Степень сжатия дизельного двигателя

В любом автомобиле двигатель является очень сложной системой, и дизельный не исключение. Они состоят из различных механизмов и сложных систем.
Когда происходит взаимодействие всех систем и механизмов, в двигателе образуется энергия, которая преобразуется во время сгорания смеси, образуемой из воздуха и топлива  и далее кривошипно-шатунный механизм преобразует поступательно-возвратное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

Содержание:

1. Что такое степень сжатия дизельного двигателя
2. Принцип работы
3. Разница степени сжатия бензинового и дизельного двигателей

Что такое степень сжатия дизельного двигателя

Степенью сжатия является соотношение между полным объемом цилиндра, когда поршень располагается в нижней мертвой точке (НМТ) и объемом камеры сгорания во время достижения поршнем верхней мёртвой точки (ВМТ).

Такое соотношение показывает разницу в давлении, которое образуется в цилиндре мотора при попадании в него топлива.  В документах, которые идут вместе с двигателем, такое соотношение указывается при помощи математических расчетов, например 18:1. Наилучшая степень сжатия в таком двигателе располагается в диапазоне от 18:1 до 22:1.

Принцип работы

В дизельных моторах в процессе сжатия, то есть когда происходит движение поршня к ВМТ, происходит очень быстрое сокращение объёма цилиндра. В итоге в камере сгорания располагается только воздушная масса, именно она сжимается, такой процесс носит название такт сжатия.
Когда к ВМТ подходит поршень, сжатие воздуха происходит на необходимую степень, происходит подача топлива в камеру сгорания под высоким давлением.

Топливо-воздушная смесь при образованном высоком давлении мгновенно воспламеняется и создает повышенное давление в камере, поршень в такой момент как раз проходит ВМТ. Одним из преимуществ дизеля является то, что смесь возгорается только от давления, нет необходимости в сложной и высокоточной системе зажигания. Но роз без шипов не бывает — обратной стороной повышенного давления является особое внимание к герметизации соединений и наличие топливного насоса высокого давления (ТНВД), штуки прецизионной и очень капризной. В процессе сгорания смеси образуется сильное давление, которое начинает давить на поршень и вести его к НМТ. При помощи шатуна все поршневые движения преобразуются во вращение коленчатого вала.

Процесс образования давления при возгорании смеси, которое заставляет передвигаться поршень к НМТ, носит название рабочий ход.
Степень сжатия играет особую роль в такте сжатия. Чем больше степень, тем быстрее и легче воспламеняется смесь, которая полностью сгорает и образует требуемое давление.

Если степень сжатия дизельного двигателя имеет высокий показатель, то она будет создавать высокую мощность при низком заборе топлива. Но у них степень сжатия способна варьироваться в оптимальном диапазоне, который нарушать не стоит, и это не просто так:

• Если образовалась степень сжатия ниже допустимого диапазона, то значительно понижается мощность показателя, а объем потребляемого топлива начнет расти;
• Если образовалась степень сжатия выше необходимого диапазона, то образуется сильная нагрузка на цилиндры и поршни, в результате они быстро изнашиваются.
• Если произошло сильное увеличение степени сжатия, поршень начинает прогорать, а шатун изгибаться.

Зафиксированы случаи, когда при сильном повышении сжатия происходил взрыв всей системы без возможности ее восстановления.

Разница степени сжатия бензинового и дизельного двигателей

Степень сжатия и количество расхода топлива считаются основными показателями в обоих видах двигателей. Так как между сжатием и мощностью существует прямая зависимость.

В двигателях на бензине показатель сжатия находится на отметке 12 единиц, а у дизельных моторов данное число варьируется от 13 до 25 единиц.
Показателем экономичности является удельный расход топлива. Его прямой функцией является определение объема сжигаемого топлива во время работы при мощности 1 кВт за один час.
Бензиновые двигатели за час сжигают около 305 граммов топлива, в то время как дизельные всего 200 граммов.
К тому же у бензиновых моторов существует один существенный недостаток, у них низкая тяга во время работы на холостых оборотах. Очень часто двигатель глохнет, если совершается попытка движения на низких оборотах. А вот у дизельных двигателей такого недостатка нет.

Степень сжатия в двигателе играет очень важную роль, и за этим показателем рекомендуется следить, чтобы мотор работал долгое время, а основные запчасти не изнашивались за короткое время. Вмешиваться в систему, которая создана производителем, нежелательно, но если такая необходимость возникла, то лучше предоставить это дело специалисту.

Читайте также:

Степень сжатия дизельного двигателя — что это такое?

В этой статье речь пойдет об процессах, происходящих внутри камер сгорания мотора. Наверное, большинство из Вас имеет хотя бы общее приставление о принципе работы двигателя, но дело в том, что данный элемент не является универсальным устройством и на сегодняшний день выделяют несколько его видов: бензиновый, дизельный, газовый, газодизельный, роторно-поршневый.

Еще до недавнего времени, наиболее распространенными были первых два варианта, но с ростом цен на соответствующие топливо, довольно большое количество автолюбителей, перевели свои автомобили на газовое потребление.

Однако, говорить о том, что газ полностью вытеснил бензин и дизельное топливо, конечно же не приходится, а значит информация касающееся работы таких моторов не будет лишней. Говоря конкретнее, речь пойдет о процессе сжатия, которое происходит внутри камеры сгорания конкретно дизельного двигателя. Начнем с теоретической стороны этого вопроса.

Изучаем теорию – что происходит внутри камеры сгорания

Дизельный двигатель внутреннего сгорания (дизель) являет собой поршневую систему, работающую благодаря воздействию сжатого воздуха на распыленное топливо, которое впоследствии самовоспламеняется. В качестве такого топлива используют довольно широкий вариативный ряд веществ: продукты нефтеперегонки (керосин, мазут), а также некоторые продукты имеющие природное происхождение, в том числе: фритюрный жир, пальмовое и рапсовое масла. В теории дизельный двигатель может работать даже на сырой нефти, но гарантировать полную успешность этого процесса сложно.

Давайте же посмотрим каким образом дизтопливо заставляет мотор работать. Весь процесс деятельности дизельного двигателя можно разделить на четыре взаимосвязанных этапа (четырехтактная система): этап впрыска (впуска), этап сжатия, этап расширения (его еще называют «рабочий ход»), этап выпуска отработанного газа. Повторение, раз за разом, такого цикла обеспечивает движение автомобиля. Но сегодня мы не будем детально разбирать каждый этап и сосредоточим свое внимание в основном лишь на процессе сжатия.

В теории, степень сжатия характеризуется соотношением объемов пространства над рабочим поршнем, в процессе прохождения им нижней и верхней мертвой точки. Иными словами, данное понятие выражает разницу давления в камеры сгорания, когда топливо впрыскивается в цилиндр, соответственно относится исключительно к поршневым двигателям, обладающими такой камерой. Степень сжатия чем то схоже с понятием «компрессии», некоторые их даже путают, хотя на деле они совершенно разные.

Компрессия характеризуется размеренностью давления и ее можно измерить в Атмосферах, Барах или Паскалях, чего нельзя сказать про степень сжатия, так как это величина относительная, представляющая собой соотношение объема полного цилиндра и объема камеры сгорания. Данный параметр не меняется на протяжении всего строка службы двигателя и чаще всего его указывают в технических характеристиках.

Практически измерить степень сжатия невозможно, но многие автолюбители прибегают для этого к математическим расчетам (например 10:1). Оптимальным соотношением для дизельных двигателей считается 18-22:1, при котором мотор способен работать наиболее эффективно. Со степенью сжатия напрямую связано качественное использование дизельного топлива, ведь чем выше поднимается давление в камере (повышается сжатие), тем меньше расходуется топливо, что совсем не означает снижение мощности, даже наоборот — она может увеличиваться.

Степень сжатия на практике – как это происходит

Как мы уже знаем, работа двигателя стает возможной благодаря воспламенению образующейся смеси паров топлива и воздуха. Такая горючая смесь расширяется, толкая поршень, который, в свою очередь, вращает каленной вал. Давление в камере при этом значительно возрастает и двигатель совершает один такт работы.

Если степень сжатия возрастает — увеличивается и сила давления на поршень, заставляя мотор совершать больше полезной работы. На дизельных двигателях, для большей эффективности использования высокой степени сжатия, не используют дроссельную заслонку.

Вместо этого, мощность мотора регулируется количеством топлива, которое впрыскивается в цилиндр. Это способствует сильному сжатию воздуха в цилиндре, даже при низкой мощности (например когда в камеру сгорания впрыскивается незначительное количество топлива), при чем выделяется достаточное количество тепла для воспламенения и очень обедненной смеси.

Однако, увеличив степень сжатия Вы не всегда сможете добиться увеличения мощности. В случае, когда статистическая степень сжатия находится близко к пределу детонации для конкретно используемого топлива, то продолжение возрастания сжатия способно ухудшить надежность и мощность двигателя.

Казалось бы, что происходящие процессы должны влиять на безопасность окружающих, так как получающаяся смесь обладает повышенной взрывоопасностью, но на практике практически ничто и никогда не взрывается, как же так? Все дело в том, что в камеру сгорания топливо впрыскивается после того как в ней сжимается чистый воздух, при чем общее количество топлива в топливно-воздушной смеси не меняется, а за счет большого количества воздуха оно сгорает со значительно высоким уровнем коэффициента полезного действия.

Сегодня производители практически сняли с производства дизельные двигатели, имеющие низкую степень сжатия, так как в условиях нынешней рыночной экономики все большее количество людей стремятся к накоплению денежных средств, а расход большего количества топлива никак этому не способствует. Их место заняли высокооборотные дизельные двигатели с возможностью большей степени сжатия. Также практически исчезло из рынка низкооктановое топливо, так как потребность в нем отпала вместе с ограничением выпуска моторов для которых оно было предназначено.

Изменение степени сжатия – как улучшить показатели

Понятно, что смесь, попадающая в камеру сгорания должна равномерно гореть сопровождая процесс движения поршня вниз и ни в коем случае не взрываться, ведь только при соблюдении подобного условия, можно говорить про максимально эффективный расход топлива и равномерное изнашивание деталей поршневой системы. Проблема состоит в скорости, с которой такая смесь сгорает, так как это происходит быстрее, чем поршень успевает пройти свой путь.

В этом кроется главная сложность увеличения степени сжатия, встающая на пути водителей, задавшихся этой целью. В такой ситуации, увеличение давления повлияет на самопроизвольное возгорание смеси (преждевременное воспламенение), когда поршень еще не успел полностью завершить начатую фазу сжатия. Энергия, при этом, образует ненужное сопротивление и попусту растрачивается.

Еще одной проблемой можно назвать выделение слишком большого количества энергии, что приводит к взрыву (детонации). О том, какие последствия может иметь это явление говорить, лишний раз, не приходится.

Как видите, увеличение степени сжатия не только сложный, но и опасный процесс, тем не менее находятся смельчаки, которые все же решаются на это. Делается это двумя основными способами:

Устанавливается более тонкая прокладка двигателя, но так как при этом клапана и поршни могут столкнуться, необходимо все тщательно рассчитать. Возможен, также, вариант установки новых поршней с большими углублениями для клапанов. Нужно учитывать и тот факт, что при применении данного способа, нужно будет заново настраивать фазы газораспределения, которые непременно изменятся.

Растачиваются цилиндры двигателя, при чем поршни нужно будет заменить. Такой метод не только повышает степень сжатия, но и увеличивает рабочий объем двигателя. Благодаря соотношению прежнего объема камеры (он не меняется) и увеличеного объема цилиндра в большую сторону меняется степень сжатия.

Повысив степень сжатия, Вы не всегда можете получить желаемую прибавку в мощности. Чем под большую степень сжатия двигатель настроен изначально, тем меньшей будет прибавка. Другими словами, повышение мощности Вашего автомобиля, с изначальным показателем сжатия 8 будет более эффективным, чем у Вашего соседа, обладающим двигателем с аналогичным показателем в 13.

Если самостоятельно страшно вносить какие либо изменения в работу двигателя, а увеличить общую мощность автомобиля все-таки хочется, на помощь Вам придет альтернативный вариант повышения давления в камере сгорания и называется он «турбо-нагнетатель». Установив на транспортное средство такое устройство, объем камеры сгорания не изменится, но мощность существенно увеличится (иногда на 50% от изначальных показателей).

Еще одним преимуществом данного изобретения является относительная легкость монтажа, не требующее вмешательства специалистов, а значит не придется совершать лишние растраты. Правда, многие автолюбители все же предпочитают обращаться в сервисные центры, что может самое верное решение.

Принцип работы всех нагнетателей базируется на подачи большего количества воздуха и горючего на впуске, при чем объем камеры сгорания не меняется. Благодаря этому, при сгорании увеличивается количество энергии и возрастает мощность двигателя.

Как бы не хотелось увеличить степень сжатия дизельного двигателя своего автомобиля, всем автолюбителям стоит учитывать и дополнительную нагрузку на детали, которая возрастает вместе с увеличением количества энергии тепла. В следствии этого быстрее изнашиваются клапаны, прогорают поршни и выходит из строя система охлаждения. Также, несмотря на то, что турбонадув можно установить самостоятельно, демонтировать его, даже профессионалы не всегда смогут Вам помочь, а в особо тяжелых случаях двигатель может просто взорваться, причем страховка тут уже не поможет.

Так что, стоит или не стоит вмешиваться в предусмотренную производителем конструкцию мотора — решать Вам, но всегда помните о возможных последствиях. Тем более, на многих, выпускаемых сегодня, автомобилях устанавливают интеркулеры, позволяющие увеличивать наполнение цилиндров до 20%, что также значительно повышает мощность.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как,
Facebook,
Вконтакте,
Instagram,
Pinterest,
Yandex Zen,
Twitter и
Telegram:
все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Какие бывают дизели

В последние годы растет интерес автомобилестроителей к дизельным двигателям. Сейчас почти все крупные фирмы оснащают ими часть своих легковых моделей. О грузовых машинах, автобусах, фургонах и говорить не приходится: на подавляющем большинстве западноевропейских, японских американских стоят дизели. Все значительнее их доля и в производстве наших грузовиков и автобусов. В ряде стран практически не встретишь такси с бензиновым двигателем, хотя автомобиль с дизелем дороже и тяжелее, более дымен и шумен, у него хуже скоростные и динамически качества.

Но все эти недостатки дизеля «искупаются» тем, что он потребляет меньше топлива, которое вдобавок часто стоит дешевле бензина. Так не идет ли дело к постепенному вытеснению бензинового мотора? Нет. При выборе типа двигателя решающее значение имеют условия эксплуатации, в первую очередь годовой пробег: чем он больше — тем быстрее покрывается разница в цене автомобилей с дизелем и бензиновым мотором. Так, в некоторых странах более высокие затраты на приобретение автомобиля с дизелем компенсируются уже за 20 тысяч километров: после этого эксплуатация дизельного автомобиля становится выгоднее. Отсюда и предпочтение дизелям для такси, грузовиков, автобусов, фургонов: все они имеют большие годовые пробеги.

Конечно, в разных странах величина «компенсирующего» пробега колеблется. Она зависит от разницы цен на дизельное топливо и бензин, а также от налоговой политики. Поэтому и доля легковых автомобилей с дизелями в разных странах неодинакова.

Предкамерный дизель. Объем предкамеры — 20-40% от общего объема камеры сгорания; степень сжатия — 20-21.

Чтобы разобраться, почему дизельный двигатель экономичнее бензинового, надо сравнить особенности их конструкции и рабочие процессы. Как известно, в двигателях обоих типов после такта сжатия сгорает смесь топлива с воздухом. В бензиновом эта смесь приготавливается в карбюраторе или во впускной трубе, куда топливо впрыскивается форсункой, и воспламеняется в камере сгорания от искры.

Таким образом, в цилиндр бензинового двигателя всасывается смесь топлива с воздухом. В дизеле всасывается чистый воздух, а в конце такта сжатия, когда температура сжатого воздуха становится достаточно высокой, в камеру сгорания впрыскивается топливо. Здесь оно должно успеть распылиться, смешаться с воздухом и воспламениться. На эти процессы в дизеле отведен очень короткий промежуток времени: он соответствует повороту коленчатого вала на 20-40° против почти 360° в бензиновом. При этом надо учесть, что вал вращается с частотой 4500-4800 об/мин: на таких оборотах работают современные дизели легковых автомобилей. Становится ясно, что их топливная аппаратура должна удовлетворять весьма высоким требованиям. Здесь мы подошли к самому сложному этапу создания дизельного двигателя — к организации его рабочего процесса.

Итак, за очень короткий отрезок времени топливо необходимо впрыснуть в камеру сгорания и смешать с воздухом, а для этого — тонко распылить. Если капли топлива будут слишком крупными, они не успеют сгореть за отводимое им для этого время. Несгоревшее топливо вылетит в выхлопную трубу в виде темного дыма, а также напомнит о себе повышенным расходом. Но недостаточно хорошо распылить топливо: его, как уже говорилось, нужно тщательно перемешать с воздухом, чтобы обеспечить полное сгорание. Для этого используют разные методы. В основном они сводятся к завихрению воздуха, в который и подают топливо. Организовать интенсивное движение воздуха в цилиндре оказывается не так просто. В современных двигателях для этого, например, камеру сгорания разделяют на несколько частей, обычно на две. Такие камеры называют двухполостными. При этом одна часть является основной, а другая — дополнительной. В последней и происходит интенсивное перемешивание топлива с воздухом и его воспламенение.

