Степень сжатия двигателя: основные понятия

Зачем степень сжатия нужно изменять

Обычные бензиновые и дизельные двигатели внутреннего сгорания имеют фиксированную степень сжатия – величину, определяющую отношение объёма камеры сгорания над поршнем, находящимся в нижней «мёртвой» точке, к объёму, когда поршень находится в верхней «мёртвой» точке. Для бензиновых движков он варьируется в диапазоне от 8 до 14, а для дизелей – от 18 до 23. В теории, чем выше степень сжатия топливовоздушной смеси, тем лучше – это позволяет получить максимальный КПД и увеличить мощность благодаря чрезвычайной эффективности сжигания топлива.

Правда, есть нюанс: на практике чрезмерное повышение степени сжатия приводит к тому, что топливо в цилиндрах двигателя начинает не сгорать равномерно, а взрываться — детонировать. В результате на больших нагрузках и высоких оборотах движок не просто не выдаёт дополнительную мощность, но и напротив теряет эффективность. Более того, ударные нагрузки на поршень и камеры сгорания приводят к быстрому выходу агрегата из строя.

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.

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.

Практический расчет методом проливки

Суть измерения заключается в поочередном заполнении жидкостью площади над поршнем, когда тот находится в верхней мертвой точке, и стенок камеры сгорания ГБЦ. Для измерения нам необходим кусок оргстекла, в котором будут пропилены отверстия для вкручивания болтов ГБЦ и отверстие для заливки жидкости. Между оргстеклом и блоком необходимо установить уже использованную (обжатую) прокладку. Стенки цилиндров для увеличения гидроплотности необходимо смазать густой консистентной смазкой (литиевой либо обычным солидолом).

Притянув оргстекло болтами, заполните образовавшейся объем жидкостью. Объем поместившейся воды будет соответствовать объему надпоршневого пространства. Аналогичный тест проводится и с головкой блока. При этом клапана должны быть притерты, между седлами и тарелками нанесена консистентная смазка. Сумма объема залитых жидкостей и будет объемом камеры сгорания.

Чтобы рассчитать степень сжатия на онлайн-калькуляторе, также будет необходимо измерить величину хода поршня и диаметр цилиндра. Все эти значения помогут вычислить объем двигателя, который изменяется при каждой фрезеровке плоскостей БЦ, ГБЦ, установке поршней иной геометрической формы, расточки цилиндров либо установке других шатунов, коленчатого вала.

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.

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.

Как рассчитать степень

Желательно, чтобы мотор, который установлен под капотом транспортного средства, имел максимально возможную степень сжатия. За этим пристально следят современные автопроизводители. Поэтому необходимо знать, как же определяется данный показатель. Это также важно еще и потому, что в неумелых руках самостоятельная регулировка силового агрегата может обернуться непреднамеренным взрывом, который может полностью разрушит мотор. Формула для расчета степени сжатия выглядит следующим образом — CR=(V+C)/C, где:

  • CR – степень сжатия установки;
  • V – рабочий объем цилиндра;
  • С – объем камеры сгорания.

Как правило, величина рассчитывается для каждого о

Как правило, величина рассчитывается для каждого отдельно взятого цилиндра. Для этого, сначала берется рабочий объем установки, а после данное значение делится на количество цилиндров. Так определяется параметр V. Для того, что найти объем камеры сгорания или С, необходимо использовать бюретку. Далее в камеру заливается какая-либо жидкая субстанция, а после с помощью бюретки измеряется объем. Как правило, подобный девайс есть у механиков в специализированных автомастерских. Далее полученное значение вставляется в формулу и проводятся расчеты. Необходимость определения СЖ, как правило, требуется в следующих ситуациях:

  • проводится форсировка ДВС;
  • после ремонта агрегата, когда необходимо скорректировать данный показатель;
  • перед тем, как владелец авто намерен на постоянной основе использовать топливо с более высоким октановым числом.

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.

Как изменить сжатие

У всех современных ДВС степень можно изменить, как в большую, так и в меньшую сторону. В первом случае растачиваются цилиндры и устанавливаются поршни увеличенного диаметра. Еще один распространенный способ — в месте, где головка цилиндров сопрягается с блоком, производится удаление слоя металла. Данная процедура проводится на фрезерном или строгальном станке. Для уменьшения сжатия необходимо установить дополнительную прокладку между головкой и блоком цилиндров. Лучше делать ее из дюралюминия. Есть еще один способ, но он в разы сложнее. Необходимо с помощью токарного станка с днища поршня удалить металлическую прослойку.

Как работает двигатель с изменяемой степенью сжатия?

До недавнего времени показатель степени закладывался инженерами на этапе разработки и был фиксированным вне зависимости от режима работы двигателя. Нормальное значение для современных бензиновых моторов варьируется от 8 до 14 единиц, традиционно высокая степень сжатия у дизельных моторов – 18-23.

Ужесточение экологических норм заставляет гениев инженерной мысли искать новые пути увеличения термического КПД. Одно из таких решений – двигатель с изменяемой степенью сжатия. Было разработано несколько вариантов динамического изменения степени:

  • дополнительная секция в полости ГБЦ. Открытие секции позволяет увеличить объем камеры сгорания, уменьшая тем самым степень. Система не получила распространения из-за избыточного усложнения конструкции ГБЦ;
  • поршни с изменяемой высотой. Конструкция получилась слишком громоздкой, появились проблемы с перекосом поршней и уплотнением ЦПГ;
  • регулировка высоты подъема коленчатого вала. Изменение степени сжатия осуществляется за счет специальных эксцентриковых муфт, которые регулируют высоту опорных подшипников коленвала. Технология долгое время тестировалась концерном VAG, но так и не вошла в серию;
  • регулировка высоты поднятия ГБЦ. Специальный механизм с электроприводом и шарнирное соединение частей блока двигателя позволяли регулировать степень от 8 до 14 единиц. Разрабатывалась технология инженерами SAAB, но из-за ненадежности резинового кожуха, герметизирующего подвижные части блока, и излишней сложности конструкции также не пошла в серию;

  • шатун с изменяемой длиной. Высота шатуна регулировалась специальным реечным механизмом с помощью давления масла. Как и в предыдущих случаях, разработка французских инженерах не была внедрена в массовое производство;

  • траверсный механизм сочленения шатуна с коленчатым валом. За счет изменения угла поворота траверсы уменьшается либо увеличивается ход поршня. Разработка инженеров Infiniti используется на двухлитровом моторе VC-T, который сейчас устанавливается на кроссовер QX50. Двигатель развивает максимальную мощность в 268 л.с. и пиковый крутящий момент 380 Нм.

Как проверить компрессию в двигателе

При замерах обычно придерживаются следующего регламента: двигатель должен быть прогрет до рабочей температуры (не всегда), демонтирован воздушный фильтр и/или отсоединен блок дроссельной заслонки (если это возможно), либо дроссельная заслонка обязана быть полностью открытой, при наличии карбюратора – полностью открыта воздушная заслонка, вывернуты свечи зажигания (у дизелей – свечи накаливания) из всех цилиндров. Разумеется, для правильного проведения мероприятия, газораспределительный механизм обязан быть правильно отрегулирован (как минимум: метки находиться на своих местах, «перескоки» отсутствовать, а натяжители и их «башмаки» иметь нормальный износ) стартёр должен быть исправен, а АКБ – полностью заряжена.

Пример компрессометра простой конструкции
Пример компрессометра простой конструкции

Компрессометры – приборы для замера компрессии. Их конструктивное исполнение и дизайн могут сильно отличаться, как и цена – от «косаря» за простейшее изделие мануфактурного производства до сотни тысяч рублей за профессиональный диагностический прибор с множеством дополнительных функций. Но принцип действия у всех – один и тот же.

Диагностический прибор с функцией измерения компре
Диагностический прибор с функцией измерения компрессии двигателя и выявления утечек

Обычно у компрессометров имеется наконечник, герметично присоединяемый к свечному отверстию и манометр «с памятью» и обратным клапаном. «Память» манометру нужна для фиксирования («запоминания») максимального давления, развиваемого в течение десятка оборотов коленчатого вала. После присоединения наконечника нужно повернуть ключ зажигания и с помощью стартёра дать мотору сделать около десятка оборотов. На циферблате (или дисплее) прибора мы увидим величину компрессии в данном цилиндре. «Для чистоты эксперимента» замеры необходимо провести 3-5 раз, после чего внести в таблицу среднее арифметическое значение.

Измерение компрессии в цилиндрах двигателя
Измерение компрессии в цилиндрах двигателя

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.

Изменяемая компрессия: как при ремонте провести увеличение давления в двигателе с помощью присадки или другим способом?

В том случае, если компрессия недостаточная, её можно попытаться увеличить. Первый по распространённости способ – это использование специальных присадок к маслу. По заявлениям производителей, специальный состав восстанавливает структуру металла, заполняет пустоты и тем самым обеспечивает нормальную работу двигателя. Насколько реальны эти обещания – вопрос спорный. Специалисты по ремонту двигателей не дают тут однозначного ответа: одни считают, что присадки реально работают, другие объявляют их бесполезной тратой денег.

Куда надёжнее восстанавливает рабочий объем (а через него – и сжатие) переборка мотора. В этом случае могут использоваться следующие методы:

  • удаление нагара в цилиндре;
  • регулирование клапанов;
  • фрезеровка ГБЦ с целью уменьшить объём рабочей камеры;
  • замена цилиндров или колец на них;
  • использование турбокомпрессора, нагнетающего воздух под большим давлением. Однако здесь требуется точный расчет объема двигателя и мощности нового узла;
  • увеличение СС. На заводе степень не ставится на максимум, потому что иначе велик риск детонации и разрушения узлов ДВС. Но регулировка и настройка позволяет повысить сжатие в двигателе;
  • использование накладок на поршень. Крайне опасный метод, поскольку требует полной перенастройки двигателя. Но при правильном использовании позволяет добиться положительных результатов.