Новости

Вот что на самом деле означает ‘степень сжатия’, и почему это имеет значение


Отчего для двигателей так важна степень сжатия, и на что она влияет.

Вот что на самом деле означает 'степень сжатия', и почему это имеет значение 

Вы наверняка слышали термин «степень сжатия» в двигателях внутреннего сгорания. Однако вы когда-нибудь задумывались, что он означает? Итак, пришло пора точно объяснить, что же такое коэффициент сжатия (степень) в двигателях автомобиля и отчего сегодня все автопроизводители одержимы этим показателем, будто будто этот параметр представляет собой Святой Грааль для будущих продаж автоновинок. 

 

Разом хотим отметить, что разобраться в том, что такое степень сжатия двигателя, не этак просто, как кажется на первоначальный взгляд. Вы наверняка заметили в различных рекламных проспектах и каталогах, а также в описании на сайтах автопроизводителей, что автобренды пытаются привлечь наше внимание подобный характеристикой, как степень сжатия двигателей. Особливо стараются нам рассказать о степени сжатия менеджеры автосалонов. Мы обыкновенно делаем вид, что понимаем, о чем идет выговор, пропуская мимо ушей эту информацию. И вина такого поведения в том, что многие автолюбители попросту не представляют, что такое степень сжатия двигателей, равно будто и на что она влияет. Однако тем не менее мы считаем, что все автолюбители должны знать, что же это за показатель двигателей внутреннего сгорания, о котором недавно вспомнили многие автопроизводители. 

 

Мы знаем, что высокое сжатие двигателя – это неплохо, а низкое – плохо. Мы также знаем, что новый мотор Mazda Skyactiv-X имеет высокую степень сжатия. Не отстает от Mazda и Toyota со своими моторами «Dynamic Force», которые имеют высокую степень сжатия. Эти компании рекламируют новые двигатели с большим коэффициентом сжатия, заявляя, что они не лишь стали мощнее, но и получили большую экономичность. Однако при чем здесь высокая степень сжатия и увеличение мощности с уменьшением расхода топлива? Сейчас объясним.

 

Двигатель Toyota «Dynamic Force»

Мы живем в эпоху, когда инженеры не могут попросту дать двигателю больше энергии за счет укрупнения, будто, например, это было ранее, когда автопроизводители на многие свои автоновинки устанавливали моторы с увеличенным объемом. К тому же это приводило к неминуемому увеличению расхода топлива и росту уровня вредных выбросов в выхлопе автомобиля. Ныне в связи с дороговизной топлива по всему миру и сложной экологической обстановкой подобный способ увеличения мощности мотора не подходит. Особливо если учитывать жесткие экологические нормы, предъявляемые автопроизводителям рядышком развитых западных стран. 

В итоге автопроизводители стали улучшать эффективность нынешних моторов за счет применения турбин и увеличения степени сжатия современных двигателей. 

 

Будто определяется степень сжатия, и что это такое?

Степень сжатия – это показатель, при котором устанавливается, какой максимальный объем цилиндра двигателя может быть сжат в минимальный объем цилиндра. Этот показатель степени сжатия определяется будто соотношение. 

Например, обычно степень сжатия записывают вот таким образом: 9:1 (коэффициент сжатия двигателя «девять к одному»).  

Вот что на самом деле означает 'степень сжатия', и почему это имеет значение 

Сейчас представьте цилиндр двигателя. Внутри цилиндра двигателя, будто вы знаете, перемещается поршень: наверх и вниз. Когда поршень находится в самой нижней точке цилиндра двигателя, это называется «нижней мертвой точкой». Собственно в этом положении поршня сверху него находится максимальный объем цилиндра. Когда поршень находится в самой высокой точке внутри цилиндра двигателя, это поза поршня называется «верхней мертвой точкой». В этом положении объем цилиндра находится в наименьшем значении. Вот сравнение этих двух объемов цилиндров над поршнями двигателя и образует соотношение степени сжатия. Обратите внимание, что когда поршень находится в верхней мертвой точке, все-таки над ним кушать объемное пространство, где и происходит сжатие топливно-воздушной смеси.

 

Для тех, кто любит больше глядеть, чем читать, внизу мы публикуем GIF-картинку, на которой демонстрируется, будто работает четырехтактный двигатель. Обратите внимание, будто поршень движется вверх во пора такта сжатия топливной смести (топливо + кислород), которая подается клапанами головки блока двигателя. Напомним, что атмосфера и топливо, поступаемые в цилиндр двигателя, сжимаются поршнем, чтоб затем воспламенить эту смешение с помощью свечи зажигания (в бензиновых моторах) или за счет сильного сжатия (в дизельных моторах). 

Если двигатель имеет высокую степень сжатия, это означает, что заданный объем воздуха и топлива в цилиндре сжимается в гораздо меньшем пространстве, чем в двигателях с небольшой степенью сжатия. 

