Большинство компрессоров требуется для систем, использующих сжатый воздух, а также для различных систем охлаждения. Хотя поршневые компрессоры по-прежнему доминируют на рынке, значительная его доля приходится на многие другие типы компрессоров. Среди них винтовые компрессоры играют всё более важную роль, особенно там, где значения расхода сжатых газов достаточно велики, но при этом предъявляются высокие требования к потреблению энергии.
Благодаря возможности обеспечения переменного напора и переменного расхода сжатого газа винтовые компрессоры являются наиболее широко используемыми в мире устройствами для промышленного охлаждения. В последние десятилетия винтовые компрессоры заменили поршневые компрессоры почти во всех областях применения промышленного холодильного оборудования.
Помимо применения в системах технологического охлаждения и кондиционирования воздуха, винтовые компрессоры используются в строительстве, машиностроении, пищевой, перерабатывающей и фармацевтической промышленности, а также в металлургии и на пневматическом транспорте.
В обычном поршневом компрессоре для реализации процесса сжатия газа движение поршня внутри цилиндра осуществляется возвратно-поступательно.
Многообразие роторов винтовых компрессоров различных типов (в том числе воздушных)
Чтобы понять работу винтового компрессора, можно сравнить процесс сжатия в нём с процессом в компрессоре поршневого типа. Для этого надо представить ротор с гребнями как поршень, а ротор с канавками — как цилиндр. В поршневых компрессорах, когда поршень начинает удаляться от верхней мёртвой точки, давление во всасывающем трубопроводе превышает давление внутри цилиндра, при этом открывается всасывающий клапан, и газ поступает в цилиндр. Следует помнить, что винтовой компрессор не имеет ни всасывающих, ни нагнетательных клапанов. Для простоты описания процесса сжатия можно представить работу в винтовом компрессоре только одной пары «гребень — канавка».
При вращении роторов происходит расцепление гребня ведущего ротора и канавки ведомого ротора. Образовывающаяся при этом полость заполняется всасываемым газом. По мере того, как роторы продолжают вращение, объём полости между гребнем и канавкой будет увеличиваться.
В поршневом компрессоре газ продолжает поступать в цилиндр до тех пор, пока поршень не достигнет конца хода или нижней мёртвой точки, а давление во всасывающем трубопроводе не сравняется с давлением в цилиндре. В этот момент всасывающий клапан закроется, и газ займёт максимальный объём цилиндра.
Произведение максимального объёма каждого цилиндра на количество цилиндров и на частоту вращения вала компрессора определяет описанный объём компрессора, являющийся основной характеристикой любого компрессора объёмного сжатия.
В винтовом компрессоре газ будет продолжать поступать в каждую канавку ведомого ротора до тех пор, пока лопасть ведущего ротора не выйдет из зацепления с канавкой, которая в этот момент проходит по краю всасывающего порта, изолируя его от всасывающего патрубка. Точка, в которой канавка выходит за край всасывающего порта, является местом максимального объёма всасывающей полости канавки. Произведение объёма газа в каждой полости между гребнем и канавкой на количество гребней на ведущем роторе и на частоту вращения ротора определяет описанный объём винтового компрессора. При этом объёмы захваченного на всасывании газа в цилиндре поршневого компрессора и в полости между гребнем и канавкой винтового компрессора всё ещё находятся под давлением всасывания, поскольку процесс всасывания уже закончился, а процесс сжатия ещё не начался.
Процесс сжатия в поршневом компрессоре происходит при движении поршня вверх от нижней мёртвой точки. При этом уменьшается объём газа в цилиндре, что вызывает увеличение его давления. Здесь винтовой компрессор мало чем отличается от поршневого. Поскольку роторы продолжают вращаться, они начинают зацепляться друг с другом вдоль оси вращения.
При этом гребень ведущего ротора перемещается вдоль канавки ведомого ротора и уменьшает объём полости между ними. Процесс сжатия газа будет продолжаться по мере его продвижения к нагнетательному порту компрессора.
В поршневом компрессоре процесс сжатия будет продолжаться до тех пор, пока давление внутри цилиндра не превысит давление в нагнетательном трубопроводе. В этот момент нагнетательный клапан открывается и выпускает сжатый газ из компрессора. Процесс нагнетания винтового компрессора принципиально отличается от процесса в поршневом компрессоре. В винтовом компрессоре отсутствуют клапаны, которые позволяли бы нагнетаемому газу выходить из полости сжатия между гребнем и канавкой, поэтому расположение выпускного отверстия вдоль оси вращения роторов имеет решающее значение, поскольку оно определяет, когда процесс сжатия завершится и начнётся процесс нагнетания. В этот момент сжатый между гребнем и канавкой газ достигает переднего конца ротора, который контактирует с нагнетательным портом в корпусе компрессора.
Процесс нагнетания в поршневом компрессоре завершается, когда поршень достигает верхней мёртвой точки и нагнетательный клапан закрывается. Между верхней частью поршня и головкой цилиндра должен остаться небольшой зазор, предотвращающий повреждение поршня. Наличие такого «газового кармана» в поршневом компрессоре влечёт за собой некоторое снижение его эффективности, поскольку количество газа, поступающего в цилиндр во время следующего цикла всасывания, уменьшается, что приводит к снижению объёмного КПД компрессора. В компрессорах с высокой степенью сжатия этот эффект приводит к значительному снижению эффективности и производительности.
