Коэффициент сжатия | Характеристики расчётов осадки | GEO5

Коэффициент сжатия

class=»h2″>

Он описывает изменение коэффициента пористости (e) как функцию изменения действительного напряжения σ_ef, наложенную на логарифмическую шкалу:

Коэффициент пористости (e) к действительному напряжению σef

Таким образом, коэффициент является параметром деформации переуплотненного грунта:

где:	Δe	—	изменение коэффициента пористости
	Δlogσef	—	изменение действительного напряжения

Диапазон коэффициента сжатия C_c (Naval Facilities Engineering Command Soil MechanicsDESIGN MANUAL 7.01)

Обычный диапазон коэффициента сжатия находится в пределах от 0,1 до 10. Примерные значения однородного песка для диапазона нагрузки в пределах от 95 kPa до 3926 kPa составляют от 0,05 до 0,06 для рыхлого состояния и 0,02 — 0,03 для плотного.

Для ила это значение составляет 0,20.

Для слегка переуплотненных глин и ила, измеренных Кауфманном и Шераманом (1964) в США, шт. Луизиана, были получены следующие значения:

Грунт	Действительное напряжение переуплотнения σcef [kPa]	Конечное действительное переуплотнение в грунте σef  [kPa]	Коэффициент сжатия Cc  [-]
CL мягкая глина	160	200	0,34
CL твердая глина	170	250	0,44
ML ил низкой пластичности	230	350	0,16
CH глина высокой пластичности	280	350	0,84
CH мягкая глина с иловыми слоями	340	290	0,52

Профессор Хуан М. Пестана-Нассименто (Калифорнийский университет, Беркли) предлагает следующие характерные значения коэффициента сжатия C_c:

Грунт	Коэффициент сжатия Cc [-]
Нормально уплотненный грунт	0,20 — 0,50
Чикагская глина с илом (CL)	0,15 — 0,30
Бостонская голубая глина (CL)	0,3 — 0,5
Викбургская глина — распадается на комочки (CH)	0,3 — 0,6
Шведская глина (CL — CH)	1 — 3
Канадская глина из Леда (CL — CH)	1 — 4
Глина Мехико (MH)	7 — 10
Органические глины (OH)	4 или более
Торф (Pt)	10 — 15
Органические глины и глинистые илы (ML — MH)	1,5 — 4,0
Сан-Францисские отложения (CL)	0,4 — 1,2
Глина в старом заливе Сан-Франсиско Clay	0,7 — 0,9
Бангкогская глина (CH)	0,4

Кроме того, существуют эмпирические выражения для определения примерных значений C_c для ила, глины, органических грунтов. Их применение, однако, определяется в той или иной мере местонахождением:

Грунт	Уравнения	Источник
Измененные глины	Cc = 0,007(wz — 7%)	Skempton 1944
Глины	Cc = 1,15(e0 — 0,35)	Nishida 1956
Бразильские глины Глины Сан-Пауло	Cc = 0,256 + 0,43(e0 — 0,84) Cc = 0,0046(wz — 9%)	Cozzolino 1961
Нью-Йоркские глины	Cc = 0,009(wz — 10%)	Terzaghi a Peck 1948
Глины низкой пластичности	Cc = 0,78(w0 — 0,50)	Sowers 1970
Тайбейские глины и илы	Cc = 0,54(e0 — 0,23) Cc = 0,007(wz — 7%)	Moh a kol. 1989
Глины		Pestana 1994

Как рассчитать и изменить степень сжатия двигателя

string(10) "error stat"

string(10) "error stat"

Одним из главнейших технических показателей автомобильного мотора является коэффициент сжатия. Он показывает соотношение разницы между объёмом свободного участка над цилиндровым поршнем и под ним в крайних его положениях.

Что такое степень сжатия двигателя

Условно величину сжатия представляют и как соотношение давлений в устройстве при подаче горючего и взрыве смеси. Конкретно эта степень обусловлена конструкцией автомобильного двигателя, и может быть высокой или низкой.

Перед непосредственным процессом воспламенения горючей смеси, поршни сжимают топливо до определённого объёма. Инженеры способны варьировать этот показатель, рассчитывая его ещё на стадии проектирования. Узнав количественное соотношение данной величины к объёму камеры сгорания, можно делать различные выводы.

На бензиновых силовых установках показатель сжатия достигает максимум 12 единиц. Чем выше здесь степень сжатия двигателя или ССД, тем больше удельная мощность мотора. Однако при сильном увеличении данного показателя снижается ресурс агрегата, особенно при заправке низкосортным бензином. На дизельных моторах, ввиду их технических отличий, она может варьироваться от 14 до 18 единиц.

В бензиновые двигатели с увеличенной до 12 единиц степенью сжатия нельзя лить ничего, кроме АИ-98 Премиум. Очевидно, что это существенно удорожает расходы на топливо.

На что она влияет

ССД непосредственно определяет объём работы, произведённой ДВС. Чем изначально выше рассчитана степень сжатия, тем продуктивнее будет воспламенение. Пропорционально увеличится и отдача мотора. Вспомним, как разработчики в 90-е годы старались повышать этот показатель, полностью не модернизируя двигатель.  Таким способом они конкурировали между собой, делая агрегаты мощнее, и не затрачивая при этом много средств.

Но что самое интересное — моторы в этом случае не потребляли больше горючего, а даже становились экономнее.

Однако всему есть предел, и как было сказано выше, чересчур высокий коэффициент приводит к снижению ресурса ДВС. Почему это происходит? Дело в том, что при значительном сжатии топливная смесь начинает самопроизвольно детонировать, взрываться. Особенно это затрагивает агрегаты на бензине, поэтому здесь данный коэффициент имеет строгое ограничение.

Помните, что применение низкооктанового топлива становится причиной детонации на агрегатах с повышенной ССД. И наоборот, высокооктановое горючее может не позволять двигателю полностью раскрываться, если будет использовано в агрегатах с низким коэффициентом сжатия. По этой причине оба параметра должны соответствовать. Подробнее в таблице ниже.

Отличие степени сжатия от компрессии

Степень сжатия двигателя не является компрессией. Они полностью различаются, хотя многие их путают. Коэффициент, о котором идёт речь в статье, не раскрывает значение оптимального давления ТВС перед возгоранием. Измеряется ССД лишь относительно, в соотношении к единице объёма камеры.

Под компрессией принято понимать предельное значение сжатия, образуемого в камере сгорания, на конечном этапе давления горючей смеси. Данная величина априори не может быть относительной, поэтому её измеряют в абсолютных значениях — атм, кг/см2, бар.

Степень сжатия и компрессия неразрывно связаны, но не идентичны. Показатель компрессии зависит не только от сжатия. На него оказывает влияние температура ДВС, наличие зазоров в приводных клапанах, состав топлива и многое другое.

Расчет коэффициента сжатия

Ввиду того, что желательно увеличивать степень сжатия до определённого значения, необходимо уметь рассчитывать этот показатель. К тому же это даст возможность избежать детонационных моментов, разрушающих силовой агрегат изнутри в процессе форсирования.

Таким образом, необходимость в измерении этого показателя требуется в таких случаях, как:

• форсировка мотора;
• подгонка под топливо с другим АИ или для метанового топлива с октановым числом 120;
• послеремонтная корректировка.

Турбированные моторы

На турбомоторах расчёт коэффициента сжатия отличается. Это объясняется наличием наддува воздуха. Поэтому в этом случае величину, полученную в ходе вычислений, умножают на показатель турбокомпрессора.

Кроме того, при вычислении степени сжатия турбированных моторов учитывается не только давление наддува, но и показатель эффективного сжатия, климатические изменения и многое другое. В данном случае процесс значительно усложняется по сравнению с измерениями на атмосферном двигателе.

Пример подсчета

Вот как выглядит общепринятая расчётная формула для автомобильного ДВС: «ССД = (РО+ОКС)/ОКС». Степень сжатия здесь отмечена как «ССД», рабочий объём цилиндра — «РО», а объём камеры сгорания — «ОКС».

Для расчёта «РО» нужно в первую очередь разложить единый объём двигателя или литраж на количество используемых цилиндров. К примеру, литраж мотора «четвёрки» — 1997 см3. Для определения ёмкости одного цилиндра, надо 1997 разделить на 4. Получится около 499 см3.

Для вычисления параметра «ОКС» специалисты пользуются проградуированной в см3 трубкой или пипеткой. Под камерой подразумевается место, где непосредственно происходит возгорание горючего. Камеру заправляют, а затем измеряют объём с помощью жидкостной бюретки. Если нет градуированной трубочки, можно жидкость выкачать с помощью шприца, а затем измерить в мерной посуде или на весах. В этом случае желательно для расчёта использовать не бензин или солярку, а чистую воду, так как её удельный вес более соотносим к объёму в см3.

Внимание! Для точного измерения «ОКС» дополнительно приплюсовывается объём толщины прокладки ГБЦ, учитывается форма днища поршней и другие особенности.

Поэтому расчёт этой величины рекомендуется доверить специалистам.

Как увеличить степень сжатия двигателя

Если необходимо увеличить данный показатель, используют несколько способов:

• расточка блока и установка поршней с большим диаметром;
• уменьшение объёма камеры сгорания путём удаления слоя металла в месте соединения ГБЦ.

Нельзя забывать, что в некоторых случаях потребуется инсталляция модернизированных поршней. Это делается, чтобы исключить такое нежелательное последствие, как встреча поршней с клапанами. В частности, на элементах увеличивают выемки клапанов. Также в обязательном порядке корректируются заново фазы газораспределения.

Интересно, что лучше всех раскрыли потенциал степени сжатия ДВС японские производители. В то время как европейские автокомпании пошли путём усовершенствования гибридных моторов, японцам удалось увеличить ССД до 14 единиц и на бензиновых силовых агрегатах, применив изменяемую величину. Но как это возможно без детонационных моментов? Всё оказалось просто. Оказывается, нужно охладить камеру, где происходит возгорание. Тогда можно будет без опасения сжимать смесь. И вовсе не обязательно для этого использовать прохладный воздух: достаточно модернизировать систему выпуска.

Приём, давно известный ещё по гоночным движкам. Выпускные каналы меняются согласно схеме 4-2-1. Порции выхлопных газов здесь не мешаются, поочерёдно вылетают в трубу. Благодаря такой чёткой системе выхлопа, улучшается продувка цилиндров, где остаётся меньше горячих газов.

Секрет японской формулы, согласно которой можно без опаски сжимать горючую смесь, имеет строго математическое соотношение. Так, если процент выхлопа снизить в 2 раза, ССД можно поднимать на 3 единицы, но не больше. Если же при этом ещё и охлаждать воздух, поступающий в цилиндры, можно приплюсовать ещё одну единицу.

