Коэффициент сжатия - Compression ratio

Эта статья нужны дополнительные цитаты для проверка. Пожалуйста помоги улучшить эту статью к добавление цитат в надежные источники. Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален. Найдите источники: "Коэффициент сжатия"  – Новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR (Июль 2019) (Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения)

Статическая степень сжатия определяется с использованием объема цилиндра в моменты, когда поршень находится в верхней и нижней частях своего хода.

В двигатель внутреннего сгорания, то степень статического сжатия рассчитывается на основе относительных объемов камера сгорания и цилиндр; то есть соотношение между объемом цилиндр и камеру сгорания, когда поршень находится в конец его хода, а объем камеры сгорания при нахождении поршня на вершине своего хода.^[1] В степень динамического сжатия - это более сложный расчет, который также учитывает газы, входящие и выходящие из цилиндра во время фазы сжатия. Степень сжатия является фундаментальной характеристикой двигателей внутреннего сгорания.

Эффект и типичные соотношения

Желательна высокая степень сжатия, поскольку она позволяет двигателю извлекать больше механической энергии из заданной массы топливовоздушной смеси из-за ее более высокой тепловая эффективность. Это происходит потому, что двигатели внутреннего сгорания тепловые двигатели, и более высокие степени сжатия позволяют достичь той же температуры сгорания с меньшим количеством топлива, обеспечивая при этом более длительный цикл расширения, создавая больше механической выходной мощности и снижая температуру выхлопных газов.

Бензиновые двигатели

В бензин (бензиновые) двигатели, используемые в легковых автомобилях в течение последних 20 лет, обычно имеют степень сжатия от 8∶1 до 12∶1. Некоторые серийные двигатели использовали более высокую степень сжатия, в том числе:

• Автомобили 1955–1972 годов выпуска, рассчитанные наоктан этилированный бензин, что позволило достичь степени сжатия до 13∶1.
• Немного Mazda SkyActiv двигатели, выпускаемые с 2012 года, имеют степень сжатия до 14,0∶1.^[2][3][4] В двигателе SkyActiv эта степень сжатия достигается с помощью обычного неэтилированного бензина (95 RON в Соединенном Королевстве) за счет улучшенной очистки выхлопных газов (что обеспечивает как можно более низкую температуру цилиндра перед тактом впуска) в дополнение к прямому впрыску.
• 2014 год Ferrari 458 Speciale также имеет степень сжатия 14,0À1.

Когда принудительная индукция (например, турбокомпрессор или же нагнетатель ) степень сжатия часто ниже, чем безнаддувные двигатели. Это происходит из-за того, что турбокомпрессор / нагнетатель уже сжал воздух перед его поступлением в цилиндры. Двигатели, использующие порт впрыска топлива обычно работают с более низким давлением наддува и / или степенью сжатия, чем прямой впрыск двигатели, потому что впрыск топлива через порт вызывает одновременный нагрев топливно-воздушной смеси, что приводит к детонации. И наоборот, двигатели с прямым впрыском могут работать с более высоким наддувом, потому что нагретый воздух не взорвется без топлива.

При более высоких степенях сжатия бензиновые (бензиновые) двигатели могут стук двигателя (также известный как «детонация», «предварительное зажигание» или «звон»), если используется топливо с более низким октановым числом.^[5] Это может снизить эффективность или повредить двигатель, если отсутствуют датчики детонации, изменяющие угол опережения зажигания.

Дизельные двигатели

Дизельные двигатели используйте более высокую степень сжатия, чем бензиновые двигатели, потому что отсутствие свечи зажигания означает, что степень сжатия должна повышать температуру воздуха в цилиндре в достаточной степени, чтобы зажечь дизельное топливо, используя воспламенение от сжатия. Степень сжатия часто составляет от 14 ± 1 до 23 ± 1 для дизельных двигателей с прямым впрыском и от 18 ± 1 до 23 ± 1 для дизельных двигателей. непрямая инъекция дизельные двигатели.

Другое топливо

Степень сжатия может быть выше в двигателях, работающих исключительно на сжиженный газ (СНГ или «пропан-автогаз») или сжатый природный газ из-за более высокого октанового числа этих топлив.

Керосин в двигателях обычно используется степень сжатия 6,5 или ниже. В бензин-парафиновый двигатель версия Фергюсон TE20 трактор имел степень сжатия 4,5∶1 для работы на испарительное масло для трактора с октановое число от 55 до 70.^[6]

Двигатели для автоспорта

Автоспорт двигатели часто работают на высокооктановом бензине и поэтому могут использовать более высокие степени сжатия. Например, двигатели для гонок на мотоциклах могут использовать степень сжатия до 14,7∶1, и обычно встречаются мотоциклы со степенью сжатия выше 12,0∶1, рассчитанные на топливо с октановым числом 86 или 87.

Этанол и метанол могут иметь значительно более высокие степени сжатия, чем бензин. Горят гоночные двигатели метанол и этанол топливо часто имеют степень сжатия от 14∶1 до 16∶1.