В винтовом компрессоре процесс нагнетания продолжается до тех пор, пока гребень ведущего ротора не окажется по всей длине внутри канавки ведомого ротора, полностью вытесняя находящиеся в полости сжатия газ и смазочное масло. В отличие от поршневого компрессора, в винтовом компрессоре отсутствуют газовые карманы. В результате объёмный КПД винтового компрессора намного выше, в том числе и для компрессоров с высокой степенью сжатия.
Винтовые компрессоры имеют два нагнетательных порта: радиальный и осевой.
Радиальный порт представляет собой V-образный вырез в золотниковом клапане, а осевой порт — это отверстие в форме бабочки, расположенное в торцевой части корпуса компрессора между отверстиями подшипниковых опор роторов. Процесс нагнетания начнётся, когда передний конец ротора совместится с зоной радиального выреза в золотниковом клапане. Осевой порт выпустит последние остатки сжатого газа и смазочного масла из полости сжатия между роторами. Оба нагнетательных порта имеют общий выход в нагнетательный патрубок компрессора.
В поршневых компрессорах нагнетательные клапаны открываются, когда давление в цилиндре превышает давление в нагнетательном коллекторе. Поскольку винтовой компрессор не имеет клапанов, расположение нагнетательных портов определяет максимальное значение давления нагнетания, которое будет достигнуто в полости сжатия между винтовыми роторами, прежде чем сжатый газ будет выталкиваться в нагнетательный коллектор компрессора.
Коэффициент объёма является фундаментальной конструктивной характеристикой всех винтовых холодильных компрессоров. Компрессор представляет собой устройство для увеличения давления газа вследствие уменьшения его объёма. Соотношение объёма захваченного газа на всасывании Vs и объёма захваченного газа, находящегося в полости сжатия в момент выпуска из неё объёма газа Vd, определяет коэффициент уменьшения внутреннего объёма компрессора.
Данный коэффициент (индекс) объёма, который, в свою очередь, определяет степень сжатия компрессора, можно представить следующим образом:
Vi = Vs/Vd,
где Vi — коэффициент (индекс) объёма; Vs — объём газа на всасывании в компрессор, м³; Vd — объём газа на нагнетании из компрессора, м³.
Степень сжатия компрессора также определяется как отношение абсолютных давлений нагнетания и всасывания:
Pi = Pd/Ps,
где Pi — степень сжатия; Pd — давление нагнетания, кг/см²; Ps — давление всасывания, кг/см².
Соотношение между степенью сжатия и коэффициентом объёма компрессора выглядит следующим образом:
где Pi — степень сжатия компрессора; k — коэффициент удельной теплоёмкости сжимаемого газа, принимается в диапазоне 1,26–1,3, для идеального газа k = cp/cv.
Перед открытием в винтовом компрессоре нагнетательного порта только два параметра определяют степень сжатия в образуемых винтовыми роторами полостях: давление всасывания и коэффициент объёма. Однако во всех холодильных системах температура конденсации определяет давление нагнетания, а температура испарения определяет давление всасывания.
Если объёмный коэффициент компрессора слишком высок для заданного набора рабочих параметров, нагнетаемый газ будет удерживаться в полостях сжатия слишком долго, и его давление внутри компрессора будет подниматься выше давления в нагнетательном трубопроводе. При этом возникает эффект избыточного сжатия, который представлен в диаграмме «давление — объём» на рис. 1.
В этом случае газ сжимается до давления выше требуемого давления нагнетания, и, когда происходит открытие нагнетательного порта, газ с более высоким давлением выходит из компрессора в нагнетательный трубопровод. При этом затрачивается больше электроэнергии, чем если бы сжатие было остановлено раньше, когда степень сжатия компрессора была бы равна соотношению давлений в холодильном контуре (CR).
Когда коэффициент объёма компрессора слишком мал для заданных рабочих параметров холодильного контура, возникает эффект недостаточного сжатия, который также представлен в диаграмме «давление — объём» на рис. 1. В этом случае открытие нагнетательного порта происходит до того, как внутреннее давление в полости компрессора достигнет требуемого давления нагнетания в холодильном контуре (давления конденсации). Газ с более высоким давлением за пределами компрессора перетекает обратно в полость сжатия компрессора с более низким давлением, мгновенно повышая давление внутри компрессора до уровня давления нагнетания. При этом компрессор должен затратить дополнительную работу против этого более высокого уровня давления, чем если бы он сжимал бы газ только до уровня давления нагнетания, определяемого коэффициентом объёма.
В обоих случаях компрессор будет по-прежнему работать и обеспечивать одинаковый расход сжатого газа, однако он будет потреблять больше электроэнергии, чем если бы расположение нагнетательных портов было бы оптимизировано в соответствии с объёмным коэффициентом компрессора и характеристиками холодильного контура.
Конструкции компрессоров с различными коэффициентами объёма Vi позволяют оптимизировать расположение нагнетательных портов в соответствии с требуемыми рабочими параметрами холодильной системы при минимизации потребляемой мощности компрессора.
