Геометрические параметры двигателя: объем и степень сжатия

Объем двигателя

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

  • рабочий;
  • камеры сгорания;
  • полный.

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

Объемы цилиндра двигателя

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

По формуле это выглядит так: Vраб. = πr2h, где π = 3,14, r – радиус, h – длина рабочего хода поршня.

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

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

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

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

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

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

Что такое степень сжатия?

Степень сжатия – геометрическая величина, который не имеет единицы измерения. Определить ее можно параметрами самого двигателя, так как этот параметр равен отношению полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Изменить степень сжатия можно только посредством вмешательства в конструкцию двигателя.

 Этот параметр поменяется, если, например, изменит

Этот параметр поменяется, если, например, изменить толщину прокладки ГБЦ, разными способами форсирования или дефорсирования мотора, которые поменяют саму геометрию мотора. Степень сжатия напрямую зависит от стойкости к детонации того горючего, которое используется для заправки этой машины. Данный параметр можно найти в инструкции по использованию машины, в разделе ТТХ.

Как измерить компрессию

Выше мы говорили о том, какая компрессия двигателя считается нормальной. Сейчас приведем несколько советов относительно самостоятельного выполнения соответствующих замеров. 

 	Напомним, что профессиональные мотористы измеряю

Напомним, что профессиональные мотористы измеряют данную величину с помощью специального прибора – компрессометра, который легко найти в свободной продаже. Итак, «вооружившись» упомянутым прибором, который фактически представляет собой обычный манометр с обратным клапаном, делаем следующее:

 проверяем заряд АКБ, ведь пока осуществляются замеры, мотор работает на аккумуляторе.  Заблаговременно прогреваем двигатель, чтобы он достиг рабочей температуры (только так можно получить максимально точный результат).

Собственно процесс измерения состоит из таких этапов:

  •  Снятие проводов со всех свечей.
  •  Выкручивание свечи на каждом из цилиндров.
  •  Вытаскивание бензонасоса, если он электрический. (В случаях с обычным бензонасосом с него необходимо снять шланг, который подает топливо).
  •  Отключение электропровода с форсунок.

Можно начинать измерение. Лучше всего делать это с помощником, ведь один человек должен вращать двигатель, а второй – фиксировать результаты. Чтобы замеры были корректными, компрессометр необходимо подсоединить к тому цилиндру, который проверяется в конкретный момент времени.

Далее педаль акселератора нужно выжать до максимума – это обеспечит полное открытие дроссельной заслонки. Проворачивается ключ зажигания, начинает вращаться стартер. Действовать нужно до тех пор, пока фиксируемые прибором значения не перестанут расти, они и станут реальной компрессией мотора. 

По завершению измерений полученные показатели нужно сравнить с нормой (она указана в инструкции по эксплуатации транспортного средства). Если цифры одинаковы, либо они рознятся несущественно, причина неисправности кроется в чем-то другом.

Цикл МиллераАткинсона

Большую известность цикл Миллера-Аткинсона получил благодаря рекламным брошюрам компании Mazda. Маркетологи гордо заявляют, что инженерам удалось поднять степень сжатия двигателей модели Skyactive до 14 единиц. На самом деле речь идет о геометрической степени сжатия, а не о фактической.

Трюк заключается в том, что во время поднятия поршня на такте сжатия выпускные клапаны еще долгое время открытые, из-за чего часть свежего воздушного заряда выталкивается в выхлопной тракт. Поэтому фактическая степень близка к стандартным для бензиновых моторов 12 единицам. Увеличение термического КПД при этом достигается за счет более эффективного использования энергии расширяющихся газов на такте рабочего хода. За счет большего хода (увеличен диаметр кривошипа) газы дольше давят на поршень. Поэтому при сгорании одной и той же доли топлива, в сравнении с обычным циклом Отто, на коленчатый вал передается больший крутящий момент. Технология позволяет в режимах малых и средних нагрузок значительно уменьшить расход топлива и количество вредных выбросов.

Как связаны степень сжатия и компрессия

Так как СЖ величина абсолютная, то ее можно рассчитать математически. На практике этот показатель отображается в виде коэффициента. При этом компрессию в силовом агрегате измеряют только практическим путем. Она зависит от ряда факторов:

  • мощности стартера;
  • герметичности цилиндро-поршневой группы;
  • заряда аккумулятора;
  • качество контактов, которые влияют на количество оборотов стартера;
  • герметичности клапана.

На что влияет данный показатель

Данный показатель напрямую влияет на количество работы, которое придется произвести двигателю автомобиля. Чем выше степень, тем больше энергии будет выделяться при сжигании топливной смеси. В конечном итоге, такой агрегат будет выдавать больше мощности, измеряемой в лошадиных силах. По этой причине большинство автопроизводителей в конце прошлого века пытались поднять отдачу своих двигателей за счет увеличения СЖ. При этом, расширить объем камер сгорания либо цилиндров им не приходило в голову. Стоит отметить, что форсирование агрегатов подобным способом действительно приводит к серьезному увеличению «лошадности». При этом мотор не потребляет больше топлива. Таким образом, двигателя становятся не только мощными, но и экономичными.

Однако у подобной форсировки есть ограничения. В п

Однако у подобной форсировки есть ограничения. В первую очередь необходимо помнить, что, если сжать смесь до определенной величины, то она просто может детонировать. Т.е произойдет ее самопроизвольный взрыв. Отметим, что подобный процесс возможен исключительно в бензиновых ДВС. В дизелях взрыв не происходит по причине того, что они в среднем имеют более высокую степень сжатия. Для того, чтобы повысить значение давления детонации, необходимо повысить октановое число горючего, например, залить в автомобиль бензин АИ-98, который стоит в разы дороже. При этом, ряд автолюбителей начинают использовать различные химические добавки. Последние ни только не оказывают долгосрочного влияния, но и ухудшают экологические параметры мотора. Отдельно стоит отметить, что заливка горючего с более высоким октановым числом также не самый действенный метод увеличения детонации, так как данная характеристика никак не влияет на теплотворную способность топлива.

Математический расчет

Степень сжатия двигателя внутреннего сгорания равняется объему камеры сгорания к рабочему объему цилиндра и рассчитывается по формуле (V + C)/C = CR, где

  • V — объем цилиндра, когда поршень находится в нижней мертвой точке (НМТ). Для расчета необходимо сумму объемов всех цилиндров (указывается в технической характеристике ДВС) разделить на количество котлов;
  • С — объем камеры сгорания, когда поршень в верхней мертвой точке (ВМТ). Включает в себя объем полости ГБЦ, прокладки ГБЦ и выемок в цилиндре. Если поршень имеет выпуклость, ее объем отнимается от общего объема камеры сгорания.

Вычислить степень сжатия математически довольно непросто из-за сложной геометрической формы камеры сгорания. Поэтому на практике применяются 2 основные методы вычисления.

Практический расчет методом проливки

Суть измерения заключается в поочередном заполнении жидкостью площади над поршнем, когда тот находится в верхней мертвой точке, и стенок камеры сгорания ГБЦ. Для измерения нам необходим кусок оргстекла, в котором будут пропилены отверстия для вкручивания болтов ГБЦ и отверстие для заливки жидкости. Между оргстеклом и блоком необходимо установить уже использованную (обжатую) прокладку. Стенки цилиндров для увеличения гидроплотности необходимо смазать густой консистентной смазкой (литиевой либо обычным солидолом).

Притянув оргстекло болтами, заполните образовавшейся объем жидкостью. Объем поместившейся воды будет соответствовать объему надпоршневого пространства. Аналогичный тест проводится и с головкой блока. При этом клапана должны быть притерты, между седлами и тарелками нанесена консистентная смазка. Сумма объема залитых жидкостей и будет объемом камеры сгорания.

Чтобы рассчитать степень сжатия на онлайн-калькуляторе, также будет необходимо измерить величину хода поршня и диаметр цилиндра. Все эти значения помогут вычислить объем двигателя, который изменяется при каждой фрезеровке плоскостей БЦ, ГБЦ, установке поршней иной геометрической формы, расточки цилиндров либо установке других шатунов, коленчатого вала.

Как работает двигатель с изменяемой степенью сжатия?

До недавнего времени показатель степени закладывался инженерами на этапе разработки и был фиксированным вне зависимости от режима работы двигателя. Нормальное значение для современных бензиновых моторов варьируется от 8 до 14 единиц, традиционно высокая степень сжатия у дизельных моторов – 18-23.

Ужесточение экологических норм заставляет гениев инженерной мысли искать новые пути увеличения термического КПД. Одно из таких решений – двигатель с изменяемой степенью сжатия. Было разработано несколько вариантов динамического изменения степени:

  • дополнительная секция в полости ГБЦ. Открытие секции позволяет увеличить объем камеры сгорания, уменьшая тем самым степень. Система не получила распространения из-за избыточного усложнения конструкции ГБЦ;
  • поршни с изменяемой высотой. Конструкция получилась слишком громоздкой, появились проблемы с перекосом поршней и уплотнением ЦПГ;
  • регулировка высоты подъема коленчатого вала. Изменение степени сжатия осуществляется за счет специальных эксцентриковых муфт, которые регулируют высоту опорных подшипников коленвала. Технология долгое время тестировалась концерном VAG, но так и не вошла в серию;
  • регулировка высоты поднятия ГБЦ. Специальный механизм с электроприводом и шарнирное соединение частей блока двигателя позволяли регулировать степень от 8 до 14 единиц. Разрабатывалась технология инженерами SAAB, но из-за ненадежности резинового кожуха, герметизирующего подвижные части блока, и излишней сложности конструкции также не пошла в серию;

  • шатун с изменяемой длиной. Высота шатуна регулировалась специальным реечным механизмом с помощью давления масла. Как и в предыдущих случаях, разработка французских инженерах не была внедрена в массовое производство;

  • траверсный механизм сочленения шатуна с коленчатым валом. За счет изменения угла поворота траверсы уменьшается либо увеличивается ход поршня. Разработка инженеров Infiniti используется на двухлитровом моторе VC-T, который сейчас устанавливается на кроссовер QX50. Двигатель развивает максимальную мощность в 268 л.с. и пиковый крутящий момент 380 Нм.

