Дизель степень сжатия: определение, на что влияет степень сжатия и можно ли ее изменить самостоятельно?

Компрессия и степень сжатия дизельного двигателя

Двигатель любого автомобиля, в том числе и дизельный, является довольно сложным устройством, состоящим из механизмов и систем.

Взаимодействие этих систем и механизмов между собой позволяет преобразовывать энергию, возникающую при сгорании топливно-воздушной смеси во вращательное движение кривошипно-шатунного механизма с дальнейшей передачей вращения на трансмиссию.

Основная работа по преобразованию энергии происходит внутри цилиндро-поршневой группы, а именно в цилиндрах.

Преобразование энергии зависит от многих факторов, среди которых степень сжатия двигателя и компрессия. Особенно эти понятия играют более важную роль в дизельных силовых установках, поскольку воспламенение горючей смеси в цилиндрах этого агрегата производятся за счет сжатия смеси.

Понятие степени сжатия

Зачастую эти понятия путают между собой или объединяют в один термин. В действительности это два разных термина, и характеризуются они по-разному.

Сначала разберем все о степени сжатия дизельного мотора.

Соотношение объема цилиндра двигателя в момент нахождения поршня в нижней мертвой точке (НМТ) к объему камеры сгорания в момент, когда поршень достегает верхней мертвой точки и есть степень сжатия двигателя.

Степень сжатия

Данное соотношение указывает на разницу давления, возникающую в цилиндре двигателя в тот момент, когда в цилиндр поступает топливо.

В технической документации, идущей вместе с дизельной силовой установкой, степень сжатия указывается в виде математического соотношения, к примеру — 18:1.

Для дизельного агрегата самой оптимальной степень сжатия варьируется в диапазоне от 18:1 до 22:1. Именно при таких показателях у этого двигателя достигаются максимальные показатели эффективности.

Как все работает

У дизельного мотора при такте сжатия, когда поршень движется к ВМТ, объем в цилиндре быстро сокращается. В этот момент в камере сгорания находиться только воздух, он-то и сжимается, данный процесс называется тактом сжатия.

При подходе поршня к ВМТ, воздух сжимается на указанную в документации степень сжатия, в камеру сгорания под давлением подается топливо.

Смесь из топлива и воздуха из-за воздействия на нее высокого давления воспламеняется, значительно увеличивая давление внутри камеры, поршень в этот момент проходит ВМТ.

Образовавшееся в результате сгорания топливовоздушной смеси высокое давление начинает давить на днище поршня, заставляя его двигаться к НМТ.

Посредством шатуна поступательное движение поршня преобразовывается во вращательное движение колен. вала.

В данном случае давление, возникшее в результате воспламенения смеси, заставляет двигаться поршень к НМТ называется рабочим ходом. Рабочий ход является одним из тактов работы цилиндро-поршневой группы.

При такте сжатия как раз и важна степень сжатия. Чем она выше, тем более легче воспламениться горючая смесь и в более полной мере она сгорит, обеспечив большее давление.

При хорошем показателе степени сжатия дизельный мотор будет обеспечивать больший выход мощности при меньшем количестве сгораемого топлива.

Однако у дизельных силовых установок не зря имеется диапазон степени сжатия, за который выходить не рекомендуется.

Степень сжатия меньше 18:1 приводит к снижению мощностного показателя установки, при этом потребление топлива увеличивается.

Но и чрезмерная степень сжатия у мотора тоже сказывается нехорошо на двигателе, особенно дизельном. За счет увеличенных нагрузок, которые испытывают цилиндропоршневая группа, их ресурс очень быстро сокращается.

Увеличение сверх нормы степени сжатия может привести к прогоранию поршня, изгибу шатуна.

Прогорел поршень

В некоторых случаях увеличение данного показателя приводит к взрыву силовой установки без возможности последующего восстановления.

Возможность замера степени сжатия

Проверить степень сжатия дизельного агрегата в гаражных условиях практически невозможно. Поскольку нужно проводить некоторые замеры, которые сделать очень сложно.

Одним из таких замеров является выяснение объема в цилиндре при нахождении поршня в ВМТ.

Далее нужно знать некоторые параметры силовой установки, часть из которых можно узнать из тех. документации, но некоторые узнать довольно сложно.

Для вычисления степени сжатия потребуется знать объем камеры сгорания, поскольку между блоком цилиндров находиться прокладка, то нужно знать ее толщину и диаметр поршневого отверстия в ней, ход поршня и диаметр цилиндра.

Имея все эти данные, а также произведя замеры объема в цилиндре, можно математическим путем провести вычисления степени сжатия.

Способы повышения показателя

Замерить степень сжатия на дизельном двигателе сложно, а вот изменить данный показатель в лучшую сторону – можно.

Есть несколько способов увеличения показателей степени сжатия на дизельном агрегате.

Уменьшаем камеру сгорания двигателя.

Самым простым способом увеличения данного показателя является уменьшение камеры сгорания.

Поскольку степень сжатия – это соотношение объема цилиндра к объему камеры сгорания, то изменив объем одного можно поменять и сам показатель соотношения.

