Avtoprokat-rzn.ru

Автопрокат Эволюшн
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Двигатели с изменяемой степенью сжатия: от Saab до Infiniti

Двигатели с изменяемой степенью сжатия: от Saab до Infiniti

Все чаще звучат авторитетные мнения, что сейчас развитие двигателей внутреннего сгорания достигло наивысшего уровня и больше невозможно заметно улучшить их характеристики. Конструкторам остается заниматься ползучей модернизацией, шлифуя системы наддува и впрыска, а также добавляя все больше электроники. С этим не соглашаются японские инженеры. Свое слово сказала компания Infiniti, которая построила двигатель с изменяемой степенью сжатия. Разбираемся, в чем преимущества такого мотора, и какое у него будущее.

В качестве вступления напомним, что степенью сжатия называют отношение объема над поршнем, находящимся в нижней «мертвой» точке, к объему, когда поршень находится в верхней.

Париж 2016: Infiniti готовит премьеру новаторского мотора

Для бензиновых двигателей этот показатель составляет от 8 до 14, для дизелей — от 18 до 23.

Степень сжатия задается конструкцией фиксировано. Рассчитывается она в зависимости от октанового числа применяемого бензина и наличия наддува.

Возможность динамически изменять степень сжатия в зависимости от нагрузки позволяет поднять КПД турбированного мотора, добившись того, чтобы каждая порция топливовоздушной смеси сгорала при оптимальном сжатии.

При малых нагрузках, когда смесь обедненная, используется максимальное сжатие, а в нагруженном режиме, когда бензина впрыскивается много и возможна детонация, мотор сжимает смесь минимально.

Это позволяет не регулировать «назад» угол опережения зажигания, который остается в наиболее эффективной позиции для снятия мощности. Теоретически система изменения степени сжатия в ДВС позволяет до двух раз уменьшить рабочий объем мотора при сохранении тяговых и динамических характеристик.

Двигатели с изменяемой степенью сжатия: от Saab до Infiniti

Схема двигателя с изменяемым объемом камеры сгорания и шатуны с системой подъема поршней

Одной из первых появилась система с дополнительным поршнем в камере сгорания, который перемещаясь, изменял ее объем. Но сразу возник вопрос о размещении еще одной группы деталей в головке блока, где уже и так теснились распредвалы, клапаны, инжекторы и свечи зажигания. Притом нарушалась оптимальная конфигурация камеры сгорания, отчего топливо сжигалось неравномерно. Поэтому система так и осталась в стенах лабораторий. Не пошла дальше эксперимента и система с поршнями изменяемой высоты. Разрезные поршни были чрезмерно тяжелыми, притом сразу возникли конструктивные трудности с управлением высотой подъема крышки.

Двигатели с изменяемой степенью сжатия: от Saab до Infiniti

Система подъема коленвала на эксцентриковых муфтах FEV Motorentechnik (слева) и траверсный механизм для изменения высоты подъема поршня

Другие конструкторы пошли путем управления высотой подъема коленвала. В этой системе опорные шейки коленвала размещены в эксцентриковых муфтах, приводимых в действие через шестерни электромотором. Когда эксцентрики поворачиваются, коленвал поднимается или опускается, отчего, соответственно, меняется высота подъема поршней к головке блока, увеличивается или уменьшается объем камеры сгорания, и изменяется тем самым степень сжатия. Такой мотор показала в 2000 году немецкая компания FEV Motorentechnik. Система была интегрирована в турбированный четырехцилиндровый двигатель 1.8 л от концерна Volkswagen, где варьировала степень сжатия от 8 до 16. Мотор развивал мощность 218 л.с. и крутящий момент 300 Нм. До 2003 года двигатель испытывался на автомобиле Audi A6, но в серию не пошел.

Не слишком удачливой оказалась и обратная система, также изменяющая высоту подъема поршней, но не за счет управления коленвалом, а путем подъема блока цилиндров. Действующий мотор подобной конструкции продемонстрировал в 2000 году Saab, и также тестировал его на модели 9-5, планируя запустить в серийное производство. Получивший название Saab Variable Compression (SVC) пятицилиндровый турбированный двигатель объемом 1,6 л, развивал мощность 225 л. с. и крутящий момент 305 Нм, при этом расход топлива при средних нагрузках снизился на 30%, а за счет регулируемой степени сжатия мотор мог без проблем потреблять любой бензин — от А-80 до А-98.

