия. За счет этого вы смещаете на диаграмме PV вверх и влево и увеличиваете температуру (Qh на графике выше). Причем увеличение температуры будет больше, чем потери тепла (Ql).

Для тех, кто не знает английский, включите субтитры и их машинный перевод на русский язык.

Какой бензин лучше?

Почему премиум бензин является пустой тратой денег для большинства автомобилей

Сколько энергии в различных видах топлива

Существуют ли ограничения по увеличению степени сжатия в двигателях

Уменьшение и увеличение степени сжатия двигателя автомобиля

Кто-то хочет больше мощности и задумывается над увеличением степени сжатия. Другие, желают дефорсировать мотор и уменьшают её. Поговорим про уменьшение и увеличение степени сжатия, зачем это делают.

Увеличение степени сжатия

Увеличение степени сжатия является одной из основных методик поднятия мощности. 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 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.

2 способа увеличить степень сжатия

Установка более тонкой прокладки двигателя

При таком варианте, клапана могут столкнуться с поршнями и нужно все тщательно рассчитывать. Как вариант — установка новых поршней с более глубокими выемки под клапана. Также изменятся фазы газораспределения и нужно будет их заново настраивать.

Растачивание цилиндров

Такая процедура требует замены поршней, но этот метод увеличивает рабочий объем двигателя и одновременно повышает степень сжатия, т.

к. 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

Для чего уменьшают степень сжатия мотора? Если при увеличении добивались повышения мощности, 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 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. Если на современной иномарке уменьшить степень сжатия до 8, то ее динамика будет как у «копейки». Многие моторы можно заправлять 92-ым бензином вместо 95-ого и у многих даже детонации не случается. Когда машина на гарантии, то не стал бы экономить. Ведь на 95-ом бензине расход топлива меньше, чем на 92-ом и при чуть высшей цене — общая стоимость на бензин выходит равной. Что было проверено на практике. Другое дело, производитель указывает ездить на более высокооктановом бензине из-за норм экологичности. Если в новую машину заправить более дешевый бензин — может выйти из строя катализатор, т.к. 92-ый бензин имеет меньшую температуру горения. Плюс могут засориться форсунки.

По поводу детонации. Делать переделку мотора, чтобы заправлять 92 вместо 95 бензина — глупо. Чтобы сознательно уменьшать степень сжатия нужны более веские причины, например так поступают при установке турбокомпрессора на двигатель, чтобы избавиться от детонации.

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 избежание неприятностей.

Топ-10 моторов всех времен — журнал За рулем

В нашем обзоре — десять знаменитых двигателей, десять ступеней к совершенству. Почти каждый из них повлиял не только на развитие техники, но и на социальную среду.

10-е место: родоначальник даунсайзинга

01 TopEngines zr04–11

Приличные характеристики двигателя при скромном рабочем объеме уже не особенно удивляют. Мы начинаем привыкать к понятию «даунсайзинг», понимая, что эра двигателей большого литража постепенно уходит. А началось это, на мой взгляд, с дебюта в середине 1990-х годов наддувного мотора в 1,8 л, разработанного «Ауди». При умеренном рабочем объеме он должен был удовлетворить владельцев автомобилей самых различных классов. Поэтому даже в самой простой версии двигатель выдавал 148 сил, чего вполне хватало, чтобы превратить в маленькую зажигалку хэтчбек «СЕАТ-Ибица» и не заставлять гореть со стыда владельца престижного «Ауди-А6».

Собственно, литраж ничего не говорил о способностях агрегата. Это был небольшой (в том числе по габаритам — ставь его хоть вдоль, хоть поперек) шедевр своего времени: пять клапанов на цилиндр, изменяемые фазы на впуске, кованые алюминиевые поршни и, конечно, турбонаддув.

С его помощью мощность мотора поднимали все выше и выше, дойдя в спецверсии «Ауди-ТТ кваттро Спорт» до 236 сил. Данный предел был обусловлен лишь спецификой дорожного автомобиля. В гоночной формуле «Палмер Ауди», где ресурс не так важен, с новым блоком управления и агрегатом наддува с 1800-кубового двигателя сняли 365 сил. В Формуле-2, превращая серийный двигатель в чисто гоночный агрегат, достигли и вовсе фантастических 480 сил. Поэтому переход Формулы-1 на «шестерки» объемом 1,6 л в свете достижений мотора «Ауди» не выглядит абсурдным.

9-е место: верность ротору

02 TopEngines zr04–11

Исключительный случай — когда автомобильная компания прочно ассоциируется с одним типом двигателя. Конечно, «Мазда» не сама изобрела роторно-поршневой двигатель Ванкеля. Зато она в труднейшие времена энергетического кризиса 1970-х пересилила обстоятельства: не бросила, как другие, эту весьма сложную в доводке конструкцию, а продолжила совершенствовать «Ванкель» в узком, зато перспективном для имиджа сегменте форсированных спортивных машин. Хотя первоначально планировалось, что все модели «Мазды», вплоть до грузовиков и автобусов, перейдут со временем на двигатель Ванкеля.

Когда в 1975 году двухсекционный мотор с индексом 13В появился на серийных машинах, никто не мог предположить, что он станет самым массовым РПД в мире и продержится в производстве более 30 лет. Более того, даже современный маздовский РПД «Ренезис» — лишь результат эволюции 13B. Именно этот мотор стал проводником в серию большинства впервые примененных на РПД новинок, которые и обеспечили ему столь долгую жизнь, — настроенного впуска с изменяемой геометрией, электронного впрыска топлива, турбонаддува. В итоге мотор, который начал жизнь под капотом утилитарного пикапа с мощности чуть больше 100 сил, превратился в короля автогонок, выдававшего даже в серийном варианте минимум 280. Повышенный расход топлива и большой угар масла — неизбежные проблемы любого РПД — были оправданной расплатой за скромный вес, низкий центр тяжести и способность крутить свыше 10 тысяч оборотов в минуту. Маздовские купе RX-7 доминировали в американских кузовных чемпионатах на протяжении 1980-х годов во многом благодаря роторно-поршневому мотору 13B.

8-е место: «восьмерка» планеты Земля

03 TopEngines zr04–11

Материалы по теме

Любой, кто хоть немного интересуется американским автомобилестроением, наверняка слышал о «восьмерке» «Шевроле» семейства Small Block. Неудивительно, ведь ее в почти неизменном виде можно было встретить на различных моделях концерна «Дженерал моторс» с 1955 по 2004 год. Долгая карьера сделала этот нижневальный двигатель самым распространенным V8 на Земле. Small Block первого поколения (не путать с аналогичными моторами второй и третьей генераций серий LT и LS!) выпускается и сейчас, правда, только на рынок запчастей. Общее число изготовленных моторов превысило 90 миллионов.

Не стоит соотносить слово Small с небольшим литражом двигателя. Рабочий объем «восьмерки» никогда не опускался ниже 4,3 л, а в лучшие времена достигал 6,6 л. Свое имя мотор получил за небольшую высоту блока, обусловленную соотношением диаметра цилиндра и хода поршня: на первом образце 95,2х76,2 мм. Такая короткоходность обусловлена техзаданием: новую «восьмерку» следовало вписать под низкий капот родстера «Шевроле-Корвет», который до этого едва не лишился спроса из-за слабой для него рядной «шестерки». Не появись этот мощный V8, подхлестнувший интерес к первому массовому американскому спорткару, «Корвет» вряд ли пережил бы середину 1950-х.

Вскоре удачного шевролетовского «малыша» назначили базовой «восьмеркой» для всего GM, хотя двигатели V8 собственной конструкции были у каждого отделения концерна. Простой, надежный и неприхотливый мотор пережил все уровни признания: участвовал в гонках, трудился в качестве движущей силы катеров и изредка монтировался даже на легкие самолеты. И хотя в последние годы полноценной жизни двигателя его предлагали только для пикапов и фургонов, все автомобильные фанаты знали, что именно этот заслуженный V8 когда-то был рожден для спасения «Шевроле-Корвет».

7-е место: единственный в своем роде

04 TopEngines zr04–11

Какой же рейтинг моторов обойдется без БМВ! Марка попала бы в наш перечень уже за исключительную приверженность рядной «шестерке» — когда-то такая компоновка легковых двигателей была широко распространена. Помимо баварцев, на легковых машинах (вседорожники и пикапы не в счет) ее применяют сейчас только «Вольво» и австралийский филиал «Форда» (остальные сдались в пользу менее уравновешенного, зато гораздо более компактного V6). Но БМВ стоит особняком: только эта компания смогла выжать из расположенных в ряд шести цилиндров все преимущества — от потрясающе плавной работы до способности легко раскручиваться до самых высоких оборотов.

С каждым поколением, начиная с «шестерки» БМВ образца 1968 года, которую получили, добавив пару цилиндров к уже выпускавшейся «четверке», эти двигатели становились легче, мощнее, совершеннее. Многоцилиндровые схемы для баварцев были практически под запретом — первый V12 появился лишь в 1986 году, а V8 вообще только в 1992-м. Создание этих двигателей легче оправдать маркетингом, нежели истинной любовью инженеров — они всю душу и умение вкладывали именно в шесть расположенных в ряд цилиндров.

Апофеоз атмосферной «шестерки» БМВ — мотор S54 образца 2000 года, предназначенный для М3. Это гимн совершенству гоночного по сути двигателя, водруженного на гражданский автомобиль. Тяжелого на подъем вначале, но расцветающего при малейшем намеке на спортивный стиль езды. С 3,2 л рабочего объема сняли 343 силы (с литра — 107) — для атмосферного мотора даже сейчас великолепный результат.

Его было бы трудно достичь без применения всех новейших на тот момент технологий — индивидуальных дросселей на каждый цилиндр с электронным управлением, системы регулирования фаз, причем как впуска, так и выпуска. Чтобы мотор выдерживал любые нагрузки, его даже перевели на чугунный блок цилиндров, что для БМВ редкость.

К сожалению, следующее поколение M3 отказалось от семейных ценностей в пользу V8. Это тоже очень неплохой мотор — но радость от укрощения разъяренного зверя ушла вместе с прежней «шестеркой». Подобные ей двигатели в нынешних условиях считаются, как бы точнее сказать, неполиткорректными.

6-е место: легенда гонок

05 TopEngines zr04–11

Последние образцы настоящего V8 «Хеми» собрали в 1971 году (современное одноименное семейство не имеет с ним ничего общего), но еще более четверти века этот двигатель служил любимой игрушкой любителям дрэг-рейсинга. Мотор, появившийся в 1964 году как чисто гоночный для серии NASCAR, был идеальным образцом спортивного V8 (рабочий объем 7 л, или 426 куб. дюймов по американской системе, стандартная мощность 425 сил) с минимальным применением сложных технологий: нижневальный, с двумя клапанами на цилиндр.

Важнейшим отличием от конкурентов стала полусферическая (отсюда «хеми», происходит от HEMIspherical — «полусферический») камера сгорания, позволившая оптимизировать процесс — получить большую мощность при меньшей степени сжатия. Впрочем, это тоже изобрел не «Крайслер». Его заслуга в том, что на основе известной технологии он создал непобедимый мотор, отличавшийся помимо характеристик еще и нереальной прочностью, способный выдержать самые ужасные методы форсировки. Недаром «Хеми» весил заметно больше, чем любой другой V8 начала 1960-х, — почти 400 кг. Но это обстоятельство совершенно не мешало автомобилям с 426-м «Хеми» уверенно громить соперников в гонках.

Гегемонию крайслеровского мотора не раз пытались ограничить — переписывая правила, изменяя количество требуемых для омологации серийных моторов, но он не сдавался и удерживал лидирующие позиции в NASCAR вплоть до 1970-х годов. К тому времени он стал не только спортивной, но и уличной легендой: серийные машины, снабженные дорожной версией «Хеми», выпускались в мизерных количествах — их сделали не более 11 тысяч, причем и эту малость распределили среди нескольких моделей «Доджа» и «Плимута». Ныне автомобили с оригинальным «Хеми», несмотря на примитивную конструкцию, стоят бешеные деньги — легенда пошла на новый круг.

