Расчет степени сжатия калькулятор

Расчет Динамической степени сжатия (DCR) — DRIVE2

Расчет степени сжатия калькулятор

Введение
Как всегда, для рассмотрения какого-либо вопроса, вспомним уже известную нам информацию по теме степени сжатия.

Преобладающее количество людей, конечно, скажут, что степень сжатия – это безразмерная величина, отображающая отношение объема цилиндра к объему камеры сгорания.

Также известно, что для современного атмосферного бензинового двигателя она равняется примерно 9-11, для турбированных моторов 7-8. Но каков ее физический смысл? Какое влияние она оказывает на процессы, происходящие в двигателе, рассмотрим этот вопрос более детально.

Теоретическое пояснениеИтак, рассмотрим, что же такое с физической точки зрения Степень сжатия, в классическом ее понимании. Как мы уже знаем, это отношение объема цилиндра к объему камеры сгорания, т.е.

другими словами, мы понимаем под этим, что объем воздуха поступившее в цилиндр на такте впуска равняется объему цилиндра… Но так ли это на самом деле?Нам известно, например, что для двигателей с 2-мя клапанами на цилиндр Эффективное наполнение (volumetric efficiency) составляет для гражданских двигателей 75-80%, для 16-ти клапанных этот показатель немного выше – 80-85%. Таким образом, получается, что в двигатель, в лучшем случае, попадет воздуха около 85% от объема цилиндра. А также, забегая немного вперед, надо отметить, что произойдет это в режиме максимального наполнения. Как мы видим, реальная степень сжатия уже будет отличаться.Также, мы должны понимать, что степень сжатия будет равняться расчетной, если уменьшение объема (сжатие) ТВС будет происходить в замкнутом пространстве от Объема V1 к V2. Грубо говоря, сжатие начнется при положении поршня в НМТ и закончится тогда, когда поршень достигнет ВМТ. Но опять же по факту, в реальном двигателе этого не происходит, потому что впускной клапан закрывается с определенным запаздыванием после НМТ, и по сути само сжатие ТВС начинается с запаздыванием относительно НМТ.Что же мы видим? Получается, что объем воздуха в реальном двигателе, участвующий в сжатии и физический объем, намного меньше, соответственно и степень сжатия, рассчитанная нами ранее, является не корректной, или скажем так, мало информативной. Ведь помимо физического объем цилиндра, разные конструкции двигателей имеют абсолютно разные и другие геометрические параметры, начиная от диаметра цилиндра, хода поршня и заканчивая различными распределительными вала, а также различными системами изменения фаз газораспределения.

Таким образом, является целесообразным ввести некую величину, которая позволит нам учитывать все параметры, влияющие на реальную степень сжатия – назовем эту величину Динамическая степень сжатия (DCR).

Понятие DCRДинамическая степень сжатия (DCR) – величина, которая позволяет нам учитывать различные аспекты конструкции ДВС влияющие в процессе работы на конечное давление в конце такта сжатия, именно конечное давление и будет являться бенефициаром нашего расчета. Также, нам необходимо систематизировать полученные данные по соответствию значения DCR — конкретному октановому числу топлива.

DCR и октановое число топлива

Итак, какие параметры оказывают влияние на конечно давление в цилиндре? Основными параметрами будут являться диаметр поршня, ход поршня, длина шатуна и угол закрытия ВК после НМТ, также необходимо будет учитывать и физические размеры камеры сгорания, прокладки ГБЦ и объема выемки (или вытеснителя) в поршне.

Обзор конструкцийДля лучшего осмысления, физического смысла DCR, рассмотри конструкции некоторых моделей двигателей, на примере, посмотрим, какие значения DCR они имеют, а также чем это обусловлено. Для простоты, сравним всем известные двигатели семейства ВАЗ и проследим их эволюцию в разрезе введенного нами параметра.

