Что такое степень сжатия? Степень сжатия и компрессия

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.