Степень сжатия
Термическая эффективность и, следовательно, эффективность, с которой топливо используется для совершения полезной работы, непосредственно связана со степенью сжатия. Чем выше степень сжатия, тем меньше топлива будет использовано для получения той же самой мощности. Типичные значения степеней сжатия от 18:1 до 22:1, используемые в дизельных двигателях, частично объясняют, почему они так эффективно работают. Вдобавок к этому, для полной реализации преимуществ этой высокой степени сжатия, на дизельном двигателе никогда не используется дроссельная заслонка. Другими словами, он всасывает как можно больше воздуха, практически так же, как и бензиновый двигатель при широко открытой дроссельной заслонке. Вместо ограничения количества воздуха, поступающего в двигатель, с помощью дроссельной заслонки мощность двигателя регулируется с помощью изменения количества топлива, впрыскиваемого в цилиндр. Это значит, что даже при низких уровнях мощности (когда в камеру сгорания впрыскивается очень малое количество топлива), дизельный двигатель сжимает воздух в цилиндре очень сильно; при этом выделяется столько тепла, что его достаточно для воспламенения даже очень обедненной смеси. Однако когда дросселируется двигатель с искровым зажиганием (бензиновый двигатель), то количество воздуха, втягиваемого в цилиндры, уменьшается, и так как это эффективная степень сжатия, то в результате топливная эффективность при частично закрытой дроссельной заслонке тоже уменьшается.
Нет сомнений в том, что высокая степень сжатия увеличивает мощность. Изображенная далее схема показывает, что мощность при полном открывании дроссельной заслонки теоретически улучшается при увеличении степени сжатия. Приведенные данные предполагают, что увеличение степени сжатия не создает проблем в других областях, таких как детонация т. д. Вы заметите, что закон уменьшения приводит к довольно простому выводу: когда степень сжатия идет вверх, то при каждом увеличении прирост мощности будет все меньше. К примеру, увеличение компрессии от 8,0:1 до 9,0:1 приводит к большему увеличению мощности, чем увеличение сжатия с 11,0:1 до 12,0:1 (2% роста мощности против 1,3%).
Указанные значения являются типичными для двигателей, использующих распределительные валы с относительно коротким периодом впуска, подобные валам во многих форсированных двигателях. Когда продолжительность такта впуска увеличивается (путем установки распределительного вала с более длительным периодом впуска), прирост мощности от увеличения степени сжатия становится даже больше. Это происходит оттого, что данные базируются на механических степенях сжатия (т.е. определенных путем математических расчетов из фиксированного объема), а не на динамических степенях сжатия, которые продолжают увеличиваться, когда эффективность впуска увеличивается. Когда система впуска модифицируется для улучшения наполнения, то динамическая степень сжатия увеличивается очень похожим образом, как и при увеличении размера поршня, т. к. в цилиндр поступает дополнительное количество воздуха и топлива. Эффективность впуска может продолжать увеличиваться даже до точки «упаковки« цилиндра (объемная эффективность выше 100%), как это предполагается некоторыми комбинациями впускного и выпускного коллекторов. Максимальное давление внутри камеры сгорания перед воспламенением изменяется, когда изменяется плотность подаваемой смеси. Когда система впуска работает с низкой эффективностью, т. е. когда дроссельные заслонки закрыты или впускная система забита, то цилиндр наполняется лишь частично и динамическое давление сжатия низкое. Когда система впуска работает с высокой объемной эффективностью (значение более 100% достигается на многих гоночных двигателях), динамическая степень сжатия может создавать давления, которые превышают давления, ожидаемые от механической (рассчитанной) степени сжатия. В таких случаях увеличение механической степени сжатия может ввести двигатель в режим детонации и уменьшить мощность и надежность двигателя.
