Всем известно, что в бензиновых поршневых двигателях внутреннего сгорания топливовоздушная смесь перед воспламенением сжимается. Аналогичный такт работы дизелей отличаются лишь тем, что сжимается воздух без топлива. Одной из важнейших характеристик обоих ДВС является степень сжатия. Она показывает, во сколько раз изменяется объем пространства над днищем поршня при прохождении его от нижней мертвой точки до верхней.

Иногда этот показатель путают с компрессией, несмотря на то что разница между ними огромна. Ведь упомянутые выше характеристики, хоть и связаны между собой, по сути, совершенно различны. На что указывает даже их размерность. Степень сжатия – это соотношение, например, 10:1 или просто 10 и не имеет единиц измерения. То есть измеряется в «разах». Компрессия же показывает максимальное давление смеси в цилиндре перед воспламенением и измеряется в кг/см². 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 = (V_р + V_с)/ V_с; где V_р – рабочий объем цилиндра, V_с – 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. V_р намного больше чем V_с. Поэтому можно считать, что ξ прямо пропорционален рабочему объему и находится в обратной зависимости от объема камеры сгорания.

Рабочий объем цилиндра можно посчитать, зная диаметр цилиндра – D и ход поршня – S. Формула для его вычисления выглядит так: V_р = (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.

• 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. К примеру, фрезеровка головки блока после слишком сильной тепловой деформации. Когда выровнять сопрягаемую с блоком цилиндров поверхность удается ценой снятия слоя металла чрезмерно большой толщины. От этого значение коэффициента увеличивается столь сильно, что работа на бензине, для которого был рассчитан мотор, становится невозможной.

Как можно изменить показатель сжатия

Методы увеличения:

• Расточка цилиндров и установка поршней большего размера.
• Уменьшение объема камер сгорания. Выполняется за счет удаления слоя металла со стороны плоскости сопряжения головки с блоком. Эту операцию из-за мягкости алюминия лучше делать на фрезерном или на строгальном станке. Шлифовальный станок использовать не следует, так как его камень будет постоянно забиваться пластичным металлом.

Способы снижения:

• Снятие слоя металла с днища поршня (делается это обычно на токарном станке).
• Установка между головкой и блоком цилиндров дюралюминиевой проставки между двумя прокладками.

Взаимосвязь коэффициента сжатия и компрессии

Зная значение коэффициента сжатия, можно рассчитать какая компрессия должна быть в двигателе. Однако, обратная оценка не будет соответствовать действительности. Так как компрессия зависит еще и от изношенности деталей цилиндр-поршневой группы и газораспределительного механизма. Низкая компрессия двигателя часто говорит о значительном износе мотора и необходимости его ремонта, а не о малом коэффициенте сжатия.

Турбированные моторы

Обсуждаем степень сжатия и совместимость с насосным газом

Если вы называете себя редуктором, то, скорее всего, вы цените лошадиные силы. Один из способов увеличить мощность двигателя без наддува — начать с высокой степени сжатия. В этой статье мы коснемся нескольких моментов, связанных со сжатием, и того, как вы можете заставить это сжатие работать в ваших интересах.

Компрессия — одна из немногих областей двигателя, где теория «чем больше, тем лучше» действительно верна. Стандартной рекомендацией для уличных двигателей, работающих на насосном газе, всегда было 9 баллов.Степень сжатия от 0,0:1 до, возможно, 9,5:1. Это сделано для того, чтобы двигатель мог безопасно работать на насосном газе, который для большей части страны ограничен октановым числом 91. Хотя 9:1 — безопасное число, максимальное сжатие — отличный способ увеличить мощность, а также улучшить расход топлива, приемистость и управляемость. Общепринятой оценкой является улучшение на три-четыре процента на полную точку сжатия. Это означает, что простое изменение статической степени сжатия с 9:1 на 10:1 на маленьком блоке мощностью 400 л.с. будет стоить целых 16 лошадиных сил.

Графически так выглядит детонация на следе давления. Зазубренные края представляют собой неконтролируемые и экстремальные скачки давления, которые имеют тенденцию вызывать дребезжание поршня в цилиндре и вызывать повреждение двигателя.