Однако для реализации данного метода нужно будет еще модернизировать газообмен, раскошелившись на фазовращатели обоих распредвалов. Вдобавок потребуется доработать некоторые моменты. К примеру, изменить длину поршневого хода посредством компьютерного вмешательства.

Применяется система изменяемого коэффициента на многих японских движках, например, для Inflniti. Способность автоматически менять этот показатель сжатия в зависимости от нагрузки позволяет значительно повышать КПД мотора, особенно турбированного. Каждая порция смеси сгорает при оптимальном на данный момент работы сжатии. Так, если нагрузки на мотор незначительные и смесь обеднённая, включается максимальное сжатие. И наоборот, в нагруженном режиме задействуется минимальная степень, так как бензина впрыскивается много и возможна детонация.

Таким образом, передовая система изменения ССД позволяет вдвое уменьшать литраж мотора, сохраняя при этом мощность и динамические характеристики.

Курс на увеличение степени сжатия двигателя наблюдался и в середине 20 века в США. Основная масса американских двигателей, выпущенных в 70-е годы, находилась в пределах 11-13 единиц. Но работали они только на очень качественном, высокооктановом топливе, получаемом путём этилирования. После того как этилирование запретили, в серийных образцах ДВС наблюдалось снижение показателя сжатия.

Важно знать, что прирост мощности будет наиболее заметен на двигателях, штатно работающих на низкой степени сжатия. Например, моторы с показателем 8 единиц, доведённые до 10, выдадут больше мощности, чем агрегаты со стоковым параметром 11 единиц, форсированные до 12.

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.

В отдельных случаях дефорсированию предпочитают свап, когда менее мощный контрактный мотор устанавливают вместо штатного.

Таблица: зависимость степени сжатия от октанового числа

Степень сжатия	Октановое число
5,5-7	АИ 66-72
7-7,5	АИ 72-76
7,5-8,5	АИ 76-85
10	АИ 92
10,5-12,5	АИ 95
12-14,5	АИ 98

Таблица: популярные двигатели и показатель сжатия

Двигатели	Степень сжатия
BMW M54B30	10,2
Mercedes-Benz M112 E32 3.2 л	10
Ford-Mazda 2,0 л Duratec HE/MZR LF	10,8
Infiniti VQ37VHR (Nissan) 3.7 л	11.0
Mitsubishi 4М41	17.0
Audi 3.6 FSI	12. 0
ЗМЗ 406 2.3 л.	8-9,3

Если у вас возникли вопросы — оставляйте их в комментариях под статьей. Мы или наши посетители с радостью ответим на них

Что такое степень сжатия? — Автомобильный журнал «Турбо»

Скажете ли вы на память, какая степень сжатия у двигателя вашего авто? Допустим, 9,8; не слишком ли много? А может, наоборот, – мало?

Непростой вопрос, ведь конструкторы моторов с искровым зажиганием [Мы обычно говорим бензиновый, хотя знаем, что автомобильные двигатели прекрасно работают и на газе. А также на спирте – метиловом или этиловом… Так что лучше выражаться: с искровым зажиганием. Или Отто (по имени создателя такой конструкции Николауса Отто) – в отличие от Дизеля. Хоть и странновато звучит, но точнее.] всячески стремятся повысить степень сжатия. А создатели двигателей с воспламенением от сжатия наоборот – стараются ее понизить…

Своеобразная характеристика д.в.с., вокруг которой бытует немало недоразумений. Причем одна из ключевых – от степени сжатия зависит многое. Хотя, на первый взгляд, нет ничего проще: отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Или иначе: частное от деления объема надпоршневого пространства в н.м.т. на него же – в.м.т. То есть, геометрическая степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается топливовоздушная смесь (воздух в цилиндрах дизеля) при движении поршня от н.м.т. к в.м.т. Геометрическая; а в жизни, естественно, получается не всегда так, как в геометрии…

Объемы 4-тактного поршневого двигателя: Vk – объем камеры сгорания; Vp – рабочий объем цилиндра; Vo – полный объем цилиндра; ВМТ – верхняя мертвая точка; НМТ – нижняя мертвая точка.

Вперед и выше

На заре автомобилизма степень сжатия двигателей Отто (а собственно, других 100 лет назад и не знали) делали невысокой – 4-5. Чтобы при работе на низкооктановом бензине (гнали как умели) не возникала детонация [Кто не слышал детонационные звуки в цилиндрах? Как говорится, «пальцы стучат». При слишком высокой (по качеству горючего) степени сжатия, горение топливовоздушной смеси после ее воспламенения от искры нарушается. Оно приобретает взрывной характер, в камере сгорания возникают ударные волны, от которых мотору не поздоровится.]. Скажем, при рабочем объеме цилиндра в 400 «кубиков» объем камеры сгорания – 100 миллилитров. То есть, геометрическая степень сжатия у нашего двигателя

e = (400+100)/100 = 5.

Если же объем камеры сгорания уменьшить – при прочих равных – до 40 см³ (технически несложно), то степень сжатия повысится до

e = (400+40)/40 = 11.

Замечательно – и что? А то, что термический к.п.д. двигателя увеличится почти в 1,3 раза. И если 6-цилиндровый 2,4-литровый мотор развивает со степенью сжатия 5 мощность в 100 л.с., то со степенью сжатия 11 она повысится до без малого 130. Причем при неизменном расходе горючего! Иными словами, расход топлива в расчете на 1 л.с. в час сокращается на 22,7%.

Короткоходный 3,8-литровый двигатель Porsche 911 со степенью сжатия 11,8! Объем камеры сгорания настолько мал (59 см³), что трудно устроить углубления в днище поршня под головки клапанов

Поразительный результат – самыми простыми средствами. Не слишком ли хорошо, чтобы быть правдой? Никакой мистики: чем выше степень сжатия, тем ниже температура отработанных газов, идущих на выхлоп. При e = 11 мы попросту заметно меньше обогреваем атмосферу, чем при степени 5; вот и все.

Азы теплотехники

Автомобильные двигатели – разновидность тепловых машин, которые подчиняются законам термодинамики. Еще в 1-й половине XIX в. замечательный французский физик и инженер Сади Карно заложил основы теории тепловых машин – в том числе и д.в.с. Так вот, по Карно, к.п.д. двигателя внутреннего сгорания тем выше, чем больше разница между температурой газов (рабочего тела) к концу горения топливовоздушной смеси – и их температурой на выпуске. А разница температур зависит от e – вернее, от степени расширения рабочих газов в цилиндрах.

Sadi Carnot (1796-1832)

Да, тут есть нюанс: по Карно, для термического к.п.д. важна не степень сжатия, а именно степень расширения. Чем сильнее расширяются горячие газы на рабочем ходу, тем ниже падает их температура – естественно. Просто в обычных конструкциях д.в.с. степень расширения геометрически совпадает со степенью сжатия; вот мы и привыкли говорить. Тем более что детонация зависит как раз от e – то есть от компрессии. Чем сильнее сжимается топливовоздушная смесь в цилиндрах двигателя Отто [Именно Отто, дизели детонации не знают. Почему – отдельный разговор.], чем выше давление и температура к моменту искрообразования, тем вероятнее возникновение ударных волн в камере сгорания.

Взрывное горение, детонация. Она-то и ограничивает степень сжатия, но степень расширения рабочих газов здесь ни при чем. Вот если каким-то образом отделить одну степень от другой – чтобы при умеренной компрессии добиться сильного расширения рабочих газов…

Пятитактный цикл

Pourquoi бы и не pas; ведь уже полвека с лишним известен так называемый 5-тактный цикл Atkinson’а/Miller’а. Он как раз и разводит степень сжатия и степень расширения по разные стороны.

Представьте, что у вашего 1,5-литрового 16-клапанника ВАЗ-2112 впуск заканчивается не на 36° после н.м.т. (по углу поворота коленчатого вала), а очень поздно – на 81°. То есть, при 3 тыс. оборотов поршень на своем ходе к в.м.т. вытесняет часть топливовоздушной смеси через открытые клапаны обратно во впускной коллектор (не беспокойтесь, она там не пропадет). Иными словами, такт сжатия начинается только где-то на 75° после н.м.т., а до того имеет место своеобразный такт обратного вытеснения смеси.

Тактов теперь не 4, а 5: впуск, обратное вытеснение, сжатие, рабочий ход, выпуск. На первый взгляд, идиотская схема: зачем гонять смесь туда-обратно? На первый взгляд и Солнце обращается вокруг Земли… Следите за моими руками: допустим, обратно вытесняется 20% топливовоздушной смеси, уже попавшей в цилиндр, и сжимается только 80%. И пусть геометрическая e равна 13 – исключительно высокая для Отто. Однако реальная степень сжатия, компрессия гораздо ниже: при 20-процентном обратном вытеснении смеси она равна 10,6. Что и требовалось доказать.

У конструкции с реальной степенью сжатия 10,6 (вполне допустимо для товарного бензина) степень расширения рабочих газов – 13. Термический к.п.д. двигателя по факту в 1,0518 раза выше, чем по его реальной степени сжатия; не так много, но моторостроители годами бьются ради 5-процентной экономии горючего. Двигатели пассажирских автомобилей уже вовсю работают по 5-тактному циклу. Возьмите 1,5-литровую тойотовскую «четверку» 1NZ-FXE (для Prius) или фордовскую 2,26-литровую (для Escape hybrid). Вроде блестящее решение, однако у медали есть и оборотная сторона.

Тойотовская «четверка» 1NZ-FXE: тоже 5-тактный цикл. На глаз заметно, насколько профиль впускного кулачка шире выпускного: крайне позднее закрытие впускных клапанов

Геометрическая e (степень расширения рабочих газов) у 1NZ-FXE – 13, реальная степень сжатия – около 10,5. Печаль в том, что из-за обратного вытеснения смеси 1,5-литровый мотор по крутящему моменту и мощности опускается примерно до 1,2-литрового; выигрываем в термическом к.п.д. – ценой потери реального литража. Так что с одной стороны – с другой стороны.

Мало того, двигатель с поздним закрытием впускных клапанов совсем не тянет «на низах». Поэтому 5-тактный цикл годится в «гибридных» силовых агрегатах, где тяговый электромотор как раз и принимает на себя нагрузку при самых низких оборотах. А потом подхватывает д.в.с.; так или иначе, 5-тактный цикл позволяет повысить степень расширения рабочих газов и термический к.п.д. двигателя.

У двигателя Honda, работающего по 5-тактному циклу, часть топливовоздушной смеси вытесняется поршнем обратно во впускные каналы 1 – впуск; 2 – обратный выброс топливовоздушной смеси; 3 – пятый такт: сжатие.

А вот наддув – наоборот – вынуждает понижать степень сжатия. При подаче топливовоздушной смеси под избыточным давлением, реальная компрессия в цилиндрах оказывается слишком высокой – даже при умеренной геометрической e. Приходится отступать; отсюда снижение термического к.п.д. и повышенный расход бензина у двигателей с наддувом, если не применять спецгорючее.

На спирту

Чем больше октановое число бензина, тем выше допустимая (по условиям детонации) степень сжатия, тем эффективнее работает мотор. Так ведь не бензином единым… Исключительно высокую e допускает в роли горючего газ – нефтяной или природный. Без наддува 13-14 не вопрос, с компрессором – 10-11. Водород тоже отличается стойкостью против детонации. И еще спирт – метиловый или этиловый: потрясающие антидетонационные качества. Вдобавок у спирта высокая теплота испарения; испаряясь, он сильно охлаждает топливовоздушную смесь (а заодно и поверхность камеры сгорания). Холодная смесь плотнее, и в цилиндр ее – по весу – входит заметно больше; реальный коэффициент наполнения оказывается выше. Крутящий момент, мощность. Так и говорят: «компрессорный» эффект спиртового горючего.

Мощность, термический к.п.д. – все удовольствия сразу. Кроме того, этиловый (питьевой!) спирт еще и экологичен; что еще пожелать? Правда, расход спиртового топлива в литрах оказывается гораздо выше, чем бензина, поскольку теплотворная способность метанола и этанола невысока. Как водка и «сушняк»; равнять литр на литр тут бессмысленно. А вот в энергетическом эквиваленте спирт заметно эффективнее бензина – благодаря высокой степени сжатия (расширения). Так что в перспективе – спиртовое топливо, чистое или в смеси с бензином. Скажем, E85: на 85% этанол и на 15% бензин. И лет через 25 нефть потеряет свое значение в мире…

Истина в мере

В перспективе, а пока повысить степень сжатия ВАЗовского 16-клапанника с 10,5 до 11,5 – на 92-м бензине от местной АЗС – ой как непросто. Скажем, применить впрыск бензина непосредственно в камеры сгорания – вместо впускных каналов. Испарение бензина не на впуске, а в цилиндрах – тот же самый «компрессорный» эффект. Или организовать 2-искровое зажигание – с 2 свечами на цилиндр; кое-что дает. А также поставить выпускные клапаны с внутренним (натриевым) охлаждением; раскаленные тарелки провоцируют детонацию. Очистить поверхность камеры сгорания от нагара – и отполировать ее.

Влияет конфигурация камеры сгорания – и скорость вихревого движения топливовоздушной смеси. Есть много способов борьбы с детонацией – хороших и разных.

А до какого уровня есть смысл поднимать e двигателя Отто? Тут вот что: термический к.п.д. нарастает с повышением степени сжатия (расширения!), но не линейно. То есть, рост к.п.д. замедляется: если от 5 до 10 он повышается в 1,265 раза, то от 10 до 20 – только в 1,157 раза. Зато быстро накапливаются побочные заморочки, которых лучше избегать. Поэтому степень сжатия 13-14 – разумный компромисс, к которому и следует стремиться. Только оставьте окончательное решение за инженерами-конструкторами; они знают лучше.

Коэффициент сжатия, формула и примеры

Определение и формула коэффициента сжатия

Любое вещество под воздействием внешнего давления может сжиматься, то ест в той или иной степени изменят свой объем. Так, газы при увеличении давления могу очень существенно уменьшать свой объем. Жидкость подвержена изменению объема при изменении внешнего давления в меньшей степени. Еще меньше сжимаемость у твердых тел. Сжимаемость отражает зависимость физических свойств вещества от расстояний между его молекулами (атомами). Сжимаемость характеризуют при помощи коэффициента сжатия (Тоже самое: коэффициент сжимаемости, коэффициент всестороннего сжатия, коэффициент объемного упругого расширения).

Встречаются различные обозначения коэффициента сжатия, чаще всего это буквы или . В виде формулы коэффициент сжатия запишем как:

   

где знак минус отражает тот факт, что увеличение давления ведет к уменьшению объема и наоборот. В дифференциальной форме коэффициент определяют как:

   

Объем связан с плотностью вещества, поэтому для процессов изменения давления при постоянной массе, можно записать:

   

Величина коэффициента сжатия зависит от природы вещества, его температуры и давления. Помимо всего выше сказанного коэффициент сжатия зависит от вида процесса, в котором происходит изменение давления. Так, в изотермическом процессе коэффициент сжатия отличается от коэффициента сжатия в адиабатном процессе. Изотермический коэффициент сжатия определяют как:

   

где — частная производная при T=const.

Адиабатический коэффициент сжатия можно найти как:

   

где — частная производная при постоянной энтропии (S). Для твердых веществ коэффициент сжимаемости изотермический и адиабатический различается очень мало и этим различием часто пренебрегают.

Между адиабатическим и изотермическим коэффициентами сжимаемости существует связь, которая отражается уравнением:

   

где и — теплоемкости при постоянном объеме и давлении.

Единицы измерения коэффициента сжатия

Основной единицей измерения коэффициента сжимаемости в системе СИ является:

   

В СГС:

=см²/дин

Примеры решения задач

Коэффициент сжатия данных можно повысить на четверть

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова (МГУ) провел соревнование экспериментальных программ сжатия данных без потерь Global Data Compression Competition. Партнером мероприятия, проходившего с июня по ноябрь 2020 года, стала компания Huawei.

На кону 50 тысяч евро

Цели конкурса – привлечение внимания к задачам универсального сжатия данных и стимулирование разработки новых алгоритмов. Разработчики программного обеспечения и исследователи со всего мира конкурировали за денежные призы из общего фонда в размере 50000 евро.

В отдельных категориях сжатые тестовые файлы программ-победителей составили 75% и менее размера архивов конкурентоспособных современных компрессоров, использованных в качестве эталонов. Результаты глобального конкурса по сжатию данных Global Data Compression Competition опубликованы на сайте https://globalcompetition.compression.ru

Актуальность задач

Объем накопителей данных, повышение пропускной способности компьютерных сетей, сжатие данных без потерь остаются важными задачами во многих областях информационных технологий. Это актуально для снижения сетевого трафика, резервирования файлов и баз данных, распространения дистрибутивов и обновлений программного обеспечения по сети, сжатия критически важных изображений, повышения эффективного объема и скорости работы накопителей данных.

Однако регулярно проводимые сравнения и соревнования для программ сжатия без потерь являются преимущественно прерогативой энтузиастов. Конкурс, проведенный лабораторией компьютерной графики и мультимедиа МГУ, преследовал две цели:

• способствовать исследованиям и разработке новых алгоритмов универсального сжатия данных без потерь;
• привлечь внимание к задаче неискажающего сжатия данных.

График соревнования

Соревнование стартовало в июне этого года. До конца ноября разработчики и исследователи могли присылать на конкурс свои компрессоры. В декабре были подведены итоги и опубликованы результаты.

Участники соревновались в 12 конкурсных категориях, отличающихся типом данных и скоростью обработки. Только часть тестовых данных была известна участникам, ранжирование осуществлялось на основании результатов для полных тестов. Несколько участников заслуженно выиграли денежные призы, максимальная сумма выигрыша на человека составила 21 тысячу евро. Детальные результаты конкурса представлены на странице https://globalcompetition.compression.ru#leaderboards

Менеджеры о конкурсе

«Мы удовлетворены итогами конкурса. Нам не только удалось привлечь к участию признанных специалистов по сжатию данных без потерь, но и способствовать действительно сильным результатам. В отдельных категориях размер сжатых данных составлял 75% и менее от эффективных популярных компрессоров, которые мы использовали как реперные. При этом скорость обработки была сравнимой, так что в определенных случаях однозначно возможно сжатие данных как минимум на 25% лучше, чем для популярных утилит», – сказал Дмитрий Ватолин, руководитель проекта от МГУ.

Хоу Жуй, директор Московского исследовательского центра Huawei, высоко оценил факт проведения, а также результаты конкурса. «Сжатие данных без потерь является важной темой наших НИОКР. Быстрое и эффективное обратимое сжатие – это критичный элемент во многих продуктах Huawei линейки Cloud&AI, в особенности в блочных системах хранения данных. Мы готовы поддерживать такие начинания не только финансово, но и с помощью нашей экспертизы. Со стороны Huawei в состав жюри конкурса вошли заслуженные и известные специалисты, что позволило вывести соревнование на еще более высокий профессиональный уровень», – отметил Хоу Жуй.

Потенциал коэффициента сжатия

В последние годы широкое распространение получили соревнования, конкурсы и хакатоны, организуемые среди специалистов в сфере ИТ. Однако в такой области знаний, как сжатие данные, подобные мероприятия – редкость.

Лаборатория компьютерной графики и мультимедиа МГУ, которая взялась за проведение глобального конкурса, внесла лепту в развитие этого сегмента. Мероприятие даст дополнительный стимул исследователям и разработчикам алгоритмов и программ сжатия данных. Ведь перспективы в этой области – заманчивые. Участники соревнования доказали, что коэффициент сжатия данных можно повысить на четверть относительно фактических индустриальных стандартов.

переменная степень сжатия по рецепту… НАМИ! — Авторевю

Будет ли серийный кроссовер Infiniti QX50 нового поколения похож на концепт-кар QX Sport Inspiration? Теперь это не столь важно: свое место в энциклопедиях Infiniti займет как первый автомобиль, оснащенный серийным двигателем с переменной степенью сжатия. Спроектированным по рецепту… НАМИ!

Таким концепт-кар Infiniti QX Sport Inspiration был показан этой весной на автосалоне в Пекине, серийный QX50 унаследует многие его черты

На обычную рядную «четверку» мотор 2.0 VC-T (Variable Compression Turbo) похож лишь «до пояса», а ниже у него хитроумный рычажный механизм. Шатун каждого цилиндра соединен с коленвалом не напрямую, а через подвижное коромысло — траверсу, которая своим противоположным концом связана с тягой электроактуатора. Перемещение этой тяги меняет наклон траверсы и, соответственно, расстояние между поршнем и шатунной шейкой коленвала, варьируя положение верхней мертвой точки (ВМТ).

Что это дает? Чем выше поднимается поршень, тем меньше объем камеры сгорания над ним. Топливовоздушная смесь сжимается сильнее, а сгорая и расширяясь, совершает бо́льшую работу. Соотношение между объемом камеры сгорания и полным объемом цилиндра как раз и есть степень сжатия. Чем она выше, тем больше теоретически достижимая эффективность сгорания топ­лива. Однако попутно растет и риск возникновения взрывного сгорания, то есть детонации, — особенно при высоких нагрузках. Именно поэтому применение наддува заставляет не повышать, а наоборот, понижать степень сжатия.

