Степень сжатия дизеля и бензина, Дизель или бензин - плюсы и минусы | Какой двигатель лучше
Можно также совместить одно с другим. Управляются они с помощью электромоторов, что позволяет изменять диапазон хода поршня на 5 мм. Чем мощнее двигатель, тем больше вредных веществ выбрасывается в атмосферу.
Все значительнее их доля и в производстве наших грузовиков и автобусов. В ряде стран практически не встретишь такси с бензиновым двигателем, хотя автомобиль с дизелем дороже и тяжелее, более дымен и шумен, у него хуже скоростные и динамически качества. Но все эти недостатки дизеля «искупаются» тем, что он потребляет меньше топлива, которое вдобавок часто стоит дешевле бензина.
Так не идет ли дело к постепенному вытеснению бензинового мотора? При выборе типа двигателя решающее значение имеют условия эксплуатации, в первую очередь годовой пробег: чем он больше — тем быстрее покрывается разница в цене автомобилей с дизелем и бензиновым мотором. Так, в некоторых странах более высокие затраты на приобретение автомобиля с дизелем компенсируются уже за 20 тысяч километров: после этого эксплуатация дизельного автомобиля становится выгоднее.
Отсюда и предпочтение дизелям для такси, грузовиков, автобусов, фургонов: все они имеют большие годовые пробеги. Конечно, в разных странах величина «компенсирующего» пробега колеблется. Она зависит от разницы цен на дизельное топливо и бензин, а также от налоговой политики. Поэтому и доля легковых автомобилей с дизелями в разных странах неодинакова.
Чтобы разобраться, почему дизельный двигатель экономичнее бензинового, надо сравнить особенности их конструкции и рабочие процессы. Как известно, в двигателях обоих типов после такта сжатия сгорает смесь топлива с воздухом. В бензиновом эта смесь приготавливается в карбюраторе или во впускной трубе, куда топливо впрыскивается форсункой, и воспламеняется в камере сгорания от искры. Таким образом, в цилиндр бензинового двигателя всасывается смесь топлива с воздухом.
В дизеле всасывается чистый воздух, а в конце такта сжатия, когда температура сжатого воздуха становится достаточно высокой, в камеру сгорания впрыскивается топливо. Здесь оно должно успеть распылиться, смешаться с воздухом и воспламениться. Становится ясно, что их топливная аппаратура должна удовлетворять весьма высоким требованиям. Здесь мы подошли к самому сложному этапу создания дизельного двигателя — к организации его рабочего процесса.
Итак, за очень короткий отрезок времени топливо необходимо впрыснуть в камеру сгорания и смешать с воздухом, а для этого — тонко распылить. Если капли топлива будут слишком крупными, они не успеют сгореть за отводимое им для этого время.
Несгоревшее топливо вылетит в выхлопную трубу в виде темного дыма, а также напомнит о себе повышенным расходом. Но недостаточно хорошо распылить топливо: его, как уже говорилось, нужно тщательно перемешать с воздухом, чтобы обеспечить полное сгорание. Для этого используют разные методы. В основном они сводятся к завихрению воздуха, в который и подают топливо. Организовать интенсивное движение воздуха в цилиндре оказывается не так просто. В современных двигателях для этого, например, камеру сгорания разделяют на несколько частей, обычно на две.
Такие камеры называют двухполостными. При этом одна часть является основной, а другая — дополнительной. В последней и происходит интенсивное перемешивание топлива с воздухом и его воспламенение. Дело в том, что при сжатии давление воздуха в основной камере сгорания нарастает быстрее, чем в дополнительной, поэтому воздух перетекает из основной в дополнительную камеру. В автомобильных двигателях в основном применяют два варианта дополнительных камер. В первом она представляет собой тело вращения.
Воздух подается в нее вдоль оси вращения, а топливо впрыскивается навстречу воздуху. При этом происходит интенсивное перемешивание топлива с воздухом и воспламенение. Сейчас все автопроизводители просто одержимы коэффициентом степенью сжатия двигателя, ведь это одна из основных его характеристик. Также очень важно знать о зависимости этого значения от используемого бензина, ведь его величина напрямую влияет на возникновение детонации топлива.
Что учесть? Чем больше степень сжатия двигателя, тем быстрее поедет машина. Но у этой аксиомы есть другая проблема — от этого больше выхлопов, быстрее износ деталей.
Именно из-за этих причин производители не спешат увеличивать этот параметр. Под степенью сжатия двигателя понимается соотношение между максимальным объемом рабочего цилиндра и объемом его камеры сгорания.
Данный показатель выражается пропорцией, например Чтобы было понятнее, рассмотрим степень сжатия при работе цилиндра в двигателе внутреннего сгорания. Внутри рабочей зоны цилиндра находится поршень, двигающийся возвратно-поступательно.
Если он достигает крайней нижней точки, то над поршнем остается наибольшая часть свободного объема. Это положение называется нижней мертвой точкой. Аналогичным образом, когда поршень достигает крайнего верхнего положения, над ним остается наименьший свободный объем, это — верхняя мертвая точка.
Разница между этими двумя объемами и обозначает степень сжатия двигателя. При достижении поршнем крайней верхней точки над ним сохраняется некоторое пространство, в котором и происходит сгорание топлива. Допустим, в двигателе в момент пребывания поршня в нижней мертвой точке объем камеры сгорания составляет 10 кубических сантиметров. Когда впускной клапан головки двигателя запирается и поршень начинает движение вверх, выполняя такт сжатия, объем топливной смеси сжимается до 1 кубического сантиметра.
Соответственно, в этом случае степень сжатия составит Что такое степень сжатия двигателя. Также степень сжатия может иметь вид частного от наибольшего объема рабочей зоны, разделенного на ее минимальный объем.
В этом случае полученное значение выражается не пропорцией, а целым числом. Оно показывает, насколько сжимается топливно-воздушная смесь при перемещении поршня из нижней крайней точки в верхнее крайнее положение. Чем больше степень сжатия двигателя, тем меньше пространство, в котором помещается топливная смесь, соответственно, повышается давление. Аналогично при меньшей степени сжатия повышается объем и уменьшается давление. Здесь Р обозначает рабочий объем цилиндра, С — объем камеры сгорания.
Формула наглядно показывает, что для повышения степени сжатия требуется уменьшить объем камеры сгорания. Вместо этого можно также увеличить общий объем цилиндра при том же объеме камеры сгорания. Величина Р значительно превышает С. При наличии данных о диаметре поршня D и расстоянии хода поршня S можно рассчитать рабочий объем цилиндра.
Формула следующая:. Камера сгорания имеет сложную конфигурацию, поэтому ее объем не высчитывают, а измеряют. Делается это весьма нехитрым способом: в камеру заливается жидкость до заполнения, а затем измеряется ее объем. Удобнее всего использовать воду, так как ее плотность составляет 1 грамм на 1 кубический сантиметр, что упрощает расчеты.
Казалось бы, вполне понятно, для чего производители автомобилей пытаются повысить степень сжатия дизельного или бензинового двигателя. Чем она больше, тем выше давление на поршень при максимальном сжатии топливной смеси и тем больше крутящий момент. Однако это объяснение слишком упрощенное, в действительности ситуация выглядит сложнее. Как известно, горючее передает свою потенциальную энергию на поршень в момент сгорания, заставляя его двигаться с определенной скоростью.
Чем выше крайняя верхняя точка расположения поршня в цилиндре, тем большую мощность он развивает при перемещении вниз. При высокой степени сжатия двигателя уменьшается и объем бензина, который необходим для развития определенного усилия. Однако в реальности при протекании данного процесса проявляются технические проблемы, для решения которых необходимо обратиться к термодинамике.