Уменьшить объем камеры сгорания можно несколькими путями. Первое, что можно сделать – это заменить прокладку между блоком и головкой двигателя на более тонкую, за счет этого и измениться объем камеры сгорания. Прокладка между блоком и головкой двигателя Дополнительно можно провести торцевание головки блока цилиндров. В этом случае с головки блока снимается слой металла, из-за чего и уменьшается камера сгорания. Использование турбированного нагнетателя. Вторым способом изменения данного показателя является увеличение давления в камере сгорания. Применение такого устройства, как турбинный нагнетатель, он же турбонаддув, позволяет увеличить степень сжатия. В дизельных силовых установках, не имеющих данного устройства, воздух, требуемый для создания горючей смеси, подается за счет разрежения в цилиндре, возникающего при такте впуска. При такой подаче воздуха в цилиндры высокое давление на такте сжатия обеспечить в полной мере невозможно, поскольку количество воздуха получатся ограниченным. турбонаддув При использовании нагнетателя воздух в цилиндры подается принудительно. Это обеспечивает подачу большего количества воздуха, и как следствие большего давления в цилиндре при такте сжатия.

Читайте по теме: , что лучше.

Интеркулер. Часто на дизельных моторах, помимо нагнетателя применяется еще одно устройство – интеркулер. Он также позволяет увеличить давление в цилиндре, но по несколько иному принципу, чем нагнетатель. Интеркулер В задачу входит охлаждение воздуха перед подачей его в цилиндры. Приводит это к тому, что при охлаждении плотность воздуха увеличивается, а значит и давление в цилиндре будет выше. Это основная информация, что касается степени сжатия. Перейдем к компрессии.

Понятие компрессии

Компрессия – это показатель давления в цилиндрах двигателя. Измеряться данный показатель может в нескольких величинах – кг/см кв. , Барах, Атмосферах, Паскалях. Особое внимание заслуживает компрессия дизельного двигателя, так как данный показатель очень важен в дизельных моторах. У дизеля компрессия должна быть порядка 22 Атм., хотя на разных двигателях может быть и больше, при этом значительно. Высокая компрессия в цилиндрах дизеля должна обеспечиваться потому, что воспламенение горючей смеси производиться именно из-за высокого давления. Что такое компрессия двигателя Если данный показатель на дизеле будет значительно меньше нормы, запуск мотора – затруднителен или невозможен. Компрессия дизельного двигателя в цилиндре достигается путем сжатия воздуха поршнем при такте сжатия. Но полной герметичности внутри цилиндра добиться просто невозможно, всегда будет утечка воздуха. Воздух частично может прорываться через изношенные компрессионный кольца, когда они уже не могут обеспечить должное прилегание к цилиндру, часть воздушной массы может выходить из цилиндра через неплотное прилегание клапанов к седлам. Если говорить в общем, то показатель компрессии указывает на состояние двигателя. Сильное несоответствие компрессии двигателя от заданных норм всегда указывает на сильный износ механизмов силовой установки. Поэтому входит в комплекс диагностических работ двигателя.

Как замерить компрессию

В отличие от степени сжатия провести замеры компрессии двигателя не особо сложно. Для проведения данных работ достаточно иметь компессометр или компрессограф. Принцип действия этих двух приборов одинаков, разница лишь в выводе информации. У компрессометра значение давления указывается на шкале манометра. компрессометр У компрессографа же информация о давлении в цилиндре заносится на какой-либо носитель информации или же просто на бумагу. компрессограф Последовательность проверки компрессии в дизельном двигателе такова:

1. С одного цилиндра снимается форсунка, на ее место устанавливается прибор;
2. Затем производится проворот коленвала стартером и записывается полученный результат;
3. После проверяется компрессия во всех остальных цилиндрах;
4. Затем значения, полученные во всех цилиндрах, сверяются.

У неизношенного двигателя компрессия должна соответствовать или хотя быть близкой к номинальному значению, указанному в документации. Разбежность в показателях на разных цилиндрах тоже должна быть одинаковой, допускается незначительные отличия.

От чего зависит компрессия

Как уже сказано, компрессия дизельного двигателя, и не только его, а всех силовых установок, зависит от состояния цилиндро-поршневой группы и газораспределительного механизма. Но помимо этого компрессия двигателя еще и зависит от количества оборотов коленвала. Чем ниже его обороты, тем больше времени у воздуха, находящегося внутри цилиндра найти место, где он может выйти из нее. Поэтому при замере компрессии важно проследить о том, чтобы стартер обеспечил хотя минимальных 20-250 оборотов колен. вала в минуту. Иначе показания компрессометра не будут соответствовать реальному значению данного показателя. Износ двигателя Это конечно, не все факторы, влияющие на компрессию, но перечисленные являются одними из основных.

