Как рассчитать и изменить степень сжатия двигателя

Лучшие дизельные двигатели легковых автомобилей Volkswagen

Моторы, потребляющие солярное топливо, пользуются популярностью среди владельцев авто. Многих автолюбителей интересуют только лучшие дизельные двигатели легковых автомобилей.

Специалистами компании Volkswagen было изучено, как влияет уменьшенный расход горючего на производительность и качество управления автомобилем.

Учитывая данные, полученные в ходе исследований, был выбран двигатель 1,6 TDI, параметры которого заняли золотую середину.

Volkswagen TDI 1.6

Именно эта модель пришла на замену силовому агрегату объемом 1,9 литра, использовавшемуся ранее на большинстве машин концерна.

Увеличив давление в топливных цилиндрах, удалось уменьшить потребление топлива, оставив прежние показатели мощности. Многие модификации с данным мотором способны развить от 90 до 120 лошадиных сил.

По мнению специалистов корпорации, авто с дизелем 1,6 TDI являются наиболее экономичными бизнес-седанами в мире с заявленным расходом солярки 3,3 литра на 100 км.

Этот дизель успешно применяется на таких моделях, как хэтчбек Golf, кроссовер Tiguan. Дочерние предприятия концерна – Skoda, SEAT, Audi также используют этот силовой агрегат.

Описание дизелей BMW

Инженеры компании BMW вели работы по созданию мощного ДВС с умеренным расходом топливных смесей. В результате был разработан надежный силовой агрегат на основе модульной конструкции новых двигателей BMW.

Дизели марки BMW, имеющие объем два литра, развивают мощность до 190 л. с., что является высоким уровнем для автомобилей этого класса.

Эти моторы установлены на компактных кроссоверах Х3 и Х1, обычных седанах и купе пяти первых серий.

Современные силовые агрегаты корпорации оснащены двумя турбинами, что позволяет повысить производительность, сохранив небольшие рабочие объемы цилиндров.

Роскошные кабриолеты BMW 6 укомплектованы двухлитровыми агрегатами с двумя турбинами, способными выдавать 313 лошадиных сил.

Новые модели 750d х Drive и 750 Ld x Drive устанавливаются на седаны BMW 7-Series.

Автомобили имеют 3-литровый мотор с турбинами высокого и низкого давления. Специалисты компании уверены, что современный силовой агрегат – самый мощный дизель в мире.

Благодаря впрыску топливной жидкости системы Common Rail, движки BMW развивают до 406 лошадиных сил.

Скорость, которую могут развить новые седаны, равна 250 км в час. Автомобили с новыми дизелями расходуют топливо 5,7–5,9 л/ 100 км.

Дизельные двигатели компании FIAT

Дизели, разработанные специалистами фирмы FIAT, установлены на седанах Maserati Ghibli.

Силовой агрегат отличается следующими характеристиками:

1. Мощность равна 275 л. с.
2. Средний расход топлива равен 8,5 л/ 100 км (у основных конкурентов этот показатель на 30% больше).
3. Материалом для головки цилиндров служит сплав, применяемый в аэрокосмической отрасли.
4. Блок цилиндров изготовлен из высокоуглеродистого чугуна.
5. Высокие показатели экологической безопасности.
6. Топливная система подготовлена к биологическому топливу.
7. Применение фильтров для плазменной очистки нефтепродуктов.

Данные модели ДВС используются также при изготовлении спортивных болидов и пикапов Dodge Ram.

Использование лучших дизелей для корейских автомобилей

Работниками корпорации Hyundai создан новый двигатель 1,7 литра при развиваемой мощности от 110 до 136 лошадиных сил.

Малая производительность компенсируется большим крутящим моментом, благодаря чему машина имеет хорошую динамику.

Hyundai i30 1.6 CRDi

Дизель установлен на седан i40, который способен развить скорость до 220 км в час. Расход топлива равен 5,5 л/100 км. Этот ДВС используют также при изготовлении кроссовера ix 35.

Экономичные дизельные двигатели

Компания Toyota выпускает компактный автомобиль Urban Cruiser с полным приводом, оснастив его силовым агрегатом 1,36 л, имеющим мощность 90 л. с. Расход топлива этим мотором составляет 4,5 л /100 км.