Увеличение степени сжатия не всегда приводят к увеличению мощности. Если статическая (подсчитанная) степень сжатия уже находится около предела детонации для используемого топлива, то дальнейшее увеличение статической степени сжатия может ухудшить мощность и/или надежность двигателя. Как ранее упоминалось, это особенно справедливо, когда специальный распределительный вал и системы впуска и выпуска добиваются объемной эффективности (VE) величиной более 100%. Когда (VE) увеличивается, то динамическая степень сжатия также увеличивается, так как цилиндр «упаковывается« смесью так, как если бы работал невидимый нагнетатель.
Другой эффект от увеличения степени сжатия довольно незначителен и неизвестен некоторым создателям двигателей. Когда VE превышает 100%, поступившая смесь находится под небольшим положительным давлением, однако, она может заполнить только пространство в цилиндре плюс пространство в камере сгорания. К примеру, если объем цилиндра и камеры составляет вместе 416,2 см3, то это фиксированное пространство будет в основном определять, сколько топливовоздушной смеси может попасть в цилиндр. Если мы решаем увеличить степень сжатия путем уменьшения объема камеры сгорания или путем увеличения размера выпуклости поршня (это наиболее распространенные методы), то это пространство будет не более названной величины. Да, цилиндр сохраняет постоянный рабочий объем — рабочий объем двигателя не изменялся. Но изменили общий объем цилиндра и камеры сгорания. Это означает, что пространство для поступающей рабочей смеси уменьшается. Таким образом, при увеличении степени сжатия мы почти незаметно уменьшили объемную эффективность двигателя.
Воспользуемся воображаемым примером для уяснения деталей. Представим себе двигатель со степенью сжатия 2,0:1 и, просто ради аргумента скажем, что общий объем (нерабочий объем) одного цилиндра, когда поршень находится в НМТ (нижней мертвой точке), составляет 3.278 см3. Это объем, создаваемый поршнем при одном такте плюс объем камеры сгорания над поршнем, находящимся в положении ВМП (верхней мертвой точке). Так как степень сжатия составляет 2,0:1, то объем над поршнем, находящимся в ВМТ должен составлять половину от общего объема цилиндра или 1.639 см3, (т. е. 1.639 см3 «выбранного« объема плюс 1.639 см3 камеры сгорания равны 3.278 см3 общего объема цилиндра). Даже при 3.278 см3 во всем цилиндре двигатель может втянуть только 1.639 см3 свежей рабочей смеси, т. к. имеется давление в коллекторе у впускного канала (в случае с VE, равной 100%) и только вытесненный объем поршня может работать для втягивания воздуха и топлива. Остальные 1.639 см3 будут заполнены выхлопными газами от последнего цикла сгорания.
Добавим теперь к воображаемому двигателю нагнетатель (компрессор) и отрегулируем давление так, что он будет подавать 3.278 см3 топливовоздушной смесив цилиндр вместо исходных 1.639 см3, которые двигатель мог «вдохнуть« в прежнем состоянии. С нашим нагнетателем в цилиндре будет находиться 3.278, см3 свежей смеси в конце такта впуска и не будет остаточных выхлопных газов. Это существенно улучшит мощность. Но что произойдет, если в безрассудных поисках дополнительной мощности увеличить степень сжатия до 3,0:1, уменьшив объем камеры сгорания над поршнем в ВМТ со1.639 см3 до 1.092 см3? Когда поршень находится в конце такта впуска, общий объем цилиндра будет теперь только 2.731 см3. Если не изменять давление наддува, то оно может «вдавить« только 2.731 см3 топливовоздушной смеси в цилиндр. Это уменьшит объем смеси на 547 см3 или примерно на 17%. Двигатель втягивает менее воспламененную смесь, объемная эффективность уменьшается (на 17%) и мощность снижается. Справедливо то, что 2.731 см3 подаваемой смеси сгорает с более высокой эффективностью благодаря увеличению степени сжатия, но улучшение степени сжатия покрывает только 5% из. 17% потерь мощности.
Многие из вас могут теперь реализовать важные преимущества, получая максимально возможную VE (объемную эффективность). Чем выше VE, которую вы сможете получить, тем ниже будет требуемая степень сжатия; а чем ниже степень сжатия, тем меньше выступ поршня, тем легче фронту пламени распространяться в объеме камеры сгорания. Эти соотношения являются некоторыми из тех методов, которые используют профессионалы для увеличения мощности двигателей.
Верхние пределы степени сжатия и фазы газораспределения распределительного вала достаточно хорошо определены для гоночных двигателей, «обычные« форсированные двигатели для повседневного использования как правило работают при более низких уровнях мощности и в основном при частично открытой дроссельной заслонке. Увеличение степени сжатия может иногда обеспечить заметный прирост мощности, но это же самое увеличение степени сжатия может дать даже большее улучшение топливной экономичности. При увеличении степени сжатия от 8,0:1 до 10,0:1 мощность при полностью открытой дроссельной заслонке может увеличиться на 3 или 4%. Но экономия топлива при частично закрытой дроссельной заслонке может увеличиться более чем на 15%. В этом нет ничего удивительного, если вы помните, что динамическая степень сжатия при частично открытой дроссельной заслонке заметно ниже, чем статическая степень сжатия. Увеличение статической степени сжатия добавляет эффективности в нужном месте: при частично открытой дроссельной заслонке.
Более высокая степень сжатия, конечно, требует использования высокооктанового топлива и часто имеющееся топливо имеет гораздо меньшее октановое число, чем хотелось бы многим. Имеются несколько путей обойти данную проблему. Если вы изготавливаете двигатель с «нуля« и желаете сберечь время, обратившись к инженеру с опытом изготовления форсированных двигателей, вы можете получить рекомендации по увеличению степени сжатия, приводящему к заметному росту мощности двигателя. В некоторых случаях двигатели со степенью сжатия порядка 11:1 успешно использовали бензин с октановым числом 87, но это требует подбора всех деталей двигателя, особенно конструкции распределительного вала и головки блока цилиндров плюс использование системы впрыска воды.
Если вы выберете метод изготовления с «нуля«, одним из самых легких путей увеличения степени сжатия является использование традиционных поршней для высокой степени сжатия, имеющих минимальную высоту куполообразной части, так что нет сильных помех распространению пламени. Если желаемая степень сжатия не может быть достигнута путем плавного увеличения куполообразной части и уменьшением объема камеры сгорания с помощью обработки головки блока (лучше угловая обработка), то лучшим путем для увеличения степени сжатия будет увеличение диаметра отверстия цилиндра, часто с помощью расточки блока. Выдерживая практические пределы для толщины стенок цилиндров (обычно допускается увеличение диаметра отверстия цилиндра не более чем на 0,75 — 1,0 мм), эта модификация может увеличить степень сжатия путем добавления рабочего объема, что уменьшает необходимость больших «куполов« у поршней или камер сгорания меньшего объема.
Если проект вашего двигателя более «умеренный«, то, возможно, будет достаточно обработки головки блока, а стоимость обработки головки составляет одну из самых дешевых операций по увеличению мощности и экономичности двигателя.
Все про компрессию и степень сжатия дизельного двигателя
Двигатель внутреннего сгорания (бензиновый, дизельный) — сложное устройство, состоящее из множества механизмов и систем.
Их взаимодействие позволяет преобразовывать энергию, получаемую при сгорании топливовоздушной смеси, во вращательное движение кривошипно-шатунного механизма с последующей передачей вращения трансмиссии.
Основная работа по преобразованию энергии происходит внутри цилиндро-поршневой группы, то есть в цилиндрах.
Преобразование энергии зависит от многих факторов, включая степень сжатия двигателя и степень сжатия. Эти критерии особенно важны в дизельных электростанциях, поскольку воспламенение горючей смеси в цилиндрах таких двигателей происходит из-за ее нагрева за счет сжатия.
Понятие степени сжатия
Часто эти понятия путают друг с другом или объединяют в один термин. На самом деле это два разных термина, и их можно характеризовать по-разному.
Во-первых, давайте рассмотрим все, что касается степени сжатия дизельного двигателя.
