Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Статьи; Факторы экономии

Статьи –
«Факторы экономии»

Топливная экономичность давно стала приоритетом при совершенствовании бензиновых моторов – рапорты об очередных процентах экономии звучат при появлении каждого нового двигателя. Но какие технические решения стоят за этими показателями?

От чего вообще зависит расход топлива? Ответ на этот вроде бы пространный вопрос оказывается довольно лаконичным. Существуют три фактора, определяющие эффективность двигателя: первый – полнота сгорания топлива, второй – степень преобразования выделившегося тепла в механическую энергию (то есть термодинамический КПД), третий – величина потерь, связанных с внутренним трением, газообменом и приводом вспомогательных агрегатов. Таким образом, любое техническое решение, направленное на улучшение экономичности мотора, затрагивает одну или несколько из этих трех областей. Чего же удалось достичь за последние 20–25 лет?

Полнее некуда

В вопросе полноты сгорания к пределу подошли уже давно – в конце 80-х, в период массового появления систем впрыска топлива. Со сменой карбюратора на электронику, точно дозирующую бензин и оснащенную каналом обратной связи о продуктах сгорания, проблемы неоптимальной топливно-воздушной смеси, а соответственно, и неполного сгорания потеряли свою актуальность. Окончательную точку поставило создание более совершенных систем впрыска, способных отслеживать работу каждого цилиндра в отдельности и вносить индивидуальные поправки в подачу топлива.

Не сильно поменялся и термодинамический КПД. Главным образом он зависит от степени сжатия, определяющей, соответственно, и степень расширения отработавших газов. Чем она выше, тем полнее тепловая энергия преобразуется в механическую. Но, увы, «зажимать» двигатель можно лишь до определенного предела – в какой-то момент скорость воспламенения смеси резко возрастает и сгорание становится детонационным, то есть резким, неконтролируемым и опасным для мотора. Поэтому типичная степень сжатия (достигнутая еще в середине 90-х годов) – 10–10,5 единиц.

Поднять планку помог только непосредственный впрыск топлива в цилиндры – вероятность детонации снизилась благодаря эффекту охлаждения камеры сгорания испаряющимся бензином. Лучшим атмосферным двигателям это позволило добиться значений около 12, но с приходом эпохи турбонаддува степень сжатия пришлось вернуть к обычным значениям, в противном случае детонация провоцировалась слишком высоким давлением воздуха, сжатого еще на этапе впуска.

Стремясь хоть как-то улучшить КПД, инженеры стали поднимать рабочую температуру двигателя, уменьшая тем самым потери тепла отработавших газов через относительно холодные стенки цилиндров. Так появились электронные термостаты, перегревающие мотор до 110° в режиме малых нагрузок и понижающие его температуру до нормальных 95–100° при полной мощности – опять-таки во избежание детонации. Впрочем, широкого применения технология не получила, оставшись прерогативой дорогих высокотехнологичных агрегатов – за небольшой выигрыш в экономичности приходится платить быстро стареющим от перегрева маслом и нагрузками на систему охлаждения, где находящаяся на грани кипения жидкость циркулирует под очень большим давлением.

Итак, топливо в цилиндре сгорело, температура и давление подскочили – поршень сдвинулся. Теперь самое важное – не растерять эту механическую энергию, чтобы как можно большая ее часть пошла на движение автомобиля.

Часть потерь приходится на внутреннее трение. Впрочем, все заявления об уменьшенном трении, более качественной обработке поверхностей скорее маркетинговый ход, нежели реально ощутимое достижение. Ведь сухого, контактного трения в двигателе нет – поверхности всегда разделены слоем масла, и что-то принципиально улучшить невозможно. А вот в деле снижения затрат на привод вспомогательных агрегатов действительно есть удачные решения. Например, более эффективный электронасос вместо приводимой ремнем водяной помпы. Или масляный насос переменной производительности, который просто создает нужное давление, а не стравливает его излишки через перепускной клапан.

Дышите глубже!

Но главные достижения инженеров сосредоточены в области газодинамики двигателя, а точнее – потерь на всасывание воздуха. Эта принципиальная проблема бензинового двигателя связана с наличием дроссельной заслонки. Расположенная во впускном патрубке, она перекрывает путь потоку воздуха, регулируя наполнение цилиндров и, соответственно, развиваемый крутящий момент. Но это означает, что при малых нагрузках на двигатель, когда заслонка почти закрыта, сопротивление воздуху увеличивается и двигатель работает крайне неэффективно. Только представьте, сколько энергии тратит на холостом ходу какой-нибудь 5-литровый мотор, втягивая воздух сквозь узкую щель едва приоткрытого дросселя!

На выручку опять пришел непосредственный впрыск. С его помощью удается распылить топливо не по всему объему камеры сгорания, а лишь вблизи электродов свечи, то есть обеспечить условия для воспламенения горючего при избытке воздуха. И теперь дроссельную заслонку можно открыть сильнее – двигатель будет работать на бедной смеси при меньших затратах на впуск воздуха.

Еще одним решением стали механизмы изменения высоты подъема клапанов. Сверхидея заманчива: регулировать подачу воздуха не дроссельной заслонкой, а продолжительностью открытия впускных клапанов. В таком случае на малых нагрузках вместо мучительного втягивания воздуха на протяжении всего хода поршня двигатель будет делать короткий, но свободный «вдох» и закрывать клапан!

К сожалению, в полной мере идею так никто и не осуществил – лучшей реализацией стал Valvetronic от BMW, где продолжительность открытия регулируется опосредованно, через бесступенчатое изменение высоты подъема клапанов. Но даже в таком виде Valvetronic позволил отказаться от дроссельной заслонки, чего, кстати, не удалось сделать остальным производителям с их более простым решением – всего лишь двухступенчатой регулировкой высоты подъема за счет двойных кулачков распредвала. Возможно, они и не очень старались, ведь нашлось куда более эффективное решение. Раз уж так трудно снизить сопротивление впускной системы, то можно просто уменьшить потребность двигателя в воздухе, сократив его рабочий объем, а потерю мощности компенсировать большей степенью форсирования, например, подняв обороты или применив турбонаддув. Последний оказался проще в реализации и эффективнее за счет использования энергии выхлопных газов.

Что ж, инженеры действительно проделали большую работу по улучшению экономичности бензиновых моторов, вот только эта экономичность заметна лишь при малой нагрузке, когда имеют место значительные потери на всасывание. В таких режимах преимущество может доходить до 30-40%. А чем сильнее мы давим на «газ», тем больше открывается дроссельная заслонка – мотору становится легче «дышать», и большинство технических инноваций просто… выключается из работы, ведь они созданы для частичных нагрузок. Остаются лишь те, что влияют на термодинамический КПД, а их совсем мало.

Отсюда и удивление владельцев: стоит поехать динамичнее, и при взгляде на расход топлива начинает казаться, что под капотом не новая турбированная «четверка», а старый атмосферный V6. Что уж говорить про малообъемные турбомоторы, пришедшие на смену прежним 1,6–1,8-литровым «атмосферникам», – часто работая на пределе даже в городе, они демонстрируют экономичность лишь на бумаге, являясь при этом несравнимо более сложными и менее надежными агрегатами. Впрочем, это уже совсем другая история.

Читать еще:  Что такое лифт болты на двигателе

Что такое степень сжатия двигателя внутреннего сгорания

Современное автомобилестроение стремится к созданию такой модели автомобиля, которая бы удовлетворяла целому ряду условий: высокой мощности, экономичности, комфортности. Крупнейшие мировые производители уже несколько лет идут по пути «Downsizing», т.е. повышают мощность двигателей внутреннего сгорания без увеличения (или с уменьшением) рабочего объема, с сохранением (или понижением) расхода топлива. На фоне постоянно дорожающего топлива активно ведутся работы по повышению эксплуатационных характеристик двигателей внутреннего сгорания [2, 9] при снижении расхода топлива. Анализ рынка автотранспорта показал, что в России используется большое количество автомобилей отечественного производства. Но российские автогиганты в настоящее время не могут предложить покупателям автомобили с похожими двигателями. Метод наддува давно и успешно используется в моторах коммерческого транспорта, но в потребительском секторе таких предложений нет. К тому же рост курса валют в данный момент отрицательно сказывается на ценах автомобилей иностранного производства.