Концерн Volkswagen занимается выпуском ультраэкономичного хетчбека SEAT Ibiza Ecomotive. Мощность трехцилиндрового движка, равная 75 л. с., позволяет машине разгоняться до 175 км в час, затрачивая топливо в количестве 3,1 л/ 100 км.

Эффект и типичные соотношения

Желательна высокая степень сжатия, поскольку она позволяет двигателю извлекать больше механической энергии из данной массы топливовоздушной смеси из-за его более высокого теплового КПД . Это происходит потому, что двигатели внутреннего сгорания являются тепловыми двигателями , и более высокая степень сжатия позволяет достичь той же температуры сгорания с меньшим количеством топлива, обеспечивая более длительный цикл расширения, создавая большую выходную механическую мощность и понижая температуру выхлопных газов.

Бензиновые двигатели

В бензиновых (бензиновых) двигателях, используемых в легковых автомобилях в течение последних 20 лет, степень сжатия обычно составляет от 8∶1 до 121. Некоторые серийные двигатели использовали более высокую степень сжатия, в том числе:

• Автомобили, построенные в 1955–1972 годах и рассчитанные на высокооктановый этилированный бензин , обеспечивающий степень сжатия до 13∶1.
• Некоторые двигатели Mazda SkyActiv, выпускаемые с 2012 года, имеют степень сжатия до 14,0∶1. В двигателе SkyActiv эта степень сжатия достигается с помощью обычного неэтилированного бензина (95 RON в Соединенном Королевстве) за счет улучшенной очистки выхлопных газов (что обеспечивает как можно более низкую температуру цилиндра перед тактом впуска) в дополнение к прямому впрыску.
• У Ferrari 458 Speciale 2014 года степень сжатия также составляет 14,0À1.

Когда используется принудительная индукция (например, турбокомпрессор или нагнетатель ), степень сжатия часто ниже, чем у двигателей без наддува . Это происходит из-за того, что турбокомпрессор / нагнетатель уже сжал воздух перед его поступлением в цилиндры. Двигатели, использующие через обычно имеют более низкое давление наддува и / или степень сжатия, чем двигатели с поскольку впрыск топлива через порт вызывает совместный нагрев смеси воздуха и топлива, что приводит к детонации. И наоборот, двигатели с прямым впрыском могут работать с более высоким наддувом, потому что нагретый воздух не взорвется без топлива.

Более высокие степени сжатия могут сделать бензиновые двигатели подверженными детонации (также известной как «детонация», «преждевременное зажигание» или «стук»), если используется топливо с более низким октановым числом. Это может снизить эффективность или повредить двигатель, если отсутствуют датчики детонации, изменяющие угол опережения зажигания.

Дизельные двигатели

Дизельные двигатели используют более высокие степени сжатия, чем бензиновые, потому что отсутствие свечи зажигания означает, что степень сжатия должна повышать температуру воздуха в цилиндре в достаточной степени, чтобы зажечь дизель с использованием воспламенения от сжатия . Степень сжатия часто составляет от 14 ± 1 до 23 ± 1 для дизельных двигателей с прямым впрыском и от 18 ± 1 до 23 ± 1 для дизельных двигателей с непрямым впрыском .

Другое топливо

Степень сжатия может быть выше в двигателях, работающих исключительно на сжиженном нефтяном газе (LPG или «пропановый автогаз») или на сжатом природном газе из-за более высокого октанового числа этих видов топлива.

В керосиновых двигателях обычно используется степень сжатия 6,5 или ниже. Бензиновый двигатель парафина версия Фергюсон TE20 трактора имела степень сжатия 4.5:1 для работы на тракторе испарения масла с октановым числом от 55 до 70 лет .

Двигатели для автоспорта

Двигатели для автоспорта часто работают на высокооктановом бензине и поэтому могут использовать более высокую степень сжатия. Например, двигатели для гонок на мотоциклах могут использовать степень сжатия до 14,7∶1, и обычно встречаются мотоциклы со степенью сжатия выше 12,0∶1, рассчитанные на топливо с октановым числом 86 или 87.

Этанол и метанол могут иметь значительно более высокие степени сжатия, чем бензин. Гоночные двигатели, работающие на метаноле и этаноле, часто имеют степень сжатия от 14∶1 до 16∶1.

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.

