Геометрические параметры двигателя: объем и степень сжатия

Геометрические параметры двигателя: объем и степень сжатия

Объем двигателя

Прежде чем говорить о компрессии и степени сжатия, разберемся с понятием объема. У цилиндра существует 3 вида объемов:

• рабочий;
• камеры сгорания;
• полный.

В полный объем входит рабочий объем и объем камеры сгорания. Каждый мотор имеет определенное количество цилиндров. Чтобы узнать общий объем двигателя, нужно сложить параметры каждого цилиндра.

Объемы цилиндра двигателя

Ход поршня (S) – это расстояние от ВМТ до НМТ:

S = 2R,

где R – радиус кривошипа.

Ход поршня S и диаметр D цилиндра определяют размеры двигателя. Если отношение S / D < 1, то двигатель является к о р о т к о х о д н ы м. У легковых автомобилей большинство двигателей короткоходные.

Объем камеры сгорания (Vк) – это объем над днищем поршня, находящимся в ВМТ.

Для расчета рабочего объема одного цилиндра, нужно умножить площадь сечения цилиндра на длину рабочего хода поршня. Длина хода поршня определятся расстоянием от нижней мертвой точки (НМТ) до верхней мертвой точки (ВМТ), т.е. от максимально нижнего до максимально верхнего положения поршня.

По формуле это выглядит так:

Vраб. = πr2h,

где π = 3,14,

r – радиус,

h – длина рабочего хода поршня.

Рабочий объем двигателя (VH) (литраж двигателя) складывается из рабочих объемов всех цилиндров, иначе это произведение рабочего объема одного цилиндра на количество цилиндров:

VH = VhZ,

где Z – число цилиндров.

Полный объем цилиндра (Vo) – это сумма рабочего объема одного цилиндра и объема камеры сгорания в головке блока:

Vo = Vh + Vк.

Например, если объем одного цилиндра составил 499 кубических сантиметров, а цилиндров четыре, то нужно умножить 499 на 4 и получим 1996 кубических сантиметров. Далее, округляем до 2000 и делим на 1000, чтобы получить значение в литрах. Таким образом, рабочий объем двигателя составит 2 литра.

Объем двигателя – это параметр ДВС, который определяет его мощность.

В большинстве стран стоимость автомобильного налога зависит от рабочего объема двигателя. Чем он больше, тем дороже обходится налог. Например, объем мотора японского автомобиля “Kei Car” всего 0,66 кубических сантиметров. Владельцы этих машин вообще не платят дорожный налог.

Рабочий объем любого двигателя измеряется в кубических сантиметрах или литрах. Исходя из объема, автомобили делятся на категории:

• микролитражные (не больше 1,1 литра);
• малолитражные (от 1,2 до 1,7 литра);
• среднелитражные (от 1,8 до 3,5 литра);
• крупнолитражные (от 3,6 и больше).

Чем больше объем, тем больше топливно-воздушной смеси помещается в каждой камере сгорания. Этот показатель напрямую влияет на расход топлива, но вместе с тем увеличивается мощность автомобиля.

Что такое степень сжатия

Движение поршня происходит в результате давления газов, которые образуются при сгорании топливно-воздушной смеси. Перед воспламенением смесь сжимается поршнем в цилиндре. Оставшийся объем в цилиндре после полного сжатия топлива (объем над поршнем в ВМТ) называется камерой сгорания.

Степень сжатия – это отношение объема камеры сгорания к полному объему цилиндра. Она рассчитывается по формуле:

ξ = (Vр + Vс): Vс,

где Vр – это рабочий объем,

Vс – объем камеры сгорания.

Например, полный объем цилиндра равен 500 кубических сантиметров, а объем камеры сгорания 50 кубических сантиметров. Сжатие в 10 раз. Значит, степень сжатия будет равна 10:1.

Степень сжатия является соотношением и относительной величиной.

Кратко о компрессии

Если со степенью сжатия все понятно, то перейдем к термину компрессия. Под этим понятием понимается максимальный уровень давления, который возникает в камере сгорания в момент перед сгоранием топлива. Если степень сжатия это условная величина, то компрессия является абсолютной величиной и измеряется в атмосферах, килограммах на кубический сантиметр (кг/см2).

Чем больше мощность, тем большую скорость сможет развить автомобиль.

Виды мощности

Для определения характеристик двигателя применяют такие понятия мощности как:

• индикаторная;
• эффективная;
• литровая.

Индикаторной называют мощность, с которой газы давят на поршень. То есть, не учитываются никакие другие факторы, а только давление газов в момент их сгорания. Эффективная мощность, эта та сила, которая передается коленчатому валу и трансмиссии. Индикаторная будет пропорциональной литражу двигателя и среднему давлению газов на поршень.