Вихрекамерный дизель. Объем вихревой камеры — 50-80% от общего объема камеры сгорания; степень сжатия — 20-23.

Дело в том, что при сжатии давление воздуха в основной камере сгорания нарастает быстрее, чем в дополнительной, поэтому воздух перетекает из основной в дополнительную камеру. В автомобильных двигателях в основном применяют два варианта дополнительных камер. В первом она представляет собой тело вращения. Воздух подается в нее вдоль оси вращения, а топливо впрыскивается навстречу воздуху. При этом происходит интенсивное перемешивание топлива с воздухом и воспламенение. Такие двигатели называют предкамерными (форкамерными). Камеры другого типа имеют форму сферы, куда воздух подводится по каналу (или каналам), направление которого касательно к сферической поверхности. При этом в дополнительной камере происходит интенсивное вращательное движение воздуха, а топливо впрыскивается (в большинстве случаев) перпендикулярно к направлению движения воздуха. При этом также происходит интенсивное перемешивание топлива с воздухом и воспламенение. Эти двигатели называют вихрекамерными. В результате воспламенения резко повышается давление в дополнительной камере, и горящие газы перетекают в основную, где и происходит их догорание и расширение, то есть рабочий ход. Как вихрекамерные так и предкамерные двигатели надежны в работе, обладают неплохой экономичностью и требуют сравнительно невысокого (120-150 кгс/см2/12-15 МПа) давления впрыска. Это очень важно: создаются условия для использования сравнительно простой топливной аппаратуры, в частности, одно дырчатых форсунок. Практически все выпускаемые в настоящее время дизели легковых автомобилей являются вихрекамерными или предкамерными.

Другой тип дизелей — с камерой сгорания, образованной полостью между днищем поршня и головкой цилиндра (при положении поршня в верхней мертвой точке). Такие камеры называют однополостными, поскольку они представляют собой единый объем, в который и впрыскивают топливо, и вот почему сами дизели именуют также двигателями с непосредственным впрыском топлива. Основной объем камеры сгорания здесь образует, как правило, выемка в днище поршня.

Дизель непосредственным впрыском топлива. Степень сжатия — 13-18.

У однополостных камер при одинаковом с двухполостными объеме меньше площадь поверхности, через которую тепло, образовавшееся в процессе сгорания, уходит в охлаждающую среду. У них не теряется энергия на перекачивание газа из одной полости в другую.

Благодаря этому дизели с непосредственным впрыском имеют более высокий КПД и, следовательно, лучшую (примерно на 15%) экономичность, чем вихрекамерные и предкамерные.

Для организации рабочего процесса с непосредственным впрыском необходимо решить уже известные нам задачи подать топливо в камеру сгорания достаточно тонко его распылить и хорошо перемешать с воздухом.

Качество распыливания и «дальнобойность» топливного факела обеспечивают более высоким, чем при разделенных камерах, давлением впрыска (200—1500 кгс/см2 /20—150 МПа), а для равномерного распределения топлива по объему форсунки делают с несколькими (пятью—семью) отверстиями. Аппаратура, рассчитанная на большее давление, несколько сложнее и дороже, чем для предкамерных и вихрекамерных дизелей.

Дизель с пленочным смесеобразованием. Степень сжатия — 13-18.

Но процесс, давно освоенный на двигателях среднего и большого литража (грузовиков, тракторов, судов), оказывается непросто осуществить на моторе со сравнительно малым объемом камеры сгорания и цилиндра. В однополостной камере одновременно воспламеняется больший объем смеси, чем в разделенной, быстрее нарастает давление газов, а значит, и нагрузки на детали шатунно-поршневой группы. Такую работу двигателя называют жесткой. Она сопровождается повышенным шумом. Из-за высоких нагрузок поршни, шатуны коленчатый вал приходится делать более массивными, поэтому двигатель получается тяжелее. Из-за этих недостатков он неприемлем для легкового автомобиля.

Разработаны такие однополостные камеры, где перемешивание топлива с воздухом и его воспламенение происходит не во всем объеме одновременно. Часть топлива направляется на стенку камеры и растягивается воздухом в тонкую пленку. По мере испарения оно подхватывается воздушными вихрями и последовательно вводится в очаг сгорания. Вначале воспламеняется небольшое количество топлива; благодаря этому давление нарастает постепенно и дизель работает мягче. Если на стенки направляется почти все впрыскиваемое топливо, смесеобразование называют пленочным, если часть его — объемно-пленочным.

Но для легковых автомобилей достигнутая таким путем экономичность еще недостаточна. Поэтому ищут новые способы организовать турбулентное движение воздуха в камере: устанавливают по два впускных клапана на цилиндр, создают новые типы форсунок и распылителей — специально для малолитражных дизелей. Вместо четырехцилиндровых двигателей предлагают трехцилиндровые: у них больше объем одного цилиндра (при равном суммарном) значит, легче организовать рабочий процесс Задача создания малолитражного двигателя с непосредственным впрыском, конечно, будет решена, но потребует немалых усилий.

Познакомившись с особенностями конструкции дизелей, вернемся к вопросу о том, почему они более экономичны, чем бензиновые двигатели. Тут несколько причин. Основные — различия в системах регулирования и величинах степени сжатия.

Сравнение топливной экономичности легковых автомобилей с различными двигателями: 1 — типичный бензиновый; 2 — бензиновый с улучшенным рабочим процессом; 3 — вихрекамерный дизель; 4 — дизель с непосредственным впрыском.

Регулирование работы дизеля (изменение его мощности) осуществляется увеличением или уменьшением подачи топлива в цилиндр. Работа бензинового двигателя регулируется прикрытием или открытием дроссельной заслонки карбюратора. 3десь необходимо напомнить, что сжатие воздуха в цилиндре дизеля или рабочей смеси в бензиновом двигателе начинается при давлении ниже атмосферного, то есть при некотором разрежении. Оно возникает в результате того, что во время всасывания впускной клапан и впускной тракт оказывают значительное сопротивление потоку смеси или воздуха. Поэтому когда поршень находится в нижней мертвой точке перед тактом сжатия в цилиндре — разрежение. В итоге фактическая степень сжатия всегда ниже геометрической (той, которая должна быть, если бы сопротивление впускного тракта равнялось нулю и сжатие начиналось с давления, равного атмосферному). У бензинового двигателя очень большое сопротивление создает дроссельная заслонка. Когда она прикрыта, то есть водителю не нужна полная мощность двигателя, разрежение в цилиндре достаточно велико, оно даже используется например, для работы усилителя тормозов. При этом действительная степень сжатия намного ниже геометрической, указанной в технической характеристике. А именно от степени сжатия прежде всего зависят мощность и экономичность двигателя. Вот на этих, так называемых частичных режимах и выигрывает дизель: у него нет дроссельной заслонки и фактическая степень сжатия меньше отличает от геометрической. Вдобавок у дизеля она выше по условиям сгорания — 18—23, тогда как у бензинового не превышает, как правило, 10. Чтобы получить практически такие высокие степени сжатия, необходимо изготовлять детали кривошипно-шатунного механизма, полости в поршне и головку блока дизеля с большой точностью, а это требует дополнительных производственных затрат, что сказывается на стоимости двигателя. На нее оказывает влияние и топливная аппаратура она сложнее, требует очень высокой точности изготовления и потому дорога.

Таким образом, дизельные двигатели более экономичны, но и более дороги, чем бензиновые. Существенно и то, что регулировка и ремонт дизельной аппаратуры (насосов, форсунок) требуют большой точности и трудовых затрат и возможны только в специально оборудованных мастерских и СТО. Целесообразность применения дизелей зависит от условий эксплуатации автомобилей, на которых они установлены. И выбор того или иного типа двигателя диктуется в основном экономическими расчетами.

Разумеется, мы смогли коснуться лишь основных проблем, связанных с этим выбором. Более подробно конструктивные особенности различных двигателей освещены в специальной литературе.

Ю. Пташкин, инженер. («За рулем», 1983, №11)

Литература

П. Белов, В. Бурячко, Е Акатов. Двигатели армейских машин. Ч. 1. М., Воениздат, 1971.

Двигатели внутреннего сгорания Теория поршневых и комбинированных двигателей. Под ред. А. Орлина, М. Круглова, 4-е изд. М., Машиностроение, 1983.

И. Ленин, К. Попык, О. Малашкин и др. Автомобильные и тракторные двигатели (теория, системы питания, конструкции и расчет). М., Высшая школа, 1969.

А. Орлин, В. Алексеев, Н. Костыгов и др. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. 2-е изд. М., Машиностроение, 1970.

Поделиться в FacebookДобавить в TwitterДобавить в Telegram

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

Почему нужно знать, какая компрессия должна быть в дизельном двигателе

Компрессия дизельного двигателя является основным показателем его исправности. Компрессией называют максимальное значение давления, создаваемого в цилиндре, при нахождении поршня в ВМТ (верхней мертвой точке). Конструктивные особенности дизельных движков таковы, что малейшее отклонение компрессии от нормы приводит к сбоям в работе силового агрегата.

Заниженный показатель давления влечет за собой полный отказ в работе цилиндра. При возникновении сбоев или запуске дизеля и в работающем моторе необходимо производить тщательную проверку компрессии. Диагностика давления производится согласно инструкции, приложенной к прибору.

Технические характеристики двигателей внутреннего сгорания содержат информацию о конструктивном параметре — степени сжатия, который является постоянной величиной. Степень сжатия дизельного двигателя представлена в виде соотношения объемов цилиндра при расположении поршня в НМТ (нижней мертвой точке) и в ВМТ соответственно.

Определить степень сжатия можно путем деления величины объема цилиндра на объем камеры сгорания. Результат, полученный после деления, указывает во сколько раз уменьшается объем топливовоздушной смеси при перемещении поршня из нижней точки в ВМТ.

Основной характеристикой работы дизеля является именно компрессия в цилиндрах, потому что только при достижении рабочего давления определенного значения температура сжатого воздуха повышается и происходит воспламенение топливовоздушной смеси.

Описание признаков снижения компрессии

В процессе эксплуатации дизеля компрессия склонна к снижению вследствие постепенного износа его деталей и узлов. Величина давления отображает состояние элементов, входящих в состав дизельного мотора.

Проблемы, возникающие по причине пониженной компрессии, имеют следующие признаки:

1. Возникновение трудностей при запуске двигателя.
2. Плохое зажигание.
3. Скачки в работе движка, плавают обороты.
4. Троение дизеля, вызванное отказом одного или нескольких цилиндров.
5. Шумная работа мотора вследствие формирования и последующих микровзрывов избыточных топливных испарений в силовом агрегате.
6. Снижение мощности дизеля.
7. Возрастание давления в системе охлаждения.
8. Появление потоков масла снаружи двигателя.
9. Увеличение расхода дизтоплива почти в два раза.
10. Нагрев силового агрегата.
11. Появление синего дыма, выходящего из выхлопной трубы при запуске мотора.

Возникновение хотя бы одного из перечисленных признаков вызывает необходимость проверки давления сжатого воздуха в цилиндрах.

Уровень проверяемого показателя давления опосредованно информирует о высоте температуры сжатого воздуха, вследствие чего становится понятно, возможно ли запустить двигатель. Повышение температуры сжатого воздуха до необходимого уровня возможно только при обеспечении достаточного давления в цилиндрах.

Определение нормы компрессии дизеля

Автовладельцы часто задаются вопросом, какая компрессия должна быть в дизельном двигателе. Норма давления сжатого воздуха в цилиндрах дизеля более высокая в сравнении с бензиновыми моторами. Запуск дизельного движка происходит при достижении давления более 22 кг/см3.

Сжатие воздушно-топливной смеси приводит к интенсивному нагреву воздуха свыше 300 ˚С и вспышке впрыснутого дизельного топлива. Наиболее предпочтительным для успешного воспламенения топлива является значение компрессии 20-32 кг/см3.

Уменьшение поршневого давления приводит к снижению температуры сжатого воздуха в камерах сгорания, что является помехой для воспламенения дизтоплива и запуска двигателя особенно в зимнее время.

Владельцам современных автомобилей с дизельным двигателем необходимо обладать информацией о величине давления, при котором холодный мотор заведется при низкой температуре в окружающей среде:

• меньше 28 кг/см3 — дизель заведется только при морозе, слабее чем минус 15˚С;
• от 20 до 30 кг/см3 — до минус 20˚С;
• более 32 кг/см3 — минус 25˚С;
• 36 кг/см3 — до минус 30˚С;
• 37–40 кг/см3 — минус 35˚С.

Данные приведены в расчете на то, что все системы автомобиля, участвующие в запуске мотора, находятся в отличном состоянии.

Причины, вызывающие понижение давления в цилиндрах

Если в результате проверки выяснилось, что компрессия в дизельном двигателе занижена, то чтобы ее повысить, необходимо произвести комплексную проверку и выяснить причины, вызвавшие этот дефект. Причинами низкого давления в цилиндрах дизельного мотора являются следующие факторы:

• неисправности поршня;
• залегание компрессионных колец;
• задиры и сколы на стенках цилиндров;
• трещины в блоке цилиндров;
• отказ прокладки блока цилиндров, появление неровностей на прилегающей поверхности;
• нарушение герметичности корпуса двигателя, образование трещин;
• возникновение слоев нагара внутри силового агрегата вследствие использования топлива плохого качества;
• отказ клапанов в следствие прогорания или неправильной настройки.

Показатель компрессии находится в прямой зависимости от степени изношенности деталей, входящих в поршневую группу, от клапанов и зазоров, отвечающих за температуру сжатого воздуха, установленных при их регулировке.

При выявленных дефектах в поршне или компрессионных кольцах нужно ремонтировать всю поршневую группу. Чтобы увеличить давление при выявлении задиров на цилиндрах, необходимо произвести шлифовку стенок или замену всего блока цилиндров.

Изношенные и прогоревшие клапаны нуждаются в замене и последующей настройке. Неверная регулировка клапанов является причиной неравномерной компрессии в цилиндрах.

Проведение комплексной проверки дизельных моторов является обязательным мероприятием для предупреждения окончательного отказа мотора.

Состояние всех элементов двигателя влияет на уровень компрессии. Снижение этого показателя говорит о сильном износе механизмов силового агрегата. При проведении комплексной диагностики всегда измеряется уровень давления сжатого воздуха в цилиндрах дизельных моторов.

Алгоритм замера давления в цилиндрах

Проверять компрессию необходимо после тщательного прогрева движка. При проведении замеров давления в поршнях используется прибор под названием компрессометр, имеющий специальную шкалу манометра для вывода информации и резьбу, рассчитанную на вкручивание вместо свечей накаливания или форсунок.

Последовательность действий состоит в выполнении следующих операций:

1. Снятие свечи накаливания или форсунки с одного из цилиндров.
2. Установка измерительного прибора на место снятой свечи или форсунки.
3. Проворачивание коленчатого вала при помощи стартера.
4. Фиксирование полученного результата.
5. Замер давления в остальных цилиндрах производится подобными действиями.
6. Сверка полученных результатов.
7. Добавление 50 мл масла в каждый поршень при помощи медицинского шприца.
8. Прокручивание мотора при снятых свечах при помощи стартера.
9. Новый замер компрессии.
10. Возрастание данного показателя свидетельствует о проблемах, возникших в поршневой группе.
11. Если давление осталось неизменным, то необходимо производить ремонт и регулировку в клапанном механизме.

Для получения реальных результатов при проведении контрольных замеров необходимо обеспечить необходимое количество оборотов коленчатого вала, равное 200–250 оборотов в минуту.

Что делать при усиленном снижении компрессии дизельного двигателя?

При выявлении сниженной компрессии необходимо обратиться к специалистам с целью проведения тщательной диагностики силового агрегата. Серьезное снижение данного показателя при большом пробеге свидетельствует об износе элементов и необходимости их замены с последующими профессиональными регулировками на специальных стендах.

Если в одном из цилиндров давление занижено в сравнении с остальными, то придется производить переборку всего двигателя. Разное значение компрессии исчезнет только после замены всей поршневой группы.

Сборка и ремонт дизельных двигателей обходятся намного дороже вследствие технологических особенностей. Требования к величине компрессии объясняются тем, что воспламенение дизельного топлива при холодном запуске происходит только при заданной величине этого показателя.

Дизельный двигатель

16. 05.2010

Описание конструкции

Дизельный двигатель — это двигатель с возвратно-поступательным движением поршней, имеющий такую же базовую конструкцию и рабочий цикл, что и бензиновый двигатель. Главное отличие между дизельным двигателем и бензиновым двигателем заключается в используемом топливе и способе воспламенения топлива для обеспечения его сгорания.

Работа

В дизельных двигателях для зажигания воздушно-топливной смеси в камере сгорания используется теплота сжатия. Такое зажигание выполняется с использованием высокого давления сжатия и дизельного топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания под очень высоким давлением. Комбинация дизельного топлива и высокого давления сжатия обеспечивает самовоспламенение, позволяющее начать цикл сгорания.