При всех положительных аспектах сильно увеличить степень сжатия не представляется возможным, так как значительное уменьшение объема камеры сгорания приводит к детонации топлива. Детонация в результате увеличения степени сжатия свойственна бензиновым ДВС. Дизельный двигатель, в котором воздух подается и сжимается отдельно, также может детонировать после впрыска дизтоплива. Детонация в дизеле связана с неисправностями топливной аппаратуры, неправильно установленным моментом впрыска, закоксовкой и сильным нагаром в цилиндрах двигателя и т.п.

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.

Преимущества и недостатки дизельных моторов

К достоинствам движков относятся следующие факторы:

• повышенная мощность;
• способность развивать большие тяговые усилия;
• высокая экономичность;
• низкая цена горючего;
• простота устройства;
• продолжительный срок эксплуатации.

К существенным минусам можно отнести:

• возникновение сложностей запуска при низких температурах;
• необходимость частой замены моторного масла;
• высокая стоимость ремонтных работ;
• токсичность выхлопных газов;
• повышенные требования к качеству топливной жидкости.

Каждый тип движка, потребляющего солярку, имеет плюсы и минусы, только тщательно изучив их, можно прийти к правильному выбору подходящей модели.

Более высокое сжатие в двигателе означает больше мощности, но больше давления

На приведенном выше рисунке показана диаграмма PV давления – объема для идеального типичного бензинового двигателя. Этот график наглядно демонстрирует, что происходит в двигателе, когда он сжигает воздушно-топливную смесь (в нашем примере бензин + кислород). 

На приведенном выше графике кривая 1-2 показывает ход сжатия. 

Линия 2-3 показывает сгорание топлива. 

Верхняя кривая 3-4 показывает ход расширения.

И линия 4-1 показывает отвод тепла, когда открывается выпускной клапан в головке блока цилиндров двигателя. 

Если описать все более техническим языком, то эту диаграмму следует понимать так:

На диаграмме кривая 1-2 показывает ход сжатия, при котором давление (ось Y) возрастает, а объем (ось Х) падает, когда поршень сжимает воздушно-топливную смесь внутри цилиндра, приближаясь к верхней мертвой точке. 

Линия 2-3 показывает тепло, выделяемое во время горения топливной смеси. Эта линия показывает, как быстро увеличивается давление и температура сгораемого топлива. 

Кривая 3-4 показывает увеличение объема цилиндра двигателя и падение давления, когда газ, полученный в процессе сгорания топливной смеси, оказывает силу на поршень, который начинает свое движение вниз по цилиндру двигателя (такт расширения). 

Линия 4-1 показывает отвод тепла от газов, образованных в процессе сгорания топлива. Когда давление внутри цилиндра возвращается к давлению окружающей среды, открывается выпускной клапан. 

Наконец, линия 1-5 демонстрирует нам ход выхлопа (выхлопной цикл мотора), в процессе которого поршень снова движется внутри цилиндра вверх (к верхней мертвой точке), чтобы снова сжать топливно-воздушную смесь для повторения цикла. 

Область в пределах линий 1-2-3-4 показывает нам, сколько работы было проделано двигателем в рамках одного лишь только цикла. Более высокая степень сжатия двигателя означает, что две вертикальные линии на графике выше будут двигаться влево и вверх, оставляя больший диапазон хода поршня, что влияет на получение большей мощности по сравнению с двигателем, имеющим низкий коэффициент сжатия. То есть двигатель с высокой степенью сжатия сделает больше работы за один цикл, чем мотор с небольшой степенью сжатия. 

И все дело в том, что в двигателях с высокой степенью сжатия в процессе сгорания топлива образуется больше давления, которое с большей силой двигает поршень вниз по цилиндру. Правда, в этом случае внутри двигателя выделяется больше тепла. 

Калькулятор расчета рабочего объёма двигателя внутреннего сгорания

Рабочий объем цилиндра представляет собой объем находящийся между крайними позициями движения поршня.Формула расчета цилиндра известна еще со школьной программы – объем равен произведению площади основания на высоту.

И для того чтобы вычислить объем двигателя автомобиля либо мотоцикла также нужно воспользоваться этими множителями. Рабочий объём любого цилиндра двигателя рассчитывается так: где, h — длина хода поршня мм в цилиндре от ВМТ до НМТ (Верхняя и Нижняя мёртвая точки)r — радиус поршня ммп — 3,14 не именное число.Для расчета рабочего объема двигателя вам будет нужно посчитать объем одного цилиндра и затем умножить на их количество у ДВС.

