Przejdź do treści
Ulubione

Kalkulator stopnia sprężania silnika

Zaktualizowano:

Podaj średnicę cylindra, skok tłoka, liczbę cylindrów, objętość komory spalania oraz parametry uszczelki, tłoka i płaszczyzny bloku, aby otrzymać statyczny i dynamiczny stopień sprężania oraz całkowitą pojemność skokową w cm³, litrach i calach sześciennych.

Oblicz statyczny stopień sprężania, pojemność skokową i dynamiczny stopień sprężania

Pola danych
B
Średnica cylindra zmierzona na wysokości tłoka.
S
n
Vch
cc
Objętość komory spalania w głowicy, na jeden cylinder.
Średnica pierścienia uszczelniającego, czyli otworu w uszczelce.
Grubość uszczelki w stanie sprężonym. Wpisz 0, aby pominąć uszczelkę.
Vp
cc
Kopułka: wartość dodatnia. Miseczka albo kieszenie pod zawory: ujemna. Kopułka zmniejsza, a miseczka zwiększa przestrzeń sprężania. Dla denka płaskiego wpisz 0.
blok
Denko tłoka leży poniżej płaszczyzny bloku w GMP. Wartość ujemna, jeśli tłok wystaje ponad płaszczyznę bloku.
Dynamiczny stopień sprężania (opcjonalnie)
IVC
° po DMP
Skuteczny punkt zamknięcia zaworu ssącego, w stopniach po dolnym martwym punkcie (DMP).
L
Długość korbowodu mierzona od środka do środka. Wpisz razem z kątem IVC, aby obliczyć stopień dynamiczny.
Po włączeniu wynik aktualizuje się automatycznie po zmianie dowolnej wartości.

Wzór na stopień sprężania

Wzór
\[ CR \;=\; \frac{V_{swept} + V_{clear}}{V_{clear}} \\[4pt] V_{swept} \;=\; \frac{\pi}{4}\,B^{2}S, \qquad V_{clear} \;=\; V_{ch} + V_{g} + V_{deck} - V_{p} \]

Gdzie:

  • \(B\) — średnica cylindra, mierzona na poziomie tłoka (cm)
  • \(S\) — skok tłoka (cm)
  • \(V_{ch}\) — objętość komory spalania w głowicy, na jeden cylinder (cm³)
  • \(V_{g}\) — objętość uszczelki pod głowicą, \( \tfrac{\pi}{4}B_{g}^{2}t \), gdzie \(B_{g}\) to średnica uszczelki (pierścienia ogniowego), a \(t\) to grubość uszczelki po sprężeniu (cm³)
  • \(V_{deck}\) — objętość luzu względem płaszczyzny bloku \(= \tfrac{\pi}{4}B^{2}d\), gdzie \(d\) to odległość denka tłoka od płaszczyzny bloku w GMP, dodatnia, gdy tłok leży poniżej płaszczyzny (cm³)
  • \(V_{p}\) — objętość tłoka: dodatnia dla kopułki, ujemna dla wybrania (dish) lub gniazd zaworowych w denku, 0 dla denka płaskiego (cm³)

Wszystkie długości są wewnętrznie przeliczane na centymetry, dzięki czemu objętości wychodzą od razu w cm³. Wzór opisuje statyczny stopień sprężania: pełną objętość cylindra przy dolnym martwym punkcie (DMP) podzieloną przez objętość przestrzeni sprężania, jaka pozostaje, gdy tłok znajduje się w górnym martwym punkcie (GMP). Kopułka tłoka zmniejsza tę objętość, wybranie lub gniazda zaworowe ją zwiększają.

Stopień sprężania – przykład obliczeń

Przykład: silnik small-block V8 350 ci — średnica 4 cali, skok 3,48 cala, 8 cylindrów, komory spalania 64 cm³, średnica uszczelki 4,1 cala, grubość uszczelki po sprężeniu 0,04 cala, tłoki z wybraniem 7 cm³ (wpisane jako −7), luz względem płaszczyzny bloku 0,015 cala, długość korbowodu 5,7 cala oraz zawór ssący zamykający się 60° za DMP. Są to domyślne wartości w kalkulatorze.

\[ V_{swept} = \tfrac{\pi}{4}(10.16)^{2}(8.8392) = 716.62\ \text{cc} \]

\[ V_{clear} = 64 + 8.65 + 3.09 + 7 = 82.74\ \text{cc} \]

\[ CR = \frac{716.62 + 82.74}{82.74} = 9.66 \]

Wynik: statyczny stopień sprężania 9,66 : 1, dynamiczny stopień sprężania 8,00 : 1, pojemność 716,62 cm³ na cylinder i łącznie 5 733 cm³ (5,73 l, 349,8 ci).

Jak korzystać z kalkulatora stopnia sprężania

  1. Wpisz średnicę i skok jednego cylindra oraz wybierz cale lub milimetry z menu jednostek.
  2. Ustaw liczbę cylindrów (1–16), aby kalkulator mógł zsumować pojemność skokową silnika.
  3. Wpisz objętość komory spalania w cm³ — komora w głowicy, na jeden cylinder. Jeśli producent nie podaje tej wartości, zmierz głowicę metodą tzw. „cc'ingu” za pomocą biurety z podziałką.
  4. Wpisz średnicę uszczelki (otwór pierścienia ogniowego) oraz grubość uszczelki po sprężeniu; wpisz 0, aby pominąć uszczelkę.
  5. Wpisz objętość tłoka: dodatnią dla kopułki, ujemną dla wybrania lub gniazd zaworowych, 0 dla denka płaskiego.
  6. Wpisz luz względem płaszczyzny bloku — dodatni, gdy denko tłoka w GMP leży poniżej płaszczyzny bloku, ujemny, gdy tłok wystaje ponad nią.
  7. Aby uzyskać stopień dynamiczny, wpisz zamknięcie zaworu ssącego (stopnie za DMP) oraz długość korbowodu (środek–środek). Zostaw któreś z tych pól puste, aby pominąć wynik dynamiczny.
  8. Odczytaj stopień sprężania, pojemność skokową w cm³, litrach i calach sześciennych oraz rozbicie objętości, które pokazuje, skąd dokładnie bierze się każdy cm³ przestrzeni sprężania.

Czym jest stopień sprężania?

Stopień sprężania (CR) porównuje objętość w cylindrze, gdy tłok znajduje się w dolnym martwym punkcie, z objętością, która zostaje po osiągnięciu górnego martwego punktu. Współczynnik 9,66 : 1 oznacza, że ładunek paliwowo-powietrzny jest ściśnięty mniej więcej do jednej dziesiątej pierwotnej objętości, zanim przeskok iskry. To wielkość czysto geometryczna: zależy od średnicy cylindra, skoku, wielkości komory spalania, uszczelki, kształtu denka tłoka i wysokości płaszczyzny bloku, a nie od strojenia.

Stopień sprężania ma zasadnicze znaczenie, ponieważ jednocześnie decyduje o sprawności cieplnej i o wymaganiach dotyczących liczby oktanowej. Wyższy stopień pozwala uzyskać więcej pracy z każdej jednostki paliwa, poprawiając moment obrotowy i spalanie, ale zarazem podnosi szczytowe ciśnienie i temperaturę w cylindrze, co popycha silnik w stronę spalania stukowego (stuku). Wybór stopnia sprężania to zatem kompromis: należy zbudować tyle sprężania, ile zniesie paliwo, na którym silnik ma jeździć.

Statyczny stopień to jednak tylko połowa historii. W pracującym silniku cylinder nie jest zamknięty hermetycznie do momentu zamknięcia zaworu ssącego, więc wałek rozrządu z późnym zamknięciem zaworu ssącego pozwala części ładunku cofnąć się do kanału dolotowego, zanim rozpocznie się właściwe sprężanie. Dynamiczny stopień sprężania (DCR) uwzględnia ten efekt: oblicza się go na podstawie objętości faktycznie uwięzionej ładunku od efektywnego punktu zamknięcia zaworu ssącego, z uwzględnieniem długości korbowodu i dokładnego położenia tłoka wynikającego z geometrii mechanizmu korbowego. Wałek o dużych kątach trwania obniża DCR wyraźnie poniżej wartości statycznej — dlatego sportowe wałki rozrządu i zwykła benzina ze stacji rzadko idą w parze z wysokim stopniem statycznym.

Jako wskazówkę przyjmij, że większość silników ulicznych zasilanych zwykłą benzyną pracuje najlepiej przy dynamicznym stopniu sprężania z przedziału 7,5 : 1–8,5 : 1. Tabela rozbicia objętości w wynikach pokazuje każdy składnik osobno — komorę, uszczelkę, płaszczyznę bloku i tłok — dzięki czemu od razu widać, która zmiana (cieńsza uszczelka, przefrezowana głowica, inny tłok) przesuwa stopień sprężania i o ile.

Założenia, ograniczenia i praktyczne wskazówki

  • W miarę możliwości podawaj zmierzone objętości komór. Publikowane wartości „nominalne” często różnią się o 1–3 cm³, a to wystarczy, aby przesunąć stopień sprężania o kilka dziesiątych punktu.
  • Zawsze podawaj grubość uszczelki po sprężeniu, a nie taką, jaka jest w nowym pudełku. Uszczelka mająca 0,04 cala po montażu może w pudełku mierzyć 0,06 cala.
  • Pilnuj znaków: kopułka jest dodatnia i zmniejsza objętość przestrzeni sprężania, wybranie jest ujemne i zwiększa ją. Tłok wystający ponad płaszczyznę bloku wymaga ujemnego luzu względem płaszczyzny.
  • Jeśli objętość przestrzeni sprężania spadnie do zera, wynik jest nieprawidłowy — zbyt duża kopułka, tłok wystający ponad blok albo pusta komora oznaczają, że nie ma czego sprężać.
  • Stopień dynamiczny to szacunek geometryczny. Nie uwzględnia krzywych pracy zaworów, ciśnienia w kolektorze, wysokości nad poziomem morzy ani temperatury ładunku, więc traktuj go jako wskazówkę przy doborze wałka rozrządu, a nie pomiar ciśnienia sprężania.
  • Szczelina gaszeniowa (quench), kąt wyprzedzenia zapłonu, temperatura cieczy chłodzącej i konstrukcja komory spalania wpływają na skłonność do spalania stukowego równie mocno jak sam stopień sprężania, dlatego poniższa tabela paliw to tylko punkt wyjścia.
Statyczny stopień sprężania Typowe paliwo Typowe zastosowanie
8,0–9,5 : 1 Zwykła benzyna, 87 oktanów Silniki seryjne i zabytkowe, uliczne konstrukcje z doładowaniem
9,5–10,5 : 1 Od średniooktanowej po premium Typowy silnik wolnossący do jazdy po mieście; głowice żeliwne mieszczą się przy dolnej granicy
10,5–12,0 : 1 Od premium do ponad 100 oktanów Głowice aluminiowe, ciasna szczelina quench, staranne dostrojenie
Powyżej 12 : 1 Paliwo wyścigowe lub E85 Silniki sportowe

Gdy silnik zostanie już złożony i uruchomiony, nasz kalkulator kosztów paliwa, kalkulator zużycia paliwa i kalkulator terminów przeglądów samochodu pomogą Ci śledzić codzienne koszty eksploatacji.

Najczęściej zadawane pytania

Jak obliczyć stopień sprężania ręcznie?

Zsumuj objętość przestrzeni sprężania: komora w cm³ + objętość uszczelki (\( \tfrac{\pi}{4} \times \) średnica uszczelki² × grubość po sprężeniu) + objętość luzu (\( \tfrac{\pi}{4} \times \) średnica² × wysokość luzu względem płaszczyzny bloku) − kopułka w cm³. Następnie oblicz objętość skoku \( \tfrac{\pi}{4}B^2S \) i podziel: \( CR = (V_{swept} + V_{clear}) / V_{clear} \). Licz w spójnych jednostkach — przy centymetrach objętości wychodzą od razu w cm³.

Jaki stopień sprężania jest bezpieczny na zwykłej benzynie ze stacji?

Zgrubna reguła: 87 oktanów wystarcza przy około 8,0–9,5 : 1, dla 9,5–10,5 : 1 potrzebna jest benzyna średniooktanowa lub premium, a wartości powyżej około 10,5 : 1 wymagają paliwa premium albo lepszego. Głowice aluminiowe znoszą nieco więcej niż żeliwne, ponieważ szybciej odprowadzają ciepło. Rzeczywista odporność na spalanie stukowe zależy też od szczeliny quench, konstrukcji komory, faz rozrządu i strojenia, więc traktuj te zakresy jako punkt wyjścia, a nie gwarancję.

Jak zmierzyć objętość komory spalania i tłoka?

Komora: wkręć świecę zapłonową i przykryj komorę przezroczystą płytą z pleksi uszczelnioną smarem, a następnie wypełnij ją płynem z biurety z podziałką — monterzy nazywają to „cc'ingiem” głowicy. Tłok: ustaw go na znanej głębokości w cylindrze, uszczelnij pierścienie smarem, przykryj płytą i wypełnij tak samo, a potem odejmij od zużytego płynu objętość idealnego walca, który w ten sposób powstał — otrzymasz wartość wybrania (ujemną) albo kopułki (dodatnią).

O ile zmienia stopień sprężania frezowanie głowic lub cieńsza uszczelka?

Zdjęcie warstwy 0,010 cala z głowicy small-blocka zmniejsza zwykle komorę o około 1 cm³ na każdy cal średnicy — czyli daje około 0,2–0,6 punktu sprężania przy średnicy 4 cali. Zmiana grubości uszczelki działa tak samo: zmiana objętości to \( \tfrac{\pi}{4} \times \) średnica² × różnica grubości. Wykonaj obliczenia w kalkulatorze dwukrotnie, przed i po zmianie, żeby zobaczyć dokładny efekt w Twoim silniku.

Dlaczego mój wynik jest niższy lub wyższy niż dane fabryczne?

Najczęstszymi winowajcami są dane, a nie matematyka: użycie fabrycznej grubości uszczelki zamiast grubości po sprężeniu (w pudełku często o 0,010–0,020 cala większej), zaufanie nominalnym objętościom komór, które różnią się o 1–3 cm³, albo zgrubne oszacowanie luzu względem płaszczyzny bloku. Zmierzenie rzeczywistej wysokości czujnikiem zegarowym i wykonanie „cc'ingu” głowic zwykle wyjaśnia rozbieżność. Sprawdź też znak objętości tłoka: wybranie jest ujemne, kopułka dodatnia.

Czy turbo lub kompresor zmienia statyczny stopień sprężania?

Nie — statyczny stopień sprężania jest wielkością czysto geometryczną i pozostaje bez zmian. Doładowanie zmienia natomiast obraz efektywny (dynamiczny): ładunek jest wtłaczany pod ciśnieniem wyższym od atmosferycznego, więc ciśnienia w cylindrze rosną znacznie szybciej, niż wskazywałby sam statyczny stopień. Dlatego uliczne konstrukcje z doładowaniem trzymają zwykle statyczne sprężanie w okolicach 8,0–9,5 : 1, a zadanie dostarczenia gęstości ładunku powierzają turbosprężarce.

Jaki dynamiczny stopień sprężania obrać przy większym wałku rozrządu?

W ulicznym silniku na zwykłą benzynę należał zwykle celować w dynamiczny stopień sprężania między około 7,5 : 1 a 8,5 : 1. Wałek o dużym kącie trwania zamyka zawór ssący później, więc uwięzi mniej ładunku i pozwala na wyższy stopień statyczny bez spalania stukowego. Jeśli Twój DCR wychodzi znacznie poniżej 7,5 : 1, wałek może być za duży jak na dostępną sprężanie, a silnik będzie „miękki” na niskich obrotach mimo dobrego stopnia statycznego.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *