Степень сжатия двигателя, формула, повышение, бензин

Всем известно, что в бензиновых поршневых двигателях внутреннего сгорания топливовоздушная смесь перед воспламенением сжимается. Аналогичный такт работы дизелей отличаются лишь тем, что сжимается воздух без топлива. Одной из важнейших характеристик обоих ДВС является степень сжатия. Она показывает, во сколько раз изменяется объем пространства над днищем поршня при прохождении его от нижней мертвой точки до верхней.

Иногда этот показатель путают с компрессией, несмотря на то что разница между ними огромна. Ведь упомянутые выше характеристики, хоть и связаны между собой, по сути, совершенно различны. На что указывает даже их размерность. Степень сжатия – это соотношение, например, 10:1 или просто 10 и не имеет единиц измерения. То есть измеряется в «разах». Компрессия же показывает максимальное давление смеси в цилиндре перед воспламенением и измеряется в кг/см 2 . Так, компрессия ДВС, имеющего степень сжатия 10:1, должна быть не более 15,8 кг/см 2 . Сказать, что такое степень сжатия, можно и иначе. Это отношение объема над поршнем, находящимся в нижней мертвой точке к объему камеры сгорания. Камерой сгорания называется пространство над поршнем, достигшим верхней мертвой точки.

Расчет коэффициента сжатия

Вычислить степень сжатия ДВС можно, если выполнить расчет по формуле ξ = (V_р + V_с)/ V_с; где V_р – рабочий объем цилиндра, V_с – объем камеры сгорания. Из формулы видно, что степень сжатия можно сделать больше, уменьшив, объем камеры сгорания. Или увеличив, рабочий объем цилиндра, не изменяя камеры сгорания. V_р намного больше чем V_с. Поэтому можно считать, что ξ прямо пропорционален рабочему объему и находится в обратной зависимости от объема камеры сгорания.

Рабочий объем цилиндра можно посчитать, зная диаметр цилиндра – D и ход поршня – S. Формула для его вычисления выглядит так: V_р = (π_*D 2 /4)_* S.

Объем камеры сгорания из-за ее сложной формы обычно не вычисляют, а измеряют. Сделать это можно залив в нее жидкость. Определить объем, поместившийся в камеру жидкости, можно при помощи мерной посуды или весов. Для взвешивания удобно использовать воду, так как ее удельный вес 1г на см 3 . Значит, ее вес в граммах покажет и объем в куб. см.

Влияние коэффициента сжатия на характеристики мотора

Чем выше степень сжатия, тем больше компрессия ДВС и его мощность (при прочих равных условиях). Повышая степень сжатия, мы также способствуем увеличению КПД двигателя за счет снижения удельного расхода топлива. Степень сжатия ДВС, определяет октановое число используемого для работы мотора бензина. Так, низкооктановое топливо станет причиной детонации мотора с большим значением этого коэффициента. Чрезмерно высокое октановое число топлива не позволит силовому агрегату, компрессия которого невысока, развивать полную мощность.

Исходные данные

Октановое число топлива, используемого для бензиновых двигателей с различной степенью сжатия.

• 7,0–7,5 октановое число 72–76.
• 7,5–8,5 октановое число 76–85.
• 5,5–7 октановое число 66–72.
• 10:1 октановое число 92.
• От 10,5 до 12,5 октановое число 95.
• От 12 до 14,5 октановое число 98.

Выравнивание плоскости сопряжения головки с блоком срезанием слоя металла приводит к уменьшению камеры сгорания мотора. От этого показатель сжатия увеличивается в среднем на 0,1 при уменьшении толщины головки на 0,25 мм. Имея в своем распоряжении эти данные, можно определить, не превысит ли он после ремонта головки блока допустимые пределы. И не следует ли принять меры для его снижения. Опыт показывает, что при удалении слоя менее 0,3 мм последствия можно не компенсировать.

Для чего бывает нужно изменить коэффициент сжатия

Необходимость изменения этого параметра ДВС возникает довольно редко. Можно перечислить всего несколько причин, побуждающих сделать такое.

1. Форсирование двигателя.
2. Желание приспособить мотор для работы на бензине с другим октановым числом. Было время, когда газовое оборудование для авто не встречалось в продаже. Не было и газа на заправках. Поэтому советские автовладельцы часто переделывали двигатели для работы на более дешевом низкооктановом бензине.
3. Неудачный ремонт мотора, для ликвидации последствий которого требуется корректировка коэффициента сжатия. К примеру, фрезеровка головки блока после слишком сильной тепловой деформации. Когда выровнять сопрягаемую с блоком цилиндров поверхность удается ценой снятия слоя металла чрезмерно большой толщины. От этого значение коэффициента увеличивается столь сильно, что работа на бензине, для которого был рассчитан мотор, становится невозможной.

Как можно изменить показатель сжатия

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

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

Взаимосвязь коэффициента сжатия и компрессии

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

Турбированные моторы

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

Источники: http://autolirika.ru/teoriya/stepen-szhatiya-dvigatelya.html

Термический КПД двигателя ηt в значительной степени зависит от величины степени сжатия ε. Чем выше степень сжатия, тем меньше топлива используется для получения той же самой мощности, поэтому повышение степени сжатия — один из основных методов увеличения мощности двигателя. Термический КПД двигателя при увеличении степени сжатия увеличивается сначала быстро, а после значений степени сжатия 12-13 — несколько медленнее.

Увеличение степени сжатия ограничивается появлением детонации вследствие роста температуры рабочей смеси в конце хода сжатия, в результате чего двигатель перегревается, наполнение цилиндров бензовоздушной смесью ухудшается, износ основных деталей двигателя повышается в 2-3 раза. Сильная детонация может привести к прогоранию днища поршня. Практически предельное значение степени сжатия ограничивается октановым числом применяемого моторного топлива. Наиболее рациональным является форсировка двигателя до степени сжатия 9,8 — 10, что подтверждается опытом участия в спортивных соревнованиях в нашей стране и за рубежом. Указанные значения также типичны для двигателей, использующих распределительные валы с относительно коротким периодом впуска, подобные валам многих форсированных двигателей. При увеличении продолжительности такта впуска посредством установки распределительного вала с более длительным периодом впуска прирост мощности от степени сжатия становится еще более значительным.

Прирост мощности при увеличении степени сжатия можно определить по приведенной ниже таблице, показывающей приращение мощности двигателя от исходной величины при изменении степени сжатия. Для этого находят в таблице столбец с исходной степенью сжатия и колонку с новой предполагаемой степенью сжатия. Прочитанное значение в элементе таблицы покажет увеличение мощности в процентах.

исходная степень сжатия

новая степень сжатия

Данные таблицы базируются на механических степенях сжатия, определенных путем математических расчетов из фиксированного объема, а не на динамических степенях сжатия, которые будут увеличиваться при увеличении эффективности впуска. При улучшении наполнения цилиндра динамическая степень сжатия увеличивается подобно увеличению объема цилиндра, т.к. в цилиндр будет поступать больше воздуха и топлива.

Практически увеличение степени сжатия не всегда приводит к увеличению мощности. Если статическая (подсчитанная ) степень сжатия уже находится около предела детонации для используемого топлива, ее дальнейшее увеличение может ухудшить мощность и/или надежность двигателя. Это особенно справедливо, когда достигнут коэффициент наполнения цилиндра больше 1. К тому же, когда коэффициент наполнения цилиндра больше 1, поступившая смесь находится под небольшим положительным давлением, однако, она может заполнить только пространство в цилиндре плюс пространство в камере сгорания. Однако если мы увеличиваем степень сжатия путем уменьшения объема камеры сгорания или путем увеличения выпуклости поршня, то общее количество бензовоздушной смеси, которую может принять цилиндр, уменьшится на эту величину, и, как следствие, при увеличении степени сжатия ухудшается наполнение цилиндров. Чем лучше наполнение цилиндров (полученное турбиной, насосом, полировкой каналов, изменением фаз газораспределения и т.д.), тем меньше будет требуемая степень сжатия.

Замеренное компрессометром давление в цилиндре в конце такта сжатия может быть пересчитано в степень сжатия по формуле: ε= (Pc +3.9)/1.55, где Pc — давление, замеренное компрессометром, кг/с м² . Разница значения компрессии в разных цилиндрах не должна превышать 0.5 — 1 кг/с м² .

Практически степень сжатия двигателя зависит от объема камеры сгорания, размера и формы поршня и его хода. Так, для двигателей УЗАМ 3313 и 3318, имеющих одинаковый диаметр цилиндра и ход поршня и одинаковую головку блока цилиндров, за счет изменения формы поршня степень сжатия изменяется с 7.6 в двигателе УЗАМ-3313 до 9.2 в двигателе УЗАМ-3318, что приводит к увеличению максимальной мощности с 85 до 90 л.с., а максимального крутящего момента с 135 н/м до 145 н/м.

Наиболее просто увеличить степень сжатия двигателя можно фрезеровкой головки блока цилиндров, что позволяет уменьшить объем камеры сгорания. При этом необходимо следить за тем, чтобы при открывании клапана он не ударял по днищу поршня во всем диапазоне частот вращения двигателя (т .к. пружины клапанов имеют определенную инерцию), и при необходимости выполнить в поршне проточки под клапаны.В двигателях с чугунным блоком цилиндров возможна также фрезеровка поверхности блока цилиндров, сопрягаемой с головкой блока, самостоятельно или вместе с фрезеровкой поверхности головки блока цилиндров.

Ниже в таблице показана зависимость степени сжатия двигателя УЗАМ-412 от глубины фрезерования головки блока цилиндров:

Глубина фрезерования, мм

Зависимость степени сжатия двигателя ВАЗ-2106 от глубины фрезерования головки блока цилиндров представлена в таблице:

Фрезерование головки, мм

Фрезерование блока, мм

При фрезеровании головки блока цилиндров происходит смещение установочного угла механизма газораспределения, что необходимо учитывать при его установке. Чем на большую величину произведена фрезеровка головки блока цилиндров, тем на большую величину распределительный вал будет отставать.

Приведем зависимость отставания положения распределительного вала от глубины фрезеровки головки блока цилиндров:

Источники: http://azlk-team.ru/articles/stati_s_clubazlknet/povyshenie_stepeni_szhatija/

Компрессия – это вульгаризм. Правильно – давление конца такта сжатия. Это давление, которое создается в цилиндре при выключенном зажигании (или без подачи топлива – для дизеля) при положении поршня в верхней мертвой точке. Так вот, многие диагносты по величине замеренной компрессии (прости, наука, за жаргон!) дают заключение: «жив пациент» или «в морг», то есть на капитальный ремонт.

По мнению многих продвинутых автомобилистов, компрессия для мотора чуть ли не всё! Но так ли это?

Нет, не так! Компрессия – это давление в цилиндре, степень сжатия – безразмерный параметр, описывающий геометрические параметры цилиндра: это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия (камера сжатия – это объем пространства над поршнем при его положении в ВМТ (еще он называется объемом конца сжатия – это то же самое). Называть ее камерой сгорания некорректно, поскольку сгорание топлива происходит во всем объеме цилиндра.) Компрессия от степени сжатия зависит, а степень сжатия от компрессии – нет! Компрессия зависит еще от кучи параметров: давления начала сжатия, регулировки фаз газораспределения, температуры, при которой проводится замер, протечек из камеры сгорания. А протечки определяются изношенностью колец и цилиндров.

«Компрессия» – то максимальное давление, которое мы измеряем в цилиндре при выключенном зажигании.

Не совсем так. Компрессию можно поднять двумя способами – увеличить степень сжатия или уменьшить протечки из камеры сгорания. Посмотрим, что будет в каждом случае: в нашем распоряжении стенд.

Для начала уменьшим объем камеры сжатия. Проще всего для этого прошлифовать нижнюю плоскость головки цилиндров. У базового мотора «одиннадцатого» ВАЗа рабочий объем цилиндра чуть больше 370 кубиков. При штатной степени сжатия 9,8 объем камеры сжатия составит 42,6 см³. Можно посчитать, что, сняв 2 мм с посадочной поверхности головки блока цилиндров, мы уменьшаем объем камеры сжатия на 5,1 см³. Новая степень сжатия составит 11 единиц, то есть на 1,2 выше, чем у базового мотора. А теперь, просто из интереса, уберем еще 2 мм. Степень сжатия возрастает уже до 12,6. В учебнике находим нужную формулу и получаем: термический КПД цикла поршневого двигателя теоретически должен вырасти в первом случае минимум на 4%, во втором – на 9%. Здорово!

А теперь ставим эти головки на стендовый мотор и снимаем моментные характеристики. Снижение расхода топлива существенно меньше, чем обещала теория, – на 2,5% в первом случае и на 4,5% во втором. Причем эффект более выражен в зоне малых нагрузок. Прибавка мощности еще меньше: от силы 2-3%, причем в зоне малых и средних оборотов. А на высоких – никакого эффекта.

Все ясно: с увеличением степени сжатия резко растет давление в цилиндре, этот рост провоцирует детонацию, ее ловит соответствующий датчик – и сдвигает угол опережения зажигания назад. Следовательно, мощность падает. А потому и теоретический эффект существенно уменьшается. Зато растут температуры на выпуске, – стало быть, риск пожечь клапаны и поршни с таким мотором значительно выше.

Способ второй – уменьшаем протечки. Пойдем от обратного: сравним, что станет с моментной характеристикой, если заменить кольца такими, чтобы зазоры в них стали больше, скажем, раза в два.

Сделали. Для нового мотора – всё нормально, для всех цилиндров компрессия 13,2. 13,4 бар. Для испорченного кольцами с большими зазорами – 10,8. 11,1. А что показали замеры мощности? В зоне малых оборотов мощность испорченного мотора чуть-чуть упала, но когда перешли 2500 об/мин, кривые момента практически слились. Всё потому, что протечки из камеры сгорания в картер, которые должны бы снизить мощность, заметны только на малых оборотах, а на высоких их масса за один цикл резко падает, ведь с уменьшением времени цикла при увеличении частоты вращения коленчатого вала уменьшается и время на протечку.

Компрессия резко выросла, а мощность – нет. Вместе с компрессией проснулась детонация, и угол опережения зажигания пришлось сдвигать назад. А он влияет на мощность сильнее.

Обычно механик, обнаруживший низкую компрессию, тут же заявляет: «Двигатель изношен, требуется капиталка». Так ли все однозначно?

Нет, конечно! На спор можем назвать двадцать возможных причин снижения компрессии. Тут и проблемы с механизмом газораспределения, и механические или термические повреждения деталей двигателя, и закоксованность поршневых колец. И только одна из них будет связана с катастрофическим износом мотора. Важно уметь различать эти причины, понимать степень их опасности и знать методы борьбы с ними. Но это – тема отдельной статьи.

Частенько от апологетов разных присадок приходится слышать, как подпрыгнула компрессия после очередной обработки мотора. Рост до 15 бар, до 17 бар! Но надо иметь в виду, что в нормальном состоянии, даже восстановив зазоры до состояния нового двигателя, компрессию выше штатной не получить.

Откуда же цифры? Обычно на разобранном двигателе видно, что камера сгорания после обработки заросла непонятно чем и, как следствие, уменьшился объем камеры сжатия. Но эти отложения нарушают теплоотвод от камеры сгорания. Отсюда детонация, калильное зажигание и прочее. Так что небывалому росту компрессии не радоваться надо, а наоборот.

Изменение удельного расхода топлива при фиксированных оборотах (2500 об/мин) в двух вариантах двигателя – базовом и с кольцами, в которых увеличены зазоры. Компрессия упала, но по расходу это заметно только при малых нагрузках.

Так на что же влияет компрессия? На многое! Главное – на пусковые свойства мотора, особенно при низких температурах.

В первую очередь это касается дизельных двигателей, где от давления и температуры конца сжатия зависит, воспламенится топливо в цилиндре или нет. Но и бензиновые двигатели в холодном состоянии тоже чувствительны к изменению компрессии: она влияет на испаряемость топлива, которое при холодном пуске только теоретически должно испаряться по пути в цилиндр. А реально – попадает туда в виде негорючих жидких капель.

Сниженная компрессия повышает давление картерных газов. В этом случае через систему вентиляции на впуск двигателя летит больший объем паров масла. Плохо это: и токсичность растет, и темп загрязнения камеры сгорания резко увеличивается.

Неравномерная по цилиндрам компрессия вызывает вибрации двигателя, особенно ощутимые на холостом ходу и при малых оборотах. А это, в свою очередь, вредит и трансмиссии, и подвеске мотора. Да и самому водителю.

Словом, роль компрессии как диагностического признака, во многом характеризующего состояние двигателя, очень велика. И наши «сказки» никоим образом не призывают махнуть на нее рукой – наоборот! Но стремление к безудержному ее повышению в поисках дополнительных «лошадок» – дело в целом бесперспективное.

Источники: http://www.zr.ru/content/articles/544386-zrim_v_koren_skazki_pro_kompressiju/