Что такое степень сжатия

Что такое степень сжатия и чем она отличается от компрессии

Иллюстрация степени сжатия 10:1

Иллюстрация степени сжатия 10:1

Каждый двигатель внутреннего сгорания функционирует за счет того, что в его цилиндрах при сжигании топливной смеси образуются газы, которые приводят в движение поршни, а они, в свою очередь — коленчатый вал. Таким образом, происходит преобразование энергии горения в энергию механическую, возникает крутящий момент, благодаря чему автомобиль движется.

Сгорание топливной смеси происходит в цилиндрах, причем перед воспламенением поршни сжимают ее до определенного объема. Именно отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания и называется степенью сжатия ДВС. Эта величина не имеет размерности и выражается простым соотношением. Для большинства современных бензиновых двигателей внутреннего сгорания она составляет от 8:1 до 12:1, а для дизельных моторов — от 11:1 до 14:1.

Под компрессией понимается максимальное значение давления, которое возникает в камере сгорания в самом конце такта сжатия топливной смеси. Таким образом, эта величина является не относительной, а абсолютной величиной. Для ее измерения используются такие единицы, как атмосферы, кг/см2, а также килопаскали или бары. Компрессия тесно связана со степенью сжатия, однако совсем не идентична ей. На ее значение оказывает влияние не только объем, до которого сжимается топливная смесь перед воспламенением, но и такие факторы, как ее состав, текущая температура двигателя, наличие зазоров в приводах клапанов и некоторые другие.

Форсирование двигателя путем увеличения степени сжатия

Чем выше степень, тем горячее воздух в конце такта сжатия и тем выше КПД двигателя. Но повышение одного параметра не гарантирует линейное возрастание второго. Наибольший прирост мощности ощущается при повышении степени до 10-11 единиц.

К примеру, увеличив степень сжатия стандартного ВАЗовского мотора с 9.8 до 11, мы в теории получаем прирост термического КПД на 4%. Тест на стенде при этом покажет куда более скромное значение – 2,5%. Повысив степень сжатия того же мотора еще на единицу, мы получим фактическую прибавку в 4.5%. Моментная характеристика возрастет главным образом на низких и средних оборотах. Дальнейшее увеличение степени сжатия без перехода на высокооктановое спортивное топливо и вовсе не даст результат.

Причина такого явления —  в детонации, которая возникает в случае слишком высокого пикового давления в камере сгорания. При контакте с разогретым воздухом в таком случае смесь самовоспламеняется еще до момента подачи искры. При этом фронт пламени распространяется со скоростью более 2000 м/с, тогда как значение при нормальном сгорании не превышает 250-300 м/с.

Ударная волна такой силы оказывает разрушительное давление на цилиндры, стенки камеры сгорания, поршни. Также значительно повышается температура выхлопных газов, что приводит к прогоранию днища поршня, клапанов.

Поэтому тюнинг со сжатием следует проводить после точного математического расчета и с прицелом на октановое число бензина.

Причины падения компрессии

Если значения, полученные в результате проведения измерений, оказались ниже нормы, необходимо восстановить требуемое давление в цилиндрах. В противном случае проблема усугубиться, эксплуатация транспортного средства будет невозможной. 

Двигатель перестанет запускаться, его обороты во время работы начнут «прыгать», появятся посторонние шумы. Заметно снизится мощность силовой установки, возрастет расход топлива, повысится содержание в выхлопных газах вредных примесей. Кстати,  один из основных признаков низкой компрессии – это синий дым из выхлопной трубы, появляющийся в момент запуска двигателя. 

К наиболее распространенным причинам падения компрессии относят:

  •  Перегоревший поршень, клапан или прокладка на блоке цилиндра.
  •  Детали цилиндра заметно износились и требуют замены. 
  •  Разрушилось седло клапана. 

Первое, что надо сделать при обнаружении любого из описанных выше признаков – немедленно заехать на СТО, выполнить замеры и диагностику. Если предварительный «диагноз» подтвердился, необходимо заменить неисправные комплектующие и измерить компрессию повторно. 