Фрезерование ротора винтового компрессора Hanbell на высокоточном фрезеровальном станке
Положение радиального нагнетательного порта вдоль оси роторов будет определять объём газа в точке, в которой происходит нагнетание сжатого газа. Перемещение радиального нагнетательного порта вдоль оси вращения роторов влияет на эффективную длину полостей сжатия роторов, изменяя коэффициент объёма. Компрессор с низким значением Vi обеспечивает меньшую эффективную длину полости сжатия, чем компрессор с высоким значением Vi, и наоборот. Компрессор с низким соотношением объёмов имеет больший объём газа в точке нагнетания, чем компрессор с высоким значением Vi. Объём всасывания одинаков в обоих случаях.
Следует также иметь в виду результаты различных исследований, которые подтверждают, что уровни пульсации газа при нагнетании сведены к минимуму именно тогда, когда внутреннее давление приблизительно равно давлению в нагнетательном трубопроводе.
В настоящее время на рынке холодильного оборудования предлагаются компрессоры с различными коэффициентами объёма. Наиболее распространённый диапазон значений Vi для винтовых компрессоров составляет от 2,2 до 5,0.
В табл. 1 представлено сравнение степеней сжатия и соответствующих им коэффициентов объёма на основе приведённых выше формул.
Основанная в апреле 1994 года компания Hanbell Precise Machinery Co., опираясь на конкурентоспособные цены и высокое качество, предлагает первоклассную продукцию и тем самым разрушает сложившийся рынок олигополии, на котором до недавнего времени доминировали всего лишь несколько производителей винтовых компрессоров. В настоящее время компания Hanbell является одним из крупнейших и передовых производителей компрессоров в мире, широко используя в своём производстве самые инновационные технологии.
Винтовой компрессор Hanbell серии RC2
Основа деятельности Hanbell — обеспечение наивысшего качества своей продукции. Кроме того, идеология компании — это поиск и достижение совершенства во всём. В процессе производства все технологические операции осуществляются в соответствии с самыми строгими стандартами. Тем самым потребителю даются гарантии, что даже самая маленькая деталь оборудования изготовлена с наивысшим качеством.
Профили винтовых роторов компрессоров Hanbell, выполненные по формуле «5-к-6″, были разработаны в соответствии с характеристиками современных экологически безопасных хладагентов и запатентованы в Тайване, США, Великобритании, Японии и КНР.
Шлифовка ротора винтового компрессора Hanbell на специальном станке
На финальной стадии изготовления производится прецизионное шлифование профилей роторов с точностью до 1 мкм, что обеспечивает компрессору:
Эти свойства подтверждаются проверкой точности изготовления с помощью прецизионного оборудования для оптического контроля геометрических размеров производства фирмы Zeiss.
Кроме того, в процессе производства каждый из выпускаемых компрессоров проходит обязательные проверки на экстремальные механические и эксплуатационные нагрузки, как в предельных диапазонах напряжения питания, так и при предельных параметрах холодильного цикла с различными хладагентами.
Контроль параметров геометрии ротора винтового компрессора Hanbell
Компрессоры производства Hanbell Precise Machinery Co. имеют широкий диапазон значений коэффициентов объёма Vi (2,2; 2,6; 3,0; 3,5 и 4,8), что обеспечивает:
Для теплового и поверочного расчёта компрессоров производства компании Hanbell используется программное обеспечение Hanbell Selection Program. В итоговом отчёте, выдаваемой данной программой, наряду с холодопроизводительностью, описанным объёмом и потребляемой мощностью компрессора, указано и соответствующее для определённых параметров холодильного контура значение коэффициента объёма Vi.
Еще раз о марках бензина, или Трудности перевода
Редко кто из водномоторников не становился участником спора о целесообразности применения той или иной марки бензина и о том, что такое степень сжатия, октановое число, компрессия. Попробуем во всем разобраться.
Степень сжатия
Степенью сжатия в мире моторов называется некая величина, которая указывает, во сколько раз уменьшается общий объем цилиндра и камеры сгорания, когда поршень идет от нижней мертвой точки (HMT) до верхней мертвой точки (BMT).
Итак, степень сжатия, как говорит нам наука — это соотношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания (рис. 1, а). Формула выглядит так: Е=(Vc+Vh)/Ve. Но во многих случаях, к примеру, для двухтактных двигателей и двигателей «с пятым циклом», т. е. работающих по принципу Миллера-Аткинсона (и для некоторых других моторов) обычная формула будет отображать только геометрические соотношения объемов, которые к реальной степени сжатия (во сколько раз сжалась смесь «воздух-бензин») имеют теоретическое отношение. Для двухтактных моторов формула степени сжатия будет выглядеть так: Е=(Vc+Vf)/Ve (рис. 1, б). Иными словами, во многих моторах поршень начинает сжимать воздух (или воздушно-топливную смесь) не непосредственно от HMT, а от какой-то другой отметки, характерной именно для них.
Рис. 1. Схемы работы четырехтактного(а) и двухтактного(б) моторов.
Vh — рабочий объем цилиндра («геометрический»); Vc — объем камеры сгорания; Vf — «объем рабочего заряда в цилиндре для двухтактного мотора», или «эффективный» («фактический») рабочий объем цилиндра.
