Степень сжатия (CR) двигателя внутреннего сгорания — это соотношение между максимальным и минимальным значениями объема цилиндра двигателя и камеры сгорания. Проще говоря, соотношение между общим объемом камеры сгорания, который остается, когда поршень находится в BDC, и объемом, который остается в камере сгорания, когда поршень перемещается в TDC, называется степенью сжатия.
Виды степени сжатия
Степень сжатия рассчитывается следующими двумя различными методами:
- Статическая степень сжатия
- Динамическая степень сжатия
1) Статическая степень сжатия
Статическая степень сжатия измеряется по объему камеры сгорания при верхнем ходе поршня и по относительному объему камеры сгорания и цилиндра при нижнем ходе поршня.
2) Динамическая степень сжатия
Динамическую степень сжатия очень трудно рассчитать, потому что она включает в себя также газ, поступающий в цилиндр и выходящий из него во время процесса сжатия.
Поясню на примере: представьте себе двигатель общим объемом 2000 куб. см. В этих 2000 куб. см 1900 куб. см — это рабочий объем (расстояние, пройденное поршнем при движении от BDC до TDC), а объем зазора составляет 100 куб. см (оставшийся объем в цилиндре, когда поршень достигает TDC). Таким образом, CR этого двигателя составляет 2000:100 или 20:1.
Производительность двигателя увеличивается при увеличении степени сжатия. Как вы знаете, в дизельном двигателе нет свечи зажигания, а процесс воспламенения происходит благодаря высокой степени сжатия топливовоздушной смеси. Поэтому степень сжатия дизельного двигателя (от 18:1 до 23:1) выше, чем степень сжатия бензинового двигателя (от 10:1 до 14:1).
Критерии конструкции, от которых зависит степень сжатия
Степень сжатия зависит от следующих параметров:
1) Длина хода поршня
Длина хода поршня — это длина камеры сгорания или расстояние между нижней мертвой точкой и верхней мертвой точкой цилиндра двигателя.
CR изменяется в зависимости от длины хода поршня. Она увеличивается при увеличении длины хода поршня. Чем больше длина хода цилиндра двигателя, тем выше CR.
2) Диаметр отверстия
Цилиндр двигателя имеет цилиндрическую форму. Диаметр отверстия — это диаметр или внутренний диаметр цилиндра двигателя, в котором поршень совершает возвратно-поступательное движение.
Коэффициент сжатия также зависит от диаметра отверстия (т.е. чем больше диаметр отверстия двигателя, тем выше степень сжатия).
3) Квадратный двигатель
У квадратного двигателя диаметр отверстия цилиндра равен длине хода поршня, что обеспечивает оптимальный баланс мощности и скоростных характеристик.
4) Количество цилиндров
Степень сжатия сильно зависит от количества цилиндров двигателя. Это связано с тем, что количество поршней увеличивается с увеличением числа цилиндров. Поэтому степень сжатия выше в двигателе с большим числом поршней; число цилиндров также влияет на степень сжатия двигателя.
Таким образом, из вышеприведенного обсуждения мы можем легко сделать вывод, что большой двигатель будет иметь более высокую степень сжатия, чем маленький двигатель.
Из-за больших требований к размерам I-образного двигателя с более высокой степенью сжатия был разработан V-образный двигатель, который имеет компактную конструкцию и обеспечивает высокую степень сжатия.
Как улучшить степень сжатия двигателя
Для достижения более высокой степени сжатия следуйте приведенным ниже методам:
- Замените поршень с плоской вершиной на поршень с высокой степенью сжатия, который загибается вверх, что приводит к более высокому CR. Однако при высокой степени сжатия воздушно-топливной смеси выделяется больше тепла. По этой причине топливо начинает сгорать естественным образом (до того, как свеча зажигания производит искру), что приводит к появлению стуков и снижению производительности двигателя. Из-за этого новейшие двигатели могут использовать только высокооктановое топливо, так как топливо с низким октановым числом, например 92, легко сбивается.
- Наддув: При этом наддув увеличивается пропорционально скорости, но создает прямую нагрузку на двигатель, как шкив кондиционера. На низких скоростях эффект наддува также не заметен.
- Турбонаддув : Он обеспечивает максимальную мощность, когда обороты турбины превышают 3000 об/мин, но при более низких оборотах, чем 3000 об/мин, турбина снижает скорость двигателя, поскольку работает за счет выхлопных газов. Это явление известно как турболаг. Чтобы подготовиться к высокоэффективному сжатию двигателя, которое происходит, когда турбо работает в полную силу, двигатель должен иметь низкую степень сжатия (например, 8:1), что еще больше снижает мощность до того, как турбо заработает. В целом, это увеличивает расход топлива в автомобилях с турбонаддувом.
Как рассчитать статическую степень сжатия
Прежде всего, для расчета степени сжатия необходимо найти объем зазора и рабочий объем. Значения объема зазора и объема вытеснения помогут вам рассчитать отношение объема камеры сгорания к объему цилиндра в верхней (до сжатия) и нижней (после сжатия) частях хода поршня.
Объем вытеснения — это количество топливно-воздушной смеси, которое смещается при толкании поршня вниз.
Объем зазора — это количество (или площадь) топливно-воздушной смеси, остающейся, когда поршень находится в точке TDC. Для расчета степени сжатия используется следующая формула:
CR = (объем зазора + объем рабочего объема) / объем зазора.
Считаем, что объем зазора двигателя равен 30, а объем рабочего объема — 6, тогда степень сжатия равна:
CR = (30 + 6) / 6 = 6:1.
Коэффициент сжатия равен 6:1. Это низкая степень сжатия, что указывает на недостаточную мощность, вырабатываемую поршневым циклом.
Предположим, вы измеряете статическую степень сжатия и обнаруживаете, что объемы поршня и камеры сгорания малы. В этом случае вы можете отвезти автомобиль к профессиональному автомеханику для определения причины низкой степени сжатия двигателя IC.
Степень сжатия бензинового двигателя
Степень сжатия четырехтактного бензинового двигателя приведена ниже:
- Как всем известно, бензиновый двигатель всасывает топливно-воздушную смесь во время такта впуска. Во время такта сжатия топливно-воздушная смесь сжимается, чтобы смесь перемешалась и сгорела должным образом. Бензиновый двигатель нуждается в правильной степени сжатия для правильного сгорания топливовоздушной смеси и обеспечения лучшего теплового КПД.
- Во время такта сжатия давление и температура воздушно-топливной смеси в цилиндре увеличиваются, вызывая полное или нормальное сгорание топлива при срабатывании свечи зажигания, что улучшает экономию топлива и позволяет избежать осечек двигателя.
- Бензиновый двигатель с достаточным CR обеспечивает сбалансированную мощность и скорость.
- Новейшие бензиновые двигатели обычно имеют степень сжатия от 10,0:1 до 13,5:1. Коэффициент сжатия двигателя с датчиком стука обычно превышает 11,1:1 и приближается к 14,0:1 (обычно при использовании высокооктанового топлива и прямого впрыска топлива), а коэффициент сжатия бензинового двигателя без датчика стука обычно составляет от 8,0:1 до 10,5:1.
Степень сжатия дизельного двигателя
- У дизельных двигателей нет свечи зажигания для сжигания воздушно-топливной смеси. Поэтому для правильного сгорания топливовоздушной смеси им требуется высокая степень сжатия. Таким образом, сгорание топлива полностью зависит от сжатия воздуха во время такта сжатия дизельного цикла.
- Дизельные двигатели с высокой степенью сжатия сильно сжимают воздух, поэтому температура сжатого воздуха должна быть повышена до температуры самовоспламенения впрыскиваемого топлива, что обеспечивает полное или правильное сгорание топлива.
- Дизельные двигатели имеют большую степень сжатия, чем бензиновые.
- Дизельные двигатели производят большую мощность благодаря высокой степени сжатия дизельных двигателей. Как известно, чем выше CR, тем выше тепловой КПД или выходная мощность.
- Дизельные двигатели с высокой степенью сжатия обеспечивают превосходную экономию топлива благодаря повышенной тепловой эффективности, обеспечиваемой высокой степенью сжатия.
- Обычно степень сжатия дизельного двигателя составляет от 18:1 до 23:1, которая варьируется в зависимости от конструкции двигателя и характера применения.
Как увеличить степень сжатия?
Мощность двигателя увеличивается при увеличении степени сжатия (CR).
Высокая степень сжатия позволяет двигателю получать максимальную энергию от процесса сгорания благодаря более высокому термическому КПД.
При увеличении степени сжатия поршень перемещается выше внутри цилиндра, что увеличивает силу расширения, приводя к увеличению мощности двигателя.
Более высокий CR = более высокий октан
Раздел часто задаваемых вопросов
Увеличивает ли увеличение степени сжатия мощность?
Увеличение степени сжатия повышает тепловую эффективность двигателя. При более высоком CR двигатель имеет возможность получить максимум энергии из данной массы воздушно-топливной смеси. При увеличении степени сжатия двигатель вырабатывает больше мощности.
Какова степень сжатия дизельного двигателя?
В бензиновом двигателе для воспламенения воздушно-топливной смеси используется свеча зажигания, а в дизельном двигателе свечи зажигания нет. Поэтому бензиновый двигатель имеет более низкую степень сжатия, чем дизельный.
Степень сжатия бензинового двигателя составляет от 8:1 до 12:1, в то время как степень сжатия дизельного двигателя составляет от 18:1 до 23:1.
Какова степень сжатия бензинового двигателя
Степень сжатия бензинового двигателя составляет от 8:1 до 12:1.