5-е место: сложнее не бывает

06 TopEngines zr04–11

Самый необычный и амбициозный проект двигателя уникальной компоновки W16 выпестовали ради возрожденной марки «Бугатти». На самом деле этот двигатель, за исключением грандиозной мощности в 1001 л.с., является логичным развитием семейства компактных VR-образных моторов «Фольксвагена». Они отличались критически малым углом развала цилиндров — всего 15 градусов, что позволяло использовать на оба ряда одну головку. Мотор VR6 появился на «фольксвагенах» еще в 1991 году. Американский рынок требовал машин с шестью цилиндрами, и немцы умудрились выйти из положения, применив оригинальную схему, позволявшую без увеличения подкапотного пространства легко втиснуть «шестерку» (как вдоль, так и поперек) взамен стандартных четырех цилиндров.

Материалы по теме

Позже удачная находка получила развитие в более крупных масштабах. Амбиции Фердинанда Пиха, желавшего сделать «Фольксваген» топ-брендом, привели к созданию W8, представлявшего собой два VR4, установленных на общий картер под углом 72 градуса. Появился W12, «собранный» из двух VR6. Но мотор «Бугатти» даже в этой компании стоит особняком. Перед его создателями стояла задача почти неразрешимая — выдать рекордную мощность при минимальной массе. Поэтому мотор даже при схожей схеме получился иного уровня — сделанный на грани инженерного безумства. Конструкторы максимально уплотняли пространство вокруг двигателя. Блоки двух VR8 развалили под углом 90 градусов, разместив между ними сразу четыре турбонагнетателя.

Серьезная проблема возникла с охлаждением — решая ее, только для одних интеркулеров предусмотрели 15 л охлаждающей жидкости. Обычно данного количества хватало на весь мотор. Но «Вейрон» не вписывался в стандартные схемы — на охлаждение его двигателя в предельных режимах работали три отдельных радиатора, перегоняя 40 л антифриза. Возникли сложности с диагностикой, ведь определить сбои в одном из 16 цилиндров на слух практически невозможно. Поэтому мотор оснастили системой самодиагоностики, способной оперативно решать проблему, вплоть до отключения проблемного цилиндра.

А теперь самое интересное. При всей сложности и грандиозности замысла (одних только клапанов — вдумайтесь! — 64 штуки) создателям удалось удержать массу W16 в пределах 400 кг. Финансовый фактор при создании этого двигателя не имел почти никакого значения, поэтому титановые шатуны или полностью алюминиевый масляный насос для мотора «Бугатти» в порядке вещей.

4-е место: основоположник американской мечты

07 TopEngines zr04–11

Теперь о воплощении одной из последних замечательных идей Генри Форда, перевернувшей автомобильный мир. До него никто не предполагал, что массовый автомобиль можно запросто комплектовать престижной и мощной «восьмеркой», которая считалась принадлежностью лишь дорогих, роскошных машин. Появившийся в 1932 году фордовский V8 кардинально изменил на последующие полвека представление об автомобилях из-за океана. Они и до того заметно превосходили по размерам европейские модели аналогичной стоимости, а появление массового V8 окончательно развело процесс развития автомобилестроения на разных берегах Атлантики в противоположных направлениях.

Материалы по теме

Но как Генри Форду удалось снизить себестоимость довольно-таки сложного и массивного агрегата до уровня ширпотреба? О, здесь была масса ухищрений. К примеру, оба блока цилиндров и картер в фордовском V8 отливали как единую деталь. У «восьмерок» старой школы это были как минимум три отдельных элемента, скреплявшихся воедино болтами. Коленчатый вал, вместо того чтобы ковать, отливали с последующим термоупрочнением, что также снижало себестоимость.

Распредвал располагался в блоке, клапаны и выпускная система размещались внутри развала цилиндров — это упрощало конструкцию двигателя, однако приводило к перегреву при малейших проблемах с охлаждением. Даже в начальном варианте «восьмерка» при рабочем объеме 3,2 л выдавала приличные 65 сил, что быстро сделало «Форд- V8» любимцем гангстеров и полиции. Джон Диллинджер и Клайд Берроу в перерывах между кровавыми делами умудрились черкнуть пару строк Генри Форду с благодарностью за столь быстрый автомобиль.

Когда у первых V8 наступил пенсионный возраст, они оказались в руках молодых людей, творивших на их базе диковинные тачки по кличке «хот-род». Простая, мощная и легко поддающаяся форсировке фордовская «восьмерка» поспособствовала рождению сверхпопулярной автоконтркультуры. Ну а сама фирма отправила мотор на пенсию лишь в 1953 году, когда восьмицилиндровые двигатели в американских машинах стали уже повсеместным явлением.

3-е место: изменивший сознание

08 TopEngines zr04–11

В 1993 году в недрах исследовательского подразделения «Тойоты» была создана группа по разработке перспективных машин с минимальными выбросами, которые смогли бы занять нишу между традиционными машинами с ДВС и электромобилями. Результатом стала появившаяся в 1997 году «Тойота-Приус» — первый массовый автомобиль с гибридным приводом. Тогда он воспринимался как любопытный эксперимент, игрушка, продаваемая заведомо в убыток, которая вряд ли выйдет за пределы обожающих экзотику Японских островов. Но «Тойота» строила более серьезные планы.

Коренное отличие «Приуса» от прочих гибридных машин, уже существовавших в то время (речь идет о множестве экспериментальных и чуть раньше вышедшей на рынок серийной «Хонде-Инсайт»), заключалось в новом подходе к построению подобной модели. «Приус» создавали как гибрид с самого начала, без упрощений и компромиссов вроде заимствования кузова у традиционной модели или использования обычной механической коробки передач (как было сделано на «Инсайте»).

«Тойота» внедрила гибридную трансмиссию как неотъемлемую часть машины. Даже 1,5-литровый бензиновый двигатель специально модифицировали для работы с электромотором, переведя его на цикл Аткинсона, отличающийся укороченным тактом сжатия за счет увеличенной продолжительности открытия впускных клапанов. Это позволило получить необычно высокую степень сжатия (13–13,5) и дополнительные плюсы в копилку экономичности и экологичности.

Расплатой стала полная беспомощность ДВС на низких оборотах, но для гибрида, который всегда располагает поддержкой электродвигателя, это не проблема. Такой комплексный подход в итоге сделал «Приус» законодателем моды на гибриды. Он стоял в начале процесса, который уже не остановить.

2-е место: любимец всех континентов

09 TopEngines zr04–11

Что сказать про этот воздушник от «Фольксвагена»? Он так же легендарен, как и «Жук» — автомобиль, под который его сделали. Даже больше — ведь одним «Жуком» область применения данного мотора далеко не ограничивалась. Простой, надежный и легкий, четырехцилиндровый оппозитник воздушного охлаждения оказался столь эффективным, что его популярность намного превзошла признание даже самого распространенного в мире автомобиля.

С той поры, как благодаря таланту Фердинанда Порше первые образцы мотора в 1933 году появились на прототипах «Жука», он перепробовал десятки профессий. Достаточная мощность (довоенные образцы выдавали минимум 24 силы, а самые мощные под конец серийного выпуска утроили этот показатель), беспроблемное в любом климате воздушное охлаждение и небольшая масса (цилиндры алюминиевые, картер — из магниевого сплава) позволили фольксвагеновскому мотору найти массу занятий. Он служил на амфибиях вермахта, примешивал свой выхлоп к запаху марихуаны в микробусах хиппи, приводил пожарные насосы, компрессоры, лесопилки, стал основой прогулочных багги и понтовых трайков, взмывал в небо более чем на 40 типах самолетов. И это далеко не полный список его талантов. Еще важнее, что именно из этого двигателя выросло семейство оппозитников «Порше».

На протяжении всех лет производства (моторы семейства окончательно прекратили выпускать только в 2006 году) принципиальная схема двигателя не менялась. Рос рабочий объем, на некоторых версиях применили впрыск топлива, но изначальная схема со штанговым приводом клапанов оставалась такой же, как на первых образцах 1930-х годов. Он радует сердца автомобилистов, да и не только их, более 70 лет — это ли не лучший показатель совершенства мотора?

1-е место: первый массовый

10 TopEngines zr04–11

С «Форда-Т» и его двигателя начал раскручиваться маховик массовой автомобилизации. Больше того, именно мотор «тэшки» стал в свое время самым распространенным ДВС в мире, с ним познакомилось подавляющее большинство жителей земного шара. Как и в случае с описанным выше оппозитником «Фольксвагена», мотор «Форда-Т» приводил не только одноименный автомобиль, которых с 1908 по 1927 год было построено более 15 миллионов.

Материалы по теме

Трактора, грузовики, моторные лодки, походные электростанции — он применялся везде, где была нужда в дешевом и простом в обращении моторе. Что касается автомобилей, то в какой-то период до 90% машин, колесивших по Земле, были одной-единственной модели Т. И приводил их этот самый двигатель необычно большого по сегодняшним меркам рабочего объема 2,9 л — при скромной мощности 20 сил. Но мощность тут была не принципиальна. Гораздо важнее крутящий момент и всеядность — помимо бензина «тэшку» официально разрешалось заправлять керосином и этанолом. Двигатель удивительно прост. Собранный в одном блоке с двухступенчатой планетарной коробкой передач, четырехцилиндровый мотор делил с трансмиссией смазочное масло. Никакого давления в системе не создавалось, смазка осуществлялась разбрызгиванием. Водяную помпу через год производства отправили в отставку — Генри Форд решил, что дешевому автомобилю достаточно простого термосифонного принципа, когда жидкость циркулирует благодаря разности температур. С другой стороны, фордовский мотор необычен для своего времени тем, что его блок и картер отливались как одно целое, а головка цилиндров впервые в мировой практике была сделана отдельной деталью. Но это дань массовости производства: ни один автомобиль в мире не выпускали в таких масштабах, как «Форд», поэтому его конструкция изначально рассчитана на максимально быструю и простую сборку. Двигатель «тэшки» надолго пережил сам автомобиль. Последний экземпляр собрали в августе 1941 года. Он останется в истории как первый массовый ДВС человечества.

Двигатель степень сжатия — Энциклопедия по машиностроению XXL

У авиационных двигателей степень сжатия выше, поэтому октановое число авиационных бензинов должно быть не меньше 98,6. Кроме того, авиационные бензины должны более легко испаряться (иметь низкую температуру кипения ) в связи с низкими температурами на больших высотах. В дизелях жидкое топливо испаряется в процессе горения при высокой температуре, поэтому испаряемость для них роли не играет. Однако при рабочей температуре (температуре окружающей среды) топливо должно быть достаточно жидкотекучим, т. е. иметь достаточно низкую вязкость. От этого зависит безотказная подача топлива к насосу и качество распыления его форсункой. Поэтому для дизельного топлива важна прежде всего вязкость, а также содержание серы (это связано с экологией). В маркировке дизельного [c.181]
Турбореактивный двигатель вследствие дополнительного сжатия воздуха в компрессоре имеет большую (по сравнению с прямоточным воздушно-реактивным двигателем) степень сжатия, а следовательно, и более высокий термический к. и. д. Наибольшее значение к. п. д. достигается при скоростях полета, близких к скорости звука (1000—1500 км ч). [c.571]

В.зависимости от типа двигателя, степени сжатия, величины нагрузки, быстроходности, типа охлаждения, размеров цилиндра и многих других факторов теплота для нормально работающего двигателя распределяется примерно так 9е=20-35% о =15-250/о г= = 20-Що, днс = 0-Що и lO-250/о. [c.18]

В дизелях величина степени сжатия е определяется возможным сокращением периода запаздывания воспламенения топлива, уменьшением жёсткости работы двигателя и облегчением пуска его в ход, поэтому е находится в зависимости от применяемых чисел оборотов. С повышением быстроходности двигателей степень сжатия увеличивают [c.89]

