Что такое степень сжатия двигателя и чем она отличается от компрессии
Силовые агрегаты современных легковых автомобилей представляют собой сложные технические конструкции, и их работа определяется множеством различных параметров. Начинающим автолюбителям бывает очень непросто разобраться с тем, что же именно под каждым из них подразумевается. К примеру, о том, что такое степень сжатия двигателя в действительности не знают даже опытные автолюбители. Вернее, они считают, что им эти известно, но на самом деле очень часто путают этот параметр с компрессией.
Что такое степень сжатия и чем она отличается от компрессии
Иллюстрация степени сжатия 10:1
Каждый двигатель внутреннего сгорания функционирует за счет того, что в его цилиндрах при сжигании топливной смеси образуются газы, которые приводят в движение поршни, а они, в свою очередь — коленчатый вал. Таким образом, происходит преобразование энергии горения в энергию механическую, возникает крутящий момент, благодаря чему автомобиль движется.
Сгорание топливной смеси происходит в цилиндрах, причем перед воспламенением поршни сжимают ее до определенного объема. Именно отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания и называется степенью сжатия ДВС. Эта величина не имеет размерности и выражается простым соотношением. Для большинства современных бензиновых двигателей внутреннего сгорания она составляет от 8:1 до 12:1, а для дизельных моторов — от 11:1 до 14:1.
Под компрессией понимается максимальное значение давления, которое возникает в камере сгорания в самом конце такта сжатия топливной смеси. Таким образом, эта величина является не относительной, а абсолютной величиной. Для ее измерения используются такие единицы, как атмосферы, кг/см2, а также килопаскали или бары. Компрессия тесно связана со степенью сжатия, однако совсем не идентична ей. На ее значение оказывает влияние не только объем, до которого сжимается топливная смесь перед воспламенением, но и такие факторы, как ее состав, текущая температура двигателя, наличие зазоров в приводах клапанов и некоторые другие.
На что влияет степень сжатия двигателя
Нормальное сгорание смеси (вверху) и детонация (внизу)
Степень сжатия двигателя напрямую влияет на то количество работы, которое производит силовой агрегат. Чем она выше, тем больше энергии выделяется при сжигании топливной смеси, и, соответственно, тем большую мощность демонстрирует силовой агрегат. Именно по этой причине в конце прошлого века производители двигателей внутреннего сгорания старались делать свою продукцию мощнее именно за счет увеличения степени сжатия, а не за счет увеличения объемов цилиндров и камер сгорания. Следует заметить, что при форсировании моторов таким способом достигается существенный прирост мощности без дополнительного потребления топлива. Таким образом, моторы в итоге получаются не только мощными, но еще и экономичными.
У такого метода есть, однако, и свои ограничения, причем довольно существенные. Дело в том, что при сжатии до определенной величины топливная смесь детонирует, то есть происходит ее самопроизвольный взрыв. Это, правда, касается только бензиновых двигателей: в дизельных моторах детонации не происходит, и во многом именно поэтому они в среднем имеют более высокую степень сжатия.
Для того чтобы серьезно увеличить значение давления детонации, повышают октановое число бензина, что существенно удорожает топливо. Кроме того, многие химические добавки, которые для этой цели используются, ухудшают экологические параметры двигателей внутреннего сгорания. Некоторые не очень опытные автомобилисты считают, что чем выше октановое число бензина, тем больше энергии он выделяет при сгорании, однако на самом деле это совсем не так: эта характеристика не оказывает никакого влияния на теплотворную способность топлива.
Читайте также: Какая компрессия должна быть в двигателе.
Как рассчитывают степень сжатия двигателя
Поскольку очень желательно, чтобы двигатель внутреннего сгорания, установленный на автомобиле, имел максимально возможную степень сжатия, то необходимо уметь ее определять. Важно это еще и для того, чтобы при регулировке силового агрегата, направленной на его форсирование, избежать опасности детонации, которая может просто разрушить мотор.
Стандартная формула, по которой рассчитывается степень сжатия двигателя внутреннего сгорания, имеет следующий вид:
- CR=(V+C)/C,
- где CR — степень сжатия двигателя, V — рабочий объем цилиндра, C — объем камеры сгорания.
Для того чтобы определить значение этой величины для одного цилиндра, нужно сначала разделить общий рабочий объем силового агрегата на их количество. Таким образом определяется значение параметра V из приведенной выше формулы. Определить объем камеры сгорания (то есть значение величины С) несколько сложнее, но вполне возможно. Для этого опытные автомобилисты и механики, специализирующиеся на ремонте и наладке двигателей внутреннего сгорания, используют бюретку, которая проградуирована в кубических сантиметрах. Наиболее простой способ заключается в том, чтобы залить в камеру сгорания жидкость (например, бензин), а после этого измерить с помощью бюретки ее объем. Полученные данные нужно подставить в формулу расчета.
На практике значение степени сжатия двигателя обычно определяется в следующих случаях:
- При форсировании силового агрегата;
- При его приспособлении для функционирования с топливом другого октанового числа;
- После проведения такого ремонта ДВС, когда требуется корректировка степени сжатия.
Как изменить степень сжатия двигателя
У современных двигателей внутреннего сгорания меняют степень сжатия как в сторону увеличения, так и в строну уменьшения. Если ее необходимо увеличить, то растачивают цилиндры и устанавливают поршни большего диаметра. Еще один достаточно распространенный способ — это уменьшение объема камер сгорания. Для этого там, где головка цилиндров сопрягается с блоком, удаляется слой металла. Эту операцию производят на строгальном или фрезерном станке.
Если по тем или иным причинам нужно снизить степень сжатия двигателя внутреннего сгорания, то проще всего для этого между блоком цилиндров и головкой установить дополнительную прокладку из дюралюминия. Еще один, более сложный способ состоит в том, что на токарном станке с днища поршня удаляется слой металла.
Видео на тему
Похожие публикации
Что такое степень сжатия
Степень сжатия является величиной, которая характерна для двигателей внутреннего сгорания. Степень сжатия двигателя является отношением полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Другими словами, это отношение объема пространства над поршнем во время его нахождения в НМТ (нижняя мертвая точка) к объему такого же пространства над поршнем при его нахождении в ВМТ (верхняя мертвая точка).
Стоит отметить, что понятие степени сжатия двигателя зачастую ошибочно принимается за показатель компрессии. Компрессия представляет собой максимальный уровень давления в цилиндре, которое создается в результате движения поршня из НМТ в ВМТ. Показатель компрессии принято измерять в атмосферах, тогда как степень сжатия выражается математически в виде определенного отношения. В качестве примера можно указать степень сжатия 11:1.
На самом деле показатель степени сжатия условно является разницей давлений в камере сгорания между моментом подачи топливно-воздушной смеси (или только дизтоплива для дизельных ДВС) в цилиндр и тем моментом, когда происходит воспламенение топливного заряда. Различные двигатели могут иметь разный параметр степени сжатия, что зависит от типа мотора и его конструктивных особенностей. Принято выделять низкую или высокую степень сжатия.
Содержание статьи
Увеличение степени сжатия: плюсы и минусы
Любой ДВС в основе имеет принцип воспламенения смеси воздуха и распыленного топлива в камере сгорания. Результатом сгорания смеси становится тепловое расширение газов, которые толкают поршень. Такая энергия толчка от поршня передается на коленчатый вал двигателя посредством работы КШМ, что означает преобразование сгорания топлива в полезную механическую работу.
Чем большим оказывается показатель степени сжатия двигателя, тем сильнее итоговое давление газов на поршень. Увеличение давления будет означать, что за один такт силовая установка способна выполнить больше механической работы. Если проще, то мощность и отдача от двигателей с большей степенью сжатия выше сравнительно с аналогами, которые имеют меньший показатель. Также необходимо добавить, что количество самого подаваемого топлива в моторах с большей степенью сжатия не увеличивается, при этом такой двигатель имеет больший КПД. Бензиновые двигатели могут демонстрировать показатель степени сжатия от 8 до 12. Что касается дизельных моторов и особенностей воспламенения смеси в таких агрегатах, степень сжатия дизеля выше и находится в рамках от 14 до 18 единиц.
Большинство современных моторов легковых автомобилей имеют высокую степень сжатия, так как двигатель становится мощнее и экономичнее. Топливно-воздушная смесь в таких ДВС сгорает более полноценно и равномерно, позволяя улучшить ряд характеристик двигателя во всем диапазоне оборотов. Главной особенностью моторов с высокой степенью сжатия является повышенная требовательность к качеству топлива. Для таких силовых агрегатов обязательно использование дорогих марок бензина с высоким октановым числом и солярки с необходимым цетановым числом. Большинство современных бензиновых ДВС предполагают использование топлива с октановым числом не ниже АИ-95 или АИ-98.
Доработка двигателя: изменение степени сжатия
Среди распространенных решений для форсирования двигателя или езды на более дешевом бензине является самостоятельное изменение объема камеры сгорания. Далее мы рассмотрим, как увеличить или уменьшить степень сжатия своими руками.
Если вы планируете форсировать двигатель, тогда степень сжатия нужно увеличить. Следует помнить, что увеличение закономерно приводит к тому, что детонационный порог будет снижен. Слишком высокая степень сжатия для двигателя будет означать, что устранить детонацию при помощи высокооктанового бензина, настройки УОЗ и других манипуляций не получится.
