Степень сжатия двигателя

Вычисляем степень сжатия двс по компрессии

Предположим, что поршень имеет вогнутое днище, объем полости в днище равен 6 см3 и что оставшийся объем над поршнем, когда он находится в ВМТ, до торцевой поверхности головки равен 1,5 см3.

Кроме того объем, равный толщине прокладки, равен 3,5 см3.

Сумма всех этих объемов, которые не входят в объем полости в головке равна 11 см3.

Для получения нужной нам степени сжатия 10/1 мы должны иметь объем полости в головке (27,7 – 11) = 16,7 см3. Чтобы определить, сколько металла нужно снять с торцевой поверхности головки, поместите ее на горизонтальную поверхность, или точнее поместите головку таким образом, чтобы торцевая ее поверхность была горизонтальной. После того как вы это сделаете, заполните камеру количеством жидкости, равным требующемуся окончательному объему. В этом примере этот объем равен 16,7 см3.

Одним из важнейших факторов, определяющих работу ДВС (двигателя внутреннего сгорания), являются степень сжатия и компрессия. От их размера зависит, насколько эффективно работает мотор, и каков у него износ. Попробуем разобраться, что такое компрессия, в чём её измеряют, чем от неё отличается степень сжатия – и как можно изменить эти параметры.

Изменение коэффициента сжатия

Зачем менять степень?

На практике такая необходимость возникает нечасто. Менять сжатие может понадобиться:

при желании форсировать двигатель;
если нужно приспособить силовой агрегат под работу на нестандартном для него бензине, с отличающимся от рекомендованного октановым числом. Так поступали, например, советские автовладельцы, поскольку комплектов для переоборудования машины на газ в продаже не встречалось, но желание сэкономить на бензине имелось;
после неудачного ремонта, чтобы устранить последствия некорректного вмешательства. Это может быть тепловая деформация ГБЦ, после которой нужна фрезеровка. После того, как повысили степень сжатия двигателя снятием слоя металла, работа на изначально предназначенном для него бензине становится невозможной.

Иногда меняют степень сжатия при конвертации автомобилей для езды на метановом топливе. У метана октановое число – 120, что требует повышать сжатие для ряда бензиновых автомобилей, и понижать – для дизелей (СЖ находится в пределах 12-14).

Перевод дизеля на метан влияет на мощность и ведет к некоторой потере таковой, что можно компенсировать турбонаддувом. Турбированный двигатель требует дополнительного снижения степени сжатия. Может потребоваться доработка электрики и датчиков, замена форсунок дизельного мотора на свечи зажигания, новый комплект цилиндро-поршневой группы.

Так степень сжатия и компрессия это одно и тоже?

Как вы поняли, конечно же нет! Степень сжатия это коэффициент, который рассчитывается при помощи объемов, а вот компрессия банально замеряется специальными манометрами (компрессометрами).

Если взять практическое применение, то компрессия будет немного больше, чем степень сжатия (ст). Так например, при степени сжатия — 9,5, компрессия зачастую от 11 до 12!

Почему такое происходит? Да потому что при замере компрессии от давления разогревается воздушно-топливная смесь, происходит увеличение температуры.

Эти показатели можно было бы приравнять, если бы процесс был изотермическим (то есть исключающим воздействия температуры, как извне, так и изнутри) в закрытом герметичном корпусе. Но поскольку на практике это не возможно, то величины будут различаться.

Сейчас видео версия статья, смотрим

НА этом заканчиваю, думаю, моя статья была вам полезна, читайте наш АВТОБЛОГ.

Как можно изменить показатель сжатия

Методы увеличения:

Расточка цилиндров и установка поршней большего размера.
Уменьшение объема камер сгорания. Выполняется за счет удаления слоя металла со стороны плоскости сопряжения головки с блоком. Эту операцию из-за мягкости алюминия лучше делать на фрезерном или на строгальном станке. Шлифовальный станок использовать не следует, так как его камень будет постоянно забиваться пластичным металлом.

Способы снижения:

Снятие слоя металла с днища поршня (делается это обычно на токарном станке).
Установка между головкой и блоком цилиндров дюралюминиевой проставки между двумя прокладками.