Зачем производителям увеличивать степень сжатия двигателя. Еще раз обозначим основы. Нам известно, что при высокой степени сжатия двигателя растет и сила, с которой топливно-воздушная смесь воздействует на поршень. Это оказывает положительный эффект для динамики транспортного средства, позволяет понизить расход топлива. Термодинамика объясняет, почему степень сжатия двигателя имеет ограниченное число. Например, степень сжатия уже считается избыточной. Несмотря на экономию усилий, предаваемых на ось автомобиля, подобные силовые установки никто не производит.
Основная проблема, возникающая при неограниченном повышении степени сжатия двигателя на дизеле или бензине, — отсутствие подходящего металла для цилиндра. Он должен выдерживать резкое повышение давления внутри, не деформироваться и не терять твердой структуры. Однако, даже если бы такой материал существовал, перегрузки неизбежно приведут к сгоранию, расплаву иных узлов мотора, без которых невозможна его работа. Таким образом, максимально допустимая степень сжатия двигателя равна величине, при которой все узлы двигателя могут работать исправно без разрушения его конструкции.
Максимальная степень сжатия важна в основном в автоспорте. Например, в гоночных болидах может играть роль разница в мощности всего на одну лошадиную силу. Но здесь речь идет о борьбе даже не за секунды, а за доли секунды. Если же говорить об автомобилях массового производства, то им не требуется запредельная мощность. До определенного предела справиться с детонацией помогает бензин с более высоким октановым числом.
В дизельном моторе детонация тоже возможна, но там она вызывается неверной регулировкой впрыска, нагаром на внутренней поверхности цилиндров и другими причинами, не связанными с повышенной степенью сжатия. Существует возможность форсировать имеющийся агрегат посредством увеличения рабочего объема цилиндров или степени сжатия.
Но здесь важно не переусердствовать и тщательно всё просчитать, прежде чем сломя голову бросаться в бой. Ошибки могут привести к такой разбалансированности работы агрегата и детонациям, что не помогут ни высокооктановый бензин, ни регулировка угла опережения зажигания.
Едва ли есть смысл заниматься форсированием движка, изначально имеющего высокую степень сжатия. Затраты сил и денег будут достаточно велики, а прирост мощности скорее всего окажется незначительным. Достичь желаемой цели можно двумя способами — расточкой цилиндров, что позволит сделать рабочий объем двигателя несколько больше, либо фрезеровкой нижней поверхности головки блока цилиндров ГБЦ.
Наилучший момент для этого — проведение капитального ремонта двигателя , когда растачивать цилиндры придется в любом случае. Прежде чем производить эту операцию, нужно подобрать поршни и кольца под новый размер. Вероятно, несложно будет найти детали под ремонтные размеры для данного двигателя, но это не даст ощутимого прироста рабочего объема и мощности движка, так как разница в размерах очень незначительна.
Лучше поискать поршни и кольца большего диаметра для других агрегатов.
Не стоит пытаться растачивать цилиндры самостоятельно, поскольку для этого требуется не только умение, но и специальное оборудование. Фрезеровка нижней поверхности ГБЦ позволит уменьшить длину цилиндра.
Короче станет именно камера сгорания, частично или полностью находящаяся в головке, а значит, возрастет степень сжатия.
Для прикидочных расчетов можно принять, что снятие слоя в четверть миллиметра повысит степень сжатия примерно на одну десятую. Тот же эффект даст установка более тонкой прокладки ГБЦ. Можно также совместить одно с другим. Не забудьте, что доработка головки требует точного расчета. Это позволит избежать чрезмерной степени сжатия и неконтролируемой детонации. Форсирование двигателя таким методом таит еще одну потенциальную проблему — укорочение цилиндра повышает риск того, что поршни будут встречаться с клапанами.
Для вычисления степени сжатия нужно знать объем камеры сгорания. Сложная внутренняя форма не дает практической возможности математически рассчитать ее объем. Зато есть довольно простой способ его измерить. Посчитайте, сколько кубиков вы влили. Это и будет объем камеры сгорания. Рабочий объем одного цилиндра определяется путем деления объема двигателя на количество цилиндров.
Зная обе величины, можно посчитать степень сжатия с помощью приведенной выше формулы. Такая операция может понадобиться, например, для перехода на более дешевый бензин.