Итак, первый двигатель, который мы рассмотрим — это ВАЗ 2106, основные параметры, такие как диаметр цилиндра, ход поршня и остальные можно легко найти в интернете, я уже произвел все необходимые расчеты, и для простоты, буду указывать уже сокращенные данные.

Этот двигатель имеет геометрическую степень сжатия – 8,5 и угол закрытия ВК равным 55°, на основе всех данных, значение DCR для этого двигателя будет равно 7,5. Сравним со значением из таблицы, получаем, что для данного типа двигателя допустимо применение 92 бензина, причем с небольшим запасом.

В принципе, для того времени, когда разрабатывался этот двигатель октановое число топливо применялось со значение 91, а системы управления двигателем не позволяли достаточно точно производить настройку, поэтому некий запас конечно был необходим.Теперь рассмотри другой двигатель из этого семейства – ВАЗ 21213.

Этот двигатель имеет больший объем по отношению к двигателю 2106, а также он устанавливался на автомобиль, которому предъявлялись повышенные требования к проходимости, соответственно двигатель должен был бесперебойно работать при продолжительных нагрузках, при этом не иметь детонации.

Так как объем цилиндра увеличился, а конструкция ГБЦ осталась практически без изменения – это неминуемо привело к тому, что этот двигатель имеет геометрическую степень сжатия равную 9,3.

Получается, что значение степени сжатия увеличилось почти на единицу по отношению к предыдущему двигателю, но применяемое топливо осталось на прежнем уровне, и нагрузки на низких оборотах не уменьшились, а даже возросли, так в чем же дело? По логике вещей нужно было бы использовать топливо с большим октановым числом и иметь более точные настройки системы зажигания и топливоподачи.

Конечно, еще одним вариантом могло бы быть изменение конструкции ГБЦ (увеличение камеры сгорания), но это не рентабельно, в масштабах массового производства, практически идентичного мотора изготавливать отдельные узлы.

Поэтому, конструкторы пошли другим путем, а именно, они изменили параметры распределительного вала, и даже только той части, которая касается впускного кулачка – они сделали угол закрытие ВК равным 73° в отличии от 55° на 2106, что на 18° позже. Таким образом, значение DCR составило 7,45 – что является нормальным для применения 92 бензина.

На примере этих моторов, мы наглядно убедились в том, что значение геометрической степени сжатия по факту ни дает нам практически, ни какой информации, о тех процессах, которые реально происходят в двигателе.

Также интересно проследить развитие двигателей семейства переднеприводных машин ВАЗ.

Например, в силу опять же не достаточно современных систем управления, двигатель 21083, имея, казалось бы для того времени довольно высокую геометрическую степень сжатия – 9,8 имеет DCR равным 7,4 — что также вписывается в концепцию применения 92 бензина. В дальнейшем на двигателе 2110 стала устанавливаться электронная система управления двигателем, что привело к ряду изменений и в конструкцию самого двигателя – стал применяться распредвал с более ранним закрытием ВК 51,5° против 80° нежели на предыдущей модели, что в свою очередь при геометрической степени сжатия равной также 9,8 позволило поднять DCR до значения 8,8 – что также позволяло использовать 92 бензин, но при этом процессы горения происходили более качественно. И, в конце концов, на автомобиле Лада-Гранта установлен двигатель 21116 с геометрической степенью сжатия – 10,5, а значение DCR составляет 9,4, что стало возможно благодаря применению электронной дроссельной заслонки и применению бензина с октановым числом не ниже 95.

Расчет DCRДавайте рассмотрим, как же рассчитать значение DCR для конкретного двигателя. Для этого нам необходимо иметь набор измеренных данных, таких как:1. Диаметр поршня2. Ход коленвала3. Длина шатуна4. Объем камеры сгорания5. Объем выемки (или вытеснителя) в поршне6. Толщину и диаметр прокладки ГБЦ7.

Величину недохода поршня в ВМТ до поверхности блока8. Угол закрытия впускного клапана после НМТИспользуя эти величины, мы сможем с достаточно высокой точностью посчитать необходимую нами величину. Для этого нам нужно найти отношения объема при положении поршня в ВМТ и объема при положении поршня в момент закрытия ВК.

Используя тригонометрические формулы – теоремы синусов и косинусов, мы довольно легко это сделаем. Рекомендую производить подобные такие расчеты, используя программу Excel, так как в ней есть возможность один раз ввести формулы и в дальнейшем уже просто подставлять свои данные.

Собственно, я так и сделал, и выкладываю уже полностью готовый калькулятор расчета DCR.

cloud.mail.ru/public/G3Br/Zst7DELth

Также, в этом калькуляторе можно рассчитать значение DCR для двигателей, используемых надув. Здесь при расчете используется следующий коэффициент:DCRтурбо=SQRT(Pизб+1)*DCR, гдеSQRT – корень квадратный, Pизб – избыточное давление, бар.

К сожалению, проверить справедливость именно этой зависимости пока я не могу, в силу того, что еще не построил двигателя с надувом, поэтому просто использовал известную формулу, с той лишь разницей, что в ней используется коэффициент DCR.

Возможности для примененияПрименение для расчета показателя DCR позволяет нам с большей долей вероятности рассчитать и привести в соответствие значение степени сжатия и давление в конце такта сжатия, а по сути, подобрать необходимый вид топлива, способный противостоять самовоспламенению и появлению детонации.

Поэтому, соответствие рассчитанных значений и октанового числа топлива, приведенные в таблице выше, относятся только к показателю DCR. Также, этот показатель позволяет нам подобрать необходимые геометрические параметры двигателя при использовании, например, нестандартного распредвала.

Несомненно, нам необходимо учитывать и остальные не менее важные параметры при расчетах и настройке двигателя, которые я попробую раскрыть в следующих статьях, но, по крайней мере, теперь мы уже имеем отправную точку при проектировании более эффективного ДВС.

Также советую прочитать статью, посвященную выбору распределительных валов, написанную ранее.

www.drive2.ru/b/1347843/ www.drive2.ru/b/1357886/

Надеюсь, информация будет полезной.

Источник: https://www.drive2.ru/b/2273917/

Калькулятор для расчета рабочего объема цилиндров двигателя автомобиля

Расчет степени сжатия калькулятор
Рабочий объем цилиндра представляет собой объем находящийся между крайними позициями движения поршня.

Формула расчета цилиндра известна еще со школьной программы – объем равен произведению площади основания на высоту.

И для того чтобы вычислить объем двигателя автомобиля либо мотоцикла также нужно воспользоваться этими множителями. Рабочий объём любого цилиндра двигателя рассчитывается так:

где,

h — длина хода поршня мм в цилиндре от ВМТ до НМТ (Верхняя и Нижняя мёртвая точка)

r — радиус поршня мм

п — 3,14 не именное число.

Как узнать объем двигателя

Для расчета рабочего объема двигателя вам будет нужно посчитать объем одного цилиндра и затем умножить на их количество у ДВС. И того получается:

Vдвиг = число Пи умноженное на квадрат радиуса (диаметр поршня) умноженное на высоту хода и умноженное на кол-во цилиндров.

Поскольку, как правило, параметры поршня везде указываются в миллиметрах, а объем двигателя измеряется в см. куб., то для перевода единиц измерения, результат придется разделить еще на 1000.

Заметьте, что полный объем и рабочий, отличаются, так как поршень имеет выпуклости и выточки под клапана и в него также входить объем камеры сгорания. Поэтому не стоит путать эти два понятия. И чтобы рассчитать реальный (полный) объем цилиндра, нужно суммировать объем камеры и рабочий объем.

Определить объем двигателя можно обычным калькулятором, зная параметры цилиндра и поршня, но посчитать рабочий объем в см³ нашим, в режиме онлайн, будет намного проще и быстрее, тем более, если вам расчеты нужны, дабы узнать мощность двигателя, поскольку эти показатели напрямую зависят друг от друга.

