Увеличение степени сжатия
Объем камеры сгорания влияет на конечную степень сжатия двигателя.
Камера сгорания, это объем образуемый головкой блока и поршнем в момент нахождения поршня в верхней мертвой точке. Степень сжатия, это отношение объемов цилиндров от максимального до минимального. Максимальный объем камеры сгорания получается, когда поршень находится в нижней мертвой точке. Минимальный при нахождении поршня в верхней мертвой точке цилиндра.
Объем цилиндра без учета камеры сгорания можно узнать, поделив паспортный рабочий объем двигателя на количество цилиндров.
Объем камеры сгорания состоит из суммы 3 объемов:
1 Объем камеры сгорания на головке блока
2 Объем, образуемый толщиной прокладки головки блока
3 Объем вогнутого пространства в днище поршня.
Справедливости ради стоит сказать, что существует масса вариантов когда поршни выпуклые и при вычислениях они не добавляют, а наоборот уменьшают пространство камеры сгорания. И это нужно учитывать при расчетах.
Степень сжатия и компрессия, это не одно и тоже и различается тем, что степень сжатия это геометрическая величина, а компрессия динамическая. Так как двигатель при вращении обладает некоторыми насосными свойствами, плюс воздух при сжатии нагревается, то величина компрессии будет отличаться от степени сжатия в большую сторону. Компрессия обычно больше в 1.4 раза чем степень сжатия.
Увеличение степени сжатия является одной из основных методик поднятия мощности двигателя, так как чем больше сжать топливовоздушную смесь, тем больше она сможет расшириться относительно сжатого объема при сгорании. Тем самым можно получить больше мощности с того же объема сгоревшего топлива. Одним словом мощность повысится, а расход останется на прежнем уровне. Возникает вопрос, а почему с завода не поднимают степень сжатия до максимально возможного уровня? Дело все в характеристиках бензина не позволяющим поднимать степень сжатия больше определенного уровня, без образования аномальных, нежелательных процессов горения (детонация и др). Октановое число как раз и является основным показателем величины детонационной стойкости топлива и чем это число выше, тем большую степень сжатия можно использовать в двигателе, без образования детонации.
То есть проще говоря, если мы значительно повысим степень сжатия то мощность у нас повысится, но придется заправляться более высокооктановым топливом, а оно стоит дороже. Но с другой стороны, двигатель теперь работает более эффективно и на той мощности на которой вы ездили раньше, он будет потреблять меньше топлива и разность в цене как бы нивелируется! Но правда все же такова, что вы не будете ездить на малой мощности. Иначе зачем нужно было все это затевать?
Степень сжатия можно повысить двумя самыми эффективными способами:
1 установка более тонкой прокладки головки блока, либо спиливание нижней части головки блока. При таком варианте, клапана приближаются к поршню и необходимо делать или увеличивать выборки под них. Изменяются фазы работы ГРМ так как высота цепи или ремня, ответственная за синхронизацию распредвала изменяется на величину, уменьшения высоты позиционирования головки блока. При верхневальном двигателе (распределительный вал находится в головке блока). Настроить работу распределительного вала можно с помощью резрезной шестерни, либо шестерни с несколькими позициями под шпонку. При нижневальном, когда распредвал стоит внизу (в блоке цилиндров) и связь с клапанами происходит посредством толкателей также изменяется кинематика клапанного механизма без гидроусилителей, а с гидроусилителями может не хватить их хода и придется ставить меньшие по длине толкатели. При использовании метода на V образном двигателе при спиливании головок изменится расстояние между посадочными отверстиями впускного коллектора, что потребует его подгонки.
2 Растачивание цилиндров под больший по диаметру поршень. Такая процедура требует замены поршней, но этот метод увеличивает рабочий объем двигателя и одновременно повышает степень сжатия, так как камера сгорания остается прежней но объем цилиндра увеличивается. Отношение возросшего цилиндра к прежней камере сгорания покажет большую величину степени сжатия. Метод кроме замены поршней и расточки цилиндра не требует больше каких либо переделок и более предпочтителен для увеличения степени сжатия.
Прибавка мощности за счет степени сжатия тем выше, чем под более низкую степень сжатия изначально настроен двигатель. Простыми словами, повышение мощности более эффективно при поднятии степени сжатия с 8 до 9 чем с 13 до 14.