Стоит добавить, что более ощутимый прирост мощности способен обеспечить такой двигатель, который изначально был рассчитан на меньшую степень сжатия. Другими словами, больше мощности после тюнинга выдаст агрегат, штатно имеющий показатель 9:1 и доработанный до 10:1 сравнительно с мотором, который в стоке имел 12:1 и был форсирован путем увеличения показателя степени сжатия до 13:1.
Для прибавки мощности существуют такие способы:
- доработка ГБЦ и/или установка тонкой прокладки ГБЦ;
- расточка цилиндров и общее увеличение объема ДВС;
Под тюнингом головки блока в этом случае стоит понимать фрезеровку нижней части, которая стыкуется с блоком цилиндров. ГБЦ таким образом укорачивается, что и приводит к уменьшению камеры сгорания двигателя, а также увеличению степени сжатия. Аналогичную задачу преследует и установка более тонкой прокладки ГБЦ.
Необходимо учитывать, что при таком тюнинге существует риск встречи клапанов с поршнем. Перед началом работ необходимы детальные расчеты. В ряде случаев требуется замена поршней на такие, которые имеют увеличенные выемки под клапан. Фазы газораспределения также сбиваются, что потребует их последующей настройки.
Что касается расточки блока цилиндров, данный способ также требует замены поршней. Результатом становится увеличение рабочего объема ДВС и более высокая степень сжатия, так как объем камеры сгорания по отношению к увеличенному объему цилиндра не меняется.
Дефорсирование ДВС
Вполне очевидно, что после понижения степени сжатия двигатель будет дефорсирован. Делается такая доработка в том случае, если мощность двигателя отодвигается на второй план. Уменьшение степени сжатия позволяет эксплуатировать мотор на низкооктановом бензине без риска появления детонации, что и обеспечивает определенную экономию на разнице стоимости горючего.
Необходимо добавить, что подобное решение зачастую применяется на старых карбюраторных автомобилях. Что касается инжекторных авто с электронным блоком управления, в этом случае данный способ доработки настоятельно не рекомендуется.
Для уменьшения степени сжатия двигателя нужно реализовать увеличение высоты прокладки под ГБЦ. Для этого используются две обычные прокладки, между которыми укладывается третья, изготовленная из алюминия. Результатом станет увеличение высоты ГБЦ и объема камеры сгорания, что позволит в итоге перейти на более дешевый бензин.
Читайте также
Двигатель с изменяемой степенью сжатия: принцип работы и особенности
Как может показаться на первый взгляд, современный двигатель внутреннего сгорания достиг высшей ступени своей эволюции. На данный момент серийно выпускаются различные бензиновые и дизельные моторы, появились гибридные установки, дополнительно реализована возможность перевести двигатель на газ.
В списке наиболее значимых наработок за последние годы можно выделить: внедрение систем высокоточного впрыска под управлением сложной электроники, получение большой мощности без увеличения рабочего объема благодаря системам турбонаддува, увеличение количества клапанов на цилиндр, использование систем изменения фаз газораспределения и т.д.
Результатом стало заметное улучшение характеристик ДВС, а также снижение уровня токсичности отработавших газов. Однако это еще не все. Конструкторы и инженеры по всему миру продолжают не только активно работать над усовершенствованием уже имеющихся решений, но и пытаются создать абсолютно новую конструкцию.Достаточно вспомнить попытки построить двигатель без коленвала и шатунов, избавиться от распредвала в устройстве ГРМ или динамично изменять степень сжатия двигателя. Сразу отметим, хотя одни проекты еще находятся в стадии разработки, другие уже стали реальностью. Например, двигатели с изменяемой степенью сжатия. Давайте рассмотрим особенности, преимущества и недостатки таких ДВС.
Содержание статьи
Изменение степени сжатия: зачем это нужно
Многие опытные водители знакомы с такими понятиями, как степень сжатия двигателя и октановое число для бензиновых моторов, а также цетановое число для дизельных. Для менее осведомленных читателей напомним, что степень сжатия представляет собой отношение объема над поршнем, который опущен в НМТ (нижняя мертвая точка) к тому объему, когда поршень поднялся в ВМТ (верхняя мертвая точка).
Бензиновые агрегаты имеют, в среднем, показатель 8-14, дизели 18 -23. Степень сжатия является фиксированной величиной и конструктивно закладывается во время разработки того или иного двигателя. Также от степени сжатия будут зависеть и требования к использованию октанового числа бензина в том или ином моторе. Параллельно учитывается и то, атмосферный двигатель или с наддувом.
Если говорить о самой степени сжатия, фактически это показатель, который определяет, насколько сильно будет сжиматься топливно-воздушная смесь в цилиндрах двигателя. Если просто, хорошо сжатая смесь лучше воспламеняется и полноценнее сгорает. Получается, увеличение степени сжатия позволяет добиться роста КПД двигателя, получить улучшенную отдачу от мотора, снизить расход топлива и т.д.
Однако есть и нюансы. Прежде всего, это детонация двигателя. Опять же, если не вдаваться в подробности, в норме заряд топлива и воздуха в цилиндрах должен именно гореть, а не взрываться. Более того, воспламенение смеси должно начинаться и оканчиваться в строго заданные моменты.При этом топливо имеет так называемую «детонационную стойкость», то есть способность противостоять детонации. Если же сильно увеличить степень сжатия, тогда горючее может начать детонировать в двигателе при определенных режимах работы ДВС.
Результат — неконтролируемый взрывной процесс сгорания в цилиндрах, быстрое разрушение деталей мотора ударной волной, значительный рост температуры в камере сгорания и т.д. Как видно, сделать постоянной высокую степень сжатия нельзя именно по этим причинам. При этом единственным выходом в данной ситуации является возможность гибко изменять данный показатель применительно к разным режимам работы двигателя.
Такой «рабочий» мотор недавно предложили инженеры премиального бренда Infiniti (элитное подразделение Nissan). Также в аналогичные разработки были и остаются вовлечены другие автопроизводители (SAAB, Peugeot ,Volkswagen и т.д). Итак, давайте рассмотрим двигатель с изменяемой степенью сжатия.
Переменная степень сжатия двигателя: как это работает
Прежде всего, доступная возможность изменять степень сжатия позволяет в значительной мере увеличить производительность турбомоторов с одновременным уменьшением расхода топлива. В двух словах, в зависимости от режима работы и нагрузок на ДВС топливный заряд сжимается и сгорает в самых оптимальных условиях.
Когда нагрузки на силовой агрегат минимальны, в цилиндры подается экономичная «бедная» смесь (много воздуха и мало топлива). Для такой смеси хорошо подходит высокая степень сжатия. Если же нагрузки на мотор растут (подается «богатая» смесь, в которой больше бензина), тогда закономерно возрастает риск возникновения детонации. Соответственно, чтобы этого не произошло, степень сжатия динамично уменьшается.
В двигателях, где степень сжатия постоянна, своеобразной защитой от детонации является изменение УОЗ (угол опережения зажигания). Данный угол сдвигается «назад». Естественно, такой сдвиг угла приводит к тому, что хотя детонации нет, но при этом теряется и мощность. Что касается мотора с изменяемой степенью сжатия, сдвигать УОЗ нет необходимости, то есть не происходит мощностных потерь.Что касается самой реализации схемы, фактически задача сводится к тому, что происходит физическое уменьшение рабочего объема двигателя, однако сохраняются все характеристики (мощность, момент и т.д.)
Сразу отметим, над таким решением трудились разные компании. В результате появились разные способы управления степенью сжатия, например, изменяемый объем камеры сгорания, шатуны с возможностью подъема поршней и т.д.
- Одной из самых ранних разработок стало внедрение дополнительного поршня в камеру сгорания. Указанный поршень имел возможность перемещаться, одновременно изменяя объем. Минусом всей конструкции стала необходимость устанавливать дополнительные детали в БЦ. Также сразу проявились изменения формы камеры сгорания, горючее сгорало неравномерно и неполноценно.
По указанным причинам данный проект так и не был завершен. Такая же участь постигла и разработку, которая имела поршни с возможностью изменения их высоты. Указанные поршни разрезного типа оказались тяжелыми, еще добавились трудности касательно реализации управления высотой подъема крышки поршня и т.д.
- Дальнейшие разработки уже не затрагивали поршни и камеру сгорания, максимум внимания был уделен вопросу подъема коленчатого вала. Другими словами, стояла задача реализовать управление высотой подъема коленвала.
Схема устройства такова, что опорные шейки вала расположены в специальных муфтах эксцентрикового типа. Указанные муфты приводятся в движение посредством шестерен, которые связаны с электрическим двигателем.
Проворот эксцентриков позволяет поднять или опустить коленчатый вал, что и приводит к изменению высоты подъема поршней по отношению к ГБЦ. В результате объем камеры сгорания увеличивается или уменьшается, одновременно меняется и степень сжатия.Отметим, что было построено несколько прототипов на базе 1.8-литрового турбированного агрегата от Volkswagen, степень сжатия менялась от 8 до 16. Двигатель долго испытывали, но серийным агрегат так и не стал.
- Еще одной попыткой найти решение стал двигатель, в котором степень сжатия менялась посредством подъема всего блока цилиндров. Разработка принадлежит бренду Saab, а сам агрегат чуть даже не попал в серию. Двигатель известен как SVC, объем 1.6 литра, агрегат с 5 цилиндрами, оснащен турбонаддувом.
Мощность составила около 220 л. с., крутящий момент чуть более 300 Нм. Примечательно то, что расход горючего в режиме средних нагрузок снизился почти на треть. Что касается самого топлива, появилась возможность заливать как АИ-76, так и 98-й.
Инженеры Saab разделили блок цилиндров, выделив две условные части. В верхней находились головки и гильзы цилиндров, тогда как в нижней части коленчатый вал. Своеобразным соединением этих частей блока с одной стороны был подвижный шарнир, а с другой особый механизм, оснащенный электроприводом.
Так была реализована возможность немного поднять верхнюю часть под определенным углом. Такой угол подъема составил всего несколько градусов, при этом степень сжатия менялась от 8 до 14. При этом герметизировать «стык» должен был кожух из резины.
На практике сами детали для подъема верхней части блока, а также и сам защитный кожух оказались весьма слабыми элементами. Возможно, именно это помешало мотору попасть в серию и проект дальше закрыли.
- Очередную разработку далее предложили инженеры из Франции. Турбомотор с рабочим объемом 1.5 литра получил возможность менять степень сжатия от 7 до 18 и выдавал мощность около 225 л.с. Моментная характеристика зафиксирована на отметке 420 Нм.
Конструктивно агрегат сложный, с разделенным шатуном. В той области, где шатун крепится к коленвалу, деталь оснастили особым зубчатым коромыслом. В месте соединения шатуна с поршнем также была внедрена планка-рейка зубчатого типа.
С другой стороной к коромыслу была прикреплена рейка поршня, который реализовывал управление. Система приводилась от системы смазки, рабочая жидкость проходила через сложную систему каналов, клапанов, а также имелся дополнительный электропривод.
Рекомендуем также прочитать статью о том, как форсировать двигатель. Из этой статьи вы узнаете о существующих доступных способах форсирования двигателя внутреннего сгорания для получения большей мощности, лучшего отклика на педаль газа, увеличения крутящего момента и т.д.В двух словах, перемещение управляющего поршня оказывало воздействие на коромысло. В результате менялась и высота подъема основного поршня в цилиндре. Отметим, что двигатель также не стал серийным, а проект был заморожен.
- Следующей попыткой создать двигатель с изменяемой степенью сжатия стало решение инженеров Infiniti, а именно двигатель VCT (от англ. Variable Compression Turbocharged). В этом моторе стало возможным менять степень сжатия от 8 до 14. Особенностью конструкции является уникальный траверсный механизм.
В основе лежит соединение шатуна с нижней шейкой, которое является подвижным. Также использована система рычагов, которые приводятся в действие от электродвигателя.
Управляет процессом контроллер, посылая сигналы на электродвигатель. Электромотор после получения команды от блока управления смещает тягу, а система рычагов реализует смену положения, что и позволяет менять высоту подъема поршня.
В результате агрегат Infiniti VCT с рабочим объемом 2.0 литра с мощностью около 265 л.с. позволил экономить почти 30% горючего сравнительно с аналогичными ДВС, которые при этом имеют постоянную степень сжатия.
Если производителю удастся эффективно решить имеющиеся на данный момент проблемы (сложность конструкции, повышенные вибрации, надежность, высокая конечная стоимость производства агрегата и т.д.), тогда оптимистичные заявления представителей компании вполне могут воплотиться в реальность, а сам двигатель имеет все шансы стать серийным уже в 2018-2019 году.
Подведем итоги
С учетом приведенной выше информации становится понятно, что двигатели с переменной степенью сжатия способны обеспечить значительное снижение расхода топлива на бензиновых моторах с турбонаддувом.
Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое турбонаддув двигателя. Из этой статьи вы узнаете об особенностях конструкции турбины, принципах действия системы, а также о преимуществах и недостатках данного решения.На фоне глобального топливного кризиса, а также постоянного ужесточения экологических норм эти моторы позволяют не только эффективно сжигать горючее, но и не ограничивать при этом мощность двигателя.
Другими словами, подобный ДВС вполне способен предложить все преимущества мощного бензинового высокооборотистого турбодвигателя. При этом по расходу топлива подобный агрегат может вплотную приблизиться к турбодизельным аналогам, которые сегодня популярны, в первую очередь, благодаря своей экономичности.
Читайте также
Что такое компрессия и степень сжатия и чем они отличаются — 4КОЛЕСА
При диагностике автомобиля перед покупкой опытные автовладельцы практически всегда советуют новичкам проверить компрессию. А еще существует степень сжатия – казалось бы, схожий термин, ведь компрессия – это и есть сжатие. На самом деле это совершенно разные вещи. Давайте разберемся, что есть что, а заодно поймем, что и как нужно проверять при покупке машины.
ЧТО ТАКОЕ СТЕПЕНЬ СЖАТИЯ?
Начнем со степени сжатия. Как мы помним, поршень в цилиндре при работе двигателя движется вверх-вниз, имея две так называемых мертвых точки, верхнюю и нижнюю. Так вот, степень сжатия – это отношение между двумя объемами: полным объемом цилиндра, когда поршень находится в нижней мертвой точке, и объемом камеры сжатия, когда поршень находится в верхней мертвой точке. То есть степень сжатия – это математическое отношение, которое показывает, во сколько раз топливовоздушная смесь (или воздух, если речь о дизеле) сжимается в цилиндре при работе мотора.
Степень сжатия – одна из базовых характеристик любого двигателя, и закладывается она на стадии проектирования. У бензиновых моторов она ниже, чем у дизельных: в среднем от 8:1 до 12:1 у первых и от 14:1 до 23:1 у вторых.
Дело в том, что работа дизельного мотора предполагает самостоятельное воспламенение топливовоздушной смеси от сжатия, а в бензиновом моторе смесь в каждом такте поджигается свечой зажигания. Однако в целом по мере развития технологий двигателестроения степень сжатия в моторах росла. Причина проста: повышение степени сжатия позволяет увеличить КПД мотора, получая больше мощности при том же рабочем объеме и расходе топлива. Собственно, с ростом степени сжатия связано и применение более высокооктановых бензинов.Таким образом, степень сжатия – это конструктивная характеристика двигателя, и она не меняется по мере его износа и старения. Степень сжатия не нужно «проверять» при покупке, а знать ее нужно в основном для того, чтобы знать, какой бензин лучше заливать в бак купленной машины.
ЧТО ТАКОЕ КОМПРЕССИЯ?
Если степень сжатия – параметр математический и неизменный, то компрессия – характеристика изменяемая. Компрессия – это давление, создаваемое в цилиндре в конце такта сжатия, когда поршень идет от нижней мертвой точки к верхней, сжимая воздух или топливовоздушную смесь. Давление в цилиндре в момент, когда поршень достиг верхней мертвой точки – это и есть компрессия. Можно подумать, что компрессия фактически должна быть равна степени сжатия – ведь она тоже показывает разницу давления в цилиндре при двух положениях поршня – верхнем и нижнем. Однако на самом деле компрессия оказывается значительно выше. Ведь воздух при резком сжатии нагревается, что означает увеличение давления. А еще он нагревается от горячих стенок цилиндра, ведь рабочая температура двигателя гораздо выше температуры окружающей среды. Таким образом, компрессия, конечно, зависит от степени сжатия, но не равна ей. И именно компрессию замеряют при диагностике двигателя, чтобы оценить его техническое состояние.
КАК ЗАМЕРЯЮТ КОМПРЕССИЮ?
Замер компрессии проводится с учетом перечисленных выше условий: на полностью прогретом двигателе и при полностью открытой дроссельной заслонке, отвечающей за подачу воздуха в цилиндр. Разумеется, горение топлива для замера компрессии не нужно, в цилиндре сжимается только воздух. Так что подачу топлива отключают, а свечу зажигания (или накаливания, если речь идет о дизеле) выкручивают, а на ее место вкручивают шлаг компрессометра. Компрессометр – это прибор для измерения компрессии. Он фактически представляет собой манометр, подключаемый трубкой к цилиндру и оснащенный обратным клапаном, чтобы не сбрасывать измеренное давление.
ЗАЧЕМ ИЗМЕРЯТЬ КОМПРЕССИЮ?
Замер компрессии позволяет оценить исправность и техническое состояние двигателя. Во-первых, после замера можно сравнить соответствие полученного результата заводским параметрам – то есть оценить компрессию в имеющемся двигателе по сравнению с новым. Во-вторых, низкий показатель компрессии означает наличие проблем с мотором, ведь он сигнализирует о том, что воздух «утекает» из камеры сгорания, а при работе мотора из нее будут прорываться раскаленные газы. Причин может быть довольно много: поршневые кольца, повреждения седел клапанов и самих клапанов, негерметичность прокладки ГБЦ и даже трещина в самом поршне. Ну а в-третьих, важна не только сама величина компрессии, но и ее равномерность во всех цилиндрах двигателя. Если компрессия в одном или нескольких цилиндрах ниже, чем в других, это говорит о неравномерном износе и наличии проблем.
Таким образом, замер компрессии – одна из простых, но эффективных методик оценки исправности и общего технического состояния двигателя. Он позволяет быстро отсеять заведомо «мертвые» моторы, имеющие проблемы с цилиндропоршевой группой, клапанами и так далее. Поэтому замер компрессии можно и нужно проводить при диагностике практически любого автомобиля перед покупкой.
Что такое степень сжатия? Степень сжатия и компрессия :: SYL.ru
Степень сжатия представляет собой расчетную величину, демонстрирующую изменение объема до и после сжатия. А компрессия – это величина, измеряемая реально. В процессе сжатия происходит изменение не только объема и давления, но и температуры, поэтому в исправном двигателе компрессия обычно немного выше. На нее оказывает влияние и возможная негерметичность клапанов, прокладок, колец и пр. Руководство к двигателю обычно содержит указание минимального значения компрессии, при котором позволяется ездить.
Основное понятие
Важно знать, какая степень сжатия для мотора является оптимальной. Это сложный вопрос, ведь разработчики двигателей с зажиганием от искры нацелены на то, чтобы увеличить этот показатель. А если двигатель работает на воспламенение от сжатия, то этот параметр правильнее всего понизить. Именно степень сжатия представляет собой характеристику двигателей внутреннего сгорания, которая вызывает наибольшее число ошибочных мнений.
Самым распространенным заблуждением является то, что от степени сжатия многое зависит. Однако тут все просто – этот показатель является отражением отношения объема цилиндра к аналогичному параметру камеры сгорания, а если по-другому, то он равен частному от деления объема пространства над поршнем к объему камеры сгорания. Получается, что степень сжатия в геометрическом плане является отражением того, во сколько раз осуществляется уменьшение объема топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя в процессе движения поршня от нижней к верхней мертвой точке. Конечно, в жизни все редко аналогично выраженному в теории.
Как все работает?
Степень сжатия двигателя на заре автомобилизма была невысокой – 4-5, чтобы не произошла детонация в результате работы на бензине с малым октановым числом. К примеру, при цилиндре на 400 кубиков объем камеры сгорания будет составлять 100 мл. Получается, что для такого двигателя степень сжатия будет равна: е = (400 + 100) : 100 = 5. Если уменьшить объем топливной камеры до 40 кубических сантиметров, то произойдет рост степени сжатия: е = (400 + 40) : 40 = 11.
Каков будет результат? Увеличение термического КПД двигателя почти на 30%. При условии, что мотор на 2,4 литра с 6 цилиндрами со степенью сжатия 5 достигает мощности 100 лошадиных сил, то при значении степени сжатия 11 она станет равна почти 130 л. с. При этом топливо расходуется в том же объеме. Получается, что в расчете на одну лошадиную силу в час можно говорить о сокращении расхода топлива на 22,7%.
Этот результат поразителен, а средства для его достижения невероятно просты. Это не мистика. Чем больше степень сжатия двигателя, тем ниже температура газов, которые после отработки идут на выхлоп.
Азы теплотехники
Двигатели автомобилей представляют собой разновидность тепловых агрегатов, подчиняющихся законам термодинамики. Физик Сади Карно в первой половине девятнадцатого века предложил первые основы теории тепловых машин. В соответствии с его теорией, КПД такого мотора тем выше, чем большая разница имеется между температурой газов к концу горения смеси топлива с воздухом и показателем температуры на выпуске. На эту разницу больше всего влияет степень расширения рабочих газов внутри цилиндров. Тут имеется важный момент, в соответствии с его теорией, важнее для термического КПД является не степень сжатия, а степень расширения. Чем сильнее происходит расширение горячих газов на рабочем ходу, тем более низкой становится их температура, что вполне естественно. В моторах с обычной конструкцией степень сжатия полностью соответствует степени расширения. Именно поэтому многие не разделяют эти термины. А степень сжатия и компрессия в совокупности вызывают детонацию. Чем сильнее происходит сжатие топливовоздушной смеси в цилиндрах мотора, тем более высокими являются температура и давление в момент образования искры, тем более высока вероятность появления ударных волн в камере детонации и сгорания. Именно она уменьшает степень сжатия, но тут ни при чем степень расширения газов при работе.
Пятитактный цикл
Существует пятитактный цикл, который предназначен для разведения степени сжатия и степени расширения. К примеру, степень сжатия ВАЗ 2112 начинает работать только при 75 градусах выше нижней метровой точки, и тут имеется определенный такт вытеснения смеси. Теперь тактов 5: впрыск, обратное вытеснение, сжатие, рабочий ход и выпуск. Возникает вопрос, связанный с необходимостью гонять смесь в обоих направлениях. К примеру, обратно будет вытеснено 20% смеси, а 80% сжимается, как положено. Даже при таких условиях реальная степень сжатия и компрессия составляют 10,6.
Практическое значение
Если конструкция имеет реальный показатель, равный 10,6, а расширение рабочих газов – 13, то это вполне нормально. В этом случае по факту термический КПД двигателя в 1,0518 раза превышает тот, что есть по степени сжатия. Это мало, однако конструкторы двигателей годами стараются изменить ситуацию так, чтобы добиться этих 5% экономии горючего. У пассажирских автомобилей двигатели работают на базе 5-тактного цикла.
Это решение кажется блестящим, но имеется и недостаток. Геометрический показатель степени расширения рабочих газов 13, а для реальной степени сжатия — 10,5. Процесс вытеснения смеси обратно делает из 1,5 литрового двигателя по мощности и крутящему моменту 1,2 литровый. Итогом этого является увеличение термического КПД за счет потери литража. «На низах» двигатель с запоздалым закрытием впускных клапанов не тянет. Пятитактный цикл уместно использовать на автомобилях с гибридными агрегатами, где тяговый электрический мотор при самых низких оборотах берет нагрузку на себя. Далее в работу включается ДВС. И тут не так важно, какая степень сжатия у мотора, важнее всего степень расширения газов при работе.
Вывод
Из-за наддува степень сжатия требуется понижать. В процессе подачи топливовоздушной смеси при избытке давления получается, что в цилиндрах имеет место повышенная реальная компрессия. Потому требуется отступать. Именно поэтому возникает необходимость в снижении термического КПД и повышении расхода топлива, если не используется горючее специального назначения.
Что такое степень сжатия
Наверняка Вы слышали о степени сжатия, возможно пытались найти о ней информацию, в автомобильных журналах и на различных интернет — ресурсах. Ну как, — Вы нашли внятный ответ? Что — же такое степень сжатия и как она влияет на мощность двигателя? — попробуем разобраться вместе.
Но чтобы нам было понятней, о чем вообще идет речь, давайте вернемся в детство, или хотя — бы к последнему Новому Году. Вы взрывали 31-ого петарды, или может Вы делали это в детстве? Если — Да, я просто не поверю, что Вы никогда не бросали петарды в разные, пластиковые баклажки, коробочки, а иногда и в стеклянные бутылки. В ходе таких развлечений, Вы наверняка замечали, что зрелищность взрыва часто зависит от величины штучки, в которую Вы уже намерены вкинуть петарду. Согласитесь; — если вкинуть маленькую петарду, в картонную коробочку от сока, объемом в 200мл, то эффект будет совсем не похож, на взрыв петарды в двухлитровой коробке. Можно сказать, что в маленьком объеме, энергия от взрыва петарды, расходуется более эффективно. И думаю понятно, что одно дело взорвать петарду в открытой ладони и совсем другое — в сжатом кулаке.
Ну все) — хватит о петардах, а то мы уже отошли от темы. Я просто хотел сказать, что энергия от взрыва, как и результат произведенный взрывом, прямо зависит от объема, в котором произведен этот взрыв. С этим я думаю все понятно.
Теперь уже к степени сжатия
Итак, что же такое степень сжатия и что от нее зависит? Представим автомобиль, четырехцилиндровый двигатель которого имеет объем в 2.0л, а объем каждой камеры сгорания равен 50-яти кубикам. Получается, что при объеме одного цилиндра в 500кубов и при объеме камеры сгорания в 50 кубов , степень сжатия такого двигателя составляет 10.0;1. Таким образом, — степень сжатия — это соотношения объема двигателя к объему его камер сгорания.
С объемом двигателя я думаю все ясно, — это объем цилиндров, по которому проходят поршни. Рассчитывая объем двигателя учитывается диаметр цилиндра и ход поршня. А объем камеры сгорания; — это объем над поршнем в его верхней точке. Узнать объем камеры сгорания Вашего авто не так уж и сложно; — для этого нужно выкрутить свечу и через шприц залить в цилиндр моторное масло — пока оно не начнет вытекать со свечного отверстия ( поршень при этом обязательно должен находится в верхней точке). После этого Вы сможете умножить полученный объем на число цилиндров в Вашем автомобиле и на это число поделить объем двигателя Вашего авто. Так Вы узнаете СЖ двигателя на Вашем авто.
Увеличение степени сжатия двигателя
Теперь нам прийдется вернуться к петардам. Помните, — мы говорили о объеме, в котором производится взрыв? А что если бахнуть с таким же усилием, но в камере сгорания объемом не в 50-ат, а в 40-ок кубиков? Тогда взрыв произойдет в меньшем объеме и поршень с большим усилием будет удавлен вниз.
Таким образом, — увеличение степени сжатия до определенного момента играет на повышение мощности. Но, только до определенного! Дело в том, что при слишком высокой СЖ двигатель станет не работоспособным. Это связано с детонацией, — самопроизвольным сгоранием топлива, произведенным без искраобразования. Этот, вредоносный для двигателя процесс сопровождается звонким, металлическим звуком, который многие называют «цокотением пальцев». Суть детонации в двигателе в том, что при ней взрыв более кратковременный, но сам фронт пламени получается более быстрым и он бъет по поршню с такой силой, что нередко его разрушает ( от поршня могут откалываться кусочки). Детонация — это навязчивый ухажер высокой степени сжатия, от которой последняя всячески пытается уйти. Проще всего это сделать с помощью более высокооктанового бензина. Дело в том, что 95-ый бензин имеет лучшую сопротивляемость к детонации, чем 92-ой. А 98-ой лучшую, чем 95-ый. Именно по этой причине, мощные, спортивные машины ездят именно на 98-ом. Таким образом удается уйти от детонации и добиться высокой степени сжатия, а соответственно и мощности.
В общем, с тем, что увеличение степени сжатия дает прибавку в мощности,
OLYMPUS DIGITAL CAMERAдумаю мы разобрались, но как можно ее увеличить? Наиболее популярных метода — два. Первый метод заключается в установке поршней с «вытеснителями». За счет таких поршней, которые своей выпуклой формой уменьшают объем камеры сгорания достигается увеличение степени сжатия. Второй метод заключается в фрезеровке ГБЦ, что уменьшает высоту, а соответственно и объем камеры сгорания.
Но даже без этих операций, СЖ вашего мотора может быть увеличена. Это возможно если Вы увеличили объем двигателя Вашего авто. Так меняется соотношение объема в СЖ; — объем увеличился, но степень сжатия осталась прежней и соотношение при этом увеличилось в сторону объема и уменьшилось со стороны СЖ.
- Понижение степени сжатия
Данная операция необходима для моторов, готовящихся к турбированию. Дело в том, что при наддуве мотора с высокой степенью сжатия, от разрушительной степени сжатия не уйти, даже на высокооктановом бензине.
Как правило, СЖ мощных, турбированных моторов, не превышает 8.5:1. Такого показателя можно добиться установкой специальных поршней, с так называемыми «лужами».
Высокая Степень Сжатия — это хорошо. Сейчас сложно представить себе ужасно не эффективные двигатели довоенных автомобилей, СЖ которых составляла порядка 5.5:1. Да, — это настоящий 2-ух литровый пакет от сока, рядом с современным, маленьким, 200-та кубовым пакетиком. Тем не менее, как это часто бывает, — погоня за идеалом превращается в утопию; — гонясь за максимальной мощностью, можно ее не только не получить, но и угробить двигатель своего автомобиля. Не желательно, что — бы на обычном, гражданском авто, СЖ превышала значение 11.0:1. В таком случае, не каждый 95-ый подойдет Вашему автомобилю, возможно прийдется заправлять дорогой — 98-ой.
Все, что вы когда-либо хотели знать о степени сжатия
Мы здесь, чтобы ответить на несколько вопросов — что такое коэффициенты сжатия, как они влияют на создание цифровых фильмов и какое отношение они имеют к кодекам?
В этой статье мы разоблачим загадочную степень сжатия, разберем, как вы можете извлечь из нее полезный смысл, а затем покажем вам несколько приемов оценки кодеков, чтобы определить лучший вариант для вашей продукции.
Основы сжатия данных
Изображение предоставлено Avid.
Мы уже рассказывали об основах компрессии, так что здесь мы быстро их рассмотрим.
Все виды сжатия подразделяются на два типа: сжатие с потерями (которое отбрасывает информацию ради размера файла или скорости передачи данных) или сжатие без потерь (которое временно сжимает данные во время процесса кодирования, чтобы обеспечить полное или почти полное воссоздание несжатый набор данных при декодировании). Кадры, записанные без использования какого-либо алгоритма сжатия, считаются несжатыми.
Теперь нам нужно немного рассказать о компьютерных науках 101, прежде чем углубляться в степени сжатия. (Обещаю, это будет быстро.)
Фундаментальная частица информационного мира называется «бит» и обозначается строчной буквой «b». (Да, дело важное). На этом уровне информация представлена в самой простой двоичной форме — 1 или 0.
8 бит составляют «Байт» (произносится как «укус»), представленный заглавной буквой «В». На этом и на каждом последующем уровне представляемые данные становятся более сложными.
Килобайт составляет 1000 байт. Его не следует путать с «килобитом» («Кбайт»), который составляет 1000 байт. Поскольку байты являются 8-битными единицами, килобайт фактически равен 1024 битам.
Одна тысяча килобайт составляет мегабайт или МБ. (Опять же, не путать с «Мегабит» — «Мб.»)
Эта тенденция продолжается — тысяча мегабайт дает гигабайт и так далее, но это все, что нам нужно для этой статьи. Если вы хотите узнать больше, WhatsAByte.com — отличный ресурс.
А теперь давайте перейдем к степени сжатия.
Степень сжатия
Коэффициенты сжатия — это простое числовое представление «мощности сжатия» конкретных кодеков или методов сжатия. Они являются бесценным сокращением, потому что предлагают значительно упрощенное описание качества полученных данных, видеоматериалов или аудио, которые вы собираетесь сжать.
Так что это такое?
Изображение предоставлено Blackmagic.
Два числа в степени сжатия относятся к сжатому и сжатому сжатию.несжатый размер данных. Первое число представляет мощность сжатия, а второе (обычно просто «1») относится к общему размеру несжатых данных.
Если вы когда-нибудь захотите узнать степень сжатия для любых данных, которые вы сжимаете, вот формула: Степень сжатия = Размер без сжатия / размер со сжатием
Если вам нужно знать экономию места на диске, предоставляемую данным кодеком, две простые корректировки формулы, и вы устанавливаете: Экономия места = 1 — (сжатый размер / несжатый размер)
Таким образом, файл размером 10 МБ сжимается до 2 МБ с использованием кодека X, что дает нам степень сжатия 5: 1 .Чтобы найти экономию, мы просто вводим наши значения в формулу.
Экономия места = 1 — (2/10) -> = 1 — (.2) -> = .08 -> .08 * 100 = 80
Итак, кодек X предлагает нам экономию памяти на 80 процентов по сравнению с несжатыми данными. Довольно изящно.
И что теперь?
Выбор кодека
Изображение предоставлено Apple.
Теперь, когда у нас есть основы, как вы решаете, какой кодек лучше всего подходит для вашего проекта? Давайте посмотрим на параметры, которые инженеры используют при разработке алгоритмов сжатия, но давайте подойдем к ним как к стрелкам и редакторам.
Вопросы о себе о проекте:
- Скорость: каковы сроки реализации проекта?
- Степень сжатия: вам нужны файлы более высокого качества или меньшего размера?
- Сложность: добавят ли дополнительные кодеки ненужную сложность?
- Space: Можете ли вы эффективно записывать, создавать резервные копии и архивировать то, что вам нужно?
- Задержка: собираетесь ли вы воспроизводить в реальном времени?
- Взаимодействие: Потребуется ли перекодирование кодека для вашей системы редактирования?
Теперь, когда мы получили представление о конкретных потребностях нашего производства, что еще нам нужно сделать перед выбором кодека?
Помимо оценки мощности сжатия кодека, мы можем использовать все, что мы узнали до сих пор, чтобы делать прогнозы хранилища для данных, которые мы будем сжимать для всей съемки.Это дает множество преимуществ — от выбора между двумя кодеками одного класса до знания того, сколько жестких дисков вам понадобится для резервного копирования и архивирования.
Допустим, мы оценили потребности нашего производства и склоняемся к записи видео с использованием ProRes 422 HQ или DNxHD 145 для нашего проекта 1920 × 1080, 29,97 кадров в секунду. При таком разрешении и частоте кадров ProRes 422 имеет скорость передачи данных 220 Мбит / с (мегабит в секунду), а у Avid DNxHD — 145 Мбит / с.
Итак, используя простую математику, мы можем предсказать, насколько большой будет наш 1-часовой видеоролик для интервью, прежде чем мы когда-либо начнем прокатиться.
Для ProRes:
220 Мбит / с = 220 000 000 бит в (/) секунду
220 000 000 бит / секунду * 60 = 13 200 000 бит / минуту
13 200 000 бит / минуту * 60 = 792 000 000 000 бит / час.
792 000 000 000 бит / час / 8 = 99 000 000 000 байт / час
99 000 000 000 байтов / 1 000 = 99 000 000 мегабайт / час
99 000 000 мегабайт / 1 000 = 99 гигабайт / час
Для DNxHD:
145 Мбит / с = 145 000 000 бит в (/) секунду
145 000 000 бит в секунду * 60 = 8 700 000 000 бит в минуту
87 000 бит в минуту * 60 = 522 000 000 000 бит в час.
522000000000 бит / час / 8 = 65 250 000 000 байтов / час
65 250 000 000 байтов / 1000 = 65 250 000 мегабайт / час
65 250 000 мегабайт / 1000 = 65,25 гигабайт / час
Итак, наше часовое интервью приведет к получению файла размером примерно 99 гигабайт с ProRes 422 HQ и около 65 гигабайт для DNxHD 145.
Теперь наш выбор прост. Мы просто возвращаемся к вопросам, которые мы задали себе недавно о нашем конкретном производстве, чтобы решить, является ли экономия ~ 35 ГБ / час DNxHD более или менее важной, чем дает нам приблизительное увеличение скорости передачи данных 422 HQ на 50%.
Является ли наше часовое интервью для 30-секундной веб-рекламы? Если это так, DNxHD должен предлагать качество изображения почти такое же, как 422 HQ, но после завершения он займет на 40 процентов меньше памяти, что делает его явным победителем в этом случае.
Что, если интервью — лишь одно из нескольких десятков полнометражных документальных фильмов, которые вы планируете продавать на фестивале? В этом случае вы должны сделать ставку на максимальное качество изображения по сравнению с хранилищем (в рамках заданных параметров), и более высокая скорость передачи данных ProRes 422 HQ на 50 процентов полностью соответствует вашим потребностям.
Обладая лишь небольшими базовыми знаниями в области науки, лежащей в основе методов сжатия, используемых в современных кодеках, мы можем оценить потребности нашей продукции, проверить кодеки на соответствие производственным потребностям, а затем принять обоснованное решение в зависимости от объема проекта. Довольно удобный материал, если вы спросите меня.
Изображение на обложке через kayan_photo.
Ищете дополнительную информацию о данных и цифровом кинопроизводстве? Ознакомьтесь с этими статьями.
Что такое сжатие в уличном бензиновом двигателе с насосом
Четырехтактный (или четырехтактный) двигатель называется так потому, что в процессе выработки мощности поршень четыре раза проходит вверх и вниз по каналу.Эти ходы или события представляют собой ход впуска, сжатия, мощности и выхлопа. Как вы можете предположить, эффективное функционирование всех важно для создания двигателя большой мощности. Но из четырех такт сжатия имеет гораздо менее очевидные, но более далеко идущие последствия для оптимальных характеристик двигателя и его последующего успеха в качестве производителя энергии.
Очевидно, что основная идея такта сжатия состоит в том, чтобы сжать всасываемый заряд как можно более эффективно и сделать это с минимальной утечкой.Мы должны помнить об этом по мере продвижения, потому что есть два основных фактора, связанных со степенью сжатия. Первый — это расчетное соотношение, которое мы будем называть геометрическим или статическим соотношением. Следующим и не менее важным фактором является то, насколько эффективно и в какой степени физические компоненты двигателя сжимают заряд в пространстве сгорания. По сути, то, что мы собираемся здесь рассмотреть, является мерой того, насколько эффективно наша теоретическая степень сжатия переводится в реальное давление в цилиндре перед сгоранием.На это сильно влияют такие факторы, как кольцо и уплотнение клапана, а также события открытия / закрытия клапана.
Возможно, вы слышали термин «коэффициент сжатия» (CR) много раз, но, возможно, не знаете точно, что определяет CR или как он рассчитывается. Если это так, вам нужно обратиться к соседней боковой панели.
Также может показаться, что мы идем здесь по проторенной дорожке, но стоит быстро взглянуть на четыре хода, поскольку каждый из трех других тесно связан с тактом сжатия.Посмотрите на четырехтактную последовательность событий на боковой панели. Каждый из этих ходов должен эффективно выполнять свою задачу, чтобы двигатель мог производить высокую мощность. Начнем с такта впуска. Чем эффективнее наполнение цилиндра на такте впуска, тем больше об / мин.
Что такое сжатие?
Если мы когда-нибудь потратим время на то, чтобы взглянуть на форму волны нашей аудиозаписи, мы заметим, что она состоит из нескольких пиков и впадин разного размера — вот почему ему дано такое название.Независимо от того, записали ли мы нежный вокал на микрофон RØDE или громкие, громкие барабаны, всегда будет естественный диапазон громкости, от самого тихого записанного звука до самого громкого. Это известно как динамический диапазон.
«
»
Компрессия дает нам больший контроль над динамическим диапазоном наших треков, что может облегчить микширование вместе с другими частями.
Динамический диапазон — это то, что делает записанный звук естественным и реалистичным.Если нам удастся записать точную копию исходного источника звука, это, конечно, очень хорошо и заслуживает похвалы. Однако иногда мы можем пожелать, чтобы наш трек был немного более последовательным, с меньшим количеством изменений громкости. Например, многодорожечный сеанс гораздо труднее микшировать, когда каждый из этих треков имеет колеблющуюся громкость. Кроме того, за презентацией будет гораздо труднее следить, возможно, до такой степени, что она отвлечет внимание, если громкость голоса говорящего периодически меняется.
The Great Compression
Чтобы решить эту проблему и помочь нам добиться более согласованной по громкости записи звука, необходимо применить форму динамической обработки, известную как «сжатие». Проще говоря, сжатие уменьшает динамический диапазон звуковой дорожки, понижая уровень громкости самых громких частей, ближе к более мягким сегментам дорожки. Это приведет к тому, что дорожка будет иметь меньшее количество вариаций громкости, от микрофона до конечного продукта.
На этом этапе мы можем увеличить общую громкость только что сжатой дорожки, что создаст впечатление, что более мягкие части записи были увеличены по громкости — соответствуя более громким частям.
Компрессия дает нам больше контроля над динамическим диапазоном наших треков, что может облегчить микширование вместе с другими частями. Кроме того, это дает нам больше общей согласованности в записи.
Как работает сжатие?
Теперь, когда мы знаем, что делает сжатие, давайте посмотрим, как оно работает. Например, как компрессор «знает», когда тихие звуки начинаются, а громкие заканчиваются (и наоборот)? Возможно, мы хотим сжимать не весь трек, а только его отдельные части.Как этого добиться? Читай дальше что бы узнать!
Следующие параметры обычно присутствуют в большинстве аудиокомпрессоров, что дает полный контроль над тем, что мы сжимаем и насколько мы сжимаем:
Порог
Порог устанавливает уровень децибел (дБ), при котором компрессор срабатывает и начинает сокращать динамический диапазон. Для иллюстрации: если бы мы установили порог на -15 дБ, компрессор не включился бы, пока аудиосигнал не достигнет и не превысит это число.Как только этот уровень будет превышен, сигнал будет сжат на определенную величину.
Соотношение
Когда мы говорим о «соотношении», мы имеем в виду, насколько мы хотим, чтобы звук был сжат выше порогового уровня. Чем выше коэффициент, тем сильнее будет сжатие. Давайте посмотрим на несколько соотношений ядер:
- Наименьшее возможное соотношение — 1: 1, что означает, что никакого сжатия не применяется.
- Соотношение 2: 1 означает, что на каждые 2 дБ сигнал превышает пороговое значение, компрессор будет выдавать только 1 дБ на выходе.
- Соотношение 4: 1 означает то же самое, только в более высоких терминах. Следовательно, на каждые 4 дБ, когда сигнал превышает пороговое значение, компрессор будет давать выходной сигнал 1 дБ.
Атака
«Атака» относится к количеству времени, которое требуется компрессору, чтобы отреагировать на аудиосигнал и перейти к максимальному коэффициенту после прохождения порога. Атака обычно измеряется в миллисекундах (мс).
Если мы установим быструю атаку, мы гарантируем, что любые всплески или переходные процессы сигнала будут полностью сжаты в одно мгновение.Более медленная атака пропустит эти всплески и переходные процессы, но последующий звук будет сжат.
«
»
Мы можем использовать сжатие как корректирующий или творческий прием.
Release
«Release» — это время, которое требуется компрессору для остановки после того, как аудиосигнал упал ниже порогового значения. Быстрое высвобождение — это не то, к чему мы должны стремиться, так как это может звучать совершенно неестественно — аудиосигнал может очень быстро пропадать.Поэтому более медленное, постепенное уменьшение, возможно, будет более приятным для слуха.
Дополнительное усиление
После сжатия аудиосигнала общая громкость дорожки будет ниже. Для повышения общего уровня трека, чтобы он естественно сидел в миксе, применяется усиление макияжа. В конечном итоге запись будет иметь меньший динамический диапазон и более стабильную громкость.
Теперь, когда мы изучили базовое понимание общих правил сжатия, мы можем применять их к нашим записям как два разных инструмента.Мы можем использовать компрессию как корректирующую (например, чтобы приручить колебания громкости) или как творческий прием (чтобы сблизить все уровни ударной установки, возможно).
Как и в большинстве случаев аудиозаписи, нет правильных или неправильных методов, есть только рекомендации. Почему бы не поэкспериментировать со своими настройками, проявить творческий подход и использовать метод проб и ошибок, чтобы найти звук, который лучше всего подходит для вас и вашего проекта?
Как определить степень сжатия
Если вы создаете новый двигатель и вам нужны метрики, или вам интересно узнать, насколько эффективно ваш автомобиль расходует топливо, вы должны уметь рассчитать степень сжатия двигателя.Есть несколько уравнений, необходимых для расчета степени сжатия, если вы делаете это вручную. Сначала они могут показаться сложными, но на самом деле это всего лишь базовая геометрия.
Степень сжатия двигателя измеряет две вещи: соотношение объема газа в цилиндре, когда поршень находится в верхней точке хода (верхняя мертвая точка, или ВМТ), по сравнению с объемом газа, когда поршень находится в верхней мертвой точке. нижняя часть хода (нижняя мертвая точка или BDC). Проще говоря, степень сжатия — это измерение от сжатого газа до несжатого газа или насколько плотно смесь воздуха и газа помещается в камеру сгорания до того, как она воспламенится свечой зажигания.Чем плотнее прилегает эта смесь, тем лучше она горит и тем больше энергии преобразуется в мощность для двигателя.
Есть два метода, которые вы можете использовать для расчета степени сжатия двигателя. Первая — это ручная версия, которая требует от вас как можно точнее выполнять все вычисления, а вторая — и, вероятно, самая распространенная — требует манометра, установленного в пустое гнездо свечи зажигания.
Метод 1 из 2: Измерьте степень сжатия вручную
Этот метод требует очень точных измерений, поэтому важно иметь очень точные инструменты, чистый двигатель и дважды или трижды проверять свою работу.Этот метод идеально подходит для тех, кто строит двигатель и имеет под рукой инструменты, или для тех, у кого двигатель уже разобран. Разборка двигателя для использования этого метода займет очень много времени. Если у вас собран двигатель, прокрутите вниз и используйте метод 2 из 2.
Необходимые материалы
- Калибр
- Калькулятор
- Обезжириватель и чистые тряпки (при необходимости)
- Инструкция производителя (или автомобильная инструкция)
- Микрометр
- Блокнот, ручка и бумага
- Линейка или рулетка (должна быть с точностью до миллиметра)
Шаг 1: Очистите двигатель Тщательно очистите цилиндры и поршни двигателя обезжиривателем и чистой тряпкой.
Шаг 2: Найдите размер отверстия . Циферблатный калибр используется для измерения диаметра отверстия или, в данном случае, цилиндра. Сначала определите приблизительный диаметр цилиндра и откалибруйте индикатор внутреннего диаметра с помощью микрометра. Вставьте калибр в цилиндр и несколько раз измерьте отверстие в разных местах цилиндра и запишите результаты измерений. Сложите свои измерения и разделите на то, сколько вы взяли (обычно трех или четырех достаточно), чтобы получить средний диаметр.Разделите это измерение на 2, чтобы получить средний радиус отверстия.
Шаг 3: Рассчитайте размер цилиндра . Используя точную линейку или рулетку, измерьте высоту цилиндра. Измерьте расстояние от самого низа до самого верха, убедившись, что ваша линейка выровнена. Это число рассчитывает ход или площадь, которую поршень перемещает при однократном перемещении вверх или вниз по цилиндру. Для расчета объема цилиндра используйте эту формулу: V = π r 2 h
Шаг 4: Определите объем камеры сгорания .Найдите объем камеры сгорания в руководстве по эксплуатации вашего автомобиля. Объем камеры сгорания измеряется в кубических сантиметрах (CCs) и определяет, сколько вещества требуется для заполнения отверстия камеры сгорания. Если вы собираете двигатель, обратитесь к руководству производителя. В противном случае обратитесь к руководству по эксплуатации автомобиля.
Шаг 5: Найдите высоту сжатия поршня . В мануале найдите высоту сжатия поршня. Это измерение представляет собой расстояние между центральной линией отверстия под палец и верхом поршня.
Шаг 6: Измерьте объем поршня . Снова в руководстве найдите объем купола или тарелки поршня, также измеренный в кубических сантиметрах. Поршень с положительным значением CC всегда называют «куполом», который выступает над высотой сжатия поршня, в то время как «тарелка» — это отрицательное значение, которое учитывает карманы клапана. Обычно поршень имеет как купол, так и тарелку, а окончательный объем представляет собой сумму обеих характеристик (купол минус тарелка).
Шаг 7: Найдите зазор между поршнем и декой.Рассчитайте зазор между поршнем и декой с помощью следующего вычисления: (Диаметр отверстия [измерение из шага 2] + Диаметр отверстия × 0,7854 [константа, которая преобразует все в кубические дюймы] × расстояние между поршнем и платформой в верхней мертвой точке [ВМТ]).
Шаг 8: Определите объем прокладки . Измерьте толщину прокладки головки и диаметр отверстия, чтобы определить объем прокладки. Сделайте это почти так же, как и зазор деки (шаг 7): (Диаметр отверстия [измерение из шага 8] + отверстие × 0,7854 × толщина прокладки).
Шаг 9: Рассчитайте степень сжатия . Рассчитайте степень сжатия, решив это уравнение:
Если вы получите число, скажем, 8,75, степень сжатия будет 8,75: 1.
- Совет : Если вы не хотите рассчитывать числа самостоятельно, в Интернете есть несколько калькуляторов степени сжатия, которые помогут решить эту проблему; кликните сюда.
Метод 2 из 2: Используйте манометр
Этот метод идеально подходит для тех, у кого двигатель собран, и кто хочет проверить степень сжатия автомобиля через гнезда свечей зажигания.Вам понадобится помощь друга.
Необходимые материалы
- Манометр
- Свечной ключ
- Рабочие перчатки
Шаг 1: Прогрейте двигатель . Дайте двигателю поработать, пока он не прогреется до нормальной температуры. Вы не хотите пробовать это, когда двигатель холодный, потому что вы не получите точных показаний.
Шаг 2: Снимите свечи зажигания . Полностью выключите зажигание и отсоедините одну из свечей зажигания от кабеля, соединяющего ее с распределителем.Откручиваем свечу зажигания.
- Совет Если ваши свечи зажигания грязные, вы можете использовать это как возможность их почистить.
Шаг 3: Вставьте манометр . Вставьте патрубок манометра в отверстие, где крепилась свеча зажигания. Важно, чтобы сопло было полностью вставлено в камеру.
Шаг 4: Проверить цилиндр . Пока вы держите манометр, попросите друга запустить двигатель и разогнать автомобиль примерно на пять секунд, чтобы вы могли получить правильные показания.Выключите двигатель, выньте сопло манометра и установите свечу зажигания с надлежащим крутящим моментом, указанным в руководстве. Повторяйте эти шаги, пока не протестируете каждый цилиндр.
Шаг 5: Проведите проверку давления . В каждом цилиндре должно быть одинаковое давление, и они должны совпадать с номером в руководстве.
Шаг 6: Рассчитайте отношение PSI к степени сжатия . Рассчитайте отношение PSI к степени сжатия. Например, если у вас показание манометра около 15, а ваша степень сжатия должна быть 10: 1, тогда ваш PSI должен быть 150 или 15 × 10/1.
Сжатие данных | Что, как и почему
KS3 Ресурсы сжатия (14-16 лет)
- Редактируемая презентация урока в PowerPoint
- Редактируемые раздаточные материалы для исправлений
- Глоссарий, охватывающий ключевую терминологию модуля
- Тематические интеллектуальные карты для визуализации ключевых концепций
- Печатные карточки, помогающие учащимся активнее вспоминать и повторять на основе уверенности
- Викторина с сопровождающим ключом для проверки знаний и понимания модуля
A-Level Типы данных, структуры данных и алгоритмы (16-18 лет)
- Редактируемая презентация урока в PowerPoint
- Редактируемые раздаточные материалы для исправлений
- Глоссарий, охватывающий ключевую терминологию модуля
- Тематические интеллектуальные карты для визуализации ключевых концепций
- Печатные карточки, помогающие учащимся активнее вспоминать и повторять на основе уверенности
- Викторина с сопровождающим ключом для проверки знаний и понимания модуля
Что такое сжатие данных?
Сжатие данных используется везде.Многие типы файлов используют сжатые данные. Без сжатия данных 3-минутная песня была бы размером более 100 МБ, а 10-минутное видео было бы размером более 1 ГБ. Сжатие данных сжимает большие файлы в гораздо меньшие. Это достигается путем избавления от ненужных данных при сохранении информации в файле.
Сжатие данных можно выразить как уменьшение количества битов, необходимых для иллюстрации данных. Сжатие данных может сохранить емкость хранилища, ускорить передачу файлов и минимизировать затраты на аппаратное хранилище и емкость сети.
Как работает сжатие?
Сжатие выполняется программой, которая использует процедуру для определения того, как уменьшить размер данных.
Сжатие текста может быть выполнено путем удаления ненужных символов, внедрения повторяющегося символа для указания повторяющихся символов и замены часто встречающейся битовой строки на меньшую строку битов. Сжатие данных может сократить текстовый файл до 50% или до процента, еще меньшего от его исходного размера.
Для передачи данных сжатие может выполняться для содержимого данных или для блока передачи в целом.Когда данные необходимо передать через Интернет, файлы большего размера можно отправлять в формате ZIP, GZIP или другом сжатом формате.
Какова цель сжатия?
Цель сжатия — уменьшить размер файла, сообщения или любого другого фрагмента данных. Сжатие данных может значительно уменьшить объем дискового пространства, занимаемого файлом. Если бы у нас был файл размером 10 МБ и мы могли бы уменьшить его до 5 МБ, мы бы сжали его со степенью сжатия 2, так как это половина размера исходного файла.Если бы мы сжали файл размером 10 МБ до 1 МБ, у него был бы коэффициент сжатия 10, потому что новый файл в 10 раз меньше оригинала. Чем выше степень сжатия, тем лучше сжатие. Благодаря сжатию администраторы экономят деньги и время, которые в противном случае были бы потрачены на хранение.
Сжатие улучшает работу хранилища резервных копий, а также влияет на сокращение объема данных основного хранилища. Сжатие продолжит играть важную роль в сокращении объема данных, поскольку объем данных продолжает свой экспоненциальный рост.
Сжимать можно практически любой тип файла, но при выборе файлов для сжатия обязательно следовать лучшим практикам. Например, некоторые файлы уже сжаты, поэтому их сжатие не окажет существенного влияния.
Методы сжатия данных
Есть два вида сжатия: без потерь и с потерями.
Сжатие с потерями приводит к потере данных, а сжатие без потерь сохраняет все данные. Благодаря сжатию без потерь мы не избавляемся от данных.Вместо этого метод основан на поиске более разумных способов кодирования данных. С помощью сжатия с потерями мы избавляемся от данных, поэтому нам нужно отличать данные от информации.
Сжатие без потерь позволяет файлу вернуться к исходному размеру без потери единственного бита данных, когда файл не сжат. Сжатие без потерь — это обычный подход, применяемый к исполняемым файлам, а также к текстовым файлам и файлам электронных таблиц, где потеря слов или чисел может изменить информацию.Сжатие без потерь может сжимать данные при наличии избыточности. Следовательно, сжатие без потерь использует преимущества избыточности данных.
Сжатие с потерями безвозвратно удаляет избыточные, незначительные или незаметные биты данных. Сжатие с потерями подходит для графики, аудио, видео и изображений, где удаление некоторых битов данных практически не влияет на иллюстрацию контента. При сжатии с потерями сообщения становятся более эффективными за счет избавления от нежелательных данных.Сжатие с потерями уменьшает размер данных, сохраняя при этом больше информации.
Сжатие графических изображений может быть с потерями или без потерь. Форматы файлов графических изображений обычно разрабатываются для сжатия информации, поскольку файлы обычно имеют большой размер. JPEG — это формат файла изображения, который способствует сжатию изображений с потерями. Такие форматы, как GIF и PNG, используют сжатие без потерь.
Документация
Cassandra предлагает операторам возможность настраивать сжатие для каждой таблицы.Сжатие уменьшает размер
данные на диске путем сжатия SSTable в настраиваемом пользователем сжатии chunk_length_in_kb
. Как Cassandra SSTables
неизменяемы, затраты ЦП на сжатие необходимы только при записи SSTable — последующие обновления
к данным попадут в разные таблицы SSTables, поэтому Cassandra не нужно будет распаковывать, перезаписывать и повторно сжимать данные, когда
Выдаются команды UPDATE. При чтении Cassandra найдет соответствующие сжатые фрагменты на диске, распакует их полностью.
chunk, а затем продолжите оставшуюся часть пути чтения (объединение данных с дисков и memtables, восстановление чтения и т. д.
на).
Алгоритмы сжатия обычно сводятся к следующим трем областям:
- Скорость сжатия : Насколько быстро алгоритм сжатия сжимает данные. Это критично при смывании и пути сжатия, так как данные должны быть сжаты перед записью на диск.
- Скорость декомпрессии : Насколько быстро алгоритм сжатия распаковывает данные. Это очень важно при чтении и пути сжатия, так как данные должны быть считаны с диска целиком и распакованы, прежде чем их можно будет вернуть.
- Соотношение : На какой коэффициент уменьшаются несжатые данные. Кассандра обычно измеряет это как размер данных.
на диске относительно несжатого размера. Например, соотношение
0,5
означает, что размер данных на диске составляет 50%. несжатых данных. Кассандра представляет это соотношение для каждой таблицы в виде поляSSTable Compression Ratio
ofnodetool tablestats
.
Cassandra по умолчанию предлагает пять алгоритмов сжатия, которые делают разные компромиссы в этих областях.В то время как Тестирование алгоритмов сжатия зависит от многих факторов (таких параметров алгоритма, как уровень сжатия, сжимаемость входных данных, базовый класс процессора и т. д.), следующая таблица поможет вам выбрать отправная точка на основе требований вашего приложения с очень грубой оценкой различных вариантов по их показателям в этих областях (A — относительно хорошо, F — относительно плохо):
Алгоритм сжатия | Класс Кассандры | Сжатие | Декомпрессия | Коэффициент | C * Версия |
---|---|---|---|---|---|
LZ4 | LZ4 Компрессор | А + | А + | C + | > = 1.2,2 |
LZ4HC | LZ4 Компрессор | C + | А + | В + | > = 3,6 |
Zstd | Zstd Компрессор | A- | A- | А + | > = 4,0 |
Быстрый | Компрессор Snappy | A- | А | С | > = 1,0 |
Deflate (zlib) | Компрессор Deflate | С | С | А | > = 1.0 |
Вообще говоря, для приложения, критичного к производительности (задержка или пропускная способность) LZ4
— правильный выбор, поскольку он
получает отличное соотношение на затраченный цикл процессора. Вот почему это выбор по умолчанию в Cassandra.
Однако для приложений, важных для хранения данных (занимаемая дисковым пространством), Zstd
может быть лучшим выбором, поскольку
дополнительное передаточное отношение к LZ4
.
Snappy
сохранен для обратной совместимости, и обычно предпочтительнее LZ4
.
Deflate
сохранен для обратной совместимости, и обычно предпочтительнее Zstd
.
Настройка сжатия
Сжатие настраивается для каждой таблицы в качестве необязательного аргумента для CREATE TABLE
или ALTER TABLE
. Три
опции доступны для всех компрессоров:
-
class
(по умолчанию:LZ4Compressor
): указывает используемый класс сжатия. Два «быстрых» компрессоры:LZ4Compressor
иSnappyCompressor
, а два компрессора «хорошего» соотношения:ZstdCompressor
иDeflateCompressor
. -
chunk_length_in_kb
(по умолчанию:16 КБ
): указывает количество килобайт данных на фрагмент сжатия. Главный компромисс здесь в том, что большие размеры блоков дают алгоритмам сжатия больше контекста и улучшают их соотношение, но требуется чтение для десериализации и чтения с диска. -
crc_check_chance
(по умолчанию:1.0
): определяет, насколько вероятно, что Cassandra будет проверять контрольную сумму при каждом сжатии блок во время чтения для защиты от повреждения данных.Если у вас нет профилей, указывающих, что это спектакль проблема, настоятельно рекомендуется не выключать это, поскольку это единственная защита Кассандры от битрота.
LZ4Compressor
поддерживает следующие дополнительные опции:
-
lz4_compressor_type
(по умолчаниюfast
): указывает, должны ли мы использовать версию с коэффициентомhigh
(также известную какLZ4HC
) илиfast
(a.k.aLZ4
) версияLZ4
.Режимhigh
поддерживает настраиваемый уровень, который позволяет операторы для настройки компромисса между производительностью <-> с помощью параметраlz4_high_compressor_level
. Обратите внимание, что в4.0
и выше может быть предпочтительнее использовать компрессорZstd
. -
lz4_high_compressor_level
(по умолчанию9
): число от1
до17
включительно, которое показывает, сколько Процессорное время, которое нужно потратить на повышение степени сжатия.Обычно более низкие уровни «быстрее», но имеют меньшее соотношение и более высокие уровни медленнее, но имеют большую степень сжатия.
Компрессор ZstdCompressor
дополнительно поддерживает следующие параметры:
-
Compression_level
(по умолчанию3
): число от-131072
до22
включительно, которое показывает, сколько CPU время, которое нужно потратить на попытки добиться большей степени сжатия. Чем ниже уровень, тем выше скорость (за счет соотношения сторон).Значения от 20 до 22 называются «ультра-уровнями» и должны использоваться с осторожностью, поскольку они требуют больше памяти. Значение по умолчанию3
— хороший выбор для соревнований с коэффициентамиDeflate
, а1
— хороший выбор для соревнований. сLZ4
.
Пользователи могут установить сжатие, используя следующий синтаксис:
СОЗДАТЬ ТАБЛИЦУ keyspace.table (id int PRIMARY KEY) СО сжатием = {'class': 'LZ4Compressor'};
или
пространство клавиш ALTER TABLE.таблица со сжатием = {'class': 'LZ4Compressor', 'chunk_length_in_kb': 64, 'crc_check_chance': 0.5};
После включения сжатие можно отключить с помощью параметра ALTER TABLE
включен
— false
:
ALTER TABLE keyspace.table СО сжатием = {'enabled': 'false'};
Однако операторы должны знать, что изменение сжатия происходит не сразу. Данные сжимаются, когда SSTable
записывается, и поскольку SSTables неизменяемы, сжатие не будет изменено, пока таблица не будет уплотнена.На
при изменении параметров сжатия через ALTER TABLE
существующие SSTables не будут изменены, пока они
уплотнены — если оператору требуется, чтобы изменения сжатия вступили в силу немедленно, оператор может запустить SSTable
перезапишите, используя nodetool scrub
или nodetool upgradestables -a
, оба из которых будут восстанавливать SSTables на диске,
повторное сжатие данных в процессе.
Преимущества и использование
Основное преимуществоCompression заключается в том, что он уменьшает объем данных, записываемых на диск.Мало того, что уменьшенный размер экономит в требованиях к хранилищу это часто увеличивает пропускную способность чтения и записи, поскольку накладные расходы ЦП при сжатии данных быстрее чем время, необходимое для чтения или записи большего объема несжатых данных с диска.
Сжатие наиболее полезно в таблицах, состоящих из многих строк, где строки похожи по своей природе. Таблицы, содержащие похожие текстовые столбцы (например, повторяющиеся BLOB-объекты JSON) часто очень хорошо сжимаются. Таблицы, содержащие данные, которые уже были сжатыми или случайными данными (например,г. эталонные наборы данных) обычно плохо сжимаются.
Операционное воздействие
- Метаданные сжатия хранятся вне кучи и масштабируются вместе с данными на диске. Это часто требует 1-3 ГБ оперативной памяти вне кучи на каждый
терабайт данных на диске, хотя точное использование зависит от
chunk_length_in_kb
и степени сжатия. - Операции потоковой передачи включают сжатие и распаковку данных в сжатых таблицах — в некоторых путях кода (например, не-vnode bootstrap), накладные расходы ЦП на сжатие могут быть ограничивающим фактором.
- Чтобы медленные компрессоры (
Zstd
,Deflate
,LZ4HC
) не блокировали промывки слишком долго, все три промыть быстрым компрессоромLZ4
по умолчанию, а затем полагаться на нормальное сжатие для повторного сжатия данных в желаемая стратегия сжатия. См. CASSANDRA-15379 - Данные контрольных сумм пути сжатия для обеспечения правильности — в то время как традиционный путь чтения Cassandra не имеет
способ обеспечить правильность данных на диске, сжатые таблицы позволяют пользователю установить
crc_check_chance
(число с плавающей запятой из 0.От 0 до 1.0), чтобы Cassandra могла вероятностно проверять блоки при чтении, чтобы убедиться, что биты на диске не повреждены.