Що таке ступінь стиснення? Ступінь стиснення і компресія

Ступінь стиснення являє собою розрахункову величину, що демонструє зміна обсягу до і після стиснення. А компресія – це величина, вимірювана реально. У процесі стиснення відбувається зміна не тільки об'єму і тиску, але і температури, тому в справному двигуні компресія зазвичай трохи вище. На неї впливає і можлива негерметичність клапанів, прокладок, кілець та ін. Керівництво до двигуна зазвичай містить вказівку мінімального значення компресії, при якому дозволяється їздити.

Основне поняття

Важливо знати, яка ступінь стиснення для мотора є оптимальною. Це складне питання, адже розробники двигунів із запалюванням від іскри націлені на те, щоб збільшити цей показник. А якщо двигун працює на займистість від стиснення, то цей параметр найправильніше знизити. Саме ступінь стиснення являє собою характеристику двигунів внутрішнього згоряння, яка викликає найбільше число помилкових думок. Найпоширенішою помилкою є те, що від ступеня стиснення багато залежить. Проте тут все просто – цей показник є відображенням відношення об'єму циліндра до аналогічного параметру камери згоряння, а якщо по-іншому, то він дорівнює частці від ділення обсягу простору над поршнем до об'єму камери згоряння. Виходить, що ступінь стиснення в геометричному плані є відображенням того, у скільки разів здійснюється зменшення обсягу паливоповітряної суміші в циліндрах двигуна в процесі руху поршня від нижньої до верхньої мертвої точки. Звичайно, в житті все рідко аналогічно вираженого в теорії.

Як все працює?

Ступінь стиснення двигуна на зорі автомобілізму була невисокою – 4-5 щоб не сталася детонація в результаті роботи на бензині з малим октановим числом. Наприклад, при циліндрі на 400 кубиків об'єм камери згоряння буде складати 100 мл Виходить, що для такого двигуна ступінь стиснення буде дорівнює: е = (400 + 100) : 100 = 5. Якщо зменшити обсяг паливної камери до 40 кубічних сантиметрів, то відбудеться зростання ступеня стиснення: е = (400 + 40) : 40 = 11. Який буде результат? Збільшення термічного ККД двигуна майже на 30%. За умови, що мотор на 24 літра з 6 циліндрами зі ступенем стиснення досягає 5 потужністю 100 кінських сил, то при значенні ступеня стиснення 11 вона стане дорівнює майже 130 л. с. При цьому паливо витрачається в тому ж обсязі. Виходить, що в розрахунку на одну кінську силу у годину, можна говорити про скорочення витрати палива на 227%.




Цей результат вражаючий, а засоби для його досягнення неймовірно прості. Це не містика. Чим більше ступінь стиснення двигуна, тим нижче температура газів, які після відпрацювання йдуть на вихлоп.

Ази теплотехніки

Двигуни автомобілів являють собою різновид теплових агрегатів, що підкоряються законам термодинаміки. Фізик Саді Карно в першій половині дев'ятнадцятого століття запропонував перші основи теорії теплових машин. Згідно з його теорією, ККД такого мотора тим вище, чим більша різниця є між температурою газів до кінця горіння суміші палива з повітрям і показником температури на випуску. На цю різницю найбільше впливає ступінь розширення робочих газів всередині циліндрів. Тут є важливий момент, згідно з його теорією, важливіше для термічного ККД є не ступінь стиснення, а ступінь розширення. Чим сильніше відбувається розширення гарячих газів на робочому ходу, тим нижчою стає їх температура, що цілком природно. У моторах з звичайною конструкцією ступінь стиснення повністю відповідає ступеню розширення. Саме тому багато хто не поділяють ці терміни. А ступінь стиснення і компресія в сукупності викликають детонацію. Чим сильніше відбувається стиснення паливоповітряної суміші в циліндрах двигуна, тим вищими є температура і тиск у момент утворення іскри, тим більш висока ймовірність появи ударних хвиль в камері детонації і згоряння. Саме вона зменшує ступінь стиснення, але тут ні при чому ступінь розширення газів при роботі.

Пятитактний цикл

Існує пятитактний цикл, який призначений для розведення ступеня стиснення і ступеня розширення. Наприклад, ступінь стиснення ВАЗ 2112 починає працювати тільки при 75 градусах вище нижньої метрової точки, і тут є певний такт витіснення суміші. Тепер тактів 5: впорскування, зворотне витіснення, стиснення, робочий хід і випуск. Виникає питання, пов'язане з необхідністю ганяти суміш в обох напрямках. Приміром, назад буде витіснене 20% суміші, а 80% стискається, як годиться. Навіть за таких умов реальна ступінь стиснення і компресія становлять 106.

Практичне значення

Якщо конструкція має реальний показник, рівний 106 а розширення робочих газів – 13 то це цілком нормально. У цьому разі за фактом термічний ККД двигуна в 10518 рази перевищує той, що є за ступенем стиснення. Це мало, проте конструктори двигунів роками намагаються змінити ситуацію так, щоб досягти цих 5% економії пального. У пасажирських автомобілів двигуни працюють на базі 5-тактного циклу. Це рішення здається блискучим, але є й недолік. Геометричний показник ступеня розширення робочих газів 13 а для реального ступеня стиснення - 105. Процес витіснення суміші назад робить з 15 літрового двигуна по потужності і крутному моменту 12 літровий. Підсумком цього є збільшення термічного ККД за рахунок втрати літражу. «На низах» двигун з пізнім закриттям впускних клапанів не тягне. Пятитактний цикл доречно використовувати на автомобілях з гібридними агрегатами, де тяговий електричний двигун при низьких обертах бере навантаження на себе. Далі в роботу включається ДВС. І тут не так важливо, яка ступінь стиснення у мотора, найважливіше ступінь розширення газів при роботі.

Висновок

З-за наддуву ступінь стиснення потрібно знижувати. У процесі подачі паливоповітряної суміші при надлишку тиску виходить, що в циліндрах має місце підвищена реальна компресія. Тому потрібно відступати. Саме тому виникає необхідність у зниженні термічного ККД і підвищення витрати палива, якщо не використовується пальне спеціального призначення.