Предотвращение детонации

Самым большим ограничивающим фактором при попытке увеличить степень сжатия является угроза детонации. Это определяется как неконтролируемое сгорание, которое происходит после зажигания свечи зажигания. Думайте о процессе горения не как о взрыве, а скорее как о пожаре, горящем на большом поле сухой травы.

В двигателе свеча зажигания зажигает огонь в одном углу верхней части поршня, который является нашей травянистой прерией. Однако есть одно большое отличие. Когда происходит сгорание, давление в цилиндре продолжает расти — вместе с температурой. В какой-то момент, если октановое число топлива окажется недостаточным, отходящие газы загорятся сами по себе в виде самопроизвольного мини-взрыва в той части камеры, где скопились отходящие газы. Это создает скачок давления, который вызывает вибрацию поршня в отверстии. Это то, что вызывает этот слишком распространенный скрежет или стук.

Детонация — это плохо, и ее нельзя допускать, поскольку она может привести к поломке деталей, повреждению камер сгорания и прокладок головок. Самое простое и легкое средство — добавить октановое число в топливо, и в конце статьи мы дадим несколько советов, которые доступны по цене и очень хорошо работают. Но с точки зрения механики, есть также несколько шагов, которые производитель двигателя может сделать, чтобы увеличить компрессию, а также свести к минимуму вероятность детонации.

Статическая или динамическая

Когда мы говорим о сжатии, его следует точнее определить как статическую степень сжатия. Это буквально отношение объема цилиндра с поршнем в нижней части к объему с поршнем в верхней части его хода. Если мы вычислим объем 6,0-литрового двигателя LS с поршневым двигателем с диаметром цилиндра 4,030 дюйма и ходом поршня 4,00 дюйма, получится объем 51 кубический дюйм (ки) или 836 кубических сантиметров (см). Если мы затем подтолкнем поршень к верхней точке его хода, в нашем конкретном случае мы сожмем тот же самый объем почти точно в десять раз, создав объем всего 5,1 ci или 83,6 cc для степени сжатия 10,0:1. Это статическая степень сжатия.

Вот пример того, что детонация может сделать с поршнем. Эти стрелки указывают на разорванные контактные площадки, вызванные сильной детонацией. Это мгновенно уничтожит уплотнение цилиндра, и вы очень быстро поймете, что двигатель поврежден.

Хотя это хороший способ сравнения двигателей, реальность такова, что двигатели фактически работают с гораздо более низким передаточным числом, потому что впускной клапан все еще открыт, когда поршень движется вверх от нижней мертвой точки (НМТ). Фактическую или динамическую степень сжатия можно рассчитать, только зная, где находится поршень, когда впускной клапан закрывается. United Engine and Machine (UEM) предлагает калькулятор динамической степени сжатия, который вводит статическую степень сжатия, ход и длину шатуна, а также степень закрытия впуска при подъеме толкателя 0,050 дюйма плюс 15 градусов. Если ваша кулачковая карта предлагает закрытие впуска на 0,006 дюйма (рекламируемая продолжительность), вы можете использовать это число (возможно, добавив один градус к указанному числу), и вы будете очень близки.

Плотная закалка достигается за счет минимизации зазора между поршнем и головкой до менее 0,045 дюйма для двигателей с клиновидной головкой диаметром 4,00 дюйма. Таким образом, для двигателя с 0,003-дюймовым расстоянием между поршнем и декой добавление 0,041-дюймовой прокладки даст зазор между поршнем и головкой 0,044 дюйма. Узкая зона охлаждения улучшает движение смеси и фактически повышает эффективность сгорания. Избегайте больших зазоров между поршнем и головкой более 0,050 дюйма.

Для того же двигателя Stroker LS мы установили статическое сжатие 10:1, длину штока 6,125 дюйма, ход поршня 4,00 дюйма и степень закрытия впуска 0,050 дюйма, составляющую 47 градусов плюс 15 градусов. Это равно 62 градусам. С этими входными данными калькулятор UEM предложил 8,19динамическое сжатие 8 или 8,2:1. Общепринятая консервативная оценка составляет от 8,0 до, возможно, 8,5: 1 динамической степени сжатия для бензина с октановым числом 91. Это, как правило, верно для старых традиционных двигателей с менее эффективными камерами сгорания. Но для более поздних моделей двигателей с лучшими камерами это может быть улучшено до 9,0: 1 динамического.

