Степень сжатия это: Что такое компрессия и степень сжатия

Содержание

Что такое компрессия и степень сжатия

Главная
Статьи
Что такое компрессия и степень сжатия и чем они отличаются

Автор:
Алексей Кокорин

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.

Новые статьи

Статьи / Практика

Вечная молодость: как не дать постареть кузову автомобиля

Те, кто хотя бы раз в жизни покупал новый автомобиль, испытал чувство, которое можно описать расхожей фразой «лишь бы с ласточкой ничего не случилось». Но жизнь так погано устроена, что с ла…

1607

27.12.2022

Статьи / Популярные вопросы

Зона действия дорожных знаков: как ее определить

Дорожные знаки хорошо знают практически все водители. Но многие спустя годы после автошколы иногда задаются вопросом: «докуда действует вот тот знак, который я только что проехал?». В голову…

1174

27.12.2022

Статьи / Авто с пробегом

5 причин покупать и не покупать Kia Cerato III (YD)

Довольно большой, но недорогой седан в России не мог не понравиться покупателям. И Cerato понравился. Автомобили третьего поколения появились в 2013 году, и с каждым годом продажи только рос…

5282

25.12.2022

Компрессия и степень сжатия двигателя автомобиля

Кто изучает устройство автомобиля, встречает непонятные термины из области работы двигателя. Расскажем что такое компрессия и степень сжатия мотора, их определения. Рассмотрим работу мотора с изменяемой степенью сжатия.

Что такое степень сжатия

Это отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. На бензиновом моторе, в зависимости от конкретной задачи, степень сжатия может серьезно варьироваться, достигая величин в 8 до 12. На дизельных двигателях из-за их конструктивных особенностей она намного больше и оставляет от 14 до 18 единиц.

Для бензиновых двигателей авто, чем выше степень сжатия — тем выше удельная мощность. Но если её сильно увеличить, то может снизится ресурс и возрастает риск проблем с мотором при заправке некачественным топливом.

Что такое компрессия двигателя

Это максимальное давление воздуха в камере сгорания в конце такта сжатия.

Компрессия это давление в цилиндре. Поэтому она зависит от степени сжатия (величина давления в меньшем объеме всегда будет больше, т.е. при увеличении степень сжатия компрессия растет). По величине компрессии можно предварительно судить о состоянии двигателя. При этом важно правильно провести процедуру замера компрессии.

При снижении уровня компрессии необходимо выяснить причину. Это могут быть поршневые кольца или проблемы в клапанном механизме, выяснить это можно так. В проблемные цилиндры с помощью шприца вводят 15-20 грамм моторного масла. Процедуру замера повторяют. Если показания манометра выросли — причина падения в поршневых кольцах, если остались на прежнем уровне — в клапанах.

Двигатели с изменяемой степенью сжатия

Японские производители авто улучшили эффективность традиционного двигателя за счет поднятия степени сжатия до 14:1, что ранее было просто невозможно. Они заявляют, что с данной степенью сжатия могут работать, как бензиновый, так и дизельный двигатели, причем на обычном 95-ом бензине. Как это возможно?

Один из недостатков бензиновых моторов с искровым зажиганием — относительно невысокая степень сжатия. Если ее поднять с нынешних 10:1 до 12,5:1, то эффективность использования теплоты сгоревшего топлива возрастет процентов на шесть. Но чем сильнее сжимаем поршнем воздух с парами бензина, тем выше риск взрывного неконтролируемого самовоспламенения смеси — это детонация, страшный враг двигателя автомобиля: ударные нагрузки, перегрев, разрушение поршней и колец.

Не зря степень сжатия бензиновых агрегатов редко поднимается выше 11:1.

На самом деле все дело в снижении средней температуры цикла. Чем «холоднее» горючая смесь в камере сгорания, тем сильнее ее можно сжать без риска возникновения детонации. Думаете, японцы решили охлаждать всасываемый воздух? Нет, они занялись системой выпуска.