В результате сегодня очень часто оперируют такими понятиями, как «геометрическая степень сжатия», которую, как правило, указывают в таблицах с данными для четырехтактных моторов, и «фактическая (или эффективная) степень сжатия», которую указывают в сопроводительных документах для двухтактных моторов. В обычных инструкциях по эксплуатации моторов и буклетах обычно пишут просто «степень сжатия», не уточняя, какая именно.
Несмотря на то, что геометрическая степень сжатия, казалось бы, должна точно указывать, во сколько раз сжимается воздух, это не совсем так: значение этой величины «по факту» зависит от того, какова наполняемость цилиндра, в какой момент открываются или закрываются соответствующие клапаны и т. д. Следовательно, геометрической степенью сжатия имеет смысл оперировать в теоретических исследованиях, а не в практических. Поэтому для водномоторников, эксплуатирующих двухтактные двигатели, понятнее фактическая (эффективная) степень сжатия.
Компрессия
Компрессия — это величина, указывающая давление в камере сгорания в тот момент, когда поршень находится в BMT (для специфических моторов при других условиях). Значение компрессии часто используется для характеристики состояния цилиндропоршневой группы (ЦПГ). Если величина компрессии меньше указанной производителем, то, значит, зазоры ЦПГ увеличились или возникли другие проблемы с герметичностью цилиндра либо камеры сгорания.
В последнее время очень часто при переводе инструкций по эксплуатации зарубежных моторов возникает критическая ошибка: так, «compression ratio» порой переводят как «компрессия» или даже «отношение компрессии», на самом деле это просто степень сжатия.
Стоит запомнить, что компрессия — это величина физическая, отображающая давление, и ее можно измерить специальным прибором — компрессометром, в то время как степень сжатия — величина геометрическая, и ее можно вычислить, исходя из известных значений хода поршня, диаметра цилиндра и объема камеры сгорания. Эти величины идут «параллельно» и не всегда имеют прямую зависимость.
Марки бензинов. Октановое число
Часто, даже, наверное, слишком часто, обладатели моторов (и не только подвесных, но и стационаров, и автомобильных, и мотоциклетных) спорят о том, какой бензин можно применять на том или ином двигателе. Как правило, подобные споры ни к чему не приводят, так как нередко в их основе лежит ошибка, заложенная опять же при переводе той самой инструкции.
Начнем от печки. Сегодня существует два основных метода исследования бензина для определения его октанового числа (ОЧ). В России это так называемые «исследовательский» (зарубежный аналог RON) и «моторный» методы (зарубежный аналог MON). Иногда у нас также используются термины «дорожный» (RdON) и «насосный» методы (зарубежный аналог PON). Переводчики же порой путают RON и RdON, что, естественно, приводит к ошибкам. При обозначении марки бензина, которая изучалась по «исследовательскому» методу, у нас положено (сейчас это не совсем актуально в связи с появлением новых стандартов) указывать букву «и» в названии, к примеру, Аи-92 или Аи-98, если же бензин изучался «моторным» методом, то в обозначении остается только буква «А», к примеру, А-76.
В инструкциях по эксплуатации могут быть указаны одновременно марки бензинов, испытанных по различным методикам. Например, в инструкциях по эксплуатации подвесных моторов «Honda» для Германии указывается, что возможно применение бензинов «Research-Oktanzahl: 91, Pumpen-Oktanzahl: 86». Если перевести на русский язык, то получится, что «Honda» настаивает на применении бензинов с октановым числом не ниже 91 по исследовательскому методу и не ниже 86 по насосному. Для нас это будет выглядеть примерно так: бензины с ОЧ не ниже 91 по исследовательскому методу или бензин с ОЧ не хуже, чем Аи-91. С этим более или менее разобрались. В зарубежных инструкциях методику исследования октанового числа бензинов называют кратко RON — исследовательский (от слова Research) и PON — помповый (от немецкого Pumpen или английского Pump).
Основную неразбериху вносят в нашу жизнь инструкции, написанные для США и Канады. В этих странах используется в обозначениях марки бензинов антидетонационный AKI индекс, который является среднеарифметическим значением результатов моторного и исследовательского методов. При этом, если в инструкции для США и Канады написано, что можно использовать бензин 87, это вовсе не означает, что этот бензин имеет октановое число 87 по какому-либо из методов: AKI 87 соответствует российскому Аи-92.
Теперь попробуем совместить понятие «степень сжатия» и марку бензина, чтобы ни у кого не возникало «ненужных фантазий». Дело в том, что существует достаточно четкая зависимость степени сжатия и октанового числа бензина. В упрощенном виде, понятном простому потребителю, она будет выглядеть практически линейной зависимостью с некоторыми допущениями, т. е. если геометрическая степень сжатия четырехтактного элементарного мотора, без каких-либо дополнительных приспособлений и сложного цикла составляет, к примеру, 8:1, то такой мотор нуждается в бензине с октановым числом не ниже, чем 92 по исследовательскому методу. Если степень сжатия переходит 10:1 или более, то тут уже без Аи-95 не обойтись никак. Короче, если хочется использовать А-76 (Аи-80), то степень сжатия мотора должна быть не более чем 7:1. Упомянутые «допущения» — следствие того, что конструкции моторов разные, как и процессы, которые происходят в цилиндрах.