 

 

А сейчас математический пример соотношения степени сжатия в ДВС. 

Предположим, что у нас кушать двигатель, объем цилиндра и камер сгорания которого в момент нахождения поршня в нижней мертвой точке составляет 10 куб. см. После того будто впускной клапан головки блока двигателя закрывается и поршень поднимается наверх, начав такт сжатия, он сжимает атмосфера и топливную смесь в пространство 1 куб. см. Этот двигатель имеет коэффициент сжатия (степень) 10:1. 

Также нередко производители любят вычислять итоговую степень сжатия, деля большее смысл объема цилиндра над поршнем на меньший объем цилиндра. В итоге во многих технических характеристиках автомобилей вместо соотношения производители указывают итог деления этих значений. 

Таким образом вычисляется, во сколько один сжимается топливно-воздушная смешение при движении из нижней мертвой точки поршня в верхнюю мертвую точку. Разделив большее смысл на меньшее, мы и получим итоговое смысл степени сжатия без соотношения большего объема к меньшему.

 

Отчего производители стараются увеличить степень сжатия?

Однако не все так попросту со степенью сжатия. Одно дело – соображать, что такое степень сжатия. И это не менее важно по сравнению с пониманием, отчего так важна высокая степень сжатия для современных двигателей. К сожалению, разъяснить простыми словами, почему высокая степень сжатия в двигателях современных автомобилей – это отличное решение на ближайшие годы, не получится. Тем не менее мы попытаемся.

 

Вы знаете, что мощность двигателя появляется в тот момент, когда сгорание топливной смеси оказывает силу на поршень внутри цилиндра двигателя. Эта мочь толкает поршень вниз по цилиндру. И чем выше поршень находится в цилиндре в момент сжигания топливно-воздушной смеси, тем больше сил будет приложено на поршень. 

Будто мы уже сказали, чем больше степень сжатия, тем выше находится поршень в верхней мертвой точке. В итоге это позволяет вырабатывать больше мощности в момент сгорания топлива. Также помимо увеличения мощности для вырабатывания силы, толкающей поршень книзу по цилиндру двигателя, необходимо меньше топлива, что в конечном итоге влияет на топливную эффективность мотора. Это простое объяснение. Однако оно неполное, поскольку при увеличении степени сжатия двигателей возникает линия проблем, для решения которых необходимо в идеале знать термодинамику.

 

Итак, мы знаем, что высокая степень сжатия означает, что двигатель получает больше силы и мощности из того же количества топлива по сравнению с мотором с меньшим коэффициентом сжатия. Будто мы выяснили, это неплохо для динамики автомобиля, а также для достижения хороших показателей его экономичности.

 

Вот что на самом деле означает 'степень сжатия', и почему это имеет значение 

Чтоб объяснить вам точнее, отчего более высокая степень сжатия дает больше экономии топлива, мы не будем погружаться чересчур глубоко в науку о термодинамике. Тем не менее без нее нам также не разъяснить вам в деталях, почему моторы с большенный степенью сжатия более экономичные. Конечно, это нелегко понять. Однако все же этот раздел термодинамики весьма и очень интересен.

 

Более высокое сжатие в двигателе означает больше мощности, однако больше давления

 

На приведенном выше рисунке показана диаграмма PV давления – объема для идеального типичного бензинового двигателя. Этот график наглядно демонстрирует, что происходит в двигателе, когда он сжигает воздушно-топливную смешение (в нашем примере бензин + кислород). 

На приведенном выше графике кривая 1-2 показывает ход сжатия. 

Черта 2-3 показывает сгорание топлива. 

Верхняя кривая 3-4 показывает ход расширения.

И черта 4-1 показывает отвод тепла, когда открывается выпускной клапан в головке блока цилиндров двигателя. 

 

Если обрисовать все более техническим языком, то эту диаграмму следует соображать так:

 

На диаграмме кривая 1-2 показывает ход сжатия, при котором давление (ось Y) возрастает, а объем (ось Х) падает, когда поршень сжимает воздушно-топливную смешение внутри цилиндра, приближаясь к верхней мертвой точке. 

Черта 2-3 показывает тепло, выделяемое во пора горения топливной смеси. Эта черта показывает, как быстро увеличивается давление и температура сгораемого топлива. 

Кривая 3-4 показывает увеличение объема цилиндра двигателя и падение давления, когда газ, полученный в процессе сгорания топливной смеси, оказывает силу на поршень, какой начинает свое движение книзу по цилиндру двигателя (такт расширения). 

Черта 4-1 показывает отвод тепла от газов, образованных в процессе сгорания топлива. Когда давление внутри цилиндра возвращается к давлению окружающей среды, открывается выпускной клапан. 

Наконец, черта 1-5 демонстрирует нам ход выхлопа (выхлопной цикл мотора), в процессе которого поршень опять движется внутри цилиндра наверх (к верхней мертвой точке), чтоб снова сжать топливно-воздушную смешение для повторения цикла. 

 

Район в пределах линий 1-2-3-4 показывает нам, сколько работы было проделано двигателем в рамках одного лишь лишь цикла. Более высокая степень сжатия двигателя означает, что две вертикальные линии на графике выше будут подвигаться влево и вверх, оставляя вящий диапазон хода поршня, что влияет на получение большей мощности по сравнению с двигателем, имеющим низкий коэффициент сжатия. То кушать двигатель с высокой степенью сжатия сделает больше работы за одинешенек цикл, чем мотор с небольшой степенью сжатия. 

И все дело в том, что в двигателях с высокой степенью сжатия в процессе сгорания топлива образуется больше давления, которое с большей силою двигает поршень вниз по цилиндру. Истина, в этом случае внутри двигателя выделяется больше тепла. 

 

Более высокое сжатие в двигателе также означает более высокую тепловую эффективность

Вот что на самом деле означает 'степень сжатия', и почему это имеет значение 

Важно отметить, что образование тепла и утрата тепла в течение цикла работы двигателя напрямую связаны с его эффективностью (выговор идет о коэффициенте полезного действия – КПД). Причем на КПД главное воздействие оказывает степень сжатия двигателя. Все дело в двух идеях. Во-первых, любая тепловая энергия, поступающая в систему, должна быть преобразована в механическую или отработанную. Во-вторых, тепловая эффективность – это попросту результат работы двигателя (мощность и мочь), разделенный на теплопередачу.

Таким образом, с помощью уравнения можно вычислять взаимосвязь между тепловым КПД и степенью сжатия. 

Вот будто выглядит уравнение этой взаимосвязи (nтермический КПД, rстепень сжатия, а γ (гамма)свойство жидкости):

 

Вот что на самом деле означает 'степень сжатия', и почему это имеет значение

 

Сейчас вернемся к нашей диаграмме выше. Когда вы обеспечиваете вящий ход поршня между верхней и нижней мертвой точкой, вы увеличиваете степень сжатия. За счет этого вы смещаете на диаграмме PV наверх и влево и увеличиваете температуру (Qh на графике выше). Причем увеличение температуры будет больше, чем потери тепла (Ql). 

Иными словами, вы добываете в процессе сгорания топливной смеси больше энергии за одинешенек цикл работы двигателя. Уместно, вот один интересный ролик видеоблогера Джейсона Фенске, какой рассказывает более простыми словами о взаимосвязи между степенью сжатия, теплопередачей и эффективностью (экономичностью двигателя):

 

 

Так что, как вы, наверное, уже поняли, тепловая эффективность двигателя возрастает по мере увеличения степени сжатия двигателя. Таковы законы физики, а собственно законы термодинамики. Особенно это становится ясно из уравнения, приведенного выше. 

Соответственно, чем выше степень сжатия мотора, тем больше он выдает лошадиных сил и меньше потребляет топлива. Для нас это означает более тяжкий кошелек за счет сэкономленных денег на заправке и больше адреналина при разгоне.

 

Чтоб это понять, вам нужно взять на прокат какой-нибудь престарелый американский неэффективный автомобиль с бензиновым V8 атмосферным двигателем, какой имеет низкую степень сжатия. Поездив на таком автомобиле несколько дней, вы поймете, что автомашина «жрет», как слон, однако взамен не выдает хорошую мощность, которую ныне показывают современные четырехцилиндровые и даже трехцилиндровые моторы. 

 

Так, знаменитый двигатель Skyactiv-G от Mazda является весьма эффективным в плане не лишь мощности, но и хорошей экономичности. Во многом это благодаря большенный степени сжатия. Также линия и других производителей стали спускать современные моторы с высоким коэффициентом сжатия. Этак, сегодня компании Mazda, Nissan / Infiniti и Toyota и другие начали спускать двигатели с очень высокой степенью сжатия – 14:1. 

Вы не поверите, однако двигатели с такой степенью сжатия еще недавно казались фантастикой. Уместно, благодаря такой степени сжатия автопроизводителям дудки необходимости оснащать двигатели турбинами, для того чтоб добиться соответствия современным стандартам экономичности, экологическим нормам, а также требованиям к мощности. 

 

Отчего более высокая степень сжатия означает, что автомобиль должен заправляться топливом с высоким октановым числом

 

Однако почему большинство автопроизводителей ныне не перешли на выпуск двигателей с высокой степенью сжатия, если такие силовые агрегаты позволяют без турбокомпрессоров домогаться таких выдающихся результатов эффективности силовых агрегатов? Все дело в законах физики.

Многие двигатели с высоким коэффициентом сжатия нуждаются в премиальном топливе или в высокооктановом бензине. 

Тем, кто не знает или не помнит, что такое октан бензина и будто он помогает избежать детонации в двигателе, советуем почитать наши следующие материалы:

 

Какой бензин лучше?

 

Отчего премиум бензин является порожний тратой денег для большинства автомобилей

Сколько энергии в различных видах топлива

 

Топливо с низким октановым числом по сравнению с топливом с высоким октаном, скорее итого, будет самопроизвольно воспламеняться из-за более высоких температур и давления воздуха в двигателях с высокой степенью сжатия. Мы знаем, что воспламенение топливно-воздушной смеси надлежит происходить, когда это подлинно нужно, а не наоборот. Такое неконтролируемое воспламенение топлива называется детонацией. Это весьма вредно для любых двигателей внутреннего сгорания. Дело в том, что излишняя детонация уменьшает крутящий момент и может намести непоправимый урон двигателю автомобиля. 

 

Высокая степень сжатия увеличивает риск сильной детонации двигателя. Вот отчего моторы с большим коэффициентом сжатия, будто правило, работают на высококачественном или высокооктановом бензине. 

Главная вина риска самовоспламенения топливно-воздушной смеси в двигателях с высокой степенью сжатия – это превышение допустимого давления, которое приводит к резкому нагреву топливной смеси. В итоге это вызывает преждевременное сжигание топлива еще до того, будто свеча зажигания с помощью искры зажжет его. Повторяем, преждевременное воспламенение топлива – это весьма плохо для любого двигателя. 

 

Для того чтоб снизить риск преждевременного воспламенения топлива, компания Mazda немало работала над поршневыми и выпускными конструкциями бензиновых двигателей с высокой степенью сжатия (соотношение степени сжатия в цилиндрах двигателя 14:1). Так, мотор Skyactiv-X оснастили специальными поршнями, имеющими полость посередине, которая позволила предотвращать всплеск богатого кислородом топлива вкруг области воспламенения топливной смеси от свечи зажигания.

Собственно проблема самовоспламенения топлива в двигателях с высокой степенью сжатия и препятствует ныне массовому распространению данного типа моторов во всей автопромышленности. Подробнее об двигателе Mazda можно почитать тут

 

Существуют ли ограничения по увеличению степени сжатия в двигателях

 

Увлекательно, почему автопроизводители не стараются сделать степень сжатия своих двигателей еще больше? Отчего сегодня коэффициент сжатия 14:1 уже считается немало? Неужели нельзя сделать двигатель с еще большим коэффициентом сжатия? Ведь в таком случае автомобили получили бы еще больше мощности и одновр/еменно стали бы еще экономичней.

Так, почему бы не сделать двигатель со степенью сжатия 60:1? Однако на самом деле это невозможно в сегодняшнем мире. 

Такую степень сжатия не выдержит ни одинешенек металл внутри двигателя. Конечно дело даже не в металле. Даже если бы у нас был подобный крепкий дешевый металл, способный вынести степень сжатия 60:1, все равно бы мы не смогли выстроить подобный рабочий мотор. Попросту такая степень сжатия привела бы к чрезмерно высокой температуре внутри двигателя. В итоге мотор стал бы так горячим, что это вызвало бы его самоуничтожение (двигатель взорвался бы от высоких температур). 

 

Также, в принципе, нас не должна этак сильно заботить высокая степень сжатия в современных автомобилях, если выговор идет, конечно, не о спортивных мощных автомобилях, где каждая лишняя лошадиная мочь на вес золота. Ныне в рамках массового рынка нас больше волнует не мощность, а экономичность обычных повседневных автомобилей. Особливо во времена немалой стоимости топлива, где проблема экономии топлива напрямую влияет на наши кошельки. Также ныне более остро стоит проблема экологии. А мы знаем, что чем менее экономичен автомашина, тем меньше он загрязняет окружающую среду выхлопными газами. Этак что, в принципе, увеличение степени сжатия в современных двигателях необходимо в первую очередность для улучшения экологической обстановки на всей планете. Однако для того чтобы этого добиться, дудки смысла существенно увеличивать в современных моторах степень сжатия. 

 

Вот мы и подошли к концу темы о степени сжатия двигателей внутреннего сгорания. Надеемся, что сейчас вы не просто знаете, что такое степень сжатия силовых агрегатов, однако и понимаете, какую важную роль она играет в современных двигателях. 

Информационное издание: Новости гаи, дтп, штрафы пдд, ГИБДД, Испытание ПДД онлайн. Техосмотр

Похожие новости  Самые интересные новинки на автосалоне в Нью-Йорке [2018 год]

Ru-Auto.Info

Добавить комментарий