Двумя наиболее эффективными переменными в этом расчете являются статическая степень сжатия и точка закрытия впуска. Чтобы продвинуть это дальше, если мы добавим 8 градусов к точке закрытия впускного клапана (70 градусов), это снизит динамическую компрессию с 8,2: 1 до 7,7: 1. Чтобы воскресить динамическое сжатие, потребуется повысить степень статического сжатия до 10,67: 1. Это показывает сильное влияние фаз газораспределения на динамическую компрессию.

Чтобы еще больше подчеркнуть эту концепцию, наихудшей комбинацией будет большой кулачок с очень поздней точкой закрытия впуска, используемый в двигателе с низкой статической степенью сжатия. В качестве примера представьте себе малый блок 350 со статической степенью сжатия 8,2: 1, заявленной продолжительностью 300 градусов и закрытием впуска 58 градусов при 0,050 дюйма плюс 15 градусов равны точке закрытия 73 градуса ABDC. Эта комбинация снижает динамическое сжатие до жалких 6,1:1. Это показывает, как динамическая степень сжатия может помочь определить относительную силу или слабость комбинации двигателей перед сборкой двигателя. 9Двигатели 0003

LS являются хорошим примером современной камерной конструкции. Это камера в нашем 6,0-литровом двигателе с головками Trick Flow Specialties объемом 225 куб.

Но помимо коэффициента статического и динамического сжатия существует множество других факторов. Конструкция камеры, безусловно, является решающим фактором. Двигатели последних моделей имеют гораздо меньшие по размеру и более совершенные камеры, которые улучшают процесс сгорания. Преимущество лучшей камеры заключается в том, что она уменьшает время зажигания, необходимое для получения наилучшей мощности. Возможно, 30 лет назад не было ничего необычного в том, что небольшой блок с большим кулачком и куполообразными поршнями требовал от 38 до 42 градусов полного угла опережения зажигания для оптимизации мощности. Сравните это с современными двигателями, такими как GM LS, со статическим сжатием 10,5:1 и хорошим кулачком, которому для достижения наилучшей мощности требуется всего 30 градусов синхронизации. Уменьшение требований к времени является важным показателем того, что пространство для сгорания намного более эффективно.

Время имеет ключевое значение

Конечно, слишком большой угол опережения зажигания может вызвать другие проблемы. Для современных двигателей трехмерная временная карта, основанная как на нагрузке, так и на частоте вращения, будет иметь большое значение для контроля детонации. Все двигатели могут извлечь выгоду из этого более ограниченного управления зажиганием. Например, мы потратили некоторое время на настройку Chevy с большим блоком 468ci нашего друга Эрика Розендаля после установки корпуса дроссельной заслонки Sniper EFI.

Всего за четыре простых ввода этот бесплатный калькулятор United Engine & Machine может определить динамическую степень сжатия двигателя. Как видно из этих входных данных, движок статического сжатия 10,0:1 вычисляет динамическое сжатие 8,2:1, что хорошо, но несколько консервативно.

После точной настройки соотношения воздух-топливо мы заменили распределитель HEI и канистру вакуумного продвижения на распределитель Sniper и использовали программное обеспечение для управления синхронизацией. Мы смогли добавить больше времени в крейсерском режиме, но убрать время в двух критических точках частичной нагрузки, которые вызывали детонацию при использовании вакуумного опережения. Раньше это требовало от нас отключения вакуумного продвижения, потому что мы не могли его настроить. Но с конечным цифровым управлением кривой синхронизации мы смогли добавить больше синхронизации там, где этого требовал двигатель, а также уберечь двигатель от детонации в других точках. Это было невозможно с простым дистрибьютором.

Эти же методы могут позволить интеллектуальному тюнеру увеличить динамическую компрессию, сводя к минимуму проблемы детонации с бензином с октановым числом 91. Еще одна область, заслуживающая упоминания, заключается в том, что температура воздуха на входе оказывает большое влияние на чувствительность к детонации. Эту информацию мы узнали от ныне вышедшего на пенсию инженера по топливу Rockett Racing Brand Тима Вуса. Он рассказал нам, что несколько лет назад OE провели серьезное испытание, в ходе которого оценивалась взаимосвязь между температурой воздуха на входе и детонацией. Они обнаружили, что повышение температуры воздуха на входе на 25 градусов, скажем, с 70 до 95 градусов, потребовал повышения октанового числа на один пункт (например, с 90 до 91) для предотвращения детонации. Иными словами, если вы сможете снизить температуру воздуха на впуске на 25 градусов, это уменьшит октановое число двигателя на одно полное октановое число – например, с 91 до 90.

