Що означає ступінь стиснення і чому це має значення

ДВС - це різновид силового агрегату, який використовує енергію, що звільняється в результаті згоряння палива (бензину, газу або дизпалива). Циліндропоршневої механізм через кривошипно-шатунний перетворює зворотно-поступальні рухи під обертальні.

Потужність силового агрегату залежить від багатьох факторів, і один з них - ступінь стиснення. Розглянемо, що це таке, як вона впливає на характеристики потужності авто, як змінити це параметр, а також ніж СС відрізняється від компресії.

Формула ступеня стиснення (поршневий двигун)

Спочатку коротко про саму ступеня стиснення. Щоб повітряно-паливна суміш не просто загорілася, а вибухнула, її потрібно стиснути. Тільки в цьому випадку утворюється поштовх, який перемістить поршень усередині циліндра.

Поршневий двигун – двигун внутрішнього згоряння, основу якого процес отримання механічного дії досягається з допомогою розширення робочого обсягу палива. При спалюванні палива об'єм газів, що вивільнився, штовхають поршні і завдяки цьому обертається колінчастий вал. Це найпоширеніший вид двигуна внутрішнього згоряння.

Ступінь стиснення вираховується за такою формулою: CR = (V + C) / C

V – робочий об'єм циліндра

С – об'єм камери згоряння.

Такі двигуни складаються з декількох циліндрів, в яких поршні стискають паливо в камері горіння. Ступінь стиснення визначається зміною обсягу простору всередині циліндра в крайніх положеннях поршня. Тобто співвідношенням обсягу простору, коли впорскується паливо і обсяг, коли воно загоряється в камері горіння. Простір між нижньою і верхньою мертвою точкою поршня називається робочим об'ємом. Простір в циліндрі при поршні у верхній мертвій точці, називається простором стиснення.

Формула ступеня стиснення (роторно-поршневий двигун)

Роторно-поршневий двигун – це двигун, у якому роль поршня відведена тригранному ротору, що робить складні рухи всередині робочої порожнини. Нині такі двигуни використовують переважно в автомобілях Mazda.

Для цих двигунів ступінь стиснення визначається, як відношення максимального до мінімального обсягу робочого простору при обертанні поршня.

CR = V1/V2

V1 – максимальний обсяг робочого простору

V2 – мінімальний обсяг робочого простору.

Вплив ступеня стиснення

Формула СС покаже, у скільки разів чергова порція палива стиснеться в циліндрі. Цей параметр впливає на те, наскільки якісно згорить паливо, а від цього в свою чергу залежить вміст шкідливих речовин у вихлопі.

Існують двигуни, які змінюють ступінь стиснення в залежності ситуації. Вони працюють з високим ступенем стиснення при низьких навантаженнях і з низьким ступенем стиснення при високих навантаженнях.

При високих навантаженнях необхідно, щоб ступінь стиснення була низькою для запобігання детонації. При низьких навантаженнях рекомендується, щоб вона була вище для максимального ККД ДВС. У стандартному поршневому двигуні ступінь стиснення не змінюється і оптимальна для всіх режимів.

Чим вище ступінь стиснення, тим сильніше стиснення суміші перед займанням. Ступінь стиснення впливає на:

• ККД двигуна, його потужність і крутний момент;
• викиди;
• витрати палива.

Чи можливо підвищити ступінь стиснення

На цю процедуру йдуть при тюнінгу мотора автомобіля. Форсування досягається зміною обсягу надходить порції палива. Перш ніж виконувати цю модернізацію, слід врахувати, що зі збільшенням потужності агрегату збільшиться і навантаження на деталі не тільки самого ДВС, а й інших систем, наприклад, трансмісію і ходову частину.

Варто врахувати, що процедура дорога, а в разі переробки вже досить потужних агрегатів приріст кінських сил може бути незначним. Нижче перераховані кілька способів збільшити ступінь стиснення в циліндрах.

Розточка циліндрів

Більш вигідний час для проведення даної процедури - це капітальний ремонт мотора. Все одно блок циліндрів потрібно буде розбирати, тому дешевше буде виконати ці два завдання одночасно.

При расточке циліндрів збільшиться обсяг мотора, а це також вимагатиме установки поршнів і кілець більшого діаметру. Деякі вибирають ремонтні поршні або кільця, але для форсування краще скористатися аналогами для агрегатів з великим об'ємом, виставленим на заводі.

Розточування повинна проводитися фахівцем на особливому обладнанні. Тільки в цьому випадку можна досягти ідеально однакових розмірів циліндрів.