Взаимосвязь коэффициента сжатия и компрессии

Зная значение коэффициента сжатия, можно рассчитать какая компрессия должна быть в двигателе. Однако, обратная оценка не будет соответствовать действительности. Так как компрессия зависит еще и от изношенности деталей цилиндр-поршневой группы и газораспределительного механизма. Низкая компрессия двигателя часто говорит о значительном износе мотора и необходимости его ремонта, а не о малом коэффициенте сжатия.

Турбированные моторы

В цилиндры двигателя, имеющего турбонаддув, воздух нагнетается компрессором под давлением несколько больше атмосферного. Значит, для определения показателя сжатия такого мотора нужно значение, которое вы получите в результате расчета по формуле, умножить на коэффициент турбокомпрессора. Бензиновые двигатели с турбонаддувом работают на топливе с октановым числом выше, чем у бензина, который потребляют такие же моторы без турбин, именно потому, что их коэффициент ξ больше.

https://youtube.com/watch?v=QBU5RolKDUI

Почему компрессия и степень сжатия отличаются?

Теоретически две эти характеристики должны быть примерно равными, но обычно при расчётах и измерениях выясняется, что степень сжатия меньше величины компрессии. Разберёмся в причинах этой разницы. По теории, одинаковые величины показывают цилиндры, с бесконечно долгим сжатием газа. Вся выделяемая во время процесса сжатия энергия должна быть поглощена элементами агрегата: поршнем, головкой блока, стенками цилиндров и остальными частями двигателя, чтобы изменения теплового баланса не происходило. Сжатый газ, отдавая всё тепло, давит на манометр не больше, чем рассчитано теоретически.

В реальности при сжатии газа растёт температура, и тепло не успевает поглощаться стенками цилиндров. Оно остаётся в цилиндре, из-за чего создаётся высокое давление. В новых двигателях обычно компрессия гораздо выше, чем в старых в виду снижения свойств герметичности. Чем герметичнее сам двигатель, тем замки цилиндров меньше пропустят тепла, поддерживая высокий уровень компрессии. В старых двигателях с низкой герметичностью, компрессия существенно снижается.

У исправно работающих двигателей обычно компрессия выше расчётной степени сжатия примерно в 1,3 раза. Теоретически этот показатель составляет 1,4. Параметр означает, что давление газа изменяется в обратной пропорциональности к изменению его объёма в указанной степени. Расчёты будут верны при отсутствии воздушных утечек, и если стенками не передаётся тепло.

В чем разница между степенью сжатия и компрессией

Перед тем как подробно разбираться с каждым из определений, сформулируем кратко, что такое компрессия и степень сжатия:

Под компрессией понимается давление, которое образуется в цилиндре при максимальном сжатии. Данный параметр можно замерить.
Под степенью сжатия понимается число, которое определяет соотношение объема до начала сжатия и после него.

Если ознакомиться с технической литературой, можно заметить, что в ней чаще всего фигурирует термин “Степень сжатия”. Также данный показатель указывается в книге по технической эксплуатации автомобиля, например, в разделе про подбор топлива. Что касается компрессии, ее обычно используют в работе автомеханики. Диагностические приборы позволяют определить компрессию, на основе которой специалист имеет возможность сделать выводы о качестве работы мотора.

Увеличили степень сжатия на родном ДВС Нивы: как теперь едет и какой расход

Степень сжатия у двигателя Нивы 9.3 единицы. Такая степень сжатия отлично подходит для его эксплуатации на бензине АИ-92. Чтобы рассчитать степень сжатия, берется рабочий объем цилиндра (поршень в самом нижнем положении) + объём камеры сгорания (который складывается из объёма, создаваемого прокладкой, объема в днище поршня и объема камеры в ГБЦ). Поделив сумму объемов на объем камеры сгорания получаем степень сжатия. Однако это геометрическая степень сжатия, она может отличаться от реальной и связано это с наполнением.

На примере 8-ми клапанного двигателя Нивы: открывается впускной клапан, поршень уходит вниз, рабочий объём цилиндра начинает заполняться топливно-воздушной смесью, не факт, что за время открытия клапана (с родным распредвалом точно не факт) смесь успеет заполнить весь рабочий объём.

Принято считать, что КПД современных бензиновых ДВС около 30%. Однако еще в 1997 году, во время испытаний серийного электромобиля от GM EV1, было подсчитано, что на 100 км пути он потратил электроэнергии, количество которой содержится в 1 литре бензина. Такое вполне возможно, если предположить, что КПД бензинового ДВС около 7%.