Этот прием давно известен по гоночным моторам — «настроенные» выпускные каналы по схеме 4-2-1, в которых порции выхлопных газов из всех четырех цилиндров не «толкаются» друг с другом, а строго поочередно вылетают в атмосферу. При чем здесь температура цикла? «Настроенный» выпуск за счет газодинамического наддува улучшает продувку цилиндров — в них остается меньше горячих отработавших газов, которые неизбежно подмешиваются к свежему воздуху на такте впуска и поднимают температуру в конце такта сжатия.

Как уверяют, если долю выхлопа снизить с обычных 8% до 4%, то степень сжатия можно безболезненно поднять на три единицы. А за счет охлаждения воздуха при распыле бензина прямо в цилиндр — сжатие можно увеличить еще на единичку.

Чтобы реализовать продвинутый газообмен, пришлось раскошелиться на фазовращатели на обоих распредвалах — и впускном, и выпускном. А вдобавок с помощью компьютерного моделирования придумать еще кучу всяких ухищрений. К примеру, чтобы улучшить «термоизоляцию» камеры сгорания, диаметр цилиндра пришлось уменьшить с нынешних 87,5 мм до 83,5 мм, соответственно увеличив ход поршня.

Как уменьшить степени сжатия двигателя

Длинноходность способствует увеличению крутящего момента на низких оборотах, вдобавок тягу «на низах» улучшают непосредственный впрыск и увеличение степени сжатия — и возникает эффект, который именуют downspeeding. Мол, мотор автомобиля настолько хорошо тянет «внизу», что среднестатистические обороты при езде снижаются на 15% — это дает эффект по части снижения расхода бензина и выбросов СО₂ по сравнению с турбомотором с уменьшенным до 1,4 л рабочим объемом.

степень сжатия

| технология | Британика

Развлечения и поп-культура
География и путешествия
Здоровье и медицина
Образ жизни и социальные вопросы
Литература
Философия и религия
Политика, право и правительство
Наука
Спорт и отдых
Технология
Изобразительное искусство
Всемирная история

Этот день в истории
Викторины
Подкасты
Словарь
Биографии
Резюме
Популярные вопросы
Обзор недели
Инфографика
Демистификация
Списки
#WTFact
Товарищи
Галереи изображений
Прожектор
Форум
Один хороший факт

Развлечения и поп-культура
География и путешествия
Здоровье и медицина
Образ жизни и социальные вопросы
Литература
Философия и религия
Политика, право и правительство
Наука
Спорт и отдых
Технология
Изобразительное искусство
Всемирная история

Britannica Classics
Посмотрите эти ретро-видео из архивов Encyclopedia Britannica.
Demystified Videos
В Demystified у Britannica есть все ответы на ваши животрепещущие вопросы.
#WTFact Видео
В #WTFact Britannica делится некоторыми из самых странных фактов, которые мы можем найти.
На этот раз в истории
В этих видеороликах узнайте, что произошло в этом месяце (или любом другом месяце!) в истории.
Britannica объясняет
В этих видеороликах Britannica объясняет различные темы и отвечает на часто задаваемые вопросы.

Студенческий портал
Britannica — это главный ресурс для учащихся по ключевым школьным предметам, таким как история, государственное управление, литература и т. д.
Портал COVID-19
Хотя этот глобальный кризис в области здравоохранения продолжает развиваться, может быть полезно обратиться к прошлым пандемиям, чтобы лучше понять, как реагировать сегодня.
100 женщин
Britannica празднует столетие Девятнадцатой поправки, выделяя суфражисток и политиков, творящих историю.
Britannica Beyond
Мы создали новое место, где вопросы находятся в центре обучения. Вперед, продолжать. Просить. Мы не будем возражать.
Спасение Земли
Британника представляет список дел Земли на 21 век. Узнайте об основных экологических проблемах, стоящих перед нашей планетой, и о том, что с ними можно сделать!
SpaceNext50
Britannica представляет SpaceNext50. От полёта на Луну до управления космосом — мы изучаем широкий спектр тем, которые подпитывают наше любопытство к космосу!