Отношение объема цилиндра двигателя в момент, когда поршень находится в нижней мертвой точке (НМТ), к объему камеры сгорания в момент, когда поршень достигает верхней мертвой точки, и представляет собой степень сжатия двигателя.
Это соотношение указывает на разницу давлений в цилиндре двигателя в момент поступления топлива в цилиндр.
В технической документации, поставляемой с дизельной силовой установкой, степень сжатия указывается в виде математического соотношения, например — 18: 1.
Для дизельного двигателя оптимальная степень сжатия варьируется от 18: 1 до 22: 1. Именно с такими показателями этот двигатель достигает показателей максимального КПД.
Как все работает
В дизельном двигателе во время такта сжатия, когда поршень движется в ВМТ, объем цилиндра быстро уменьшается. В это время в камере сгорания находится только воздух, он сжимается, этот процесс называется тактом сжатия.
По мере приближения поршня к ВМТ воздух сжимается до указанной в документации степени сжатия, топливо под давлением подается в камеру сгорания.
Смесь топлива и воздуха из-за воздействия на нее высокого давления воспламеняется, значительно повышая давление внутри камеры, поршень в это время проходит ВМТ.
Высокое давление, образовавшееся в результате сгорания топливовоздушной смеси, начинает давить на головку поршня, заставляя его двигаться в сторону ВМТ.
С помощью шатуна поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение колен копья.
В этом случае давление, возникающее в результате воспламенения смеси, вынуждает поршень двигаться в сторону ВМТ, что называется рабочим ходом. Рабочий ход — это один из тактов цилиндро-поршневой группы.
При такте сжатия значение имеет степень сжатия. Чем он выше, тем легче воспламенить горючую смесь и тем полнее она сгорит, создавая большее давление.
При хорошей степени сжатия дизельный двигатель будет обеспечивать большую мощность при меньшем расходе топлива.
Еще по теме — Различная компрессия в цилиндрах, что делать, последствия.
Однако не зря дизельные электростанции имеют диапазон степеней сжатия, превышать которые не рекомендуется.
Степень сжатия менее 18: 1 приводит к снижению коэффициента мощности агрегата при одновременном увеличении расхода топлива.
Но чрезмерная степень сжатия двигателя отрицательно сказывается и на двигателе, особенно на дизельном. Из-за более высоких нагрузок, испытываемых узлом цилиндр-поршень, их ресурс очень быстро снижается.
Повышение степени сжатия выше нормы может привести к выгоранию поршня, изгибу шатуна.
В некоторых случаях увеличение этого показателя приводит к взрыву силовой установки без возможности последующего восстановления.
ВАЖНО ЗНАТЬ: степень сжатия водородных двигателей намного выше.
Возможность замера степени сжатия
проверить степень сжатия дизельного агрегата в гараже практически невозможно. Так как необходимо провести некоторые измерения, которые провести очень сложно.
Одно из этих измерений — определить объем цилиндра, когда поршень находится в ВМТ.
Далее вам необходимо знать некоторые параметры панели управления, некоторые из которых можно узнать из этой документации, но некоторые найти довольно сложно.
Для расчета степени сжатия необходимо знать объем камеры сгорания, так как между блоком цилиндров есть прокладка, поэтому необходимо знать ее толщину и диаметр отверстия поршня в ней, ход поршня поршень и диаметр цилиндра.
Имея все эти данные, помимо измерения объема в цилиндре, можно математически рассчитать степень сжатия.
Способы повышения показателя
на дизельном двигателе сложно измерить степень сжатия, но можно изменить этот показатель в лучшую сторону.
Есть несколько способов увеличить степень сжатия дизельного двигателя.
Уменьшаем камеру сгорания двигателя.
Самый простой способ увеличить этот показатель — уменьшить камеру сгорания.
Поскольку степень сжатия — это отношение объема цилиндра к объему камеры сгорания, изменение объема на единицу также может изменить саму степень.
Есть несколько способов уменьшить объем камеры сгорания.