Детка, на улице холодно

Этот эффект можно смягчить. другими атмосферными условиями. Например, высокий уровень влажности имеет тенденцию немного снижать октановую чувствительность, поскольку дополнительная вода в воздухе попадает в камеру сгорания. Это может изменить склонность к детонации. И наоборот, увеличение атмосферного давления приведет к увеличению давления в цилиндре. Это добавляет мощности, но также приводит к увеличению пределов существующего октанового числа топлива. Идеальной ситуацией для максимальной мощности был бы холодный воздух на входе со средней влажностью и высоким атмосферным давлением. Это увеличивает мощность, но также может привести к скачку давления в цилиндре и, возможно, к небольшой детонации.

Свечи зажигания с удлиненным наконечником обеспечивают искру ближе к центру патронника и помогают минимизировать детонацию.

Также важно усилить прямую связь между точкой закрытия впуска и статической степенью сжатия как действительно критическими факторами, относящимися к динамическому давлению в цилиндре. Например, мы исследовали несколько гидравлических роликовых кулачков производительности COMP Cams, которые мы использовали на протяжении многих лет, и большинство из этих кулачков регистрируют закрытие впуска при подъеме толкателя 0,006 дюйма (рекламируемая продолжительность) при угле от 62 до 72 градусов. АБДК. Это может оказать некоторую помощь в определении полезного распределительного вала, учитывая, что меньшее число (например, 62 градуса) повысит динамическое сжатие, а большее число (позднее закрытие) уменьшит его.

Одним из быстрых способов повысить октановое число может быть добавление небольшого количества E85 для создания смеси этанола с концентрацией этанола от 20 до 30 процентов (от E20 до E30). Смешивание этанола в смесях до этих уровней повысит октановое число R + M / 2 примерно на два полных числа, что приведет к повышению октанового числа 91 до 93. Конечно, это также потребует перенастройки системы подачи топлива.

Трудно делать какие-либо общие заявления относительно комбинаций, но мы можем поделиться парой примеров динамической степени сжатия. Например, большой блок Chevy объемом 468 куб. отзывчивый крысиный мотор, который отлично работает на 91 октан премиум. Калькулятор UEM обеспечивает коэффициент динамического сжатия 8,2:1. Как упоминалось ранее, двигатель действительно гремел в некоторых местах, что заставило нас немного замедлить синхронизацию. Это наводит нас на мысль, что динамика 8,2:1 довольно близка к максимальной степени сжатия, которую мы можем запустить в этом двигателе с топливом с октановым числом 91.

Head Of The Charge

Некоторые могут быть обеспокоены железными головками, так как энтузиасты опасаются, что железные головки более склонны к детонации, чем алюминиевые. На самом деле мы провели динамометрический тест несколько лет назад, используя небольшой блок Chevy, чтобы проверить эту теорию. Результаты показали, что алюминиевые головки имеют большую мощность, чем железные версии с тем же размером и формой камеры. Единственный тест вряд ли является окончательным, но было бы справедливо сказать, что старые железные головки с плохой конструкцией патронника будут менее эффективными и будут способствовать чувствительности к детонации.

Вот еще один пример взрыва. Эта головка оторвалась от небольшого блока 434ci, который испытал умеренную детонацию в течение длительного периода времени. Этот двигатель работал на насосном газе с октановым числом 91 с мягким гидравлическим роликовым кулачком и статической степенью сжатия 11,0: 1. Небольшие кратеры образовались в результате взрыва.