Особенности запуска дизельного двигателя

Но высокая компрессия дизельного двигателя, которой обеспечивается работоспособность силовой установки, играет не на руку легкости пуска. Конечно, если двигатель хорошо прогреется, стартеру не составит труда обеспечить должные обороты коленвала, и как следствие должное давление в камере сгорания и запуск силовой установки. У холодного же мотора появляется несколько дополнительных факторов, усложняющих запуск. Одним из таких факторов является повышенное трение между узлами и механизмами у холодного двигателя, поскольку масляной прослойки между ними нет. А если к данному фактору у дизельной установки добавить еще и слабую компрессию, из-за которой воспламенение рабочей смеси затруднительно, поскольку давления в камере сгорания недостаточно, то пуск мотора очень затруднителен. Поэтому чем ниже температура и слабее компрессия дизельного двигателя, тем меньше шансов его запустить. И это еще не рассмотрена такая особенность дизельного топлива, как парафинированние его при низких температурах.

Устройство автомобиля: Разговор о дизеле

Почему дизельные двигатели экономичны? За счет чего у них такой большой крутящий момент и низкие максимальные обороты? Попробуем разобраться

История моторов с воспламенением от сжатия началась в конце XIX века. Именно тогда Рудольф Дизель загорелся идеей создания эффективного двигателя, коэффициент полезного действия которого смог бы превысить 10–12%, то есть показатель паровых машин. С конструкцией и принципом работы будущего мотора Дизель определился достаточно быстро – это двигатель внутреннего сгорания с воспламенением топлива от высокой температуры сжимаемого газа. Однако в процессе создания рабочего экземпляра возникли трудности: высокое давление и температура в камере сгорания мотора приводили к прогоранию поршней, поломкам газораспределительного механизма, а иногда и к взрывам. В итоге на доработку и придание агрегату достаточной надежности ушло несколько лет. Но в 1897 году цель наконец была достигнута, огромный 5-тонный двигатель развивал 20 л.с. при 173об/мин и обладал КПД в 26%. Даже перспективный двигатель Отто с принудительным зажиганием обеспечивал всего 20%!

Больше – меньше

Итак, отчего же дизельные моторы получились настолько экономичнее? Тому есть две фундаментальные причины.

Первая заключается в более высокой степени сжатия дизелей – от 13 до 25 против 12 у лучших бензиновых представителей. Эти цифры не стоит недооценивать, ведь от них зависит КПД мотора: чем они выше, тем в большей степени расширяются раскаленные отработавшие газы и, соответственно, тем полнее их тепловая энергия преобразуется в механическую. Если сравнить современные дизельные и бензиновые моторы, то первые способны усвоить 38–50% процентов теплоты, выделившейся при сгорании топлива, а вторые – лишь 25–38%.

Возникает вопрос: что мешает поднять степень сжатия бензиновых агрегатов? Мешает детонация, то есть самопроизвольное воспламенение топливно-воздушной смеси от сильного нагрева при излишне большом сжатии. При этом мало того что сгорание происходит не в тот момент, когда нужно, так оно еще и сопровождается чрезвычайно резким нарастанием давления в цилиндре, что приводит к стукам, перегреву и высокой токсичности выхлопа.

В дизеле же поднятие степени сжатия лишь увеличивает надежность воспламенения впрыскиваемого топлива: чем горячее будет воздух в цилиндре, тем быстрее оно испарится и начнется процесс сгорания. Но кроме степени сжатия есть и второе, не менее важное обстоятельство – низкое сопротивление впускной системы дизеля. Ведь в отличие от бензинового мотора ему не требуется «перекрывать кислород» дроссельной заслонкой, управление мощностью осуществляется простым дозированием впрыскиваемого горючего: нужна большая отдача – подаем больше топлива. А уж насколько избыточно количество воздуха в цилиндре, дело десятое, главное, чтобы его хватало для окисления.

С бензиновым мотором такой трюк не пройдет. Если воздуха окажется слишком много (то есть концентрация паров бензина в нем будет очень низкой), то от искры смесь просто не вспыхнет. Вот и приходится ставить на впуске заслонку, регулирующую расход воздуха и, опосредованно, количество подаваемого топлива. Поэтому при небольших нагрузках (например, в пробках), бензиновые автомобили тратят силы на всасывание воздуха сквозь чуть приоткрытую дроссельную заслонку, создавая огромное разряжение во впускном коллекторе. «Дыхание» же дизеля всегда свободно!

Мощность? Момент!

Часто можно слышать, как в оправдание небольшой мощности дизеля приводят впечатляющие цифры его крутящего момента. Цифры эти, конечно, свидетельствуют о совершенстве мотора, но отнюдь не означают, что крутящий момент на колесах бензинового автомобиля окажется меньше! Ведь дизельные двигатели низкооборотные, из-за чего приходится применять более растянутые передаточные отношения в узлах трансмиссии, что и ведет к снижению конечного крутящего момента. Сравним, например, Mercedes E280 и E280CDI. Мотор первого выдает 300Нм, второго – 440Нм, при этом автоматические коробки у них одинаковые, а редукторы разные, с передаточными отношениями 3,27 и 2,47 соответственно. В итоге на первой передаче на колеса бензиновой модели передается 4300 Нм, а дизельной – 4760. То есть вместо изначальной разницы в 1,5 раза остается превосходство всего в 1,1 раза.