Первое, что можно сделать, это заменить прокладку между блоком и ГБЦ двигателя на более тонкую, за счет этого изменится объем камеры сгорания.
Также можно разрезать головку блока цилиндров крест-накрест. В этом случае с головки блока снимается слой металла, из-за чего камера сгорания уменьшается.
Ремонт поршневой сборки, особенности, где лучше всего делать
Второй способ изменить этот показатель — повысить давление в камере сгорания.
Использование такого устройства, как турбинный компрессор, также называемое турбонагнетателем, позволяет увеличить степень сжатия.
В дизельных электростанциях, не имеющих этого устройства, воздух, необходимый для создания горючей смеси, подается за счет разрежения в цилиндре, возникающего во время такта впуска.
При такой подаче воздуха в цилиндры нельзя полностью гарантировать высокое давление на такте сжатия, поскольку количество воздуха будет ограничено.
При использовании компрессора воздух нагнетается в цилиндры. Это обеспечивает подачу большего количества воздуха и, следовательно, большее давление в цилиндре во время такта сжатия.
ПОДРОБНЕЕ: Турбо или атмосферный двигатель, что лучше.
Часто на дизелях помимо компрессора используется еще одно устройство — интеркулер. Он также позволяет увеличивать давление в цилиндре, но по несколько иному принципу, чем компрессор.
Работа интеркулера заключается в охлаждении воздуха перед подачей его в цилиндры. Это приводит к тому, что при охлаждении увеличивается плотность воздуха, а значит, давление в баллоне будет больше.
Это основная информация о степени сжатия. Перейдем к сжатию.
Понятие компрессии
Компрессия — это мера давления в цилиндрах двигателя. Этот показатель можно измерять в разных величинах: кг / см2, Бар, Атмосферы, Паскаль.
Особого внимания заслуживает компрессия дизельного двигателя, так как в дизельных двигателях этот показатель очень важен. Для дизеля компрессия должна быть около 22 атм., Хотя на разных двигателях она может быть больше и при этом значительно.
Необходимо обеспечить высокую степень сжатия в цилиндрах дизельного двигателя, поскольку воспламенение топливной смеси происходит именно из-за высокого давления.
Если этот показатель на дизельном двигателе существенно ниже нормы, то запуск двигателя затруднен или невозможен.
Сжатие дизельного двигателя в цилиндре достигается за счет сжатия воздуха поршнем во время такта сжатия. Но добиться полной герметизации внутри цилиндра просто невозможно, всегда будут протечки воздуха.
Воздух может частично прорваться через изношенные компрессионные кольца, когда они больше не могут гарантировать надлежащее прилегание к цилиндру, часть воздушной массы может выйти из цилиндра через неплотное соединение клапанов с седлами.
В целом степень сжатия указывает на состояние двигателя.
Резкое несоответствие компрессии двигателя заданным нормам всегда свидетельствует о сильном износе механизмов силовой установки. Поэтому измерение компрессии входит в комплекс диагностической работы двигателя.
Как замерить компрессию
В отличие от степени сжатия, измерить степень сжатия двигателя не составляет особого труда. Для проведения этих работ достаточно иметь компессометр или компрессор.
Принцип работы этих двух устройств одинаковый, разница только в выводе информации.
В компрессоре значение давления отображается на шкале манометра.
В случае компрессора информация о давлении в цилиндре вводится на каком-либо носителе информации или просто на бумаге.
Последовательность проверки компрессии в дизельном двигателе следующая:
- Насадка снимается с баллона, на место устанавливается устройство;
- Затем коленчатый вал запускается стартером и полученный результат записывается;
- Затем проверяется компрессия во всех остальных цилиндрах;
- Затем проверяются значения, полученные во всех цилиндрах.
Для изношенного двигателя компрессия должна быть на уровне или около номинального значения, указанного в документации. Показатель экспоненты на разных цилиндрах также должен быть одинаковым, допускаются небольшие отличия.