Мы также использовали 6,0-литровый двигатель LS на динамометрическом стенде с управлением Holley HP EFI с компрессией 10,5: 1, хорошей парой алюминиевых головок Trick Flow Specialties 225 куб. См, ходом 3,62 дюйма, шатунами 6,10 дюйма. , и кулачок с закрытием впуска 62 градуса ABDC. Этот пакет обеспечивает впечатляющее динамическое сжатие 8,54:1. Двигатель также выдавал более 550 л.с. на динамометрическом стенде 9.1-октановый насосный газ. У нас не было возможности запустить этот двигатель на улице, так как это наш тестовый двигатель на муле, но, судя по всему, он будет более чем доволен этой комбинацией на насосном газе с октановым числом 91.

Несомненно, существуют возможности для увеличения статической степени сжатия до 10,5:1 включительно в сочетании с современной камерой сгорания, синхронизацией распредвала и правильной настройкой двигателя. Конечно, производители оригинального оборудования движутся в этом направлении: новые двигатели GM LT1 с непосредственным впрыском теперь имеют статическую степень сжатия 11,5:1. Эти двигатели также извлекают выгоду из датчиков детонации и миллионов долларов исследований и разработок. Но есть признаки того, что при правильном сочетании деталей и фаз газораспределения дни установки на 9Статическая степень сжатия 0:1 на двигателе без наддува быстро выходит из моды.

Что такое октан? (И стоит ли того бензин премиум-класса?)

Водители в США ежегодно тратят миллиарды долларов на бензин премиум-класса, который им не нужен. Как правило, эти автомобилисты ошибочно полагают, что бензин премиум-класса имеет более высокую энергоемкость, чем обычный бензин, поскольку он имеет более высокое октановое число. В сознании многих людей «высокий октан» является синонимом большей мощности и эффективности. В этом посте мы ответим на вопросы: «Что такое октан?» И «Стоит ли премиальный бензин?»

Что такое октан?

Октановое число не имеет ничего общего с содержанием энергии или качеством — это измерение способности бензина противостоять детонации двигателя . Более высокое октановое число означает лучший контроль детонации.

Что это значит для вас?

Если вы не водите высокопроизводительный автомобиль, то немного. Чтобы понять почему, нам нужно нырнуть под капот и поговорить о степени сжатия вашего двигателя.

Степень сжатия – это отношение объема камеры сгорания от наибольшего объема к наименьшему.

Например, скажем, камера сгорания и цилиндр могут вместить 1000 см3 воздуха, когда поршень находится в нижней мертвой точке. Во время такта сжатия поршень движется вверх по цилиндру, уменьшая объем, скажем, до 100 куб. см. Мы используем эти два значения для определения степени сжатия двигателя — 1000:100 уменьшается до 10:1, поэтому наш гипотетический двигатель имеет степень сжатия 10:1.

Стук в двигателе может повредить поршни

Сжатие топлива/воздуха перед сгоранием увеличивает тепловыделение и улучшает эффективность сгорания, улучшая работу двигателя.

Однако то, какое давление может выдержать бензин, прежде чем он сгорит, является прекрасным балансом.

Слишком большое давление, и топливно-воздушная смесь может взорваться в неподходящий момент (так называемый детонации двигателя), что может привести к поломке поршней.

Большинство стандартных газовых двигателей имеют степень сжатия около 10:1 и прекрасно работают на обычном бензине с октановым числом 87. Однако некоторые высокопроизводительные двигатели имеют более высокую степень сжатия. Кроме того, некоторые из современных сложных двигателей с турбонаддувом имеют более высокую степень сжатия, чем двигатели прошлых лет, что помогает им соответствовать строгим требованиям экономии топлива.

Это также вызывает относительно новую проблему, называемую низкоскоростным ранним зажиганием , о которой вы можете прочитать здесь.

Повышенное давление в камере сгорания может вызвать спорадическое воспламенение обычного газа, что приведет к детонации двигателя. Бензин премиум-класса с более высоким октановым числом лучше выдерживает повышенное давление и предотвращает детонацию двигателя для достижения максимальной производительности.

Газ премиум-класса также не может очищать лучше

Другое распространенное заблуждение заключается в том, что газ премиум-класса содержит более высокую концентрацию чистящих средств и других добавок, повышающих эффективность.

В то время как многие производители продают высококачественный бензин премиум-класса, например Shell V-Power Nitro+ или ExxonMobil Synergy, бензин премиум-класса на вашей местной заправочной станции не может быть разработан для улучшения каких-либо характеристик, кроме октанового числа.