В общем-то вернёмся к Ниве и её двигателю объемом 1.7 литра. В определённый момент на автомобиле товарища подошло время делать капитальный ремонт, который было решено совместить с небольшой доработкой. Собственно, доработка заключается в увеличении степени сжатия, а как следствие в увеличении КПД двигателя.

По неофициальным данным – увеличение степени сжатия в диапазоне от 8 до 10 позволяет получить прибавку КПД до 10%, а вот с 10 до 14 уже на 7%, с 14 до 17 уже +1%.

Чтобы увеличить степень сжатия, было решено пойти про протоптанной многими дороге – фрезеровать поверхность ГБЦ (сняли 1.7 мм), заменить родную прокладку на более тонкую (еще -0.7 мм), 0.5 мм сняли с блока. Чтобы выставить распредвал по меткам была куплена разрезная шестерня, а также доработан натяжитель цепи (наварен небольшой удлинитель).

По предварительным расчётам, с учётом расточки цилиндров в ремонтный размер, геометрическая степень сжатия должна выйти около 11.5 единиц.

Двигатель инжекторный с ЭБУ Январь 5.1, ранее владелец его уже настраивал онлайн, но большого эффекта это не дало. После переделки двигателя, вновь отправились на прошивку в реальном времени. Мастер перенастроил углы опережения зажигания, немного изменил настройки по смеси, так как увеличение степени сжатия позволяет ездить на более бедной смеси без потерь в тяге и с более поздними углами зажигания.

Что по бензину? После сборки, на 92 была ощутимая детонация, чтобы не угробить двигатель во время поездки до электрика решили залить 98, на нем проблем не было. После прошивки под новые характеристики получилось сделать так, что можно ездить и на 92, но на 95 ощутимо экономичнее и тяга очень приятная.

Источник

Что такое компрессия и степень сжатия двигателя

Автомобилисты могут впадать в заблуждение, что у этих двух понятий есть общие моменты, но не стоит думать, что это так. Сегодня мы расскажем вам чем же отличаются данные процессы.

Что же такое компрессия применительно к двигателю? Итак, компрессией называется наивысшая степень давления, которое возникает в цилиндре в конце механизма сжатия. В основном данная сила измеряется в количестве атмосфер. Величина необходимого давления внутри цилиндров зависит в первую очередь от объёма двигателя.

Предпосылки низкого давления

Давление, как непостоянная величина, очень сильно зависит от того, на какой стадии износа находится двигатель. Чем более изношен мотор, тем более низким будет давление в цилиндрах. Вот три основные причины понижения давления вследствие износа:

Поршневая система сильно изношена. Это характеризуется появлением на её элементах микроцарапин и выбоин. Одной из причин является использование горючего ненадлежащего качества, когда частицы осадка, оставшегося от сгорания топлива, вредят стенкам цилиндра и поршню

Уплотнительные кольца может заклинить. Происходит это по всё той же причине: плохому качеству топлива. От нагара уплотнительные кольца и пазы поршня склеиваются между собой, что приводит к отсутствию нужной степени разжимания во время нагрева, что в свою очередь ведёт к снижению давления

Поршневая система, как и любая другая система автомобиля, с течением времени изнашивается. В процессе износа от конструкции отделяются небольшие металлические частицы. Следствием служит потеря давления, а так же иные проблемы с двигателем.

Как увеличить компрессию?

В первую очередь необходимо понять истинную причину уменьшения давления. Итак, если износилась поршневая система автомобиля, что соответственно, характеризуется уменьшением плотности прилегания деталей между собой, то способ решения этой проблемы — покупка нужной присадки для наращивания недостающей толщины металла. Что в свою очередь повысит компрессию. Применяйте этот метод, когда вы абсолютно уверены, что проблема в этом. Вы так же можете узнать точно о должной степени компрессии для вашего двигателя в технических характеристиках автомобиля.

Если же причина в заклинивании поршневых колец, то последовательность ваших действий может быть следующей: выкрутите свечи, залейте в отверстия по сто грамм масла и оставьте машину примерно на час. Масло способно размягчить нагар, который выведется в процессе последующей эксплуатации автомобиля. Если после всех этих действий вы не увидели каких-либо перемен к лучшему, то отправляйтесь в ближайший СТО для профессиональной диагностики.