Целью работы является разработка изменений некоторых узлов двигателя внутреннего сгорания для улучшения его эксплуатационных характеристик и эффективности работы на примере конкретного двигателя внутреннего сгорания ВАЗ-211124. Для этого были разработаны мероприятия по изменению систем работы ДВС ВАЗ-21124 и проведен анализ полученных характеристик после доработок.

Методика проведения исследования

Для улучшения эффективности работы ДВС и его эксплуатационных характеристик путем установки турбокомпрессора необходимо: снизить степень сжатия в ДВС ВАЗ-21124; выбрать турбокомпрессор на основании компрессионной карты; разработать технологическую карту доработок.

Из технических характеристик известно, что степень сжатия данного двигателя равна 10,3. Для предотвращения нежелательной детонации и правильной работы турбодвигателя на относительном давлении до +0,5 атм, на топливе с октановым числом 95, требуется степень сжатия не более 8,5.

В результате детонации в камере сгорания происходят резкие и значительные по величине всплески давления, что приводит к преждевременному износу вкладышей и механическому разрушению поршневой группы [1, 3].

Степень сжатия турбодвигателя влияет на большое количество факторов в общей характеристике автомобиля. Мощность, экономичность, приёмистость, детонационная стойкость – все эти факторы в значительной степени определяются степенью сжатия. Также это влияет на расход топлива и состав отработавших газов. Степень сжатия для турбо-мотора рассчитывается по формуле геометрической степени сжатия атмосферного двигателя и имеет следующий вид:

где ε – степень сжатия; VP – рабочий объём; VB – объём камеры сгорания.

Преобразовав уравнение, можно получить формулу для вычисления объема камеры сгорания при известной степени сжатия:

где Vp1 – объём одного цилиндра.

Изменяя степень сжатия двигателя, можно рассчитать объем увеличения камеры сгорания путем вычитания из полученного результата объема камеры с более высокой степенью сжатия. Полученная разница дает численное значение объема, на которое необходимо увеличить камеру сгорания. Камера сгорания современного автомобиля спроектирована таким образом, что при достижении поршнем верхней мертвой точки (ВМТ) топливовоздушная смесь вытесняется к центру камеры сгорания, что является самой действенной разработкой, препятствующей детонации.

Самостоятельная доработка камеры в головке блока цилиндров (ГБЦ) проблематична, т.к. это может привести к деструкции всего механизма. Также не рекомендуется «разжимать мотор» утолщенными прокладками ГБЦ так как это нарушит процессы вытеснения в камере сгорания. Наиболее простым и правильным, а также относительно дешевым способом считается установка новых поршней, в которых задан необходимый объём камеры. Для турбодвигателя сферическая форма считается наиболее эффективной [5].

Поршень является наиболее важным элементом любого двигателя внутреннего сгорания. Именно на эту деталь выпадает основная нагрузка по преобразованию энергии расширяющихся газов в энергию вращения коленчатого вала. Свойства, которыми должен обладать поршень, трудно достижимы и технически тяжело реализуемы [10, 11].

Для достижения необходимых результатов и сохранения прочности деталей ДВС изготовление поршней с нужными параметрами производили на предприятии ООО «ТДМК», много лет занимавшимся разработкой и изготовлением стандартных и спортивных комплектующих для отечественных автомобилей. Исходя из вводных данных – наддув не более 1 атм, СЖ не более 8,5, были изготовлены поршни конструкции ВАЗ 21124, диаметром 82,0 мм, с увеличенной на 20 см 3 сферической камерой сгорания и проточками под впускные и выпускные клапана, со стандартной компрессионной высотой – 197,1 мм (рис. 1, а и б) и стандартным коленчатым валом с радиусом кривошипа коленчатого вала/хода поршня – 37,8/75,6 мм. Объем двигателя составляет 1596 см 3 , а степень сжатия с паронитовой однослойной прокладкой с металлической окантовкой 5 мм ГБЦ – 7,65:1, а при использовании металлической двухслойной прокладки 3 мм – 8,1:1.

При выборе турбокомпрессора необходимо учитывать несколько факторов: широкий диапазон работы в городском движении и движении по пересеченной местности, быстрый отклик, компактность (для установки его без конструктивных изменений кузова) [5, 6, 8].

Изучив имеющиеся предложения, выбор остановили на турбокомпрессоре типа Garrett GT1752-5007s, т.к. его диапазон работы с двигателем объемом 1,6 литра будет в пределах от 1400 до 6500 об/мин. При этом двигатель будет иметь запас по мощности практически с холостого хода и до срабатывания ограничителя оборотов двигателя. Примерный прирост мощности при относительном давлении до +0,5 атм, может составлять до +40 л.с.

Рис. 1. Поршень ВАЗ 21124 (а), поршень ВАЗ 21124 (турбо)

Методом литья по образцу стандартного выпускного коллектора из чугуна был изготовлен выпускной коллектор для крепления турбокомпрессора Garrett 1752-5005s.

Для изготовления полного механизма были подготовлены следующие детали [4, 7]:

● выпускной коллектор чугунный;

● турбокомпрессор Garrett 1752-5005s;

● комплект поршней турбо (сферическая камера сгорания 20 см3);

● комплект поршневых колец ВАЗ;

● комплект прокладок ДВС ВАЗ 21124;

● прокладка между турбиной и коллектором;

● downpipe (приемная труба выхлопной системы);

● фильтр очистки масла;

● армированный шланг маслоподачи, с фитингами;

● шлаг подачи тосола для охлаждения турбокомпрессора;

● шланг обратной подачи охлаждающей жидкости для охлаждения турбокомпрессора;

● уплотнительные медные кольца для фитингов;

● трубка маслослива от турбокомпрессора в картер ДВС;

● интеркулер (охладитель сжатого воздуха);

● клапан сброса избыточного давления Bosch;

● силиконовые соединители воздушных магистралей;

● топливные форсунки Bosch 0280158107 (увеличенной производительности);

Установка турбокомпрессора, замена поршневой группы и форсунок проводилась на снятом ДВС, который был закреплен на моторном стенде; сборка впускной и выпускной систем производилась непосредственно на автомобиле, что связано с индивидуальной подгонкой деталей.

Готовый двигатель был подвергнут испытаниям на стенде в заводских условиях, при этом измерение мощности происходило с коленчатого вала, а не с колес автомобиля для исключения трансмиссионных потерь.

Полученные результаты

Получены следующие результаты: крутящий момент – 173,0 Н.м при 4300 об/мин; мощность – 91,0 кВт (124 л.с.) при 4500 об/мин (рис. 2). Такие параметры обеспечивают более плавное управление двигателем, т.к. не требуется поддерживать более высокие обороты для комфортного движения, полученная мощность ДВС позволяет использовать более низкий и более широкий диапазон рабочих оборотов.

Читать еще:  Двигатель внутреннего сгорания на воде схема

Рис. 2. График мощностей двигателя до и после изменений

После всех произведенных изменений был произведен контрольный замер расхода топлива по следующей схеме.

Из тарированной емкости в бак заливалось 30 литров бензина с октановым числом 95 (так как на такое топливо был откалиброван ЭБУ двигателя). Автомобиль проезжал ровно 50 километров по определенному маршруту. Далее автомобиль глушили, сливали остаток топлива и рассчитывали расход топлива на 100 км. Такие действия повторялись несколько раз.

Маршруты были выбраны следующим образом: маршрут проходит по центральной части города, средняя скорость 40 км/ч, пробки – тяжелые условия работы ДВС, обороты близки ХХ; маршрут проходит по загородной трассе, низкая загруженность дороги, средняя скорость 90 км/ч – легкая работа ДВС, средние обороты; маршрут охватывает в равной степени, как городские условия движения, так и условия движения по трассе, средняя скорость 65 км/ч.

Были получены следующие результаты расхода топлива: городской цикл – 8,3 л/100 км, загородный цикл – 5,8 л/100 км, смешанный цикл – 6,9 л/100 км.

Расход топлива снизился, т.к. по данным завода-изготовителя расход топлива в городе – 8,9 л/100 км, на трассе – 6,4 л/100 км, на смешанном участке – 7,5 л/100 км. Экономия при длительной эксплуатации на загородных трассах составит 8–10 %.

Выводы

Таким образом, предложенные изменения имеют реальное воплощение, при этом мощность конкретного двигателя ВАЗ-21124, полученная после усовершенствования, выросла на 40 %, крутящий момент вырос на 32 %. Управление мощностью и тягой улучшились за счет более ровной характеристики работы двигателя; расход топлива снизился в среднем на 8 %.

Финансовые затраты на реализацию вышеизложенных изменений составляют порядка 40 тыс. рублей, что на фоне разницы предложений отечественных автомобилей и импортных практически не заметно. К тому же, при долгой эксплуатации автомобиля с доработанным двигателем, экономия по расходу топлива может полностью окупить вложенные в изменения средства.

Рецензенты:

Панов А.Ю., д.т.н., профессор, директор, Институт промышленных технологий машиностроения, НГТУ им. Р.Е. Алексеева, г. Нижний Новгород;

Молев Ю.И., д.т.н., профессор кафедры «Строительные и дорожные машины», Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева, г. Нижний Новгород.

VC-TURBO – ПЕРВЫЙ В МИРЕ СЕРИЙНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ИЗМЕНЯЕМОЙ СТЕПЕНЬЮ СЖАТИЯ

20 декабря, Москва – новый VC-Turbo от INFINITI — это первый в мире серийный двигатель внутреннего сгорания с изменяемой степенью сжатия. Уникальная технология изменения степени сжатия представляет настоящий прорыв в моторостроении — 2-литровый VC-Turbo постоянно меняет характеристики, настраивая степень сжатия на оптимальную мощностную отдачу и максимальную топливную эффективность. По тяговым характеристикам этот 2-литровый бензиновый турбомотор вполне сравним с передовыми турбодизельными двигателями того же рабочего объема.

Изменяемая степень сжатия

Двигатель VC-Turbo постоянно и совершенно незаметно для водителя изменяет степень сжатия с помощью системы рычагов, которые поднимают или опускают верхнюю мертвую точку (ВМТ) поршней, тем самым позволяя добиться наилучших характеристик мощности и экономичности.

Переменная степень сжатия

Высокая степень сжатия в принципе делает работу двигателя более эффективной, однако в определенных режимах появляется риск взрывного сгорания (детонации). С другой стороны, низкая степень сжатия позволяет избежать детонации и развивать высокую мощность и крутящий момент.

VC-Turbo развивает 268 л.с. (200 кВт)

Уникальное сочетание динамики и экономичности превращает VC-Turbo в реальную альтернативу современным турбодизелям, опровергая мнение, что только гибридные и дизельные силовые агрегаты могут обеспечить высокие показатели крутящего момента и экономичность. VC-Turbo развивает 268 л.с. (200 кВт) при 5600 об/мин и 380 Нм при 4400 об/мин, что является лучшим сочетанием мощности и тяги среди четырехцилиндровых двигателей. Удельная мощность VC-Turbo выше, чем у многих турбомоторов конкурентов и вплотную приближается к показателям некоторых бензиновых V6. Однопоточный турбонагнетатель гарантирует моментальный отклик двигателя на увеличение подачи топлива.

прорыв в моторостроении

«Технология изменяемой степени сжатия — это настоящий прорыв в моторостроении. Новый INFINITI QX50, оснащенный двигателем VC-Turbo — первый серийный автомобиль в истории, изменяющий характеристики прямо по ходу движения, устанавливая тем самым новые стандарты в возможностях ДВС. Отличающийся невероятно высокой плавностью работы и отсутствием вибраций, VC-Turbo в равной степени обеспечивает нашим клиентам высокий уровень мощности, экономичности и экологичности».

Кристиан Менье, Вице-президент компании INFINITI

Что такое такое степень сжатия двигателя и на что она влияет

От величины сжатия зависит термический КПД двигателя. Но с ростом степени повышается и риск детонации, поэтому при форсировке и капитальном ремонте следует уделить время расчетам. Давайте рассмотрим, как увеличить степень сжатия двигателя, взаимосвязь компрессии и степени, и чем примечателен двигатель цикла Миллера-Аткинсона.