Октановые числа топлив могут быть повышены добавкой к ним антидетонаторов в виде металлоорганических соединений (тетраэтилсвинец и др.). Топлива с антидетонаторами могут иметь октановые числа выше 100 (т. е. возможны антидетонационные свойства выше, чем у изооктана). Это позволяет увеличивать у двигателя степень сжатия, следовательно, и его экономичность. [c.274]

Тип двигателя Степень сжатия е % % е % г1 1.л.с.ч. [c.280]

Типы двигателей Степень сжатия г [c.354]

Tim двигателя Степень сжатия S Степень повышения давления X Степень предварительного расширения р [c.695]

На величину эффективной мощности влияют литраж двигателя, степень сжатия, форма камеры сгорания, конструкция газораспределительного механизма и, кроме того, эксплуатационные факторы техническое состояние двигателя, качество технического обслуживания и ремонта, сорт и качество горючего и смазочных материалов, квалификация водителя. [c.7]

Для обеспечения необходимой температуры теплового конуса свечи конструируются таким образом, чтобы часть тепла отводилась в окружающую среду, т. е. должна обеспечиваться определенная теплоотдача. При этом чем больше количество тепла, выделяемого в камере сгорания, тем больше должна быть теплоотдача свечи. Количество тепла, подводимого к свече, зависит от ряда параметров двигателя (степени сжатия, мощности, частоты вращения коленчатого вала). Поэтому на различные двигатели для обеспечения оптимальной температуры изолятора устанавливаются свечи с различной теплоотдачей. [c.116]

Все приведенные формулы относятся лишь к четырехтактным двигателям. В двухтактных двигателях степень сжатия относится не ко всему ходу поршня 5 (или рабочему объему У ), а только к его полезной части У (1—), начиная с момента закрытия выпускных окон (см. рис. 1,в и г). Соответственно этому и коэффициент наполнения относится лишь к полезной части хода поршня. [c.9]

Определенна степени сжатия по размерам двигателя. Степень сжатия е ДЛЯ четырехтактных двигателей определяется по формуле [c.164]

Для двухтактных двигателей степень сжатия определяется по формуле [c.164]

В карбюраторных двигателях степени сжатия ограничиваются возможностью возникновения детонационного сгорания. В современных карбюраторных двигателях е = 6-=-10,5. [c.234]

В газовых двигателях степени сжатия ограничиваются возможностью самовоспламенения смеси. Поскольку момент самовоспламенения зависит от ряда обстоятельств (нагрузки двигателя, его охлаждения, внешних условий и т. д.), то управлять им невозможно. Поэтому степени сжатия должны быть такими, чтобы температура в конце сжатия была ниже температуры самовоспламенения. Это и обусловливает применение специальных зажигающих устройств, воспламеняющих смесь в строго определенный момент, вблизи в. м. т. Температура самовоспламенения газообразных топлив находится в пределах 500—650 °С, поэтому степени сжатия в этих двигателях не превышают 7—10. [c.234]

Температура остаточных газов. В зависимости от типа двигателя, степени сжатия, частоты вращения и коэффициента избытка воздуха устанавливается значение температуры Тг остаточных газов в пределах [c.43]

Величина rii устанавливается по опытным данным в зависимости от частоты вращеиия коленчатого вала двигателя, степени сжатия, размеров цилиндра, материала поршня и цилиндра, теплообмена и других факторов. Учитывая, что процесс сжатия протекает достаточно быстро (0,015 — 0,005 с на номинальном режиме), суммарный теплообмен между рабочим телом и стенками цилиндра за процесс сжатия получается незначительным и величину tif можно оценить по среднему показателю адиабаты ki. По номограмме, изображенной на рис. 25, для соответствующих значений в и Та определяется величина kl. Номограмма построена в результате совместного решения на электронно-вычислительной машине двух уравнений, связывающих kl с Т , Тс, е и теплоемкостью воздуха (тсу )f [c.49]

Температура днища (250—300° С) поршней из алюминиевых сплавов ниже, чем чугунных (350—420°), так как теплопроводность алюминиевых сплавов в 3—4 раза выше чугуна. Более низкая температура нагрева поршней из алюминиевого сплава способствует увеличению коэффициента наполнения (вследствие меньшего подогрева свежего заряда при впуске), обеспечивает тем самым большую мощность двигателя и позволяет увеличивать в карбюраторных двигателях степень сжатия без опасности возникновения детонации. Кроме того, при низкой температуре нагрева нагарообразование, вызываемое коксованием попадающего на днище масла, у поршней из алюминиевого сплава происходит в меньшей степени. Значительный же слой нагара на днище [c.83]

Возникновение и интенсивность проявления детонации в двигателе зависит от многих причин, как-то физико-химических свойств применяемого топлива, состава рабочей смеси, момента ее зажигания, теплового состояния двигателя, числа оборотов двигателя, конструктивных особенностей двигателя (степень сжатия, размеры цилиндров, форма камеры сгорания, расположение свечи) и т. д. [c.190]

Такт сжатия. При сжатии смеси поршень перемещается от н. м. т. до в. м. т. Впускной и выпускной клапаны при этом закрыты. Чем больше степень сжатия двигателя, тем выше при сгорании будет давление газов на поршень и экономичнее работа двигателя. Однако значительно повышать давление нельзя, так как может произойти самовоспламенение смеси (детонация). В карбюраторных двигателях степень сжатия должна быть в пределах 6—10. При верхнем пределе применяют топливо с лучшими антидетонационными свойствами, которые зависят от октанового числа. Чем выше октановое число топлива, тем большая степень сжатия допустима. [c.48]

Этим объясняется тот факт, что по мере соверщенствования двигателей степень сжатия их постепенно возрастала. [c.205]

Нагрев нижней части изолятора зависит от его размера, от диаметра отверстия в нижней части корпуса свечи, числа оборотов вала двигателя, степени сжатия, коэффициента наполнения цилиндров горючей смесью и ее состава, материала изолятора и других факторов. [c.159]

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия двигателя. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается горючая смесь, поступившая в цилиндр, при перемещении поршня от н. м. т. до в. м. т. Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы двигателя устроены так, что чередование тактов в цилиндре происходит в определенной последовательности. [c.112]

Параметры рабочего процесса. Степень сжатия. Степень сжатия 8 является основным параметром, от которого зависит эффективность и экономичность работы двигателя. С увеличением степени сжатия (до известного предела) увеличиваются термический Ц1, индикаторный т — и эффективный Т1е коэффициенты полезного действия, среднее индикаторное рг и среднее эффективное р. давления, а также индикаторная /V, и эффективная Ме мощност двигателя. Степени сжатия современных отечественных карбюраторных автомобильных двигателей следующие [c.88]

Качественное и своевременное протекание процесса сгорания зависит от ряда факторов угла опережения зажигания состава рабочей смеси вихревого движения заряда частоты вращения коленчатого вала нагрузки двигателя, степени сжатия формы камеры сгорания и места установки свечи зажигания. [c.383]

Степень сжатия показывает, во сколько раз уменьшается объем внутренней полости цилиндра при перемещении поршня из н. м. т. в в. м. т. Чем выше степень сжатия, тем более экономичен двигатель и тем больше его мощность при одинаковых прочих параметрах. В изучаемых двигателях степень сжатия равна карбюраторных — 6,5 дизелей — 16,5. [c.11]

Выражения (152) и (153) справедливы для двух- и четырехтактных двигателей. В случае двухтактных двигателей степень сжатия должна быть отнесена к полезной части хода поршня [см. уравнение (122)]. [c.81]

Пуск нредкамерных двигателей в холодном состоянии затруднен тем, что сжатый горячий воздух при протекании в предкамеру успевает охладиться настолько, что воспламенения топлива не происходит. Для облегчения пуска в нредкамерных двигателях степень сжатия несколько повышается. [c.172]

Камера сгорания Ланова имеет для этой цели дополнительный объём, который при помощи конического затвора отсоединяется от всего пространства сжатия. Степень сжатия при этом повышается с 12,5 до 14,5. Конечная температура сжатия увеличивается при этом примерно на 40°. После запуска и прогрева двигателя степень сжатия снижается до её нормальной величины. [c.336]

С уменьшением оборотов двигателя степень сжатия компрессора первого контура снижается примерно так, как у исходного одноконтурного ТРД. Отличие зависимостей r l=f n) у ДТРД [c.90]

С уменьшением числа оборотов геометрически неизменяемого одновального ДТРД степень двухконтурности его сначала увеличивается (рис. 4.11). Такая закономерность объясняется тем, что весовой расход воздуха через данный контур зависит главным образом от степени сжатия компрессора. При дросселировании двигателя степень сжатия в первом контуре, имеющая более высокое исходное значение, уменьшается более интенсивно, чем во втором контуре. Это приводит к тому, что расход воздуха через первый контур падает гораздо интенсивнее, чем через второй контур, в результате чего степень двухконтурности увеличивается. [c.92]

Сжатие (рис. 6.12,6 линия Ьс на рис. 6. 13) происходит при движении поршня от НМТ к БМТ, колда закрыты впускной 3 и выпускной 4 клапаны. В карбюраторных двигателях степень сжатия б во избежание детонации не превышает 7—8, в газовых двигателях она достигает 8—9, и в дизелях 14—18. В конце такта сжатия в карбюраторных двигателях рабочая смесь воспламеняется от запальной свечи, в дизельных происходит впрыскивание и воспламенение топлива за счет высокой температуры сжатого воздуха (550—650°С). [c.258]

Расход топлива зависит от рабочего объема цилиндров двигателя, степени сжатия, числа оборотов коленчатого вала, степеий открытия дроссельной заслонки или величины подачи топлива форсунками (для дизеля), регулировки карбюратора и угла опе режения зажигания (в двигателях с принудительным зажита- [c.34]

В изготовляющихся в настояш,ее время газовых двигателях степень сжатия в среднем хотя и незначительно, все же повышена по сравнению с двигателями, изготовлявшимися ранее. Так, например, в настоящее время нужно считать, что средняя величина степени сжатия двигателе » среднеСг и малой мощности составляет 7—7,5 и в некоторых случаях достигает И). Степени сжатия до 7,5 встречались и раньше. Так, еще в 19 1 г. ав1ор с достаточным успехом работал на газовом двигателе типа ХПЗ, имевшем стенень сжатия 7,5. [c.392]

Сопровождается детонация резким металлическим стуком от удара волн высокого давления о стенки цилиндров, выхлопом искр вследствие неполного сгорания топлива и резким повышением температуры воды в системе охлаждения. Длительная работа двигателя с детонационным сгоранием топлива недопустима, так как это может привести к образованию трещин на стенках цилиндров, поршней или поломке деталей кривошипно-шатунного механизма. Показателем антидетонационных свойств бензина является его октановое число. Чем выше октановое чгисло, тем больше допустимая для двигателя степень сжатия. Показатель октанового числа указывается в марке бензина. Например, марка бензина А-76 означает автомобильный е октановым числом 76. [c.71]

Значения индикаторного и механического к. п. д. не являются величинами постоянными и в основном зависят от нагрузки двигателя, степени сжатия, коэффициента избытка воздуха а. Теплотворная способность большинства жидких топлив для двигателей внутреннего сгорания почти одинакова ( 10 тыс. ккал/кГ). Поэтому экономичность двигателя часто оцениваетея непосредственно величиной удельного расхода топлива, т. е. количеством топлива, расходуемого в двигателе за единицу времени на единицу эффективной мощности [c.212]

Переводу двигателей на природный газ посвяш,ено большое количество работ. Однако все они выполнены для газовых двигателей, степень сжатия которых не превышает 8—10. Представляли интерес исследования моторных качеств природного газа в большем диапазоне степени сжатия, чтобы приблизиться к параметрам, характерным для рабочего процесса СПГГ. Такое исследование было выполнено на одноцилиндровой установке ИТ9-2 с переменной степенью сжатия (О = 85 мм, 5 = 115 мм) . [c.275]

Давление рг остаточных газов превышает атмосферное и не отличается от давления в конце процесса выпуска, т. е. равно 1,05 1,25 кгс/см . Температура остаточных газов Тг в основном зависит от количества тепла, выделяющегося в процессе сгорания (т. е. от нагрузки двигателя), степени сжатия двигателя, состава смеси, на котором он работает, и других факторов. Для карбюраторных двигателей =700- 1000° С, для дизелей /г=600ч-800° С. Эта температура значительно превышает температуру самовоспламенения бензино-воздушной смеси, однако, несмотря на это, самовоспламенения горючей смеси в цилиндре карбюраторного двигателя в процессе впуска не происходит. Это объясняется тем, что в начале впуска концентрация горючей смеси в массе остаточных газов ничтожно мала, а время подогрева смеси крайне ограничено. [c.31]

Пламенный мотор

Реактивные авиадвигатели во второй половине XX века открыли новые возможности в авиации: полеты на скоростях, превышающих скорость звука, создание самолетов с высокой грузоподъемностью, а также сделали возможным массовые путешествия на большие расстояния. Турбореактивный двигатель по праву считается одним из самых важных механизмов ушедшего века, несмотря на простой принцип работы.