Двигатели с изменяемой степенью сжатия: от Saab до Infiniti

Система двигателя Saab Variable Compression, в которой степень сжатия изменяется за счет отклонения верхней части блока цилиндров

Задачу подъема блока цилиндров в Saab решили так: блок был разделен на две части — верхнюю с головкой и гильзами цилиндров, и нижнюю, где остался коленвал. Одной стороной верхняя часть была связана с нижней через шарнир, а на другой был установлен механизм с электроприводом, который, как крышку у сундука, приподнимал верхнюю часть на угол до 4 градусов. Диапазон степени сжатия при поднимании — опускании мог гибко варьироваться от 8 до 14. Для герметизации подвижной и неподвижной частей служил эластичный резиновый кожух, который оказался одним из самых слабых мест конструкции, вместе с шарнирами и подъемным механизмом. После приобретения Saab корпорацией General Motors американцы закрыли проект.

Двигатели с изменяемой степенью сжатия: от Saab до Infiniti

Проект МСЕ-5 в котором применен механизм с рабочим и управляющим поршнями, связаными через зубчатое коромысло

На рубеже веков свою конструкцию мотора с изменяемой степенью сжатия предложили и французские инженеры компании MCE-5 Development S.A. Показанный ими турбированный 1.5-литровый мотор, в котором степень сжатия могла варьироваться от 7 до 18, развивал мощность 220 л. с. и крутящий момент 420 Нм. Конструкция тут довольно сложная. Шатун разделен и снабжен наверху (в части, устанавливаемой на коленвал) зубчатым коромыслом. К нему примыкает другая часть шатуна от поршня, оконечник которой имеет зубчатую рейку. С другой стороной коромысла связана рейка управляющего поршня, приводимого в действие через систему смазки двигателя посредством специальных клапанов, каналов и электропривода. Когда управляющий поршень перемещается, он воздействует на коромысло и высота поднятия рабочего поршня изменяется. Двигатель экспериментально обкатывался на Peugeot 407, но автопроизводитель не заинтересовался данной системой.

Читайте так же:
Регулировка фаз грм cayenne

Двигатели с изменяемой степенью сжатия: от Saab до Infiniti

Теперь свое слово решили сказать конструкторы Infiniti, представив двигатель с технологией Variable Compression-Turbocharged (VC-T), позволяющей динамически изменять степень сжатия от 8 до 14. Японские инженеры применили траверсный механизм: сделали подвижное сочленение шатуна с его нижней шейкой, которую, в свою очередь, связали системой рычагов с приводом от электромотора. Получив команду от блока управления, электродвигатель перемещает тягу, система рычагов меняет положение, регулируя тем самым высоту подъема поршня и, соответственно, изменяя степень сжатия.

Двигатели с изменяемой степенью сжатия: от Saab до Infiniti

Конструкция системы Variable Compression у мотора Infiniti VC-T: а — поршень, b — шатун, с — траверса, d — коленвал, е — электродвигатель, f — промежуточный вал, g — тяга.

За счет данной технологии двухлитровый бензиновый турбомотор Infiniti VC-T развивает мощность 270 л.с., оказываясь на 27% экономичнее других двухлитровых двигателей компании, имеющих постоянную степень сжатия. Японцы планируют запустить моторы VC-T в серийное производство в 2018 году, оснастив ими кроссовер QX50, а затем и другие модели.

Заметим, что именно экономичность выступает сейчас основной целью разработки моторов с изменяемой степенью сжатия. При современном развитии технологий наддува и впрыска, нагнать мощности в моторе для конструкторов не составляет больших проблем. Другой вопрос: сколько бензина в супернадутом двигателе будет вылетать в трубу? Для обычных серийных моторов показатели расхода могут оказаться неприемлемы, что и выступает ограничителем для надувания мощности. Японские конструкторы решили этот барьер преодолеть. Как считают в компании Infiniti, их бензиновый двигатель VC-T, способен выступить как альтернатива современным турбированным дизелям, показывая тот же расход топлива при лучших характеристиках по мощности и более низкой токсичности выхлопа.

