Какво е съотношението на компресия на двигател с вътрешно горене

Една от важните конструктивни характеристики на бутален двигател с вътрешно горене е степента на компресия. Този параметър влияе върху мощността на двигателя с вътрешно горене, неговата ефективност, както и разхода на гориво. Междувременно малко хора имат истинска представа за това какво се разбира под степента на компресия. Много хора смятат, че това е просто синоним на компресия. Въпреки че последното е свързано със степента на компресия, това са напълно различни неща.

За да разберете терминологията, трябва да разберете как е подреден цилиндърът на силовия агрегат и да разберете принципа на работа на двигателя с вътрешно горене. Горимата смес се впръсква в цилиндрите, след което се компресира от бутало, движещо се от долната мъртва точка (BDC) към горната мъртва точка (TDC). Компресираната смес в някакъв момент близо до TDC се запалва и изгаря. Разширяващият се газ извършва механична работа, като избутва буталото в обратна посока - към BDC. Свързан с буталото, свързващият прът действа върху коляновия вал, карайки го да се върти.

Пространството, ограничено от вътрешните стени на цилиндъра от BDC до TDC, е работният обем на цилиндъра. Математическата формула за работния обем на един цилиндър е следната:

Vₐ = πr²s

където r е радиусът на вътрешното сечение на цилиндъра;

s е разстоянието от TDC до BDC (дължина на хода на буталото).

Когато буталото достигне TDC, все още има малко място над него. Това е горивната камера. Формата на горната част на цилиндъра е сложна и зависи от конкретния дизайн. Следователно е невъзможно да се изрази обемът Vₑ на горивната камера с една формула.

Очевидно общият обем на цилиндъра Vₒ е равен на сумата от работния обем и обема на горивната камера:

Vₒ = Vₐ+Vₑ

А степента на компресия е съотношението на общия обем на цилиндъра към обема на горивната камера:

ε = (Vₐ+Vₑ)/Vₑ

Тази стойност е безразмерна и всъщност характеризира относителната промяна на налягането от момента на впръскване на сместа в цилиндъра до момента на запалването.

От формулата може да се види, че е възможно да се увеличи степента на компресия или чрез увеличаване на работния обем на цилиндъра, или чрез намаляване на обема на горивната камера.

За различни двигатели с вътрешно горене този параметър може да се различава и да се определя от типа на агрегата и характеристиките на неговия дизайн. Съотношението на компресия на съвременните бензинови двигатели с вътрешно горене е в диапазона от 8 до 12, в някои случаи може да достигне до 13 ... 14. За дизеловите двигатели тя е по-висока и достига 14 ... 18, това се дължи на особеностите на процеса на запалване на дизеловата смес.

А що се отнася до компресията, това е максималното налягане, което възниква в цилиндъра, когато буталото се движи от BDC до TDC. Международната единица SI за налягане е паскал (Pa/Pa). Мерни единици като бар (bar) и атмосфера (at / at) също са широко използвани. Единичното съотношение е:

1 при = 0,98 бара;

1 бар = 100 000 Pa

В допълнение към степента на компресия, съставът на горимата смес и техническото състояние на двигателя с вътрешно горене, особено степента на износване на частите на цилиндро-буталната група, влияят върху компресията.

С увеличаване на степента на сгъстяване налягането на газовете върху буталото се увеличава, което означава, че в крайна сметка мощността се увеличава и ефективността на двигателя с вътрешно горене се увеличава. По-пълното изгаряне на сместа води до подобряване на екологичните характеристики и допринася за по-икономичен разход на гориво.

Въпреки това, възможността за увеличаване на степента на компресия е ограничена от риска от детонация. При този процес въздушно-горивната смес не гори, а експлодира. Не се извършва полезна работа, но буталата, цилиндрите и частите на коляновия механизъм изпитват сериозни удари, което води до бързото им износване. Високата температура по време на детонация може да причини изгаряне на клапаните и работната повърхност на буталата. До известна степен бензинът с по-високо октаново число помага да се справи с детонацията.

При дизелов двигател също е възможна детонация, но там тя се причинява от неправилна настройка на инжекцията, сажди по вътрешната повърхност на цилиндрите и други причини, които не са свързани с повишено съотношение на компресия.