Примеры прибавок в процентах:
с 8 до 9 = 2.0 % прибавка мощности
с 9 до 10 = 1.7 % прибавка мощности
с 10 до 11 = 1.5 % прибавка мощности
с 11 до 12 = 1.3 % прибавка мощности
с 12 до 13 = 1.2 % прибавка мощности
с 13 до 14 = 1.1 % прибавка мощности
с 14 до 15 = 1.0 % прибавка мощности
с 15 до 16 = 0.9 % прибавка мощности
с 16 до 17 = 0.8 % прибавка мощности
Промежуточные результаты суммируются, например поднятие степени сжатия с 8 до 14 даст прибавку 8.7 %
Примеры перехода на более высокооктановое топливо при повышении (СС)
менее 8 — 76 бензин
от 8 до 9 — 80 бензин
от 9 до 10.5 — 92 бензин
от 10 до 12.5 — 95 бензин
от 12 до 14.5 — 98 бензин
от 13.5 до 16 — 102 бензин
от 15.5 до 18 — 109 бензин
Минимальное октановое число топлива применяемое в каждом конкретном двигателе зависит не только от степени сжатия но и в некоторой степени от конструкции формы камеры сгорания, алгоритма работы клапанного механизма, системы зажигания итд. Поэтому более совершенные двигатели могут работать с большими величинами степени сжатия без повышения качества топлива.
Источник статьи: http://zero-100.ru/index/raschet_stepeni_szhatija/0-278
На голубом газу
Последние, конечно, совершенствуются, но дорожают и к тому же чрезвычайно чувствительны к сере. Удаление ее из бензина или дизтоплива — сложный и, опять же, дорогой процесс.
А вот метан — тот, что идет из скважин и по трубам попадает на наши кухни, прост: СН4 и ничего больше. Он сгорает в цилиндрах, выполняя нормы Евро IV. Конечно, окислы азота образуются, куда без них, если воздух на четыре пятых — азот! Зато не надо мучиться с сажей, серы тоже нет, нейтрализатор получается относительно дешевым и долговечным. В выхлопе на четверть меньше СО2 — смягчается влияние на климат, автомобиль вносит на 80% меньшую лепту в образование смога. Да и цена газа, несмотря на его подорожание, крайне привлекательна.
На Западе давно поняли эти преимущества и вовсю развивают «газовую» инфраструктуру. Причем так называемый «автогаз» (пропан-бутан или сжиженный) уходит в историю. Ведь это, опять же, продукт переработки нефти, содержащий массу сложных углеводородов. Он дешевле бензина, но ничуть не экологичнее.
В Европе килограмм метана (по энергонасыщенности это около 1,5 л бензина) стоит 67 центов. В пересчете — 47 центов за 1 л вместо 1,2 «бензиновых» евро. Интересно, что правительство Германии обещает сохранить эту цену вплоть до… 2020 года, но ничего не гарантирует в отношении бензина и дизтоплива. Так стимулируют переход на газовое топливо.
КАКАЯ ВАЛЕНТНОСТЬ У «ОПЕЛЯ»?
Автомобили, способные работать на газе или бензине, корректно назвать двухтопливными. В Европе прижился термин «бивалентные», хотя встречаются и слова «бифьюэл», «бипауэр». А вот «моновалентными» называют лишь авто, потребляющие исключительно газ. Хотя, строго говоря, все их бензиновые собратья могут претендовать на то же звание. Точнее отражает суть дела придуманное ФИАТом слово «блюпауэр» (газ горит синим пламенем), да только в 2002 году такие «мультиплы» сняли с производства.
«Моновалентные» машины пока делает только «Опель». Посмотрим, что пришлось в них изменить.
Прежде всего, удалось сократить объем программного обеспечения управляющего впрыском контроллера, упростить и на четверть удешевить всю эту систему. Например, стала ненужной рециркуляция выхлопных газов с ее трубопроводами, клапанами, датчиками. От окислов азота теперь легко избавиться с помощью лишь лямбда-регулирования и «старенького» нейтрализатора. Кстати, ему хватило всего 4,2 мг платины на 1 смз набивки, да и ячеек раза в два меньше, чем нужно для бензинового мотора.
А вот форсунки разрабатывали заново. Во-первых, им работать при давлении топлива не 3,8, а 8 бар. Во-вторых, сечение перекрываемого канала больше — значит, необходимы соленоиды помощнее, которые тем не менее не перегружали бы выходные каскады контроллера.