Вот что на самом деле означает «степень сжатия» и почему это важно

Kristen Lee

Опубликовано 11 апреля 2018 г.

Комментарии (190)

Мы можем получать комиссию за ссылки на этой странице.

Вы уже слышали термин «степень сжатия», но задумывались ли вы когда-нибудь, что он означает? Что ж, пришло время объяснить, что такое степень сжатия и почему каждый автопроизводитель теперь одержим ею, как Святым Граалем.

Степень сжатия, надо признать, сложнее, чем кажется на первый взгляд. Не помогает и то, что это один из тех терминов, которые вы слышите на автомобильных встречах и в пресс-релизах без особых объяснений. Это одна из тех вещей, которые вы в основном делаете вид, что понимаете, пытаясь произвести впечатление на того артиста на воздушном шаре, которого вы встретили в цирке на прошлых выходных.

Мы знаем, что высокая степень сжатия — это хорошо, а низкая — плохо. Мы знаем, что новый двигатель Skyactiv-X «Святой Грааль» от Mazda имеет высокую степень сжатия, наряду с «дизельным убийцей» от Infiniti и серией «Dynamic Force» от Toyota, которые рекламируют большую мощность вместе с большей эффективностью.

Мы живем в эпоху, когда инженеры не могут просто увеличить мощность двигателя, сделав его больше. Изменение степени сжатия двигателя становится тем, как это делается.

(Кстати, если вы читаете это и фыркаете, потому что уже знаете, что такое степень сжатия, хорошо для вас! Не все знают. )

Определить степень сжатия очень просто

Степень сжатия — это именно то, на что это похоже — степень, при которой максимальный объем цилиндра сжимается до минимального объема цилиндра. Это объем цилиндра, когда поршень полностью опущен вниз по сравнению с полным подъемом. Это написано и сказано как соотношение. Например, для двигателя со степенью сжатия 9:1 вы бы сказали, что это «девять к одному».

Теперь представьте цилиндр в своей голове. Поршень движется вверх и вниз внутри этого цилиндра. Когда поршень находится в нижней точке, это называется нижней мертвой точкой. Вот где объем цилиндра самый большой. Когда поршень находится в самой высокой точке внутри цилиндра, это называется верхней мертвой точкой, и именно здесь объем цилиндра наименьший. Сравнение этих двух томов — вот откуда исходит ваше соотношение.

Если вы визуал, как и я, вам понравится этот GIF-файл, который я сделал, показывающий, как работает четырехтактный двигатель. Видите, как поршень движется вверх во время такта сжатия? Вот и весь воздух и топливо сжимаются в цилиндре. Если двигатель имеет высокую степень сжатия, это означает, что данный объем воздуха и топлива в цилиндре сжимается в гораздо меньшее пространство, чем двигатель с более низкой степенью сжатия.

А теперь пример с простой математикой, моей любимой.

Представьте, что у вас есть двигатель, объем цилиндра и камеры сгорания которого составляет 10 куб. см, когда поршень находится в нижней мертвой точке. После закрытия впускного клапана и подъема поршня вверх во время такта сжатия он выдавливает воздушно-топливную смесь в пространство одного кубического сантиметра. Этот двигатель имеет степень сжатия 10:1.

Вот оно! Это степень сжатия. Общий рабочий объем плюс сжатый объем (включая объем ГБЦ и все, что выше, где поршень «заметает») на только сжатый том .

Почему это лучше, если это сложно

Но понимание того, что такое коэффициент сжатия , менее важно, чем понимание , почему нас это волнует или почему высокое сжатие является таким стремлением.

Лучшее объяснение, которое я получил, дал мой коллега и инженер Дэвид Трейси, который затем обратился за помощью к другим инженерам и профессорам. Лучший ответ из них дал доктор Энди Рэндольф, технический директор ECR Engines. Он занимается исследованиями силовых агрегатов для NASCAR, и его объяснение предельно ясно:

С точки зрения неспециалиста, мощность двигателя генерируется, когда сгорание воздействует на поршень и толкает поршень вниз по цилиндру во время такта расширения.
Чем выше поршень находится в отверстии в момент начала сгорания, тем большее усилие будет приложено.
По мере увеличения степени сжатия поршень перемещается выше в отверстии в верхней мертвой точке, следовательно, возникает дополнительная сила для такта расширения (дополнительная сила для того же количества топлива означает более высокий КПД).

Теперь мы действительно должны больше узнать о , почему , в дополнение к , как , а это значит, что нам придется углубиться в область термодинамики.

Суть всего этого в том, что более высокая степень сжатия означает, что двигатель получает больше работы при том же количестве топлива. Это хорошо для мощности, а также миль на галлон.

Чтобы объяснить, почему более высокая степень сжатия обеспечивает лучшую эффективность, мы не будем слишком глубоко погружаться в термодинамику, но, черт возьми, давайте просто окунемся в нее. Это здорово и хорошо для души.

Более высокая степень сжатия означает больше работы, но большее давление

На изображении выше показана диаграмма P-V или давление-объем для идеального типичного бензинового двигателя. Он визуально показывает, что происходит в вашем двигателе, когда он сжигает бензин.

На приведенной выше диаграмме нижняя кривая 1-2 показывает такт сжатия.

Строка 2-3 показывает горение.

Верхняя кривая 3-4 показывает ход расширения.

А линия 4-1 показывает отвод тепла при открытии выпускного клапана.

Чтобы быть более техническим, на диаграмме кривая 1-2 показывает такт сжатия, при котором давление (ось Y) увеличивается, а объем (ось X) падает, когда поршень работает над газом, сжимая его. Линия 2-3 показывает теплоту, выделяющуюся при сгорании, быстром увеличении давления и температуры газа. Кривая 3-4 показывает увеличение объема и падение давления, когда газ воздействует на поршень во время такта расширения. Линия 4-1 показывает отвод тепла от газа в окружающую среду по мере того, как давление возвращается к атмосферному при открытии выпускного клапана. Наконец, плоская линия 1-5 внизу представляет такт выпуска и возврат поршня в верхнюю мертвую точку в конце.

Площадь в этих линиях 1-2-3-4 показывает, какую работу выполняет двигатель. Более высокая степень сжатия означает, что две вертикальные линии на графике будут двигаться влево и вверх, оставляя больше области в пределах границ, чем при более низкой степени сжатия, и, таким образом, работа будет выполнена. Но, как вы можете видеть на этой диаграмме, вы столкнетесь с более высоким давлением. Другими словами, вы получите больше механической работы от вашего двигателя с высокой степенью сжатия. Вы получите больше давления в цилиндре и на поршне из-за подводимого тепла от сгорания.

Более высокая степень сжатия также означает большую тепловую эффективность

Также важно отметить, что тепловложение и потери тепла во время рабочего цикла вашего двигателя связаны с эффективностью как функцией степени сжатия. Все это работает на двух идеях. Во-первых, любая тепловая энергия, поступающая в систему, должна быть преобразована либо в механическую работу, либо в отработанное тепло. Во-вторых, тепловой КПД — это просто выходная мощность, деленная на подводимое тепло. Таким образом, вы можете вывести соотношение между тепловой эффективностью и степенью сжатия, как показано на веб-странице MIT и показано выше. Уравнение здесь (nu — это тепловой КПД, r — степень сжатия, а gamma — свойство жидкости) :

Когда вы увеличиваете степень сжатия двигателя определенного рабочего объема, вы эффективно сдвигаете P-V диаграмму вверх. и влево, и увеличить тепловложение (Qh на диаграмме) в большей степени, чем теплоотдачу (Ql). Иными словами, вы превращаете большую часть своей входной энергии в работу. Вот Джейсон Фенске из Инженерное объяснение , раскрывающее эту связь между степенью сжатия, теплопередачей и эффективностью:

В любом случае, суть в том, что термодинамика диктует, что тепловая эффективность увеличивается с увеличением степени сжатия, как вы можете видеть на графике и уравнении выше. А это означает больше лошадиных сил, лучшую экономию топлива, более тяжелые кошельки и более широкие улыбки. Покатайтесь на любом вялом, хрипящем, поглощающем бензин старом американском V8 с низкой степенью сжатия, и вы поймете, о чем я.

9Степень сжатия 0131 также делает такие двигатели, как двигатель Mazda Skyactiv-G, такими эффективными. Первая из серии новых двигателей с высокой и переменной степенью сжатия от Mazda, Nissan/Infiniti и Toyota, Mazda имеет на данный момент самую высокую степень сжатия в бизнесе, 14:1, поэтому она может работать с большим расходом топлива. показатели экономичности и мощности даже без турбокомпрессора.

Почему более высокая степень сжатия означает, что вам нужно более высокое октановое число

Почему все просто не используют высокие степени сжатия? Что ж, высокая степень сжатия — вот почему многим мощным двигателям требуется топливо премиум-класса или высокооктановый бензин. Октановое число, как это How Stuff Works указывает на измерение способности бензина сопротивляться детонации.

По сравнению с бензином с высоким октановым числом, бензин с низким октановым числом с большей вероятностью самовоспламеняется из-за высоких температур и давлений наддувочного воздуха. По сути, вам нужен газ, который воспламеняется, когда вы этого хотите, а не тот, который воспламеняется, когда вы этого не хотите. Такое неконтролируемое сгорание называется детонацией. Стучать плохо; это снижает крутящий момент и может привести к непоправимому повреждению вашего двигателя.

Высокая степень сжатия увеличивает риск детонации, поэтому в двигателях с очень высокой степенью сжатия используется высокооктановый гоночный бензин или (сейчас чаще) E85. Газы имеют тенденцию нагреваться при сжатии, поэтому повышенная тепловая плотность может привести к преждевременному воспламенению топлива до того, как оно воспламенится от свечи зажигания. Повторюсь: это плохо.

Mazda пришлось проделать большую работу над конструкцией поршня и выхлопной системы, чтобы смягчить стук в двигателе с соотношением сторон 14:1, работающем на газовом насосе. Поршни в двигателе Skyactiv-X, например, имеют полость посередине, чтобы Mazda могла выстрелить богатым топливом вокруг свечи зажигания в бедной смеси, и, да, есть причина, по которой это было не так. ‘не легкая технология для разработки.

Что еще интересно, так это то, что вы не можете просто сделать двигатель с такой высокой степенью сжатия, как вы хотите. Я связался с Джоном Хойенгой, владельцем магазина выхлопных газов и ралли Nameless Performance, чтобы поговорить о рисках и преимуществах высокой степени сжатия.

Джон строит раллийный автомобиль Nissan 240SX, в который он заменяет четырехцилиндровый двигатель SR20VE, который в настоящее время развивает мощность около 250 лошадиных сил на колесах всего из 2,0 литров. Удивительно, но без турбо. Все, что Джон должен поблагодарить, это очень высокая степень сжатия 14,5: 1. «При сжатии выполняется больше работы, — объяснил он, — поэтому тем больше мощности [двигатель] будет производить без наддува».

При этом, поскольку это гоночный двигатель, он заправляет его гоночным бензином или чрезвычайно высокооктановым двигателем E85. Джон сказал, что все, что имеет степень сжатия выше 14,5: 1, подвергается риску самовоспламенения и может выбить шток или прокрутить подшипник. Это то, что небрежно называют «взрывом».

Есть предел тому, насколько высоко вы можете подняться

Я спросил, не поэтому ли мы видим, что люди не ездят с двигателями, которые имеют значительно более высокую степень сжатия, чем все, что мы видим сегодня. Неприлично высокие соотношения, вроде 60:1. Джон рассмеялся. Он объяснил, что металл просто не может выдерживать такие высокие уровни нагрузки, а такая степень сжатия может разогреть все до такой степени, что любой современный двигатель взорвется.

ГРУЗОВОЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ ЦЕНТР