История

Первый самолет братьев Райт, самостоятельно оторвавшийся от Земли в 1903 году, был оснащен поршневым двигателем внутреннего сгорания. И на протяжении сорока лет этот тип двигателя оставался основным в самолетостроении. Но во время Второй мировой войны стало ясно, что традиционная поршнево-винтовая авиация подошла к своему технологическому пределу – как по мощности, так и по скорости. Одной из альтернатив был воздушно-реактивный двигатель.

Идею применения реактивной тяги для преодоления земного притяжения впервые довел до практической осуществимости Константин Циолковский. Еще в 1903 году, когда братья Райт запускали свой первый самолет «Флайер-1», российский ученый опубликовал труд «Исследование мировых пространств реактивными приборами», в котором разработал основы теории реактивного движения. Опубликованная в «Научном обозрении» статья утвердила за ним репутацию мечтателя и не была воспринята всерьез. Циолковскому потребовались годы трудов и смена политического строя, чтоб доказать свою правоту.

Реактивный самолет Су-11 с двигателями ТР-1, разработки КБ Люльки

Тем не менее, родиной серийного турбореактивного двигателя суждено было стать совсем другой стране – Германии. Создание турбореактивного двигателя в конце 1930-х было своеобразным хобби немецких компаний. В этой области отметились практически все известные ныне бренды: Heinkel, BMW, Daimler-Benz и даже Porsche. Основные лавры достались компании Junkers и ее первому в мире серийному турбореактивному двигателю 109-004, устанавливаемому на первый же в мире турбореактивный самолет Me 262.

Несмотря на невероятно удачный старт в реактивной авиации первого поколения, немецкие решения дальнейшего развития нигде в мире не получили, в том числе и в Советском Союзе.

В СССР разработкой турбореактивных двигателей наиболее удачно занимался легендарный авиаконструктор Архип Люлька. Еще в апреле 1940 года он запатентовал собственную схему двухконтурного турбореактивного двигателя, позже получившую мировое признание. Архип Люлька не нашел поддержки у руководства страны. С началом войны ему вообще предложили переключиться на танковые двигатели. И только когда у немцев появились самолеты с турбореактивными двигателями, Люльке было приказано в срочном порядке возобновить работы по отечественному турбореактивному двигателю ТР-1.

Уже в феврале 1947 года двигатель прошел первые испытания, а 28 мая свой первый полет совершил реактивный самолет Су-11 с первыми отечественными двигателями ТР-1, разработки КБ А.М. Люльки, ныне филиала Уфимского моторостроительного ПО, входящего в Объединенную двигателестроительную корпорацию (ОДК).

Принцип работы

Турбореактивный двигатель (ТРД) работает по принципу обычной тепловой машины. Не углубляясь в законы термодинамики, тепловой двигатель можно определить как машину для преобразования энергии в механическую работу. Этой энергией обладает так называемое рабочее тело – используемый внутри машины газ или пар. При сжатии в машине рабочее тело получает энергию, а при последующем его расширении мы имеем полезную механическую работу.

При этом понятно, что работа, затрачиваемая на сжатие газа должна быть всегда меньше работы, которую газ может совершить при расширении. Иначе никакой полезной «продукции» не будет. Поэтому газ перед расширением или во время него нужно еще и нагревать, а перед сжатием – охладить. В итоге за счет предварительного нагрева энергия расширения значительно повысится и появится ее излишек, который можно использовать для получения необходимой нам механической работы. Вот собственно и весь принцип работы турбореактивного двигателя.

Таким образом, любой тепловой двигатель должен иметь устройство для сжатия, нагреватель, устройство для расширения и охлаждения. Все это есть у ТРД, соответственно: компрессор, камера сгорания, турбина, а в роли холодильника выступает атмосфера.

Рабочее тело – воздух, попадает в компрессор и сжимается там. В компрессоре на одной вращающейся оси укреплены металлические диски, по венцам которых размещены так называемые «рабочие лопатки». Они «захватывают» наружный воздух, отбрасывая его внутрь двигателя.

Далее воздух поступает в камеру сгорания, где нагревается и смешивается с продуктами сгорания (керосина). Камера сгорания опоясывает ротор двигателя после компрессора сплошным кольцом, либо в виде отдельных труб, которые называются жаровыми трубами. В жаровые трубы через специальные форсунки и подается авиационный керосин.

Из камеры сгорания нагретое рабочее тело поступает на турбину. Она похожа на компрессор, но работает, так сказать, в противоположном направлении. Ее раскручивает горячий газ по тому же принципу, как воздух детскую игрушку-пропеллер. Ступеней у турбины немного, обычно от одной до трех-четырех. Это самый нагруженный узел в двигателе. Турбореактивный двигатель имеет очень большую частоту вращения – до 30 тысяч оборотов в минуту. Факел из камеры сгорания достигает температуры от 1100 до 1500 градусов Цельсия. Воздух здесь расширяется, приводя турбину в движение и отдавая ей часть своей энергии.

После турбины – реактивное сопло, где рабочее тело ускоряется и истекает со скоростью большей, чем скорость встречного потока, что и создает реактивную тягу.

Поколения турбореактивных двигателей

Несмотря на то, что точной классификации поколений турбореактивных двигателей в принципе не существует, можно в общих чертах описать основные типы на различных этапах развития двигателестроения.

К двигателям первого поколения относят немецкие и английские двигатели времен Второй мировой войны, а также советский ВК-1, который устанавливался на знаменитый истребитель МИГ-15 и на самолеты ИЛ-28, ТУ-14.

Истребитель МИГ-15

ТРД второго поколения отличаются уже возможным наличием осевого компрессора, форсажной камеры и регулируемого воздухозаборника. Среди советских примеров двигатель Р-11Ф2С-300 для самолета МиГ-21.

Двигатели третьего поколения характеризуются увеличенной степенью сжатия, что достигалось увеличением ступеней компрессора и турбин, и появлением двухконтурности. Технически это самые сложные двигатели.

Появление новых материалов, которые позволяют значимо поднять рабочие температуры, привело к созданию двигателей четвертого поколения. Среди таких двигателей – отечественный АЛ-31 разработки ОДК для истребителя Су-27.

Сегодня на уфимском предприятии ОДК начинается выпуск авиационных двигателей пятого поколения. Новые агрегаты установят на истребитель Т-50 (ПАК ФА), который приходит на смену Су-27. Новая силовая установка на Т-50 с увеличенной мощностью сделает самолет еще более маневренным, а главное – откроет новую эпоху в отечественном авиастроении.

Вот что на самом деле означает «степень сжатия» и почему это имеет значение

Новый двигатель Toyota с высокой степенью сжатия «Dynamic Force». Графика: Toyota / Raphael Orlove

Вы слышали термин «степень сжатия» раньше, но задумывались ли вы когда-нибудь о том, что именно что это значит? Что ж, пора объяснить, что такое степень сжатия, и почему каждый автопроизводитель теперь одержим ею, как будто это Святой Грааль.

Степень сжатия, надо признать, сложнее, чем кажется на первый взгляд.Не помогает и то, что это один из тех терминов, которые вы слышите на автосалонах и в пресс-релизах без серьезных объяснений. Это одна из тех вещей, которые вы в большинстве своем пытаетесь понять, пытаясь произвести впечатление на артиста-трапеции, которого вы встретили в цирке в прошлые выходные.

Мы знаем, что высокая степень сжатия — это хорошо, а низкая — плохо. Мы знаем, что новый двигатель Mazda Skyactiv-X «Holy Grail» отличается высокой степенью сжатия, наряду с «дизельным убийцей» Infiniti и серией Toyota «Dynamic Force», которые рекламируют большую мощность при большей эффективности.

Мы живем в эпоху, когда инженеры не могут просто увеличить мощность двигателя, сделав его больше. Изменение степени сжатия двигателя становится обычным делом.

G / O Media может получить комиссию

(Кстати, если вы читаете это и фыркаете, потому что уже знаете, что такое степень сжатия, хорошо для вас! Не все остальные.)

What Defines Степень сжатия очень проста

Степень сжатия — это именно то, на что это похоже — степень, при которой вы сжимаете максимальный объем цилиндра в минимальный объем цилиндра.Это объем цилиндра, когда поршень полностью опущен по сравнению с полностью вверху. Это написано и указано в виде отношения. Например, для двигателя со степенью сжатия 9: 1 вы бы сказали, что это «девять к одному».

А теперь представьте себе цилиндр в своей голове. Поршень движется вверх и вниз внутри этого цилиндра. Когда поршень находится в самой нижней точке, это называется нижней мертвой точкой. Вот где объем цилиндра наибольший. Когда поршень находится в наивысшей точке цилиндра, это называется верхней мертвой точкой, и именно здесь объем цилиндра наименьший.Сравнение этих двух объемов — вот откуда взялось ваше соотношение.

Если вы такой же наглядный ученик, как я, вам понравится этот созданный мной GIF, показывающий, как работает четырехтактный двигатель. Видите, как поршень движется вверх во время такта сжатия? Это весь воздух и топливо сжимаются в цилиндре. Если двигатель имеет высокую степень сжатия, это означает, что данный объем воздуха и топлива в цилиндре сжимается в гораздо меньшее пространство, чем двигатель с более низкой степенью сжатия.

А теперь пример с простой математикой, мой любимый вид.

Представьте, что у вас есть двигатель, объем цилиндра и камеры сгорания которого составляет 10 куб. См, когда поршень находится в нижней мертвой точке. После того, как впускной клапан закрывается и поршень поднимается вверх во время такта сжатия, он сжимает топливно-воздушную смесь в объеме одного кубического сантиметра. Этот двигатель имеет степень сжатия 10: 1.

Вот и все! Это степень сжатия. Общий рабочий объем плюс сжатый объем (включая объем головки блока цилиндров и все, что выше, где поршень «движется») в один только сжатый объем .

Почему лучше — это сложно

Но понимание , что такое степень сжатия , менее важно, чем понимание , почему нам важен, или почему высокое сжатие является таким стремлением.

Лучшее объяснение, которое я получил в этом, было от моего коллеги и инженера Дэвида Трейси, который затем обратился за помощью к другим инженерам и профессорам. Лучший ответ из них дал доктор Энди Рэндольф, технический директор ECR Engines. Он проводит исследования трансмиссии для NASCAR, и его объяснение предельно ясно:

С точки зрения непрофессионала, мощность двигателя создается, когда сгорание оказывает на поршень силу и толкает поршень вниз по цилиндру во время такта расширения.
Чем выше поршень находится в канале ствола в момент начала сгорания, тем большее усилие будет приложено.
По мере увеличения степени сжатия поршень перемещается выше в отверстии в верхней мертвой точке, следовательно, возникает дополнительная сила для хода расширения (дополнительная сила для того же количества топлива равняется более высокой эффективности).

Теперь мы на самом деле нужно больше понимать о , почему в дополнение к , как , и это означает, что нам придется рискнуть в области термодинамики.

Суть всего этого в том, что более высокая степень сжатия означает, что двигатель получает больше работы при том же количестве топлива. Это хорошо для мощности, а также миль на галлон.

