Почему это важно? Сейчас все автопроизводители просто одержимы коэффициентом (степенью) сжатия двигателя, ведь это одна из основных его характеристик. Также очень важно знать о зависимости этого значения от используемого бензина, ведь его величина напрямую влияет на возникновение детонации топлива.
Что учесть? Чем больше степень сжатия двигателя, тем быстрее поедет машина. Но у этой аксиомы есть другая проблема – от этого больше выхлопов, быстрее износ деталей. Именно из-за этих причин производители не спешат увеличивать этот параметр.
В этой статье:
Что такое степень сжатия двигателя
Под степенью сжатия двигателя понимается соотношение между максимальным объемом рабочего цилиндра и объемом его камеры сгорания. Данный показатель выражается пропорцией, например 9:1.
Чтобы было понятнее, рассмотрим степень сжатия при работе цилиндра в двигателе внутреннего сгорания. Внутри рабочей зоны цилиндра находится поршень, двигающийся возвратно-поступательно. Если он достигает крайней нижней точки, то над поршнем остается наибольшая часть свободного объема. Это положение называется нижней мертвой точкой.
Аналогичным образом, когда поршень достигает крайнего верхнего положения, над ним остается наименьший свободный объем, это – верхняя мертвая точка. Разница между этими двумя объемами и обозначает степень сжатия двигателя. При достижении поршнем крайней верхней точки над ним сохраняется некоторое пространство, в котором и происходит сгорание топлива.
Далее приведем математическую иллюстрацию степени сжатия бензинового двигателя.
Допустим, в двигателе в момент пребывания поршня в нижней мертвой точке объем камеры сгорания составляет 10 кубических сантиметров. Когда впускной клапан головки двигателя запирается и поршень начинает движение вверх, выполняя такт сжатия, объем топливной смеси сжимается до 1 кубического сантиметра. Соответственно, в этом случае степень сжатия составит 10:1.
Что такое степень сжатия двигателя
Также степень сжатия может иметь вид частного от наибольшего объема рабочей зоны, разделенного на ее минимальный объем. В этом случае полученное значение выражается не пропорцией, а целым числом. Оно показывает, насколько сжимается топливно-воздушная смесь при перемещении поршня из нижней крайней точки в верхнее крайнее положение.
Чем больше степень сжатия двигателя, тем меньше пространство, в котором помещается топливная смесь, соответственно, повышается давление. Аналогично при меньшей степени сжатия повышается объем и уменьшается давление.
Что такое степень сжатия двигателя
Для расчета степени сжатия двигателя можно использовать следующую формулу.
Здесь Р обозначает рабочий объем цилиндра, С – объем камеры сгорания. Формула наглядно показывает, что для повышения степени сжатия требуется уменьшить объем камеры сгорания. Вместо этого можно также увеличить общий объем цилиндра при том же объеме камеры сгорания. Величина Р значительно превышает С. В этой связи допустимо считать, что ξ прямо пропорционален рабочему объему цилиндра и обратно пропорционален объему камеры сгорания.
При наличии данных о диаметре поршня (D) и расстоянии хода поршня (S) можно рассчитать рабочий объем цилиндра. Формула следующая:
Камера сгорания имеет сложную конфигурацию, поэтому ее объем не высчитывают, а измеряют. Делается это весьма нехитрым способом: в камеру заливается жидкость до заполнения, а затем измеряется ее объем. Удобнее всего использовать воду, так как ее плотность составляет 1 грамм на 1 кубический сантиметр, что упрощает расчеты.
Зачем производителям увеличивать степень сжатия двигателя
Казалось бы, вполне понятно, для чего производители автомобилей пытаются повысить степень сжатия дизельного или бензинового двигателя. Чем она больше, тем выше давление на поршень при максимальном сжатии топливной смеси и тем больше крутящий момент. Однако это объяснение слишком упрощенное, в действительности ситуация выглядит сложнее.
Как известно, горючее передает свою потенциальную энергию на поршень в момент сгорания, заставляя его двигаться с определенной скоростью. Чем выше крайняя верхняя точка расположения поршня в цилиндре, тем большую мощность он развивает при перемещении вниз.
При высокой степени сжатия двигателя уменьшается и объем бензина, который необходим для развития определенного усилия. Однако в реальности при протекании данного процесса проявляются технические проблемы, для решения которых необходимо обратиться к термодинамике.
Зачем производителям увеличивать степень сжатия двигателя
Еще раз обозначим основы. Нам известно, что при высокой степени сжатия двигателя растет и сила, с которой топливно-воздушная смесь воздействует на поршень. Это оказывает положительный эффект для динамики транспортного средства, позволяет понизить расход топлива.
Термодинамика объясняет, почему степень сжатия двигателя имеет ограниченное число. Например, степень сжатия 14:1 уже считается избыточной. Несмотря на экономию усилий, предаваемых на ось автомобиля, подобные силовые установки никто не производит.
Основная проблема, возникающая при неограниченном повышении степени сжатия двигателя на дизеле или бензине, – отсутствие подходящего металла для цилиндра. Он должен выдерживать резкое повышение давления внутри, не деформироваться и не терять твердой структуры. Однако, даже если бы такой материал существовал, перегрузки неизбежно приведут к сгоранию, расплаву иных узлов мотора, без которых невозможна его работа.
Таким образом, максимально допустимая степень сжатия двигателя равна величине, при которой все узлы двигателя могут работать исправно без разрушения его конструкции.
Зачем производителям увеличивать степень сжатия двигателя
Максимальная степень сжатия важна в основном в автоспорте. Например, в гоночных болидах может играть роль разница в мощности всего на одну лошадиную силу. Но здесь речь идет о борьбе даже не за секунды, а за доли секунды.
Если же говорить об автомобилях массового производства, то им не требуется запредельная мощность. В городе редко удается разогнаться более чем до 50 километров в час. Даже на шоссе максимальная безопасная скорость движения ограничена. Гораздо важнее оказывается экономичность и экологичность.
Чем интенсивнее расходуется топливо, тем дороже обходится содержание транспортного средства. В этом смысле малолитражные авто даже предпочтительнее. Хотя они и менее мощные, но бензина им требуется меньше. Водитель кроссовера с высокой степенью сжатия двигателя на 1.6 литра платит за топливо гораздо больше, чем владелец мотоцикла, объем мотора которого составляет несколько сотен кубических сантиметров.
Также нельзя забывать о воздействии выхлопных газов на экологию. Чем мощнее двигатель, тем больше вредных веществ выбрасывается в атмосферу. В Европе, например, это стало одной из главных причин, вызвавших рост популярности транспортных средств с малым объемом двигателя.
Октановое число и степень сжатия двигателя
Октановое число – это величина, которая характеризует способность топлива противостоять детонации. Чем больше максимальное сжатие топливной смеси в цилиндре, тем выше должно быть это число. Таким образом, степень сжатия двигателя влияет на то, какой бензин лучше подойдет для того или иного автомобиля.
Автолюбители часто спрашивают, бензин с каким октановым числом лучше использовать, если заправляться на российских АЗС? Соответствующая информация содержится в руководстве по эксплуатации транспортного средства. Также оптимальное октановое число указывается на горловине топливного бака.
Если нет возможности залить подходящий бензин, то можно незначительно отступить от этих рекомендаций. Но в любом случае при степени сжатия от 12 и выше следует использовать топливо с октановым числом не ниже 98 (АИ-98). При степени сжатия от 10 до 12 минимальная устойчивость к детонации должна составлять 95 (АИ-95).
Объем камеры сгорания рассчитан на соответствующее топливо.
Если заливать в мощный мотор бензин АИ-92, то значительно возрастет расход топлива.
При степени сжатия менее 10 рекомендуется использовать топливо АИ-92 (за исключением турбодвигателей, для которых нужно октановое число не менее 95).
Редко встречающийся в продаже бензин марки АИ-102 и АИ-105 требуется только автомобилям со степенью сжатия выше 14 или 16 соответственно.
Следует отличать компрессию двигателя от степени сжатия. Степень сжатия характеризует разницу между полным объемом цилиндра и объемом камеры сгорания. Компрессия, в свою очередь, обозначает давление, оказываемое на поршень в конечной фазе такта сжатия. Его измеряют в атмосферах или кг/см2. При этом для достоверности фиксируемых показаний пуск стартера должен производиться при полностью заряженном аккумуляторе и выкрученных свечах.
Приблизительно оптимальную компрессию двигателя можно рассчитать, умножив степень сжатия на 1,4 атмосферы.
При выборе топлива нужно учитывать следующие особенности:
- При использовании бензина с меньшим октановым числом, чем рекомендовано производителем авто, повышаются ударные нагрузки на двигатель, что вызывает его износ и повреждение. Кроме того, возрастает расход топлива, а с ним – и затраты на содержание транспортного средства.
- При использовании бензина с завышенным октановым числом он будет сгорать дольше, что может вызвать, перегрев мотора.
- Бензин с большим октановым числом горит при более низкой температуре и в течение более длительного времени. Это приводит к тому, что при открытии выпускного клапана в выхлопную систему поступают не газы, а горящая топливно-воздушная смесь. Естественно, это вызывает повреждение деталей мотора, его перегрев, повышение расхода смазочной жидкости. При этом часто отмечается уменьшение шума двигателя, но он работает на износ.
- Если двигатель нормально работает на АИ-95, незачем заливать в него АИ-100. Топливо не успеет сгореть полностью, будет коптить и изнашивать мотор.
Многие двигатели оборудуются системой регулировки угла зажигания. Если такая система отсутствует, то при использовании бензина с завышенным октановым числом свечи могут выйти из строя, а мотор потеряет мощность, поскольку зажигание происходит с запозданием.
Если рассматривать химические свойства бензина, то он представляет собой самую жидкую фракцию переработки нефти. Бензин легко воспламеняется, поэтому широко используется в качестве топлива для ДВС.
Октановое число и степень сжатия двигателя
Требования к маркировке топлива в России изложены в ГОСТ 54283-2010.
Так, АИ-95 расшифровывается следующим образом:
- А – автомобильное топливо.
- И – октановое число, которое рассчитано исследовательским способом.
- 95 – октановое число.
В 2000-е годы на российских АЗС введенная практика, существовавшая до этого в Европе. К названию бензина начали добавлять обозначение экологического класса – цифра от 2 до 5 (например, АИ-95/5).
Требования к бензину, поступающему в продажу, определяются Техническим регламентом «О требованиях к автомобильному и авиационному бензину, дизельному и судовому топливу, топливу для реактивных двигателей и топочному мазуту».
Рассмотрим зависимость октанового числа бензина от степени сжатия двигателя:
| Октановое значение | Величина сжатия |
|---|---|
| АИ-76 | 8,0-8,5 |
| АИ-80 | 8,5-9,0 |
| АИ-92 | 10-10,5 |
| АИ-95 | 10,5-12 |
| АИ-98 | 12-14 |
| АИ-100 | Более 14 |
Теперь вы знаете не только о том, что означает степень сжатия и мощность двигателя, но и о том, что эта величина значительно влияет на качество работы мотора и срок его эксплуатации. Используйте только тот бензин, который рекомендован автопроизводителем.