И того получается: Vдвиг = число Пи умножено на квадрат радиуса (диаметр поршня) умноженное на высоту хода и умноженное на кол-во цилиндров.Поскольку, как правило, параметры поршня везде указываются в миллиметрах, а объем двигателя измеряется в см.

Чтобы посчитать объем интересующего вас двигателя нужно внести 3 цифры в соответствующие поля, — результат появится автоматически. Все три значения можно посмотреть в паспортных данных автомобиля или тех.

характеристиках конкретной детали либо же определить, какой объем поршневой поможет штангенциркуль.Таким образом, если к примеру у вас получилось что объем равен 1598 см³, то в литрах он будет обозначен как 1,6 л, а если вышло число 2429 см³, то 2,4 литра.

Длинноходный и короткоходный поршеньТакже замете, что при одинаковом количестве цилиндров и рабочем объеме двигатели могут иметь разный диаметр цилиндров, ход поршней и мощность таких моторов так же будет разной. Движок с короткоходными поршнями очень прожорлив и имеет малый КПД, но достигает большой мощности на высоких оборотах.

А длинноходные стоят там, где нужна тяга и экономичность.Следовательно, на вопрос «как узнать объем двигателя по лошадиным силам» можно дать твердый ответ – никак. Ведь лошадиные силы хоть и имеют связь с объемом двигателя, но вычислить его по ним не получится, поскольку формула их взаимоотношения еще включает много разных показателей. Так что определить кубические сантиметры двигателя можно исключительно по параметрам поршневой.

Чаще всего узнают объем двигателя когда хотят увеличить степень сжатия, то есть если хотят расточить цилиндры с целью тюнинга. Поскольку чем больше степень сжатия, тем больше будет давление на поршень при сгорании смеси, а следовательно, двигатель будет более мощным.

Zhurikhin › Блог › Расчет Динамической степени сжатия (DCR)

Для простоты, сравним всем известные двигатели семейства ВАЗ и проследим их эволюцию в разрезе введенного нами параметра.Итак, первый двигатель, который мы рассмотрим — это ВАЗ 2106, основные параметры, такие как диаметр цилиндра, ход поршня и остальные можно легко найти в интернете, я уже произвел все необходимые расчеты, и для простоты, буду указывать уже сокращенные данные. Этот двигатель имеет геометрическую степень сжатия – 8,5 и угол закрытия ВК равным 55°, на основе всех данных, значение DCR для этого двигателя будет равно 7,5. Сравним со значением из таблицы, получаем, что для данного типа двигателя допустимо применение 92 бензина, причем с небольшим запасом.

В принципе, для того времени, когда разрабатывался этот двигатель октановое число топливо применялось со значение 91, а системы управления двигателем не позволяли достаточно точно производить настройку, поэтому некий запас конечно был необходим.Теперь рассмотри другой двигатель из этого семейства – ВАЗ 21213.

Кому рейтинги отдали лидерство?

Ассоциации со словом «дизель» у жителя России всегда однозначны: запах солярки от пассажирского автобуса, чёрная гарь от проезжающего мимо грузовика, винтажные джинсы и часы одноименного бренда. Тем не менее у большинства жителей Европы слово, происходящее от фамилии немецкого изобретателя — это синоним надежного, недорогого и мощного «сердца» автомобиля. В нашей же стране его популярность не такая высокая, видимо, из-за погодных условий и знаний, что солярка густеет на холоде.

Рейтинги надежности, а особенно дизельных двигателей для автомобилей — дело неблагодарное. Сколько мнений, столько и списков, в которых составитель просто выражает свой взгляд на тот или иной предмет

Именно поэтому хотим обратить внимание, что приводимый ниже рейтинг не претендует стать неоспоримой истиной, а всего лишь попытка систематизировать данные, знания и (частично) личная точка зрения составителя

Дизельный двигатель авто

В поисках ответа на вопрос, какой двигатель на дизельном топливе занимает ведущее место в комплектации легковых автомобилей, можно заметить, что некоторые рейтинги называют самой лучшей продукцию концернов Mercedes и BMW. Однако ситуация в мире автопромышленности сегодня несколько иная, попробуем разобраться.