Что такое крутящий момент

Крутящий момент двигателя рассчитывается по формуле:

M = F*R,

где F – это сила, с которой давит поршень,

R – длина плеча (рычага).

В нашем случае плечом будет расстояние от оси вращения коленчатого вала до места крепления шатунной шейки. Этот параметр измеряется в ньютонах на метр (Hм). 1H соответствует 0,1 кг, который давит на конец рычага длиной в метр.

Замена деталей мотора

Установка облегченных деталей взамен заводских позволяет сделать работу двигателя более быстрой, а следовательно, возрастает эффективность. Как правило, меняются маховик, поршни и кольца. Более легкий маховик вращается быстрее и позволяет повысить мощность до 4% от исходной. Обратная сторона медали – нестабильный холостой ход. Легкому маховику не хватает инерции. Облегченные поршни и кольца представляют собой цельные кованые конструкции, которые не только ускоряют работу двигателя, но и отличаются более высокой прочностью.

Кованые поршни ДВС

Главными недостатками этого способа является высокая стоимость альтернативных деталей, а также сложность самого процесса замены.

Для повышения лошадиных сил двигателя нередко меняют и распредвалы. В зависимости от типа валов это позволяет увеличивать мощность только на низких или высоких оборотах, или независимо от режима работы двигателя.

“Нулевой” воздушный фильтр и “прямоток”

Прямоточная система выхлопа позволяет повышать мощность двигателя до 5%, однако, в результате существенно увеличивается шум. Суть способа заключается в уменьшении сопротивления отработавших газов, что позволяет двигателю экономить энергию на их вывод. Вместо этого последняя направляется на коленвал, заставляя его работать интенсивнее.

При установке воздушного фильтра низкого сопротивления сохраняется та же идея – снять нагрузку с мотора. Важно уделить внимание качеству фильтра, поскольку недорогие варианты могут существенно снизить срок службы самого двигателя.

Установка турбонаддува

Благодаря оснащению двигателя турбиной, можно повысить количество топлива, подаваемое в цилиндры и обеспечить его полное сгорание. Достигается это за счет того, что компрессор осуществляет нагнетание большего потока воздуха в цилиндры, и процесс сжигания топливовоздушной смеси становится более быстрым. Работа двигателя становится более эффективной, а в ряде случаев можно изменить характеристики практически вдвое. Недостатком этого метода является дороговизна как самой турбины, так и услуг по ее установке.

Чип-тюнинг

Один из наиболее простых способов, не требующий дополнительных затрат или замены деталей – это установка новой прошивки блока управления двигателя. Как правило, производители сознательно снижают рабочие характеристики мотора, дефорсируют его. Делается это по целому ряду причин. Например, если нужно увеличить экологические показатели двигателя или попасть в рамки транспортного налога. Замена программного обеспечения может повысить мощность мотора до 15% от исходной. С другой стороны, необходимо быть уверенным в качестве новой прошивки и правильности ее установки.

Дополнительные способы

Рассматривая способы увеличения мощности двигателя, следует уделить внимание и косвенным факторам. Например, таким, как использование топлива более высокого качества, применение менее вязкого масла, уменьшение собственного веса автомобиля и замена комплектующих (свечей зажигания и т.д.) на более качественные.

Если говорить о присадках для топлива и различных омагничивателях, то их эффективность крайне низка, а зачастую и вовсе равна нулю. Любые заверения производителя таких средств увеличить мощность на 50% и более не имеют экспертного подтверждения и в профессиональной сфере воспринимаются исключительно как обман потребителя.

Подводя итоги, следует сказать, что изменение заводских характеристик мотора автомобиля неизменно влечет за собой необходимость доработки систем выхлопа, охлаждения, торможения, сцепления и т.д. Также более высокие нагрузки непременно скажутся на КПП и ходовой части автомобиля, а значит, потребуется уделить внимание и их усилению.

Увеличение степени сжатия

Увеличение степени сжатия является одной из основных методик поднятия мощности. Тем самым можно получить больше отдачи с того же объема двигателя. Одним словом мощность повысится, а расход останется на прежнем уровне. Возникает вопрос, а почему с завода не поднимают степень сжатия до максимально возможного уровня?

Дело в характеристиках бензина не позволяющим поднимать степень сжатия больше определенного уровня, без образования детонации. Если мы значительно повысим степень сжатия, то мощность повысится, но придется заправляться более высокооктановым топливом. С другой стороны, двигатель теперь работает более эффективно и на той мощности на которой вы ездили раньше, он будет потреблять меньше топлива и разность в цене будет несущественна.

Уменьшение степени сжатия

Для чего производиться уменьшение степени сжатия мотора? Если при увеличении - мы добивались повышения мощности, то тут ситуация противоположная - уменьшение степени сжатия производиться с целью перевести автомобиль на более дешевый бензин.
Так, в старые времена поступали владельцы "Жигулей" и "Москвичей", когда переводили машины с дорогого 92-ого бензина на более дешевый и доступный 76-ой. Для этих целей используется аналогичный способ, только придется увеличить высоту прокладки под головку двигателя. Берем две обычные прокладки и между ними вставляем алюминиевую нужной толщины. Прокладки, если нужно, вырезались самостоятельно в гараже с помощью подручных средств.

Если на современной иномарке уменьшить степень сжатия до 8, то ее динамика будет как у "копейки". Многие моторы можно заправлять 92-ым бензином вместо 95-ого и у многих даже детонации не случается. Но если машина на гарантии, я бы не стал этого делать, ради мнимой экономии. Ведь на 95-ом бензине расход топлива меньше, чем на 92-ом и при чуть высшей цене - общая стоимость на бензин выходит равной. Что было проверено на практике.

Другое дело, производитель указывает ездить на более высокооктановом бензине из-за норм экологичности. Если в новую машину заправить более дешевый бензин может выйти из строя катализатор, т.к. 92-ый бензин имеет меньшую температуру горения. Плюс могут засориться форсунки. По поводу детонации. Делать переделку мотора, ради того, чтобы заправлять 92 вместо 95 бензина - глупо. Чтобы сознательно уменьшать степень сжатия нужны более веские причины, например, так поступают при установке турбокомпрессора на двигатель, чтобы избавиться от детонации.

После вышеописанной процедуры уменьшится степень сжатия за счет увеличения камеры сгорания двигателя и можно заливать дешевый бензин. Не рекомендуем делать эту операцию на современном авто, оборудованным большим количеством электроники, во избежании неприятностей.

Что такое компрессия

Компрессия двигателя – это давление, создаваемое поршнем в конечном цикле сжатия в верхней мертвой точке. Часто это понятие путают со степенью сжатия или считают их одним и тем же. Но это совсем не так. Степень сжатия это неизменная величина, которая показывает, во сколько раз сжимается в цилиндре топливовоздушная смесь при перемещении поршня от нижней мертвой точки (НМТ) до верхней мертвой точки (ВМТ).

Проверка компрессии

Компрессия и степень сжатия являются разными величинами, но они связаны друг с другом. Если степень сжатия – это постоянный параметр, то компрессия может меняться в зависимости от износа поршневой группы, качества топлива и по другим причинам. В свою очередь, от уровня сжатия будет зависеть и компрессия.

Что такое детонация

При нормальном сгорании топливно-воздушная смесь сгорает в цилиндре в течение всего рабочего хода поршня от ВМТ до НМТ. За счет этого плавно совершается работа по движению поршня вниз и чтобы этот процесс медленного сгорания максимально эффективно отработал, требуется смесь вовремя поджечь. Детонация двигателя представляет собой произвольное самовоспламенение смеси взрывного характера, что приводит к возникновению ударных волн. В нормальных условиях скорость распространения пламени после сгорания составляет 30 м/с, а при детонационном возгорании она доходит до 2000 м/с. Ударная волна ударяет о стенки цилиндра, вызывая характерный металлический стук. Его часто приписывают стуку пальцев поршня, хотя они тут ни при чем.

Правильное и неправильное сгорание топлива

При стандартном режиме работы топливно-воздушная смесь воспламеняется, когда поршень почти достигает верхней мертвой точки. Нормальный угол опережения зажигания при этом 2-3 градуса. После завершения сгорания поршень идет в обратную сторону, получая необходимый толчок.

При детонации воспламенение начинается ещё в середине такта сжатия. Происходит преждевременное воспламенение смеси. Ударная волна идет в противоход поршню, подвергая его и цилиндр сильнейшим перегрузкам.

Признаки, указывающие на детонацию при работе двигателя: звонкие металлические стуки в цилиндрах, перегрев двигателя, снижение мощности, появление черного дыма (сажи) в отработавших газах.

Октановое число бензина

В бензиновых двигателях возгорание топлива происходит от искры свечи системы зажигания. Октановое число бензина показывает его устойчивость к детонации. Чем выше октановое число, тем сильнее можно сжать топливовоздушную смесь без риска детонации. А чем выше степень сжатия, тем больше мощность двигателя.

Каждый двигатель настроен на определенное октановое число. Если рекомендуется использовать бензин с октановым числом 95, а залить 92, то при нагрузках будет происходить детонация.