Как восстановить компрессию

 	Если компрессия низкая, чаще всего причина кроет

Если компрессия низкая, чаще всего причина кроется в потере герметичности, и в такой ситуации важно определить, где произошла утечка. Для этого в цилиндр, на который пали подозрения, вливают около 50 мл. масла и повторно проводят измерения. Если данные остались прежними, значит, воздух выходит выше, возможно, в камере сгорания. Если же результат иной, причина неисправности кроется в залегших поршневых кольцах. 

При заметных различиях между имеющейся величиной и той, которая является нормой для конкретного мотора, не обойтись без капитального ремонта. При небольшой разнице компрессию повышают специальными присадками. Если они помогли – отлично, если нет, придется доверить автомобиль опытным мотористам. 

Примечательно, что многое зависит от того, упало ли давление в одном или во всех цилиндрах сразу. В первом случае можно обойтись без ремонта, а всего лишь очистить от налета камеру сгорания. Когда компрессия у пала во всех цилиндрах, машине прямая дорога на СТО.

Форсирование двигателя

Чтобы снимать больше мощности или получить возможность ездить на более дешевых сортах топлива, ДВС можно форсировать путем изменения объема камеры сгорания.

Для получения дополнительной мощности двигатель следует форсировать, увеличивая степень сжатия.

Важно: заметный прирост по мощности будет лишь на том двигателе, который штатно работает с более низкой степенью сжатия. Так, например, если ДВС с показателем 9:1 тюнингован до 10:1, он выдаст больше дополнительных «лошадей», чем двигатель со стоковым параметром 12:1, форсированный до 13:1.

Возможные следующие методы, как увеличить степень сжатия двигателя:

  • установка тонкой прокладки ГБЦ и доработка головки блока;
  • расточка цилиндров.

Под доработкой ГБЦ подразумевают фрезеровку ее нижней части, соприкасающейся с самим блоком. ГБЦ становится короче, благодаря чему уменьшается объем камеры сгорания и растет степень сжатия. То же происходит и при монтаже более тонкой прокладки.

Важно: эти манипуляции могут также потребовать установки новых поршней с увеличенными клапанными выемками, поскольку в ряде случаев возникает риск встречи поршня и клапанов. В обязательном порядке настраиваются заново фазы газораспределения.

Расточка БЦ также ведет к установке новых поршней под соответствующий диаметр. В результате растет рабочий объем и становится больше степень сжатия.

На что влияет данный показатель

Данный показатель напрямую влияет на количество работы, которое придется произвести двигателю автомобиля. Чем выше степень, тем больше энергии будет выделяться при сжигании топливной смеси. В конечном итоге, такой агрегат будет выдавать больше мощности, измеряемой в лошадиных силах. По этой причине большинство автопроизводителей в конце прошлого века пытались поднять отдачу своих двигателей за счет увеличения СЖ. При этом, расширить объем камер сгорания либо цилиндров им не приходило в голову. Стоит отметить, что форсирование агрегатов подобным способом действительно приводит к серьезному увеличению «лошадности». При этом мотор не потребляет больше топлива. Таким образом, двигателя становятся не только мощными, но и экономичными.

Однако у подобной форсировки есть ограничения. В п

Однако у подобной форсировки есть ограничения. В первую очередь необходимо помнить, что, если сжать смесь до определенной величины, то она просто может детонировать. Т.е произойдет ее самопроизвольный взрыв. Отметим, что подобный процесс возможен исключительно в бензиновых ДВС. В дизелях взрыв не происходит по причине того, что они в среднем имеют более высокую степень сжатия. Для того, чтобы повысить значение давления детонации, необходимо повысить октановое число горючего, например, залить в автомобиль бензин АИ-98, который стоит в разы дороже. При этом, ряд автолюбителей начинают использовать различные химические добавки. Последние ни только не оказывают долгосрочного влияния, но и ухудшают экологические параметры мотора. Отдельно стоит отметить, что заливка горючего с более высоким октановым числом также не самый действенный метод увеличения детонации, так как данная характеристика никак не влияет на теплотворную способность топлива.

Математический расчет

Степень сжатия двигателя внутреннего сгорания равняется объему камеры сгорания к рабочему объему цилиндра и рассчитывается по формуле (V + C)/C = CR, где

  • V — объем цилиндра, когда поршень находится в нижней мертвой точке (НМТ). Для расчета необходимо сумму объемов всех цилиндров (указывается в технической характеристике ДВС) разделить на количество котлов;
  • С — объем камеры сгорания, когда поршень в верхней мертвой точке (ВМТ). Включает в себя объем полости ГБЦ, прокладки ГБЦ и выемок в цилиндре. Если поршень имеет выпуклость, ее объем отнимается от общего объема камеры сгорания.