Блок цилиндров

Блоки цилиндров дизельного и бензинового двигателя аналогичны друг другу, но в их конструкции имеются некоторые различия. В большинстве дизельных двигателей используются гильзы цилиндров, а не цилиндры, выполненные как часть блока. При использовании гильз цилиндров может быть выполнен ремонт, позволяющий эксплуатировать двигатель в течение длительного времени. На тех дизельных двигателях, в которых не используют гильзы цилиндров, стенки цилиндра толще, чем стенки на бензиновом двигателе с аналогичным рабочим объемом. Для увеличения опорной поверхности коленчатого вала дизельные двигатели имеют более тяжелые и более толстые коренные перемычки.

Мокрые гильзы цилиндров

Мокрые гильзы цилиндров, используемые в дизельных двигателях, аналогичны используемым в бензиновых двигателях. Физические размеры гильз могут отличаться, чтобы соответствовать рабочим условиям дизельного двигателя.

Коленчатый вал

Коленчатый вал, используемый в дизельных двигателях имеет конструкцию, аналогичную конструкции коленчатого вала на бензиновых двигателях, но с двумя отличиями:

•    Коленчатые валы дизельных двигателей обычно кованые, а не литые. Ковка делает коленчатый вал более прочным.
•    Шейки коленчатого вала дизельного двигателя обычно больше по размеру, чем шейки коленчатого вала бензинового двигателя.
Увеличение шеек позволяют коленчатому валу выдерживать большие нагрузки.

Шатуны

Шатуны, используемые в дизельных двигателях, обычно изготавливаются из кованной стали. Шатуны дизельных двигателей отличаются от шатунов бензиновых двигателей тем, что крышки смещены и имеют мелкие зубья на поверхности сопряжения с шатуном. Конструкция со смещением и мелкими зубьями помогает удерживать крышку на месте и уменьшает нагрузку на болты шатуна.

Поршни и поршневые кольца

Поршни, используемые в дизельных двигателях, предназначенных для работы в легких условиях, выглядят аналогично поршням, используемым в бензиновых двигателях. Дизельные поршни тяжелее чем поршни бензиновыхдвигателей, потому что дизельные поршни обычно изготавливаются из кованной стали, а не из алюминия, и больше внутренняя толщина материала.

Компрессионные кольца, используемые в дизельных двигателях, обычно изготавливаются из чугуна и часто покрываются хромом и молибденом, что позволяет уменьшить трение.

Головка цилиндров

Внешне головка цилиндров дизельного двигателя во многом выглядит подобно головке цилиндров бензинового двигателя. Но имеется много внутренних конструктивных различий, которые делают дизельные двигатели иными, оригинальными.

На дизельном двигателе сама головка цилиндров должна быть намного более прочной и более тяжелой, чтобы выдержать большие тепловые нагрузки и воздействие давления. Конструкция камеры сгорания и воздушные каналы на дизельных двигателях могут быть более сложными, чем на бензиновом двигателе.

В дизельных двигателях используются несколько конструкций камер сгорания, но две конструкции наиболее распространены: неразделенная камера сгорания и вихревая камера.

Конструкция с неразделенной камерой сгорания

Наиболее распространенный тип камеры сгорания для дизельного двигателя — это неразделенная камера, также известная как камера сгорания с прямым впрыскиванием. В неразделенной конструкции обеспечение турбулентности (завихрения) впускаемого воздуха происходит за счет формы канала впуска воздуха. Топливо впрыскивается прямо в камеру сгорания.

Конструкция с вихревой камерой

В конструкции с вихревой камерой используются по две камеры сгорания для каждого цилиндра. Главная камера соединяется узким каналом с меньшей по размеру вихревой камерой. В вихревой камере находится топливная форсунка. Вихревая камера предназначается для обеспечения начала процесса сгорания. Впускаемый воздух вводится в вихревую камеру через узкий канал. Затем в вихревую камеру впрыскивается топливо, и образуемая смесь загорается. После этого горящая смесь входит в главную камеру сгорания, где и заканчивает свое горение, заставляя поршень перемещаться вниз.

Клапаны и седла клапанов

Клапаны дизельного двигателя изготавливаются из специальных сплавов, которые способны хорошо работать при высоком теплообразовании и давлении, характерным для дизельного двигателя. Некоторые клапаны частично заполняются натрием, который помогает отводить тепло. Большой процент от тепла передается от головки клапана седлу клапана. Для обеспечения соответствующей теплопередачи особое внимание должно быть уделено ширине седла клапана.

Широкое седло клапана имеет преимущество, заключающееся в способности передавать большее количество тепла. Однако, широкое седло клапана имеет и большую возможность накопления отложений нагара, которые могут стать причиной протечек в клапане. Узкое седло клапана обеспечивает лучшее уплотнение, чем широкое седло клапана, но не передает такое же количество тепла. В дизельном двигателе необходим компромисс между широкими и узкими седлами клапанов.

В дизельных двигателях часто используются вставные седла клапанов. Вставки имеют преимущество, заключающееся в возможности их замены. Вставные седла клапанов изготавливаются из специальных металлических сплавов, которые выдерживают воздействие тепла и давления дизельного двигателя.

Система подачи топлива

Обычная конструкция

В обычной системе подачи дизельного топлива топливо вытягивается из топливного бака, отфильтровывается и подается к насосу высокого давления. Топливо под высоким давлением доводится до требуемого давления и подается к топливному коллектору, который питает топливные форсунки. Система управления впрыскиванием в соответствующие моменты времени активизирует форсунки, которые на ходе сжатия поршня впрыскивают топливо для его последующего сгорания.

Конструкция с общим топливным коллектором («Common rail»)

В дизельных двигателях с общим топливным коллектором используются независимые системы создания давления топлива и впрыскивания топлива. Топливный насос высокого давления вытягивает топливо от бака и подает его через регулятор давления к общему топливному коллектору. Насос высокого давления состоит из перекачивающего насоса низкого давления и камеры высокого давления. Впрыскивание топлива управляется модулем управления силовым агрегатом (РСМ) и модулем управления форсунками (IDM), который регулирует продолжительность открытого состояния форсунок в зависимости от рабочих условий двигателя.

В конструкции с общим топливным коллектором уровень токсичности отработавших газов значительно уменьшен и минимизирован шум при работе. Все это следствие большего управления процессом сгорания. Регулировка давления топлива и фазы работы форсунок управляются ЮМ и РСМ. Также изменена конструкция форсунки, которая теперь позволяет выполнять предварительное(пред-впрыскивание)и заключительное (пост-впрыскивание) впрыскивание топлива на различных стадиях хода сжатия и рабочего хода.

Улучшенное управление подачей топлива позволяет обеспечивать более чистое, более устойчивое сгорание и создавать требуемое давление в цилиндрах. Это оказывает влияние на уменьшение токсичности выхлопа и шума при работе.

Система смазки

Система смазки, используемая в дизельных двигателях, по принципу действия аналогична системам бензиновых двигателей. Большинство дизельных двигателей имеют маслоохладитель того или иного типа, помогающий отводить тепло от масла. Масло течет под давлением по каналам двигателя и возвращается к картеру двигателя.

Смазочное масло, используемое в дизельных двигателях, отличается от масла, используемого в бензиновых двигателях. Специальное масло необходимо по той причине, что при работе дизельного двигателя происходит большее загрязнение масла, чем в бензиновом двигателе. Высокое содержание углерода в дизельном топливе заставляет масло, используемое в дизельных двигателях, изменять свой цвет вскоре после начала его использования. Должно использоваться только такое моторное масло, которое предназначено специально для дизельных двигателей.

Система охлаждения

Система охлаждения дизельного двигателя обычно имеет больший заправочный объем, чем система охлаждения бензинового  двигателя. Температура внутри дизельного двигателя должна тщательно контролироваться, потому что для самовоспламенения топлива используется тепло.

Если температура двигателя слишком низкая, возникают следующие проблемы:

•    Повышенный износ
•    Плохая экономия топлива
•    Скапливание воды и отстоя в картере двигателя
•    Потеря мощности

Если температура двигателя слишком высокая, возникают следующие проблемы:

•    Повышенный износ
•    Задиры
•    Детонация
•    Прогорание поршней и клапанов
•    Проблемы со смазкой
•    Заклинивание движущихся частей
•    Потеря мощности

Система впрыскивания топлива

Дизельный двигатель работает по принципу самовоспламенения. Впускаемый воздух и топливо сжимаются в камере сгорания так сильно, что молекулы нагреваются и загораются без помощи внешней искры зажигания. Степень сжатия дизельного двигателя намного выше, чем степень сжатия бензинового двигателя. Значение степени сжатия в дизельных двигателях с прямым забором воздуха равняется приблизительно 22:1. Турбодизельные двигатели имеют степень сжатия в диапазоне 16.5-18.5:1. Создается давление сжатия, и температура воздуха возрастает приблизительно с 500 °С до 800 °С (от 932 °F до 1 472 °F).

Дизельные двигатели могут работать только с системой впрыскивания топлива. Смесеобразование происходит только в фазе впрыскивания и сгорания топлива.

В конце хода сжатия топливо впрыскивается в камеру сгорания, где оно смешивается с горячим воздухом и загорается. Качество этого процесса сгорания зависит от качества смесеобразования. Т.к. топливо впрыскивается столь поздно, оно не имеет много времени для смешивания с воздухом. В дизельном двигателе соотношение «воздух -топливо» постоянно поддерживается на уровне больше чем 17:1, таким образом обеспечивается сгорание всего топлива. За более подробной информацией обратитесь к публикации «Работа двигателя и его систем».

автозапчасти в москве

Расчетная степень сжатия. Компрессия бензинового двигателя, компрессия дизельного двигателя, какая компрессия должна быть в норме

Одним из важнейших факторов, определяющих работу ДВС (двигателя внутреннего сгорания), являются степень сжатия и компрессия. От их размера зависит, насколько эффективно работает мотор, и каков у него износ. Попробуем разобраться, что такое компрессия, в чём её измеряют, чем от неё отличается степень сжатия – и как можно изменить эти параметры.

Что такое степень сжатия двигателя, работающего на бензине, или в дизеле?

Проще всего начать со степени сжатия, поскольку этот параметр всегда задан конструктивно. Понять смысл этого термина легко, если вспомнить конструкцию ДВС. В рабочем цилиндре движется поршень – и движение это происходит в определённых пределах, ограниченных двумя мёртвыми точками – верхней (ВМТ) и нижней (НМТ). При этом постоянно изменяется объём поршня, находящийся между поверхностью поршня и головкой цилиндра.

Чтобы определить степень сжатия двигателя, необходимо измерить:

1. Свободный объём цилиндра, когда поршень опущен в НМТ.
2. Такой же объём, когда поршень в ВМТ, где, собственно и происходит зажигание.

Степень сжатия поршневого двигателя будет определяться, как разность между двумя этими объёмами. Она устанавливается конструкцией двигателя и не может быть изменена без замены блока цилиндров.

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

Вопрос о том, как определить степень сжатия двигателя, решается очень просто: по сути, достаточно измерить ход цилиндра между мёртвыми точками. Учитывать площадь поршня при этом обычно не надо: в сечении рабочий цилиндр ДВС одинаков, и меняется только высота того пространства, в котором находится топливная или газовая смесь. Однако такие данные будут лишь приблизительными, поскольку не учитывается объём камеры сгорания. Для точного расчёта лучше использовать калькулятор степени сжатия, который приводится на многих ресурсах автомобильной тематики.

Кроме того, во многих случаях расчет степени сжатия не требуется: производители нередко указывают этот параметр в документах на автомобиль. Например, степень сжатия дизельного двигателя обычно выше, чем у работающего на бензине – и в сопроводительных документах указывают: «Степень сжатия 18:1». Это означает, что во время работы двигателя топливная смесь сжимается в 18 раз.

Что такое компрессия двигателя в цилиндрах?

А вот теперь нужно упомянуть отдельно компрессию. Дело в том, что степень сжатия – величина конструктивная. На практике то, что таблица степени сжатия указывает какое-то число для двигателя, не означает, что в конкретном экземпляре ДВС сжатие смеси происходит именно во столько раз.

Компрессия – это величина, которая показывает, насколько действительно сжимается топливная смесь в тот момент, когда происходит её воспламенение. Разница компрессии и степени сжатия как раз и состоит в том, что:

• Степень – это математическая величина, отношение двух цифр, компрессия же – физический параметр, измеряемый в атмосферах, килограммах на квадратный сантиметр, барах или паскалях.
• Степень задаётся конструктивно, а компрессия меняется в зависимости от особенностей работы ДВС. Её нельзя вычислить заранее, её можно только измерить напрямую.

Какая должна быть максимальная компрессия с учётом октанового числа топлива?

Тот факт, что компрессия измеряется с помощью приборов, не означает, что не существует никаких норм на этот счёт. Каждый производитель двигателей рассчитывает их на определённую величину сжатия, которому должна подвергаться топливная смесь во время работы ДВС.

Обычно для расчётов используется формула:

К = СС х X

Где К – это компрессия, СС – размер степени сжатия, а X – конкретный коэффициент, зависящий от устройства ДВС. К примеру, для бензиновых моторов с искровым зажиганием он равен обычно 1,2 – 1,3. Но при этом нужно учитывать ещё и особенности конкретной модели.

Соответственно в норме для современных бензиновых ДВС компрессия должна составлять где-то от 10,5 до 16 кг/кв. см. При этом действует правило: чем выше степень сжатия (и, соответственно, компрессия) – тем большим быть должно октановое число у топлива. Старые модели ДВС, где СС составляет лишь 7 – 8 единиц, могут работать на А-76, но новые моторы в основном рассчитаны на «девяносто пятый» или даже «девяносто восьмой» бензин.

Это правило не применяется в отношении дизелей. Дело в том, что их принцип работы другой: не воспламенение смеси от искры, а самовозгорание в предварительно сжатом в цилиндре воздухе. Поэтому там действуют другие коэффициенты, и в норме для дизеля СС должна составлять от 20 до 32 кг/кв. см. В том же случае, если двигатель рассчитан на эксплуатацию в экстремальном холоде, значение этого параметра может достигать и 40 кг/кв. см.

Норма компрессии по таблице для двухтактного ДВС

Несколько сложнее ситуация с двухтактными двигателями. В большинстве своём они имеют очень узкое применение там, где компактность и лёгкость важнее экономичности: на судах, в самолётах, лодках, скутерах, мотоциклах или мопедов.

Зачастую определить степень сжатия с помощью автомобильных приборов здесь вообще невозможно: конструкция двухтактников иногда предусматривает наличие декомпрессора – и тогда измерение показывает всё, что угодно, кроме реальных результатов. Кроме того, в документах на такие моторы часто данные не указываются. Наконец, надо учитывать, что в камеру двухтактника поступает не чистое топливо, а в смеси с маслом, которое в сгорании не участвует.

Тем не менее, опыт показывает, что нормой для двухтактных двигателей мотоциклов следует считать показания от 9 до 13. Если же показания опустились ниже 7 – следует срочно задуматься о ремонте. Возможно, мотор ещё поработает – но такая маленькая степень сжатия и компрессия заставляют насторожиться.

Почему пропала нормальная компрессия?

Непосредственное измерение компрессии на двигателе может показать, что реальная величина значительно отличается от той, которая указана в документах или должна быть согласно расчётам. Тому есть несколько причин.

• Высокие температуры в работающем двигателе (где, вообще-то, в каждом цикле происходит взрыв бензиново-воздушной смеси!) заставляют расширяться все детали – в том числе и поршень. Чтобы в результате мотор не заклинил на первых же минутах работы, конструкторы предусматривают определённые зазоры между поршнем и стенками цилиндра. Но в эти зазоры во время такта сжатия ускользает и бесполезно теряется часть смеси. Именно поэтому даже в совершенно новом холодном ДВС давление несколько ниже, чем можно было бы ожидать исходя из того, какая степень сжатия в цилиндре предусмотрена разработчиками. Разница исчезает, когда двигатель прогревается, а зазоры из-за теплового расширения уменьшаются.
• Износилась поршневая группа. Например, возникли задиры на поверхностях, через которые теряется часть смеси.
• Неправильно стоят поршневые кольца – они не прилегают к поверхностям так, как это положено.
• Нарушено прилегание клапанов.
• Неверная регулировка ГРМ. В этом случае клапана открываются или закрываются не вовремя – и давление теряется.
• Возникла трещина в ГБЦ.

Возможны так же иные причины. В любом случае, снижение компрессии на горячем ДВС означает, что с мотором что-то серьёзно не так, и он нуждается как минимум в регулировании, как максимум – в замене.

Как проверить компрессию на горячем и холодном двигателе: способ измерения, используемый прибор

Поскольку компрессия зависит от множества факторов, её необходимо измерять для каждого конкретного двигателя.

Есть два способа произвести замер – с помощью специального прибора (компрессометра) и без него.

Замер компрессометром

В том случае, если в наличии есть компрессометр, алгоритм измерения выглядит следующим образом:

1. Машина заводится, двигатель прогревается до рабочей температуры.
2. Удаляются свечи. Это обязательное условие. Без него погрешность будет слишком велика.
3. В отверстие вставляется наконечник компрессометра (нужно заранее озаботиться тем, чтобы он подходил по диаметру и резьбе).
4. Включается стартер. Двигатель крутится, пока стрелка прибора не прекратит двигаться вверх. Нужно заранее позаботиться о том, чтобы аккумулятор был заряжен полностью.
5. Считываются данные.
6. Процедура повторяется на следующем цилиндре.

Такой способ годится лишь для горячего двигателя – но зато он наиболее точен. На холодном же моторе компрессометр покажет позавчерашнюю погоду в Занзибаре, а не реальные данные.

Бесприборное измерение

Это очень неточный способ, к тому же годящийся лишь для опытных водителей и автомехаников. Тем не менее, если под рукой нет компрессометра, можно воспользоваться им.

В этом случае действовать нужно так:

1. Вывертываются все свечи, кроме находящейся в первом цилиндре.
2. Коленвал проворачивается, пока в первом цилинре не произойдёт сжатие (определить это можно с помощью меток).
3. Вворачивается свеча во второй цилиндр, коленвал снова проворачивается.
4. Цикл повторяется, пока не закончатся цилиндры.

В этом случае нельзя узнать точные данные – но можно определить, в каком из цилиндров упала компрессия. Там, где она слишком низка, усилие, прилагаемое для проворота коленвала, будет ниже.

Этот метод требует опыта и хорошего мышечного чувства. Однако его достоинство в том, что он может использоваться даже на холодном двигателе.

Изменяемая компрессия: как при ремонте провести увеличение давления в двигателе с помощью присадки или другим способом?

В том случае, если компрессия недостаточная, её можно попытаться увеличить. Первый по распространённости способ – это использование специальных присадок к маслу. По заявлениям производителей, специальный состав восстанавливает структуру металла, заполняет пустоты и тем самым обеспечивает нормальную работу двигателя. Насколько реальны эти обещания – вопрос спорный. Специалисты по ремонту двигателей не дают тут однозначного ответа: одни считают, что присадки реально работают, другие объявляют их бесполезной тратой денег.

Куда надёжнее восстанавливает рабочий объем (а через него – и сжатие) переборка мотора. В этом случае могут использоваться следующие методы:

• удаление нагара в цилиндре;
• регулирование клапанов;
• фрезеровка ГБЦ с целью уменьшить объём рабочей камеры;
• замена цилиндров или колец на них;
• использование турбокомпрессора, нагнетающего воздух под большим давлением. Однако здесь требуется точный расчет объема двигателя и мощности нового узла;
• увеличение СС. На заводе степень не ставится на максимум, потому что иначе велик риск детонации и разрушения узлов ДВС. Но регулировка и настройка позволяет повысить сжатие в двигателе;
• использование накладок на поршень. Крайне опасный метод, поскольку требует полной перенастройки двигателя. Но при правильном использовании позволяет добиться положительных результатов.

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

Любые операции, касающиеся СС или компрессии, требуют опыта. Автовладельцам с небольшим стажем лучше всего обратиться к специалистам.

После того как мы определились со степенью сжатия перед нами стоит вопрос как правильно добиться нужной нам степени сжатия. Для начала нужно рассчитать на сколько необходимо увеличить камеру сгорания. Это не сложно. Формула для вычисления степени сжатия имеет следующий вид:
Ɛ=(VP+VB)/VB
Где Ɛ— степень сжатия
VP — рабочий объём
VB — объём камеры сгорания

Преобразовав уравнение можно получить формулу для вычисления камеры сгорания при известной степени сжатия.
VB=VP1/Ɛ
Где VP1 — объём одного цилиндра

По этой формуле вычисляем объём имеющейся камеры сгорания и вычитаем из него объём желаемой (вычисленный по той же формуле), полученная разница и есть интересующее на значение на которое и нужно увеличить камеру сгорания.

Существуют разнообразнве способы увеличения камеры сгорания но далеко не все из них верные. Камера сгорания современного автомобиля спроектирована таким образом, что при достижении поршнем ВМТ топливо воздушная смесь вытесняется к центру камеры сгорания. Это пожалуй самая действенная разработка препятствующая детонации.

Самостоятельная доработка камеры в ГБЦ под силу далеко не многим. Это обусловлено тем, что вопервых вы можите нарушить спроектированную форму камеры, так же при доработке могут «вскрыться» стенки т.к. не известна их толщина. Так же не рекомендуется «расжимать мотор» толстыми прокладками т.к. Это нарушит процессы вытеснения в камере сгорания. Наиболее простым и правельным способом считается установка новых поршней в которых задан необходимый объём камеры. Для турбо-двигателя сферическая форма считается наиболее эффективной. Лучше использовать для этих целей специально разработанные и изготовленные поршни. Возможен вариант самостоятельной доработки стоковых поршней. Но сдесь нужно учесть что толщина дна поршня не должна быть меньше 6% от диаметра.

Степень сжатия в турбо двигателе

Одной из самых важных и пожалуй самой сложной задачей при проектировании турбодвигателя является принятие решения о степени сжатия. Этот параметр влияет на большое количество факторов в общей характеристике автомобиля. Мощность, экономичность, приёмистость, детонационная стойкость (параметр от которого сильно зависит эксплуатационная надёжность двигателя в целом), все эти факторы в значительной степени определяются степенью сжатия. Также это влияет на расход топлива и состав отработавших газов. В теории, степень сжатия для турбо-мотора рассчитать не составляет большого труда.

Сначала разберём понятие «Сжатие» или «Геометрическая степень сжатия». Оно представляет собой отношение полного объёма цилиндра (рабочий объём плюс пространство сжатия, остающееся над поршнем при положении в верхней мёртвой точки (ВМТ)), к чистому пространству сжатия. Формула имеет следующий вид: Ɛ=(VP+VB)/VB

Где Ɛ— степень сжатия
VP — рабочий объём
VB — объём камеры сгорания

Не нужно забывать о существенных расхождениях между геометрической и фактической степенью сжатия даже на атмосферных моторах. В турбодвигателях к этим же процессам добавляется и предварительно сжатая компрессором смесь. На сколько фактически от этого увеличиться степень сжатия, видно из следующей формулы:
Ɛeff=Egeom*k√(PL/PO)
Где Ɛeff — эффективное сжатие
Ɛgeom — геометрическая степень сжатия
Ɛ=(VP+VB)/VB, PL — Давление наддува (абсолютное значение),
PO — давление окружающей среды,
k — адиабатическая экспонента (числовое значение 1,4)

Эта упрощённая формула будет справедлива при условии, что температура в конце процесса сжатия для двигателей с наддувом и без наддува достигает одинакового значения. Иными словами, чем выше давление наддува, тем меньше возможное геометрическое сжатие. Итак, согласно нашей формуле для атмосферного двигателя со степенью сжатия 10:1 при давлении наддува 0.3 бара степень сжатия следует уменьшить до 8.3:1, при давлении 0.8 бара до 6.6:1. Но, слава богу, это теория. Все современные двигатели с турбонаддувом работают не с такими через мерно низкими значениями. Правильная степень сжатия для работы определяется сложными термодинамическими вычислениями и всесторонними испытаниями. Всё это из области высоких технологий и сложных расчётов, но много тюнинговых моторов собрано на основе некоторого опыта, как собственного, так и взятого за пример, от известных автомобильных производителей. Эти правила будут справедливы в большинстве случаев.

Есть несколько важных факторов влияющих на расчёт степени сжатия и их нужно принимать во внимание при проектировании. Я перечислю наиболее важные. Конечно, это желаемый наддув, октановое число топлива, форма камеры сгорания, эффективность промежуточного охладителя, и, безусловно те мероприятия которые вы в состоянии провести по снижению температурной напряжённости в камере сгорания. Углом опережения зажигания (УОЗ) так же можно частично компенсировать возросшие нагрузки. Но это темы для отдельной разговора, и мы безусловно затронем их позже в следующих статьях.

Степень сжатия двигателя (CR — compression ratio) определяется как отношение внутреннего объема цилиндра над поршнем, находящимся в нижней мертвой точке, к внутреннему объему цилиндра над поршнем, находящимся в верхней мертвой точке. При ремонте двигателя по стандартной технологии повторной сборки выполняются следующие операции механической обработки:

1. Цилиндры растачиваются под больший диаметр и в двигатель ставятся ремонтные поршни увеличенного размера. Растачивание цилиндров приводит к увеличению рабочего объема и степени сжатия, поскольку объем цилиндра при этом увеличивается а объем камеры сгорания остается неизменным, в результате чего количество сжимаемой топливно-воздушной смеси возрастает.
2. Опорные поверхности блока цилиндров заново шлифуются. Эта операции механической обработки называется шлифовка плиты блока цилиндров и приводит к росту степени сжатия, поскольку после нее головка блока цилиндров опускается ниже к днищам поршней.
3. Повторно шлифуется нижняя плоскость головки(ок) блока цилиндров, что также приводит к росту степени сжатия. Вот с такими казалось бы простыми вы и сможете измерить степень сжатия.

Чтобы сохранить степень сжатия двигателя на уровне паспортного значения, установленного для серийного двигателя, на большинстве ремонтных предприятий используют ремонтные поршни, которые короче стандартных на величину в пределах от 0,015 дюйма до 0,020 дюйма. Вот так измеряется степень сжатия двигателя в авто.

Для вычисления точного значения степени сжатия необходимо точно измерить диаметр цилиндра, ход поршня и объем камеры сгорания.

Какую степень сжатия имеет, например, восьми-цилиндровый V-образный двигатель автомобиля Chevrolet объемом 350 куб. дюймов, после того, как в его конструкцию было внесено единственное изменение — вместо головок блока цилиндров с объемом камеры сгорания 74 см были установлены новые, с объемом камеры сгорания 62 см?

• диаметр цилиндра равен 4,000 дюйма, ход поршня равен 3,480 дюйма, число цилиндров равно 8,
• объем камеры сгорания до замены головок CV = = 74 см3 = 4,52 куб. дюйма,
• объем камеры сгорания после замены головок CV = = 62 см3 = 3,78 куб. дюйма.
• GV = диаметр цилиндра х диаметр цилиндра х 0,7854 х х толщина сжатой прокладки = 4,000 дюйма х х 4,000 дюйма х 0,7854 х 0,020 дюйма = 0,87 куб. дюйма.

Чтобы не усложнять расчет, а просто показать, какое влияние оказывает изменение объема камеры его сгорания, полагаем, что поршни имеют плоские днища и зазор от днища поршня, находящегося в ВМТ, до плиты блока цилиндров равен нулю.

Достаточно было всего лишь измениться объему камеры сгорания — с 74 см3 до 62 см3, как степень сжатия возросла с 9,1:1 до 10,4:1. Поскольку для современного бензина степень сжатия 10,4:1, как правило, не рекомендуется, такая модернизация допустима только для гоночных двигателей, которые будут работать на дорогом горючем или горючем с использованием специальных присадок. Надеемся мы вам помогли разобраться и вы теперь знаете как определяется степень сжатия двигателя в вашем автомобиле.

Формула для его вычисления выглядит так: Vр = (π*D2/4)* S. Объем камеры сгорания из-за ее сложной формы обычно не вычисляют, а измеряют. Сделать это можно залив в нее жидкость. Определить объем, поместившийся в камеру жидкости, можно при помощи мерной посуды или весов. Для взвешивания удобно использовать воду, так как ее удельный вес 1г на см3. Значит, ее вес в граммах покажет и объем в куб. см. Влияние коэффициента сжатия на характеристики мотора Исходные данные Октановое число топлива, используемого для бензиновых двигателей с различной степенью сжатия.

403 — доступ запрещён

Инфо

Оставшееся значение теперь представляет собой объем, который должна иметь полость в головке для получения нужной нам степени сжатия.

Чтобы было более понятно, рассмотрим следующий пример. Предположим, что нам нужно иметь степень сжатия 10/1, а литраж двигателя равен 1000 см3 и он имеет четыре цилиндра. Важно

СR = (V = C)/C, где V — рабочий объем одного цилиндра, а С — полный объем камеры сгорания.

Поскольку мы знаем, что V (рабочий объем цилиндра) = 1000 см3 /4 = 250 см3 и знаем требуемую степень сжатия, поэтому преобразуем уравнение, чтобы получить полный объем камеры сгорания С. Внимание

В результате вы получите следующее уравнение: С = V/(CR-1).

Подставим в него указанные значения С = 250/(10 – 1) = 27,7 см3.

Таким образом полный объем камеры сгорания равен 27,7 см3.

Из этого значения вы вычитаете все составляющие объема камеры сгорания, которые не находятся в головке.

Как рассчитать степень сжатия двигателя?

• 7,0–7,5 октановое число 72–76.
• 7,5–8,5 октановое число 76–85.
• 5,5–7 октановое число 66–72.
• 10:1 октановое число 92.
• От 10,5 до 12,5 октановое число 95.
• От 12 до 14,5 октановое число 98.

Для чего бывает нужно изменить коэффициент сжатия Необходимость изменения этого параметра ДВС возникает довольно редко. Можно перечислить всего несколько причин, побуждающих сделать такое.

1. Форсирование двигателя.
2. Желание приспособить мотор для работы на бензине с другим октановым числом.

   Было время, когда газовое оборудование для авто не встречалось в продаже. Не было и газа на заправках. Поэтому советские автовладельцы часто переделывали двигатели для работы на более дешевом низкооктановом бензине.

3. Неудачный ремонт мотора, для ликвидации последствий которого требуется корректировка коэффициента сжатия.

Степень сжатия двс

Так, компрессия ДВС, имеющего степень сжатия 10:1, должна быть не более 15,8 кг/см2. Сказать, что такое степень сжатия, можно и иначе. Это отношение объема над поршнем, находящимся в нижней мертвой точке к объему камеры сгорания. Камерой сгорания называется пространство над поршнем, достигшим верхней мертвой точки.

Расчет коэффициента сжатия Вычислить степень сжатия ДВС можно, если выполнить расчет по формуле ξ = (Vр + Vс)/ Vс; где Vр – рабочий объем цилиндра, Vс – объем камеры сгорания.

Из формулы видно, что степень сжатия можно сделать больше, уменьшив, объем камеры сгорания.

Или увеличив, рабочий объем цилиндра, не изменяя камеры сгорания.

Vр намного больше чем Vс. Поэтому можно считать, что ξ прямо пропорционален рабочему объему и находится в обратной зависимости от объема камеры сгорания.

403 таф access is denied

Из-за неадиабатичности сжатия в двигателе внутреннего сгорания (теплообмен со стенками, утечки части газа через неплотности, присутствия в нём бензина) сжатие газа считают политропным с показателем политропы n=1,2.

При ε {\displaystyle \varepsilon } =10 компрессия в лучшем случае должна быть 101,2=15,8 Детонация в двигателе — изохорный самоускоряющийся процесс перехода горения топливо-воздушной смеси в детонационный взрыв без совершения работы с переходом энергии сгорания топлива в температуру и давление газов.

Фронт пламени распространяется со скоростью взрыва, то есть превышает скорость распространения звука в данной среде и приводит к сильным ударным нагрузкам на детали цилиндро-поршневой и кривошипно-шатунной групп и вызывает тем самым усиленный износ этих деталей.

Высокая температура газов приводит к прогоранию днища поршней и обгоранию клапанов.

Как рассчитать степень сжатия

Заливать жидкость следует до тех пор, пока ее уровень не дойдет до края прокладки. Если все отверстия круглые, то можно легко рассчитать объем между верхней поверхностью поршня и верхней частью блока. Это можно сделать с помощью указанной выше формулы, но при этом D будет равняться диам. отверстия цилиндра в мм, а L расстоянию от верхнего днища поршня до верхней части блока опять в мм.

На каких-то стадиях бывает необходимо определить, сколько нужно снять металла с торцевой поверхности головки цилиндров, чтобы получить требуемую степень сжатия.

Из полученного значения вы вычитаете объем, равный толщине прокладки, объем в блоке над поршнем, когда он находится в ВМТ и, если используется поршень с вогнутым днищем, объем выемки.

Вычисляем степень сжатия двс по компрессии

Это нарушит процессы вытеснения в камере сгорания. Наиболее простым и правельным способом считается установка новых поршней в которых задан необходимый объём камеры.

Для турбо-двигателя сферическая форма считается наиболее эффективной.

Лучше использовать для этих целей специально разработанные и изготовленные поршни. Возможен вариант самостоятельной доработки стоковых поршней.

Но сдесь нужно учесть что толщина дна поршня не должна быть меньше 6% от диаметра.

Степень сжатия в турбо двигателе Одной из самых важных и пожалуй самой сложной задачей при проектировании турбодвигателя является принятие решения о степени сжатия.

Этот параметр влияет на большое количество факторов в общей характеристике автомобиля.

alfa-urist.ru

Как определить степень сжатия двигателя

Степень сжатия двигателя (CR — compression ratio) определяется как отношение внутреннего объема цилиндра над поршнем, находящимся в нижней мертвой точке, к внутреннему объему цилиндра над поршнем, находящимся в верхней мертвой точке. При ремонте двигателя по стандартной технологии повторной сборки выполняются следующие операции механической обработки:

1. Цилиндры растачиваются под больший диаметр и в двигатель ставятся ремонтные поршни увеличенного размера. Растачивание цилиндров приводит к увеличению рабочего объема и степени сжатия, поскольку объем цилиндра при этом увеличивается а объем камеры сгорания остается неизменным, в результате чего количество сжимаемой топливно-воздушной смеси возрастает.
2. Опорные поверхности блока цилиндров заново шлифуются. Эта операции механической обработки называется шлифовка плиты блока цилиндров и приводит к росту степени сжатия, поскольку после нее головка блока цилиндров опускается ниже к днищам поршней.
3. Повторно шлифуется нижняя плоскость головки(ок) блока цилиндров, что также приводит к росту степени сжатия. Вот с такими казалось бы простыми полезными советами вы и сможете измерить степень сжатия.

Чтобы сохранить степень сжатия двигателя на уровне паспортного значения, установленного для серийного двигателя, на большинстве ремонтных предприятий используют ремонтные поршни, которые короче стандартных на величину в пределах от 0,015 дюйма до 0,020 дюйма. Вот так измеряется степень сжатия двигателя в авто.

Для вычисления точного значения степени сжатия необходимо точно измерить диаметр цилиндра, ход поршня и объем камеры сгорания.

Какую степень сжатия имеет, например, восьми-цилиндровый V-образный двигатель автомобиля Chevrolet объемом 350 куб. дюймов, после того, как в его конструкцию было внесено единственное изменение — вместо головок блока цилиндров с объемом камеры сгорания 74 см были установлены новые, с объемом камеры сгорания 62 см?

• диаметр цилиндра равен 4,000 дюйма, ход поршня равен 3,480 дюйма, число цилиндров равно 8,
• объем камеры сгорания до замены головок CV = = 74 см3 = 4,52 куб. дюйма,
• объем камеры сгорания после замены головок CV = = 62 см3 = 3,78 куб. дюйма.
• GV = диаметр цилиндра х диаметр цилиндра х 0,7854 х х толщина сжатой прокладки = 4,000 дюйма х х 4,000 дюйма х 0,7854 х 0,020 дюйма = 0,87 куб. дюйма.

Чтобы не усложнять расчет, а просто показать, какое влияние оказывает изменение объема камеры его сгорания, полагаем, что поршни имеют плоские днища и зазор от днища поршня, находящегося в ВМТ, до плиты блока цилиндров равен нулю.

Достаточно было всего лишь измениться объему камеры сгорания — с 74 см3 до 62 см3, как степень сжатия возросла с 9,1:1 до 10,4:1. Поскольку для современного бензина степень сжатия 10,4:1, как правило, не рекомендуется, такая модернизация допустима только для гоночных двигателей, которые будут работать на дорогом горючем или горючем с использованием специальных присадок. Надеемся мы вам помогли разобраться и вы теперь знаете как определяется степень сжатия двигателя в вашем автомобиле.

sovetprost.ru

Что такое компрессия и степень сжатия двигателя?

Почти каждый автовладелец знаком с таким понятием, как компрессия двигателя. Но не многие знают, что существует так же определение степени сжатия. Автомобилисты могут впадать в заблуждение, что у этих двух понятий есть общие моменты, но не стоит думать, что это так. Сегодня мы расскажем вам чем же отличаются данные процессы.

Компрессия и предпосылки низкого давления

Компрессия

Что же такое компрессия применительно к двигателю? Итак, компрессией называется наивысшая степень давления, которое возникает в цилиндре в конце механизма сжатия. В основном данная сила измеряется в количестве атмосфер. Величина необходимого давления внутри цилиндров зависит в первую очередь от объёма двигателя.

Предпосылки низкого давления

Давление, как непостоянная величина, очень сильно зависит от того, на какой стадии износа находится двигатель. Чем более изношен мотор, тем более низким будет давление в цилиндрах. Вот три основные причины понижения давления вследствие износа:

• Поршневая система сильно изношена. Это характеризуется появлением на её элементах микроцарапин и выбоин. Одной из причин является использование горючего ненадлежащего качества, когда частицы осадка, оставшегося от сгорания топлива, вредят стенкам цилиндра и поршню
• Уплотнительные кольца может заклинить. Происходит это по всё той же причине: плохому качеству топлива. От нагара уплотнительные кольца и пазы поршня склеиваются между собой, что приводит к отсутствию нужной степени разжимания во время нагрева, что в свою очередь ведёт к снижению давления
• Поршневая система, как и любая другая система автомобиля, с течением времени изнашивается. В процессе износа от конструкции отделяются небольшие металлические частицы. Следствием служит потеря давления, а так же иные проблемы с двигателем

Как увеличить компрессию?

В первую очередь необходимо понять истинную причину уменьшения давления. Итак, если износилась поршневая система автомобиля, что соответственно, характеризуется уменьшением плотности прилегания деталей между собой, то способ решения этой проблемы — покупка нужной присадки для наращивания недостающей толщины металла. Что в свою очередь повысит компрессию. Применяйте этот метод, когда вы абсолютно уверены, что проблема в этом. Вы так же можете узнать точно о должной степени компрессии для вашего двигателя в технических характеристиках автомобиля.

Если же причина в заклинивании поршневых колец, то последовательность ваших действий может быть следующей: выкрутите свечи, залейте в отверстия по сто грамм масла и оставьте машину примерно на час. Масло способно размягчить нагар, который выведется в процессе последующей эксплуатации автомобиля. Если после всех этих действий вы не увидели каких-либо перемен к лучшему, то отправляйтесь в ближайший СТО для профессиональной диагностики.

Степень сжатия

Мы выяснили, что компрессией называется максима давления внутри цилиндров, и остаётся только дать определение сжатию. Так вот, степень сжатия — это соотношение между объёмом всего цилиндра и объёмом камеры сгорания. Степень сжатия является постоянной величиной, которая является уникальной для каждой марки автомобиля. Нет резона брать в сравнение компрессию и степень сжатия, поскольку у последней нет даже единиц измерения.

Если вы знаете, какую степень сжатия имеет двигатель, то можете без труда вычислить компрессию. Просто умножьте цифру степени сжатия на 1,4 атмосферы. Для определения степени сжатия проделайте следующее:

• Проведите измерение рабочего объёма цилиндра. Это можно сделать разделив его общий литраж на количество цилиндров
• Измерьте размеры камеры сгорания. При этом поршню необходимо быть в верхнем положении. Далее вы можете применить шприц с машинным маслом. Зафиксируйте, сколько масла было вылито, и получите нужные данные
• Поделите два полученных выше результата между собой, чтобы вычислить степень сжатия

Вывод из всего вышеизложенного будет однозначным: компрессия не равнозначна степени сжатия и сравнивать эти параметры не имеет смысла.

Компрессия в цилиндрах двигателя является одним из важнейших факторов его работы. Она обозначает максимальную величину давления во время холостого прокручивания мотора. Отдельно взятые модели силовых агрегатов предполагают различные показатели уровня компрессии. Об этом далее в статье.

Компрессия среди автолюбителей считается диагностическим фактором, позволяющим оценить состояние поршневой группы и работоспособность двигателя автомобиля. Компрессией является наибольшее давление в цилиндре, которое создается поршнем в конце такта сжатия. Компрессия двигателя может измеряться в разных единицах, однако наибольшую популярность обрело измерение в атмосферах.

Компрессия — важный момент при диагностике двигателя авто

Высокая компрессия предохраняет картер от избыточного попадания газов, в результате чего газы направляются только на выполнение полезной работы. Это влечет за собой снижение расхода топлива и масла, следовательно, повышается мощность силового агрегата и его КПД. В условиях низкой компрессии мощность мотора падает, ухудшается динамика автомобиля и увеличивается расход горюче-смазочных материалов.

Степень сжатия, что это

Не очень опытные автовладельцы порой путают понятие «степень сжатия» с понятием «компрессия», однако в действительности это разные вещи. Степень сжатия — это отношение объема цилиндра силового агрегата к объему камеры сгорания.

Степень сжатия и компрессия, чем определяется их зависимость

В отличие от компрессии, степень сжатия — это неизменная величина, которая указана производителем в технической документации. Она не измеряется в единицах, поэтому нет смысла сопоставлять ее с компрессией. Также данный параметр напрямую воздействует на мощность мотора. Чем он больше, тем давление над поршнем выше, и, следовательно, выше крутящий момент.

Компрессия же под влиянием времени меняет свое значение в результате постепенного износа комплектующих поршневой группы и, вследствие этого, снижения давления в цилиндре. Стоит отметить, что от степени сжатия напрямую зависит компрессия в двигателе, эта связь значений отображена в рассчитанных параметрах для каждого типа силового агрегата.

Таблица компрессии у бензиновых автомобилей в норме

Показатели компрессии в автомобилях ВАЗ при условии, что все системы и агрегаты исправны:

• ВАЗ 2106-2107 — компрессия 11 кг/см2.
• ВАЗ 2109 — компрессия 11 кг/см2.
• ВАЗ 2110 — компрессия 12 кг/см2.
• ВАЗ 2112 — компрессия 12.6 кг/см2.

Компрессия в бензиновых моторах некоторых других моделей транспорта разных производителей:

Как рассчитать компрессию автомобиля

Чтобы определить компрессию, воспользуйтесь следующей формулой:

Компрессия = коэффициент X x на степень сжатия

Показатель степени сжатия можно найти в технических документах двигателя, при этом каждая модель автомобиля имеет свою степень сжатия. Что касается коэффициента X, то он тоже отдельно определен для каждой группы моторов, к примеру, четырехтактные бензиновые силовые агрегаты с искровой системой зажигания имеют коэффициент 1.2-1.3.

Какая компрессия у дизельных двигателей

Показатель компрессии в дизельных двигателях существенно выше, нежели в бензиновых, поскольку зажигание топливной смеси в дизельных агрегатах происходит не от искры, а от сжатия под сильным давлением. До температуры воспламенения топливо нагревается при давлении около 35 кг/см2. Естественно, окончательный показатель давления, которого достаточно для воспламенения солярки, также зависит от определенных условий вроде состояния самого мотора или температуры окружающей среды. Однако, можно сделать вывод, что в процессе снижения компрессии в результате износа поршней автомобиль с дизелем становится все труднее завести.

Эксперты определили значение компрессии дизельного мотора, достаточное для его пуска в условиях различной внешней температуры:

• 40 — силовой агрегат заводится при температурах до -35 градусов.
• 36 — транспортное средство заведется при температурах до -30 градусов.
• 32 — заводится после длительной стоянки при температурах до -25 градусов.
• 28 — топливо воспламенится после длительной стоянки при -15 градусов.
• 25 — мотор без проблем заводится после длительной стоянки в теплой среде при -15 градусов.
• 22-23 — не остывший силовой агрегат заводится сразу, длительная стоянка возможна только в гараже при плюсовых температурах.
• менее 18 — даже разогретый двигатель при любых условиях не заведется.

Таблица компрессии дизельных автомобилей в норме

Приведенные ниже значения будут достоверными при запуске исправных моторов, в транспорте, где все системы работают. При наличии неисправностей данные показатели способны не соответствовать действительности.

Значение компрессии дизельных моторов некоторых моделей автомобилей:

• Камаз ЕВРО-0 — компрессия 29-35 кг/см2.
• Камаз ЕВРО-1 — компрессия 29-35 кг/см2.
• Камаз ЕВРО-2 — компрессия 29-35 кг/см2.
• Камаз ЕВРО-3 — компрессия 32-37 кг/см2.
• Камаз ЕВРО-4 — компрессия 32-39 кг/см2.
• ЯМЗ 236 — компрессия 33-38 кг/см2.
• ЯМЗ 236 Турбо — компрессия 33-38 кг/см2.
• ЯМЗ 238 — компрессия 33-38 кг/см2.
• ЯМЗ 238 Турбо — компрессия 33-38 кг/см2.
• ЯМЗ 240 — компрессия 33-38 кг/см2.
• ЯМЗ 240 Турбо — компрессия 33-38 кг/см2.
• Д240-245(МТЗ80-82) — компрессия 24-32 кг/см2.
• MAN F90/2000 — компрессия 30-38 кг/см2.

Как сделать замер компрессии двигателя правильно:

На показатель компрессии оказывает воздействие техническое состояние силового агрегата и условия, при которых осуществляются замеры, поэтому измерять компрессию всегда следует одним и тем же методом и в одинаковом режиме.

условия для замера компрессии

Замеры, как правило, проводятся в таких условиях:

1. Исправный стартер.
2. Заряженный аккумулятор.
3. Отсоединенный топливный шланг.
4. От катушек отключенные низковольтные провода.
5. Во всех цилиндрах вывернутые свечи.
6. Снятый воздушный фильтр.
7. Открытая дроссельная заслонка.
8. Разогретый до требуемой температуры силовой агрегат.

замер компрессии при помощи компрессометра и свечного ключа

Сама процедура измерения компрессии осуществляется с помощью свечного ключа и компрессометра. Компрессометр следует вставить в отверстие от выкрученной свечи в одно время с запуском силового агрегата на холостом ходу и удерживать, пока не перестанут расти показания на шкале. Подобные манипуляции необходимо проводить со всеми цилиндрами мотора.

Почему полученные данные могут отличаться от паспортных данных

Полученная при измерении компрессии информация, как правило, отличается от цифр, заявленных изготовителем автомобиля в технических документах. Расхождение в значениях обусловлено износом поршневой группы, возникающем при регулярной эксплуатации автомобиля. С увеличением износа элементов компрессия в цилиндрах силового агрегата уменьшается.

Несомненно, при небольших отклонениях от заявленных изготовителем цифр, автовладелец может продолжать пользоваться транспортным средством, без ремонта поршневой группы. Допустимым считается расхождение до десяти процентов. При увеличении разрыва показателей комплектующие мотора считаются сильно изношенными.

Причины снижения компрессии

1. Появление нагара вследствие износа маслосъемных колпачков.
2. Дефект кулачка распредвала.
3. Прогар либо деформация клапана.
4. Прогар поршня.
5. Трещина в перемычке поршня.
6. Поршневые кольца сели в канавки поршня — наиболее распространенная причина снижения компрессии.

Что грозит автомобилю при работе со сниженной компрессией

Как правило, при перечисленных причинах снижение компрессии происходит только в одном цилиндре, поэтому капитальный ремонт мотора не требуется. В данном случае достаточно почистить камеру сгорания от нагара и заменить детали.

Если компрессия снизилась во всех цилиндрах одновременно, вероятнее всего, нарушилась герметичность камеры сгорания, что может привести к капитальному ремонту мотора. Если герметичность камеры сгорания нарушена, понадобится регулировка зазоров, а также газораспределительного механизма.

В дизельных силовых агрегатах причиной снижения компрессии зачастую является износ зеркала цилиндров. Признак снижения компрессии в дизельных двигателях — появление из выхлопной трубы синего дыма в результате неполного сгорания солярки в условиях недостаточно высокой температуры.

Порой неисправности сторонних элементов способны повлечь за собой уменьшение давления в цилиндрах, к примеру, плохое распыление топлива в результате неисправности форсунки.

Как повысить компрессию

Чтобы устранить проблему низкой компрессии силового агрегата, следует заменить либо отремонтировать испорченные детали и агрегаты, после чего мощность двигателя снова возрастет.

Советы профи: присадка для компрессии двигателя, пользоваться или нет

Несомненно, специальные присадки способны увеличить компрессию силового агрегата, поскольку имеют массу положительных комплексных свойств. Однако, нужно понимать, что не стоит ожидать от присадок существенного эффекта, если двигатель сильно изношен. Кстати, среди автовладельцев встречается ряд отрицательных отзывов после применения. В любом случае, выбор за вами.

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»).

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 его 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.

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

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

Вы уже слышали термин «степень сжатия», но задумывались ли вы, что именно он означает? Что ж, пора объяснить, что такое степень сжатия, и почему каждый автопроизводитель теперь одержим ею, как будто это Святой Грааль.

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

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

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

G / O Media может получать комиссию

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

What Defines Степень сжатия очень проста

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

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

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

А теперь пример с простой математикой, мой любимый вид.

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

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

Почему лучше усложняется

Но понимание , что такое степень сжатия , менее важно, чем понимание , почему нам важен, или почему высокая степень сжатия — это такое стремление.

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

С точки зрения непрофессионала, мощность двигателя генерируется, когда сгорание воздействует на поршень и толкает поршень вниз по цилиндру во время такта расширения.

Чем выше поршень находится в канале ствола в момент начала сгорания, тем большее усилие будет приложено.

По мере увеличения степени сжатия поршень перемещается выше в отверстии в верхней мертвой точке, следовательно, возникает дополнительная сила для хода расширения (дополнительная сила для того же количества топлива равняется более высокой эффективности).

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

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

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

Более высокое сжатие означает больше работы, но больше давления

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

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

Строка 2-3 показывает горение.

Верхняя кривая 3-4 показывает ход расширения.

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

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

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

Более высокая степень сжатия также означает больший тепловой КПД.

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

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

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

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

Почему более высокое сжатие означает более высокое октановое число

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

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

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

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

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

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

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

Есть предел тому, насколько высоко вы можете подняться

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

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

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

Границы | Двигатели с воспламенением от сжатия — революционная технология, покорившая цивилизованные границы по всему миру от промышленной революции до XXI века

Введение и краткая история двигателей с воспламенением от сжатия

С тех пор, как Рудольф Дизель изобрел двигатель внутреннего сгорания, который в конечном итоге будет носить его имя, воспламенение от сжатия использовалось как эффективное и действенное средство для инициирования сгорания в двигателях.Дизель использовал растительные масла, чтобы изобрести свой новый двигатель, поскольку в то время не было нефтяной инфраструктуры для топлива. Высокая степень сжатия для создания давления и температуры, необходимых для самовоспламенения, была отличительной чертой двигателя с воспламенением от сжатия. Также требовался механизм прямого впрыска топлива в камеру сгорания. Со временем инфраструктура нефтяных дистиллятов стала доступной для таких видов топлива, как бензин (для поддержки двигателей с искровым зажиганием), керосин и мазут (для отопления домов) и, конечно же, для дизельного топлива (Heywood, 1988).

Преимущества использования воспламенения от сжатия и прямого впрыска топлива в камеру сгорания проявились в течение следующих нескольких десятилетий его развития. Двигатель с воспламенением от сжатия по своей природе нуждается в высокой степени сжатия, чтобы создать необходимые условия для самовоспламенения. Высокая степень сжатия — одна из характеристик конструкции, повышающих эффективность. Кроме того, воспламенение от сжатия не требовало дросселирования для регулирования выходной мощности двигателя. Прямой впрыск топлива в камеру сгорания обеспечивал высокое сопротивление детонации, что ограничивало степень сжатия и, в конечном итоге, эффективность двигателей с искровым зажиганием.Дополнительным преимуществом является то, что без ограничения детонации двигатели с воспламенением от сжатия могут иметь значительное повышение давления на впуске за счет турбонаддува, что дополнительно увеличивает эффективность и удельную мощность.

Попутно встретились и преодолены многие технологические препятствия, такие как возможность изготовления поршней и головок цилиндров, которые могли бы надежно достичь высоких степеней сжатия, необходимых для самовоспламенения дизельного топлива, форкамеры, которые могли бы использовать имеющиеся форсунки относительно низкого давления в полную камеру сгорания с высокой степенью сжатия, новую технологию впрыска топлива с очень высоким давлением, чтобы исключить необходимость в форкамерах и обеспечить прямой впрыск в камеру сгорания, и, наконец, электронные органы управления и исполнительные механизмы для обеспечения более точной подачи топлива, воздуха , а также меры по контролю за выбросами для удовлетворения строгих требований регулирования выбросов.

Текущее состояние двигателей с воспламенением от сжатия

Двигатели с воспламенением от сжатия используются в различных коммерческих и потребительских приложениях по всему миру, приводя в действие такие устройства, как большие корабли, локомотивы, грузовые автомобили, строительное и сельскохозяйственное оборудование, генераторы и даже автомобили. Почти исключительно в этих приложениях для сжигания используется дизельное топливо. Дизельный двигатель полагается на легкость самовоспламенения топлива, которую инженеры-химики называют цетановым числом / индексом — эмпирически полученный показатель, который описывает легкость самовоспламенения топлива.Биодизели также используются во многих областях, особенно в сельских районах и в развивающихся странах. Биодизельное топливо обычно производится из растительных масел, которые были химически обработаны для удаления продуктов глицерина, в результате чего остается метиловый (или этиловый) эфир жирной кислоты (FAME). Биодизельное топливо пытается имитировать свойства дизельного топлива, и, хотя они могут использоваться как чистый заменитель топлива, они обычно используются в качестве агента для смешивания с нефтяным дизельным топливом.

Существует два основных подхода к двигателю с воспламенением от сжатия — двухтактный и четырехтактный.Очень большие двигатели CI (в частности, для кораблей и локомотивов) обычно бывают двухтактными, в первую очередь потому, что частота вращения двигателя ограничена низкими оборотами в минуту (RPM). Двухтактные двигатели CI должны иметь внешний источник подачи воздуха, такой как турбонагнетатель или нагнетатель (или их гибрид в некоторых случаях), потому что воздух нагнетается в цилиндр через отверстия в гильзе цилиндра. На рисунке 1 показана эта конфигурация. Выхлоп выводится либо через другой набор отверстий (версия с искровым зажиганием), либо через тарельчатые клапаны в головке цилиндров (см. Рисунок 1).Отверстия для впуска воздуха в гильзе цилиндра открываются, когда поршень опускается ниже их во время рабочего хода, позволяя охлажденному воздуху под давлением поступать в цилиндр. Когда поршень направляется к НМТ в рабочем такте, выпускные клапаны в головке блока цилиндров начинают открываться, и горячий выхлоп начинает выходить из цилиндра через установленные сверху выпускные клапаны. По мере того, как поршень продолжает двигаться в направлении НМТ, впускные отверстия в гильзе цилиндра открываются, позволяя свежему воздуху попадать в цилиндр, что выталкивает последние выхлопные газы из верхних выпускных клапанов.Этот процесс продувки продолжается до тех пор, пока выпускные клапаны не закроются (где-то около положения поршня в НМТ). Впускные отверстия по-прежнему открыты, поэтому свежий воздух продолжает поступать в цилиндр от нагнетателя до тех пор, пока поршень не пройдет через верхнюю часть впускных отверстий на гильзе, задерживая воздух в цилиндре. Затем этот воздух нагревается и сжимается до тех пор, пока поршень не окажется около ВМТ. Топливная форсунка создает струю под высоким давлением в горячий сжатый воздух, вызывая самовоспламенение и возгорание. Затем цикл начинается заново.

С другой стороны, четырехтактный двигатель с воспламенением от сжатия работает, нагнетая воздух из впускного коллектора в цилиндр во время такта впуска, от ВМТ до НМТ (см. Рисунок 2), затем впускные клапаны закрываются, и поршень затем движется обратно в направлении ВМТ при сжатии воздуха до повышенной температуры и давления. Форсунка распыляет топливо в камеру сгорания, происходит воспламенение, и поршень под высоким давлением сжимается вниз из-за сгорания в так называемом рабочем такте.Наконец, выпускные клапаны открываются, и поршень возвращается в ВМТ и вытесняет продукты сгорания отработавших газов в такте выпуска. Затем цикл повторяется отсюда.

Независимо от того, является ли двигатель двух- или четырехтактным, цель состоит в том, чтобы создать воздух с высоким давлением и высокой температурой ближе к концу компрессионной части цикла. Впрыскиваемое топливо затем подвергается воздействию воздуха под высоким давлением и высокой температурой и очень быстро самовоспламеняется. Задержка между впрыском топлива и самовоспламенением называется задержкой зажигания, которая обычно составляет несколько углов поворота коленчатого вала.Топливо продолжает впрыскиваться в виде струи, которая имеет зону реакции на периферии струи, и реакция контролируется диффузией воздуха в зону реакции в сочетании с диффузией топлива наружу в зону реакции. Этот процесс диффузии происходит за миллисекунды, в то время как фактические реакции происходят в микросекундном масштабе времени, поэтому жидкостная механика диффузии контролирует скорость реакции.

Значительные исследовательские усилия были затрачены на изучение путей повышения эффективности, характеристик выбросов, надежности и выходной мощности двигателей с ХИ.Производственные компании, университеты и исследовательские лаборатории предоставили свой опыт, оборудование и средства для развития технологий двигателей с непрерывным взаимодействием. Некоторые из этих достижений включают в себя прямой впрыск (DI) для устранения необходимости в форкамерах и уменьшения теплопередачи, оптическую диагностику для изучения образования загрязняющих веществ в цилиндрах, расширенные возможности вычислительного моделирования для прогнозирования и оптимизации характеристик двигателя CI, значительные усилия для понимания химического состава топлива и состав для адаптации работы двигателя CI к местным видам топлива.Поскольку инженеры и ученые продолжают применять свои знания в фундаментальных исследованиях технологии двигателей с непрерывной интеграцией, нет никаких сомнений в том, что будут достигнуты дополнительные достижения.

Чем модуль CI отличается от модуля SI?

Есть несколько причин, по которым двигатели CI так популярны в коммерческих и промышленных приложениях. Одна из важных причин заключается в том, что собственная топливная эффективность двигателей CI выше, чем у двигателей SI. Характер воспламенения от сжатия обеспечивает несколько важных факторов, обеспечивающих высокую топливную эффективность.Одним из факторов является высокая степень сжатия (Gill et al., 1954). Поскольку двигатели с ХИ зависят от топлива, впрыскиваемого в цилиндр, и смешивания этого топлива с воздухом, детонация двигателя предотвращается. Детонация в двигателе — одно из основных ограничений более высокой степени сжатия в двигателях SI. Второй фактор — это устраненная необходимость в дросселировании двигателя для регулирования выходной мощности. Опять же, поскольку топливо непосредственно впрыскивается и смешивается в камере сгорания, мощностью двигателя CI можно управлять, просто регулируя количество впрыскиваемого топлива, в отличие от двигателей SI, где топливо и воздух предварительно смешаны и по существу однородны при постоянной смеси. соотношение (Heisler, 1999).Это означает, что для поддержания постоянного отношения смеси, если топливо уменьшается, воздух также должен быть уменьшен в той же пропорции. Это управление воздухом осуществляется с помощью дроссельной заслонки или ограничения всасывания, и это создает значительные газообменные или «перекачивающие» потери. Третий фактор — теплопередача. Двигатели CI могут работать на обедненной смеси, что означает, что двигатель потребляет все топливо, но не весь кислород, присутствующий в камере сгорания. Это приводит к более низким температурам в цилиндрах и, как следствие, к меньшему отведению тепла охлаждающей жидкости двигателя и выхлопу двигателя, а также к более высокому КПД.В качестве дополнительного преимущества гамма или отношение удельных теплоемкостей C _p / C _v выше для двигателей с обедненным горением, чем для двигателей, которые работают со стехиометрией. Меньшая часть тепловой энергии, генерируемой реакциями горения, теряется в состояниях возбуждения более крупных трехатомных частиц (пар CO ₂ и H ₂ O). Это означает, что больше тепловой энергии доступно для повышения давления и температуры рабочей жидкости, что и создает работу, которую можно извлечь (Foster, 2013).

Однако у механизма CI есть и несколько недостатков, о которых стоит упомянуть. Двигатель CI должен быть спроектирован так, чтобы быть очень прочным, чтобы выдерживать повышенные давления и температуры, создаваемые высокой степенью сжатия и повышенным давлением на впуске. Это позволяет создавать двигатели с высокой инерцией вращения и, следовательно, ограничивать максимальную скорость двигателя. Это также увеличивает стоимость, поскольку все оборудование должно быть очень прочным. Еще один недостаток двигателей CI — это характер выбросов.Использование сгорания с контролируемой диффузией означает, что между топливом и воздухом существует значительное расслоение, в отличие от однородности смесей бензин / воздух в двигателях SI. Эта стратификация создает твердые частицы (ТЧ) и оксиды азота (NO _x ). Было обнаружено, что эти нежелательные продукты сгорания ХИ представляют опасность для здоровья и окружающей среды. По сути, традиционный двигатель CI не имеет проблемы с эффективностью, у него есть проблема с выбросами.

А как насчет биотоплива?

Большая часть текущих и прогнозируемых работ по двигателям CI, похоже, сосредоточена на использовании альтернативных видов топлива или даже нескольких видов топлива, чтобы сохранить высокий КПД (возможно, даже улучшить его), но при этом значительно снизить уровень вредных выбросов и производство парниковых газов. Биотопливо — один из популярных подходов, особенно в развивающихся странах, для решения проблемы выбросов парниковых газов и снижения стоимости импорта нефти.Биотопливо обычно производится из какого-либо типа растительного масла и химически обрабатывается для создания продукта, во многих отношениях имитирующего нефтяное дизельное топливо. Таким образом использовалось несколько видов сырья, в зависимости от местных условий выращивания и культур, которые в этих условиях хорошо растут. Соевые бобы, рапс, масла семян пальмы, ятрофы и каранджи, а также многие другие перерабатываются в качестве топлива. Обычно биотопливо этого типа делится на категории: масла, полученные из съедобных растений, и масла, полученные из непищевых растений.С химической точки зрения топливо, получаемое из съедобных растений, легче и дешевле перерабатывать в топливо. Однако это также может создать проблему «продовольствия или топлива» для местной экономики. Непищевое биотопливо растительного происхождения сложнее и дороже в переработке, но, как правило, позволяет избежать трудностей, связанных с «едой или топливом». Одна из проблем традиционного биодизельного топлива заключается в том, что само топливо содержит кислород как часть своей структуры. Это кислородсодержащее топливо будет иметь значительно меньшее энергосодержание по сравнению с дизельным топливом.Снижение содержания энергии обычно составляет порядка 7-8% по объему по сравнению с дизельным топливом. Это приводит к большему расходу топлива при том же количестве доставляемой энергии. Более поздняя работа была проведена в отношении топлива, полученного из водорослей или водорослей, которое может дать гораздо больший урожай, чем традиционное биотопливо (Frashure et al., 2009). Другой недавней темой исследований является создание «возобновляемого» дизельного топлива путем гидротермальной или другой обработки материала биомассы для извлечения длинноцепочечных углеводородов, подобных нефтяному дизельному топливу (Aatola et al., 2008). Возобновляемое дизельное топливо не склонно к насыщению кислородом, поэтому энергосодержание, как правило, такое же, как и у нефтяного дизельного топлива. Тем не менее, другой подход к созданию дизельного топлива как из возобновляемых, так и из невозобновляемых источников использует процесс под названием Фишера-Тропша (FT), названный так в честь немецких изобретателей этого процесса в 1930-х годах. Топливо FT получают из метана, газифицированного угля или газифицированной биомассы для создания длинноцепочечных углеводородов, подходящих для использования в качестве топлива. Для этого типа топлива используется несколько аббревиатур, в зависимости от сырья.Переход от газа к жидкости (GTL), от угля к жидкости (CTL) и от биомассы к жидкости (BTL) — вот лишь некоторые из этих сокращений. В процессе FT создается дизельное топливо довольно высокого качества — с высоким цетановым числом, низкой вязкостью, без серы и с высоким содержанием энергии — но этот процесс также сложен и дорог, по крайней мере, в настоящее время (Agarwal, 2004).

Что такое современные двигатели CI?

Двигатели

CI используются во всем мире как источники движущей и стационарной энергии. По мере того как страны с развивающейся экономикой, такие как Индия и Китай, наращивают свой спрос на транспорт и электроэнергию для удовлетворения экономического спроса, возникают серьезные вопросы относительно будущего двигателей с непрерывной интеграцией в условиях все более строгого экологического регулирования, регулирования парниковых газов и спроса на ископаемое топливо. .Существуют ли стратегии, которые позволят движку CI развиваться для удовлетворения нынешних и будущих требований рынка?

Используя традиционное дизельное топливо, инженеры добились некоторых впечатляющих успехов в повышении эффективности и сокращении выбросов за счет применения передовых технологий впрыска, таких как насосы высокого давления Common Rail, топливные форсунки с пьезоприводом, усовершенствованное турбомашинное оборудование и утилизация отработанного тепла (термоэлектричество и т. Д.), и почти полное удаление серы из дизельного топлива. Теперь можно гораздо точнее дозировать топливо в камеру сгорания, чтобы обеспечить более плавное сгорание и меньшее загрязнение окружающей среды.Использование рециркуляции выхлопных газов (EGR) позволило инженерам снизить концентрацию кислорода во всасываемом воздухе, обеспечивая более низкие пиковые температуры сгорания со значительным сокращением NO _x . Достижения в области доочистки, такие как дизельные сажевые фильтры (DPF), катализаторы deNO _x (как селективное каталитическое восстановление, так и ловушка обедненной смеси) и катализаторы окисления дизельного топлива (DOC), в настоящее время используются в современных двигателях CI.

Текущие усовершенствованные работы по сгоранию открыли захватывающие возможности для повышения эффективности двигателя с ХИ, а также для значительного улучшения характеристик выбросов.По мере продвижения исследований было показано, что возможно улучшение некоторого предварительного смешивания топлива и воздуха при сохранении способности контролировать выходную мощность за счет подачи топлива (без дросселирования) и сохранять высокую степень сжатия. Для достижения этих целей использовались различные стратегии. Одним из них является использование двойного топлива, широко известного как воспламенение от сжатия с контролируемой реактивностью (RCCI). В RCCI топливо с низкой реакционной способностью (такое как бензин, этанол или подобное) вводится в камеру сгорания в качестве основного источника энергии и очень небольшое количество топлива с высокой реакционной способностью (например, дизельное топливо, биодизель и т. Д.).). Это не только обеспечивает возможность работы двигателя на обедненной смеси, что снижает пиковые температуры сгорания и повышает эффективность, но также обеспечивает стратегию положительного зажигания, позволяющую избежать пропусков зажигания и сохранить высокую надежность. RCCI в исследовательских двигателях продемонстрировал возможность достижения очень высокого уровня эффективности (в первую очередь благодаря еще большему снижению теплопередачи, чем при традиционном дизельном сгорании) и надежности управления. Основным недостатком RCCI является требование наличия двух форсунок на цилиндр (по одному для каждого вида топлива) и необходимость наличия либо двух отдельных видов топлива, либо добавки, повышающей реактивность, для топлива с низкой реактивностью (Curran et al., 2013).

Еще одна захватывающая возможность в мире двигателей CI — это использование топлива с довольно низкой реакционной способностью (бензин, нафта и т. некоторый уровень предварительного смешивания при сохранении достаточной стратификации для обеспечения контроля нагрузки (Kalghatgi et al., 2007). Воспламенение от сжатия бензина (GCI) или воспламенение от сжатия с частичным предварительным смешиванием (PPCI) пытается достичь той же цели, что и использование двойного топлива в RCCI, но для этого путем точного расслоения одного топлива.Этот контроль зажигания может быть довольно сложным по сравнению с RCCI, поскольку он зависит от постоянно меняющихся местных характеристик смешивания топлива и воздуха, а не от положительного добавления топлива с высокой реактивностью в определенное время. Преимущество состоит в том, что требуется только одно топливо и одна форсунка на цилиндр.

В каждом из случаев для RCCI и PPCI цель состоит в том, чтобы обеспечить достаточное предварительное смешивание для того, чтобы уровни ТЧ были низкими, и работать в режиме обедненного или разбавленного сгорания, чтобы поддерживать пиковые температуры сгорания ниже 2000K, избегая термического NO _x производство.Устойчивость этих новых подходов к горению и воспламенению — это проблема, к которой обращаются несколько исследовательских организаций по всему миру (Johansson et al., 2014; Sellnau et al., 2014).

Что ждет двигатели CI в будущем?

По состоянию на 2015 год двигатели CI занимают доминирующее положение на рынках коммерческих автомобилей и внедорожников. По мере того как во всем мире к выбросам парниковых газов и качеству воздуха применяется все большее нормативное давление, двигатели CI будут продолжать развиваться, чтобы соответствовать этим требованиям.Комбинация высокой плотности энергии жидкого топлива в сочетании с высокой удельной мощностью двигателей с непрерывным включением и очень низкой стоимостью производства будет по-прежнему делать двигатели с непрерывной атмосферой популярным решением для двигательной и стационарной выработки энергии. В этой области продолжаются захватывающие исследования по повышению эффективности, сокращению выбросов, совершенствованию технологии очистки выхлопных газов, и был достигнут огромный прогресс. Однако необходим еще больший прогресс, поскольку население мира превышает 7 миллиардов человек, а спрос на электроэнергию в развивающихся странах стремительно растет.То, как мы решим транспортные и энергетические проблемы в следующие несколько десятилетий, задаст тон нашей способности как общества поддерживать как пригодную для жилья среду, так и уровень жизни, приемлемый для постоянно растущего населения во всем мире.

Заявление о конфликте интересов

Автор заявляет, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Представленная рукопись была создана UChicago Argonne, LLC, оператором Аргоннской национальной лаборатории («Аргонн»).Аргонн, лаборатория Управления науки Министерства энергетики США, работает в соответствии с Контрактом № DE-AC02-06Ch21357. Правительство США сохраняет для себя и других лиц, действующих от его имени, оплаченную неисключительную, безотзывную всемирную лицензию, указанную в указанной статье, на воспроизведение, подготовку производных работ, распространение копий среди публики, а также публичное исполнение и публичный показ от имени правительства. Это не влияет на права других лиц на повторную публикацию и распространение на условиях CC-BY (www.creativecommons.org). Автор хотел бы выразить признательность за финансовую поддержку Управлению автомобильных технологий Министерства энергетики США, Программа усовершенствованного сгорания двигателей, управляемая г-ном Гурпритом Сингом.

Список литературы

Атола, Х., Ларми, М., Сарджоваара, Т., и Микконен, С. (2008). Гидроочищенное растительное масло (HVO) как возобновляемое дизельное топливо: компромисс между NOx, выбросами твердых частиц и расходом топлива в двигателе большой мощности . Технический документ SAE 2008-01-2500.Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Агарвал, А. К. (2004). Разработка и характеристика биодизеля из непищевых растительных масел индийского происхождения . SAE 2004-28-0079. Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Курран, С., Хэнсон, Р., Вагнер, Р., и Райтц, Р. (2013). Картирование КПД и выбросов RCCI в двигателе малой мощности .Технический документ SAE 2013-01-0289. Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Frashure, D., Kramlich, J., and Mescher, A. (2009). Технико-экономический анализ промышленной добычи масла из водорослей . Технический документ SAE 2009-01-3235. Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Гилл П., Смит Дж. И Зиурис Э. (1954). Основы двигателей внутреннего сгорания , 4-е изд.Аннаполис, Мэриленд: Военно-морской институт США.

Google Scholar

Хейслер, Х. (1999). Транспортные средства и двигатели , 2-е изд. Варрендейл, Пенсильвания: SAE International.

Google Scholar

Хейвуд, Дж. (1988). Основы двигателя внутреннего сгорания . Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: McGraw-Hill Inc.

Google Scholar

Калгатги, Г. Т., Рисберг, П., и Ангстрем, Х. Э. (2007). Частично предварительно смешанное самовоспламенение бензина для достижения низкого уровня дыма и низкого уровня выбросов NOx при высокой нагрузке в двигателе с воспламенением от сжатия и сравнение с дизельным топливом .Технический документ SAE 2007-01-0006. Варрендейл, Пенсильвания: Общество автомобильных инженеров.

Google Scholar

Селльнау М., Фостер М., Хойер К., Мур В., Синнамон Дж. И Хустед Х. (2014). Разработка бензинового двигателя с прямым впрыском и воспламенением от сжатия (GDCI). SAE Int. J. Engines 7, 835–851. DOI: 10.4271 / 2014-01-1300

CrossRef Полный текст | Google Scholar

% PDF-1.5
%
928 0 объект>
эндобдж

xref
928 88
0000000016 00000 н.
0000003129 00000 н.
0000003390 00000 н.
0000003433 00000 н.
0000003968 00000 н.
0000004002 00000 п.
0000004155 00000 н.
0000004308 00000 п.
0000004357 00000 н.
0000004406 00000 п.
0000004455 00000 н.
0000004504 00000 н.
0000004553 00000 н.
0000004601 00000 н.
0000004650 00000 н.
0000004795 00000 н.
0000004872 00000 н.
0000004935 00000 н.
0000006498 00000 н.
0000007037 00000 н.
0000007274 00000 н.
0000008026 00000 н.
0000008279 00000 н.
0000008526 00000 н.
0000008793 00000 н.
0000009972 00000 н.
0000010211 00000 п.
0000011475 00000 п.
0000012280 00000 п.
0000012893 00000 п.
0000013346 00000 п.
0000042041 00000 п.
0000043167 00000 п.
0000043567 00000 п.
0000044118 00000 п.
0000062483 00000 п.
0000062926 00000 п.
0000074729 00000 п.
0000074786 00000 п.
0000075359 00000 п.
0000075419 00000 п.
0000076272 00000 п.
00000

00000 п.
00000

00000 п.
0000090699 00000 н.
0000091552 00000 п.
0000093766 00000 п.
0000093813 00000 п.
0000093849 00000 п.
0000096518 00000 п.
0000096589 00000 п.
0000096774 00000 п.
0000096868 00000 п.
0000096911 00000 п.
0000097023 00000 п.
0000097066 00000 п.
0000097170 00000 п.
0000097213 00000 п.
0000097387 00000 п.
0000097430 00000 н.
0000097608 00000 п.
0000097651 00000 п.
0000097815 00000 п.
0000097857 00000 п.
0000098027 00000 п.
0000098069 00000 п.
0000098201 00000 п.
0000098243 00000 п.
0000098425 00000 п.
0000098467 00000 п.
0000098639 00000 п.
0000098681 00000 п.
0000098875 00000 п.
0000098918 00000 п.
0000099035 00000 н.
0000099078 00000 н.
0000099232 00000 н.
0000099275 00000 п.
0000099421 00000 н.
0000099464 00000 н.
0000099668 00000 н.
0000099711 00000 п.
0000099901 00000 н.
0000099943 00000 н.
0000100150 00000 н.
0000100192 00000 н.
0000002930 00000 н.
0000002099 00000 н.
трейлер
] >>
startxref
0
%% EOF

1015 0 obj> поток
xb«a`b`c` Ā

Различный движок: Родился заново | The Economist

НЕ для того, чтобы умалять успех Tesla Motors с ее роскошным электромобилем Model S — который превзошел по продажам его бензиновые эквиваленты с момента запуска в прошлом году — перспективы для автомобилей с батарейным питанием, возможно, никогда больше не будут столь же радужными.Бэббидж считает, что их день, проведенный на солнце, вот-вот затмит, подождите, дизельный двигатель.

Разве не та грязная, шумная, вонючая, неуклюжая глыба мотора, которую зимой было трудно запустить? Конечно нет. Целое новое поколение бодрых дизелей, разработанное за последние несколько лет, не похоже на грохочущую масляную горелку вашего отца в Oldsmobile. Без преувеличения можно сказать, что 4,3-литровый дизельный двигатель Olds конца 1970-х годов с его репутацией ненадежного и низкокачественного двигателя в одиночку разрушил репутацию дизельных двигателей в Америке на десятилетия вперед.Вполне возможно, что это тоже способствовало упадку Oldsmobile.

Позже в этом году американцы получат свой первый шанс испытать, что такое действительно продвинутый дизель, и почему европейцы предпочитают дизели гибридам, подключаемой к электросети и даже автомобилям с бензиновым двигателем. Лидером нового пакета является Mazda 6, полностью переработанная для 2014 года, с выбором либо 2,5-литрового четырехцилиндрового бензинового двигателя, либо 2,2-литрового дизельного двигателя с турбонаддувом. Дизель имеет на 30% лучшую экономию топлива и обеспечивает намного большую тяговую мощность.Как ни хороша бензиновая версия, автомобилисты, предпочитающие ее дизельной, многое упустят.

Mazda — не единственный производитель двигателей, в разработке которого находится современный дизельный двигатель. Среди прочего, Mitsubishi Motors с 2010 года продает в Европе автомобили с 1,8-литровым и 2,2-литровым дизельными двигателями нового поколения. Сделав ставку на гибриды, Toyota также тестирует несколько принципиально новых дизельных двигателей.

То, что отличает это последнее поколение дизельных двигателей даже от их предшественников с системой Common Rail конца 1990-х, не говоря уже об их отрыгивающих предках 1970-х годов, — это использование удивительно низкой степени сжатия, примерно 14: 1. чем более обычные 16-к-1 или выше.Снижение давления в цилиндре может показаться незначительным, но оно порождает полезный цикл благотворных эффектов, которых раньше не было.

Для начала, более низкое давление в цилиндре снижает тепловые и механические нагрузки в двигателе. В результате тяжелый чугунный блок, традиционно необходимый для предотвращения разрыва дизельного топлива, можно заменить более легким алюминиевым литьем. Это на 25 кг меньше веса новой дизельной Mazda. Более низкое давление в цилиндрах означает, что поршни, кольца, клапаны, коленчатый вал и другие детали двигателя также могут быть на 25% легче.А поскольку они меньше отягощены куском двигателя, тормоза автомобиля, компоненты подвески и кузов не должны быть такими прочными. Вся эта экономия веса приводит к повышению эффективности. По словам Рикардо, инженера-консультанта, каждые 10% уменьшения веса семейного автомобиля увеличивает его экономию топлива более чем на 4%.

Еще одно преимущество более низкого давления в цилиндре состоит в том, что более легкие движущиеся части двигателя создают меньшее внутреннее трение, что еще больше повышает эффективность.Обладая меньшей инерцией, они позволяют двигателю вращаться быстрее и свободнее, что также способствует повышению эффективности. Новый двигатель Mazda Skyactiv-D развивает до 5200 оборотов в минуту, что ранее было неслыханным для дорожных дизелей показателем.

В целом, повышение эффективности двигателя более чем компенсирует любую потерю мощности, вызванную снижением степени сжатия дизеля. Как бы то ни было, дизели начинают с того, что они на 30-35% эффективнее бензиновых. Скорее всего, новое поколение дизелей с низким уровнем сжатия будет даже в большей степени.

Есть преимущества и в отношении выбросов. В типичном дизельном двигателе воспламенение вызывается не последовательным зажиганием нескольких свечей зажигания, а теплом воздуха, сжимаемого в цилиндрах. Момент самовоспламенения контролируется форсунками, которые впрыскивают точное количество топлива под чрезвычайно высоким давлением в каждый цилиндр точно по мере необходимости. Для максимальной эффективности это происходит в момент, когда поршни достигают максимума своего хода, а давление в цилиндре достигает максимума.

К сожалению, топливо и воздух в верхней мертвой точке редко смешиваются настолько тщательно, насколько это необходимо для полного сгорания. И поскольку воспламенение происходит в присутствии избытка кислорода (из сильно сжатого воздуха), это неполное сгорание приводит к образованию частиц сажи и оксидов азота, образующих смог, — проклятие традиционных дизельных двигателей.

Современные экологически чистые дизели жертвуют частью своей мощности на улучшение сгорания. Они делают это, задерживая впрыск топлива до тех пор, пока поршень не начнет двигаться обратно по цилиндру.Задержка и падение давления позволяют топливу лучше смешиваться с воздухом. Даже в этом случае чистым дизелям по-прежнему нужна дорогая система каталитического восстановления, которая впрыскивает раствор мочевины в выхлопные газы для удаления оксидов азота. Им также необходимы уловители твердых частиц для улавливания сажи.

Использование более низкой степени сжатия позволяет избежать этого. Мало того, что топливо можно без проблем сжечь в верхней мертвой точке цилиндра, но и в системе впрыска мочевины с ее баком, который необходимо наполнять каждые шесть месяцев или около того, больше не требуется.

Между тем, старая проблема дизелей, связанная с плохим запуском в холодную погоду, была устранена применением пьезоэлектрических топливных форсунок с несколькими форсунками, которые могут распылять топливо любым способом, который лучше всего подходит для условий эксплуатации. Кроме того, поскольку клапаны на современных двигателях имеют регулируемый подъем и синхронизацию, выпускные клапаны можно оставить слегка открытыми, поскольку двигатель кашляет и трепещет во время особенно холодного запуска. При этом горячие выхлопные газы, всасываемые обратно в цилиндры, помогают двигателю быстро прогреться.

Первому дизельному автомобилю Бэббиджа — Volkswagen Golf, который он имел в Британии полжизни назад — требовалось, чтобы свеча накаливания двигателя прогревала внутренности на целую минуту или больше, прежде чем он загорится утром. Затем он нерешительно пыхтел, гремя, как банка с гвоздями. Последний дизель, на котором он ездил — Mercedes E220, взятый напрокат в аэропорту Хитроу в прошлом году — имел мало шума, вибрации и резкости, давно присущих дизелям. Настолько, что он не осознавал, что это действительно дизельное топливо, пока не остановился для дозаправки и не прочитал предупреждающий знак внутри лючка заливной горловины.

Рожденные снова, новейшие дизели обещают быть еще более совершенными, и их будет еще труднее отличить от своих собратьев с бензиновым двигателем. Конечно, останутся две отличительные черты дизеля: потрясающий средний крутящий момент и лучшая экономия топлива, чем у сопоставимых автомобилей с бензиновым двигателем, а теперь и у гибридов.

И это только начало. Toyota рассказала о применении всего ноу-хау, накопленного в 2,2-литровом дизельном двигателе с низким уровнем сжатия, в двигателях еще меньшего размера. Между тем, говорят, что у Mazda есть ультра-дизельный двигатель, который использует беспрецедентную восьмерку.Степень сжатия 5: 1. Другой из его дизелей имеет настолько легкие внутренние детали, что двигатель может вращаться со скоростью до 7000 оборотов в минуту без турбонагнетателя и может соответствовать американскому стандарту выбросов 50 штатов с использованием не более чем обычного каталитического нейтрализатора.

Volkswagen Polo со старым 1,4-литровым дизельным двигателем по-прежнему является самым экономным неэлектрическим автомобилем в Великобритании и остальной Европе — с экономией топлива в смешанном цикле всего 3,8 л / 100 км. (эквивалент 61.9 миль на галлон США). Гибрид Toyota Prius? Скромно двадцатое место в рейтинге самых экономичных сипперов с показателем 4,2 л / 100 км, наряду с более высокими выбросами углекислого газа. Все 19 автомобилей, имеющих лучшую экономию топлива, чем гибрид Prius, являются чистыми дизелями.

Бэббидж полностью ожидает, что новое поколение чистых дизелей с низкой степенью сжатия поднимет планку экономии топлива еще на 20% или более. Это поставит дизельные двигатели на такое же положение — на основе эквивалента миль на галлон — что и многие электромобили, доступные сегодня.Их большим преимуществом будет то, что они не будут беспокоиться о тревоге и перезарядке. Бросьте на день.

Clanger : Автор наткнулся на разговоры о предполагаемом ультра-дизельном двигателе Mazda на доске обсуждения автомобильной промышленности. Судя по всему, источник этого сообщения был пародийным. Фрагмент удален.

DBNSTJ: Разработка экологически чистого дизельного двигателя нового поколения (2,2 л), который обеспечивает как удовольствие от вождения, так и экологические характеристики

1. Обзор
Снижение выбросов CO2 на

за счет использования гибридных транспортных средств (HEV) или электромобилей привлекает внимание в последние годы.С другой стороны, считается, что многие автомобили будут иметь двигатель внутреннего сгорания (ДВС) даже в 2030 году. Этот прогноз повысил важность повышения эффективности ДВС как никогда. Поэтому Mazda сосредоточилась на поиске идеальных ДВС как для бензиновых, так и для дизельных двигателей и разработала дизельный двигатель нового поколения SKYACTIV-D (2,2 л). Этот двигатель отличается самой низкой в ​​мире степенью сжатия для серийных легковых автомобилей с дизельным двигателем и высокоэффективным наддувом, что стало революционной технологией для реализации его высоких характеристик.Этот двигатель был установлен на CX-5 (внедорожник) и ATENZA (седан / универсал) и реализовал плавное ускорение, воплощение удовольствия от вождения, низкий расход топлива на высшем уровне в своем классе, а также чистые выбросы в соответствии с последними правилами выбросов. без использования NOx после лечения.