Последствия детонации

Систематическое возникновение этого явления наносит ущерб двигателю. Страдает не только поршневая группа, но и полностью головка цилиндров и кривошипно-шатунный механизм. Длительное воздействие может вывести ДВС из строя. Также возникает сверхповышенная температура в камере сгорания (до +3700 градусов). Это приводит к прогоранию прокладки ГБЦ и днища поршня, коррозии зеркала цилиндров.

Как предупредить детонацию

Датчик детонации

В инжекторных двигателях устанавливается датчик детонации. Этот небольшой прибор улавливает колебания, определяет детонацию и корректирует зажигание при необходимости. Прибор посылает сигнал блоку управления, который затем передает его системе. Корректируется подача топлива и угол опережения зажигания. Располагается датчик детонации обычно между вторым и третьим цилиндром.

Нужно помнить, что самым действенным способом борьбы с детонацией является использование рекомендованного автопроизводителем высококачественного топлива.

Геометрические параметры двигателя: объем и степень сжатия

Объем двигателя

Прежде чем говорить о компрессии и степени сжатия, разберемся с понятием объема. У цилиндра существует 3 вида объемов:

• рабочий;
• камеры сгорания;
• полный.

В полный объем входит рабочий объем и объем камеры сгорания. Каждый мотор имеет определенное количество цилиндров. Чтобы узнать общий объем двигателя, нужно сложить параметры каждого цилиндра.

Объемы цилиндра двигателя

Ход поршня (S) – это расстояние от ВМТ до НМТ:

S = 2R,

где R – радиус кривошипа.

Ход поршня S и диаметр D цилиндра определяют размеры двигателя. Если отношение S / D < 1, то двигатель является к о р о т к о х о д н ы м. У легковых автомобилей большинство двигателей короткоходные.

Объем камеры сгорания (Vк) – это объем над днищем поршня, находящимся в ВМТ.

Для расчета рабочего объема одного цилиндра, нужно умножить площадь сечения цилиндра на длину рабочего хода поршня. Длина хода поршня определятся расстоянием от нижней мертвой точки (НМТ) до верхней мертвой точки (ВМТ), т.е. от максимально нижнего до максимально верхнего положения поршня.

По формуле это выглядит так:

Vраб. = πr2h,

где π = 3,14,

r – радиус,

h – длина рабочего хода поршня.

Рабочий объем двигателя (VH) (литраж двигателя) складывается из рабочих объемов всех цилиндров, иначе это произведение рабочего объема одного цилиндра на количество цилиндров:

VH = VhZ,

где Z – число цилиндров.

Полный объем цилиндра (Vo) – это сумма рабочего объема одного цилиндра и объема камеры сгорания в головке блока:

Vo = Vh + Vк.

Например, если объем одного цилиндра составил 499 кубических сантиметров, а цилиндров четыре, то нужно умножить 499 на 4 и получим 1996 кубических сантиметров. Далее, округляем до 2000 и делим на 1000, чтобы получить значение в литрах. Таким образом, рабочий объем двигателя составит 2 литра.

Объем двигателя – это параметр ДВС, который определяет его мощность.

В большинстве стран стоимость автомобильного налога зависит от рабочего объема двигателя. Чем он больше, тем дороже обходится налог. Например, объем мотора японского автомобиля “Kei Car” всего 0,66 кубических сантиметров. Владельцы этих машин вообще не платят дорожный налог.

Рабочий объем любого двигателя измеряется в кубических сантиметрах или литрах. Исходя из объема, автомобили делятся на категории:

• микролитражные (не больше 1,1 литра);
• малолитражные (от 1,2 до 1,7 литра);
• среднелитражные (от 1,8 до 3,5 литра);
• крупнолитражные (от 3,6 и больше).

Чем больше объем, тем больше топливно-воздушной смеси помещается в каждой камере сгорания. Этот показатель напрямую влияет на расход топлива, но вместе с тем увеличивается мощность автомобиля.

Что такое степень сжатия

Движение поршня происходит в результате давления газов, которые образуются при сгорании топливно-воздушной смеси. Перед воспламенением смесь сжимается поршнем в цилиндре. Оставшийся объем в цилиндре после полного сжатия топлива (объем над поршнем в ВМТ) называется камерой сгорания.

Степень сжатия – это отношение объема камеры сгорания к полному объему цилиндра. Она рассчитывается по формуле:

ξ = (Vр + Vс): Vс,

где Vр – это рабочий объем,

Vс – объем камеры сгорания.

Например, полный объем цилиндра равен 500 кубических сантиметров, а объем камеры сгорания 50 кубических сантиметров. Сжатие в 10 раз. Значит, степень сжатия будет равна 10:1.

Степень сжатия является соотношением и относительной величиной.