доопрацювання ГБЦ

Другий спосіб збільшити ступінь стиснення - обробити нижню частину головки блоку циліндрів фрезером. В цьому випадку об'єм циліндрів залишається колишнім, а ось змінюється надпоршневомупростір. Кромка знімається в допустимих конструкцією мотора межах. Таку процедуру також повинен виконувати фахівець, уже займається подібного роду доопрацюванням моторів.

В цьому випадку потрібно точно вирахувати величину видаляється кромки, тому що якщо занадто багато зняти, поршень буде стосуватися відкритого клапана. Це в свою чергу негативно позначиться на роботі мотора, а в деяких випадках - взагалі зробить його непридатним, через що доведеться шукати нову головку.

Після доопрацювання ГБЦ потрібно буде налаштувати роботу газорозподільного механізму, щоб він правильно розподіляв фази відкриття клапанів.

Вимірювання обсягу камери згоряння

Перш ніж приступати до форсування двигуна перерахованими способами, потрібно точно знати, який обсяг камери згоряння (надпоршневомупростір, коли поршень досяг верхньої мертвої точки).

Чи не в кожній технічній документації автомобіля вказуються такі параметри, а складну будову циліндрів деяких ДВС не дозволяє правильно вирахувати цей обсяг.

Існує один перевірений метод вимірювання обсягу цієї частини циліндра. Колінвал провертається так, щоб поршень зайняв положення ВМТ. Викручується свічка і за допомогою об'ємного шприца (можна скористатися найбільшим - на 20 кубиків) в свічковий колодязь заливається моторне масло.

Кількість залитого масла якраз і буде об'ємом надпоршневого простору. Обсяг одного циліндра вираховується дуже просто - обсяг ДВС (вказується в техпаспорті) потрібно розділити на кількість циліндрів. А ступінь стиснення вираховується за формулою, зазначеною вище.

У додатковому відео ви дізнаєтеся про те, наскільки можна підвищити ККД мотора, якщо якісно його доопрацювати:

Теорія ДВС: Двигун з циклом Ібадуллаева (процес)

Недоліки збільшення ступеня стиснення:

Ступінь стиснення безпосередньо впливає на компресію в моторі. Більш докладно про компресії розповідається в окремому огляді. Однак перш ніж зважитися на зміну ступеня стиснення, потрібно врахувати, що це буде мати такі наслідки:

• передчасне самозаймання палива;
• компоненти двигуна зношуються швидше.

Як виміряти тиск стиснення

Основні правила для вимірювання:

• Двигун прогрітий до робочої температури;
• Відключена паливна система;
• викручені свічки (крім циліндра, який перевіряється);
• акумулятор заряджений;
• повітряний фільтр – чистий;
• коробка передач переведена на нейтральну швидкість.

Для отримання точної інформації про двигун вимірюють тиск стиснення в циліндрах. Перед вимірюванням двигун прогрівається, щоб визначити зазори між поршнем і циліндром. Датчик компресії манометр, а точніше компресометр вкручується замість свічки запалювання. Потім двигун запускається стартером з вичавленою педаллю акселератора (відкритою дросельною заслінкою). Тиск стиснення відображається на стрілці компресометра. Компресометр – інструмент для вимірювання тиску стиснення.

Тиск стиснення – це максимально досяжний тиск наприкінці такту стиснення двигуна, коли суміш ще горить. Величина тиску стиснення залежить від

• ступеня стиснення;

• оборотів двигуна;

• ступеня заповнення циліндрів;

• щільності контуру горіння.

Всі ці параметри, крім щільності контуру горіння, постійні і задаються конструкцією двигуна. Отже, якщо завмер показує, що один з циліндрів не досягає значення, зазначеного виробником, то це вказує на витік в камері згоряння. Тиск стиснення має бути однакове у всіх циліндрах.

Причини низького тиску стиснення

• пошкоджений клапан;
• пошкоджена пружина клапана;
• зношене сідло клапана;
• зношене поршневі кільця;
• зношений циліндр двигуна;
• головка блоку циліндрів пошкоджена;
• пошкоджений прокладка ГБЦ.

У справної камері згоряння максимальна різниця тисків стиснення на окремих циліндрах становить до 1 бара (0,1 МПа). Тиск стиснення складає від 1,0 до 1,2 МПа для бензинових двигунів і від 3,0 до 3,5 МПа для дизельних двигунів.

Для запобігання передчасного самозаймання палива ступінь стиснення для двигунів з примусовим запалюванням не повинна перевищувати 10: 1. Двигуни, оснащені датчиком детонаційного згоряння, електронним блоком управління і іншими пристроями, можуть досягати ступеня стиснення до 14: 1.

Для бензинових турбо-двигунів ступінь стиснення складає 8,5: 1, оскільки частина стиснення робочого тіла здійснюється в турбонагнітачем.

Таблиця основних ступенів стиснення і рекомендованих видів палива для бензинових ДВС:

Ступінь стиснення	бензин
До 10	92
10,5-12	95
від 12	98

Таким чином, чим вище ступінь стиснення тим з більшим октановим числом потрібно використовувати паливо. В основному його підвищення призведе до зростання ККД двигуна і зменшення витрати палива.

Оптимальна ступінь стиснення дизельного двигуна знаходиться в межах від 18: 1 до 22: 1 в залежності від агрегату. У таких двигунах впорскується паливо запалюється за рахунок тепла стисненого повітря. І тому ступінь стиснення у дизельних двигунів повинна бути вище, ніж у бензинових. Ступінь стиснення дизельного двигуна обмежена навантаженням від тиску в циліндрі двигуна.

компресія

Компресія - це найвищий ступінь тиску повітря в двигуні, що виникає в циліндрі в кінці такту стиснення та вимірюється у кількості атмосфер. Компресія завжди вище ступеня стиснення ДВЗ. У середньому при ступені стиснення близько 10 компресія буде близько 12. Це відбувається тому що при вимірі компресії температура повітряно-паливної суміші зростає.

Ось коротке відео про ступінь стиснення:

Ступінь стиснення і компресія. У чому різниця? Це одне і теж чи все ж немає. Просто про складне

Компресія показує нормальну роботу двигуна, а ступінь стиснення визначає, яке паливо потрібно використовувати для двигуна. Чим більший ступінь стиснення, тим більше октанове число необхідно для оптимальної роботи.

Приклади дефектів двигуна:

дефект	Ознаки	Компресія, МПа	Компресія, МПа
без дефектів	немає	1,0-1,2	0,6-0,8
Тріщина в перемичці поршня	високий тиск в картері, сині вихлопні гази	0,6-0,8	0,3-0,4
прогар поршня	Ті ж, циліндр не працює на малих обертах	0,5-0,5	0-0,1
Залягання кілець в канавках поршнів	Ті ж	0,2-0,4	0-0,2
Задирака поршня і циліндра	Ті ж, імовірна нерівномірна робота циліндра на холостому ходу	0,2-0,8	0,1-0,5
деформація клапана	Циліндр не працює на малих обертах	0,3-0,7	0-0,2
Прогараніе клапана	Ті ж	0,1-0,4	0
Дефект профілю кулачка распредвала	Ті ж	0,7-0,8	0,1-0,3
Нагар в камері згоряння + знос маслос'емних ковпачків і кілець	Високий витрата масла + сині вихлопні гази	1,2-1,5	0,9-1,2
Знос циліндро-поршневої групи	Високий витрата палива і масла на угар	0,2-0,4	0,6-0,8

Основні причини перевірити двигун:

• млявий розгін;
• низький тиск масла;
• висока витрата масла;
• проблемний запуск;
• низька компресія;
• сині вихлопні гази;
• висока витрата палива;
• нерівний холостий хід;
• сильна детонація;
• нагар на свічках / часта заміна свічок;
• стуки / перегрів двигуна;
• знос прокладок;
• пульсація в газовідвідними шлангу з картера.

Спочатку двигуни робили з таких відомих та поширених матеріалів як чавун, сталь, бронза, алюміній та мідь. Але в останні роки авто-концерни прагнуть досягти більшої потужності та меншої тяжкості для своїх двигунів і це спонукає їх використовувати нові матеріали – металокерамічний композит, кремній-нікелеві покриття, полімерні вуглеці, титан, а також різноманітні сплави.

Найважча частина двигуна – блок циліндрів, який історично завжди робився із чавуну. Основне завдання зробити сплави чавуну з найкращими якостями, не пожертвувавши його міцністю, щоб не довелося робити гільзи циліндрів із чавуну (так іноді роблять на вантажних авто, де така структура фінансово окупається).

Питання та відповіді:

Що буде, якщо збільшити ступінь стиснення? Якщо двигун бензиновий, то утворюватиметься детонація (потрібний бензин з високим октановим числом). Це підвищить ККД двигуна та його потужність. При цьому витрата палива буде меншою.

Який ступінь стиснення в бензиновому двигуні? У більшості ДВЗ ступінь стиснення становить 8-12. Але бувають мотори, в яких цей параметр становить 13 або 14. Що стосується дизелів, то в них 14-18.

Що означає високий рівень стиснення? Це коли повітря і паливо, що надійшло в циліндр, стискається в камері, меншій у порівнянні зі стандартним розміром камери базового варіанту мотора.

Що таке низький ступінь стиснення? Це коли повітря і паливо, що надійшло в циліндр, стискається в камері, більшої в порівнянні зі стандартним розміром камери базового варіанту мотора.