Как показывают рейтинги крупных мировых автомобильных салонов, времена, когда дизельные двигатели легковушек представляли собой уменьшенные копии агрегатов, установленных на тяжеловесных грузовиках, ушли в прошлое. Особенно преуспел в выпуске таких моторов известный всем концерн Volkswagen, разработавший двигатель 1,9 TDI. На сегодняшний день он занимает первое место и считается самым сбалансированным по динамике и мощности.

Благодаря новейшим инженерным решениям, в частности, обновлённой турбине и увеличению давления в камерах сгорания, удалось не только добиться уникальных экологических характеристик, но и снизить расход топлива. Причём мощность осталась на прежнем уровне (90–120 л. с.). Самые новые автомобили серии Passat оборудованы сейчас двигателем с максимальными показателями (комплектация BlueMotion). Расход топлива составляет 3,3 л на 100 км.

Зачем доливать масло в цилиндры

Проблема с кольцами, поршнями, клапанами или прокладкой диагностируется точнее путем заливки в тестируемый цилиндр около 3-5куб. см масла. Немедленное увеличение компрессии после добавки масла уже на первом такте укажет на поршневые кольца. Если компрессия изначально низкая, далее было залито масло, но поднять компрессию не удалось, тогда вероятны утечки через прокладку ГБЦ.

Наиболее часто компрессия падает только в одном цилиндре. В этот цилиндр с наименьшей компрессией нужно залить около 5 «кубиков» чистого моторного масла. Масло в процессе заливки должно попасть не на днище поршня, а на стенки гильзы цилиндра. Далее замер компрессии повторяется. В случае роста давления относительно показаний в других цилиндрах вполне вероятно, что поршневые кольца закоксованы, произошло их залегание или разрушение.

Также отсутствие изменений в показаниях после заливки масла может указывать на то, что клапана не до конца прилегают к сёдлам. Возможен прогар клапана или разрушено седло клапана, могут быть неправильно отрегулированы зазоры клапанов.

Для диагностики повреждений прокладки ГБЦ, прогара поршня или трещин в теле поршня необходимо установить поршень ближе к верхней мертвой точке (ВМТ), что соответствует такту сжатия. Далее нужно осуществить подачу в цилиндр порции воздуха под давлением около 2 — 3 атмосфер.

Если прокладка головки блока окажется повреждена, тогда будет слышен звук выходящего воздуха из свечного колодца, расположенного рядом. Воздух, выходящий через карбюратор, означает отсутствие нормальной посадки впускного клапана. Дополнительно снимается пробка маслозаливной горловины. Если воздух идет оттуда, вероятен прогар или трещина в поршне. Воздух в выпускном тракте укажет на неплотное прилегание или прогар выпускного клапана.

Для максимальной точности рекомендуется использовать комбинированный способ замера компрессии (замер «на холодную» и «горячую», с открытой и закрытой дроссельной заслонкой). На начальном этапе замерить компрессию в цилиндрах бензинового агрегата нужно при открытой заслонке. Затем свечи зажигания, свечи накала или дизельные форсунки (зависимо от типа ДВС) ставятся на место и двигатель запускается. Необходимо прогреть мотор, а после промерять компрессию (при закрытом дросселе для бензиновых моторов).

Мерить компрессию на холодном двигателе нужно тогда, когда завести мотор не удается. Двигатель «на холодную» не заводится по причине критического износа ЦПГ, а также в результате залегания поршневых колец. На холодном ДВС давление в таких случаях падает в два и более раза. Прогрев двигателя позволяет  увеличить компрессию, после чего агрегат приемлемо заводится «на горячую».

Отдельно рекомендуется производить замеры компрессии на холодном дизельном моторе. Показатель замеров в дизеле зависит от присутствия масла в цилиндрах. Перед замером компрессии дизеля двигатель должен постоять не менее 2 часов.

Это время необходимо для  того, чтобы остатки масла полностью стекли обратно в картер двигателя. Падение показателя компрессии для холодного дизельного двигателя ниже 18 атмосфер будет означать, что запуск такого мотора практически невозможен. Если показатель после прогрева не поднимается выше отметки в 24 атмосферы, тогда мотор необходимо ремонтировать.

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.