Значения компрессии в бензиновом и дизельном двигателях

 	Говоря о том, какая компрессия должна быть в дви

Говоря о том, какая компрессия должна быть в двигателе, важно отметить, что это значение зависит от того, о каком именно моторе идет речь. Компрессия дизельного двигателя может варьироваться в пределах от 14 до 18 единиц, и это будет нормой, тогда как компрессия бензинового двигателя колеблется от 8 до 12.

А вот если говорить о степени сжатия, то на дизельных агрегатах она не может опускаться ниже 20:1, в случае с бензиновыми моторами нормой считается показатель в диапазоне 10:1 – 13:1. 

Влияние на компрессию оказывает множество факторов, в частности, герметичность соединения цилиндров и поршней, цилиндров и дроссельной заслонки, цилиндров и клапанов. Начинающих автолюбителей волнует вопрос о том, зачем выполнять проверку компрессии двигателя.

Ответ на него прост: это косвенный признак неисправности силовой установки, который может указывать на наличие серьезных проблем ее в работе. Если упустить момент, возможны серьезные последствия, вплоть до необходимости капитального ремонта ДВС. Измеряется компрессия специальными приборами – компрессометрами.

Как рассчитать степень

Желательно, чтобы мотор, который установлен под капотом транспортного средства, имел максимально возможную степень сжатия. За этим пристально следят современные автопроизводители. Поэтому необходимо знать, как же определяется данный показатель. Это также важно еще и потому, что в неумелых руках самостоятельная регулировка силового агрегата может обернуться непреднамеренным взрывом, который может полностью разрушит мотор. Формула для расчета степени сжатия выглядит следующим образом — CR=(V+C)/C, где:

  • CR – степень сжатия установки;
  • V – рабочий объем цилиндра;
  • С – объем камеры сгорания.

Как правило, величина рассчитывается для каждого о

Как правило, величина рассчитывается для каждого отдельно взятого цилиндра. Для этого, сначала берется рабочий объем установки, а после данное значение делится на количество цилиндров. Так определяется параметр V. Для того, что найти объем камеры сгорания или С, необходимо использовать бюретку. Далее в камеру заливается какая-либо жидкая субстанция, а после с помощью бюретки измеряется объем. Как правило, подобный девайс есть у механиков в специализированных автомастерских. Далее полученное значение вставляется в формулу и проводятся расчеты. Необходимость определения СЖ, как правило, требуется в следующих ситуациях:

  • проводится форсировка ДВС;
  • после ремонта агрегата, когда необходимо скорректировать данный показатель;
  • перед тем, как владелец авто намерен на постоянной основе использовать топливо с более высоким октановым числом.

Существуют ли моторы с изменяемой степенью сжатия

Раньше инженеры автокомпаний при разработке силового агрегата изначально закладывали показатель степени сжатия, и он не менялся вне зависимости от режима работы двигателя. Однако в современных реалиях, когда многие страны ужесточили экотребования, конструкторам приходится искать новые пути увеличения термического КПД. Одно из таких решений – создание мотора с изменяемой степенью сжатия. Было разработано несколько вариантов:

  • использование поршней, высоту которых можно регулировать. Однако итоговая конструкция получилась чересчур громоздкой и стала перекашиваться;
  • установка дополнительной секции в полости ГБЦ. Это позволяет сделать объём камеры больше, однако такая конструкция сложна в производстве;
  • регулировка высоты подъема коленчатого вала. Для регуляции высоты опорных подшипников коленвала используются специальные муфты. Такая технология тестировалась автоконцерном VAG, но в серийное производство так и не пошла;
  • регулировка высоты поднятия ГБЦ. Для этого используется спецмеханизм с электроприводом. Технология была признана ненадежной и конструктивно сложной, что помешало ей выйти в серию;
  • использование траверсного механизма сочленения шатуна с коленчатым валом. Такая разработка успешно используется компанией Инфинити на паркетнике QX50, оснащенном 268-сильным агрегатом;
  • установка шатуна с изменяемой высотой. Регуляция производилась с помощью давления масла. Технология разрабатывалась специалистами из Франции и в серию не вышла.

степень сжатия истепень сжатия истепень сжатия –ес