Възможно е да се форсира съществуващият агрегат чрез увеличаване на работния обем на цилиндрите или степента на компресия. Но тук е важно да не прекалявате и внимателно да изчислите всичко, преди да се втурнете стремглаво в битка. Грешките могат да доведат до такъв дисбаланс в работата на уреда и детонации, че нито високооктановият бензин, нито регулирането на момента на запалване няма да помогнат.

Едва ли има смисъл да се форсира двигател, който изначално е с високо съотношение на компресия. Цената на усилията и парите ще бъде доста голяма, а увеличението на мощността вероятно ще бъде незначително.

Желаната цел може да се постигне по два начина - чрез пробиване на цилиндрите, което ще увеличи работния обем на двигателя с вътрешно горене или чрез фрезоване на долната повърхност (главата на цилиндъра).

Скучно на цилиндъра

Най-добрият момент за това е, когато все пак трябва да пробиете цилиндрите.

Преди да извършите тази операция, трябва да изберете буталата и пръстените за новия размер. Вероятно няма да е трудно да се намерят части за ремонтните размери за този двигател с вътрешно горене, но това няма да доведе до забележимо увеличение на работния обем и мощността на двигателя, тъй като разликата в размера е много малка. По-добре е да търсите бутала и пръстени с по-голям диаметър за други агрегати.

Не трябва да се опитвате сами да пробиете цилиндрите, защото това изисква не само умения, но и специално оборудване.

Финализиране на главата на цилиндъра

Фрезоването на долната повърхност на главата на цилиндъра ще намали дължината на цилиндъра. Горивната камера, частично или изцяло разположена в главата, ще стане по-къса, което означава, че степента на компресия ще се увеличи.

За приблизителни изчисления може да се приеме, че премахването на слой от четвърт милиметър ще увеличи съотношението на компресия с около една десета. По-фината настройка ще даде същия ефект. Можете също така да комбинирате едното с другото.

Не забравяйте, че финализирането на главата изисква точно изчисление. Това ще избегне прекомерното съотношение на компресия и неконтролираната детонация.

Форсирането на двигател с вътрешно горене по този начин е изпълнено с друг потенциален проблем - скъсяването на цилиндъра увеличава риска буталата да срещнат клапаните.

Наред с други неща, ще е необходимо също така да се регулира отново времето на клапана.

Измерване на обема на горивната камера

За да изчислите коефициента на компресия, трябва да знаете обема на горивната камера. Сложната вътрешна форма прави невъзможно математическото изчисляване на неговия обем. Но има доста лесен начин за измерване. За да направите това, буталото трябва да бъде поставено в горна мъртва точка и с помощта на спринцовка с обем от приблизително 20 cm³, налейте масло или друга подходяща течност през отвора на свещта, докато се напълни напълно. Пребройте колко кубика сте изсипали. Това ще бъде обемът на горивната камера.

Работният обем на един цилиндър се определя, като обемът на двигателя с вътрешно горене се раздели на броя на цилиндрите. Като знаете и двете стойности, можете да изчислите съотношението на компресия, като използвате горната формула.

Такава операция може да е необходима например за преминаване към по-евтин бензин. Или трябва да се върнете назад в случай на неуспешно форсиране на двигателя. След това, за да се върнат в първоначалните си позиции, е необходимо удебелено уплътнение на главата на цилиндъра или нова глава. Като опция използвайте два обикновени дистанционера, между които може да се постави алуминиева вложка. В резултат на това горивната камера ще се увеличи и степента на компресия ще намалее.

Друг начин е да се премахне слой метал от работната повърхност на буталата. Но такъв метод ще бъде проблематичен, ако работната повърхност (дъното) има изпъкнала или вдлъбната форма. Сложната форма на короната на буталото често се прави за оптимизиране на процеса на изгаряне на сместа.

При по-старите ICE с карбуратор дефорсирането не създава проблеми. Но електронното управление на съвременните инжекционни двигатели с вътрешно горене след такава процедура може да се обърка при регулиране на момента на запалване и след това може да възникне детонация при използване на нискооктанов бензин.