Объем двигателя внутреннего сгорания очень часто также могут называть литражом, поскольку измеряется как в кубических сантиметрах (более точное значение), так и литрах (округленное), 1000 см³ равняется 1 л.

Чтобы посчитать объем интересующего вас двигателя нужно внести 3 цифры в соответствующие поля, — результат появится автоматически. Все три значения можно посмотреть в паспортных данных автомобиля или тех. характеристиках конкретной детали либо же определить, какой объем поршневой поможет штангенциркуль.

Таким образом, если к примеру у вас получилось что объем равен 1598 см³, то в литрах он будет обозначен как 1,6 л, а если вышло число 2429 см³, то 2,4 литра.

Длинноходный и короткоходный поршень

Также замете, что при одинаковом количестве цилиндров и рабочем объеме двигателя могут иметь разный диаметр цилиндров, ход поршней и мощность таких моторов так же будет разной. Движок с короткоходными поршнями очень прожорлив и имеет малый КПД, но достигает большой мощности на высоких оборотах. А длинноходные стоят там, где нужна тяга и экономичность.

Следовательно, на вопрос «как узнать объем двигателя по лошадиным силам» можно дать твердый ответ – никак. Ведь лошадиные силы хоть и имеют связь с объемом двигателя, но вычислить его по ним не получится, поскольку формула их взаимоотношения еще включает много разных показателей. Так что определить кубические сантиметры двигателя можно исключительно по параметрам поршневой.

Зачем нужно проверять объем двигателя

Чаще всего узнают объем двигателя когда хотят увеличить степень сжатия, то есть если хотят расточить цилиндры с целью тюнинга. Поскольку чем больше степень сжатия, тем больше будет давление на поршень при сгорании смеси, а следовательно, двигатель будет более мощным.

Технология изменения объема в большую сторону, дабы нарастить степень сжатия, очень выгодна — ведь порция топливной смеси такая же, а полезной работы больше.

Но всему есть свой предел и чрезмерное её увеличение грозит самовоспламенением, вследствие чего происходит детонация, которая не только уменьшает мощность, но и грозит разрушением мотора.

Часто задаваемые вопросы

  • Объем двигателя измеряется в кубических сантиметрах (см3), но в документации часто пишется именно в литрах (л.). 1000 кубических сантиметров равны 1 литру.

    Единица самого точного измерения объема именно куб сантиметры, поскольку, когда объем двигателя автомобиля указывается в литрах, то производится округление до целого числа после запятой.

    Например, объем 2,4 л. равны 2429 см3.

  • Рабочий объем цилиндра двигателя равен произведению числа Пи (3.1415) на квадрат радиуса основания и на высоту хода в нем поршня. Сама формула объема цилиндра ДВС в куб. сантиметрах выглядит так: Vраб = π⋅r²⋅h/1000

  • Объем двигателя – это сумма рабочих объемов всех его цилиндров, соответственно, необходимо сначала узнать какой объем одного цилиндра, а затем умножить на их количество. Объем цилиндра вычисляют, умножив высоту на квадрат радиуса и число «Пи».

    Но, чтобы измерить именно рабочий объем цилиндра в двигателе, за высоту нужно брать длину хода поршня от НМТ до ВМТ, а радиус можно померить также линейкой, узнав сначала диаметр цилиндра.

    Такой метод измерения возможен только при снятой головке либо заведомо известных параметрах.

  • При конверсии метрической единица объема равной 1,8 литра, то в куб. см это будет 1800 см³, но если это касается именно объема двигателя, то он может варьироваться так как производитель, указывая объем 1.

    8, округляет значение от того что измеряется в см3. То есть это может быть, как 1799, так и 1761, и даже 1834. Следовательно, какой объем двигателя 1.

    8 в см³, можно узнать лишь из технической характеристики конкретного автомобиля.

Вопросы по работе калькулятора,

Источник: https://etlib.ru/calc/engine-working-volume

Domprava101
Добавить комментарий