Как связаны степень сжатия и компрессия двигателя?

Степень сжатия в цилиндрах мотора – величина абсолютная и рассчитывается математически. На практике это соотношение отображает коэффициент сжатия поступившей в цилиндр топливной смеси на такте впуска. Понятие компрессии означает пиковое давление в камере сгорания в конце такта сжатия и может быть измерено практически. Компрессия хоть и является производной от степени сжатия, но зависит от многих факторов:

  • герметичность цилиндро-поршневой группы (ЦПГ) и клапанного механизма;
  • мощность стартера, состояние АКБ и качество контактов, влияющее на количество оборотов стартера.

Форсирование двигателя путем увеличения степени сжатия

Чем выше степень, тем горячее воздух в конце такта сжатия и тем выше КПД двигателя. Но повышение одного параметра не гарантирует линейное возрастание второго. Наибольший прирост мощности ощущается при повышении степени до 10-11 единиц.

К примеру, увеличив степень сжатия стандартного ВАЗовского мотора с 9.8 до 11, мы в теории получаем прирост термического КПД на 4%. Тест на стенде при этом покажет куда более скромное значение – 2,5%. Повысив степень сжатия того же мотора еще на единицу, мы получим фактическую прибавку в 4.5%. Моментная характеристика возрастет главным образом на низких и средних оборотах. Дальнейшее увеличение степени сжатия без перехода на высокооктановое спортивное топливо и вовсе не даст результат.

Причина такого явления — в детонации, которая возникает в случае слишком высокого пикового давления в камере сгорания. При контакте с разогретым воздухом в таком случае смесь самовоспламеняется еще до момента подачи искры. При этом фронт пламени распространяется со скоростью более 2000 м/с, тогда как значение при нормальном сгорании не превышает 250-300 м/с.

Читать еще:  Что такое форсированный двигатель на мотоцикл

Ударная волна такой силы оказывает разрушительное давление на цилиндры, стенки камеры сгорания, поршни. Также значительно повышается температура выхлопных газов, что приводит к прогоранию днища поршня, клапанов.

Поэтому тюнинг со сжатием следует проводить после точного математического расчета и с прицелом на октановое число бензина.

Основные методы увеличения

  1. Уменьшение толщины ГБЦ, БЦ. С привалочной плоскости головки и блока методом фрезеровки либо шлифовки снимается слой металла и уменьшается объем камеры сгорания.
  2. Установка поршней с выпуклостями. Цель, как и в предыдущем методе – уменьшение объема камеры сгорания.
  3. Увеличение хода поршня за счет установки другого коленчатого вала, шатунов.

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.

Цикл Миллера-Аткинсона

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.

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.

Видео:Как измерить степень сжатия правильно.

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.

Можно ли рассчитать степень, измерив компрессию?


Компрессия напрямую зависит не только от понятия степени сжатия двигателя, но и от природы сжимаемого газа и условий в камере сгорания. На практике зависимость этих параметров выливается в формулу Р = Ро*Ɛƴ, где

  • Ро – начальное давление в цилиндре, принимаемое за 1;
  • Ƴ – адиабатический показатель для воздуха. В двигателе внутреннего сгорания при сжатии часть тепла отдается стенкам цилиндра, камеры сгорания; происходит утечка части газа через неплотности, а воздух перемешан с частичками топлива, поэтому процесс считается недиабетическим. Показатель политропы при этом равняется не эталонным 1.4, а приближенным к фактическим 1.2.

Все это значит, что, измерив компрессию, мы можем вычислить показатель степени сжатия двигателя. К примеру, при компрессии 15,8 степень сжатия будет близка к 10 единицам. Чтобы уменьшить погрешность, нужно соблюсти все правила измерения компрессии:

  1. Свечи должны быть выкручены.
  2. Дроссель открыт на 100%.
  3. Отключена подача топлива.
  4. АКБ должна быть полностью заряжена. При этом емкости должно хватать на измерения компрессии во всех котлах.
  5. Стартер должен быть исправен, а на проводах его питания отсутствует значительное падение напряжение из-за окислов.
голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector