Чему равна степень сжатия у современных карбюраторных двигателей

Степень сжатия и октановое число бензина. Таблица

Автомобильное топливо — легкокипящая углеводородная фракция (33–205°C) прямой нефтеперегонки. Ключевые параметры бензина — степень сжатия и октановое число. Современные автомобильные бензины маркируются обозначениями «АИ» и цифровыми индексами 80–98. В зависимости от конкретного типа двигателя используется бензин определённой марки. Разберём основные характеристики автомобильного жидкого топлива подробнее.

Увеличение степени сжатия: плюсы и минусы

Любой ДВС в основе имеет принцип воспламенения смеси воздуха и распыленного топлива в камере сгорания. Результатом сгорания смеси становится тепловое расширение газов, которые толкают поршень. Такая энергия толчка от поршня передается на коленчатый вал двигателя посредством работы КШМ, что означает преобразование сгорания топлива в полезную механическую работу.

Чем большим оказывается показатель степени сжатия двигателя, тем сильнее итоговое давление газов на поршень. Увеличение давления будет означать, что за один такт силовая установка способна выполнить больше механической работы. Если проще, то мощность и отдача от двигателей с большей степенью сжатия выше сравнительно с аналогами, которые имеют меньший показатель. Также необходимо добавить, что количество самого подаваемого топлива в моторах с большей степенью сжатия не увеличивается, при этом такой двигатель имеет больший КПД. Бензиновые двигатели могут демонстрировать показатель степени сжатия от 8 до 12. Что касается дизельных моторов и особенностей воспламенения смеси в таких агрегатах, степень сжатия дизеля выше и находится в рамках от 14 до 18 единиц.

Большинство современных моторов легковых автомобилей имеют высокую степень сжатия, так как двигатель становится мощнее и экономичнее. Топливно-воздушная смесь в таких ДВС сгорает более полноценно и равномерно, позволяя улучшить ряд характеристик двигателя во всем диапазоне оборотов. Главной особенностью моторов с высокой степенью сжатия является повышенная требовательность к качеству топлива. Для таких силовых агрегатов обязательно использование дорогих марок бензина с высоким октановым числом и солярки с необходимым цетановым числом. Большинство современных бензиновых ДВС предполагают использование топлива с октановым числом не ниже АИ-95 или АИ-98.

Увеличение степени сжатия

Возможность увеличения степени сжатия без риска преждевременной детонации предусмотрена во многих двигателях. Это делается через уменьшение объема камеры сгорания (чем он меньше, тем сильнее будет сжиматься находящаяся в ней рабочая смесь). Существует три способа:

• Расточка цилиндров. При этом увеличивается объем двигателя. Поскольку объем камеры сгорания не меняется, это повышает степень сжатия. Однако расточка цилиндров подразумевает обязательную замену поршней, что обусловлено увеличением диаметра.
• Фрезерная обработка нижней части ГБЦ, в результате чего она укорачивается. Объем двигателя остается прежним, а у камеры сгорания — уменьшается, соответственно — повышается степень сжатия.
• Установка более тонкой прокладки ГБЦ по сравнению с имеющейся. Это также приведет к уменьшению объема камеры сгорания при неизменном объеме двигателя.

Подробнее о том, как увеличить мощность дизельного двигателя читайте в нашем материале.

В двух последних случаях следует учитывать вероятность столкновения поршней с клапанами. Поэтому перед модернизацией двигателя следует провести точные расчеты. Одним из вариантов решения проблемы является установка поршней, имеющих увеличенные выемки под клапана (они предназначены, в том числе, для подобных операций).

Понятие рабочего объема цилиндра

Этот показатель – величина между крайними позициями поршня, находящегося в движении. Объем наполняется топливной смесью в процессе впускания горючего и движения поршня. Находясь в верхнем положении, поршень формирует свободную величину, являющуюся, по сути, камерой сгорания.

Для расчета объема цилиндра, потребуется сложить рабочий параметр и величину камер сжатия. Уровень компрессии, служит определяющим параметром для степени сжатия смеси в цилиндре. От этого показателя, зависит мощность силовой установки.