Вычислить степень сжатия математически довольно непросто из-за сложной геометрической формы камеры сгорания. Поэтому на практике применяются 2 основные методы вычисления.

Что такое степень сжатия?

Степень сжатия – геометрическая величина, который не имеет единицы измерения. Определить ее можно параметрами самого двигателя, так как этот параметр равен отношению полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Изменить степень сжатия можно только посредством вмешательства в конструкцию двигателя.

 Этот параметр поменяется, если, например, изменит

Этот параметр поменяется, если, например, изменить толщину прокладки ГБЦ, разными способами форсирования или дефорсирования мотора, которые поменяют саму геометрию мотора. Степень сжатия напрямую зависит от стойкости к детонации того горючего, которое используется для заправки этой машины. Данный параметр можно найти в инструкции по использованию машины, в разделе ТТХ.

Как связаны степень сжатия и компрессия

Так как СЖ величина абсолютная, то ее можно рассчитать математически. На практике этот показатель отображается в виде коэффициента. При этом компрессию в силовом агрегате измеряют только практическим путем. Она зависит от ряда факторов:

  • мощности стартера;
  • герметичности цилиндро-поршневой группы;
  • заряда аккумулятора;
  • качество контактов, которые влияют на количество оборотов стартера;
  • герметичности клапана.

Значения компрессии в бензиновом и дизельном двигателях

 	Говоря о том, какая компрессия должна быть в дви

Говоря о том, какая компрессия должна быть в двигателе, важно отметить, что это значение зависит от того, о каком именно моторе идет речь. Компрессия дизельного двигателя может варьироваться в пределах от 14 до 18 единиц, и это будет нормой, тогда как компрессия бензинового двигателя колеблется от 8 до 12.

А вот если говорить о степени сжатия, то на дизельных агрегатах она не может опускаться ниже 20:1, в случае с бензиновыми моторами нормой считается показатель в диапазоне 10:1 – 13:1. 

Влияние на компрессию оказывает множество факторов, в частности, герметичность соединения цилиндров и поршней, цилиндров и дроссельной заслонки, цилиндров и клапанов. Начинающих автолюбителей волнует вопрос о том, зачем выполнять проверку компрессии двигателя.

Ответ на него прост: это косвенный признак неисправности силовой установки, который может указывать на наличие серьезных проблем ее в работе. Если упустить момент, возможны серьезные последствия, вплоть до необходимости капитального ремонта ДВС. Измеряется компрессия специальными приборами – компрессометрами.

Основные методы увеличения

  1. Уменьшение толщины ГБЦ, БЦ. С привалочной плоскости головки и блока методом фрезеровки либо шлифовки снимается слой металла и уменьшается объем камеры сгорания.
  2. Установка поршней с выпуклостями. Цель, как и в предыдущем методе – уменьшение объема камеры сгорания.
  3. Увеличение хода поршня за счет установки другого коленчатого вала, шатунов.

Плюсы и минусы большой степени сжатия

С ростом степени сжатия повышается давление газов на поршень, а значит, в конечном счете растет мощность и повышается КПД двигателя. Более полноценное сгорание смеси приводит к улучшению экологических показателей и способствует более экономному расходованию горючего.

Однако возможности повышения степени сжатия ограничены риском возникновения детонации. В этом процессе воздушно-топливная смесь не сгорает, а взрывается. Полезная работа не совершается, зато поршни, цилиндры и детали кривошипно-шатунного механизма испытывают серьезные ударные воздействия, приводящие к их быстрому износу. Высокая температура при детонации способна вызвать прогорание клапанов и рабочей поверхности поршней. До определенного предела справиться с детонацией помогает бензин с более высоким октановым числом.

В дизельном моторе детонация тоже возможна, но там она вызывается неверной регулировкой впрыска, нагаром на внутренней поверхности цилиндров и другими причинами, не связанными с повышенной степенью сжатия.

Цикл МиллераАткинсона

Большую известность цикл Миллера-Аткинсона получил благодаря рекламным брошюрам компании Mazda. Маркетологи гордо заявляют, что инженерам удалось поднять степень сжатия двигателей модели Skyactive до 14 единиц. На самом деле речь идет о геометрической степени сжатия, а не о фактической.