Степень сжатия повысили до 12,8, поршни заменили более прочными — ведь давление в камере сгорания достигает 90 бар. Свечам тоже несладко: для надежного холодного пуска нужна мощная искра, быстро «съедающая» обычные электроды. Пришлось поставить «платиновые» свечи.
Усложнилась и самодиагностика в расчете на контроль газового хозяйства: давления и температуры в баллонах, разброса свойств самого газа (увы, он велик — до 15%). Если обнаружится опасный дефект, автомобиль… Нет, не заглохнет, он просто переключится на… бензин. Вот так моновалентность! Правда, 14-литровый бензиновый бачок служит лишь аварийным резервом. Кстати, для исключения детонации контроллер не позволит дроссельной заслонке открываться полностью. При температуре ниже —30°С для пуска подается бензин, но в остальных, неаварийных случаях — только газ!
Итак, газовый «Опель Зафира» обходится 5,3 кг газа на 100 км, что энергетически эквивалентно бензиновым 8 л/100 км. Учитывая стоимость килограмма метана — 67 центов, получаем выигрыш в 2,7 раза! Ради него можно пока смириться с запасом хода в 350 км, тем более что более прочные (и вместительные) серийные баллоны уже на подходе.
В отличие от отечественных руководителей, не слишком радеющих об окружающей среде, ни один западный политик не позволит себе усомниться в важности экологических программ. А какой козырь в предвыборных кампаниях! Вот и строят, например, по всей Германии газовые АЗС. В 1998 году их было 41, в 2004-м — уже 415, а в 2007-м откроются еще 600. Автомобилей же на метане сегодня у немцев 20 тысяч, у итальянцев — вдвое больше, а в Аргентине аж… 740 тысяч штук! «Поголовье» стремительно растет: по прогнозам, к 2010 году парк газовых авто Германии составит 360 тысяч машин.
Справедливости ради заметим: по Европе колесят еще 2,8 млн. автомобилей на сжиженном пропан-бутане.
Перечень фирм, собирающих газовые авто на конвейерах, обширен (см. справку). Присоединилась к этой компании и «Хонда». «Сивик GX» для рынков США и Канады комплектуют даже портативным домашним компрессором, способным превратить личный гараж в газовую АЗС! Был бы только счетчик в доме, иначе это уже воровство.
Перечисленными марками список не исчерпывается, баллоны и аппаратуру можно установить практически на любой автомобиль. Вот только ездить он сможет «не очень» хотя бы из-за того, что степень сжатия стандартного мотора мала для эффективной работы на газе. В «бивалентных» авто стараются максимально использовать достоинства газа, сохранив возможность нормальной езды на бензине. Например, несколько повышают степень сжатия и рекомендуют только высокооктановый бензин. В контроллер зашивают две программы, чтобы приблизить режимы впрыска для газа и бензина к оптимальным. Пример — «Мерседес-Бенц Е200 NGT», не только самый мощный легковой «газенваген», но и не теряющий мощность и динамику при работе на газе. Тем не менее такие машины, вероятно, уйдут в прошлое, как только сеть газовых заправок станет разветвленной, а «бензиновый режим» будет просто не нужен.
В СССР начало использованию газа как моторного топлива положило постановление Совнаркома от 1936 года. Однако закон о массовой газификации российского транспорта не принят и поныне, застряв на бесконечных согласованиях. Ни один завод не развернет серийное производство газовых автомобилей, пока не будет спроса. Его сдерживает неразвитость сети дорогих заправок — никто не возьмется строить их ради пары тысяч машин.
Впрочем, желающих переоборудовать автомобиль уже немало. Для них трудятся небольшие фирмы. Переделать ВАЗ на газ можно примерно за 26 000 рублей, так что эта операция выгодна лишь при больших пробегах.
ГАЗ адаптировал карбюраторные (но не впрысковые!) автомобили для пропан-бутана. На ВАЗе готовят к серии «десятки», приспособленные для работы на метане (ЗР, 2001, № 2) с унифицированной системой питания. Программное обеспечение использует штатные узлы впрыска бензина (контроллер, датчики и др.) и позволяет корректировать подачу газа в зависимости от давления и температуры, согласуя работу с системой контроля утечек. Топливо впрыскивают бензиновые либо газовые форсунки. То есть автомобиль — «бивалентный». Для перехода с бензина на газ и обратно водитель нажимает кнопку. При холодном пуске или если кончится газ, двигатель перейдет на бензин автоматически.