Степень сжатия

Мы выяснили, что компрессией называется максима давления внутри цилиндров, и остаётся только дать определение сжатию. Так вот, степень сжатия — это соотношение между объёмом всего цилиндра и объёмом камеры сгорания. Степень сжатия является постоянной величиной, которая является уникальной для каждой марки автомобиля. Нет резона брать в сравнение компрессию и степень сжатия, поскольку у последней нет даже единиц измерения.

Если вы знаете, какую степень сжатия имеет двигатель, то можете без труда вычислить компрессию. Просто умножьте цифру степени сжатия на 1,4 атмосферы. Для определения степени сжатия проделайте следующее:

Проведите измерение рабочего объёма цилиндра. Это можно сделать разделив его общий литраж на количество цилиндров

Измерьте размеры камеры сгорания. При этом поршню необходимо быть в верхнем положении. Далее вы можете применить шприц с машинным маслом. Зафиксируйте, сколько масла было вылито, и получите нужные данные

Поделите два полученных выше результата между собой, чтобы вычислить степень сжатия

Вывод из всего вышеизложенного будет однозначным: компрессия не равнозначна степени сжатия и сравнивать эти параметры не имеет смысла.

Зачем используется ПСС

Опытным автомобилистам наверняка знакомо понятие степени сжатия в двигателе. Но стоит уточнить, что это отношение объёма над рабочим поршнем двигателя, который опускается до своей нижней мёртвой точки, к объёму, когда этот поршень достигает уже верхней мёртвой точки.

Для бензиновых силовых установок стандартный показатель степени сжатия составляет от 8 до 14 единиц, а в случае с дизельными ДВС он увеличен до 18-23. Для каждого двигателя значение степени сжатия выступает как фиксированная величина, которую закладывают ещё на этапе создания и разработки мотора. В зависимости от того, какая степень сжатия характерна для того или иного силового агрегата, к двигателю будут предъявляться соответствующие требования по октановому или цетановому числу используемого топлива для бензиновых и дизельных двигателей соответственно. Дополнительно разработчики учитывают фактор наличия или отсутствия в моторе системы турбонаддува. То есть турбированный движок или просто атмосферный.

Если говорить простым языком, то степень сжатия определяет силу сжимания смеси топливо и воздуха в цилиндрах силового агрегата

И тут важно понимать, что при сильном сжатии топливовоздушная смесь способна лучше воспламеняться и полностью выгорать. Увеличивая этот параметр, коэффициент полезного действия ДВС будет расти, улучшится отдача движка, снизится расход топлива

Но у такого эффекта есть и обратная сторона. Она связана с возможным эффектом детонации. При нормальных условиях топливовоздушная смесь, сжимающаяся в цилиндрах, при воспламенении должна не взрываться, а именно гореть. Параллельно процесс воспламенения должен начинать и заканчиваться строго в определённые моменты времени.

Топливо обладает особой характеристикой, которая называется детонационной устойчивостью. То есть это способность горючего сопротивляться эффекту детонации. Если степень сжатия чрезмерно повысить, бензин или дизель может сдетонировать, то есть взорваться, что происходит в условиях определённых режимов работы ДВС.

Результатом детонации становятся неконтролируемые процессы, при которых топливо в цилиндрах будет сгорать путём взрывов. Это приводит к ускоренному износу компонентов двигателя, создают ударных волн, существенному увеличению температуры ДВС со всеми вытекающими последствиями. В связи с этим создавать для мотора условия, при которых степень сжатия постоянно будет высокой, нельзя.

Единственным объективно эффективным решением сложившейся ситуации становится гибкое изменение параметров в зависимости от конкретного режима работы силовой установки. То есть изменение степени сжатия в тех или иных условиях. Это даёт реальную возможность повысить эффективность мотора, улучшить качество сжигания топливовоздушной смеси, повысить показатели экономичности и добиться лучшей эффективности. А поскольку повышение параметров сжатия происходит кратковременно и только в заданных режимах работы двигателя, никаких разрушительных последствий не наблюдается.

Преимущества моторов с изменяемой степенью сжатия выглядят очевидными. Но на практике создать подобный мотор было крайне сложно. Некоторым автокомпаниям в итоге это удалось. В их числе стоит отметить таких производителей как Infiniti, Peugeot, Saab, Volkswagen и пр.

Дефорсирование ДВС: для чего нужно и как осуществить

Иногда бывает необходимо уменьшить показатель сжатия. В этом случае устанавливается дополнительная металлическая прокладка ГБЦ. Можно использовать две прокладки вместо одной, тем самым утолщая промежуток — объём камеры растёт за счёт высоты головки блока. Более сложный способ подразумевает укорочение поршня — удаление верхнего слоя на токарном станке.

Дефорсирование двигателя, как правило, процедура
вынужденная. В том числе это делается для снижения налоговых выплат или в целях
увеличения ресурса агрегата. Как известно, моторы с низкой степенью сжатия дольше
работают, меньше подвержены износу. Однако любой такой процесс усложняется
законом, чтобы недобросовестные владельцы искусственно не занижали технические
данные.

Что касается снижения показателя сжатия на
турбированных моторах, то здесь потребуется модернизация системы электрики с
датчиками, всей поршневой группы и форсунок, если это дизельный агрегат.

Октановое число и высокая компрессия

Еще один вопрос, который беспокоит читателей, как сопоставимы между собой октановое число и степень сжимания горючей смеси в цилиндрах? Все просто: заправлять нужно тот бензин, который рекомендован производителем. Существуют нюансы у двигателей-атмосферников:

степень сжатия 12 и более — бензин АИ-98;
сжатие 10–12 — ОЧ должно быть не ниже АИ-95;
меньше или равно 10 — АИ-92;
для турбированных двигателей — АИ-95 или выше.

О том, можно ли смешивать 92 и 95 бензин, а самое главное чем это обернется, читайте тут.

Чтобы приблизительно посчитать компрессию, следует умножить степень сжатия на коэффициент 1,4. Чем опасно заправляться топливом с октановым числом меньше нормативного? Возрастают детонационные нагрузки, которые укорачивают эксплуатационный ресурс мотора. Топливо не до конца сгорает, повышается расход, и о какой-либо экономии уже речь не идет.

Если же ОЧ будет выше рекомендованного производителем двигателя, то это обеспечит более длительное прогорание бензина с большим выделением тепла. Получится, что скорость его горения меньше расчетной величины. Во время выпускного такта вместе с отработанными газами будет выбрасываться не до конца прогоревшая рабочая смесь. Это приводит к перегреву ряда деталей мотора и выпускной системы, а также увеличенному расходованию масла. Если же в нем отсутствует оборудование для автоматической корректировки угла зажигания, то высокооктановое горючее загрязнит свечи. Произойдет падение мощности из-за более позднего зажигания. Одним словом, силовой агрегат во всех этих случаях будет ускоренно изнашиваться.

Просмотры:2843

1Нравится

Почему для двигателей так важна степень сжатия, и на что она влияет.

Вы наверняка слышали термин «степень сжатия» в двигателях внутреннего сгорания. Но вы когда-нибудь задумывались, что он означает? Итак, пришло время точно объяснить, что же такое коэффициент сжатия (степень) в двигателях автомобиля и почему сегодня все автопроизводители одержимы этим показателем, как будто этот параметр представляет собой Святой Грааль для будущих продаж автоновинок.

Сразу хотим отметить, что разобраться в том, что такое степень сжатия двигателя, не так просто, как кажется на первый взгляд

Вы наверняка заметили в различных рекламных проспектах и каталогах, а также в описании на сайтах автопроизводителей, что автобренды пытаются привлечь наше внимание такой характеристикой, как степень сжатия двигателей. Особенно стараются нам рассказать о степени сжатия менеджеры автосалонов

Мы обычно делаем вид, что понимаем, о чем идет речь, пропуская мимо ушей эту информацию. И причина такого поведения в том, что многие автолюбители просто не представляют, что такое степень сжатия двигателей, равно как и на что она влияет. Но тем не менее мы считаем, что все автолюбители должны знать, что же это за показатель двигателей внутреннего сгорания, о котором недавно вспомнили многие автопроизводители.

Мы знаем, что высокое сжатие двигателя – это хорошо, а низкое – плохо. Мы также знаем, что новый мотор Mazda Skyactiv-X имеет высокую степень сжатия. Не отстает от Mazda и Toyota со своими моторами «Dynamic Force», которые имеют высокую степень сжатия. Эти компании рекламируют новые двигатели с большим коэффициентом сжатия, заявляя, что они не только стали мощнее, но и получили большую экономичность. Но при чем здесь высокая степень сжатия и увеличение мощности с уменьшением расхода топлива? Сейчас объясним.

Двигатель Toyota «Dynamic Force»

Мы живем в эпоху, когда инженеры не могут просто дать двигателю больше энергии за счет укрупнения, как, например, это было раньше, когда автопроизводители на многие свои автоновинки устанавливали моторы с увеличенным объемом. К тому же это приводило к неминуемому увеличению расхода топлива и росту уровня вредных выбросов в выхлопе автомобиля. Сегодня в связи с дороговизной топлива по всему миру и сложной экологической обстановкой подобный способ увеличения мощности мотора не подходит. Особенно если учитывать жесткие экологические нормы, предъявляемые автопроизводителям рядом развитых западных стран.

В итоге автопроизводители стали улучшать эффективность нынешних моторов за счет применения турбин и увеличения степени сжатия современных двигателей.

Что такое степень сжатия двигателя

Есть распространенное заблуждение, что степень сжатия — едва ли не самый главный параметр любого автомобильного двигателя. На самом деле, это не совсем так. Степень сжатия двигателя влияет на топливо, которое лучше использовать для мотора. Также от степени сжатия зависят параметры воспламенения. Если на автомобиле используется искровое зажигание (бензиновый двигатель), степень сжатия специалисты стремятся повысить, а если сгорание в цилиндрах происходит от сжатия (дизельный двигатель), то, наоборот, снизить.

Рассмотрим пример. Допустим, у нас бензиновый двигатель с объемом в 2,4 литра. Если в таком моторе степень сжатия равна 6 единицам, то мощность такого двигателя составит около 100 лошадиных сил. При этом, если оставить тот же мотор, но повысить степень сжатия в дважды — до 12 единиц, то мощность составит около 135-140 лошадиных сил. При этом в обоих рассмотренных случаях расход бензина будет одинаковый. Если сжатие выше, то ниже температура выхлопных газов, соответственно, больше высвободившейся энергии может быть преобразовано в механическую работу.

Если углубиться в физику процесса, можно вспомнить, что чем выше уровень расширения газов после произошедшего воспламенения, тем ниже температура этих газов. Соответственно, больше механической энергии в результате взрыва высвобождается. Поскольку в автомобильных двигателях степень сжатия и степень расширения газов в процессе взрыва практически идентичны (поскольку взрыв происходит в замкнутом цилиндре), отсюда следует, что с повышением степени сжатия удается повысить эффективность работы двигателя.

Само собой, повышать степень сжатия можно не до бесконечности — есть определенная граница. В зависимости от того, насколько высока температура и давление смеси в момент создания искры, определяется риск возникновения детонации. Если не просчитывать данный фактор, могут создаться серьезные проблемы в работе двигателя.

Обратите внимание: Чтобы нивелировать проблему с возникновением детонации в ходе повышения температуры, производители автомобилей ввели в двигателях пятый цикл. Смысл его в том, что закрытие впускных клапанов происходит позже, чем ранее

Соответственно, это позволяет лучше использовать топливо в цилиндрах, что снижает степень сжатия, но увеличивает уровень расширения. Такая схема используется на современных автомобильных моторах.

Если ознакомиться с технической информацией по автомобилю, можно заметить, что степень сжатия фигурирует в документации в качестве одного из параметров. Данная степень сжатия является постоянной для двигателя, и изменить заложенные производителем значения практически невозможно.

Степень сжатия можно измерить самостоятельно. Чтобы это сделать, необходимо поделить общий объём двигателя на число цилиндров. В результате данных вычислений удастся узнать полный объем одного цилиндра. Далее потребуется один из поршней мотора перевести в верхнюю мертвую точку и залить в данный цилиндр масло, отмерив его объем. Полученный объем — это объем камеры сгорания. Далее остается разделить общий объём цилиндра на объем камеры сгорания и узнать степень сжатия двигателя.

Как определяется степень сжатия, и что это такое?

Степень сжатия – это показатель, при котором устанавливается, какой максимальный объем цилиндра двигателя может быть сжат в минимальный объем цилиндра. Этот показатель степени сжатия определяется как соотношение.

Например, обычно степень сжатия записывают вот таким образом: 9:1 (коэффициент сжатия двигателя «девять к одному»).

Теперь представьте цилиндр двигателя. Внутри цилиндра двигателя, как вы знаете, перемещается поршень: вверх и вниз. Когда поршень находится в самой нижней точке цилиндра двигателя, это называется «нижней мертвой точкой». Именно в этом положении поршня сверху него находится наибольший объем цилиндра. Когда поршень находится в самой высокой точке внутри цилиндра двигателя, это положение поршня называется «верхней мертвой точкой». В этом положении объем цилиндра находится в наименьшем значении. Вот сравнение этих двух объемов цилиндров над поршнями двигателя и образует соотношение степени сжатия

Обратите внимание, что когда поршень находится в верхней мертвой точке, все-таки над ним есть объемное пространство, где и происходит сжатие топливно-воздушной смеси

Для тех, кто любит больше смотреть, чем читать, внизу мы публикуем GIF-картинку, на которой демонстрируется, как работает четырехтактный двигатель

Обратите внимание, как поршень движется вверх во время такта сжатия топливной смести (топливо + кислород), которая подается клапанами головки блока двигателя. Напомним, что воздух и топливо, поступаемые в цилиндр двигателя, сжимаются поршнем, чтобы затем воспламенить эту смесь с помощью свечи зажигания (в бензиновых моторах) или за счет сильного сжатия (в дизельных моторах).

Если двигатель имеет высокую степень сжатия, это означает, что заданный объем воздуха и топлива в цилиндре сжимается в гораздо меньшем пространстве, чем в двигателях с небольшой степенью сжатия.

А теперь математический пример соотношения степени сжатия в ДВС.

Предположим, что у нас есть двигатель, объем цилиндра и камер сгорания которого в момент нахождения поршня в нижней мертвой точке составляет 10 куб. см. После того как впускной клапан головки блока двигателя закрывается и поршень поднимается вверх, начав такт сжатия, он сжимает воздух и топливную смесь в пространство 1 куб. см. Этот двигатель имеет коэффициент сжатия (степень) 10:1.

Также часто производители любят вычислять итоговую степень сжатия, деля большее значение объема цилиндра над поршнем на меньший объем цилиндра. В итоге во многих технических характеристиках автомобилей вместо соотношения производители указывают результат деления этих значений.

Таким образом вычисляется, во сколько раз сжимается топливно-воздушная смесь при движении из нижней мертвой точки поршня в верхнюю мертвую точку. Разделив большее значение на меньшее, мы и получим итоговое значение степени сжатия без соотношения большего объема к меньшему.

Принцип работы

В дизельных моторах в процессе сжатия, то есть когда происходит движение поршня к ВМТ, происходит очень быстрое сокращение объёма цилиндра. В итоге в камере сгорания располагается только воздушная масса, именно она сжимается, такой процесс носит название такт сжатия. Когда к ВМТ подходит поршень, сжатие воздуха происходит на необходимую степень, происходит подача топлива в камеру сгорания под высоким давлением.

Топливо-воздушная смесь при образованном высоком давлении мгновенно воспламеняется и создает повышенное давление в камере, поршень в такой момент как раз проходит ВМТ. Одним из преимуществ дизеля является то, что смесь возгорается только от давления, нет необходимости в сложной и высокоточной системе зажигания

Но роз без шипов не бывает — обратной стороной повышенного давления является особое внимание к герметизации соединений и наличие топливного насоса высокого давления (ТНВД), штуки прецизионной и очень капризной. В процессе сгорания смеси образуется сильное давление, которое начинает давить на поршень и вести его к НМТ

При помощи шатуна все поршневые движения преобразуются во вращение коленчатого вала.

Процесс образования давления при возгорании смеси, которое заставляет передвигаться поршень к НМТ, носит название рабочий ход. Степень сжатия играет особую роль в такте сжатия. Чем больше степень, тем быстрее и легче воспламеняется смесь, которая полностью сгорает и образует требуемое давление.

Если степень сжатия дизельного двигателя имеет высокий показатель, то она будет создавать высокую мощность при низком заборе топлива. Но у них степень сжатия способна варьироваться в оптимальном диапазоне, который нарушать не стоит, и это не просто так:

Если образовалась степень сжатия ниже допустимого диапазона, то значительно понижается мощность показателя, а объем потребляемого топлива начнет расти;
Если образовалась степень сжатия выше необходимого диапазона, то образуется сильная нагрузка на цилиндры и поршни, в результате они быстро изнашиваются.
Если произошло сильное увеличение степени сжатия, поршень начинает прогорать, а шатун изгибаться.

Зафиксированы случаи, когда при сильном повышении сжатия происходил взрыв всей системы без возможности ее восстановления.

Просто было на бумаге…

Идея создания ДВС с изменяемой степенью сжатия овладела умами моторостроителей не вчера. Можно сказать, что в последнее время она лишь переживает свое второе рождение. Первое случилось еще на заре XX века, так что идея изменения неизменного ненамного моложе самих двигателей внутреннего сгорания. Примерно к середине прошлого столетия уже были разработаны и запатентованы (в виде схем или конструкций) практически все известные на сегодня способы, позволяющие варьировать степень сжатия в ДВС. Некоторые из предложенных решений в силу разных причин так и остались на бумаге, некоторые были воплощены в железе. Часть из созданных VCR-двигателей была доведена до уровня экспериментальной отработки, и лишь единицы выпускались мелкими сериями и устанавливались на автомобили. Существуют и такие «воплощения», которые уже почти сто лет применяются и будут применяться в ДВС, но не для транспортных целей. Подробнее об этом будет рассказано далее. Вначале посмотрим, в каких направлениях развивалась идея изменения неизменного.

Принципиально определить эти направления несложно. Для этого нужно припомнить, что геометрическая степень сжатия – это отношение максимального и минимального объема цилиндра, когда поршень находится в НМТ и ВМТ соответственно (см. шпаргалку 1). Из приведенного выражения для ε видно, что воздействовать на степень сжатия можно путем изменения объема камеры сжатия (Vc), рабочего объема двигателя (Vh) или обоих параметров одновременно. Причем при постоянном рабочем объеме варьировать степень сжатия можно только за счет объема камеры сжатия. Анализ конструктивной схемы традиционного ДВС с кривошипно-шатунным механизмом (КШМ) дает основные способы воздействия на высоту камеры сжатия (hc):

изменение остова двигателя (расстояния от оси вращения коленвала до свода камеры сжатия);
изменение высоты поршня;
изменение длины шатуна;
изменение радиуса кривошипа.

Важно отметить, что в последнем случае – при изменении радиуса кривошипа – вместе со степенью сжатия будет меняться и рабочий объем двигателя (величина хода поршня). Возможность одновременного воздействия на оба геометрических параметра ДВС весьма заманчива

Особенно если они будут подчиняться обратной зависимости – с увеличением степени сжатия рабочий объем будет уменьшаться, и наоборот. Это позволит, например, уменьшить литраж двигателя на режимах пуска и частичных нагрузок и при этом работать с высоким индикаторным и механическим КПД за счет большой ε и сокращения насосных потерь. С повышением нагрузки и ростом давления наддува двигатель будет «разжиматься» и одновременно «увеличиваться» в размерах. Так можно будет получить и высокую номинальную мощность, и максимальную топливную экономичность в каждой точке нагрузочной характеристики мотора.

Уменьшать или увеличивать объем камеры сжатия можно не только путем изменения ее высоты. Учтем прочие способы воздействия на величину Vc отдельным, пятым пунктом. Получившийся перечень также не будет полным без еще одного, шестого пункта. Дело в том, что приведенные выше соображения касались двигателей, в которых поступательное движение поршня преобразуется во вращение коленвала с помощью КШМ. В технике известно множество других преобразующих механизмов, в том числе и таких, которые позволяют управлять движением поршней и воздействовать на степень сжатия и рабочий объем. Их использование в конструкции VCR-двигателей также может быть весьма перспективным.

За почти вековой период, прошедший с момента зарождения идеи, инженеры-изобретатели не оставили без внимания ни одно из указанных направлений. Отметим некоторые из достигнутых ими результатов.