Новый турбомотор 2.0 VC-T при крайнем верхнем положении траверсы способен достигать очень высокой степени сжатия 14,0:1 — как у атмосферных «четверок» Skyactiv компании Mazda. Но если маздовские моторы так работают во всех режимах, то двигатель Nissan — только на малых оборотах при небольших нагрузках. При их увеличении механизм переходит в промежуточные положения, понижая степень сжатия, а на высоких оборотах или под полным дросселем автоматика сдвигает ВМТ вниз — и степень сжатия падает до минимума: 8,0:1.

Мотор 2.0 VC-T ­немного крупнее и тяжелее обычных турбочетверок, но существенно компакт­нее двигателей V6, которые он должен заменить

Интересно, что двигатель по неофициальной информации выдает примерно 270 л.с. и 390 Нм крутящего момента — то есть форсирован на уровне обычных двухлитровых турбомоторов «заряженных» машин. Куда важнее, что агрегат 2.0 VC-T сулит сокращение расхода топлива на 27% по сравнению с атмосферной «шестеркой» Nissan 3.5 серии VQ, — которую, судя по всему, и призван заменить. А еще мотористы компании Nissan уверяют, что такие двигатели с изменяемой степенью сжатия станут альтернативой дизелям: ведь при схожей экономичности они требуют менее сложных систем очистки выхлопа и легче впишутся в строгие экологические нормативы.

Почему же раньше японцев никто не довел такие двигатели до серийного воплощения на легковушках? Ведь впервые эту идею еще в 20-х годах прошлого века предложил британский инженер Гарри Рикардо. Полвека назад в Америке выпускали «переменный» танковый дизель Continental AVCR-1100, а в конце 90-х аналогичные исследования вели Daimler, Volvo, Audi, Porsche, Honda, Ford, Suzuki, Peugeot и Citroen, Lotus, российский институт НАМИ, немецкая компания FEV…

Но за это время не появилось даже единого мнения, какой механизм считать наиболее эффективным. Вариант с раздвижными поршнями (как на дизеле AVCR-1100) грозит сложнос­тями со смазкой и не позволяет точно контролировать степень сжатия. Телескопичес­кие шатуны или щеки коленвала снижают надежность. Вспомогательные поршни, которые открывают дополнительные полости в стенках камеры сгорания, варьируя ее объем, ставят под угрозу герметичность. Эксцент­рики в нижних или верхних головках шатунов осложняют индивидуальное управление цилиндрами, а смещение коленвала относительно всего блока цилиндров требует еще и «переходников» в трансмиссии.

В ниссановском двигателе траверса (а) вращается вместе с коленвалом, а дополнительная система рычагов (б) с приводом от электроактуатора (в) контролирует ее наклон. Когда необходим переход на высокую степень сжатия, актуатор поворачивается по часовой стрелке, меняя положение эксцентрикового вала, который в свою очередь опускает правое плечо траверсы, а та своим противоположным плечом смещает поршень (г) и шатун вверх. При переходе на низкую степень сжатия механизм работает в обратной последовательности — и ВМТ уходит вниз

Ну а Saab 16 лет назад даже приглашал журналистов на тесты компрессорной «пятерки» 1.6 SVC (АР №21, 2000) с наклонным моноблоком, который смещался относительно коленвала. Мотор получился темпераментным (225 л.с.), но шумным и капризным на низах. А главное — дорогим и сложным. Поэтому до конвейера дело тоже не дошло.

Под конец 2000-х надежды подавал еще и французский двигатель ­MCE-5 для автомобилей Peugeot и Citroen: в нем поршень с «шатуном» были монолитны и толкали кривошип через зубчатую передачу и коромысло, положение которого корректировал сервопривод. Но все достоинства этого механизма нивелировала невозможность унифицировать такой мотор с традиционными двигателями.

А схему с траверсой и управляющей тягой, которую собирается применить Nissan, в конце 80-х запатентовали в… советском институте НАМИ! Самый же ранний патент компании Nissan датирован 2001 годом — и описывает очень похожий механизм, хотя и переосмысленный: с иной геометрией расположения элементов и нижним креплением управляющего рычага.

В саабовском двигателе SVC эксцент­риковый вал приподнимал или опускал опоры одной из сторон моноблока, в который были объединены блок цилиндров и его головка. Объем камеры сгорания менялся, но попутно менялось и положение верхней части двигателя под капотом, что требовало доработки впускной и выпускной систем. Интересно, что Saab тоже предлагал изменять степень сжатия в диапазоне от 8,0:1 до 14,0:1, однако при самой высокой степени мотор работал как атмосферник: муфта отключала привод компрессора

Кстати, еще раньше на работы ­НАМИ обратил внимание концерн Daimler: в 2002—2003 годах из России в Штутгарт были отправлены три «траверсных» мотора на основе мерседесовского дизеля OM611 (2,15 л) и бензиновой двухлитровой «четверки» М111. Российский механизм позволял менять степень сжатия в пределах от 7,5:1 до 14,0:1, но очень скоро Daimler и НАМИ обнаружили, что выгода от него весьма эфемерна: эффективность повышалась на 20% при переходе от минимальной степени сжатия к обычной (10,0:1), а дальнейшее повышение до 14,0:1 давало всего 3,5% выигрыша.

Почему же Nissan с оптимизмом смот­рит на серийную перспективу? Несмотря на сложность нового кривошипно-шатунного механизма с возросшими потерями на трение, на прибавку лишних десяти килограммов и на ограничения по унификации, в производство двигатели 2.0 VC-T должны пойти в конце 2017 года. Возможно, потому, что надежда на гибриды не оправдалась: в Америке за этот год продано всего 2,5 тысячи гибридомобилей Nissan и Infiniti. Делать ставку на дизели после скандала с концерном Volkswagen тоже не вариант. А «переменный» мотор поможет не только отказаться от закупки двухлитровых турбочетверок у концерна Daimler, но и прибавит козырей по части имиджевой рекламы. Ведь таких агрегатов действительно не делает никто в мире!

Кстати, мотор с переменной степенью сжатия как нельзя лучше подходит для ездового цикла по измерению расхода топлива. И это тоже козырь. 

Сколько лошадей дает увеличение степени сжатия

СТЕПЕНЬ СЖАТИЯ

Объем камеры сгорания влияет на конечную степень сжатия двигателя.

Камера сгорания, это объем образуемый головкой блока и поршнем в момент нахождения поршня в верхней мертвой точке. Степень сжатия, это отношение объемов цилиндров от максимального до минимального. Максимальный объем камеры сгорания получается, когда поршень находится в нижней мертвой точке. Минимальный при нахождении поршня в верхней мертвой точке цилиндра.

Объем цилиндра без учета камеры сгорания можно узнать, поделив паспортный рабочий объем двигателя на количество цилиндров.

Объем камеры сгорания состоит из суммы 3 объемов:

1 Объем камеры сгорания на головке блока
2 Объем, образуемый толщиной прокладки головки блока
3 Объем вогнутого пространства в днище поршня.
Справедливости ради стоит сказать, что существует масса вариантов когда поршни выпуклые и при вычислениях они не добавляют, а наоборот уменьшают пространство камеры сгорания. И это нужно учитывать при расчетах.

Степень сжатия и компрессия, это не одно и тоже и различается тем, что степень сжатия это геометрическая величина, а компрессия динамическая. Так как двигатель при вращении обладает некоторыми насосными свойствами, плюс воздух при сжатии нагревается, то величина компрессии будет отличаться от степени сжатия в большую сторону. Компрессия обычно больше в 1.4 раза чем степень сжатия.

Увеличение степени сжатия является одной из основных методик поднятия мощности двигателя, так как чем больше сжать топливовоздушную смесь, тем больше она сможет расшириться относительно сжатого объема при сгорании. Тем самым можно получить больше мощности с того же объема сгоревшего топлива. Одним словом мощность повысится, а расход останется на прежнем уровне. Возникает вопрос, а почему с завода не поднимают степень сжатия до максимально возможного уровня? Дело все в характеристиках бензина не позволяющим поднимать степень сжатия больше определенного уровня, без образования аномальных, нежелательных процессов горения (детонация и др). Октановое число как раз и является основным показателем величины детонационной стойкости топлива и чем это число выше, тем большую степень сжатия можно использовать в двигателе, без образования детонации.

То есть проще говоря, если мы значительно повысим степень сжатия то мощность у нас повысится, но придется заправляться более высокооктановым топливом, а оно стоит дороже. Но с другой стороны, двигатель теперь работает более эффективно и на той мощности на которой вы ездили раньше, он будет потреблять меньше топлива и разность в цене как бы нивелируется! Но правда все же такова, что вы не будете ездить на малой мощности. Иначе зачем нужно было все это затевать?

Степень сжатия можно повысить двумя самыми эффективными способами:

1 установка более тонкой прокладки головки блока, либо спиливание нижней части головки блока. При таком варианте, клапана приближаются к поршню и необходимо делать или увеличивать выборки под них. Изменяются фазы работы ГРМ так как высота цепи или ремня, ответственная за синхронизацию распредвала изменяется на величину, уменьшения высоты позиционирования головки блока. При верхневальном двигателе (распределительный вал находится в головке блока). Настроить работу распределительного вала можно с помощью резрезной шестерни, либо шестерни с несколькими позициями под шпонку. При нижневальном, когда распредвал стоит внизу (в блоке цилиндров) и связь с клапанами происходит посредством толкателей также изменяется кинематика клапанного механизма без гидроусилителей, а с гидроусилителями может не хватить их хода и придется ставить меньшие по длине толкатели. При использовании метода на V образном двигателе при спиливании головок изменится расстояние между посадочными отверстиями впускного коллектора, что потребует его подгонки.

2 Растачивание цилиндров под больший по диаметру поршень. Такая процедура требует замены поршней, но этот метод увеличивает рабочий объем двигателя и одновременно повышает степень сжатия, так как камера сгорания остается прежней но объем цилиндра увеличивается. Отношение возросшего цилиндра к прежней камере сгорания покажет большую величину степени сжатия. Метод кроме замены поршней и расточки цилиндра не требует больше каких либо переделок и более предпочтителен для увеличения степени сжатия.

Прибавка мощности за счет степени сжатия тем выше, чем под более низкую степень сжатия изначально настроен двигатель. Простыми словами, повышение мощности более эффективно при поднятии степени сжатия с 8 до 9 чем с 13 до 14.

Примеры прибавок в процентах:

с 8 до 9 = 2.0 % прибавка мощности
с 9 до 10 = 1.7 % прибавка мощности
с 10 до 11 = 1.5 % прибавка мощности
с 11 до 12 = 1.3 % прибавка мощности
с 12 до 13 = 1.2 % прибавка мощности
с 13 до 14 = 1.1 % прибавка мощности
с 14 до 15 = 1.0 % прибавка мощности
с 15 до 16 = 0.9 % прибавка мощности
с 16 до 17 = 0.8 % прибавка мощности
Промежуточные результаты суммируются, например поднятие степени сжатия с 8 до 14 даст прибавку 8.7 %

Примеры перехода на более высокооктановое топливо при повышении (СС)

менее 8 — 76 бензин
от 8 до 9 — 80 бензин
от 9 до 10.5 — 92 бензин
от 10 до 12.5 — 95 бензин
от 12 до 14.5 — 98 бензин
от 13.5 до 16 — 102 бензин
от 15.5 до 18 — 109 бензин
Минимальное октановое число топлива применяемое в каждом конкретном двигателе зависит не только от степени сжатия но и в некоторой степени от конструкции формы камеры сгорания, алгоритма работы клапанного механизма, системы зажигания итд. Поэтому более совершенные двигатели могут работать с большими величинами степени сжатия без повышения качества топлива.

  Главная

Означает ли более высокое сжатие больше мощности? Да, и вот почему.

Увеличит ли степень сжатия выходную мощность вашего двигателя? Вы можете подозревать, что ответ «да», и будете правы, но вы можете не знать всех причин, почему. Когда целью является увеличение мощности мощных двигателей, есть несколько популярных способов добиться этого, включая добавление наддува с помощью турбонагнетателя, нагнетателя или закиси азота. Увеличение рабочего объема двигателя или увеличения его скорости (об / мин) также может привести к скачку мощности и также популярно, но увеличивает степень сжатия — т.е.е. уменьшение объема камеры сгорания — наверное, наименее понятный метод из всех. В конце концов, как сделать что-нибудь в двигателе меньшего размера , чтобы увеличить его мощность ?!

Что такое сжатие?

Просмотреть все 7 фотографий

Возможно, мы покрываем землю, которая для многих хорошо вытоптана, но степень статического сжатия двигателя понять просто: это весь объем цилиндра над компрессионным кольцом в нижней мертвой точке (НМТ), по сравнению с объемом над компрессионным кольцом в верхней мертвой точке (ВМТ).Чтобы узнать, как вычислить степень статического сжатия, щелкните здесь.

В четырехтактном двигателе внутреннего сгорания вся работа выполняется на рабочем такте. Остается три других хода (впуск, сжатие и выпуск), которые должны существовать, но ничего не добавляют к выходной мощности. Фактически, они стоят энергии — очень много. Четырехтактные двигатели внутреннего сгорания общеизвестно неэффективны, 20 процентов считаются святым Граалем, но большинство из них находятся в подростковом возрасте. Это означает, что есть огромный потенциал повышения эффективности, и именно по этой причине многие силовые установки с высокой степенью сжатия последних моделей, такие как Gen V GM, Ford Coyote и Gen III Hemi, выглядят так хорошо по сравнению со своими предшественниками.

Power Stroke Dynamics

Просмотреть все 7 фотографий

Представьте на мгновение, что мы рассматриваем Power Stroke Dynamics как неограниченное одиночное событие, подобное выстрелу из винтовки. В лучшем случае наша пуля (поршень) имеет только казенную полость, удерживающую порох в ее оболочке в качестве камеры сгорания, и всю длину ствола в качестве цилиндра (стреловидный объем). Изменение начального положения пули от порохового заряда на место дальше по стволу означает, что у расширяющихся газов меньше расстояния, чтобы воздействовать на пулю до того, как она выйдет.

Если вы перевернете концепцию сжатия с ног на голову и подумаете о нем как о событии расширения, вы получите сжатие в обратном направлении — степень расширения. Это имеет больше смысла, потому что именно расширение, а не сжатие, создает силу, от которой мы получаем энергию. Итак, глядя на нашу аналогию с винтовкой, мы имеем ту же длину и диаметр ствола, ту же пулю (поршень), тот же заряд (воздух и топливо), только мы запускаем пулю дальше по стволу. Чем дальше по стволу начинается пуля, тем меньшую расширяющую силу газ может оказать на пулю.Для наших целей эта сила представляет крутящий момент двигателя, в то время как начальная точка пули аналогична динамической степени сжатия двигателя в данном рабочем состоянии.

Статическое и динамическое сжатие

Посмотреть все 7 фотографий

Статическая степень сжатия (иногда называемая степенью механического сжатия) — удобный справочник, который производители двигателей используют для создания и описания двигателей, но никакие два двигателя с одинаковым CR не являются действительно одинаково, потому что действительно важна степень динамического сжатия.По этой причине застревание на статических степенях сжатия — тупик для большинства вещей, помимо игры в тривиальную автомобильную погоню. Цилиндр с объемом 100 куб. См будет улавливать 100 куб. См воздуха и топлива, закрыв впускной клапан в точке НМТ, но только 75 куб. Поскольку количество воздуха и топлива, захваченных в камере сгорания, действительно имеет значение для выработки энергии, из двух наших гипотетических двигателей объемом 100 куб. См тот, у которого больше всего захваченного воздуха и топлива, будет обеспечивать наибольшую мощность (при прочих равных), даже если оба двигателя имеют одинаковый рабочий объем.

Где «динамическая» часть динамической степени сжатия?

Наш предыдущий абзац не проливает много света на то, почему это называется «динамическим сжатием», пока мы не рассмотрим, как двигатель работает в различных условиях. Даже в двигателях с фиксированными фазами газораспределения (без VVT) эффективная степень сжатия изменяется при изменении частоты вращения двигателя и нагрузки. Короче говоря, если он изменяет количество заряда в камере сгорания от цикла к циклу, он меняет степень расширения и, следовательно, его мощность.Настройка индукции, частота вращения двигателя, продувка выхлопных газов и положение дроссельной заслонки изменяют динамическое сжатие от момента к моменту. Таким образом, статическое сжатие на самом деле не столько показатель удельной мощности двигателя, сколько критерий для расчета того, что будет дальше!

Стоит ли повышать коэффициент статического сжатия?

Посмотреть все 7 фотографий В недавнем динамометрическом тесте мы проверили производительность стандартного литья LS «317» объемом 70 куб. См (слева), сравнив его с литым корпусом меньшего размера 65 куб. точка сжатия.

При обсуждении степеней сжатия, которые обычно относятся к автомобильной сфере — от 8: 1 до 15: 1, — величина мощности, которую вы можете ожидать, будет варьироваться от 2 до 4 процентов на каждую точку полученного статического сжатия. (Мы отметим, что это улучшение, которое вы получили бы только с компрессией, а не с оптимизацией фаз газораспределения.) Три процента могут показаться не очень большим по сравнению с тем, что вы получили бы, добавив турбокомпрессор, закись азота или даже кулачок, но все имеет значение. Более того, повышение степени сжатия на величину, достаточно высокую, чтобы почувствовать разницу, может быть столь же простым, как обработка блока или головок цилиндров на несколько тысячных долей во время следующего ремонта, так почему бы и нет? Подробнее об этом чуть позже.

Посмотреть все 7 фотографий Увеличение компрессии на этом 6-литровом LS стоило 15 л.с., и все, что мы сделали, это поменяли большие камеры сгорания на меньшие.

Недавно мы провели динамометрический тест типичного 6-литрового Gen III LS (LY6) с горячим уличным кулачком. Со стандартными камерами сгорания объемом 70 куб. См. Максимальная мощность составила около 490 л.с. Просто заменив стандартные литые головки цилиндров «317» с камерой 70 куб. См на стандартные литые головки «243» с меньшей камерой сгорания объемом 65 куб. См, мы увеличили мощность до 505 л.с., то есть на 15 л.с. (около 3 процентов).

А как насчет октанового числа топлива?

Посмотреть все 7 фотографий Если вы увеличите компрессию, вы будете вынуждены подавать в двигатель топливо с достаточно высоким октановым числом, чтобы предотвратить детонацию, разрушающую двигатель. Однако усовершенствования головок блока цилиндров и другие технологии в последние годы значительно смягчили выдувание.

Есть один ограничивающий фактор, который может привести к резкому прекращению вашего плана по увеличению сжатия — октановое число топлива. Октан — это описание склонности топлива к воспламенению при определенных условиях испытаний, которые учитывают степень сжатия, частоту вращения, нагрузку, температуру охлаждающей жидкости, температуру воздуха на впуске, влажность и множество других переменных.Более высокое октановое число означает, что топливо может сопротивляться самовоспламенению при более высоком давлении и температуре, чем топливо с более низким октановым числом.

При прочих равных условиях двигатели с более высокой степенью сжатия требуют более высокого октанового числа топлива. Это связано с тем, что топливо с более низким октановым числом может начать воспламеняться до возникновения искры через систему зажигания, состояние, известное как детонация или самовоспламенение. Когда это происходит, ранний фронт пламени создает пиковое давление в камере до того, как поршень достигает ВМТ.Этот скачок давления усугубляется тем, что он ограничивается все меньшим пространством, поскольку поршень продолжает свой неумолимый марш к ВМТ. Почти всегда катастрофические для двигателей производительности, детонации следует избегать любой ценой — это все равно, что ударять по поршням молотком и плазменной горелкой одновременно.

По этой причине работа с более высокой степенью сжатия может вызвать повреждение двигателя, но это постепенно меняется. Усовершенствования таких вещей, как металлургия, покрытия и вычислительная динамика потока, означают, что у инженеров и производителей двигателей есть несколько инструментов, которые можно использовать против разрушительной детонации.Там, где когда-то было табу на бег 11: 1 или даже 10: 1 на улице с насосным газом, мы обнаруживаем, что хорошо подобранная комбинация (головки, кулачок, впуск и т. Д.) Может раздвинуть границы приемлемого сжатия с закачивать газовую скважину в диапазон 11: 1 плюс с небольшими уступками в производительности или удобстве движения. Как никогда раньше, сейчас самое время увеличить степень сжатия!

Особая благодарность Дэвиду Визарду и Джону Макбрайду

Посмотреть все 7 фотографий

Что такое степень сжатия? — RevZilla

Степень сжатия — важный фактор, определяющий «индивидуальность двигателя».Проще говоря, это мера того, сколько воздуха и топлива может выдавить цилиндр двигателя. Это просто сравнение того, какой объем он может удерживать при максимальном размере (когда поршень находится в нижней мертвой точке) относительно объема при его минимальном размере (полностью вверх в верхней мертвой точке).

Для несложной перспективы подумайте об этом с точки зрения потенциала давления. Помещая топливо и воздух под большим давлением, существует возможность извлечь большую мощность из (очень быстро) горящей смеси воздуха и топлива.

Здесь вы можете увидеть комплект головок цилиндров с боковым расположением клапанов Harley-Davidson. Хотя у этих головок была самая высокая степень сжатия, которую Harley предлагал для их больших плоских головок, они все равно давали низкие 5,7: 1. Обратите внимание на объем камер …

Чтобы дать вам быстрый пример, давайте представим одноцилиндровый двигатель с внутренним диаметром 3 1/2 дюйма и ходом 4 1/4 дюйма. Чтобы упростить задачу, скажем, в ВМТ, поршень с плоским верхом идет даже с верхней частью деки. Также представим, что объем головы равен восьми кубическим дюймам.Πr² — это формула, которая нам нужна для получения площади отверстия, затем мы умножаем это значение на высоту, чтобы получить смещение в 40,88 кубических дюймов. Теперь добавляем объем камеры сгорания и устанавливаем соотношение 48,88: 8. Степень сжатия всегда выражается знаменателем, равным единице, поэтому мы просто делим максимальный объем цилиндра и камеры на минимальный, чтобы получить степень сжатия 6,11: 1. Есть смысл?

… по сравнению с этими гоночными головами послепродажного обслуживания.Они в значительной степени основаны на модифицированных головах Джерри Бранча в стиле KR. Объем этих камер составляет около 4,4 дюйма по сравнению с 8-дюймовыми камерами, которые вы видели на предыдущей фотографии. Фото Лемми.

Теперь это упрощенное сравнение. Есть и другие факторы, которые немного усложняют ситуацию. Например, степень сжатия можно увеличить или уменьшить, используя более толстую или более тонкую прокладку головки. (Или вообще без прокладки головки!) Его также можно изменить, используя поршни другой формы.Например, у нашего теоретического поршня наверху была плоская верхняя часть, но что, если бы у него была тарелка для клапанов или если бы он не доходил до самой палубы? («Палуба» — это верхняя часть цилиндра.) Объем камеры сгорания увеличится, а степень сжатия уменьшится. Обратное верно для таких элементов, как «всплывающие» или куполообразные поршни; те уменьшают объем камеры сгорания.

Всплывающие поршни. S&S photo. Коэффициенты сжатия довольно сильно различаются, но обычно могут сказать вам кое-что об уровне производительности или долговечности двигателя.Наш пример выше? Большой сингл с очень низкой степенью сжатия? Скорее всего, это будет сельскохозяйственный двигатель, которому не нужно развивать максимальную мощность, вероятно, он будет работать на одной скорости весь день и должен работать долгие годы. Это конструкция с низким уровнем стресса. Когда вы видите степень сжатия в двигателе мотоцикла в диапазоне от 6: 1 до 7: 1, вы, вероятно, смотрите на очень старый мотоцикл, который, вероятно, имеет плоскую головку. Соотношения от 7: 1 до примерно 9: 1 обычно встречаются либо в мотоциклах с низким уровнем нагрузки, таких как круизеры, либо в старых мотоциклах с конструкцией OHV.Современные уличные мотоциклы обычно звучат где-то между 9,5: 1 и 13,5: 1. Эти мотоциклы, вероятно, будут иметь хорошие характеристики для своего размера. С годами они продвинулись на север, потому что усовершенствованный контроль искры позволил это увеличить, а металлургия постоянно совершенствуется.

Кстати, мы говорили о статической степени сжатия, а не о динамической. Мы говорим о степени сжатия при остановленном двигателе, но на самом деле двигатели движутся с множеством разных скоростей.Для того, чтобы некоторые высокооборотные двигатели работали хорошо, существует довольно длительный период времени, когда впускные и выпускные клапаны открыты. Одна из причин, по которой современные коэффициенты сжатия стали такими высокими, заключается просто в том, чтобы помочь компенсировать это перекрытие.

Обратите внимание, что камера сгорания CB750 использует внешний край каждого клапана в качестве периметра, помогая сохранить небольшой объем камеры, увеличивая степень сжатия. Фото Райана Шульца.

Итак, вам может быть интересно, почему мы просто не увеличиваем степень сжатия, как сумасшедшие, чтобы у всех нас были 200-сильные одноцилиндровые мотоциклы, которые весят 200 фунтов.Это невозможно по двум причинам. Во-первых, топливо начинает детонировать само, когда оно находится под сильным сжатием. (На самом деле именно так работает дизель; в этих двигателях даже не используются свечи зажигания. Дизель со степенью сжатия 20: 1 вовсе не редкость.) Этого можно немного избежать с помощью более высокооктанового топлива и другого конструкция камеры сгорания, но есть еще практический предел. (Именно поэтому для многих новых мотоциклов требуется бензин премиум-класса.) Регулируемая синхронизация на современных мотоциклах позволяет велосипедам работать на низкооктановом топливе, но бесплатного обеда нет — вы не получите максимальную мощность на низкосортном топливе.(Важно помнить, что высокооктановое топливо бесполезно, если ваш двигатель не взрывается. Заливка стандартного Honda Rebel с октановым числом 108 не заставит его разогнаться быстрее, чем обычный старый 87.) Тем не менее, я не хочу использовать канистры с горючим для гонок по бездорожью по 10 долларов за галлон, если у вас есть байк Hi-Po, так что это большая часть того, почему степени сжатия не заоблачные. Если вы похожи на 99 процентов людей на мотоцикле, вы обычно не участвуете в соревнованиях и должны заправляться на заправочной колонке.

С такими мелкими камерами сгорания велика вероятность того, что если поршень не сидит очень далеко «в отверстии» или если прокладки головки не слишком высоки, двигатель, к которому принадлежит эта головка, вероятно, имеет очень и очень хорошую степень сжатия. Кавасаки фото.

Другая причина, по которой степени сжатия имеют практический предел, заключается в том, что металл может выдерживать только такое большое напряжение. Конечно, конструкция головки и металлургия могут (и улучшаются!) Улучшаться, что является частью того, почему более высокие степени сжатия являются нормальным явлением на данном этапе, но только некоторые удары по верхней части поршня, контактной площадке кольца или шатуну могут выдержать — а с увеличением сжатия также увеличивается тепло.Высокие степени сжатия в двигателях с верхним расположением клапанов обычно имеют клапаны и поршни очень близко друг к другу, поэтому шансы разрушения из-за помех возрастают. Это приводит к необходимости более точного управления фазами газораспределения, что возникло в последние годы, что, в свою очередь, приводит к более высоким CR (и более высоким ценам на мотоциклы!)

Это своего рода начальное руководство по степени сжатия; есть множество нюансов, которые мы не затронули. Однако теперь вы знаете основы, так что это еще одно число в спецификации, которое должно помочь вам немного лучше понять силовую установку мотоцикла.

Рекомендации по степени сжатия мотоциклов | Мотоцикл Mojo

Определение степени сжатия может оказаться сложным процессом.

Мощность передается на заднее колесо мотоцикла за счет сжигания топливно-воздушной смеси в камере сгорания цилиндра, а расширение горящих газов толкает поршень, который вращает коленчатый вал, который в конечном итоге толкает вас вперед. Чем эффективнее сгорает топливная смесь, тем сильнее будет давление на поршень и тем больше будет произведена мощность.

Помимо таких факторов, как объемный объем двигателя, а также конструкция впуска и выпуска, степень сжатия двигателя имеет большое влияние на мощность и топливную экономичность. Степень сжатия — это отношение между общим объемом цилиндра, когда поршень находится в нижней части своего хода, и объемом камеры сгорания, когда поршень находится в верхней части своего хода, включая толщину прокладки головки и форму верх поршня. Следовательно, если общий объем цилиндра составляет 100 см3, а объем с поршнем в верхней мертвой точке (ВМТ) составляет 10 см3, степень механического сжатия составляет 10: 1.

Проще говоря: чем выше степень сжатия, тем больше мощности будет произведено для данного рабочего объема и для данного количества топлива. Это связано с тем, что чем сильнее сжимается топливная смесь, тем полнее она сгорает и расширяется. Однако это становится немного сложнее, чем на практике, и существует больше факторов, препятствующих высокой степени сжатия, чем преимуществ.

Самый большой вредный фактор — «детонация». Это когда топливная смесь воспламеняется в другом месте камеры сгорания, кроме свечи зажигания, когда она загорается.Таким образом, вместо своевременного расширения газов, которое начинает гореть, когда свеча зажигания загорается, когда поршень приближается к ВМТ, и продолжает расширяться, когда поршень начинает двигаться обратно вниз, происходит взрыв, который поражает поршень, как удар молотка, пока он все еще на подъеме. Отсюда и «стук» двигателя, и это очень опасно.

Смесь может воспламениться преждевременно из-за типа топлива (топливо с более высоким октановым числом устойчиво к детонации), момента зажигания (расширенный выбор времени дает смеси больше времени для детонации при движении поршня вверх) и степени сжатия смеси (сжатие газ создает тепло).Размер отверстия цилиндра также является фактором, и чем больше диаметр отверстия, а, следовательно, и камера сгорания, тем больше времени требуется, чтобы фронт пламени прошел от свечи зажигания до самых дальних участков камеры сгорания, что дает смеси больше возможностей. взорвать. При заданном объеме двигателя двигатель с меньшим диаметром цилиндра и более длинным ходом будет менее подвержен детонации, поскольку пламени требуется меньше времени для заполнения камеры сгорания. Вот почему большие V-образные близнецы и синглы с большей вероятностью стучат, и почему у них более низкая степень сжатия, чем у многоцилиндровых двигателей аналогичного объема.
Однако проблема заключается не в степени сжатия, а в более высоком давлении в камере сгорания, которое создается более высокой степенью сжатия — более высокое давление способствует детонации, поскольку, как упоминалось ранее, при сжатии газа выделяется тепло. Степень сжатия на современных мотоциклах варьируется от 9,5: 1, как на Suzuki DR650SE, до 14: 1, как на Ducati Panigale V4. У Kawasaki Ninja h3 степень сжатия даже ниже, чем у DR650 — 8.5: 1, но давление в камере сгорания очень высокое, потому что всасываемый заряд нагнетается нагнетателем.

Нет простого способа рассчитать степень сжатия без разборки двигателя. Для расчета степени сжатия необходимо следующее: фактические размеры диаметра цилиндра и хода, толщина сжатой прокладки головки, объем купола поршня, объем по высоте деки поршня (где верх поршня находится по отношению к поверхности прокладки головки блока цилиндров). в ВМТ) и объема камеры сгорания.

Лучший способ измерить объем камеры сгорания — это записать количество жидкости, необходимое для ее заполнения, с помощью бюретки объемом 100 куб. Поршневые производители иногда включают объем купола поршня, который необходимо вычесть из объема камеры сгорания; в противном случае необходимо установить поршень и кольца в цилиндр и измерить объем бюреткой. Формула для расчета только объема цилиндра без камеры сгорания: диаметр цилиндра x диаметр цилиндра x 12,87 x ход поршня = объем в кубических сантиметрах (размеры диаметра и хода в дюймах).Получив этот объем и объединенный объем камеры сгорания, прокладки головки и купола поршня, вы можете рассчитать степень сжатия, разделив общий объем цилиндра и камеры сгорания на объем камеры сгорания (включая прокладку головки и поршень). -купольный объем).

Помимо удаления материала с головки или цилиндра, вы можете повысить степень сжатия, установив поршни с высокой степенью сжатия или более тонкие прокладки головки, или заменив базовые прокладки на герметик, например, на прокладку ThreeBond.

Технические статьи написаны исключительно для справки, и для вашего мотоцикла могут потребоваться другие процедуры. Вы должны быть механически склонны выполнять свое собственное техническое обслуживание, и мы рекомендуем вам связаться с вашим механиком, прежде чем выполнять какие-либо работы с вашим велосипедом.

Performance Tech | Степень сжатия 101 Деталь: 1

O Оптимизация степени сжатия двигателя для типа топлива и уровней наддува (приложения с принудительной индукцией), которые будут использоваться, может привести к дополнительной мощности, увеличению крутящего момента и улучшенной экономии топлива.Как вы, возможно, уже знаете, некоторые двигатели оптимизированы на заводе для работы на бензине с более высоким октановым числом (ТОЛЬКО ПРЕМИУМ). Эти двигатели обычно имеют более высокую степень сжатия, чем аналогичный двигатель, предназначенный для работы на обычном бензине. Если вы собираетесь перейти на «встроенный» двигатель в будущем, у вас будет возможность изменить степень сжатия. Чтобы помочь вам принять обоснованное решение, DSPORT будет делать серию из трех частей по коэффициенту сжатия 101. В первой части мы определим степень сжатия и всю математику, необходимую для расчета фактической степени сжатия двигателя (часто отличной от спецификацию производителя).В первой части также рассказывается обо всех доступных методах изменения степени сжатия. Во второй части мы рассмотрим, как октановое число топлива, процентное содержание этанола, уровни наддува и типы вождения будут влиять на выбор идеальной степени сжатия для конкретного применения. Наконец, в третьей части мы исследуем способы достижения идеального числа сжатия, ведущего к максимальной эффективности сгорания. Итак, давайте начнем с того, что посмотрим, как именно рассчитываются степени сжатия.

Майкл Феррара

ДСПОРТ Выпуск № 210

---

Статическая степень сжатия двигателя, обычно именуемая просто степенью сжатия, является функцией «стреловидного» и «нераскачиваемого» объема цилиндров двигателя.Рабочий объем представляет собой динамический объем цилиндра, основанный на положении поршней в самом низком (нижняя мертвая точка или НМТ) и самом высоком (верхняя мертвая точка или ВМТ) положении. Рабочий объем цилиндра такой же, как рабочий объем отдельного цилиндра.

Прокладки головки обычно имеют диаметр отверстия на 0,5–1,0 мм больше, чем диаметр цилиндра, который они герметизируют. Если производитель не указывает размер отверстия под прокладку, для прямого измерения можно использовать набор штангенциркулей.

Непотерянный объем цилиндра — это неизменный объем цилиндра. Этот объем складывается из объема камеры сгорания в головке блока цилиндров, объема, создаваемого прокладкой головки, объема, добавляемого или вычитаемого головкой поршня (купола, тарелки, предохранительные клапаны, противопожарные щели), а также добавляемого или принимаемого объема. от поршня к деке, когда поршень находится в ВМТ.

Расчет рабочего объема (куб.см) двигателя довольно прост, поскольку он равен объему одного цилиндра:

Если полный рабочий объем двигателя неизвестен, но известны диаметр цилиндра и ход поршня, вместо этого можно использовать это уравнение:

Как упоминалось ранее, непромокаемый объем цилиндра состоит из объема камеры сгорания в головке блока цилиндров, объема, создаваемого прокладкой головки, объема, добавляемого или вычитаемого головкой поршня (купола, тарелки, предохранительные клапаны, пожарные пазы) и объем, добавляемый или отводимый за счет положения поршень-дека, когда поршень находится в ВМТ.В отличие от расчета рабочего объема, который можно выполнить, просто зная диаметр цилиндра и ход двигателя, для нерассеиваемого объема требуется значительно больше информации. Часть этой информации можно найти только путем прямого измерения.

Использование приспособления для настила моста с двойными циферблатными индикаторами — единственный способ получить точные измерения. Двойные индикаторы показывают, качнулся ли поршень в одну сторону, а не в нейтральное положение.

Объем камеры сгорания может быть измерен непосредственно путем измерения объема камеры сгорания.Это можно сделать с помощью экономичных комплектов, которые начинаются примерно с 20 долларов, или более точных комплектов, которые стоят около 120 долларов. Зная или измеряя размер отверстия прокладки головки (обычно, но не всегда, на 0,5-1 мм больше, чем размер отверстия цилиндра, на котором она предназначена) и ее сжатая толщина позволит объему, создаваемому прокладкой головки, увеличиться. рассчитываться. Часто эти числа предоставляются производителем прокладки. Всегда обязательно проверяйте, соответствует ли указанный размер отверстия с прокладкой внутреннему диаметру прокладки или предполагаемому размеру отверстия цилиндра.Что касается объема, создаваемого или уменьшаемого формой днища поршня, это технические характеристики, предоставляемые производителем поршня. Наконец, измерение между поршнем и декой производится с помощью перемычки и двойного циферблатного индикатора. После измерения этого расстояния добавленный объем (если поршень находится ниже поверхности деки) или вычитаемый (поршень выше поверхности деки) из непрометенного объема может быть рассчитан с использованием того же основного уравнения, которое использовалось для расчета прокладки головки. Единственное отличие — вероятность того, что это будет отрицательный результат, если поршень находится над поверхностью деки.

Объем камеры сгорания (куб.см): Хотя вы можете найти где-нибудь в Интернете спецификацию камеры сгорания для конкретного двигателя, есть вероятность, что она будет отличаться от фактического объема головки (головок) цилиндров. используется на вашем двигателе.

Объем головки поршня (куб. См): Если головка поршня плоская без предохранительных клапанов, это значение будет равно нулю. И вот здесь все становится немного сложнее. В целях уравнения мы пытаемся определить, как головка поршня влияет на нераскачиваемый объем.Если на головке поршня имеются предохранительные клапаны, тарелка или геометрия купола инвертора, это значение следует считать положительным (хотя производитель поршня может записать его как отрицательное). Таким образом, он увеличит ценность непрометенного объема. Если на поршне есть купол, это значение будет отрицательным (хотя производитель поршня может записать это как положительное). Таким образом, будет уменьшен общий непрометенный объем.

Хотя разница в 2,4 куб. См может показаться не такой значительной, ее достаточно, чтобы снизить степень сжатия RB26DETT с 8.От 7 к 1 (прокладка 1,1 мм) до 8,4 к 1 (прокладка 1,5 мм).

Объем зазора между поршнем и декой (куб.см): Уравнение, используемое для расчета этого объема, почти идентично уравнению, используемому для расчета объема прокладки головки блока цилиндров. Для этого уравнения нас интересует глубина отверстия, в котором находится поршень. Если головка поршня находится на одном уровне с декой, это число будет равно нулю. Если поршень находится внизу в отверстии, это число будет положительным. Если поршень находится над декой, это число будет отрицательным.

Объем зазора между поршнем и декой (куб. См):

Пример для отверстия 86 мм с поршнем на 0,010 дюйма под палубой:

86 x 86 x 0,010 x 0,01995 = 1,48 куб.см

(L) В качественный набор для измерения объема камер сгорания будет входить бюретка. В более дешевых наборах будет использоваться градуированный шприц. Оба комплекта будут включать оргстекло. (R) Если производитель не предоставляет значение толщины прокладки головки в сжатом состоянии, можно использовать микрометр.Убедитесь, чтобы измерить область, которая имеет все слои, но избежать измерения стопора / сложенный слой.

Когда поршень находится в нижней мертвой точке (НМТ), общий объем цилиндра — это рабочий объем, вклад в объем от поршня, объем прокладки головки, объем головки цилиндра и объем зазора деки. Это развернутый плюс не развернутый объем.

Итак, вы приобрели комплект поршней 9,5: 1 для сборки вашего двигателя. Это означает, что степень сжатия двигателя будет 9.5 к 1, верно? Может быть, но, вероятно, нет. Скорее всего, это будет где-то между 9.0-к-1 и 10.0-к-1. Причина в том, что заявленная степень сжатия предполагает, что камера сгорания имеет определенный объем, в котором используется определенная прокладка головки, и что высота от поршня до деки является определенным числом. Реальность такова, что камеры сгорания отлиты и могут быть на 3 куб. См больше или меньше, чем предполагалось. Палуба головки блока цилиндров обычно разрезается, когда двигатель обрабатывается, и когда используются клапаны вторичного рынка, объем может быть добавлен или уменьшен по сравнению с клапанами OEM.Если вы хотите узнать фактическую степень сжатия для вашего построенного двигателя, вам нужно потратить время на ее измерение. Это может добавить к сборке вашего двигателя дополнительных 200-300 долларов или больше, так как правильный путь требует некоторой сборки макета. Однако знание реальных чисел является обязательным при разработке программы двигателя для максимальной производительности. Во второй части мы покажем вам, как выбрать наилучшую степень сжатия для максимальной производительности. Будьте на связи.

Автозапчасть | В чем разница между степенью сжатия в бензиновых и дизельных двигателях?

Каждый двигатель имеет определенную степень сжатия .Однако дизельные и бензиновые двигатели существенно различаются по степени сжатия. Первым шагом к осознанию этих различий является понимание , что такое степень сжатия .

Что такое степень сжатия?

Степень сжатия — это отношение объема цилиндра, когда поршень находится в НМТ, к объему, когда поршень находится в ВМТ. Именно это соотношение определяет степень сжатия топливовоздушной смеси перед воспламенением.

Степень сжатия в двигателях обычно составляет от 8: 1 до 10: 1.Возможно, вы слышали, что более высокая степень сжатия, например, 12: 1 или 14: 1, дает много преимуществ, включая большую мощность и большую топливную экономичность. Тем не менее, более высокая степень сжатия также может представлять значительные риски, такие как детонация. Как вы думаете, что обеспечивает более высокую степень сжатия — бензиновый двигатель или дизель?

Степень сжатия в бензиновых двигателях

Бензиновые двигатели имеют искровое зажигание и работают на летучих топливах, таких как бензин. Здесь воздушно-топливная смесь достигается после сжатия.В карбюраторе смешиваются воздух и топливо, и после сжатия смесь воспламеняется с помощью электрической искры.

Бензиновые двигатели работают на основе цикла Отто, который включает два изохорных и два изоэнтропических процесса. Вот фазы процесса сгорания в бензиновых двигателях:

1. Впуск
2. Компрессия
3. Зажигание
4. Выпуск

Какая степень сжатия у бензиновых двигателей?

Степень сжатия в бензиновых двигателях за последние два десятилетия всегда составляла от 8: 1 до 12: 1.Однако в истории производства автомобилей были случаи, когда автопроизводители превышали это соотношение. Некоторые из этих случаев включают:

• степень сжатия 13: 1 в автомобилях, выпущенных с 1955 по 1972 год; Эти автомобили были построены для работы на высокооктановом этилированном бензине, который допускал более высокую степень сжатия.
• Степень сжатия 14: 1 в некоторых моделях двигателей Mazda SkyActiv 2012 года выпуска; в этих двигателях улучшена очистка выхлопных газов, что позволяет реализовать это соотношение с использованием неэтилированного бензина.Промывка поддерживает низкий уровень температуры в цилиндре перед тактом впуска.
• Степень сжатия 14: 1 в 2-дверном спортивном автомобиле Ferrari 458 Speciale

Причина, по которой не рекомендуется иметь высокую степень сжатия в двигателях, использующих низкооктановое топливо, заключается в том, что высокий CR может вызвать детонацию. Это также известно как предварительное зажигание или детонация, когда топливо самовоспламеняется и приводит к неконтролируемому сгоранию.

Детонация снижает эффективность сгорания и может вызвать серьезные повреждения, если не установлены датчики детонации для регулировки времени.

Степень сжатия в дизельных двигателях

Создание дизельного двигателя приписывают Рудольфу Дизелю, в честь которого был назван этот тип двигателя. Это изобретение было вдохновлено неэффективностью бензиновых и паровых двигателей того времени. Вот четыре фазы, участвующие в цикле сгорания в дизельных двигателях:

1. Впуск
2. Компрессия
3. Сгорание
4. Выпуск

Почему у дизельных двигателей более высокая степень сжатия?

Дизельные двигатели имеют на более высокую степень сжатия , чем их бензиновые аналоги, и не требуют свечей зажигания для зажигания.Вместо этого топливо вводится в камеру сгорания, где воздух сжимается до высокой температуры. Это вызывает самовозгорание впрыскиваемого топлива.

Это означает, что сжатие должно быть достаточно высоким, чтобы повысить температуру воздуха в цилиндре до точки, при которой он воспламеняет топливо. По этой причине дизельные двигатели также называют двигателями с воспламенением от сжатия.

Воздух сжимается адиабатическим сжатием. Дизельные двигатели сжимают только воздух, но не топливо.

Какая средняя степень сжатия у дизельного двигателя?

Дизельные двигатели с прямым впрыском имеют степень сжатия в диапазоне от 14: 1 до 23: 1. Дизельные двигатели с косвенным впрыском имеют степень сжатия от 18: 1 до 23: 1. В отличие от бензиновых двигателей, которые используют цикл Отто, дизельные двигатели работают по дизельному циклу (воспламенение от сжатия).

Дизельный цикл также состоит из 4 процессов: 2 изоэнтропических процессов, процесс постоянного объема и процесс постоянного давления.

Топливо с высокой устойчивостью к самовоспламенению может вызвать позднее воспламенение. Это может привести к детонации двигателя. Хотя дизельные двигатели имеют более высокую пиковую температуру сгорания по сравнению с бензиновыми, они выделяют меньше тепла из-за большего расширения.

Мы надеемся, что это простое руководство помогло вам больше узнать о степени сжатия как в дизельных, так и в бензиновых двигателях. Вы можете прочитать нашу статью «Что такое степень сжатия в автомобильных двигателях», чтобы получить некоторую справочную информацию по этой теме.

Будьте в курсе, регулярно подписываясь на статьи нашего блога.

Сэм О.

Под кожей: как переменная компрессия объединяет лучшее из обоих

Инженеры пытались усовершенствовать двигатели с переменной степенью сжатия почти столько же, сколько существовали двигатели. Однако пока только Nissan удалось запустить его в производство. Его технология Variable Compression Turbo (VC-T) делает то, что многие не смогли сделать: изменяет степень сжатия двигателя во время его работы.

Это соотношение представляет собой соотношение между рабочим объемом цилиндра (часть цилиндра, через которую проходит или перемещается поршень) и рабочим объемом плюс объем камеры сгорания (нерассеиваемый объем). Камера сгорания в верхней части цилиндра — это место, где топливо и воздух сжимаются поршнем и воспламеняются.

Чем выше давление в этой камере, тем эффективнее сгорание и тем выше мощность. Однако здесь есть одна оговорка: создайте слишком большое давление и вместо того, чтобы гореть равномерно (желательно), топливно-воздушная смесь взорвется (нежелательно и потенциально может привести к повреждению двигателя).

Детонации можно избежать, увеличив октановое число бензина, чтобы заставить его гореть медленнее, или замедлив воспламенение, так что топливо сгорает, когда поршень уже движется вниз на рабочем такте, снижая давление в цилиндре. Это можно сделать «на лету», используя датчики детонации для определения начала детонации, но это снижает эффективность и мощность.

Уравнение становится еще сложнее, когда вы вводите турбонаддув. Турбокомпрессор увеличивает давление всасываемого воздуха, еще больше повышая давление в камере сгорания.Ранние двигатели с турбонаддувом работали с относительно низкой степенью сжатия, чтобы поддерживать давление ниже порога детонации при наддуве. Минусом было то, что производительность, эффективность и отклик двигателя при отключенном форсировании пострадали, и отставание было безудержным. Современные датчики детонации допускают более высокие степени механического сжатия, но в идеале можно изменять степень механического сжатия на лету.

Было испробовано много дурацких способов сделать это. Покойный гений двигателей Saab Пер Гиллбранд разрезал блок двигателя пополам по горизонтали, подвесил верхнюю половину на шарнире с одной стороны и заделал зазор сильфонами, как на гармошке.При раскачивании верхней половины блока с помощью электроники и кулачка камера сгорания в верхней части блока перемещалась вверх и вниз по отношению к коленчатому валу и поршням. Это сработало, но, вероятно, было не так практично.

Другой пример — двухтактный двигатель, разработанный Lotus Engineering. Названный Omnivore, он мог адаптироваться к различным видам топлива, изменяя степень сжатия. Маленькая поршневая шайба в головке блока цилиндров двигалась внутрь и наружу, создавая больший или меньший объем камеры сгорания.

Ни один из них не производился, но Nissan VC-T использовался в Mk6 Altima и Infiniti QX50. Шатун каждого поршня соединяется с коленчатым валом через шарнирное соединение, и манипулирование этим шарниром с помощью набора звеньев перемещает ход поршней вверх или вниз. Up увеличивает степень сжатия до 14: 1 для большей эффективности при низком турбо наддуве; вниз уменьшает его до 8: 1, обеспечивая более высокий прирост для большей мощности. Это немного сложно, но чертовски умно.

Десять лошадиных сил на килограмм

Важность степени сжатия двигателя

Что такое степень сжатия:

• Степень сжатия двигателя — это отношение объема газа в цилиндре, когда поршень находится в верхней части своего хода (верхняя мертвая точка, или ВМТ), к объему газа, когда поршень находится в нижней части своего хода. (нижняя мертвая точка или BDC).Другими словами, это соотношение сжатого и несжатого газа, или насколько плотно поступающая топливно-воздушная смесь сжимается в камере сгорания перед воспламенением. Чем сильнее он сжимается, тем эффективнее горит и вырабатывается больше энергии. Примечание. Если вы хотите узнать, как появляются цифры, перейдите по этой ссылке

  .

  Как рассчитать степень сжатия

Как это влияет на экономию топлива:

• Чем выше передаточное число, тем больше сжатый воздух в цилиндре.Когда воздух сжимается, происходит более мощный взрыв топливовоздушной смеси, и расходуется больше топлива. Подумайте об этом так: если бы вам пришлось быть рядом со взрывом, вы, вероятно, предпочли бы быть рядом с ним где-то снаружи, потому что сила взрыва рассеется, и он не будет казаться таким мощным. Однако в маленькой комнате сила будет сдерживаться, что сделает ее намного более мощной. То же самое и с степенями сжатия. Удерживая взрыв в меньшем пространстве, можно использовать больше его мощности.Например, увеличив степень сжатия с 8: 1 до 9: 1, можно повысить экономию топлива примерно на 5–6 процентов.

Как это влияет на загрязнение или выбросы:

• Высокие степени сжатия обеспечивают лучшее сгорание топлива и это уменьшает количество отработанного газа, производимого двигателем; любая величина, превышающая 16: 1, будет вероятна и создаст нечто, называемое детонацией. Более низкие степени сжатия позволяют сжигать топливо плохого качества или топливо с более низким октановым числом, что увеличивает количество выхлопных газов.

Как это влияет на характеристики холодного пуска двигателя:

• Двигатели с высокой степенью сжатия выделяют чрезмерное тепло по сравнению с автомобилями с более низким уровнем сжатия, поэтому холодный запуск не должен быть проблемой для этих типов транспортных средств, в большинстве мотоциклов (с высокой степенью сжатия) не касаться дроссельной заслонки при холодном запуске. очень эффективный. Что касается двигателя с более низкой степенью сжатия, ситуация такая же, как и для любого обычного двигателя, вам нужно, чтобы он нагрелся для лучшего запуска.

Как это влияет на производительность:

• Это и ежу понятно, более высокая степень сжатия обеспечит гораздо большую мощность, чем более низкая, поэтому автомобили F1 имеют чрезвычайно высокую степень сжатия. Это также позволяет двигателю быть более эффективным на более высоких оборотах. Более низкие степени сжатия дают более низкую производительность, но их легче строить, обслуживать и, в целом, они имеют более длительный срок службы.

Зачем мне использовать более высокое сжатие:

• Намного лучше производительность.
• Более высокая «относительная» экономия топлива.
• более высокая полезная мощность на всех оборотах в минуту.
• Улучшенные выбросы.

Зачем мне использовать более низкую степень сжатия:

• Намного дешевле строить, эксплуатировать и ремонтировать.
• Работает намного дольше, чем аналог.
• Может иметь воздушное охлаждение.
• Меньше шума, вибрации.
• Лучшая экономия топлива в реальном мире.
• Работает на хреновом топливе.
• Не выделяет столько тепла.

Последний пункт очень важен для мотоциклов, так как двигатель находится очень близко к ногам пользователя, голый байк с высокой степенью сжатия либо невозможно будет ехать в городе, либо потребуется надлежащее жидкостное охлаждение.

Надеюсь, это поможет.

.