Запланирована и разработка «моновалентного» (однотопливного) двигателя, оптимизированного для питания газом, как у «Опеля». Для сохранения объема багажника и увеличения запаса хода на одной заправке предполагают перенести баллоны под пол кузова и закачивать в них газ под давлением не 200, а 320 бар. В этом автомобиле степень сжатия можно будет поднять до 12,5, чтобы получить максимальную отдачу от экологически чистого топлива.
Но ответ на вопрос, быть или не быть серийному российскому газобаллонному автомобилю, надо искать не в Тольятти, а в центре Москвы: все зависит от законодателей! Именно благодаря им в Западной Европе вовсю идет «газовая атака».
БЕНЗИНА ЕЩЕ НЕ БЫЛО…
Самобеглая повозка — «Гиппомобиль» была создана задолго до Бенца Жаном-Этьеном Ленуаром. Ее двигатель на газе развивал 1,5 л.с. при 100 об/мин. В 1862 году машина проехала 18 км от Парижа до Жанвилля за каких-то три часа. Какой газ сгорал в единственном цилиндре? В то время дома освещали так называемым светильным газом — его получали из каменного угля. Основные компоненты — все тот же метан (около 30%), водород (50%), СО (9%). Выходит, газовая повозка Ленуара — это первый в мире «водородомобиль».
Серийные «бивалентные» европейские автомобили
Легковые: «ФИАТ-Пунто Нейчурэл Пауэр», «ФИАТ-Мультипла Бипауэр», «Опель Астра 1.6 CNG Караван», «Опель Зафира 1.6 CNG», «Мерседес-Бенц Е200 NGT Компрессор», «Пежо Партнер Бивалент», «Ситроен Берлинго Мультиспейс 1.4 GNV», «Рено Кангу GNV», «Форд Фокус 1.8 CNG», «Вольво Би-Фьюэл» (в версиях S60, S80, V70), «Фольксваген Гольф Вариант 2.0 Би-Фьюэл».
В 2005-м появятся: «Опель-Комбо CNG» и «Форд Фокус С-max», в 2006-м — «Volvo V50» и S40, «Фольксваген-Туран» и «Фольксваген Кэдди».
Легкие грузовики: «ФИАТ-Дукато Би-Пауэр», «ФИАТ-Добло Би-Пауэр»; «ИВЕКО-Дейли CNG», «Форд-Транзит GFI-II-CNG 2,3l», «Мерседес-Бенц Спринтер NGT» и «Эконик NGT», «Пежо-Боксер Бивалент» и «Партнер Карго Бивалент», «Ситроен-Джампер Бивалент» и «Берлинго Карго Бивалент», «Фольксваген Транспортер Т4».
Чем плох метан? Даже если сжать его до 200 бар, потребуется вчетверо больший, чем у бензобака, объем баллонов, чтобы сохранить запас хода. Правда, для водородомобилей уже сертифицированы баллоны, выдерживающие 700 бар. Еще немного, и этот недостаток метана преодолеют.
Метан легче воздуха, поэтому в случае утечек улетучивается. Это позволяет парковать автомобили даже в подземных гаражах, в отличие, например, от работающих на пропан-бутане. Последний скапливается внизу, образуя взрывоопасную и токсичную смесь. По оценкам экспертов, именно природный газ — самое безопасное топливо. Скажем, по статистике ДТП в США в 98 000 аварий не отмечено возгорания автомобилей с газовыми баллонами.
При работе на метано-воздушной смеси мощность мотора ниже на 10–15%. Но октановое число газа — 115–130, значит, можно отыграть лошадиные силы, спроектировав двигатель под метан или хотя бы увеличив опережение зажигания градусов на семь.
Но ведь к газовой АЗС должна подходить труба — например, из России. То есть сеть заправок не сможет достичь такой же плотности, как для жидкого топлива.
Зато сюда не нужно гонять громоздкие цистерны. А если будет команда переходить на водород, не придется радикально менять оборудование ни газовых заправок, ни автомобилей — H2 прекрасно горит в цилиндрах ДВС.
Источник статьи: http://www.zr.ru/content/articles/11288-na_golubom_gazu/
