Как называется отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания

Степень сжатия двигателей: величина, измерение, повышение мощности

Читатели журнала Биргалеев из г. Салавата и Филичев из г. Удомля Калининской обл. спрашивают, что такое степень сжатия, как ее замерить на двухтактном моторе, какова величина степени сжатия современных двигателей и как рассчитать, насколько нужно подрезать головку блока для повышения мощности мотора? Аналогичные вопросы задают и другие читатели.

Эффективная мощность реального двигателя кроме других параметров определяется величиной термического КПД ηt, который находится в прямой зависимости от степени сжатия ε. Как видно из графика, с повышением ε растет и ηt, а следовательно, и мощность на валу двигателя.

Степень сжатия (ее называют также геометрической) — это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания.

где ε — степень сжатия; Va — полный объем цилиндра, см 3 ; Vh — рабочий объем цилиндра, см 3 ; Vc — объем камеры сгорания, см 3 .

В литературе по ДВС для двухтактных двигателей кроме геометрической степени сжатия (или просто степени сжатия), определяемой по вышеприведенной формуле, введено понятие действительной (фактической, истинной) степени сжатия εд. При ее определении учитывается, что сжатие не начинается до тех пор; пока поршень не перекроет выпускное окно. Следовательно, действительная степень сжатия всегда меньше геометрической.

Действительная степень сжатия определяется по формуле:

где А — высота выпускного окна, см; D — диаметр цилиндра, см; S — ход поршня, см.

D = 50 мм = 5 см; S = 44 мм = 4,4 см; ε = 6,0; Vc = 17,2 см 3 ; А = 23 мм = 2,3 см.

Необходимо отметить, что для четырехтактных двигателей при определении действительной степени сжатия можно было бы считать потерянным объем, описываемый поршнем за время, в течение которого открыт выпускной клапан при рабочем ходе плюс объем, описываемый поршнем при закрытом впускном клапане при сжатии. Однако для упрощения оценки и расчетов как двухтактных, так и четырехтактных двигателей принято рассматривать геометрическую степень сжатия, т. е. отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания.

При пользовании технической литературой по двухтактным ДВС (книги, журналы, каталоги и проспекты) необходимо учитывать, что в Японии принято приводить действительную степень сжатия, а в Европе — геометрическую.

Отечественные серийные двигатели имеют, как правило, низкую степень сжатия (ε = 6,0÷7,0 для двухтактных и 6,0÷6,5 для четырехтактных). Это объясняется тем, что большинство подвесных моторов создавалось много лет назад и рассчитано на использование бензинов с низким октановым числом.

Современные двухтактные двигатели имеют ε = 7,0÷12,0 (меньшие значения ε у двигателей с объемом одного цилиндра 350 см 3 , а большие — с объемом около 50 см 3 ).

Для современных четырехтактных двигателей ε = 8,0÷10,5 (при цилиндровом объеме 600÷50 см 3 соответственно). Применение высокой степени сжатия требует топлива с октановым числом, равным 88—98 единицам.

Степень сжатия повышают для увеличения мощности и уменьшения расхода топлива. Однако увеличивать ее можно только до определенного предела, который ограничивается появлением детонации — чрезвычайно быстрого, в виде взрыва, сгорания рабочей смеси со скоростью распространения пламени 2000÷2500 м/с (при нормальном сгорании эта скорость составляет всего 20÷40 м/с). Детонация сопровождается резким (ударным) повышением давления, передающимся на все детали кривошипно-шатунного механизма, перегревом поршня и клапанов, потерей мощности и появлением черного дыма из выхлопной системы. Сильная детонация приводит к разрушению поршня.

Читайте также:  Atc 300 объем масла

Чем выше степень сжатия и ниже октановое число применяемого бензина, тем более вероятна детонация при прочих равных условиях. Детонации подвержены высокооборотные двигатели с большим диаметром цилиндров, с большим коэффициентом избытка воздуха а в рабочей смеси (наиболее склонна к детонации смесь при α = 0,85÷0,95; увеличение остаточных газов снижает склонность к детонации). Детонация возможна при большом давлении смеси в начале сжатия, поэтому при использовании наддува степень сжатия обычно снижают. На антидетонационные свойства двигателя влияют форма камеры сгорания и расположение свечи зажигания — чем меньше путь пламени от электродов свечи до самой удаленной точки камеры сгорания, тем меньше склонность двигателя к детонации. Поэтому для форсировки путем повышения степени сжатия наиболее подходят двигатели с полусферической камерой сгорания и со свечой, расположенной в ее центре.

У двухтактного двигателя сжатие рабочей смеси происходит не только в надпоршневом пространстве, но и в картере при движении поршня от ВМТ к НМТ. Обычно давление в картере не превышает 1,5 кгс/см 2 . Оно зависит от степени сжатия в картере εк, т. е. от отношения полного объема картера Vк при нахождении поршня в ВМТ к объему картера при положении поршня в НМТ.

где Vh — рабочий объем цилиндра, см 3 .

Величина εк обычно находится в пределах 1,29÷1,40 (меньшее значение относится к гоночным двигателям, а большее — к серийным, коммерческим).

При работе с конкретным двигателем рабочий объем определяют расчетным способом по формуле:

Объем камеры сгорания, ввиду ее сложной формы, быстрее и точнее определяется следующим способом. Поршень устанавливается в ВМТ. Из мензурки (или другой емкости с делениями) в цилиндр заливается через свечное отверстие (до середины его высоты) моторное масло, слегка разведенное бензином. Количество вылитого масла и будет равно объему камеры сгорания.

Степень сжатия двухтактного двигателя с полусферической камерой сгорания можно повысить до 8,5÷9,0, но при этом придется применять топливо с октановым числом 93 и выше. При форсировке методом повышения сжатия неизбежно возрастают среднее эффективное давление в цилиндрах и соответственно силы, действующие на все детали цилиндро-поршневой группы и кривошипно-шатунного механизма. Возрастает частота вращения коленвала. Эти причины неизбежно вызывают уменьшение моторесурса и снижение надежности двигателя.

Пример расчета для определения величины подрезки головки блока. Имеется двигатель с параметрами D = 5 см; S = 4,4 см; Vc = 17,2 см 3 ; ε = 6,5 (первоначальная степень сжатия). Требуется увеличить ее до εt = 8,5.

Рабочий объем цилиндра:

Определим, какой объем камеры сгорания необходимо обеспечить:

Разница объемов камер сгорания серийного и форсированного двигателей составит:

Определим толщину слоя металла, снимаемого с торца головки блока цилиндров:

Источник

Поршень

Рис.1.5. Схема основных положений кривошипно-шатунного механизма.

Рис. 1.4. Кривошипно-шатунный механизм

1- картер; 2-цилиндр; 3-головка цилиндров, 4-крышка; 5-коленчатый вал; 6-шатун; 7-поршень; 8-поршневой палец; 9-кольца; 10-маховик (ротор генератора).

Читайте также:  6isbe 300 двигатель объем масла

На рис. 1.5. приведена схема основных положений кривошипно-шатунного механизма. При вращении коленчатого вала его шатунная шейка вместе нижней частью шатуна описывает окружность. Верхняя часть шатуна вместе с поршнем при этом перемещается в цилиндре прямолинейно вверх и вниз (возвратно-поступательно). При одном полном обороте колена вала (кривошипа) поршень сделает один ход вниз и один ход вверх. Изменение направления движения поршня происходит в нижней и верхней мертвых точках.

а) поршень в нижней мертвой точке; б) поршень в верхней мертвой точке

Верхней мертвой точкой (в.м.т.) называют самое верхнее положение поршня и кривошипа.

Нижней мертвой точкой (н.м.т.) называют самое нижнее положение поршня и кривошипа. При положении поршня в мертвых точках давление газов на поршень не вызывает поворота коленчатого вала, так как шатун и кривошип вала располагаются в одну линию.

Ходом поршня называется расстояние между крайними положениями поршня от (в.м.т.) до (н.м.т.).

По величине, ход поршня равен двум радиусам кривошипа.

Тактом называется процесс, происходящий в цилиндре и соответствующий движению поршня от одной мертвой точки до другой.

При повороте кривошипа от (в.м.т.) на равные углы, поршень проходит каждый раз различные расстояния. Это значит, что при равномерном вращении коленчатого вала поршень в цилиндре двигается неравномерно, что вызывает появление сил инерции в работающем двигателе.

При перемещении поршня вниз от (в.м.т.) до (н.м.т.)объем внутренней полости цилиндра над поршнем изменяется. От минимального (камера сжатия) до максимального значения (полный объем цилиндра).

Ходом поршня называется путь, пройденный от одной «мертвой» точки до другой — S.

Объемом камеры сгорания называется объем, расположенный над поршнем, находящимся в ВМТ.

Рабочим объемом цилиндра называется объем, освобождаемый поршнем при перемещении от ВМТ к НМТVp.

Полным объемом цилиндра является сумма объемов камеры сгорания и рабочего объема:Vп = Vp + Vс.

Рабочий объем двигателя, это сумма рабочих объемов всех цилиндров и измеряется он в литрах. Пока мы с вами рассматриваем только одноцилиндровый двигатель, а вообще современные двигатели имеют, как правило — 4, 6, 8 и более цилиндров. Соответственно, чем больше рабочий объем — тем более мощным будет двигатель. Измеряется мощность в киловаттах или в лошадиных силах (кВт или л.с.).

Степенью сжатия двигателя называется отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия. Степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается поступивший в цилиндр заряд при перемещении поршня из (н. м. т.). в (в. м. т.) Чем выше степень сжатия двигателя, тем большую экономичность по расходу топлива имеет двигатель.

Поршень — деталь цилиндрической формы, совершающая возвратно поступательное движение внутри цилиндра и служащая для превращения изменения давления газа, пара или жидкости в механическую работу, или наоборот — возвратно-поступательного движения в изменение давления. В поршневом механизме, в отличие от плунжерного, уплотнение располагается на цилиндрической поверхности поршня, обычно в виде одного или нескольких поршневых колец.

Источник

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия называется — степенью сжатия

Двигатели современных тепловозов имеют мощность от 400 до 5000 кВт, частоту вращения вала 750-1500 об/мин, число цилиндров от 4 до 20. Они расходуют от 200 до 230 г дизельного топлива на 1 кВт-ч выработанной энергии. Удельная масса тепловозных двигателей внутреннего сгорания составляет от 2,5 до 18,5 кг/(кВт-ч)

Читайте также:  Как вычисли объем формула

По способу воспламенения топлива поршневые двигатели внутреннего сгорания делятся: на двигатели с принудительным зажиганием (низкого сжатия) и с самовоспламенением (высокого сжатия) дизели.

На тепловозах применяются исключительно двигатели высокого сжатия дизели типов: Д100, Д45, Д50, М750, Д49, Д70. Они значительно экономичнее и мощнее, чем двигатели низкого сжатия.

Двигатели низкого сжатия работают на легком топливе (бензине и керосине). В этих двигателях в цилиндры засасывается не воздух, а рабочая смесь (пары бензина и воздух). Смесь сжимается до температуры, меньшей, чем температура ее самовоспламенения, поэтому зажигание смеси осуществляется принудительно от постороннего источника.

В цилиндры двигателей высокого сжатия поступает чистый воздух, который сжимается. В конце сжатия, когда температура воздуха будет достаточно высокой, топливо в распыленном виде впрыскивается через форсунку в цилиндр и воспламеняется.

Двухтактными ДВС называются — у которых полный рабочий цикл в цилиндре происходит за два хода поршня, т. е. за один оборот коленчатого вала. У четырехтактных дизелей продувка и зарядка цилиндра свежим воздухом происходят иначе, чем у двухтактных, само же смешение топлива с воздухом и сгорание рабочей смеси у обоих типов дизелей одинаково.

Четырехтактными ДВС называются — у которых полный рабочий цикл поступление воздуха в цилиндр, перемешивание и сгорание топлива, расширение газов и удаление их из цилиндра осуществляется за четыре хода поршня (такта), за 2 оборота коленчатого вала.

Качество дизеля определяет —не его тактность, а надежность, экономичность, конструкционная и технологическая отработанность, долговечность и, наконец, правильный выбор типа дизеля для данного рода службы.

Четырехтактные дизели имеют — меньший удельный расход топлива, меньшую тепловую напряженность, так как в единицу времени совершают меньшее количество тепловых и силовых циклов, чем двухтактные при тех же условиях.

В двухтактных дизелях — проще система газораспределения, но в них хуже очищаются и продуваются свежим воздухом цилиндры. Вместе с тем с 1 л рабочего объема цилиндра при прочих равных условиях у двухтактных дизелей снимается на 60-70 % большая мощность, чем у четырехтактных. Однако с увеличением давления наддува все яснее вырисовывается преимущество четырехтактных дизелей перед двухтактными для тепловозов, так как четырехтактные дизели с газотурбинным наддувом имеют более простую систему воздухо-снабжения, более высокую экономичность, а главное лучшую приспособляемость к переменным эксплуатационным нагрузкам и разным сортам топлива и масла. На тепловозах типов М62 установлены двухтактные дизели 14Д40, а на тепловозах 2ТЭ116, ТЭП70, ТЭМ7, ТЭМ2, ТЭМ1, ЧМЭ2, ЧМЭЗ — четырехтактные дизели (типов Д49, ПД1М). Как показывает мировая практика, четырехтактных дизелей строится 65-70 %, а остальные — двухтактные. Двигатели низкого сжатия, за исключением маломощных, изготовляют только четырехтактными.

На тепловозах применяются, как правило, дизели с однокамерным струйным смесеобразованием.

Дата добавления: 2015-04-24 ; Просмотров: 826 ; Нарушение авторских прав? ;

Источник

Поделиться с друзьями
Объясняем