Математическая формула

В поршневой двигатель, степень статического сжатия (${displaystyle CR}$) - соотношение между объемом цилиндр и камеру сгорания, когда поршень находится в конец его хода, а объем камеры сгорания при нахождении поршня на вершине своего хода.^[7] Поэтому он рассчитывается по формуле^[8]

${displaystyle {CR} = {frac {V_ {d} + V_ {c}} {V_ {c}}}}$

Где:

${displaystyle V_ {d}}$ = рабочий объем. Это объем внутри цилиндра, перемещаемый поршнем от начала такта сжатия до конца хода.

${displaystyle V_ {c}}$ = объем зазора. Это объем пространства в цилиндре, оставшийся в конце такта сжатия.

${displaystyle V_ {d}}$ можно оценить по объем цилиндра формула

${displaystyle V_ {d} = {frac {pi} {4}} b ^ {2} s}$

Где:

${displaystyle b}$ = цилиндр сверлить (диаметр)

${displaystyle s}$ = поршень Инсульт длина

Из-за сложной формы ${displaystyle V_ {c}}$ это обычно измеряется напрямую. Часто это делается путем наполнения цилиндра жидкостью и последующего измерения объема использованной жидкости.

Двигатели с переменной степенью сжатия

В большинстве двигателей используется фиксированная степень сжатия, однако переменная степень сжатия двигатель может регулировать степень сжатия во время работы двигателя. Первый серийный двигатель с переменной степенью сжатия был представлен в 2019 году.

Переменная степень сжатия - это технология для регулировки степени сжатия двигателя внутреннего сгорания во время работы двигателя. Это сделано для повышения эффективности использования топлива при различных нагрузках. Двигатели с переменной степенью сжатия позволяют изменять объем над поршнем в верхней мертвой точке.^[9]

Более высокие нагрузки требуют более низких передаточных чисел для увеличения мощности, тогда как более низкие нагрузки требуют более высоких передаточных чисел для повышения эффективности, то есть для снижения расхода топлива. В автомобилях это необходимо делать, поскольку двигатель работает в ответ на нагрузку и требования движения.

2019 год Infiniti QX50 это первый коммерчески доступный автомобиль, в котором используется двигатель с переменной степенью сжатия.

Связь со степенью давления

Степень сжатия в зависимости от степени давления для воздуха

Исходя из предположений, что адиабатическое сжатие выполняется (т.е. к сжимаемому газу не поступает тепловая энергия, и что любое повышение температуры происходит исключительно из-за сжатия) и что воздух является идеальный газ, соотношение между степенью сжатия и общий коэффициент давления как следует:

Это соотношение выводится из следующего уравнения:

${displaystyle P_ {1} V_ {1} ^ {gamma} = P_ {2} V_ {2} ^ {gamma} Правая стрелка {frac {P_ {2}} {P_ {1}}} = left ({frac {V_ {1}} {V_ {2}}} ight) ^ {gamma}}$

куда ${displaystyle gamma}$ это соотношение удельных теплоемкостей (воздух: примерно 1,4)

Однако в большинстве реальных двигателей внутреннего сгорания соотношение удельных теплоемкостей изменяется с температурой, и возникают значительные отклонения от адиабатического поведения.

Степень динамического сжатия

В степень статического сжатия Рассмотренный выше - рассчитанный исключительно на основе объемов цилиндра и камеры сгорания - не учитывает газы, входящие или выходящие из цилиндра во время фазы сжатия. В большинстве автомобильных двигателей закрытие впускного клапана (который герметизирует цилиндр) происходит во время фазы сжатия (т.е. после нижняя мертвая точка, BDC), что может привести к тому, что часть газов будет вытеснена обратно через впускной клапан. С другой стороны, настройка впускного порта и уборка мусора может привести к захвату большего количества газа в цилиндре, чем предполагает статический объем. В степень динамического сжатия учитывает эти факторы.

Степень динамического сжатия выше при более консервативном впуске распредвал (т.е. вскоре после BDC) и ниже с более радикальной синхронизацией впускного распредвала (т.е. позже после BDC).^[10] Тем не менее, степень динамического сжатия всегда ниже, чем степень статического сжатия.

Абсолютное давление в цилиндре используется для расчета степени динамического сжатия по следующей формуле:

${displaystyle P_ {ext {цилиндр}} = P_ {ext {атмосферное}} время {ext {CR}} ^ {гамма}}$

куда ${displaystyle gamma}$ это политропный ценность для соотношение удельных теплоемкостей для газообразных продуктов сгорания при данной температуре (это компенсирует повышение температуры, вызванное сжатием, а также теплопотери в цилиндр)

В идеальных (адиабатических) условиях отношение удельной теплоты будет 1,4, но используется более низкое значение, обычно от 1,2 до 1,3, поскольку количество потерянного тепла будет варьироваться в зависимости от двигателя в зависимости от конструкции, размера и используемых материалов. Например, если степень статического сжатия составляет 10À1, а степень динамического сжатия составляет 7,5À1, полезное значение для давления в цилиндре будет 7,5.^1.3 × атмосферное давление, или 13,7бар (относительно атмосферного давления).

Две поправки на динамическую степень сжатия влияют на давление в цилиндре в противоположных направлениях, но не в равной степени. Двигатель с высокой статической степенью сжатия и поздним закрытием впускного клапана будет иметь динамическую степень сжатия, аналогичную двигателю с более низкой степенью сжатия, но более ранним закрытием впускного клапана.

Смотрите также

• Среднее эффективное давление

Рекомендации