На что это влияет

Топливо сгорает по всему объему цилиндра. Показатель сжимания рабочей смеси не зависит от компрессии. А вот последняя связана с ним, а еще с целым рядом факторов: температурой, давлением в исходной точке движения поршня, регулировкой газораспределительных фаз. Итак, чтобы подытожить, можно сказать, что компрессией является то максимальное давление, которое будет измерено в цилиндре при неработающем двигателе и полностью перекрытой подаче топлива.

Главное влияние, которое оказывают эти параметры на работу мотора, это его пусковые качества, особенно при низких зимних температурах. Наиболее чувствительны дизеля — от температуры сжатия и давления будет зависеть тот факт, запустится движок либо нет. Однако восприимчивы и бензиновые ДВС. В остывшем состоянии они чувствительны к показателю компрессии. Если он ниже нормы, то увеличивается давление картерных газов, что приводит к попаданию масляных паров во впускную систему.

Это повышает загрязненность камер сгорания вместе с содержанием токсичных частиц в отработанных газах. Мы часто можем понять, что топливо сжимается в цилиндрах не так, как ему следовало бы по вибрации мотора, в особенности на малых оборотах и при работе «на холостых». Это небезопасный момент, как для подвески агрегата, так и для отдельных узлов трансмиссии.

Есть ли связь между степенью сжимания и мощностными качествами автомобиля? Другими словами, можно ли, улучшив один параметр, добиться увеличения другого, что бывает настолько востребовано в кругу автолюбителей. Увеличив степень сжатия, мы повышаем в цилиндре давление. Благодаря этому изменяется и детонация, а датчик автоматически отодвигает назад угол зажигания. Это приводит к падению мощностных показателей. Одновременно вырастают выпускные температур, которые грозят сжечь поршни и клапана.

Четырехтактный рабочий цикл

На рисунке изображена индикаторная диаграмма четырехтактного карбюраторного двигателя, снятая при работе его с максимальной мощностью. Здесь по горизонтальной оси отложен объем цилиндра V в кубических сантиметрах (или ход поршня), а по вертикальной оси — давление газов в цилиндре р в килограммах на квадратный сантиметр. Изменение давления газов в цилиндре при разных тактах цикла можно проследить по положению основных точек индикаторной диаграммы,

При такте впуска (линия 7—1) цилиндр наполняется горючей смесью. Чем лучше наполнение цилиндра, тем выше мощность двигателя.

Коэффициент наполнения — это отношение веса горючей смеси, действительно поступившей в цилиндр, к весу горючей смеси, которая могла бы заполнить рабочий объем цилиндра при атмосферном давлении и температуре окружающей среды 20°С. Величина коэффициента наполнения при полном открытии дросселя карбюратора и среднем числе оборотов коленчатого вала составляет 0,75—0,85; по мере прикрытия дросселя коэффициент наполнения уменьшается и при малых оборотах холостого хода доходит до 0,20.

Давление в цилиндре при впуске (линия 7—1) ниже атмосферного (0,7 — 0,9 кг/см2) вследствие сопротивления воздушного фильтра, карбюратора, впускного трубопровода и клапанов. Температура смеси в конце впуска 75—125°С.

Такт сжатия (линия 1—2—3). При сжатии рабочей смеси происходит повышение температуры и давления. Давление в конце такта сжатия (точка 3) тем больше, чем выше степень сжатия. При степени сжатия в карбюраторных автомобильных двигателях, равной 6—9, давление в конце такта сжатия равно 7—12 кг/см2, а температура газов 350—400°С.

Такт «сгорание—расширение» (линия 3—4—5—6). На индикаторной диаграмме линия сгорания (3—4) отклоняется от вертикали вправо, т. е. горение заканчивается, когда поршень несколько отойдет от в.м.т.

Чем выше скорость горения (в допустимых пределах), тем больше мощность двигателя. Скорость горения зависит от качества топлива, состава и степени завихрения рабочей смеси и ее температуры, степени сжатия, опережения зажигания и коэффинта остаточных газов.

Коэффициент остаточных газов показывает процентное содержание в рабочей смеси продуктов сгорания, оставшихся в цилиндре от предыдущего цикла. При увеличении этого коэффициента понижается скороcть горения рабочей смеси.

В конце сгорания (точка 4) давление газов повышается до 30—40 кг/см2, а температура — до 2200—2500°С.

Расширение начинается после достижения газами максимального давления (точка 4); газы при этом оказывают давление на поршень и совершают полезную работу. К концу расширения (точка 6) давление газов в цилиндре уменьшается до 3—5 кг/см2, температура снижается до 1000—1200°С.

Такт выпуска (линия 6 -7). Для лучшей очистки цилиндра выпускной клапан открывается до н.м.т. (точка 5). Процесс выпуска протекает при давлении выше атмосферного, которое к концу такта снижается до 1,1 —1,2 кгсм2; температура к этому моменту уменьшается до 700—800°С.

Па новых моделях автомобилей Минского и Кременчугского автомобильных заводов устанавливают четырехтактные дизельные двигатели ЯМЗ-236 и ЯМЭ-238; индикаторная диаграмма таких двигателей показана на рисунке:

Рис. Индикаторная диаграмма четырехтактного дизельного двигателя: 1 — начало такта сжатия; 2 — момент впрыска топлива; 3 — конец такта сжатия; 4 — точка максимального давления газов; 5 — начало открытия выпускного клапана; 6 — конец расширения газов; 7 конец такта выпуска

При такте впуска (линия 7—1) в цилиндр поступает воздух. В связи с меньшим сопротивлением впускной системы (отсутствие карбюраторов) давление при впуске несколько выше (0,85—0,95 кг/см2), чем в карбюраторном двигателе, а температура ниже (40—60°С).

Такт сжатия (линия 1—2—3). Так как степень сжатия в дизельных двигателях ЯМЗ составляет 16,5, давление в конце сжатия (точка 3) повышается до 40—42 кг/см2, а температура воздуха — до 740—800°С.

Такт «сгорание-расширение» (линия 3—4—5—6). Форсунка начинает впрыскивать топливо за 20° до в.м.т. (точка 2), поэтому большая часть топлива сгорает до прихода поршня в в.м.т. (линия 3—4). Время, отводимое в дизельном двигателе на образование горючей смеси, в 20—30 раз меньше, чем в карбюраторном двигателе, поэтому для полного сгорания топлива необходимо вводить повышенное количество воздуха.

Давление газов в конце сгорания (точка 4) достигает 74—80 кг/см2, температура — 1700-2000°С. Давление к концу расширения (точка 6) снижается до 3—4 кг/см2, а температура — до 800—900°С.

Так как воздух в дизельных двигателях предварительно не подогревается и часть тепла топлива расходуется на подогрев подаваемого в цилиндр избыточного воздуха, то температура при сгорании—расширении в дизельных двигателях ниже, чем в карбюраторных.

Такт выпуска (линия 6—7). Выпускной клапан открывается за 56° до н.м.т. (точка 5). После н.м.т. (точка 6) давление газов быстро снижается до 1,1 —1,2 кг/см2 и до конца выпуска (точка 7) остается постоянным. Температура при выпуске 600—700°С.

СЖ и ОЧ бензина

Степень сжатия в современных силовых установках колеблется от 8 до 14 единиц. Чтобы повысить данное значение, требуется использование бензина с большим октановым числом (в случае с бензиновыми агрегатами). Такой метод предполагает не только увеличение мощности мотора, но и его КПД. Это означает уменьшение расхода рабочей смеси.

Маркировка бензина не является случайностью. Каждой соответствует своя степень сжатия и рекомендуемая СЖ. Причем данные значения обозначены, как стандарты и определены ГОСТом. Таблица отображает соответствие каждой марки бензина конкретным характеристикам мотора.