От чего зависит компрессия
Как уже было сказано, компрессия дизельного двигателя, и не только его, но и всех силовых установок, зависит от состояния цилиндро-поршневой группы и газораспределительного механизма.
Но помимо этого компрессия двигателя зависит еще и от количества оборотов коленчатого вала. Чем ниже его скорость, тем дольше воздуху внутри цилиндра нужно найти место, чтобы его покинуть.
Поэтому при измерении компрессии важно убедиться, что стартер развивает не менее 200-250 оборотов коленчатого вала в минуту. В противном случае показания компрессора не будут соответствовать реальному значению этого показателя.
Это, конечно, не все факторы, влияющие на сжатие, но перечисленные являются одними из основных.
Особенности запуска дизельного двигателя
Но высокая компрессия дизеля, гарантирующая работу силовой установки, не играет в пользу легкости запуска.
Конечно, если двигатель хорошо прогреется, стартеру не составит труда обеспечить правильную частоту вращения коленчатого вала и, как следствие, правильное давление в камере сгорания и запустить силовую установку.
Холодный двигатель имеет несколько дополнительных факторов, затрудняющих запуск. Одним из таких факторов является повышенное трение между деталями и механизмами в холодном двигателе, поскольку между ними нет масляного слоя.
А если к этому фактору добавить в дизельной установке слабую компрессию, из-за которой затруднено воспламенение рабочей смеси, так как давление в камере сгорания недостаточное, запуск двигателя очень затруднен.
Следовательно, чем ниже температура и слабее компрессия дизельного двигателя, тем меньше шансов его запустить.
И это еще не считалось такой особенностью дизельного топлива, как низкотемпературное парафинирование.
Компрессия и степень сжатия на дизеле это одно и тоже? в основном на автомобильных дизелях какая компресия или степень
Степень сжатия величина как раз физическая, но имеющая стереометрическое выражение, также, как и сила или скорость, которые могут быть выражены математически.
Степень сжатия при работе двигателя не изменяется (другие уже сказали об этом и сказали, почему).
Компрессия изменяется в зависимости от многих факторов, в том числе, от влажности и температуры поступающего в двигатель воздуха (причем, существенно), а также она может изменяться принудительно — динамически управляемыми механизмами газораспределения и питания воздухом, а также, нагнетателем воздуха, будь то классический, механический или электрический.
Еще, компрессия может паразитно снижаться из-за нарушения условной герметичности камеры сгарания (прогарание клапанов и их седел, залегание компрессионных колец и т. д.).
Допустимая компрессия для дизельного двигателя
Двигатели
Компрессия дизельного двигателя — важнейший параметр, характеризующий герметичность его цилиндропоршневой группы и клапанов газораспределения.
Чем компрессия отличается от степени сжатия
Давление сжатия и компрессия в дизельном двигателе, как и в бензиновом, измеряются в привычных единицах давления: атм, bar, МПа, кПа, кг/см².
Зачем нужна высокая компрессия в дизельном двигателе
Как работает ДВС на бензине и дизтопливе.
Новые дизельные двигатели работают плавнее и экономичнее, а также выделяют меньше вредных выбросов в атмосферу. Они стали значительно менее шумными, и характерная вибрация на рычаге переключения передач ушла в прошлое.
Как замеряется компрессия дизельного двигателя
Измерение компрессии следует производить на прогретом двигателе. Чтобы обеспечить необходимые обороты коленчатого вала (примерно 250 об/мин.), мотор диагностируется с полностью заряженным аккумулятором, исправным стартером и со всеми вывернутыми форсунками или свечами.
Наведенная компрессия дизельного двигателя
Особенности разборки и сборки системы
Трубки и штуцеры насоса и форсунок необходимо закрыть от попадания пыли или грязи. Проникновение механических частиц в топливные магистрали может вызвать заклинивание игл распылителей с последующим ремонтом.
Как завести двигатель, если компрессия слишком низкая
Холодному пуску поможет подогрев двигателя с помощью электрического или жидкотопливного подогревателя.