Время от времени возникают споры о том, можно или нет в современных двухтактных моторах, имеющих степень сжатия (указанную в таблице с ТТХ), например, 5,5:1 использовать бензин марки Аи-80 (А-76). При этом в качестве основного аргумента приводят тот факт, что во многих старых четырехтактных моторах при такой степени сжатия использовался (используется) бензин с ОЧ 76 по моторному методу (80 по исследовательскому). Но, во-первых, прямая отсылка на четырехтактные моторы некорректна. Во-вторых, двухтактные моторы имеют разнообразные конструкции и разную «степень» наполнения цилиндров, которая может значительно изменятся в зависимости от оборотов, что также влияет на выбор бензина с определенным октановым числом. В-третьих, если производитель указал конкретную марку бензина, значит, именно для этой марки бензина настроены зажигание, фазы газораспределения и другие элементы мотора. И, наконец, очень часто обсуждаемые «старые» моторы создавались для бензинов А-66 или, в крайнем случае, А-72.
При просмотре таблиц с данными моторов действительно бросается в глаза, что многие современные двухтактные моторы имеют степень сжатия 5,5:1; 6:1; 6,2:1 и т. д. Сразу же возникает вопрос: «А нельзя ли в таком случае использовать низкооктановый бензин?». Ответ однозначен: «Нельзя!» На самом деле залить в двухтактный мотор можно что угодно, даже старую добрую «калошу», при этом он, скорее всего, заведется и даже будет как-то работать. Но, насколько его хватит в таком режиме эксплуатации, не знает никто. Многие экспериментаторы утверждают, что с успехом эксплуатируют современные двухтактные подвесные моторы небольшой мощности на бензине А-76. Обычно это говорят люди, чей мотор не наработал еще 400-500 часов. Примерно с отметки 500 часов мотор, эксплуатирующийся на бензине с меньшим ОЧ, чем предусмотрено производителем, начинает терять мощность и т. д. И это только в том случае, когда его не гоняли все время на максимальных оборотах. Если мотор работал все время «в полный газ», то, скорее всего, он сдаст свои позиции раньше: из-за возникновения детонации начнут разрушаться поршни и вся ЦПГ в целом. Дело в том, что двухтактные моторы имеют не столь хорошее наполнение цилиндра, как четырехтактные. Свежего воздуха, да простят меня мотористы за такое упрощение, в цилиндр двухтактного мотора попадает меньше, чем в тот же объем четырехтактного. Так как процесс подачи свежего воздуха и выброса продуктов сгорания у них идет практически одновременно, часть несгоревшего топлива и масла, разумеется, не выводится через выпускное окно. Температура цилиндра достаточно высока, нагретые частицы, которые остались в цилиндре, также повышают температуру, и воздух, проходя через кривошипную камеру, тоже нагревается. В итоге температурный режим классического двухтактного мотора получается немного выше требуемого (при равных параметрах с четырехтактным), а кислорода в цилиндр в силу особенностей конструкции поступает меньше из-за нагрева «по пути» и от его остатков после завершения рабочего цикла. Используя «менее октановый» бензин, мы будем провоцировать взрывы или, иначе говоря, детонацию, которая и так может возникать от перегретых элементов даже при работе на «нормальном» бензине. Системы зажигания современных моторов настроены на бензины, которые горят дольше, т. е., если применять «менее октановый» бензин, мы можем усложнить работу мотора, поскольку смесь будет воспламеняться раньше времени. В результате — потеря мощности, увеличение расхода бензина и т. д. И дело не в том, что есть бензины «хорошие» и «плохие» — теплотворная способность у бензинов разных марок примерно одинаковая. Часто, например, говорят, что бензин марки А-76 — плохой, а Аи-98 — хороший. Речь идет, разумеется, о качественных бензинах, но с разным октановым числом. Они не плохие или не хорошие, они разные, и каждый предназначен для своей цели.
Надо заметить, что добавка масла в бензин влияет на поведение топливной смеси (воздух-бензин-масло) во время горения. По этой причине сравнение параметров четырехтактных и двухтактных моторов «в лоб» можно считать некорректным.
Еще одно замечание: степень сжатия также косвенно указывает на то, во сколько раз нагреется воздух (смесь) при резком сжатии. Кто накачивал ручным насосом велосипедные покрышки (камеры), хорошо знает, что буквально после десяти полных «качков» насос нагревается. Кто-то считает, что это происходит из-за того, что рука нагревает металл или пластик (есть такое мнение), однако воздух нагревается при резком сжатии, причем довольно сильно. Поэтому в двухтактном моторе воздух не должен сжиматься сильно, чтобы достичь нужной температуры в конце такта сжатия.
Некоторые обозначения в англоязычных инструкциях и их российские аналоги:
RON — Research Octane Number (ОЧ по исследовательскому методу). Проводится на одноцилиндровом моторе с переменной степенью сжатия при 600 об/мин при нормальном атмосферном давлении и температуре смеси за карбюратором 52 °С.
PON — Pump Octane Number (ОЧ по «помповому», или насосному, методу).
MON — Motor Octane Number (ОЧ по моторному методу) Проводится на одноцилиндровом моторе с переменной степенью сжатия при 900 об/мин и температуре смеси за карбюратором 149 °С.
AKI — Anti-Knock Index (антидетонационный индекс).
RdON — Road Octane Number (ОЧ по «дорожному» методу) Этот тест на ОЧ считается «быстрым», производится на многоцилиндровом моторе при полностью открытой дроссельной заслонке в реальных условиях движения.
