Корисна стаття про ступінь стиснення

У будь-якому відрегульована двигуні одним з параметрів, який поза всяким сумнівом слід змінити і зазвичай в сторону підвищення, є ступінь стиснення. Оскільки підвищення ступеня стиснення збільшує віддається ефективну потужність двигуна, тому бажано мати ступінь стиснення якомога вищою в певних межах. Верхня межа завжди визначається в залежності від точки, в якій виникає детонація.

Оскільки детонація може дуже швидко зруйнувати двигун, тому буде краще, якщо ми будемо точно знати, яка ступінь стиснення є або буде, щоб можна було витримувати розумне співвідношення.

Ступінь стиснення визначається c допомогою наступної формули (V + C) / C = CR, де V це робочий об'єм циліндра, а З це обсяг камери згоряння.

Визначити робочий об'єм або місткість одного циліндра можна просто. Для цього вам потрібно просто розділити робочий об'єм (літраж) двигуна на число циліндрів, наприклад, якщо літраж чотирициліндрового двигуна 1100 куб. см, то ємність або робочий об'єм одного циліндра буде дорівнювати 1100/4 = 275 куб. см. Знайти значення обсягу камери згоряння трохи складніше. Для визначення обсягу ми повинні фізично його виміряти і для цього нам потрібно мати піпетку або бюретки, градуйовані в куб. см.

Обсяг камери згоряння це повний обсяг, який залишається над поршнем, коли він знаходиться в ВМТ. Він включає в себе обсяг порожнини в головці плюс обсяг, рівний товщині прокладки, плюс обсяг між верхньою частиною поршня і верхньою частиною блоку циліндрів в ВМТ і плюс обсяг виїмки в днище поршня при використанні поршнів з увігнутими днищами або мінус обсяг опуклості на днище поршня при використанні поршнів з опуклими днищами.

Після того як це буде зроблено, ви можете додати обсяг, рівний товщині прокладки. Якщо прокладка має круглий отвір, то цей обсяг найпростіше можна визначити за допомогою наступної формули:

Vcc = [(p D2 'L) / 4] ÷ 1,000, де

D = діам. отвори в прокладанні в мм,

L = товщина прокладки в затиснутому стані в мм.

Якщо отвір в прокладці некруглих, як це має місце в багатьох випадках, то ми можемо виміряти потрібний обсяг, скориставшись бюреткою. Для цього обтиснуту прокладку приклейте до аркуша скла за допомогою герметика, призначеного для прокладок головок циліндрів, потім помістіть скло на горизонтальну поверхню і заповніть отвір в прокладці рідиною за допомогою бюретки.

Намагайтеся це робити так, щоб рідина не виливалася з отвору або покривала повністю всю поверхню прокладки, оскільки в цьому випадку виміри будуть неправильними. Заливати рідину слід до тих пір, поки її рівень не дійде до краю прокладки.

Якщо все отвори круглі, то можна легко розрахувати обсяг між верхньою поверхнею поршня і верхньою частиною блоку. Це можна зробити за допомогою зазначеної вище формули, але при цьому D буде дорівнювати діам. отвори циліндра в мм, а L віддалі від верхнього днища поршня до верхньої частини блоку знову в мм.

На якихось стадіях буває необхідно визначити, скільки потрібно зняти металу з торцевої поверхні головки циліндрів, щоб отримати необхідний ступінь стиснення. Для цього спочатку потрібно розрахувати потрібний повний обсяг камери згоряння. З отриманого значення ви віднімаєте обсяг, рівний товщині прокладки, обсяг в блоці над поршнем, коли він знаходиться в ВМТ і, якщо використовується поршень з увігнутим днищем, обсяг виїмки. Час, що залишився значення тепер є обсяг, який повинна мати порожнину в голівці для отримання потрібної нам ступеня стиснення. Щоб було зрозуміліше, розглянемо наступний приклад.

Припустимо, що нам потрібно мати ступінь стиснення 10/1, а літраж двигуна дорівнює 1000 см3 і він має чотири циліндри.
СR = (V = C) / C, де
V- робочий об'єм одного циліндра, а С- повний обсяг камери згоряння.

Оскільки ми знаємо, що V (робочий об'єм циліндра) = 1000 см3 / 4 = 250 см3 і знаємо необхідний ступінь стиснення, тому перетворимо рівняння, щоб отримати повний обсяг камери згоряння С. В результаті ви отримаєте наступне рівняння:

Підставами в нього вказані значення

С = 250 / (10 - 1) = 27,7 см3.

Таким чином повний обсяг камери згоряння дорівнює 27,7 см3. З цього значення ви віднімаєте всі складові обсягу камери згоряння, які не перебувають в голівці. Припустимо, що поршень має увігнуте днище, обсяг порожнини в днищі дорівнює 6 см3 і що решту обсягу над поршнем, коли він знаходиться в ВМТ, до торцевої поверхні головки дорівнює 1,5 см3. Крім того обсяг, рівний товщині прокладки, дорівнює 3,5 см3. Сума всіх цих обсягів, які не входять до обсягу порожнини в головці дорівнює 11 см3.

Для отримання потрібної нам ступеня стиснення 10/1 ми повинні мати обсяг порожнини в головці (27,7 - 11) = 16,7 см3. Щоб визначити, скільки металу потрібно зняти з торцевої поверхні головки, помістіть її на горизонтальну поверхню, або точніше помістіть головку таким чином, щоб торцева її поверхня була горизонтальною. Після того як ви це зробите, заповніть камеру кількістю рідини, рівним требующемуся остаточного обсягу. У цьому прикладі цей обсяг дорівнює 16,7 см3. Потім виміряйте відстань від торцевої поверхні головки до поверхні рідини і воно буде визначати кількість металу, яке потрібно буде видалити. Є одна невелика проблема при вимірюванні відстані від торця головки до рівня рідини.

Як тільки наконечник глибиноміра наближається до поверхні рідини, вона за рахунок капілярного дії піднімається до наконечника. Це капілярний дії має місце при використанні парафіну в якості рідкого середовища для вимірювання об'єму, коли наконечник глибиноміра знаходиться на відстані від 0,008 до 0,012 дюйма від поверхні рідини і тому потрібно робити допуск на це явище.

Друга причина полягає в тому, що якщо ми використовуємо максимально можливу ступінь стиснення і при перевірці знаходимо камеру з найбільшим обсягом, щоб визначити кількість що видаляється металу, то ступеня стиснення у інших камер можуть бути вище цього граничного значення. В результаті виникне детонація, яка може швидко привести до руйнування двигуна.

При видаленні металу з камер найкраще знімати метал у верхній частині камер або зі стінок близько свічки.

Точність балансування камер становить близько 0,2 см3. Спроби отримати менші значення не можуть бути реалізовані на практиці, оскільки при таких крайніх значеннях можливості вимірювань за допомогою використовуваних вимірювальних інструментів обмежені через їх похибок. Крім цього помилка, яка дорівнює 0,2 см3, навіть для двигунів малого літражу, становить малий відсоток повного обсягу камери в голівці.

Після того як ми визначилися зі ступенем стиснення перед нами стоїть питання як правильно домогтися потрібної нам ступеня стиснення. Для початку потрібно розрахувати на скільки необхідно збільшити камеру згоряння. Це не складно. Формула для обчислення ступеня стиснення має наступний вигляд:
Ɛ = (VP + VB) / VB
Де Ɛ- ступінь стиснення
VP - робочий об'єм
VB - обсяг камери згоряння

Перетворивши рівняння можна отримати формулу для обчислення камери згоряння при певної міри стиснення.
VB = VP1 / Ɛ
Де VP1 - обсяг одного циліндра

За цією формулою обчислюємо обсяг наявної камери згоряння і віднімаємо з нього обсяг бажаної (обчислений за тією ж формулою), отримана різниця і є цікавить на значення на яке і потрібно збільшити камеру згоряння.

Існують разнообразнве способи збільшення камери згоряння але далеко не всі з них вірні. Камера згоряння сучасного автомобіля спроектована таким чином, що при досягненні поршнем ВМТ паливо повітряна суміш витісняється до центру камери згоряння. Це мабуть найдієвіша розробка перешкоджає детонації.

Самостійна доопрацювання камери в ГБЦ під силу далеко не всім. Це обумовлено тим, що по-перше ви можите порушити спроектовану форму камери, так само при доопрацюванні можуть «розкритися» стінки тому не відома їх товщина. Так само не рекомендується «розжимають мотор» товстими прокладками тому Це порушить процеси витіснення в камері згоряння. Найбільш простим і правельно способом вважається установка нових поршнів в яких заданий необхідний обсяг камери. Для турбо-двигуна сферична форма вважається найбільш ефективною. Краще використовувати для цих цілей спеціально розроблені і виготовлені поршні. Можливий варіант самостійної доопрацювання стічних поршнів. Але сдесь потрібно врахувати що товщина дна поршня не повинна бути менше 6% від діаметра.
Ступінь стиснення в турбо двигун

Однією з найважливіших і мабуть найскладнішим завданням при проектуванні турбодвигуна є прийняття рішення про ступінь стиснення. Цей параметр впливає на велику кількість чинників в загальній характеристиці автомобіля. Потужність, економічність, прийомистість, детонаційна стійкість (параметр від якого сильно залежить експлуатаційна надійність двигуна в цілому), всі ці фактори в значній мірі визначаються ступенем стиснення. Також це впливає на витрату палива і склад відпрацьованих газів. У теорії, ступінь стиснення для турбо-мотора розрахувати не складає великих труднощів.

Спочатку розберемо поняття «Стиснення» або «Геометрична ступінь стиснення». Воно являє собою відношення повного обсягу циліндра (робочий об'єм плюс простір стиснення, яке залишається над поршнем при положенні у верхній мертвої точки (ВМТ)), до чистого простору стиснення. Формула має такий вигляд: Ɛ = (VP + VB) / VB

Де Ɛ- ступінь стиснення
VP - робочий об'єм
VB - обсяг камери згоряння

Не потрібно забувати про істотні розбіжності між геометричною і фактичної ступенем стиснення навіть на атмосферних моторах. У турбодвигунах до цих же процесів додається і заздалегідь стисла компресором суміш. На скільки фактично від цього збільшитися ступінь стиснення, видно з наступної формули:
Ɛeff = Egeom * k√ (PL / PO)
Де Ɛeff - ефективне стиснення
Ɛgeom - геометрична ступінь стиснення
Ɛ = (VP + VB) / VB, PL - Тиск наддуву (абсолютне значення),
PO - тиск навколишнього середовища,
k - адіабатична експонента (числове значення 1,4)

Ця спрощена формула буде справедлива за умови, що температура в кінці процесу стиснення для двигунів з наддувом і без наддуву досягає того ж значення. Іншими словами, чим вище тиск наддуву, тим менше можливе геометричне стиснення. Отже, згідно з нашою формулою для атмосферного двигуна зі ступенем стиснення 10: 1 при тиску наддуву 0.3 бару ступінь стиснення слід зменшити до 8.3: 1, при тиску 0.8 бару до 6.6: 1. Але, слава богу, це теорія. Всі сучасні двигуни з турбонаддувом працюють не з такими через мірно низькими значеннями. Правильна ступінь стиснення для роботи визначається складними термодинамическими обчисленнями і всебічними випробуваннями. Все це з області високих технологій і складних розрахунків, але багато тюнінгових моторів зібрано на основі деякого досвіду, як власного, так і взятого за приклад, від відомих автомобільних виробників. Ці правила будуть справедливі в більшості випадків.