Каждый автомобильный двигатель имеет несколько характеристик, описывающих его возможности (объем, мощность и пр.). Одна из них — степень сжатия. Это одна из основных его характеристик.
Разберемся, что такое степень сжатия (CR — compression ratio) в двигателе, для чего она нужна, от чего она может зависеть и как ее рассчитать.
Что такое степень сжатия в двигателе автомобиля?
Степень сжатия — это параметр (характеристика) двигателя автомобиля, который рассчитывается по соотношению полного объема цилиндра (от нижней мертвой точки до верхней мертвой точки хода поршня) к объему камеры сгорания. То есть вот такой большой полный объем цилиндра, заполненный топливной смесью, поршень может поджать в маленький объем камеры сгорания. У каждой модели двигателя степень сжатия разная.
Считается, что чем выше степень сжатия в двигателе, тем выше его КПД и мощностные характеристики. Все потому, что от нее непосредственно зависят основные параметры наиболее эффективного сгорания топливной смеси — давление и температура. Теоретически это правильно, но на практике производителям двигателей приходится столкнуться с целым рядом ограничений при попытке ее увеличить. Так как величина степени сжатия оказывается зависит от нескольких факторов. Перечислим их.
От чего зависит степень сжатия в двигателе?
1. От температуры топливной смеси на такте сжатия.
При сжатии поршнем топливной смеси (рабочей смеси) в камере сгорания растет давление, а вместе с ним, естественным образом, растет и ее температура. При достижении 450-600 градусов Цельсия топливная смесь самовоспламеняется (без участия искры на свече). Происходит так называемое детонационное сгорание. То есть объемный взрыв с детонационной волной, распространяющейся со скоростью более 1500 м/с (при норме распространения горения 40-80 м/с). Такая волна ломает перегородки поршней, разрушает тарелки клапанов, приводит к появлению трещин в головке блока и пр. То есть, детонация при повышении температуры топливной смеси, недопустима и это является существенным ограничением для увеличения степени сжатия в двигателе.
Но, если топливную смесь несколько охладить в начале такта сжатия, то температуру начала возникновения детонационного сгорания можно несколько отодвинуть. Например, этого удается достигнуть в двигателях с непосредственным впрыском бензина в камеру сгорания. У таких двигателей степень сжатия выше.
2. Частота вращения коленчатого вала двигателя.
Чем дольше топливная смесь находится под действием высокой температуры, тем скорее и вернее возникнет детонация. То есть, чем выше частота вращения коленчатого вала, тем меньше склонность к детонации. Значит, в высокооборотистых двигателях, степень сжатия можно сделать выше, чем в низкооборотистых.
3. Размер камеры сгорания в двигателе.
Когда фронт пламени от свечи зажигания распространяется по камере сгорания, то в ее отдаленных участках происходит дожатие еще несгоревшей топливной смеси. И это равнозначно увеличению степени сжатия. Если камера сгорания небольшая, то дожатие больше — степень сжатия выше и соответственно камера сгорания больше — дожатие ниже, степень сжатия ниже. Следовательно, двигатели с меньшими камерами сгорания будут иметь более высокую степень сжатия.
4. Химический состав топлива.
Момент возникновения детонации сильно зависит от состава топливной смеси на которой работает двигатель. Так высокооктановое топливо менее склонно к ее появлению, а низкооктановое более. Из этого следует, что в двигателях с высокой степенью сжатия необходимо использовать бензин с более высоким октановым числом, стойкий к самовоспламенению в условиях высокого давления и температуры.
Таким образом становится очевидно, что степень сжатия в двигателе автомобиля и соответственно его мощность напрямую зависит от того насколько дальше отодвинут порог возникновения детонации топлива. Высокооборотистый двигатель с малым рабочим объемом цилиндра, работающий на высокооктановом топливе будет иметь более высокую степень сжатия. Но в любом случае степень сжатия в двигателе внутреннего сгорания не превышает показатель 12.
Как рассчитывается степень сжатия двигателя?
Степень сжатия рассчитывается по определенной формуле. Каких-либо единиц измерения степени сжатия нет. Просто число.
Примеры величины степени сжатия некоторых двигателей, рассматриваемых на нашем сайте.
Двигатель 2103 (1,45 л) автомобилей ВАЗ 2104, 2105, 2106, 2107 — степень сжатия 8,5.
Двигатель 21213 (1,7 л) автомобиля Нива 21213 (карбюратор) — степень сжатия 9,3.
Двигатель 21083 (1,5 л) автомобилей ВАЗ 21083, 21093, 21099 — степень сжатия 9,9.
Двигатель 11183 (1,6 л) автомобилей ВАЗ 2113, 2114, 2115 — степень сжатия 9,8.
Двигатель k7j (1,4 л) автомобиля Рено Логан первого поколения — степень сжатия 9,5.
Примечания и дополнения
— На двигателях с наддувом температура и давление в начале такта сжатия выше (так как турбина позволяет увеличить массу топливной смеси в цилиндре). В связи с этим есть риск получить к концу такта сжатия превышение порога ее детонационного сгорания. Поэтому степень сжатия на таких двигателях ниже, чем на двигателях без наддува. Хотя ее пытаются повысить за счет установки охладителя — интеркулера на входе воздуха.
— У дизельных двигателей степень сжатия выше чем у бензиновых (не менее 14-15), так как там в цилиндрах сжимается чистый воздух, а не топливная смесь. И его, наоборот, нужно нагреть до высокой температуры (более 600 градусов). После чего в нагретый воздух впрыскивается под давлением топливо (солярка). Топливная смесь, таким образом, образуется непосредственно внутри камеры сгорания. Ее самопроизвольное воспламенение происходит, когда будет впрыснуто уже около 30 процентов топлива.
— Степень сжатия не зависит от компрессии, а компрессия рассчитывается с учетом степени сжатия.
— Первый практически пригодный двигатель, построенный французским механиком Этьеном Ленуаром в 1860 году не имел ни какой степени сжатия. Его КПД был очень низким (0,5). И лишь после того как Кельнский механик Николай Отто в 1877 году придумал как поджать топливную смесь, эффективность двигателя резко повысилась. В последствии идею сжимать топливо перед поджигом стали широко использовать другие механики в своих двигателях.
Еще статьи по автомобильным двигателям
— Что такое большой и малый круг системы охлаждения двигателя?
— Нормы компрессии для отдельных двигателей автомобилей ВАЗ
— Шесть признаков скорого капитального ремонта двигателя автомобиля
— «Масляное голодание» двигателя автомобиля, причины и последствия
— Дизелинг двигателя автомобиля, как с ним бороться и победить?
— Что такое объем (рабочий объем) двигателя автомобиля?
Подписывайтесь на нас!