Влияние этого фактора на общую экономичность оценить легко, достаточно сравнить расход бензиновых и дизельных моторов в различных режимах движения. Окажется, что наибольшее превосходство дизеля (почти двукратное) проявляется в городском цикле, когда на его стороне и высокая степень сжатия, и низкие потери во впускной системе. В загородном же режиме, на скорости, когда нагрузка на мотор больше, дроссельная заслонка открыта сильнее и бензиновому двигателю становится легче «дышать», у дизеля остается только один козырь – степень сжатия. В результате тает и его преимущество в расходе топлива.

Впрочем, в начале XX века все эти тонкости не особо волновали автопроизводителей. Нефть стоила дешево, и от двигателя требовалась простота конструкции и изготовления, а не экономичность. И дизели с их сложными механизмами подачи топлива пришлись не ко двору. Правда, благодаря большому ресурсу и неприхотливости к качеству горючего эти моторы все же нашли применение в сельской технике и грузовом транспорте. Пригодились они и военным – баки с соляркой не так пожароопасны, как плещущийся за спиной бензин. Первый же легковой автомобиль на тяжелом топливе – Mercedes-Benz 260D – появился лишь в 1936 году, а к 1970-му общее число выпущенных дизельных легковушек едва превысило 100 тыс.

В поисках выхода

Так бы и пылился дизель на задворках отрасли, если бы не подскочившие в 70-х годах цены на нефть. И тогда на пути массовой дизелизации осталась только одна преграда – низкая мощность таких моторов. А от этого, как известно, существуют два средства: расширение диапазона допустимых оборотов коленвала и увеличение крутящего момента.

Но первый вариант оказывается неэффективным, высокие обороты лишь углубляют и без того насущную для дизеля проблему нехватки времени на смесеобразование. Ведь чтобы топливо активно испарялось, оно должно впрыскиваться при температуре воздуха в цилиндре не менее 500 °C, то есть почти в конце такта сжатия. При 5000 об/мин это означает, что на испарение распыленных частиц топлива и дальнейшую химическую подготовку к воспламенению отводится не более одной тысячной секунды!

Не терпит суеты и процесс сгорания. За резким первоначальным всплеском следует растянутый период догорания, продолжающийся уже на такте расширения. А торопить мотор в таких условиях – это в буквальном смысле слова выбрасывать горючее в трубу.

Поэтому сделать дизель мощнее можно лишь за счет увеличения крутящего момента. А для этого нужно развить как можно большее давление в цилиндрах, то есть сжечь больше топлива. Но опять незадача, приготовленная наспех горючая смесь дизеля отличается значительной неравномерностью распределения топлива по объему. Поэтому во время сгорания в смеси может возникать локальная нехватка воздуха, из-за чего часть топлива не сгорает, а разлагается под воздействием высокой температуры.

Вам приходилось видеть, как дизельные автомобили дымят под нагрузкой? Та сажа, что они выбрасывают, и есть продукт крекинга, то есть разложения несгоревшего топлива. Но это лишь визуальный эффект, а есть еще и сугубо практический в виде снижения мощности, увеличения расхода топлива и вредных выбросов.

Как с этим бороться? Можно так плотно заполнять цилиндры воздухом, чтобы его гарантированно хватало для сгорания даже в зонах максимальной концентрации топлива. Однако процесс распыления горючего оказался столь несовершенен, что возросшие требования к объему воздуха не смог удовлетворить и наддув с интеркулером, в результате чего турбодизели проигрывали в крутящем моменте даже атмосферным бензиновым моторам!

Так что задача увеличения мощности дизеля естественно свелась к процессу оптимизации смесеобразования, в котором решающее значение имеет давление впрыска. Разумеется, поначалу топливные насосы не могли им похвастать, приходилось прибегать к различным ухищрениям, улучшающим распыление горючего. Например, воспользоваться завихрением сжимаемого воздуха, как было сделано в вихрекамерных дизелях. Или поделить камеру сгорания на две части и использовать для смесеобразования энергию газа, перетекающего из одной половины камеры в другую вследствие предварительного сгорания части топлива.

Все эти решения позволяли немного снизить требования к давлению впрыска, но отличались увеличенными тепловыми и гидравлическими потерями вследствие сложной и большой поверхности камеры сгорания. Это, конечно, вело и к ухудшению топливной экономичности моторов. И лишь в начале 90-х годов появились системы, позволившие поднять давление до 1500 бар, что положило конец массовому производству вихрекамерных и предкамерных дизелей, заменив их более экономичными моторами с непосредственным впрыском.

С этого момента и началась увлекательная погоня дизеля за бензиновым конкурентом. Системы питания Сommon Rail, рекордно высокие давления впрыска, сверхбыстрые пьезоэлектрические форсунки, распыляющие топливо до пяти раз за такт. Благодаря всем этим изобретениям ныне дизельные двигатели уже конкурируют с турбированными бензиновыми моторами. Впечатляющий прогресс! 

Автор

Олег Карелов, эксперт по подбору автомобилей AutoTechnic.su

Издание

Автопанорама №9 2015

переменная степень сжатия по рецепту… НАМИ! — Авторевю

Будет ли серийный кроссовер Infiniti QX50 нового поколения похож на концепт-кар QX Sport Inspiration? Теперь это не столь важно: свое место в энциклопедиях Infiniti займет как первый автомобиль, оснащенный серийным двигателем с переменной степенью сжатия. Спроектированным по рецепту… НАМИ!

Таким концепт-кар Infiniti QX Sport Inspiration был показан этой весной на автосалоне в Пекине, серийный QX50 унаследует многие его черты

На обычную рядную «четверку» мотор 2.0 VC-T (Variable Compression Turbo) похож лишь «до пояса», а ниже у него хитроумный рычажный механизм. Шатун каждого цилиндра соединен с коленвалом не напрямую, а через подвижное коромысло — траверсу, которая своим противоположным концом связана с тягой электроактуатора. Перемещение этой тяги меняет наклон траверсы и, соответственно, расстояние между поршнем и шатунной шейкой коленвала, варьируя положение верхней мертвой точки (ВМТ).

Что это дает? Чем выше поднимается поршень, тем меньше объем камеры сгорания над ним. Топливовоздушная смесь сжимается сильнее, а сгорая и расширяясь, совершает бо́льшую работу. Соотношение между объемом камеры сгорания и полным объемом цилиндра как раз и есть степень сжатия. Чем она выше, тем больше теоретически достижимая эффективность сгорания топ­лива. Однако попутно растет и риск возникновения взрывного сгорания, то есть детонации, — особенно при высоких нагрузках. Именно поэтому применение наддува заставляет не повышать, а наоборот, понижать степень сжатия.

Новый турбомотор 2.0 VC-T при крайнем верхнем положении траверсы способен достигать очень высокой степени сжатия 14,0:1 — как у атмосферных «четверок» Skyactiv компании Mazda. Но если маздовские моторы так работают во всех режимах, то двигатель Nissan — только на малых оборотах при небольших нагрузках. При их увеличении механизм переходит в промежуточные положения, понижая степень сжатия, а на высоких оборотах или под полным дросселем автоматика сдвигает ВМТ вниз — и степень сжатия падает до минимума: 8,0:1.

Мотор 2.0 VC-T ­немного крупнее и тяжелее обычных турбочетверок, но существенно компакт­нее двигателей V6, которые он должен заменить

Интересно, что двигатель по неофициальной информации выдает примерно 270 л.с. и 390 Нм крутящего момента — то есть форсирован на уровне обычных двухлитровых турбомоторов «заряженных» машин. Куда важнее, что агрегат 2.0 VC-T сулит сокращение расхода топлива на 27% по сравнению с атмосферной «шестеркой» Nissan 3.5 серии VQ, — которую, судя по всему, и призван заменить. А еще мотористы компании Nissan уверяют, что такие двигатели с изменяемой степенью сжатия станут альтернативой дизелям: ведь при схожей экономичности они требуют менее сложных систем очистки выхлопа и легче впишутся в строгие экологические нормативы.

Почему же раньше японцев никто не довел такие двигатели до серийного воплощения на легковушках? Ведь впервые эту идею еще в 20-х годах прошлого века предложил британский инженер Гарри Рикардо. Полвека назад в Америке выпускали «переменный» танковый дизель Continental AVCR-1100, а в конце 90-х аналогичные исследования вели Daimler, Volvo, Audi, Porsche, Honda, Ford, Suzuki, Peugeot и Citroen, Lotus, российский институт НАМИ, немецкая компания FEV…

Но за это время не появилось даже единого мнения, какой механизм считать наиболее эффективным. Вариант с раздвижными поршнями (как на дизеле AVCR-1100) грозит сложнос­тями со смазкой и не позволяет точно контролировать степень сжатия. Телескопичес­кие шатуны или щеки коленвала снижают надежность. Вспомогательные поршни, которые открывают дополнительные полости в стенках камеры сгорания, варьируя ее объем, ставят под угрозу герметичность. Эксцент­рики в нижних или верхних головках шатунов осложняют индивидуальное управление цилиндрами, а смещение коленвала относительно всего блока цилиндров требует еще и «переходников» в трансмиссии.

В ниссановском двигателе траверса (а) вращается вместе с коленвалом, а дополнительная система рычагов (б) с приводом от электроактуатора (в) контролирует ее наклон. Когда необходим переход на высокую степень сжатия, актуатор поворачивается по часовой стрелке, меняя положение эксцентрикового вала, который в свою очередь опускает правое плечо траверсы, а та своим противоположным плечом смещает поршень (г) и шатун вверх. При переходе на низкую степень сжатия механизм работает в обратной последовательности — и ВМТ уходит вниз

Ну а Saab 16 лет назад даже приглашал журналистов на тесты компрессорной «пятерки» 1.6 SVC (АР №21, 2000) с наклонным моноблоком, который смещался относительно коленвала. Мотор получился темпераментным (225 л.с.), но шумным и капризным на низах. А главное — дорогим и сложным. Поэтому до конвейера дело тоже не дошло.

Под конец 2000-х надежды подавал еще и французский двигатель ­MCE-5 для автомобилей Peugeot и Citroen: в нем поршень с «шатуном» были монолитны и толкали кривошип через зубчатую передачу и коромысло, положение которого корректировал сервопривод. Но все достоинства этого механизма нивелировала невозможность унифицировать такой мотор с традиционными двигателями.

А схему с траверсой и управляющей тягой, которую собирается применить Nissan, в конце 80-х запатентовали в… советском институте НАМИ! Самый же ранний патент компании Nissan датирован 2001 годом — и описывает очень похожий механизм, хотя и переосмысленный: с иной геометрией расположения элементов и нижним креплением управляющего рычага.

В саабовском двигателе SVC эксцент­риковый вал приподнимал или опускал опоры одной из сторон моноблока, в который были объединены блок цилиндров и его головка. Объем камеры сгорания менялся, но попутно менялось и положение верхней части двигателя под капотом, что требовало доработки впускной и выпускной систем. Интересно, что Saab тоже предлагал изменять степень сжатия в диапазоне от 8,0:1 до 14,0:1, однако при самой высокой степени мотор работал как атмосферник: муфта отключала привод компрессора

Кстати, еще раньше на работы ­НАМИ обратил внимание концерн Daimler: в 2002—2003 годах из России в Штутгарт были отправлены три «траверсных» мотора на основе мерседесовского дизеля OM611 (2,15 л) и бензиновой двухлитровой «четверки» М111. Российский механизм позволял менять степень сжатия в пределах от 7,5:1 до 14,0:1, но очень скоро Daimler и НАМИ обнаружили, что выгода от него весьма эфемерна: эффективность повышалась на 20% при переходе от минимальной степени сжатия к обычной (10,0:1), а дальнейшее повышение до 14,0:1 давало всего 3,5% выигрыша.

Почему же Nissan с оптимизмом смот­рит на серийную перспективу? Несмотря на сложность нового кривошипно-шатунного механизма с возросшими потерями на трение, на прибавку лишних десяти килограммов и на ограничения по унификации, в производство двигатели 2.0 VC-T должны пойти в конце 2017 года. Возможно, потому, что надежда на гибриды не оправдалась: в Америке за этот год продано всего 2,5 тысячи гибридомобилей Nissan и Infiniti. Делать ставку на дизели после скандала с концерном Volkswagen тоже не вариант. А «переменный» мотор поможет не только отказаться от закупки двухлитровых турбочетверок у концерна Daimler, но и прибавит козырей по части имиджевой рекламы. Ведь таких агрегатов действительно не делает никто в мире!

Кстати, мотор с переменной степенью сжатия как нельзя лучше подходит для ездового цикла по измерению расхода топлива. И это тоже козырь. 

Дизельный двигатель

Дизельный двигатель внутреннего сгорания отличается от бензинового цикла Отто тем, что для воспламенения топлива используется более высокая степень сжатия топлива, чем свеча зажигания («воспламенение от сжатия», а не «искровое зажигание»).

Стандартный цикл дизельного двигателя

В дизельном двигателе воздух сжимается адиабатически со степенью сжатия обычно от 15 до 20. Это сжатие повышает температуру до температуры воспламенения топливной смеси, которая образуется при впрыскивании топлива после сжатия воздуха. Идеальный стандартный цикл по воздуху моделируется как обратимое адиабатическое сжатие, за которым следует процесс сгорания при постоянном давлении, затем адиабатическое расширение как рабочий ход и изоволюметрический выхлоп. Новый заряд воздуха всасывается в конце выхлопа, как показано процессами a-e-a на схеме.

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 КПД могут быть рассчитаны исходя из температуры и удельной теплоемкости:

Эту эффективность удобно выразить через степень сжатия r _C = V ₁ / V ₂ и степень расширения r _E = V ₁ / V ₃ . КПД можно записать

, и это можно преобразовать в форму

Для авиационного стандартного двигателя с γ = 1.4, степень сжатия r _C = 15 и степень расширения r _E = 5, это дает идеальный КПД дизеля 56%.

Дизельный цикл зависит от того, является ли эта температура достаточно высокой для воспламенения топлива при его впрыске.

* фунт / кв. Дюйм — манометрическое давление в фунтах на квадратный дюйм. Обычные манометры в США измеряют превышение в фунтах на квадратный дюйм атмосферного давления.

Степень сжатия

Степень сжатия

`CR = (V_1 + V_2) / V_2`

Введите значение во все поля

Калькулятор степени сжатия вычисляет цилиндр одного двигателя степень сжатия (CR) цилиндра двигателя внутреннего сгорания.

ИНСТРУКЦИИ: Выберите единицы объема (по умолчанию — кубические дюймы) и введите следующее:

• ( V ₁ ) Общий объем цилиндра.
• ( V ₂ ) Объем камеры сгорания (он же зазор или объем сжатия)

Степень сжатия: Калькулятор возвращает коэффициент сжатия (CR).

Математика / наука

Формула для коэффициента сжатия:

CR = (V ₁ + V ₂ ) / V ₂

где:

• CR = степень сжатия
• V ₁ = Общий объем цилиндра
• V ₂ = Объем камеры сгорания

Вычислители двигателя внутреннего сгорания

• Диаметр цилиндра на основе рабочего объема двигателя, количества цилиндров и длины хода.
• Коэффициент хода цилиндра в зависимости от диаметра отверстия и длины хода.
• Коэффициент сгорания на основе минимального и максимального смещения цилиндра в начале (1-Индукция) и сжатого (3-Мощность) частей цикла сгорания
• Коэффициент смещения на основе объемов в начале и конец штриха.
• Соотношение длины штока и хода основано на двух длинах.
• Длина хода в зависимости от полного рабочего объема двигателя, количества цилиндров и диаметра отверстия.
• Положение поршня в зависимости от угла поворота коленвала, радиуса коленвала и длины штока.
• Общий объем (рабочий объем) двигателя внутреннего сгорания в зависимости от диаметра цилиндра, хода и количества цилиндров.
• Объем (рабочий объем) цилиндра двигателя в зависимости от диаметра отверстия и хода.
• Объем (рабочий объем) двигателя с увеличенным диаметром цилиндра в зависимости от хода, внутреннего диаметра, внутреннего диаметра и количества цилиндров.
• Эквивалентный объем роторного двигателя на основе рабочего объема и количества поршней.
• Сжатый объем цилиндра , когда поршень находится в конце хода, а камера имеет наименьший (и наиболее сжатый) объем в зависимости от камеры, настила, щели, фаски, прокладки, предохранительного клапана и купола / объемы блюда. Это второй объем (V2) в расчете коэффициента сжатия .
• Объем прокладки в зависимости от внутреннего и внешнего диаметров и толщины прокладки.
• Объем деки цилиндров в зависимости от высоты деки и диаметра отверстия.
• Объем щели цилиндра в зависимости от диаметра поршня, отверстия цилиндра и высоты щели.
• Объем фаски цилиндра в зависимости от диаметра цилиндра, а также высоты и ширины фаски.
• Скорость поршня (средняя) в зависимости от длины хода и числа оборотов в минуту.
• Макс.скорость поршня в зависимости от длины хода и числа оборотов в минуту
• Об / мин в зависимости от желаемой скорости поршня и длины хода .

Прочие автомобильные калькуляторы

Расширьте возможности vCalc с помощью бесплатной учетной записи

Зарегистрируйтесь сейчас!

Сжатие

См. Нашу процедуру испытаний на сжатие. ~~~

В этой статье рассматриваются следующие темы —

~~~

Испытание на сжатие

Нам сообщили о типичных результатах испытаний на сжатие:

# 1-100 фунтов на кв. Дюйм; # 2-130 фунтов на квадратный дюйм; # 3-95 фунтов на квадратный дюйм; # 4-120 фунтов на квадратный дюйм.

Кто-то еще написал: «Я начинаю думать, что мой двигатель 1600 куб.см может быть готов к работе, кажется, я слышу шум подшипников, и теперь внезапно один цилиндр упал со 127 фунтов на квадратный дюйм до 100 фунтов на квадратный дюйм».Остальные три находятся под давлением 125-127 фунтов на квадратный дюйм. Этот двигатель также немного нагревается на автостраде.

Роб ответил: «Тесты на компрессию многое говорят о состоянии двигателя. 120–130 фунтов на квадратный дюйм — это нормально, но 100 фунтов на квадратный дюйм и ниже не так хорошо. Падение сжатия до 100 фунтов на квадратный дюйм означает, что проблемы возникают либо с кольцами, либо с клапанами. Итак, вы должны выяснить, ПОЧЕМУ в этих цилиндрах понижено давление. Если бы плохие цилиндры были оба с одной стороны, я бы поставил шансы на проблему с головкой, но по одному с каждой стороны было мало…читать дальше.

Попробуйте еще раз провести тест этих цилиндров (двигатель холодный) и внимательно отметьте давление. Затем введите около 10 см3 моторного масла в каждое отверстие для пробки (проверяйте по одному цилиндру за раз), а затем снова быстро проведите тест на сжатие. Если давление теперь немного увеличивается, проблема, вероятно, в износе колец / цилиндров. Если давление не меняется, значит, проблема в клапане / головке. Масло помогает немного уплотнить изношенные кольца, но НЕ помогает при сгоревших / герметичных клапанах или протекающих головках, поэтому этот простой тест иногда может сказать вам, в чем проблема.

Что касается типа масла, которое будет использоваться в этом тесте — это действительно должно быть моторное масло, так как цель состоит в том, чтобы на мгновение уплотнить кольца, чтобы увеличить компрессию. Что-то вроде WD40 слишком легкое. На самом деле происходит то, что кольца изнашиваются снаружи, где они царапают цилиндр, поэтому они становятся тоньше, создавая больший зазор позади кольцевой канавки в цилиндре, плюс зазор в кольцах становится шире. Масло мало влияет на фактический зазор в кольцах, но оно помогает заполнить дополнительное пространство за кольцами в кольцевых канавках и уплотняет контакт между кольцами и самой канавкой — дно канавки и нижняя часть кольца, особенно когда поршень поднимается для испытания на сжатие.

~~~

Степень сжатия

Если ваш двигатель был отремонтирован правильно, он должен иметь степень сжатия около 7,5: 1, учитывая плоские поршни. Если поршни вогнутые, степень сжатия будет ниже — 7,2: или меньше. Это должно нормально работать на бензине с октановым числом 91 — нормальный неэтилированный бензин в Австралии (87AKI — эквивалент в США). Но если двигатель 1300 переоборудовать в двигатель 1600, а оригинальные головки 1300 были нарезаны, чтобы соответствовать цилиндрам 1600, степень сжатия может достигнуть примерно 8.4: 1. То же самое с заменой поршней и цилиндров 1500 на 1600 церсионов и сохранением головок 1500 — вы получите коэффициент сжатия около 8: 1. Такие изменения требуют использования бензина с более высоким октановым числом с октановым числом 8: 1, с октановым числом около 93 (89 AKI в США) и степенью сжатия 8,5: 1 требуется около 95 RON (91AKI в США).

Двигатель VW может очень хорошо работать на неэтилированном бензине, если вам интересно — ему НЕ НУЖЕН свинец в топливе. Если вам интересно, на этом веб-сайте есть длинная статья о топливах и двигателях VW.

Основным отличием двигателей серий AD (за пределами США) и AE (в основном для США) была степень сжатия. Дизельные поршни использовались в двигателях с задымлением, таких как серия AE, для уменьшения степени сжатия с 7,5: 1 до примерно 7,0 или 7,2: 1. Объем двигателя остается на уровне 1600 куб. См для двигателей AD и AE.

В Калифорнии серия AE также изначально имела позиционер дроссельной заслонки и была довольно бедной (у них был карбюратор 34PICT / 4, когда все остальные использовали 34PICT / 3).Позиционер дроссельной заслонки замедлял закрытие дроссельной заслонки, когда вы поднимались (он не закрывался), чтобы уменьшить выбросы при низких оборотах. Я не знаю, были ли они «оригинальным оборудованием» в других частях США или только в Калифорнии.

~~~

Кто-то написал — В ваших статьях об охлаждении есть часть, которая может ввести в заблуждение: есть цитата одного джентльмена, в котором говорится, что более низкие степени сжатия делают двигатели менее эффективными. (Надежный источник) технической информации так не думает.Чтобы сделать машину более надежной для водителя, это именно то, что вы делаете, и вы получаете свою силу, настраивая некоторые другие вещи.

Роб ответил — Вы использовали слова «эффективность» и «надежность», как будто это одно и то же. Технически, чем выше степень сжатия, тем выше давление внутри двигателя ПОСЛЕ зажигания, поэтому вы получаете больший нажим на поршни, что означает большую мощность от этого количества топлива. НО, тепло внутри цилиндра увеличивается с увеличением сжатия, и тогда вы сталкиваетесь с проблемами детонации / звона, если вы не используете топливо с более высоким октановым числом (и более высокой стоимостью!).Эффективный двигатель с высокой степенью сжатия МОЖЕТ быть таким же надежным, как двигатель с низкой степенью сжатия, если вы используете топливо с правильным октановым числом для двигателя с более высокой степенью сжатия.

Так что это все компромисс — двигатель становится более эффективным (больше отдачи при том же количестве топлива), но топливо должно быть с более высоким октановым числом, чтобы справиться с увеличением степени сжатия. А в двигателе для жуков, с его более высокими температурами головки блока цилиндров по сравнению с автомобилем с водяным охлаждением, степень сжатия должна быть немного ниже, чтобы предотвратить детонацию (на том же топливе), по сравнению с его собратьями с водяным охлаждением.

Парень ответил — я согласен с вами на 100% … мы на одной странице. Поскольку наивысшее октановое число, которое я могу здесь получить, составляет 93 RON (и с увеличением стоимости топлива), это хорошее решение перейти на более низкую степень сжатия, чтобы увеличить срок службы и иметь возможность использовать более дешевое топливо. Кажется, совет (из моего источника) состоит в том, чтобы учесть все это при составлении комбинации двигателей для вашего уличного автомобиля или повседневного водителя, а не гоночного автомобиля. По их словам, таким образом вы можете получить от своего двигателя больше мощности и долговечности, равные или даже лучше, чем у стандартного.

Роб ответил: октановое число является критическим параметром, и, к сожалению, в США используется другой метод установки октановых чисел для остального мира, поэтому вы должны быть уверены, что используете точно такую ​​же терминологию. Еще в 1950-1970-х годах в Америку попали жучки с октановым числом по исследовательскому октановому числу (RON). Но в США изменили свою систему оценки октанового числа, поэтому эти исходные числа не актуальны для США. Ниже приводится сравнение.

США — Aki или Pump Octane (RON + MON / 2) — 85,87,89,91

Эквивалент RON для других стран ——————— 89,91,93,95

SO, если вы видите руководство по эксплуатации 1970-х годов, в котором говорится «используйте бензин / бензин с октановым числом 91», и вы живете в США, эквивалент в наши дни — 87AKI. Если вы живете за пределами США, используйте октан 91RON.

* * * * * .