PON = AKI.
AKI = (RON+MON)/2.
AKI 87 примерно соответствует RON 92 или Аи-92.
AKI 86 примерно соответствует Аи-91.
ОЧИ (ИОЧ) — октановое число по исследовательскому методу.
ОЧМ (МОЧ) — октановое число по моторному методу.
ОЧИ — ОЧМ = «чувствительность бензина».
«КиЯ», 2010 г.
В раздел «Лодочные моторы»
Наш Telegram-канал: https://t.me/motolodki_katera. Присоединяйтесь!
Поделитесь этой страницей в соц. сетях или добавьте в закладки:
добавить страницу в избранное
Полное руководство для начинающих
В этой статье мы подробно объясним, как работает дизельный двигатель. Дизельные двигатели широко используются в транспортных средствах, промышленном оборудовании и генераторах благодаря их эффективности и долговечности. В отличие от бензиновых двигателей, дизельные двигатели работают за счет воспламенения топлива за счет сжатия, а не искры.
Принцип работы
Дизельный двигатель состоит из нескольких основных частей, которые работают вместе, преобразуя химическую энергию дизельного топлива в механическую энергию. К этим деталям относятся блок двигателя, система впрыска топлива, система впуска и выпуска, поршни, шатуны и коленчатый вал.
Рабочий процесс дизельного двигателя разделен на четыре этапа: впуск, сжатие, сгорание и выпуск.
Приемный этап
На этом этапе поршень опускается и впускной клапан открывается. Воздух всасывается в камеру сгорания через систему впуска. Дизельное топливо впрыскивается в камеру сгорания под высоким давлением.
Стадия сжатия
Как только поршень достигает нижней точки своего хода, он начинает подниматься, сжимая воздух в камере сгорания. Высокая степень сжатия дизельного двигателя является одной из ключевых характеристик, отличающих его от бензинового двигателя.
Стадия горения
На этом этапе дизельное топливо воспламеняется из-за высокой температуры и давления, создаваемых сжатием воздуха. В отличие от бензинового двигателя, в котором для воспламенения топлива используется искра, дизельный двигатель воспламеняется методом самовоспламенения. Это означает, что топливо воспламеняется само по себе, когда оно достигает надлежащих условий температуры и давления.
Стадия выхлопа
Наконец, выхлопные газы выбрасываются из камеры сгорания через выпускной клапан, когда поршень снова опускается. Эти газы попадают в выхлопную систему, где удаляются из двигателя.
Что такое 4 такта дизельного двигателя
Как работает дизельный двигатель: полное руководство для начинающих
Дизельный двигатель сегодня является одной из наиболее распространенных и используемых технологий двигателей. Их эффективность и долговечность делают их популярным выбором для самых разных применений, от автомобилей до тяжелой техники. В этой статье мы подробно рассмотрим, как работает дизельный двигатель и четыре такта, составляющие его рабочий цикл.
Какие 5 систем есть в дизельном двигателе
Дизельный двигатель — это тип двигателя внутреннего сгорания, который использует тепло, выделяемое при сжатии воздуха, для воспламенения дизельного топлива. В отличие от бензиновых двигателей, в которых используется топливно-воздушная смесь, воспламеняющаяся искрой, дизельные двигатели работают при гораздо более высокой степени сжатия и не нуждаются в искре для воспламенения топлива.
Чтобы понять, как работает дизельный двигатель, важно знать пять ключевых систем, из которых он состоит:
Итак, теперь вы эксперт по дизельным двигателям! Надеюсь, вы узнали достаточно, чтобы произвести впечатление на своих друзей на следующей вечеринке с барбекю. Помните: если вам когда-нибудь понадобится объяснить, как работает дизельный двигатель, теперь у вас есть все необходимые инструменты. Продолжай реветь, друг!
Неисправен дизель? Воспользуйтесь для профессионалов
Двигатель внутреннего сгорания
•
Где Вы предпочитаете обслуживать двигатель?
На специализированной СТО
Какая компрессия должна быть в двигателе? Для каждого автомобиля значение будет индивидуальным, так как этот показатель тесно связен с коэффициентом степени сжатия. Иногда эти два понятия даже путают между собой.
На что обратить внимание? Степень сжатия всегда прописывается в технических документах на автомобиль. Зная ее значение, определить компрессию не составит труда: показатель сжатия нужно умножить на 1,4 или 1,5. Понимая, в чем заключается разница между компрессией и степенью сжатия, а также зная о причинах, которые ведут к снижению первой, можно быстро распознать проблему и оперативно исправить ее, продлив жизнь любому двигателю.
В этой статье:
Разница между компрессией и степенью сжатия
Компрессия двигателя транспортного средства — это давление в цилиндрах ДВС, создаваемое в такте сжатия, когда поршень находится в максимально верхнем положении. Зная, какая компрессия должна быть в двигателе, во время проверки мотора можно сравнить значение фактической величины с нормальной для вашего автомобиля.
Этот параметр весьма важен для силового агрегата машины. Если давление в норме, то двигатель работает стабильно и показывает достаточную мощность. Но когда компрессия слишком низкая, то автомобилю требуется капитальный ремонт двигателя, на что придется затратить серьезные средства.
Итак, чем выше компрессия, тем большую мощность развивает ДВС. Также на значение компрессии напрямую влияет состояние колец поршня. Тарелки клапанов со временем изнашиваются из-за воздействия высоких температур и начинают пропускать газы. Из-за неплотного соединения или прогара поршня давление в цилиндре не остается на прежнем нормальном уровне.
Упущенные клапаном газы просачиваются в картер, и двигатель теряет возможность демонстрировать проектную мощность, его характеристики ухудшаются. Если разница в значениях компрессии одного цилиндра в сравнении с другими составляет 25 % и больше, требуется полная разборка двигателя и капитальный ремонт.
В погоне за большей мощностью двигателя постоянно увеличивать уровень компрессии нельзя. Из-за этого могут возникать детонации воздушно-топливной смеси — под высоким давлением последняя сильнее разогревается, и может произойти ее самопроизвольный преждевременный взрыв. Конечно, из-за этого детали двигателя довольно сильно повредятся.
Компрессию двигателя не стоит путать с другой характеристикой — степенью сжатия, которая также указывается в техдокументации на авто. Показатели и смысл этих двух параметров не идентичны.
Степень сжатия — это математическая характеристика, обозначающая отношение полного объема двигателя к объему камеры сгорания (то есть объему, образуемому над поршнем, который находится в нижней мертвой точке). Эта характеристика описывает геометрию цилиндра двигателя и не меняется во время эксплуатации автомобиля (без учета естественного износа деталей). В отличие от нее компрессия двигателя не является неизменной величиной и постепенно падает.
Основные причины снижения компрессии в двигателе
Значение компрессии может снижаться по следующим причинам:
Норма компрессии в двигателе
От вида и различных характеристик мотора зависит, какая должна быть компрессия в двигателе. У бензиновых и дизельных, старых и современных силовых агрегатов нормальное значение отличается. Существует три категории компрессии, при которой мощность мотора остается на приемлемом уровне:
Нормальные значения отличаются так сильно потому, что цилиндры разных моторов имеют отличающиеся параметры степени сжатия. У двигателей старых моделей машин этот показатель редко бывает выше 8,5 ед. У дизельных моторов объем камеры сгорания значительно меньше, поэтому степень сжатия достигает 24 ед. На новых машинах с бензиновыми инжекторами характеристика обычно составляет 9–11 ед.
Считается, что компрессия напрямую зависит от степени сжатия. Значение последней можно найти в технической документации на машину, а зная ее, несложно вычислить и компрессию. Для этого коэффициент сжатия нужно умножить на 1,4 или 1,5. Полученное значение будет близким к искомому, но все же лучше свериться с официальными документами.
Норма компрессии в двигателе
Например, компрессия двигателя ВАЗ-2106 равно 11 кгс/см2, а у ВАЗ-2110 уже 13 кг/см2. У дизельных моторов BHDA/BHDB, устанавливаемых на Ford Focus, этот показатель больше — 18 кг/см2. У кроссоверов Mitsubishi ASX с 1,6-, 1,8- и 2-литровыми движками значение компрессии составляет 12–13 кг/см2.
Товары из категории
Перейти в каталог
Пошаговый алгоритм проверки компрессии с помощью компрессометра
Чтобы самостоятельно измерить уровень давления, используют компрессометр. Прибор представляет собой стрелочный манометр, оснащенный гибким шлангом с резьбовым наконечником, обратным клапаном для обеспечения герметизации и ручным управлением для сброса показаний и стравливания воздуха. Также в комплект могут входить переходники под требуемую резьбу, которые особенно пригодятся для проверки дизельных моторов. Чтобы измерить их компрессию, наконечник прибора вставляют в форсунки или свечи накала.
В проверке участвуют два человека. Один сидит за рулем, включает зажигание, запускает стартер, выжимая газ в пол, чтобы полностью открылась дроссельная заслонка. Второй находится снаружи и проводит измерения.
Пошаговый алгоритм проверки компрессии с помощью компрессометра
Проверка покажет реальные показатели компрессии в бензиновом или дизельном двигателе. Сравните их с теми, какие должны быть у полностью рабочего движка. Так можно сделать выводы о состоянии мотора машины. Отклонения значений от нормального и между цилиндрами не должны превышать 10 %. Если разброс окажется больше, а компрессия ниже, значит имеются протечки газа из цилиндров. Придется задуматься, как повысить компрессию, или отремонтировать силовой агрегат.
Чтобы выявить причину снизившегося давления в проблемном цилиндре, можно выполнить дополнительную проверку. Для этого в него нужно влить 50 мл моторного масла и повторить замер компрессии по тому же алгоритму.
Здесь может быть два варианта. Если давление осталось таким же низким, значит, газ просачивается сверху, например через изношенный клапан или прокладку головки блока цилиндров. Если после заливки масла компрессия существенно увеличилась, то стоит проверить поршневые кольца на предмет закоксовки.
Проверка компрессии двигателя с помощью компрессографа и мотортестера
Алгоритм измерения компрессографом почти такой же, как у компрессометра. В отличие от последнего этот прибор фиксирует результаты на специальных карточках, благодаря чему удобно вести хронику изменения давления. Минус компрессографа в том, что с его помощью затруднительно оценить динамику повышения давления.
Проверка компрессии двигателя с помощью компрессографа и мотортестера
Самое передовое и удобное устройство для замера давления — мотортестер.
Прибор определяет значение компрессии по амплитуде пульсаций электрического тока во время поворотов коленчатого вала. Преимущество мотортестера в том, что устройство способно измерять показатели давления во всех цилиндрах одновременно, не требуя выкручивания свечей зажигания. Это особенно удобно при проверках транспорта с многоцилиндровыми двигателями.
2 дедовских метода проверки компрессии без компрессометра
Снимите свечи со всех цилиндров, кроме первого. Поворачивайте коленвал, пока в первом цилиндре не завершится такт сжатия (при этом должны совпасть метки). По очереди вкручивайте свечи обратно в цилиндр, каждый раз проворачивая коленвал. По уровню нагрузки, которую приходится прикладывать для прокручивания коленчатого вала, можно выяснить, в каком цилиндре давление ниже.
Стоит отметить, что это весьма условная проверка, поскольку во многом зависит от субъективных ощущений. Даже если вы точно знаете, какая компрессия должна быть в двигателе, то все равно не сможете сказать, как результат такой проверки соотносится с нормальными показателями. Поэтому лучше применять специализированную измерительную технику.
Сначала также понадобится выкрутить все свечи. Затем на место каждой из них в гнездо нужно вставить пыж, сделанный из смятой сухой газеты. Далее снова крутим коленвал — если при этом пыж стремительно вылетает из цилиндра, значит, давление в норме. А если комок из газеты остается на месте, то это может говорить о сниженной компрессии. Конечно, в наши дни данный способ проверки практически не применяется в силу того, что таким образом невозможно узнать точные показатели давления.
Частота проверки компрессии
Удобнее всего будет совместить такую проверку с заменой свеч зажигания, которая обычно выполняется каждые 30–40 тыс. км пробега.
Частота проверки компрессии
Однако ЦПГ потребуются внеплановые профилактические мероприятия при обнаружении подобных проблем:
Эти симптомы могут говорить и о других неисправностях. Например, нестабильное движение на холостом ходу часто указывает на неполадки системы зажигания. Поэтому требуется устранить подобные симптомы перед замером компрессии, в противном случае результаты могут оказаться неточными.
Как увеличить мощность двигателя за счет степени сжатия
Некоторые умельцы, зная, какая должна быть компрессия в двигателе, увеличивают мощность бензинового ДВС за счет степени сжатия. Как мы уже выяснили, от этой характеристики зависит уровень давления и, следовательно, мощность мотора. Представьте цилиндр в разрезе. Его поршень совершает движения вверх-вниз. В верхнем положении поршня под ним остается пространство объемом V1. Здесь будет находиться топливная смесь под давлением, поджигаемая затем искрой.
Расширяющиеся газы заставляют поршень опуститься обратно вниз. При достижении им самого нижнего положения над ним открывается объем V2, куда также поступает топливо и воздух; и цикл повторяется.
Как увеличить мощность двигателя за счет степени сжатия
Степень сжатия является отношением V2 к V1, то есть под этой величиной понимают, во сколько раз сжимается смесь при перемещении поршня из нижнего положения в верхнее. Чем сильнее сжимается топливо, тем выше полезное действие ЦПГ.
Допустим, старый шестицилиндровый 3-литровый двигатель со степенью сжатия 5 ед. имеет мощность 100 л. с. Если увеличить степень сжатия до 11 ед., мощность уже будет 130 л. с. При этом расход топлива останется на прежнем уровне.
Одни из самых ранних ДВС — «Отто» — имели значение степени сжатия в 4–5 ед. На старых карбюраторных ВАЗ топливная смесь сжималась в 9,5–10 раз. На инжекторах — в 10,5–11. Сегодня современные турбированные агрегаты способны сжимать смесь топлива с воздухом в 12 раз и даже больше.
Часто задаваемые вопросы о компрессии в двигателе
Компрессия может иметь завышенные показатели из-за нагара на клапанах ГРМ, избытка кокса в камере сгорания, залегания маслосъемных колец, перегрева двигателя (при этом перегревается и теряет свое качество моторное масло, из-за чего камера сгорания быстрее загрязняется).
При снижении давления до отметки в 6,5 кг/см2 запускать мотор будет все труднее. Чем дольше вы пытаетесь завести мотор, тем больше топлива проходит через цилиндры. Бензин смывает масло со стенок цилиндров, из-за чего снижается компрессия и увеличивается усилие для проворачивания двигателя.
При каком уровне компрессии двигатель не заведется?
Теперь вы знаете, что такое степень сжатия и компрессия в бензиновом или дизельном двигателе, и какое должно быть давление для нормальной работы и высокой мощности мотора. Со временем уровень компрессии может снижаться из-за износа запчастей, но степень сжатия при этом остается неизменной.
Почему это важно? Сейчас все автопроизводители просто одержимы коэффициентом (степенью) сжатия двигателя, ведь это одна из основных его характеристик. Также очень важно знать о зависимости этого значения от используемого бензина, ведь его величина напрямую влияет на возникновение детонации топлива.
Что учесть? Чем больше степень сжатия двигателя, тем быстрее поедет машина. Но у этой аксиомы есть другая проблема – от этого больше выхлопов, быстрее износ деталей. Именно из-за этих причин производители не спешат увеличивать этот параметр.