Каков итог?

Работы над двигателями с изменяемой степенью сжатия ведутся уже не один десяток лет — этим направлением занимались конструкторы Ford, Mercedes-Benz, Nissan, Peugeot и Volkswagen. Инженерами исследовательских институтов и компаний по обе стороны Атлантики получены тысячи патентов. Но пока ни один такой мотор не пошел в серийное производство.

Не все гладко и у Infiniti. Как признаются сами разработчики мотора VC-T, у их детища пока остаются общие проблемы: возросла сложность и стоимость конструкции, не решены вопросы с вибрацией. Но японцы надеются доработать конструкцию и запустить ее в серийное производство. Если это произойдет, то будущим покупателям осталось только понять: сколько придется переплатить за новую технологию, насколько такой мотор будет надежен и сколько позволит экономить на топливе.

Регулировка момента зажигания

В отличие от двигателей с искровым зажиганием, определение точного момента зажигания в двигателях со свечами накаливания является сложной задачей и требует использования сложного и дорогого оборудования. К счастью, существуют косвенный метод. Использования тахометра и термометра позволяет настройщику двигателя найти призрачную оптимальную точку. Следующие переменные влияют на момент зажигания двигателя и перечислены в примерном порядке приоритета:

* Настройки игл смеси

* Содержание нитрометана в топливе

* Нагрузка на двигатель

* Тепловой диапазон свечи накаливания

* Тип масла и его содержание в топливе

Настройка игл смеси

Наиболее важной регулировкой в настройке двигателя является настройка иглы высоких оборотов (главной иглы). Когда игла выкручивается (обогащение), снижая обороты на 100-200 оборотов в минуту от пикового значения максимальных оборотов, максимальное давление в цилиндре будет находится в оптимальной точке, . если все другие переменные отрегулированы должным образом. Однако, установите иглу в немного более бедное положение и температура в камере сгорания возрастет, вызывая ускорение момента зажигания. Последствиями будет перегрев, возможные дефекты сгорания и потерянная оптимальная точка.

Охлаждение двигателя

Двигатели с воздушным охлаждением также являются частично жидкостно охлаждаемыми. Испарение топлива в картере и камере сгорания помогает поддерживать температуру двигателя в приемлемом диапазоне. Очень богатая настройка топливной смеси гарантирует, что двигатель будет работать холодным, но за счет эффективного сжигания топлива. Однако, когда игла высоких оборотов настроена на максимальную производительность двигателя, требуется эффективное воздушное охлаждение. Если температура поднимается выше установленных пределов, зажигание и сгорание начинаются раньше (ускорение момента зажигания). Если температура головки двигателя слишком низкая, как часто случается в зимних условиях, зажигание и сгорание начинаются позже (отодвигание момента зажигания), вызывая переменчивое сгорание и преждевременный износ двигателя.

Читайте так же:
Нужно ли регулировать новый редуктор заднего моста

Степень сжатия

Степень сжатия определяется отношением объемов цилиндра перед сжатием (компрессией) и после достижения поршнем ВМТ (верхняя мертвая точка). При увеличении степени сжатия, топливно-воздушная смесь сжимается в меньший объем перед воспламенением, приводя к большему выделению тепла после зажигания. В определенных пределах, высокая степень сжатия обеспечивает более высокие давление в цилиндре, крутящий момент и мощность.

Увеличение степени сжатия ускоряет момент зажигания, снижение степени сжатия отодвигает момент зажигания. Наиболее общий способ увеличения или снижения степени сжатия — удаление или добавление прокладочных колец под головкой двигателя. Изменение степени сжатия является радикальной регулировкой и обычно резервируется для значительных изменений в атмосферном давлении, состояния воздуха или в содержании нитрометана в топливе.

Удаление прокладочных колец под головкой двигателя увеличивает степень сжатия, добавление прокладочных колец снижает степень сжатия.