Трюк заключается в том, что во время поднятия поршня на такте сжатия выпускные клапаны еще долгое время открытые, из-за чего часть свежего воздушного заряда выталкивается в выхлопной тракт. Поэтому фактическая степень близка к стандартным для бензиновых моторов 12 единицам. Увеличение термического КПД при этом достигается за счет более эффективного использования энергии расширяющихся газов на такте рабочего хода. За счет большего хода (увеличен диаметр кривошипа) газы дольше давят на поршень. Поэтому при сгорании одной и той же доли топлива, в сравнении с обычным циклом Отто, на коленчатый вал передается больший крутящий момент. Технология позволяет в режимах малых и средних нагрузок значительно уменьшить расход топлива и количество вредных выбросов.

Как измерить компрессию

Выше мы говорили о том, какая компрессия двигателя считается нормальной. Сейчас приведем несколько советов относительно самостоятельного выполнения соответствующих замеров. 

 	Напомним, что профессиональные мотористы измеряю

Напомним, что профессиональные мотористы измеряют данную величину с помощью специального прибора – компрессометра, который легко найти в свободной продаже. Итак, «вооружившись» упомянутым прибором, который фактически представляет собой обычный манометр с обратным клапаном, делаем следующее:

 проверяем заряд АКБ, ведь пока осуществляются замеры, мотор работает на аккумуляторе.  Заблаговременно прогреваем двигатель, чтобы он достиг рабочей температуры (только так можно получить максимально точный результат).

Собственно процесс измерения состоит из таких этапов:

  •  Снятие проводов со всех свечей.
  •  Выкручивание свечи на каждом из цилиндров.
  •  Вытаскивание бензонасоса, если он электрический. (В случаях с обычным бензонасосом с него необходимо снять шланг, который подает топливо).
  •  Отключение электропровода с форсунок.

Можно начинать измерение. Лучше всего делать это с помощником, ведь один человек должен вращать двигатель, а второй – фиксировать результаты. Чтобы замеры были корректными, компрессометр необходимо подсоединить к тому цилиндру, который проверяется в конкретный момент времени.

Далее педаль акселератора нужно выжать до максимума – это обеспечит полное открытие дроссельной заслонки. Проворачивается ключ зажигания, начинает вращаться стартер. Действовать нужно до тех пор, пока фиксируемые прибором значения не перестанут расти, они и станут реальной компрессией мотора. 

По завершению измерений полученные показатели нужно сравнить с нормой (она указана в инструкции по эксплуатации транспортного средства). Если цифры одинаковы, либо они рознятся несущественно, причина неисправности кроется в чем-то другом.

Существуют ли моторы с изменяемой степенью сжатия

Раньше инженеры автокомпаний при разработке силового агрегата изначально закладывали показатель степени сжатия, и он не менялся вне зависимости от режима работы двигателя. Однако в современных реалиях, когда многие страны ужесточили экотребования, конструкторам приходится искать новые пути увеличения термического КПД. Одно из таких решений – создание мотора с изменяемой степенью сжатия. Было разработано несколько вариантов:

  • использование поршней, высоту которых можно регулировать. Однако итоговая конструкция получилась чересчур громоздкой и стала перекашиваться;
  • установка дополнительной секции в полости ГБЦ. Это позволяет сделать объём камеры больше, однако такая конструкция сложна в производстве;
  • регулировка высоты подъема коленчатого вала. Для регуляции высоты опорных подшипников коленвала используются специальные муфты. Такая технология тестировалась автоконцерном VAG, но в серийное производство так и не пошла;
  • регулировка высоты поднятия ГБЦ. Для этого используется спецмеханизм с электроприводом. Технология была признана ненадежной и конструктивно сложной, что помешало ей выйти в серию;
  • использование траверсного механизма сочленения шатуна с коленчатым валом. Такая разработка успешно используется компанией Инфинити на паркетнике QX50, оснащенном 268-сильным агрегатом;
  • установка шатуна с изменяемой высотой. Регуляция производилась с помощью давления масла. Технология разрабатывалась специалистами из Франции и в серию не вышла.

степень сжатия истепень сжатия истепень сжатия –ес