2. Сведения о технологии

По сравнению с другими ДВС дизельные двигатели имеют высокий КПД. Однако, несмотря на это преимущество, доля отечественных легковых автомобилей с дизельным двигателем росла медленными темпами из-за следующих проблем: — Трудность в достижении идеального времени и продолжительности сгорания из-за ограничений NOx и PM (в эту проблему включается детонационный шум дизеля.) — Увеличение механического трения из-за прочной конструкции двигателя, необходимой для выдерживания его высокого пикового давления срабатывания. — Увеличение затрат из-за использования NOx после обработки для соответствия строгим нормам по выбросам.

Чтобы преодолеть эти проблемы, мы сосредоточились на реализации технической концепции SKYACTIV-D, показанной на рисунке 1, в которой сверхнизкая степень сжатия 14,0 (у предыдущей модели для европейского рынка была 16,3) и высокая эффективность бустинг были совмещены.

Как показано на рис.2, ухудшение самовоспламеняемости в холодных условиях, которое было препятствием для снижения степени сжатия двигателя, было предотвращено за счет уменьшения задержки зажигания до уровня предыдущей модели. Чтобы реализовать это, мы спроектировали двигатель таким образом, чтобы он запускал наддув из области крайне низкой нагрузки с использованием меньшего из двух турбонагнетателей, повышал температуру в цилиндрах за счет повторного открытия выпускных клапанов во время впускного такта и формировал местные богатые смеси путем проведения небольшого и многоступенчатый впрыск.

Как показано на рисунке 3, снижение степени сжатия позволило снизить пиковое давление срабатывания при сохранении мощности двигателя. Это позволило нам разработать более легкие и совершающие возвратно-поступательное движение детали с меньшей жесткостью. В результате было достигнуто значительное снижение механического трения. Чтобы реализовать идеальную синхронизацию и продолжительность сгорания, а также одновременно обеспечить чистые выбросы, мы нашли практическое применение сгоранию с предварительным смешиванием с воспламенением от сжатия, управляя моментом зажигания на основе прогнозирования задержки зажигания на основе модели в двигателе с низкой степенью сжатия.

Как показано на рисунке 4, мы также разработали яйцевидную камеру сгорания с использованием анализа CFD с точностью, увеличенной за счет интеграции с измерениями распыления топлива. Поскольку эта камера может подавлять потерю импульса и формировать сильный вертикальный вихрь, мы смогли реализовать как сокращение продолжительности горения, так и чистые выбросы при диффузном горении в области высоких нагрузок. Благодаря использованию этих методов для улучшения сгорания, наш новый дизельный двигатель соответствует Постановлениям Новой Зеландии по долгосрочным выбросам и нормам выбросов Евро-6 без дорогостоящих NOx после обработки и обеспечивает низкий расход топлива (сниженный на 15-20% по сравнению с предыдущей моделью для европейских стран). market) на высшем уровне в своем классе, включая HEV.Кроме того, широкий диапазон наддува, выполняемый малогабаритными и крупногабаритными турбокомпрессорами, и использование более легких возвратно-поступательных / вращающихся частей помогли реализовать удовольствие от вождения с плавным ускорением, достигающим высоких оборотов двигателя. Благодаря реализации вышеуказанных технологий автомобили с SKYACTIV-D стали конкурентоспособными не только в Европе, но и на японском рынке.

3. Резюме

Оригинальная техническая концепция сочетания сверхнизкой степени сжатия 14.0 и высокоэффективное форсирование, которое перевернуло бы представление о дизельных двигателях, возникло благодаря нашему подходу к идеальному ДВС. Реализуя концепцию, мы смогли сбалансировать управляемость, расход топлива, выбросы и стоимость на высоком уровне. Спустя более года после выпуска нового дизельного двигателя мы увидели определенные перспективы для вклада в сокращение выбросов CO2, что связано с популяризацией дизельных легковых автомобилей, ведущей к высокой тепловой эффективности и продвижению потребления дизельного топлива в Японии.

Публикации

[1] Такаши Саконо, Эйдзи Накай, Мотоси Катаока, Хироши Такамацу, Ясуюки Теразава, «Дизельный двигатель MAZDA SKYACTIV-D 2,2 л», 20-й Аахенский коллоквиум по автомобильным технологиям и двигателям, стр.943-965, 2011 г.

[2] Ясуюки Теразава, Эйдзи Накай, Мотоси Катаока, Такаши Саконо, «Новый четырехцилиндровый дизельный двигатель Mazda», Motor Technische Zeitschrift (MTZ), № 09, стр. 660-666, 2011.

[3] Санг-кю Ким, Дайсуке Шимо, Мотоси Катаока, Кейя Нишида, «Разработка формы камеры сгорания для снижения выбросов NOx и CO2 путем улучшения смешивания газов в цилиндрах в дизельном двигателе», Труды COMODIA2012, Paper No.EC1-2, 2012.

[4] Йоши Какуда, Санг-кю Ким, Дайсуке Шимо, Кейджи Маруяма, Такайоши Хашимото, Хироши Хаясибара, Масаюки Тецуно, «Модельно-ориентированное управление синхронизацией зажигания предварительно смешанного воспламенения от сжатия в дизельном двигателе, 2012 год», ODIA Документ № CI2-4, 2012.

Объяснение функций двигателей с воспламенением от сжатия

Дизельные двигатели — это рабочие лошадки как в промышленности, так и в производительности. Но чтобы по-настоящему оценить их, важно понять, как они работают.

Дизельные двигатели являются основным двигателем в промышленности. Применение дизельных двигателей в тяжелых условиях, требующих высокого крутящего момента, долговечности и превосходной экономии топлива, повсеместно. Отрасли автомобильного, морского и железнодорожного транспорта в значительной степени полагаются на дизельные двигатели, а не на бензиновые двигатели. Даже многие электростанции вырабатывают электроэнергию с помощью больших дизельных двигателей. И, конечно же, почти все тяжелое строительное, сельскохозяйственное и горнодобывающее оборудование работает на дизельном топливе. Мировая торговля эффективно работает на дизельной энергии.Несмотря на то, что они схожи по внешнему виду, важные различия отделяют дизельные и бензиновые двигатели друг от друга и определяют, какой тип двигателя лучше всего подходит для любого конкретного применения, включая грузовики и автомобили.

В отличие от обычного бензинового двигателя, дизельное топливо впрыскивает топливо непосредственно в цилиндр во время рабочего такта, который затем воспламеняется из-за высоких температур цилиндра.

Дизельные и бензиновые двигатели относятся к двигателям внутреннего сгорания (ВС). Топливо и воздух объединяются и сжигаются внутри двигателя для получения энергии.Подобно бензиновому двигателю, дизельный двигатель имеет цилиндры, коленчатый вал, шатуны и поршни для передачи энергии топлива от линейного движения к вращательному. Основное различие заключается в способе воспламенения топливно-воздушной смеси. Бензиновые двигатели — это двигатели с искровым зажиганием, а дизельные двигатели — это двигатели с воспламенением от сжатия.

Четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, циклы

• Впуск
• Компрессия
• Сгорание (расширение)
• Выхлоп

Эти циклы по существу одинаковы для обоих типов двигателей, за исключением цикла сгорания, когда бензиновый двигатель запускается искрой, а дизель — сжатием.Разница является ключевой для превосходства дизельного топлива в приложениях, требующих высокой эффективности и высокого крутящего момента с хорошей экономией топлива.

ГОРЕНИЕ

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания забирает предварительно смешанное топливо и воздух через систему впуска, сжимает его в каждом цилиндре с помощью поршня и воспламеняет смесь с помощью свечи зажигания. Топливо добавляется во время такта впуска, чтобы создать желаемую топливно-воздушную смесь, готовую к сгоранию. Последующий цикл сгорания расширяет горящую смесь и повышает давление в цилиндре, чтобы толкнуть поршень вниз и создать крутящий момент.

В дизельном двигателе воздух и топливо предварительно не смешиваются. Воздух вводится в цилиндры и сжимается поршнем до гораздо более высокого давления, чем в бензиновом двигателе; в некоторых случаях до 25: 1. Это механическое или адиабатическое сжатие перегревает воздух до 400 ° или более. В этот момент топливо впрыскивается в горячий сжатый воздух, вызывая его мгновенное возгорание. Создается более высокое давление в цилиндре, создавая больший крутящий момент для привода автомобиля.

Вот деталь, которую вы не найдете в дизельном двигателе.В отличие от бензиновых двигателей, которым требуется триггерное событие — сильный электрический разряд — для инициирования сгорания, дизельные двигатели полагаются исключительно на температуру сжатого воздуха в верхней мертвой точке.

КАЧЕСТВО СМЕСИ

Дизельные двигатели

обеспечивают более высокий КПД по нескольким причинам. Одна веская причина заключается в том, что более высокое давление в цилиндре во время впрыска топлива создает гораздо более плотную смесь, которая обладает более сильным ударом; плотность смеси имеет первостепенное значение для создания энергии.Более высокая степень сжатия также заставляет топливо сгорать более полно, высвобождая больше энергии, поскольку дизельное топливо дает более высокую плотность энергии. Кроме того, уникальная способность дизеля впрыскивать топливо на протяжении большей части рабочего хода помогает создать более высокое среднее давление в цилиндре, чем сопоставимый бензиновый двигатель. Дизельное топливо также имеет смазывающий компонент, который помогает снизить трение в цилиндрах.

Камера сгорания в головке поршня дизельного двигателя представляет собой неглубокую камеру с центральным конусом для облегчения распределения смеси из топлива под высоким давлением, впрыскиваемого непосредственно над ней.«В приложениях с высокими эксплуатационными характеристиками решающее значение имеет сочетание угла распыления впрыска и конструкции тарелки», — отмечает JJ Zimmerman из Diamond Pistons. «Большая часть времени наших инженеров тратится на эту конкретную арену, поскольку именно здесь можно выиграть или проиграть гонки».

Хотя начало сгорания отличается от типичного бензинового двигателя, фундаментальное отличие также существует в конструкции камеры сгорания для оптимизации распыления топлива. Большинство бензиновых двигателей имеют камеру сгорания в головке блока цилиндров, но в дизельном двигателе камера сгорания расположена внутри головки поршня.Поршень дизеля имеет контурное углубление или чашу в центре днища поршня, где происходит сгорание. В центре чаши конусообразный выступ находится прямо под топливной форсункой.

Конус и камера захваченного поршня под головкой блока цилиндров способствуют оптимизированному распылению топлива в пространстве сгорания под высоким давлением. Эта форма камеры с конусом в короне обычно упоминается как конструкция «мексиканской шляпы» (сомбреро), и она почти универсальна для дизельных поршней.Высокоэффективная камера в центре поршня централизует большую часть силы, создаваемой циклом расширения (сгорания), и направляет ее прямо вниз по шатуну к ходу коленчатого вала.

Кованые сменные поршни из сплава 2618 компании Diamond Pistons для Cummins, Duramax и Power Stroke (показаны) заполняют пустоту для специалистов по восстановлению рабочих характеристик, нуждающихся в высококачественных сменных поршнях, которые соответствуют коэффициентам сжатия OEM и предлагают полное покрытие поршней и пальцы из инструментальной стали DLC h23.

Другое отличие состоит в том, что дизельный двигатель дросселируется за счет подачи топлива, а бензиновый двигатель дросселируется за счет подачи воздуха. Поскольку воздушный поток не дросселируется, дизельный двигатель также не создает вакуума. Подача топлива осуществляется прямым впрыском в цилиндр, направленным прямо на верхнюю часть поршня. Это очень важно для качества топливной смеси и последующей эффективности сгорания.

Прямой впрыск делает процесс сгорания проще и эффективнее.Дизельные двигатели работают при значительно более бедном соотношении воздух-топливо, чем бензиновые двигатели, обычно от 25: 1 до 40: 1 по сравнению с обычным бензиновым диапазоном от 12: 1 до 15: 1. Современные дизельные двигатели с прямым впрыском впрыскивают топливо при давлении, приближающемся (или в некоторых случаях превышающем) 30 000 фунтов на квадратный дюйм. Это обеспечивает наилучшее возможное распыление не только для эффективного сжигания, но и с низким уровнем отходящего тепла. А бедные смеси являются ключевой причиной такой топливной экономичности дизелей.

СРОК

Еще одно интересное различие между дизельным и бензиновым двигателями — это синхронизация форсунок и синхронизация зажигания.В бензиновых двигателях момент зажигания относится к точке, в которой горение инициируется свечой зажигания. В дизельном двигателе синхронизация относится к началу события впрыска топлива, которое рассчитывается по времени, чтобы воспользоваться точкой максимального сжатия смеси.

Хотя в основном он используется в грузовых автомобилях, дизельные двигатели нашли большой успех в грузовых автомобилях. 6,8-литровый автомобиль Ryan Milliken с двигателем Cummins ’66 Nova — это автомобиль с радиальными шинами, который доказывает, что дизельное топливо многогранно. В двигателе используются поршни Diamond Pistons и турбонагнетатель Massive Garrett GTX5533R, позволяющий преодолевать дымные четверть мили.

ТУРБОНАДДУВ

Для дизельных двигателей

требуются более прочные компоненты, прежде всего из-за более высокого давления в цилиндрах и высокого крутящего момента. Давление в цилиндрах возрастает до 3600 фунтов на квадратный дюйм в современных приложениях с турбонаддувом и до более 8000 фунтов на квадратный дюйм в приложениях с высокой производительностью. На 4-дюймовом отверстии это может составлять 45 000 фунтов давления, толкающего поршень вниз. Таким образом, блок цилиндров, коленчатый вал, шатуны, поршни, головки цилиндров и клапаны значительно более прочны, чем у бензинового двигателя.Поскольку они предназначены для работы под высоким давлением, большая часть дизельных двигателей оснащена турбонаддувом.

Турбокомпрессоры

идеально подходят для дизелей, поскольку они повторно используют отработанные выхлопные газы для эффективного наддува двигателя, который уже разработан для работы при высоком давлении в цилиндрах. Тепловой КПД дизельного двигателя эффективно повышается за счет турбонаддува, поскольку он существенно увеличивает объем воздуха, поступающего в двигатель, что позволяет впрыскивать больше топлива.Топливо создает энергию, но для ее разблокировки требуется воздух.

Отношение крутящего момента к мощности дизельных двигателей обычно составляет около 2: 1, но многие промышленные двигатели достигают отношения 3: 1 или 4: 1 в отличие от типичного отношения 1: 1, создаваемого бензиновым двигателем. Дизели обладают эффективным крутящим моментом, потому что они создают высокое давление в цилиндре за счет очень эффективного сгорания, и они применяют его к длинному ходу коленчатого вала, что увеличивает рычаг. Турбонаддув добавляет совершенно новый фактор в уравнение крутящего момента, поскольку он снижает насосные потери во время такта впуска и значительно увеличивает давление в цилиндре во время рабочего такта.Дизели любят повышать давление. Дизельные двигатели нередко работают в два, три или более раз над давлением наддува, обычно используемым в бензиновых двигателях.

На отечественном рынке дизельных двигателей преобладают двигатели GM Duramax, Dodge Cummins и Ford PowerStroke.

УПРАВЛЕНИЕ ВПРЫСКАМИ

Среди других распространенных практик настройки увеличение времени впрыска и его более ранний запуск создает большее давление в цилиндре. Множественные события впрыска (пилотный впрыск) за цикл мощности теперь также являются обычным явлением.Таким образом, сгорание инициируется и усиливается за счет дополнительных впрысков в течение каждого цикла. Это позволяет максимально использовать преимущества более высоких уровней наддува и эффективности сгорания для создания более высокого давления в цилиндрах.

По своей природе процесс сгорания дизельного двигателя имеет тенденцию сопротивляться плавности и однородности, в первую очередь из-за колебаний нагрузки и температуры. Важнейшей целью ужесточения контроля за процессом впрыска является уменьшение отклонений сгорания от цикла к циклу. Современные датчики и система управления двигателем помогают сгладить ситуацию, а современные дизели тише и мощнее, чем когда-либо.Системы управления и впрыск Common Rail с более высоким давлением теперь способны производить до трех впрысков на одно событие сгорания, и они могут варьировать каждый впрыск с большим или меньшим количеством топлива и более высоким или более низким давлением, что считается необходимым для оптимального сгорания.

Diamond предлагает поршни для популярных дизелей в кованых конфигурациях 2618, а также термическое покрытие и покрытие юбки, а также штифты из инструментальной стали.

УПРАВЛЕНИЕ ДИЗЕЛЬНЫМ ПОРШНЕМ

Все это делает поршень главным в повышении давления сгорания.Хотя дизели обычно имеют очень прочную архитектуру, поршень — это игрок, который должен постоянно повышать свою квалификацию.

Diamond Pistons представляет собой полную линейку сменных поршней из кованого алюминия для всех распространенных дизельных платформ последних моделей. Среди них основными игроками являются Dodge Cummins, GM Duramax и Ford Power Stroke. Эти поршни поддерживают рынок дизельных двигателей, восстанавливающих рабочие характеристики, благодаря стандартным и негабаритным поршням из сплава 2618 из сплава 2618, которые жестко анодированы и поставляются с запястьями из инструментальной стали H23 с алмазоподобным покрытием (алмазоподобное покрытие) — отличный шаг в обеспечении высококачественных поршней для соревнований и гоночных дизелей.