Что означает степень сжатия и почему это имеет значение

ДВС – это разновидность силового агрегата, который использует энергию, освобождающуюся в результате сгорания топлива (бензина, газа или дизтоплива). Цилиндропоршневой механизм через кривошипно-шатунный преобразует возвратно-поступательные движения во вращательные.

Мощность силового агрегата зависит от многих факторов, и один из них – степень сжатия. Рассмотрим, что это такое, как она влияет на мощностные характеристики авто, как изменить это параметр, а также чем СС отличается от компрессии.

Формула степени сжатия (поршневой двигатель)

Вначале коротко о самой степени сжатия. Чтобы воздушно-топливная смесь не просто загорелась, а взорвалась, ее нужно сжать. Только в этому случае образуется толчок, который переместит поршень внутри цилиндра.

Поршневой двигатель — двигатель внутреннего сгорания, в основе которого процесс получения механического действия достигается за счет расширения рабочего объема топлива. При сжигании топлива высвободившийся объем газов толкают поршни и благодаря этому вращается коленчатый вал. Это самый распространенный вид двигателя внутреннего сгорания.

Степень сжатия высчитывается по такой формуле: CR = (V + C) / C

V — рабочий объем цилиндра

С — объем камеры сгорания.

Такие двигатели состоят из нескольких цилиндров, в которых поршни сжимают топливо в камере горения. Степень сжатия определяется изменением объема пространства внутри цилиндра в крайних положениях поршня. То есть соотношением объема пространства, когда впрыскивается топливо и объем, когда оно загорается в камере горения. Пространство между нижней и верхней мертвой точкой поршня называется рабочим объемом. Пространство в цилиндре при поршне в верхней мертвой точке, называется пространством сжатия.

Формула степени сжатия (роторно-поршневой двигатель)

Роторно-поршневой двигатель — это двигатель, в котором роль поршня отведена трехгранному ротору, совершающему сложные движения внутри рабочей полости. Сейчас такие двигатели используется преимущественно в автомобилях Mazda.

Для этих двигателей степень сжатия определяется, как отношение максимального к минимальному объему рабочего пространства при вращении поршня.

CR = V1 / V2

V1 — максимальный объем рабочего пространства

V2 — минимальный объем рабочего пространства.

Влияние степени сжатия

Формула СС покажет, во сколько раз очередная порция топлива сожмется в цилиндре. Этот параметр влияет на то, насколько качественно сгорит топливо, а от этого в свою очередь зависит содержание вредных веществ в выхлопе.

Существуют двигатели, которые меняют степень сжатия в зависимости ситуации. Они работают с высокой степенью сжатия при низких нагрузках и с низкой степенью сжатия при высоких нагрузках.

При высоких нагрузках необходимо, чтобы степень сжатия была низкой для предотвращения детонации. При низких нагрузках рекомендуется, чтобы она была выше для максимального КПД ДВС. В стандартном поршневом двигателе степень сжатия не меняется и оптимальна для всех режимов.

Чем выше степень сжатия, тем сильнее сжатие смеси перед воспламенением. Степень сжатия влияет на:

• КПД двигателя, его мощность и крутящий момент;
• выбросы;
• расход топлива.

Возможно ли повысить степень сжатия

На эту процедуру идут при тюнинге мотора автомобиля. Форсирование достигается изменением объема поступающей порции топлива. Прежде чем выполнять данную модернизацию, следует учесть, что с увеличением мощности агрегата увеличится и нагрузка на детали не только самого ДВС, но и других систем, например, трансмиссию и ходовую часть.

Стоит учесть, что процедура дорогостоящая, а в случае переделки уже достаточно мощных агрегатов прирост лошадиных сил может быть незначительным. Ниже перечислены несколько способов увеличить степень сжатия в цилиндрах.

Расточка цилиндров

Более выгодное время для проведения данной процедуры – это капитальный ремонт мотора. Все равно блок цилиндров нужно будет разбирать, поэтому дешевле будет выполнить эти две задачи одновременно.

При расточке цилиндров увеличится объем мотора, а это также потребует установки поршней и колец большего диаметра. Некоторые выбирают ремонтные поршни или кольца, но для форсирования лучше воспользоваться аналогами для агрегатов с большим объемом, выставленным на заводе.

Расточка должна производиться специалистом на особенном оборудовании. Только в этом случае можно достичь идеально одинаковых размеров цилиндров.

Доработка ГБЦ

Второй способ увеличить степень сжатия – обработать нижнюю часть головки блока цилиндров фрезером. В этом случае объем цилиндров остается прежним, а вот изменяется надпоршневое пространство. Кромка снимается в допустимых конструкцией мотора пределах. Такую процедуру также должен выполнять специалист, уже занимающийся подобного рода доработкой моторов.

В этом случае нужно точно высчитать величину удаляемой кромки, потому что если слишком много снять, поршень будет касаться открытого клапана. Это в свою очередь отрицательно скажется на работе мотора, а в некоторых случаях – вообще сделает его непригодным, из-за чего придется искать новую головку.

После доработки ГБЦ нужно будет настроить работу газораспределительного механизма, чтобы он правильно распределял фазы открытия клапанов.

Измерение объема камеры сгорания

Прежде чем приступать к форсированию двигателя перечисленными способами, нужно точно знать, какой объем камеры сгорания (надпоршневое пространство, когда поршень достиг верхней мертвой точки).

Не в каждой технической документации автомобиля указываются такие параметры, а сложное строение цилиндров некоторых двс не позволяет правильно высчитать этот объем.

Существует один проверенный метод измерения объема этой части цилиндра. Коленвал проворачивается так, чтобы поршень занял положение ВМТ. Выкручивается свеча и при помощи объемного шприца (можно воспользоваться самым большим – на 20 кубиков) в свечной колодец заливается моторное масло.

Количество залитого масла как раз и будет объемом надпоршневого пространства. Объем одного цилиндра высчитывается очень просто – объем ДВС (указывается в техпаспорте) нужно разделить на количество цилиндров. А степень сжатия высчитывается по формуле, указанной выше.

В дополнительном видео вы узнаете о том, насколько можно повысить КПД мотора, если качественно его доработать:

Теория ДВС: Двигатель с циклом Ибадуллаева (процесс)

Недостатки увеличения степени сжатия:

Степень сжатия напрямую влияет на компрессию в моторе. Более подробно о компрессии рассказывается в отдельном обзоре. Однако прежде чем решиться на изменение степени сжатия, нужно учесть, что это будет иметь следующие последствия:

• преждевременное самовоспламенение топлива;
• компоненты двигателя изнашиваются быстрее.

Как измерить давление сжатия

Основные правила для измерения:

• Двигатель прогрет до рабочей температуры;
• Отключена топливная система;
• выкручены свечи (кроме цилиндра, который проверяется);
• аккумулятор заряжен;
• воздушный фильтр — чистый;
• коробка передач переведена на нейтральную скорость.

Для получения точной информации о двигателе измеряют давление сжатия в цилиндрах. Перед измерением, двигатель прогревается, чтобы определить зазоры между поршнем и цилиндром. Датчик компрессии манометр, а вернее компрессометр, вкручивается вместо свечи зажигания. Затем двигатель запускается стартером с выжатой педалью акселератора (открытой дроссельной заслонкой). Давление сжатия отображается на стрелке компрессометра. Компрессометр — это инструмент для измерения давления сжатия.

Давление сжатия — это максимально достижимое давление в конце такта сжатия двигателя, когда смесь еще не горит. Величина давления сжатия зависит от

• степени сжатия;

• оборотов двигателя;

• степени заполнения цилиндров;

• герметичности камеры сгорания.

Все эти параметры, кроме герметичности камеры сгорания, постоянны и задаются конструкцией двигателя. Следовательно, если замер показывает, что один из цилиндров не достигает значения, указанного производителем, то это указывает на утечку в камере сгорания. Давление сжатия должно быть одинаковое во всех цилиндрах.

Причины низкого давления сжатия

• поврежден клапан;
• повреждена пружина клапана;
• изношено седло клапана;
• изношено поршневое кольцо;
• изношен цилиндр двигателя;
• головка блока цилиндров повреждена;
• поврежден прокладка ГБЦ.

В исправной камере сгорания максимальная разница давлений сжатия на отдельных цилиндрах составляет до 1 бара (0,1 МПа). Давление сжатия составляет от 1,0 до 1,2 МПа для бензиновых двигателей и от 3,0 до 3,5 МПа для дизельных двигателей.

Для предотвращения преждевременного самовоспламенения топлива степень сжатия для двигателей с принудительным зажиганием не должна превышать 10:1. Двигатели, оснащенные датчиком детонационного сгорания, электронным блоком управления и другими устройствами, могут достигать степени сжатия до 14:1.

Для бензиновых турбо-двигателей степень сжатия составляет 8,5:1, поскольку часть сжатия рабочего тела осуществляется в турбонагнетателе.

Таблица основных степеней сжатия и рекомендуемых видов топлива для бензиновых ДВС:

Степень сжатия	Бензин
До 10	92
10,5-12	95
от 12	98

Таким образом, чем выше степень сжатия тем с большим октановым числом нужно использовать топливо. В основном его повышение приведет к росту КПД двигателя и уменьшению расхода топлива.

Оптимальная степень сжатия дизельного двигателя находится в пределах от 18:1 до 22:1 в зависимости от агрегата. В таких двигателях впрыскиваемое топливо воспламеняется за счет тепла сжатого воздуха. И потому степень сжатия у дизельных двигателей должна быть выше, чем у бензиновых. Степень сжатия дизельного двигателя ограничена нагрузкой от давления в цилиндре двигателя.

Компрессия

Компрессия — это наивысшая степень давления воздуха в двигателе, которое возникает в цилиндре в конце такта сжатия и измеряется в количестве атмосфер. Компрессия всегда выше степени сжатия ДВС. В среднем при степени сжатия около 10, компрессия будет около 12. Это происходит потому что при замере компрессии температура воздушно-топливной смеси растет.

Вот короткое видео о степени сжатия:

Степень сжатия и компрессия. В чем разница? Это одно и тоже или все же нет. Просто о сложном

Компрессия показывает нормальную работу двигателя, а степень сжатия определяет, какое топливо нужно использовать для двигателя. Чем выше сжатие, тем большее октановое число необходимо для оптимальной работы.

Примеры дефектов двигателя:

Дефект	Признаки	Компрессия, МПа	Компрессия, МПа
Без деффектов	нет	1,0-1,2	0,6-0,8
Трещина в перемычке поршня	высокое давление в картере, синие выхлопные газы	0,6-0,8	0,3-0,4
Прогар поршня	Те же, цилиндр не работает на малых оборотах	0,5-0,5	0-0,1
Залегание колец в канавках поршней	Те же	0,2-0,4	0-0,2
Задир поршня и цилиндра	Те же, вероятна неравномерная работа цилиндра на холостом ходу	0,2-0,8	0,1-0,5
Деформация клапана	Цилиндр не работает на малых оборотах	0,3-0,7	0-0,2
Прогарание клапана	Те же	0,1-0,4	0
Дефект профиля кулачка распредвала	Те же	0,7-0,8	0,1-0,3
Нагар в камере сгорания + износ маслосъемных колпачков и колец	Высокий расход масла + синие выхлопные газы	1,2-1,5	0,9-1,2
Износ цилиндро-поршневой группы	Высокий расход топлива и масла на угар	0,2-0,4	0,6-0,8

Основные причины проверить двигатель:

• вялый разгон;
• низкое давление масла;
• высокий расход масла;
• проблемный запуск;
• низкая компрессия;
• синие выхлопные газы;
• высокий расход топлива;
• неровный холостой ход;
• сильная детонация;
• нагар на свечах / частая замена свечей;
• стуки / перегрев двигателя;
• износ прокладок;
• пульсация в газоотводящем шланге из картера.

Первоначально двигатели делали из таких известных и распространенных материалов как чугун, сталь, бронза, алюминий и медь. Но в последние годы авто-концерны стремятся достичь большей мощности и меньшей тяжести для свои двигателей и это побуждает их использовать новые материалы — металлокерамический композит, кремний-никелевые покрытия, полимерные углероды, титан, а также различные сплавы.

Самая тяжелая часть двигателя — блок цилиндров, который исторически всегда делался из чугуна. Основная задача сделать сплавы чугуна с лучшими качествами, не пожертвовав его прочностью, чтобы не пришлось делать гильзы цилиндров из чугуна (так иногда делают на грузовых авто, где такая структура финансово окупается).

Вопросы и ответы:

Что будет если увеличить степень сжатия? Если мотор бензиновый, то будет образовываться детонация (нужен бензин с высоким октановым числом). Это повысит КПД мотора и его мощность. При этом расход топлива будет меньше.

Какая степень сжатия в бензиновом двигателе? В большинстве ДВС степень сжатия составляет 8-12. Но бывают моторы, в которых этот параметр составляет 13 или 14. Что касается дизелей, то в них она 14-18.

Что значит высокая степень сжатия? Это когда поступивший в цилиндр воздух и топливо сжимается в камере, меньшей по сравнению со стандартным размером камеры базового варианта мотора.

Что такое низкая степень сжатия? Это когда поступивший в цилиндр воздух и топливо сжимается в камере, большей по сравнению со стандартным размером камеры базового варианта мотора.