Чтобы объяснить, почему более высокая степень сжатия дает лучшую эффективность, мы не собираемся слишком углубляться в термодинамику, но, черт возьми, давайте просто окунемся в них. Это здорово и полезно для души.

Более высокое сжатие означает больше работы, но больше давления

На изображении выше показана диаграмма «давление-объем» для идеального и типичного бензинового двигателя.Он визуально показывает, что происходит в вашем двигателе, когда он сжигает бензин.

На диаграмме выше нижняя кривая 1-2 показывает ход сжатия.

Строка 2-3 показывает горение.

Верхняя кривая 3-4 показывает ход расширения.

А линия 4-1 показывает отвод тепла при открытии выпускного клапана.

Чтобы быть более техническим, на диаграмме кривая 1-2 показывает ход сжатия, в котором давление (ось y) возрастает, а объем (ось x) падает, когда поршень действительно воздействует на газ, сжимая его.Строка 2-3 показывает тепло, выделяющееся при сгорании, быстро увеличивая давление и температуру газа. Кривая 3-4 показывает увеличение объема и падение давления по мере того, как газ действует на поршень во время такта расширения. Линия 4-1 показывает отвод тепла от газа в окружающую среду по мере того, как давление возвращается к окружающему при открытии выпускного клапана. Наконец, плоская линия 1-5 внизу представляет ход выпуска и возврат поршня в верхнюю мертвую точку в конце.

Область внутри этих 1-2-3-4 строк показывает, сколько работы проделано двигателем.Более высокая степень сжатия означает, что две вертикальные линии на графике будут двигаться влево и вверх, оставляя больше области в пределах, чем при более низкой степени сжатия, и, таким образом, работа выполняется. Но, как вы можете видеть на этой диаграмме, вы столкнетесь с более высоким давлением. Другими словами, вы получите больше механической работы от двигателя с высокой степенью сжатия. Вы будете получать большее давление в цилиндре и на поршне из-за тепловыделения от сгорания.

Более высокое сжатие также означает больший тепловой КПД.

Также важно отметить, что тепловложение и тепловые потери во время цикла вашего двигателя связаны с КПД как функцией степени сжатия.Все это работает по двум идеям. Во-первых, любая тепловая энергия, поступающая в систему, должна быть преобразована либо в механическую работу, либо в отходящее тепло. Во-вторых, тепловой КПД — это просто результат работы, деленный на подводимое тепло. Итак, вы можете вывести взаимосвязь между термической эффективностью и степенью сжатия, как MIT, нанесенный на его веб-страницу и показанный выше. Уравнение здесь (nu — термический КПД, r — степень сжатия, а гамма — свойство жидкости) :

Когда вы даете двигателю определенного рабочего объема более высокую степень сжатия, вы эффективно сдвигаете фотоэлектрическую диаграмму вверх и влево, и увеличивают тепловложение (Qh на диаграмме) в большей степени, чем тепловые потери (Ql).Другими словами, вы превращаете больше входящей энергии в работу. Вот Джейсон Фенске из Engineering Explained , разбирающий взаимосвязь между степенью сжатия, теплопередачей и эффективностью:

В любом случае, дело в том, что термодинамика диктует, что термический КПД возрастает с увеличением степени сжатия, как вы можете видеть на этом графике и уравнении. выше. А это означает больше лошадиных сил, лучшую экономию топлива, более тяжелые кошельки и большие улыбки. Управляйте любым вялым, хрипящим, всасывающим газ, старым американским V8 с низкой степенью сжатия, и вы поймете, о чем я.

Степень сжатия также делает такие двигатели, как двигатель Mazda Skyactiv-G, такими эффективными. Mazda, первая из серии новых двигателей с высоким и переменным сжатием от Mazda, Nissan / Infiniti и Toyota, на данный момент имеет самую высокую степень сжатия в отрасли — 14: 1, поэтому она может справляться с высоким расходом топлива. показатели экономичности и мощности даже без турбонагнетателя.

Почему более высокое сжатие означает более высокое октановое число

Почему не все просто используют высокие степени сжатия? Что ж, высокая степень сжатия — вот почему многим двигателям требуется топливо премиум-класса или высокооктановый бензин.Октановое число, как указывается в статье How Stuff Works , является мерой способности бензина сопротивляться детонации.

По сравнению с газом с высоким октановым числом бензин с низким октановым числом с большей вероятностью самовоспламеняется из-за высоких температур и давления наддува. По сути, вам нужен газ, который воспламеняется, когда вы хотите, а не тот, который воспламеняется, когда вы, , этого не хотите. Такое неконтролируемое горение называется детонацией.Стук — это плохо; он снижает крутящий момент и может нанести непоправимый ущерб вашему двигателю.

Высокая степень сжатия увеличивает риск детонации, поэтому в двигателях с очень высокой степенью сжатия используется высокооктановый гоночный газ или (что сейчас чаще) E85. При сжатии газы склонны нагреваться, поэтому повышенная плотность тепла может привести к преждевременному возгоранию топлива до того, как свеча зажигания воспламенит его. Повторяю: это плохо.

Mazda пришлось проделать большую работу над поршнем и конструкцией выхлопной системы, чтобы уменьшить детонацию в двигателе 14: 1, работающем на газовом насосе.Поршни в двигателе Skyactiv-X, например, имеют полость посередине, чтобы позволить Mazda выстрелить потоком богатого топлива вокруг свечи зажигания в обедненной смеси, и, да, есть причина, по которой это было не так. Технологию нелегко разработать.

Что еще интересно, так это то, что вы не можете просто сделать двигатель с такой высокой степенью сжатия, как вы хотите. Я обратился к Джону Хойенге, владельцу производственного выхлопа и раллийного магазина Nameless Performance, чтобы поговорить о рисках и преимуществах высокой компрессии.

Джон строит раллийный автомобиль Nissan 240SX, на который он меняет четырехцилиндровый SR20VE, который в настоящее время развивает около 250 лошадиных сил на колесах всего из 2,0 литров. Как ни удивительно, но без турбонаддува. Все, что Джон должен поблагодарить, — это очень высокая степень сжатия 14,5: 1. «Сжатие выполняет больше работы, — пояснил он, — поэтому тем больше мощности [двигатель] будет производить без наддува».

При этом, поскольку это гоночный двигатель, он использует гоночный бензин или E85 с очень высоким октановым числом.Джон сказал, что при степени сжатия выше 14,5: 1 возникает риск самовоспламенения, а также может вылететь шток или раскрутить подшипник. Это то, что небрежно называют «взрывом».

Есть предел тому, насколько высоко вы можете подняться

Я спросил, почему мы не видим, чтобы люди не бегали с двигателями, которые имеют значительно более высокую степень сжатия, чем все, что мы видим сегодня. Неприлично завышенные соотношения, вроде 60: 1. Джон рассмеялся. Он объяснил, что металл просто не может выдерживать такие высокие уровни напряжения, а такая степень сжатия приведет к тому, что вещи будут настолько горячими, что они взорвут любой современный двигатель.

Конечно, не все из нас строят гоночные автомобили с гоночными двигателями, поэтому об изменении степени сжатия нам не о чем беспокоиться. Но мы случайные владельцы автомобилей и энтузиасты квазидвигателей, так что это было объяснением того, что означает степень сжатия и почему это важно. Вам больше не нужно подделывать это, теперь вы знаете, что это такое.

А теперь иди, найди того художника по трапеции и расскажи ему, что ты чувствуешь!

Знаете ли вы ?: Степень сжатия | Автомобильные новости

Что такое степень сжатия?
Каждый двигатель имеет определенную степень сжатия.Топливно-воздушная смесь сжимается в цилиндре для создания воспламенения, сила которого зависит от степени сжатия: объема цилиндра, когда поршень находится в нижней части своего хода, по сравнению с объемом цилиндра, когда поршень находится в нижнем положении. в верхней части штриха. Кстати, вы должны знать, что под рабочим объемом двигателя понимается полная мощность всех поршней в течение полного цикла.
Воспламенение происходит, когда поршень находится в верхней части своего хода, то есть в верхней части цилиндра (также известной как головка цилиндра), который образует камеру сгорания.Оставшийся объем топливовоздушной смеси внутри камеры сгорания позволяет пропорционально определять степень сжатия.
Степень сжатия обычно составляет от 8: 1 до 10: 1. Более высокая степень сжатия — скажем, от 12: 1 до 14: 1 — означает более высокую эффективность сгорания.
Фото: Себастьян Д’Амур

Преимущества
Более высокая степень сжатия и эффективность сгорания означают большую мощность при меньшем количестве топлива и меньшем количестве выхлопных газов.С другой стороны, более сильные воспламенения усиливают нагрев, трение и износ, что затрудняет работу внутренних компонентов двигателя. Автопроизводителям нужно найти правильный компромисс.
Рассмотрим, например, технологию Mazda SKYACTIV. Инженеры переработали внутренние компоненты, чтобы увеличить ход поршня, чтобы обеспечить более высокую степень сжатия. При этом водителям, которые хотят воспользоваться этим, абсолютно необходимо использовать бензин премиум-класса (бензин с более высоким октановым числом).
Двигатели с наддувом и дизельные двигатели
Двигатели без наддува могут иметь более высокую степень сжатия, чем двигатели с наддувом (с наддувом или с турбонаддувом).Например, в двигателе с турбонаддувом воздух, поступающий в камеру сгорания, уже находится под давлением, поэтому степень сжатия должна быть немного ниже, чтобы избежать чрезмерной нагрузки на компоненты. Двигатели с наддувом обычно имеют степень сжатия от 8: 1 до 8,5: 1.
Однако, что касается дизельных двигателей, отсутствие свечей зажигания требует более высокой степени сжатия — примерно от 14: 1 до 22: 1. Они используют горячий воздух для испарения, а затем воспламенения топлива.
Марки топлива
Чем больше сжатие и тепло может выдержать топливо перед воспламенением, тем выше октановое число (87, 91, 94 и т. Д.)) и более высокой марки топлива (обычное, премиум и т. д.).
Как я уже сказал; более высокая степень сжатия означает больше тепла внутри двигателя. Топливо с более высоким октановым числом может выдерживать большее повышение температуры и менее склонно к преждевременному воспламенению или преждевременному воспламенению, также известному как детонация двигателя. Это явление изменяет ход поршня и может привести к серьезному повреждению двигателя.
Степень сжатия — обзор
Степень сжатия обычно варьируется от 1,05 до 7 на ступень; однако коэффициент 3.5–4,0 на стадию считается максимальным для большинства технологических операций. Довольно часто повышение температуры газа во время сжатия диктует предел безопасного или разумного повышения давления. Максимальное повышение температуры определяется либо максимальной рабочей температурой цилиндра компрессора, либо максимальной температурой, которую газ может выдержать перед разложением, полимеризацией или даже самовоспламенением, как для хлора, ацетилена и т. Д. увеличение степени сжатия, это также добавляет к выбору разумного предельного давления нагнетания.При известной максимальной температуре максимальная степень сжатия может быть рассчитана из соотношения повышения адиабатической температуры.
Оптимальная минимальная мощность достигается при одинаковой степени сжатия во всех цилиндрах для многоступенчатых агрегатов. При внешнем охлаждении газа между ступенями необходимо делать разумные поправки на перепады давления в промежуточных охладителях и учитывать это при настройке степеней сжатия:
Фактическое (с промежуточным охлаждением)
(18-38) Pi1 / P1 = Pi2 / Pi1 ′ = Pi3 / Pi2 ′ =… Pfy / Piy
где 1,2,3 ,.… Y = состояние газа в цилиндре, представленное (1) для первой ступени, (2) для второй ступени и т. Д.
i = состояние давления на выходе между ступенями, непосредственно в цилиндре.
Prime (′) = состояние межступенчатого нагнетания, уменьшенное за счет падения давления в промежуточных охладителях, клапанах, трубопроводах и т.д .; следовательно, штрих представляет собой фактическое давление на всасывании следующего цилиндра в многоступенчатой цилиндровой системе.
f = конечное давление или давление на выходе из многоступенчатой установки.
Степени сжатия по ступеням:
R1 = Pi1 / P1R2 = Pi2 / Pi1′R3 = Pi3 / Pi2′Rf = Pfy / Piy ′
(18-39) R1 = R2 = R3 = … Rf = yRt
, где R _t = общая степень сжатия агрегата = P _i / P ₁
Для двухступенчатого сжатия на ступень:
(18-39A) R1 = R2 = Pf2 / P1
Для пяти ступеней:
(18-39B) R1 = R2 = R3 = R4 = R5 = 5Pf5 / P1
Обычно на многоступенчатых машинах используются промежуточные охладители.Функция промежуточного охладителя заключается в охлаждении газа до максимально возможной температуры, близкой к исходной температуре всасывания, с минимальным падением давления. Это важно для термочувствительных материалов. Это охлаждение обеспечивает экономию требуемой тормозной мощности, поскольку по существу охлаждается при постоянном давлении и приводит к тому, что следующий цилиндр обрабатывает меньший объем газа. Для достижения наибольшей экономии следует использовать самое холодное охлаждение, доступное на практике.
В некоторых случаях желательно использовать двухступенчатое сжатие без промежуточного охлаждения.Если состав газа должен оставаться постоянным на протяжении всего процесса сжатия, а температура не ограничивается, промежуточные охладители нельзя использовать, если присутствуют конденсируемые вещества. Иногда для газов с низким значением «k» или «n» используются две ступени для повышения объемного КПД. Когда это так, и высокие температуры сжатия или экономичность работы не контролируются, может быть выгодно отказаться от промежуточного охладителя.
Обратите внимание, что когда промежуточные охладители не используются, температура воды в рубашке компрессора должна быть на 10–15 ° F выше, чем точка росы между ступенями.Для этого на предыдущем этапе потребуется теплая вода из куртки.
Работа промежуточного охладителя внешне не влияет на теоретическую оптимальную степень сжатия на ступень. Однако это влияет на совокупную мощность, необходимую для выполнения работы по полному сжатию, потому что все потерянные потери давления должны быть заменены мощностью в лошадиных силах. Также имеется выигрыш в производительности за счет этого промежуточного охлаждения, как показано на рисунках 18-17A и 18-17B. Поправка на падение давления в промежуточном охладителе обычно делается путем увеличения давления на выходе из цилиндра, чтобы включить половину падения давления в промежуточном охладителе между ступенями, а давление всасывания на следующей ступени уменьшается до другой половины падения давления. по сравнению с теоретическим давлением без учета перепада давления.
Рисунок 18-17а. Комбинированные индикаторные карты двухступенчатого компрессора, показывающие, как водяные рубашки цилиндра и промежуточный охладитель помогают приблизить линию сжатия к изотермической.
(Использовано и адаптировано с разрешения: Miller, H.H. Power, © 1994. McGraw-Hill, Inc., Нью-Йорк. Все права защищены.)
Рисунок 18-17b. Влияние объема зазора на КПД цилиндра поршневого компрессора (эффект конструкции клапана).
(Используется с разрешения: Livingston, E. H. Chemical Engineering Progress, V.89, № 2, © 1993. Американский институт инженеров-химиков, Inc. Все права защищены.)
Коэффициент сжатия на ступень можно рассчитать.
(18-40) Pf = P1Rγ− (Δp1) Rγ − 1− (Δp2) Rγ − 2− (Δp3) Rγ − 3− (Δp4) Rγ − 4…
Продолжайте, чтобы увидеть количество членов в правой части уравнение, равное количеству ступеней. Обычно это лучше всего решается методом проб и ошибок, и его можно упростить, если предположить, что большинство значений ΔP равны. Предполагается, что весь перепад давления в промежуточном охладителе вычитается из давления всасывания следующей ступени, т.е.е. Падение давления в промежуточном охладителе первой ступени вычитается из давления всасывания второй ступени.
P _f = конечное давление многоступенчатого набора цилиндров
γ = количество ступеней сжатия
Δp = падение давления на межступенчатых охладителях, фунт / кв. Дюйм
1 = первая ступень
2 = вторая ступень
Если половина Δp добавляется к разряду одной ступени и половина вычитается из всасывания следующей ступени:
(18-41) Pf = P1Rγ− (12Δp1) Rγ − 1− (12Δp2) Rγ − 2− (12Δp3) Rγ − 3− (12Δp4) Rγ − 4…
На практике соотношения для каждой ступени могут не совпадать; однако это не мешает компрессору работать удовлетворительно, если все другие факторы учитываются соответствующим образом.
Охлаждение рубашки компрессора. Вода для охлаждения рубашки компрессора не должна быть такой же теплой, как вода в рубашке газового двигателя. Вода на 15–20 ° F более теплая, чем точка росы сжимаемого газа, предохраняет от конденсации. Рекомендуется повышение температуры воды в рубашке максимум на 15–20 ° F. Никогда не следует ограничивать поток воды к рубашкам, чтобы поддерживать эту температуру, поскольку пониженная скорость имеет тенденцию способствовать загрязнению рубашек.
Количество тепла, отводимого рубашками компрессора, зависит от размера и типа машины.Этот отвод тепла обычно выражается в британских тепловых единицах / час / л.с. Отвод тепла в цилиндр компрессора в среднем составляет около 500 БТЕ / ч / л.с. Некоторые из них имеют низкий уровень 130, и необходимо уточнить у производителя, чтобы получить точную цифру.
Пример 18-1
Давление между ступенями и степени сжатия
Для двух ступеней сжатия, какими должны быть давления в цилиндрах, если перепад давления в промежуточном охладителе и трубопроводе составляет 3 фунта на кв. Дюйм?
Всасывание до первой ступени: P ₁ = 0 фунтов на кв. Дюйм (14.7 psia)
Нагнетание из второй ступени: P _f2 = 150 psig (164,7 psia)
Perstage: Rc = 164,7 / 14,7 = 11,2 = 3,35
Без промежуточного охлаждения:
С промежуточным охлаждением:
Первая ступень:
Вторая ступень:
Пример показывает, что, хотя отношения на цилиндр сбалансированы, каждое из них больше теоретического. Это соответствует реальным операциям.
Важно отметить, что довольно часто фактическая степень сжатия для отдельных цилиндров многоступенчатой машины не может быть точно сбалансирована.Это состояние возникает в результате ограничения потребляемой мощности в лошадиных силах для определенных размеров и конструкций цилиндров производителя. При окончательном выборе они будут скорректированы, чтобы обеспечить максимально возможные степени сжатия для использования стандартных конструкций.
Означает ли более высокое сжатие больше мощности? Да, и вот почему.
Увеличивает ли степень сжатия выходную мощность вашего двигателя? Вы можете подозревать, что ответ «да», и будете правы, но вы можете не знать всех причин, почему.Когда целью является увеличение мощности мощных двигателей, есть несколько популярных способов добиться этого, включая добавление наддува с помощью турбонагнетателя, нагнетателя или закиси азота. Увеличение рабочего объема двигателя или увеличения его скорости (оборотов в минуту) также может привести к скачку мощности и также популярно, но увеличение степени сжатия, то есть уменьшение объема камеры сгорания, вероятно, является наименее понятным методом из всех. В конце концов, как сделать что-нибудь в двигателе меньшего размера , чтобы увеличить его мощность ?!
Что такое сжатие?
Просмотреть все 7 фотографий
Возможно, мы покрываем землю, которая для многих хорошо вытоптана, но степень статического сжатия двигателя понять просто: это весь объем цилиндра над компрессионным кольцом в нижней мертвой точке (НМТ), когда по сравнению с объемом над компрессионным кольцом в верхней мертвой точке (ВМТ).Чтобы узнать, как вычислить степень статического сжатия, щелкните здесь.
В четырехтактном двигателе внутреннего сгорания вся работа выполняется на рабочем такте. Остается три других хода (впуск, сжатие и выпуск), которые должны существовать, но ничего не добавляют к выходной мощности. На самом деле они стоят энергии — очень много. Четырехтактные двигатели внутреннего сгорания общеизвестно неэффективны, 20 процентов считаются святым Граалем, но большинство из них находятся в подростковом возрасте. Это означает, что есть огромный потенциал повышения эффективности, и именно по этой причине многие силовые установки с высокой степенью сжатия последних моделей, такие как Gen V GM, Ford Coyote и Gen III Hemi, выглядят так хорошо по сравнению со своими предшественниками.
Power Stroke Dynamics
Просмотреть все 7 фотографий
Представьте на мгновение, что мы смотрим на Power Stroke Dynamics как на неограниченное одиночное событие, подобное выстрелу из винтовки. В лучшем случае наша пуля (поршень) имеет только казенную полость, в которой находится порох в оболочке в качестве камеры сгорания, и всю длину ствола в качестве цилиндра (стреловидный объем). Изменение начального положения пули от порохового заряда на место дальше по стволу означает, что у расширяющихся газов меньше расстояния, чтобы воздействовать на пулю до того, как она выйдет.
Если вы перевернете концепцию сжатия с ног на голову и подумаете о нем как о событии расширения, вы получите сжатие в обратном направлении — степень расширения. Это имеет больше смысла, потому что именно расширение, а не сжатие, создает силу, от которой мы получаем энергию. Итак, глядя на нашу аналогию с винтовкой, мы имеем ту же длину и диаметр ствола, ту же пулю (поршень), тот же заряд (воздух и топливо), только мы запускаем пулю дальше по стволу. Чем дальше по стволу начинается пуля, тем меньшую силу расширения газ может оказывать на пулю.Для наших целей эта сила представляет крутящий момент двигателя, в то время как начальная точка пули аналогична динамической степени сжатия двигателя в данном рабочем состоянии.
Статическое и динамическое сжатие
Посмотреть все 7 фотографий
Степень статического сжатия (иногда называемая степенью механического сжатия) — это удобный справочник, который производители двигателей используют для создания и описания двигателей, но нет двух двигателей с одинаковым CR действительно одинаково, потому что действительно важна степень динамического сжатия.По этой причине застревание на статических степенях сжатия — тупик для большинства вещей, помимо игры в тривиальную автомобильную погоню. Цилиндр с объемом 100 куб. См будет улавливать 100 куб. См воздуха и топлива, закрыв впускной клапан на НМТ, но только 75 куб. См, если он закроет четверть пути вверх по отверстию. Поскольку количество воздуха и топлива, захваченных в камере сгорания, действительно имеет значение для выработки энергии, из двух наших гипотетических двигателей объемом 100 куб. См тот, у которого больше всего захваченного воздуха и топлива, будет обеспечивать наибольшую мощность (при прочих равных), даже если оба двигателя имеют одинаковый рабочий объем.
Где «динамическая» часть динамической степени сжатия?
Наш предыдущий абзац не проливает много света на то, почему это называется «динамическим сжатием», пока мы не рассмотрим, как двигатель работает в различных условиях. Даже в двигателях с фиксированными фазами газораспределения (без VVT) эффективная степень сжатия изменяется при изменении частоты вращения двигателя и нагрузки. Короче говоря, если он изменяет количество заряда в камере сгорания от цикла к циклу, он меняет степень расширения и, следовательно, его мощность.Настройка индукции, частота вращения двигателя, продувка выхлопных газов и положение дроссельной заслонки изменяют динамическое сжатие от момента к моменту. Таким образом, статическое сжатие на самом деле не столько показатель удельной мощности двигателя, сколько критерий для расчета того, что будет дальше!
Стоит ли повышать коэффициент статического сжатия?
Посмотреть все 7 фотографий В недавнем динамометрическом тесте мы проверили мощность стандартного литья LS «317» объемом 70 куб. См (слева), сравнив его с литым корпусом меньшего размера 65 куб. точка сжатия.
При обсуждении степеней сжатия, которые обычно используются в автомобильной сфере — от 8: 1 до 15: 1, — величина мощности, которую вы можете ожидать, будет варьироваться от 2 до 4 процентов на каждую точку полученного статического сжатия. (Мы отметим, что это улучшение, которое вы получили бы только с компрессией, а не с оптимизацией фаз газораспределения.) Три процента могут показаться не слишком большим по сравнению с тем, что вы получили бы, добавив турбокомпрессор, закись азота или даже кулачок, но все имеет значение. Более того, повышение степени сжатия на величину, достаточно высокую, чтобы почувствовать разницу, может быть столь же простым, как обработка блока или головок цилиндров на несколько тысячных долей во время следующего ремонта, так почему бы и нет? Подробнее об этом чуть позже.
Посмотреть все 7 фотографий Увеличение компрессии на этом 6-литровом LS стоило 15 л.с., и все, что мы сделали, это поменяли большие камеры сгорания на меньшие.
Недавно мы провели динамометрический тест типичного 6-литрового Gen III LS (LY6) с горячим уличным кулачком. Со стандартными камерами сгорания объемом 70 куб. См. Максимальная мощность составила около 490 л.с. Просто заменив стандартные литые головки цилиндров «317» с камерой 70 куб. См на стандартные литые головки «243» с меньшей камерой сгорания объемом 65 куб. См, мы увеличили мощность до 505 л.с., то есть на 15 л.с. (примерно 3 процента).
А как насчет октанового числа топлива?
Посмотреть все 7 фотографий Если вы увеличите компрессию, вы будете вынуждены подавать в двигатель топливо с достаточно высоким октановым числом, чтобы предотвратить детонацию, разрушающую двигатель. Однако усовершенствования головок цилиндров и другие технологии в последние годы значительно смягчили выдувание.
Есть один ограничивающий фактор, который может привести к резкому прекращению вашего плана по увеличению сжатия — октановое число топлива. Октан — это описание склонности топлива к воспламенению при определенных условиях испытаний, которые учитывают степень сжатия, частоту вращения, нагрузку, температуру охлаждающей жидкости, температуру воздуха на впуске, влажность и множество других переменных.Более высокое октановое число означает, что топливо может сопротивляться самовоспламенению при более высоком давлении и температуре, чем топливо с более низким октановым числом.
При прочих равных условиях двигатели с более высокой степенью сжатия требуют более высокого октанового числа топлива. Это связано с тем, что топливо с более низким октановым числом может начать воспламеняться до возникновения искры через систему зажигания, состояние, известное как детонация или самовоспламенение. Когда это происходит, ранний фронт пламени создает пиковое давление в камере до того, как поршень достигает ВМТ.Этот скачок давления усугубляется ограничением его пространства во все меньшем пространстве, поскольку поршень продолжает свой неумолимый марш к ВМТ. Детонация почти всегда катастрофична для двигателей, поэтому следует избегать любой ценой — это все равно, что ударять по поршням молотком и плазменной горелкой одновременно.
По этой причине работа с более высокой степенью сжатия может вызвать повреждение двигателя, но это постепенно меняется. Усовершенствования таких вещей, как металлургия, покрытия и вычислительная динамика потока, означают, что у инженеров и производителей двигателей есть несколько инструментов, которые можно использовать против разрушительной детонации.Там, где когда-то было табу работать 11: 1 или даже 10: 1 на улице с помпой, мы обнаружили, что хорошо подобранная комбинация (головки, кулачок, впуск и т. Д.) Может раздвинуть границы приемлемого сжатия с закачивать газовую скважину в диапазон 11: 1 плюс с небольшими уступками в производительности или управляемости. Как никогда раньше, сейчас самое время увеличить степень сжатия!
Особая благодарность Дэвиду Визарду и Джону Макбрайду
Посмотреть все 7 фотографий
Какая связь между степенью сжатия и экономией топлива?
Как мы узнали на предыдущей странице, статическая компрессия двигателя измеряется, когда впускной клапан двигателя полностью закрыт.Однако в реальной эксплуатации этого почти никогда не происходит. Двигатель работает так быстро, что впускной воздушный клапан может потребоваться снова открыть до того, как поршень завершит свой полный ход вверх и вниз. Когда это происходит, часть давления внутри цилиндра падает, что снижает эффективность. По сути, здесь больше места для воздуха, поэтому двигатель теряет часть мощности из-за сгорания топлива и воздуха.
Динамические степени сжатия учитывают движение впускного клапана. Инженеры могут настроить двигатель так, чтобы впускной клапан закрывался раньше, что помогает нарастить давление в цилиндре.Двигатель также можно настроить так, чтобы клапан закрывался позже, но это позволяет выпустить немного воздуха и снизить эффективность использования топлива двигателем.
Вычислить динамическую степень сжатия на самом деле довольно сложно. Для этого вы используете длину хода и длину шатуна, чтобы определить положение поршня, когда клапан полностью закрыт. Поскольку это соотношение обнаруживается, когда поршень находится в середине своего хода, оно всегда ниже, чем степень статического сжатия. Как и при статическом сжатии, более высокая степень сжатия означает более эффективное использование топлива и лучшую экономию топлива.
Сегодняшние высокоэффективные двигатели на многих современных автомобилях во многом обязаны своей экономией топлива своей высокой степени сжатия. Но у двигателя с высокой степенью сжатия есть и недостатки. Чтобы он работал безупречно, вам нужно использовать высокооктановый газ, который дороже, чем обычный неэтилированный газ. Если пропустить бензин премиум-класса, со временем в двигателе может появиться детонация. Детонация двигателя — это когда сгорание воздуха и топлива не происходит в оптимальное время хода поршня.Использование низкооктанового топлива в двигателе с высокой степенью сжатия может повысить вероятность детонации, поэтому, если вы приобретете новый, экономичный автомобиль с высокой степенью сжатия, убедитесь, что вы используете тип газа, рекомендованный в руководстве пользователя, чтобы получить большинство из этого.
Ищете дополнительную информацию о степени сжатия двигателя и экономии топлива? Просто перейдите по ссылкам на следующей странице.
Коэффициент сжатия и тепловой КПД
Какой процент тепловой энергии, производимой при сжигании ископаемого топлива, способствует движению транспортного средства?
Сравнение дизельного и бензинового двигателей является загадкой.В Европе, Азии, Австралии, Южной и Центральной Америке — практически повсюду в мире за пределами Соединенных Штатов — общеизвестно, что дизельные двигатели значительно более экономичны, чем бензиновые.
Дизельный двигатель перемещается на галлоне топлива намного дальше, чем двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием сопоставимых размеров может проехать на галлоне газа. Дизельный двигатель на галлоне топлива проедет на 25–30% дальше, чем бензиновый двигатель с искровым зажиганием сопоставимого размера на галлоне гравия.
И этот разрыв увеличивается.
Что не так широко известно, так это то, что дизельные двигатели также значительно более экологичны, чем бензиновые. Причина, по которой большинство людей не знают, что дизельное топливо загрязняет меньше, чем бензиновые двигатели, заключается в том, что 1) большая часть статистических данных по выбросам бензина и дизельного топлива дана на единицу объема и 2) люди — опять же — не знают, что дизельное топливо дает водители на треть больше миль на галлон, чем бензин.
Математика проста.По данным Агентства по охране окружающей среды, на галлон дизельного топлива выделяется около 22 фунтов углекислого газа. Галлон высокооктанового бензина дает около 20 фунтов. (Низкооктановый бензин выделяет больше.) Это означает, что на галлон дизельное топливо выделяет примерно на 10% больше CO2, чем бензин. Но это по-прежнему означает, что дизельное топливо выбрасывает на 15-25% меньше углекислого газа на милю.
Дизель — это просто лучшее топливо с точки зрения окружающей среды и экономии топлива. Не менее важно, что дизельные двигатели лучше — намного эффективнее бензиновых.
Так почему американцы ездят на бензиновых автомобилях?
Почему дизельные двигатели более экономичны, чем бензиновые
Согласно общепринятому мнению, причина того, что дизельные двигатели намного более экономичны, чем бензиновые, заключается в том, что дизельное топливо является лучшим топливом, чем бензин. И это правда. Дизель — лучшее топливо, чем бензин, пропан, метан (природный газ) и почти любое другое ископаемое, «чистое» и альтернативное топливо в этом отношении, потому что дизельное топливо имеет более высокую плотность топлива.Плотность топлива — также известная как «энергетическая» плотность бензина. «Теплотворная способность дизельного топлива составляет примерно 45,5 МДж / кг (мегаджоули на килограмм), что немного ниже, чем у бензина, который составляет 45,8 МДж / кг. Однако дизельное топливо плотнее бензина и содержит примерно на 15% больше энергии по объему (примерно 36,9 МДж / литр по сравнению с 33,7 МДж / литр) », — поясняет Европейская ассоциация автопроизводителей.
Однако плотность дизельного топлива — не единственная причина, по которой дизельные двигатели имеют более высокую топливную экономичность, чем бензиновые.
Дизель имеет на 11% -15% большую удельную энергию, чем бензин, сумма, которая, хотя и играет большую роль в топливной экономичности дизельных двигателей, не объясняет тот факт, что дизельные двигатели перемещаются на 25-35% дальше. чем бензиновые двигатели сопоставимого размера при том же объеме топлива.
Итак, вопрос в том, откуда берутся дополнительные от 20% до 25% эффективности использования пробега? Опять же, если дизельное топливо только на 11-15% более энергоемко, чем бензин, почему дизельные двигатели получают 9 миль на каждые 6 пробега бензина?
Ответ прост.Мало того, что дизельное топливо является более плотным топливом, чем бензин, дизельные двигатели являются более качественными двигателями, чем бензиновые двигатели. Тепловой КПД дизельных двигателей намного превосходит бензиновые.
Сравнение качества бензиновых и дизельных двигателей
Существует множество способов определения «качества» двигателя. Крутящий момент и ускорение — два примера стандартов, по которым можно судить о качестве двигателя. Но в отношении эффективности двигателя внутреннего сгорания есть только две важные переменные.
Что касается КПД двигателя внутреннего сгорания, качество определяется 1) долговечностью — как долго двигатель прослужит — и 2) производительностью — какой мощностью двигатель выдает по отношению к потенциальной мощности потребляемого топлива.
КПД двигателя: почему дизельные двигатели лучше бензиновых двигателей с искровым зажиганием
Дизельные двигатели — по сравнению с другими типами двигателей — являются выдающимся достижением инженерной мысли. С момента появления первых дизельных двигателей до тех, которые производятся сегодня, дизель всегда превосходил бензиновые двигатели по эффективности.Дизельные двигатели всегда были более качественными. Они всегда служили дольше, а дизельные двигатели всегда были более экономичными. Самое главное, что дизельные двигатели всегда меньше загрязняли окружающую среду.
И современные инженеры еще больше отделяют дизельные двигатели от бензиновых.
Современные инженеры по дизельным двигателям преодолевают барьеры, ограничивающие тепловую эффективность. Другими словами, дизельные двигатели вырабатывают больше кинетической энергии из тепла, выделяемого при сгорании, чем любой другой тип двигателя.
Что касается производства двигателей внутреннего сгорания: «Дизельный двигатель имеет самый высокий тепловой КПД (КПД двигателя) среди всех применяемых двигателей внутреннего или внешнего сгорания из-за его очень высокой степени расширения и естественного сжигания обедненной смеси, которое позволяет рассеивать тепло избыточным воздухом».
Причина, по которой дизельные двигатели более эффективны в преобразовании тепла, выделяемого при сгорании, в кинетическую энергию, заключается в том, как дизельное топливо сгорает в дизельном двигателе
Сжатие и искровое сгорание
Есть два способа сжигания ископаемого топлива в двигателе: искрой или сжатием до точки воспламенения.Все дизельные двигатели являются двигателями компрессионного типа. Все бензиновые двигатели работают от искры. Это означает, что сжатие является катализатором сгорания дизельного топлива в двигателе, а искра воспламеняет бензин в камере сгорания бензинового двигателя.
Разница между двумя способами сжигания ископаемого топлива в двигателе важна, потому что эти два средства обеспечивают разную эффективность сгорания.
Компрессионные двигатели сжигают топливо более эффективно, чем двигатели с искровым зажиганием.
Почему компрессорные двигатели сжигают топливо более эффективно, чем бензиновые двигатели с искровым зажиганием
Компрессионные дизельные двигатели и бензиновые двигатели с искровым зажиганием имеют много общего, включая форсунки, поршни, поршневые цилиндры и выхлопные трубы.И компрессионные, и искровые двигатели разработаны с использованием так называемого цикла Отто. Цикл Отто — это цикл четырехтактного двигателя — 1) ход впуска, 2) ход сжатия, 3) рабочий ход 4) ход выпуска — который оказался наиболее эффективной конструкцией автомобильного двигателя.
Для беглого объяснения двигателей сжатия и искрового зажигания необходимо отметить только одно различие в отношении двух типов двигателей: двигатели сжатия используют давление для сгорания дизельного топлива, в то время как двигатели с искровым зажиганием воспламеняют бензин с помощью электрической искры.
Перед тем, как попасть в камеру сгорания двигателя, дизельное топливо и бензин переводятся в газовое состояние. Когда газообразное топливо сжимается, оно нагревается. Тепло, выделяемое при сжатии, является функцией закона идеального газа. «Объем (V), занимаемый n молями любого газа, имеет давление (P) при температуре (T) в Кельвинах. Связь для этих переменных: P V = n R T, где R известна как газовая постоянная ».
Поскольку температура и объем постоянны, увеличение давления на газ — i.Т. е. уменьшение объема газа — повышение температуры.
В поршневых цилиндрах как искровые двигатели, так и двигатели сжатия сжимают соответствующее топливо. Однако дизельное топливо сжимается до такой степени, что оно сгорает. В то время как бензин также сжимается, прежде чем он сжимается до точки возгорания, искра от свечи зажигания воспламеняет газообразный бензин.
Степень сжатия дизельного двигателя по сравнению с бензиновым
В масштабе объема компрессионные двигатели обеспечивают больший тепловой КПД (выходная энергия, деленная на потребляемую мощность двигателя), чем двигатели с искровым зажиганием.Большая часть тепловой энергии, производимой при сгорании бензина в искровом двигателе, просто теряется в виде тепла, тепла, которое не преобразуется в кинетическую энергию, а, скорее, теряется в выхлопе
Причина, по которой бензиновый двигатель теряет больше энергии, чем дизельный двигатель, заключается в том, что компрессионные дизельные двигатели имеют более высокую степень сжатия, чем бензиновые двигатели с искровым зажиганием.
Тепловая эффективность может быть представлена разницей в температуре. Температура воздуха, поступающего в двигатель во время такта впуска, отличается — значительно меньше — от температуры воздуха, вытесняемого из двигателя во время такта выпуска.Вычитание температуры всасываемого воздуха из температуры выхлопа дает тепловой КПД.
Департамент физики и астрономии Технологического института Джорджии объясняет:
«Поскольку такты сжатия и мощности этого идеализированного цикла являются адиабатическими, эффективность может быть рассчитана на основе процессов постоянного давления и постоянного объема. Энергия на входе и выходе, а также эффективность могут быть рассчитаны на основе температуры и удельной теплоемкости ».
В идеальных ситуациях — 100% тепловой КПД — температура выхлопа должна быть такой же, как и температура всасываемого воздуха.Это будет означать, что все тепло, выделяемое при сгорании топлива, использовалось для опускания поршня двигателя. На самом деле двигатель, который использует 30% тепла, также известного как энергия, для приведения поршня вниз, относительно эффективен.
«Эффективность, с которой они это делают, измеряется с точки зрения« теплового КПД », и большинство бензиновых двигателей внутреннего сгорания в среднем составляют около 20% теплового КПД. Дизель обычно выше — в некоторых случаях приближается к 40 процентам », — поясняет GreenCarReports.com.
Просто двигатель сжатия преобразует большую сумму энергии, произведенной во время сгорания, в кинетическую энергию, чем двигатель с искровым зажиганием, потому что дизельные двигатели могут достигать более высоких степеней сжатия.
Почему степень сжатия увеличивает топливную экономичность
Взаимосвязь между адиабатическим сжатием и топливной экономичностью имеет отношение к тепловой динамике и физике. Айна Т., Фолаян К. О. и Пэм Г. Ю. Кафедра машиностроения, Университет Ахмаду Белло, Зария, Нигерия, пояснение,
«Увеличение степени сжатия вызывает большее вращательное действие на кривошип цилиндра [6]. Это означает, что двигатель получает больше давления на поршень, и, следовательно, создается больший крутящий момент.Прирост крутящего момента из-за увеличения степени сжатия может быть задан как отношение новой степени сжатия (-. /) К старой степени сжатия ».
Проще говоря, чем сильнее сжимается газообразное топливо, тем меньше площадь, в которой оно взрывается. Это означает, что большее количество силы действует на тепло поршня, чем на стенки цилиндра. Если два двигателя имеют одинаковое количество топлива в своих цилиндрах и сила, создаваемая сгоранием в одном двигателе, больше на головке поршня, чем в другом, этот двигатель будет иметь больший тепловой КПД.
Дизельные двигатели — за исключением тех, которые используются в автомобилях, пикапах и грузовиках — могут достигать чрезвычайно высокого теплового КПД. «Низкооборотные дизельные двигатели (используемые на кораблях и в других приложениях, где общий вес двигателя относительно не важен) могут иметь тепловой КПД, превышающий 50%».
Если дизельные двигатели намного эффективнее, почему мы ездим на автомобилях с бензиновым двигателем?
Остается только догадываться, почему мы принимаем решения, которые мы принимаем индивидуально, но, вероятно, можно с уверенностью сказать, что большинство американцев используют бензиновые двигатели, потому что мы к ним привыкли.Кроме того, бензиновые двигатели были более тихими и традиционно имели более быстрое ускорение. Сегодняшние дизельные двигатели одновременно тихие и очень отзывчивые, но это не изменило покупательских привычек американцев.
Таким образом, можно с уверенностью сказать, что маркетинг во многом определяет, почему американцы покупают автомобили с бензиновым двигателем.
Как бы то ни было, покупать бензиновые двигатели — это ошибка. Это дорого, а дизельные двигатели гораздо более экологичны.
Переменная степень сжатия
Переменная степень сжатия
Hannu Jääskeläinen
Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.
Abstract : Переменная степень сжатия может предложить ряд преимуществ, таких как ограничение необходимого пикового давления сгорания в дизелях и противодействие снижению эффективности из-за детонации в двигателях с искровым зажиганием.Механизмы для изменения степени сжатия двигателя включают в себя двухступенчатую систему, в которой можно выбрать низкую или высокую степень сжатия, или систему бесступенчатого сжатия. В большинстве двухступенчатых систем используется шатун переменной длины, в то время как для бесступенчатых систем было предложено множество механизмов.
Введение
Переменная степень сжатия дает ряд преимуществ для дизельных и бензиновых двигателей. Хотя концепция изучалась в течение многих лет [3537] [3538] [3539] [3540] [1942] , для многих приложений было трудно оправдать добавленную стоимость и сложность.Разработки, которые обеспечили более простой механизм за счет использования соединительных стержней переменной длины, по-видимому, делают его жизнеспособным вариантом для серийного производства.
Механизмы для изменения степени сжатия включают в себя либо двухступенчатую систему, в которой можно выбрать низкую или высокую степень сжатия, либо систему с непрерывным изменением, в которой можно выбрать любую степень сжатия между низким и высоким значением.
Двухступенчатые системы включают шатун переменной длины AVL и FEV.Бесступенчатые системы могут быть реализованы с помощью различных механизмов, включая:
Многорычажный механизм между коленчатым валом и поршнем, Nissan и MCE-5
Подвижная головка / цилиндр, SAAB [3541] и Enerva [3542]
Эксцентриковые шейки коленчатого вала, Caterpillar [1927] [1921] [1934]
Подвижная головка поршня [3543]
Двухступенчатые системы
Система AVL
В двухступенчатой системе переменной степени сжатия AVL используется телескопическая соединительная штанга, рис. 1.Активация осуществляется газом или массовыми силами. Сила инерции F _M и сила газа F _G используются для удлинения и укорачивания шатуна. Трансляционный шарнир укорачивает шатун, когда результирующая сила вала F _R направлена к центру коленчатого вала (F _G> F _M), и удлиняет шатун, когда он находится в противоположном направлении (F _G M ). Концевые упоры определяют минимальную и максимальную длину шатуна.Чтобы «удерживать» одну из двух позиций, масло переносится в объемы ниже или выше трансляционного сочленения. Система управления сигнализирует, когда требуется изменение длины шатуна [3518] [3544] .
Рисунок 1 . Телескопический шатун AVL
###
.
No related posts.

Какой двигатель имеет большую степень сжатия

Степень сжатия двигателя

Что такое степень сжатия

Расчет сжатия

На что влияет степень сжатия

Изменение коэффициента сжатия

Форсирование двигателя

Дефорсирование под низкооктановое топливо

Некоторые интересные факты

Вот что на самом деле означает ‘степень сжатия’, и почему это имеет значение

Как определяется степень сжатия, и что это такое?

Почему производители стараются увеличить степень сжатия?

Более высокое сжатие в двигателе означает больше мощности, но больше давления

Более высокое сжатие в двигателе также означает более высокую тепловую эффективность

Существуют ли ограничения по увеличению степени сжатия в двигателях

Что такое степень сжатия двигателя?

Начнем с определения.

Видео.

Увеличение степени сжатия

Пять систем, которые снижают ресурс двигателя автомобиля — Российская газета

Вот что на самом деле означает ‘степень сжатия’, и почему это имеет значение

Почему для двигателей так важна степень сжатия, и на что она влияет.

Как определяется степень сжатия, и что это такое?

Почему производители стараются увеличить степень сжатия?

Более высокое сжатие в двигателе означает больше мощности, но больше давления

Более высокое сжатие в двигателе также означает более высокую тепловую эффективность

Существуют ли ограничения по увеличению степени сжатия в двигателях

Уменьшение и увеличение степени сжатия двигателя автомобиля

Увеличение степени сжатия

2 способа увеличить степень сжатия

Установка более тонкой прокладки двигателя

Растачивание цилиндров

Уменьшение степени сжатия

Топ-10 моторов всех времен — журнал За рулем

01 TopEngines zr04–11

02 TopEngines zr04–11

8-е место: «восьмерка» планеты Земля

03 TopEngines zr04–11

04 TopEngines zr04–11

05 TopEngines zr04–11

06 TopEngines zr04–11

07 TopEngines zr04–11

08 TopEngines zr04–11

09 TopEngines zr04–11

10 TopEngines zr04–11

Двигатель степень сжатия — Энциклопедия по машиностроению XXL

Пламенный мотор

Вот что на самом деле означает «степень сжатия» и почему это имеет значение

What Defines Степень сжатия очень проста

Почему лучше — это сложно

Более высокое сжатие означает больше работы, но больше давления

Более высокое сжатие также означает больший тепловой КПД.

Почему более высокое сжатие означает более высокое октановое число

Есть предел тому, насколько высоко вы можете подняться

Знаете ли вы ?: Степень сжатия | Автомобильные новости

Степень сжатия — обзор

Фактическое (с промежуточным охлаждением)

Означает ли более высокое сжатие больше мощности? Да, и вот почему.

Что такое сжатие?

Power Stroke Dynamics

Статическое и динамическое сжатие

Где «динамическая» часть динамической степени сжатия?

Стоит ли повышать коэффициент статического сжатия?

А как насчет октанового числа топлива?

Какая связь между степенью сжатия и экономией топлива?

Коэффициент сжатия и тепловой КПД

Какой процент тепловой энергии, производимой при сжигании ископаемого топлива, способствует движению транспортного средства?

Почему дизельные двигатели более экономичны, чем бензиновые

Сравнение качества бензиновых и дизельных двигателей

КПД двигателя: почему дизельные двигатели лучше бензиновых двигателей с искровым зажиганием

Сжатие и искровое сгорание

Если дизельные двигатели намного эффективнее, почему мы ездим на автомобилях с бензиновым двигателем?

Переменная степень сжатия

Введение

Двухступенчатые системы

Система AVL

Добавить комментарий Отменить ответ

Рубрики