Содержание нитрометана в топливе

Нитрометан является важным ингридиентом топлива. В идеальных условиях, увеличение содержания нитрометана в топливе (в объемных %) будет увеличивать мощность двигателя. Так как увеличение содержания нитрометана оказывает эффект аналогичный увеличению степени сжатия, момент зажигания должен быть отодвинут для поддержания корректной оптимальной точки после ВМТ. Увеличение содержания нитрометана часто требует регулировки одной или нескольких переменных для получения нужных характеристик.

Нагрузка на двигатель

Более низкое передаточное отношение трансмиссии увеличивает нагрузку на двигатель, заставляя его работать медленнее на максимальных оборотах. Более медленная работа двигателя обеспечивает более эффективную степень сжатия в цилиндре и увеличенное выделение тепла из топливно-воздушной смеси. Снижение нагрузки на двигатель увеличивает обороты двигателя, эффективно снижая его степень сжатия и выделение тепла.

Увеличение нагрузки на двигатель ускоряет момент зажигания, снижение нагрузки отодвигатет момент зажигания. Когда двигатель уже близок к оптимальной точке, опытный спортсмен может экспериментировать с небольшими изменениями в передаточном отношении.

Тепловой диапазон свечи накаливания

Свеча накаливания обеспечивает две функции — запуск двигателя и поддержание его работы. Путем пропускания электрического тока низкого напряжения через спираль накаливания она нагревается до оранжево-белого свечения, это позволяет запустить двигатель, когда надлежащая топливно-воздушная смесь поступает в камеру сгорания. После запуска, источник электрического тока снимается со свечи накаливания, но спираль свечи накаливания продолжает светиться, поддерживая работу двигателя.

Свеча накаливания работает путем комбинации каталитического действия, нагрева сжатием и сохранением части тепла от цикла к циклу. Сначала платиновый сплав спирали внутри полости свечи накаливания нагревается при контакте с парами метилового спирта, это каталитическая реакция с выделением тепла. Далее, температура спирали накаливания увеличивается еще больше за счет сжатия топливно-воздушной смеси. Производители выпускают свечи накаливания различных тепловых диапазонов: горячие, средние и холодные. Тепловой диапазон определяет множество факторов, но важно помнить, что горячая свеча ускоряет момент зажигания, а холодная свеча отодвигает момент зажигания.

Тип масла и его содержание в топливе

Мы знаем, что содержание нитрометана в топливе играет важную роль в положении оптимальной точки. Однако, есть еще другой фактор , относящийся к топливу, который нужно учесть — содержание и тип масла.

Для большинства автомодельных применений, содержание масла в топливе находится в диапазоне 12-16%. Так как масло должно нагреваться вместе с другими компонентами топлива, это затрагивает момент зажигания — топливо с более высоким содержанием масла требует большего количества тепла для нагрева, что отодвигает момент зажигания. Топливо с более низким содержанием масла производит противоположный эффект, ускоряя момент зажигания.

Тип масла также влияет на момент зажигания. В основном, синтетические масла легче нагреть, чем натуральные масла, такие как касторовое масло. Для топлив с равным содержанием масла, синтетическое масло больше ускоряет момент зажигания, чем марки с содержанием касторового масла.

Двигатель Infiniti VC-Turbo с изменяемой степенью сжатия стал серийным

«Технология изменяемой степени сжатия это настоящий прорыв в моторостроении. Новый Infiniti QX50, оснащенный двигателем VC-Turbo — первый серийный автомобиль в истории, изменяющий характеристики прямо по ходу движения, устанавливая тем самым новые стандарты в возможностях ДВС. Отличающийся невероятно высокой плавностью работы и отсутствием вибраций, VC-Turbo в равной степени обеспечивает нашим клиентам высокий уровень мощности, экономичности и экологичности», — говорит Кристиан Менье, Вице-президент компании Infiniti.

Высокотехнологичный VC-Turbo: мощность по требованию и непревзойденное удобство управления тягой

Новый VC-Turbo от Infiniti — это первый в мире серийный ДВС с изменяемой степенью сжатия, дебютирующий на премиальном кроссовере Infiniti QX50 нового поколения. Уникальная технология изменения степени сжатия представляет настоящий прорыв в моторостроении — 2.0-литровый VC-Turbo постоянно меняет характеристики, настраивая степень сжатия на оптимальную мощностную отдачу и максимальную топливную эффективность. По тяговым характеристикам этот 2.0-литровый бензиновый турбомотор вполне сравним с передовыми турбодизельными двигателями того же рабочего объема.

Читайте так же:
Регулировка пусковое устройство карбюратора солекс 21073

Высокая степень сжатия в принципе делает работу двигателя более эффективной, однако в определенных режимах появляется риск взрывного сгорания (детонации). С другой стороны, низкая степень сжатия позволяет избежать детонации и развивать высокую мощность и крутящий момент. Во время движения степень сжатия двигателя VC-Turbo меняется от 8:1 (для максимальной динамики) до 14:1 (при минимальном расходе топлива), подчеркивая ориентированную на водителя философию Infiniti.

Уникальное сочетание динамики и экономичности превращает VC-Turbo в реальную альтернативу современным турбодизелям, не на словах, а на деле опровергая мнение, что только гибридные и дизельные силовые агрегаты могут обеспечить высокие показатели крутящего момента и экономичность. VC-Turbo развивает 268 л.с. (200 кВт) при 5600 об/мин и 380 Нм при 4400 об/мин, что является лучшим сочетанием мощности и тяги среди четырехцилиндровых двигателей. Удельная мощность VC-Turbo выше, чем у многих турбомоторов конкурентов и вплотную приближается к показателям некоторых бензиновых V6. Однопоточный турбонагнетатель гарантирует моментальный отклик двигателя на увеличение подачи топлива.

Новый Infiniti QX50 с двигателем VC-Turbo – это самый эффективный автомобиль в своем классе с непревзойденной экономичностью. Версия с передними ведущими колесами расходует всего 8,7 л/100 км в комбинированном цикле измерений, что на 35% лучше показателей QX50 предыдущего поколения с двигателем V6. Полноприводная версия премиального кроссовера с усредненным расходом 9,0 л/100 км на 30% эффективнее предшественника.

Среди других очевидных преимуществ конструкции нового мотора — компактные размеры и сниженная масса. Блок и головка цилиндров отлиты из легкого алюминиевого сплава, а компоненты системы регулировки степени сжатия изготовлены из высокоуглеродистой стали. В результате по сравнению с 3.5-литровым двигателем Infiniti серии VQ новый VC-Turbo весит легче на 18 кг, а кроме того занимает меньше пространства в моторном отсеке.

За изменение степени сжатия в двигателе VC-Turbo отвечают система рычагов, электромотор и уникальный волновой понижающий редуктор. Электромотор через редуктор соединен с управляющим рычагом. Редуктор вращается, поворачивая управляющий вал в блоке цилиндров, а тот в свою очередь изменяет положение коромысел, через которые поршни приводят коленвал. Наклон коромысел меняет положение верхней мертвой точки поршней, а вместе с ним и степень сжатия. Эксцентриковый управляющий вал регулирует степень сжатия одновременно во всех цилиндрах. В результате варьируется не только степень сжатия, но и рабочий объем двигателя в диапазоне от 1997 куб.см (8:1) до 1970 куб.см (14:1).

Двигатель VC-Turbo также незаметно для пользователя переключается между стандартным рабочим циклом Отто и циклом Аткинсона, еще сильнее увеличивая мощность и эффективность. Цикл Аткинсона традиционно используется для повышения эффективности гибридных силовых установок. При работе ДВС по циклу Аткинсона впускные клапаны перекрываются, позволяя рабочей смеси в цилиндрах сильнее расширяться, сгорая с большей эффективностью. Двигатель Infiniti работает по циклу Аткинсона при высоких показателях степени сжатия, когда из-за более длинного хода поршней впускные клапаны на короткое время остаются открытыми уже в фазе сжатия.

Когда степень сжатия VC-Turbo уменьшается, двигатель возвращается к обычному режиму работы (цикл Отто), с четко разделенными фазами выпуска, сжатия, сгорания и выпуска – таким образом, достигается более высокая мощность силового агрегата.

Помимо изменяемо йстепени сжатия в двигателе VC-Turbo применяется и ряд других передовых технологий Infiniti. Оптимальный баланс между эффективностью и мощностью обеспечивает как система распределенного впрыска (MPI), так и непосредственного (GDI):

  • GDI повышает эффективность сгорания топлива, предотвращая детонацию в двигателе при высоких степенях сжатия
  • MPI, в свою очередь, заранее подготавливает топливную смесь, обеспечивая ее полное сгорание в цилиндрах при низких нагрузках

При определенных оборотах двигатель самостоятельно переключается с одной системы впрыска на другую, а при максимальных нагрузках они могут работать и одновременно.

Однопоточный турбонагнетатель повышает мощность и эффективность двигателя, обеспечивая быстрые отклики на педаль газа на любых оборотах и при любой степени сжатия. Благодаря турбонаддуву по отдаче мотор сравним с шестицилиндровым атмосферным двигателем. Однопоточный нагнетатель отличается компактностью, а также сниженными потерями тепловой энергии и давления выхлопных газов.

Интегрированный в алюминиевую головку блока выпускной коллектор также повышает эффективность работы двигателя и определяет его компактные размеры. Подобное решение позволило инженерам Infiniti разместить каталитический нейтрализатор сразу за турбиной, сократив таким образом путь выхлопных газов. Благодаря этому нейтрализатор быстрее прогревается после запуска двигателя и раньше выходит на рабочий режим.

Давление наддува регулируется электронно-управляемым клапаном (wastegate), который с высокой точностью контролирует поток выхлопных газов, проходящих через турбину. Это гарантирует высокую мощность и экономичность, а также помогает сократить уровень вредных выбросов.

Благодаря системе изменения степени сжатия отлично сбалансированный двигатель VC-Turbo обходится без уравновешивающих валов, обычно необходимых четырехцилиндровым моторам. VC-Turbo работает более плавно, нежели обычные рядные аналоги, а уровень шума и вибраций сравним с показателями традиционных V6. Это стало возможным, в том числе и благодаря компоновке с дополнительными коромыслами, в которой шатуны при рабочем ходе поршней почти вертикальны (в отличие от традиционного кривошипно-шатунного механизма, где они движутся из стороны в сторону). В итоге происходит идеальное возвратно-поступательное движение, не требующее уравновешивающих валов. Именно поэтому, несмотря на применение системы изменения степени сжатия, мотор VC-Turbo такой же компактный, как традиционный 2.0-литровый четырехцилиндровый двигатель.

Читайте так же:
Регулировка карбюратора motoland 250

Особенно нужно отметить и крайне низкий уровень вибраций нового двигателя. На заводских испытаниях, в ходе которых специалисты Infiniti сравнивали характеристики VC-Turbo с четырехцилиндровыми моторами конкурентов, революционный двигатель продемонстрировал значительно меньший уровень шума – почти как у 6-цилиндровых агрегатов.

В этом есть заслуга и применяемого Infiniti «зеркального» покрытия стенок цилиндров — оно на 44% уменьшает трение, позволяя двигателю работать ровнее. Покрытие наносится методом плазменного напыления, затем закаливается и хонингуется для создания ультра-гладкой поверхности.

Новый Infiniti QX50 c 2.0-литровым мотором VC-Turbo — первый в мире автомобиль, оснащенный системой активного подавления вибраций Active Torque Rod (ATR). Новый QX50 – единственный автомобиль в классе, оснащенный подобной технологией. Интегрированная в верхнюю опору двигателя, через которую на кузов обычно передается большая часть шума и вибраций, ATR оснащена датчиком ускорений, фиксирующим колебания. Система генерирует возвратно-поступательные вибрации в противофазе, позволяя четырехцилиндровому агрегату оставаться таким же тихим и плавным, как и моторы V6, и на 9 Дб уменьшает шум двигателя по сравнению с предыдущим QX50. В итоге VC-Turbo – один из самых тихих и уравновешенных двигателей в сегменте премиальных внедорожников.

Первые в мире активные опоры Infiniti установил на дизельный двигатель еще в 1998 году, подтверждая инновационность бренда в области силовых агрегатов. Систему ATR инженеры Infiniti разрабатывали с 2009-го по 2017 год, особое внимание уделив уменьшению размеров и массы – на первых прототипах главной проблемой считались габариты вибромотора. Однако, разработка более компактных возвратно-поступательных актуаторов позволила установить ATR в корпус меньшего размера, в полной мере сохранив способность системы максимально эффективно гасить вибрации.

Что такое степень сжатия двигателя

Одной из важных конструктивных характеристик поршневого двигателя внутреннего сгорания является степень сжатия. Этот параметр влияет на мощность мотора, на его КПД, а также расход горючего. Между тем мало кто имеет верное представление о том, что же подразумевается под степенью сжатия. Многие полагают, что это просто синоним компрессии. Хотя последняя связана со степенью сжатия, однако это совершенно разные вещи.

Что именуется степенью сжатия и в чем отличие от компрессии

Чтобы разобраться с терминологией, нужно представлять, как устроен цилиндр силового агрегата, и понимать принцип функционирования ДВС. Горючая смесь впрыскивается в цилиндры, затем ее сжимает поршень, движущийся от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней (ВМТ). Сжатая смесь в некоторый момент вблизи ВМТ воспламеняется и сгорает. Расширяющийся газ выполняет механическую работу, выталкивая поршень в обратную сторону — к НМТ. Соединенный с поршнем шатун воздействует на коленвал, заставляя его вращаться.

Пространство, ограниченное внутренними стенками цилиндра от НМТ до ВМТ, является рабочим объемом цилиндра. Математически формула рабочего объема одного цилиндра выглядит следующим образом:

где r — радиус внутреннего сечения цилиндра;

s — расстояние от ВМТ до НМТ (длина рабочего хода поршня).

Когда поршень доходит до ВМТ, над ним остается еще некоторое пространство. Это и есть камера сгорания. Форма верхней части цилиндра бывает сложной и зависит от конкретной конструкции. Поэтому выразить объем Vₑ камеры сгорания какой-то одной формулой невозможно.

Очевидно, что общий объем цилиндра Vₒ равен сумме рабочего объема и объема камеры сгорания:

1.jpg

А степень сжатия — это отношение общего объема цилиндра к объему камеры сгорания:

Эта величина безразмерная, и фактически она характеризует относительное изменение давления с момента впрыскивания смеси в цилиндр и до момента воспламенения.

Из формулы видно, что повысить степень сжатия возможно либо увеличением рабочего объема цилиндра, либо уменьшением объема камеры сгорания.

У различных моторов этот параметр может отличаться и определяться типом агрегата и особенностями его конструкции. Величина степени сжатия современных бензиновых ДВС находится в пределах от 8 до 12, в отдельных случаях может доходить до 13. 14. У дизелей она несколько выше и достигает 14. 18, это связано с особенностями процесса воспламенения дизельной смеси.

А что касается компрессии, то это максимальное давление, которое возникает в цилиндре по мере продвижения поршня от НМТ до ВМТ. Единицей измерения давления в международной системе СИ является паскаль (Па / Pa). Также широко используются такие единицы измерения, как бар (bar) и атмосфера (ат / at). Соотношение единиц таково:

Читайте так же:
Как отрегулировать втулку заднего колеса велосипеда с ножным тормозом

1 бар = 100 000 Па

Кроме степени сжатия на компрессию влияют состав горючей смеси и техническое состояние мотора, особенно степень износа деталей цилиндро-поршневой группы.

Плюсы и минусы большой степени сжатия

С ростом степени сжатия повышается давление газов на поршень, а значит, в конечном счете растет мощность и повышается КПД двигателя. Более полноценное сгорание смеси приводит к улучшению экологических показателей и способствует более экономному расходованию горючего.

Однако возможности повышения степени сжатия ограничены риском возникновения детонации. В этом процессе воздушно-топливная смесь не сгорает, а взрывается. Полезная работа не совершается, зато поршни, цилиндры и детали кривошипно-шатунного механизма испытывают серьезные ударные воздействия, приводящие к их быстрому износу. Высокая температура при детонации способна вызвать прогорание клапанов и рабочей поверхности поршней. До определенного предела справиться с детонацией помогает бензин с более высоким октановым числом.

В дизельном моторе детонация тоже возможна, но там она вызывается неверной регулировкой впрыска, нагаром на внутренней поверхности цилиндров и другими причинами, не связанными с повышенной степенью сжатия.

Возможно ли повысить степень сжатия

Существует возможность форсировать имеющийся агрегат посредством увеличения рабочего объема цилиндров или степени сжатия. Но здесь важно не переусердствовать и тщательно всё просчитать, прежде чем сломя голову бросаться в бой. Ошибки могут привести к такой разбалансированности работы агрегата и детонациям, что не помогут ни высокооктановый бензин, ни регулировка угла опережения зажигания.

Едва ли есть смысл заниматься форсированием движка, изначально имеющего высокую степень сжатия. Затраты сил и денег будут достаточно велики, а прирост мощности скорее всего окажется незначительным.

Достичь желаемой цели можно двумя способами — расточкой цилиндров, что позволит сделать рабочий объем двигателя несколько больше, либо фрезеровкой нижней поверхности головки блока цилиндров (ГБЦ).

Расточка цилиндров

Наилучший момент для этого — проведение капитального ремонта двигателя, когда растачивать цилиндры придется в любом случае.

Прежде чем производить эту операцию, нужно подобрать поршни и кольца под новый размер. Вероятно, несложно будет найти детали под ремонтные размеры для данного двигателя, но это не даст ощутимого прироста рабочего объема и мощности движка, так как разница в размерах очень незначительна. Лучше поискать поршни и кольца большего диаметра для других агрегатов.

Не стоит пытаться растачивать цилиндры самостоятельно, поскольку для этого требуется не только умение, но и специальное оборудование.

Доработка ГБЦ

Фрезеровка нижней поверхности ГБЦ позволит уменьшить длину цилиндра. Короче станет именно камера сгорания, частично или полностью находящаяся в головке, а значит, возрастет степень сжатия.

Для прикидочных расчетов можно принять, что снятие слоя в четверть миллиметра повысит степень сжатия примерно на одну десятую. Тот же эффект даст установка более тонкой прокладки ГБЦ. Можно также совместить одно с другим.

Не забудьте, что доработка головки требует точного расчета. Это позволит избежать чрезмерной степени сжатия и неконтролируемой детонации.

Форсирование двигателя таким методом таит еще одну потенциальную проблему — укорочение цилиндра повышает риск того, что поршни будут встречаться с клапанами.

Кроме всего прочего, придется еще и заново регулировать фазы газораспределения.

Измерение объема камеры сгорания

Для вычисления степени сжатия нужно знать объем камеры сгорания. Сложная внутренняя форма не дает практической возможности математически рассчитать ее объем. Зато есть довольно простой способ его измерить. Для этого поршень нужно установить в верхнюю мертвую точку и с помощью шприца объемом примерно 20 см³ вливать масло или другую подходящую жидкость через отверстие для свечи зажигания до полного заполнения. Посчитайте, сколько кубиков вы влили. Это и будет объем камеры сгорания.

Рабочий объем одного цилиндра определяется путем деления объема двигателя на количество цилиндров. Зная обе величины, можно посчитать степень сжатия с помощью приведенной выше формулы.

Дефорсирование

Такая операция может понадобиться, например, для перехода на более дешевый бензин. Или необходимо сделать откат в случае неудачного форсирования движка. Тогда для возвращения на исходные позиции потребуется утолщенная прокладка ГБЦ или новая головка. Как вариант — использовать две обычные прокладки, между которыми можно поместить алюминиевую вставку. В итоге камера сгорания увеличится, а степень сжатия снизится.

Другой способ заключается в снятии слоя металла с рабочей поверхности поршней. Но такой метод будет проблематичным, если рабочая поверхность (днище) имеет выпуклую или вогнутую форму. Сложная форма днища поршня часто делается для оптимизации процесса сгорания смеси.

На старых карбюраторных моторах дефорсирование не вызывает проблем. Но электронное управление современных инжекторных двигателей после такой процедуры может ошибаться в регулировке угла опережения зажигания, и тогда при использовании низкооктанового бензина возможно возникновение детонации.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector