Что такое степень сжатия
Перейти к содержимому

Что такое степень сжатия

  • автор:

Степень сжатия

Степень сжатия в теории – это соотношение объема в пространстве над рабочим поршнем в момент, когда он проходит нижнюю мертвую точку, к объему в камере над поршнем в момент прохождения верхней мертвой точки. Это определение выражает разницу давления в самой камере сгорания в момент, когда происходит впрыск топлива в цилиндр.

В повседневной жизни часто путают степень сжатия с другим понятием, а именно с компрессией дизельного двигателя, однако на практике это два разных термина. Компрессия – это наибольшее давление создаваемое поршнем в цилиндре на момент его прохождения от нижней мертвой точки к верхней. Эту величину измеряют в атмосферах.

Степень сжатия измеряют математическим соотношением, к примеру, 19:1. Для дизельных двигателей наилучшим считается соотношение в рамках от 18 до 22 к 1. При такой степени сжатия сердце автомобиля будет работать наиболее эффективно. Использование топлива связано напрямую со степенью сжатия. Чем больше давление достигается в камере и больше сжатие, тем экономичней будет расход топлива, при этом полученная мощность может увеличиваться.

Степень сжатия на практике – как это происходит?

02:20 22.08.2009

Работа дизельного двигателя

Cгорание топливной смеси в двигателе происходит при взаимодействии смешанных паров топлива и воздуха. При возгорании смеси происходит ее расширение, в результате чего увеличивается давление в камере. Коленчатый вал при этом выполняет обороты, соответственно двигатель выполняет один такт полезной работы. В наше время уже практически не выпускаются дизельные двигатели с низкой степенью сжатия — все стремятся к более экономичным и высокооборотистым двигателям с большей степенью сжатия. Увеличения степени сжатия можно добиться за счет уменьшения камеры сгорания дизельного двигателя. Но при таких изменениях инженерам на заводах приходятся искать компромиссное решение, потому что нужно сохранить давление в камере, а также уменьшить объем сжигания топлива. Одним из способов увеличения сжатия является расточка блоков головки цилиндра – степень сжатия при этом увеличивается, а объем сгорания топлива в камере уменьшается. При этом цилиндр сохраняет свой рабочий объем и объем двигателя не меняется.

Что такое компрессия и степень сжатия и чем они отличаются

При диагностике автомобиля перед покупкой опытные автовладельцы практически всегда советуют новичкам проверить компрессию. А еще существует степень сжатия – казалось бы, схожий термин, ведь компрессия – это и есть сжатие. На самом деле это совершенно разные вещи. Давайте разберемся, что есть что, а заодно поймем, что и как нужно проверять при покупке машины.

Что такое степень сжатия?

Начнем со степени сжатия. Как мы помним, поршень в цилиндре при работе двигателя движется вверх-вниз, имея две так называемых мертвых точки, верхнюю и нижнюю. Так вот, степень сжатия – это отношение между двумя объемами: полным объемом цилиндра, когда поршень находится в нижней мертвой точке, и объемом камеры сжатия, когда поршень находится в верхней мертвой точке. То есть степень сжатия – это математическое отношение, которое показывает, во сколько раз топливовоздушная смесь (или воздух, если речь о дизеле) сжимается в цилиндре при работе мотора.

Степень сжатия – одна из базовых характеристик любого двигателя, и закладывается она на стадии проектирования. У бензиновых моторов она ниже, чем у дизельных: в среднем от 8:1 до 12:1 у первых и от 14:1 до 23:1 у вторых. Дело в том, что работа дизельного мотора предполагает самостоятельное воспламенение топливовоздушной смеси от сжатия, а в бензиновом моторе смесь в каждом такте поджигается свечой зажигания. Однако в целом по мере развития технологий двигателестроения степень сжатия в моторах росла. Причина проста: повышение степени сжатия позволяет увеличить КПД мотора, получая больше мощности при том же рабочем объеме и расходе топлива. Собственно, с ростом степени сжатия связано и применение более высокооктановых бензинов.

Таким образом, степень сжатия – это конструктивная характеристика двигателя, и она не меняется по мере его износа и старения. Степень сжатия не нужно «проверять» при покупке, а знать ее нужно в основном для того, чтобы знать, какой бензин лучше заливать в бак купленной машины.

Что такое компрессия?

Если степень сжатия – параметр математический и неизменный, то компрессия – характеристика изменяемая. Компрессия – это давление, создаваемое в цилиндре в конце такта сжатия, когда поршень идет от нижней мертвой точки к верхней, сжимая воздух или топливовоздушную смесь. Давление в цилиндре в момент, когда поршень достиг верхней мертвой точки – это и есть компрессия. Можно подумать, что компрессия фактически должна быть равна степени сжатия – ведь она тоже показывает разницу давления в цилиндре при двух положениях поршня – верхнем и нижнем. Однако на самом деле компрессия оказывается значительно выше. Ведь воздух при резком сжатии нагревается, что означает увеличение давления. А еще он нагревается от горячих стенок цилиндра, ведь рабочая температура двигателя гораздо выше температуры окружающей среды. Таким образом, компрессия, конечно, зависит от степени сжатия, но не равна ей. И именно компрессию замеряют при диагностике двигателя, чтобы оценить его техническое состояние.

Как замеряют компрессию?

Замер компрессии проводится с учетом перечисленных выше условий: на полностью прогретом двигателе и при полностью открытой дроссельной заслонке, отвечающей за подачу воздуха в цилиндр. Разумеется, горение топлива для замера компрессии не нужно, в цилиндре сжимается только воздух. Так что подачу топлива отключают, а свечу зажигания (или накаливания, если речь идет о дизеле) выкручивают, а на ее место вкручивают шлаг компрессометра. Компрессометр – это прибор для измерения компрессии. Он фактически представляет собой манометр, подключаемый трубкой к цилиндру и оснащенный обратным клапаном, чтобы не сбрасывать измеренное давление.

Зачем измерять компрессию?

Замер компрессии позволяет оценить исправность и техническое состояние двигателя. Во-первых, после замера можно сравнить соответствие полученного результата заводским параметрам – то есть оценить компрессию в имеющемся двигателе по сравнению с новым. Во-вторых, низкий показатель компрессии означает наличие проблем с мотором, ведь он сигнализирует о том, что воздух «утекает» из камеры сгорания, а при работе мотора из нее будут прорываться раскаленные газы. Причин может быть довольно много: поршневые кольца, повреждения седел клапанов и самих клапанов, негерметичность прокладки ГБЦ и даже трещина в самом поршне. Ну а в-третьих, важна не только сама величина компрессии, но и ее равномерность во всех цилиндрах двигателя. Если компрессия в одном или нескольких цилиндрах ниже, чем в других, это говорит о неравномерном износе и наличии проблем.

Таким образом, замер компрессии – одна из простых, но эффективных методик оценки исправности и общего технического состояния двигателя. Он позволяет быстро отсеять заведомо «мертвые» моторы, имеющие проблемы с цилиндропоршевой группой, клапанами и так далее. Поэтому замер компрессии можно и нужно проводить при диагностике практически любого автомобиля перед покупкой.

Степень сжатия

Степень сжатия — отношение объёма надпоршневого пространства цилиндра двигателя внутреннего сгорания при положении поршня в нижней мёртвой точке (НМТ) (полный объем цилиндра) к объёму надпоршневого пространства цилиндра при положении поршня в верхней мёртвой точке (ВМТ), то есть к объёму камеры сгорания.

\mbox<CR>= \frac < \tfrac<\pi> b^2 s + V_c > » width=»» height=»» />, где: <img decoding== диаметр цилиндра; s\;= ход поршня; V_c\;= объём камеры сгорания, то есть, объём, занимаемый бензовоздушной смесью в конце такта сжатия, непосредственно перед поджиганием искрой; часто определяется не расчётом, а непосредственно измерением из-за сложной формы камеры сгорания.

Увеличение степени сжатия требует использования топлива с более высоким октановым числом (для бензиновых ДВС) во избежание детонации. Повышение степени сжатия в общем случае повышает его мощность, кроме того, увеличивает КПД двигателя как тепловой машины, то есть, способствует снижению расхода топлива.

Степень сжатия, обозначаемая греческой буквой ε, есть величина безразмерная. Связанная с ней величина компрессия зависит от степени сжатия, от природы сжимаемого газа и от условий сжатия. При адиабатическом процессе сжатия воздуха зависимость эта выглядит так: P=Pο*ε^γ, где

γ=1,4 — показатель адиабаты для двухатомных газов (в том числе воздуха), Pο — начальное давление, как правило, принимается равным 1.

Из-за неадиабатичности сжатия в двигателе внутреннего сгорания (теплообмен со стенками, утечки части газа через неплотности, присутствия в нем бензина)сжатие газа считают политропным с показателем политропы n=1,2.

При ε=10 компрессия в лучшем случае должна быть 10^1,2=15,8

Детонация в двигателе — изохорный самоускоряющийся процесс перехода горения топливо-воздушной смеси в детонационный взрыв без совершения работы с переходом энергии сгорания топлива в температуру и давление газов. Фронт пламени распространяется со скоростью взрыва, то есть превышает скорость распространения звука в данной среде и приводит к сильным ударным нагрузкам на детали цилиндро-поршневой и кривошипно-шатунной групп и вызывает тем самым усиленный износ этих деталей. Высокая температура газов приводит к прогоранию днища поршней и обгоранию клапанов.

Понятие степени сжатия не следует путать с понятием компрессия, которое обозначает (при определённой конструктивно обусловленной степени сжатия) максимальное давление, создаваемое в цилиндре при движении поршня от нижней мёртвой точки (НМТ) до верхней мёртвой точки (ВМТ) (например: степень сжатия — 10:1, компрессия — 14 атм.).

Интересные факты

Двигатели гоночных автомобилей, работающих на метаноле, имеют степень сжатия, превышающую 15:1 [источник?] ; в то время как в обычном карбюраторном ДВС степень сжатия для неэтилированного бензина как правило не превышает 11,1:1.

В 1950-60-е года одной из тенденций двигателестроения, особенно в Южной Америке, было повышение степени сжатия, которая к началу 1970-х на американских двигателях нередко достигала 11-13:1. Однако, это требовало соответствующего бензина с высоким октановым числом, что в те годы могло быть получено лишь добавлением ядовитого тетраэтилсвинца. Введение в начале 1970-х годов экологических стандартов в большинстве стран привело к остановке роста и даже снижению степени сжатия на серийных двигателях.

  • Теория автомобиля
  • Двигатель внутреннего сгорания

Wikimedia Foundation . 2010 .

Степень сжатия двигателя: формула, увеличение, бензин

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.

В этой статье:

  1. Что такое степень сжатия двигателя
  2. Зачем производителям увеличивать степень сжатия двигателя
  3. Октановое число и степень сжатия двигателя

3 главных ошибки в установке и настройке оборудования
Оборудование работает на 3 года меньше

Что такое степень сжатия двигателя

Под степенью сжатия двигателя понимается соотношение между максимальным объемом рабочего цилиндра и объемом его камеры сгорания. Данный показатель выражается пропорцией, например 9:1.

Чтобы было понятнее, рассмотрим степень сжатия при работе цилиндра в двигателе внутреннего сгорания. Внутри рабочей зоны цилиндра находится поршень, двигающийся возвратно-поступательно. Если он достигает крайней нижней точки, то над поршнем остается наибольшая часть свободного объема. Это положение называется нижней мертвой точкой.

Аналогичным образом, когда поршень достигает крайнего верхнего положения, над ним остается наименьший свободный объем, это – верхняя мертвая точка. Разница между этими двумя объемами и обозначает степень сжатия двигателя. При достижении поршнем крайней верхней точки над ним сохраняется некоторое пространство, в котором и происходит сгорание топлива.

Далее приведем математическую иллюстрацию степени сжатия бензинового двигателя.

Допустим, в двигателе в момент пребывания поршня в нижней мертвой точке объем камеры сгорания составляет 10 кубических сантиметров. Когда впускной клапан головки двигателя запирается и поршень начинает движение вверх, выполняя такт сжатия, объем топливной смеси сжимается до 1 кубического сантиметра. Соответственно, в этом случае степень сжатия составит 10:1.

Также степень сжатия может иметь вид частного от наибольшего объема рабочей зоны, разделенного на ее минимальный объем. В этом случае полученное значение выражается не пропорцией, а целым числом. Оно показывает, насколько сжимается топливно-воздушная смесь при перемещении поршня из нижней крайней точки в верхнее крайнее положение.

Чем больше степень сжатия двигателя, тем меньше пространство, в котором помещается топливная смесь, соответственно, повышается давление. Аналогично при меньшей степени сжатия повышается объем и уменьшается давление.

Для расчета степени сжатия двигателя можно использовать следующую формулу.

ξ = (Р + С)/ С

Здесь Р обозначает рабочий объем цилиндра, С – объем камеры сгорания. Формула наглядно показывает, что для повышения степени сжатия требуется уменьшить объем камеры сгорания. Вместо этого можно также увеличить общий объем цилиндра при том же объеме камеры сгорания. Величина Р значительно превышает С. В этой связи допустимо считать, что ξ прямо пропорционален рабочему объему цилиндра и обратно пропорционален объему камеры сгорания.

При наличии данных о диаметре поршня (D) и расстоянии хода поршня (S) можно рассчитать рабочий объем цилиндра. Формула следующая:

Р = (π *D2 / 4) * ;S.

Камера сгорания имеет сложную конфигурацию, поэтому ее объем не высчитывают, а измеряют. Делается это весьма нехитрым способом: в камеру заливается жидкость до заполнения, а затем измеряется ее объем. Удобнее всего использовать воду, так как ее плотность составляет 1 грамм на 1 кубический сантиметр, что упрощает расчеты.

Зачем производителям увеличивать степень сжатия двигателя

Казалось бы, вполне понятно, для чего производители автомобилей пытаются повысить степень сжатия дизельного или бензинового двигателя. Чем она больше, тем выше давление на поршень при максимальном сжатии топливной смеси и тем больше крутящий момент. Однако это объяснение слишком упрощенное, в действительности ситуация выглядит сложнее.

Как известно, горючее передает свою потенциальную энергию на поршень в момент сгорания, заставляя его двигаться с определенной скоростью. Чем выше крайняя верхняя точка расположения поршня в цилиндре, тем большую мощность он развивает при перемещении вниз.

При высокой степени сжатия двигателя уменьшается и объем бензина, который необходим для развития определенного усилия. Однако в реальности при протекании данного процесса проявляются технические проблемы, для решения которых необходимо обратиться к термодинамике.

Еще раз обозначим основы. Нам известно, что при высокой степени сжатия двигателя растет и сила, с которой топливно-воздушная смесь воздействует на поршень. Это оказывает положительный эффект для динамики транспортного средства, позволяет понизить расход топлива.

Термодинамика объясняет, почему степень сжатия двигателя имеет ограниченное число. Например, степень сжатия 14:1 уже считается избыточной. Несмотря на экономию усилий, предаваемых на ось автомобиля, подобные силовые установки никто не производит.

Основная проблема, возникающая при неограниченном повышении степени сжатия двигателя на дизеле или бензине, – отсутствие подходящего металла для цилиндра. Он должен выдерживать резкое повышение давления внутри, не деформироваться и не терять твердой структуры. Однако, даже если бы такой материал существовал, перегрузки неизбежно приведут к сгоранию, расплаву иных узлов мотора, без которых невозможна его работа.

Таким образом, максимально допустимая степень сжатия двигателя равна величине, при которой все узлы двигателя могут работать исправно без разрушения его конструкции.

Максимальная степень сжатия важна в основном в автоспорте. Например, в гоночных болидах может играть роль разница в мощности всего на одну лошадиную силу. Но здесь речь идет о борьбе даже не за секунды, а за доли секунды.

Если же говорить об автомобилях массового производства, то им не требуется запредельная мощность. В городе редко удается разогнаться более чем до 50 километров в час. Даже на шоссе максимальная безопасная скорость движения ограничена. Гораздо важнее оказывается экономичность и экологичность.

Читайте также!

Чем интенсивнее расходуется топливо, тем дороже обходится содержание транспортного средства. В этом смысле малолитражные авто даже предпочтительнее. Хотя они и менее мощные, но бензина им требуется меньше. Водитель кроссовера с высокой степенью сжатия двигателя на 1.6 литра платит за топливо гораздо больше, чем владелец мотоцикла, объем мотора которого составляет несколько сотен кубических сантиметров.

Также нельзя забывать о воздействии выхлопных газов на экологию. Чем мощнее двигатель, тем больше вредных веществ выбрасывается в атмосферу. В Европе, например, это стало одной из главных причин, вызвавших рост популярности транспортных средств с малым объемом двигателя.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *