Тепловой рабочий цикл двигателя внутреннего сгорания подразумевает несколько тактов, одним из которых является уменьшение объёма принятой топливовоздушной смеси при неизменной её массе, то есть герметичном цилиндре.
По законам физики растут давление и температура, что в конечном счете влияет на коэффициент полезного действия двигателя.
Отсюда и важность одного из главных параметров мотора, показывающего, насколько сильно сжимается смесь перед началом основного полезного такта рабочего хода.
Что такое степень сжатия
У четырехтактного мотора четко разделены все процессы газообмена. На такте впуска поршень опускается вниз, точнее ближе к коленвалу, оставляя над собой максимальное для данного цилиндра пространство.
Затем идет такт сжатия, когда поршень поднимается в верхнюю мертвую точку. Над ним остается совсем мало места, данный объем называется камерой сгорания.
Степенью сжатия, а это чисто геометрический параметр, называется отношение надпоршневого объёма в первом случае (максимального) ко второму случаю, когда он минимален.
Это обычное число, не имеющее размерности, может округленно выражаться целым числом или с десятичной дробью. Чем оно больше, тем сильнее давление перед рабочим ходом.
Отличия от компрессии
Компрессия имеет отношение к степени сжатия, но с научной точки зрения это совершенно разные величины, нечетко между собой связанные.
Компрессией принято считать максимальную величину давления в цилиндре во время прокрутки его на малых оборотах без зажигания в тестовом режиме от внешнего источника (обычно стартера).
Имеет размерность давления, то есть в кг/кв.см, барах, атмосферах, паскалях или фунтах на квадратный дюйм (PSI). Замер компрессии позволяет поверхностно судить о состоянии двигателя. С возможными ошибками, что требует уточнения иными способами.
На что влияет
Если рассмотреть тепловой цикл работы двигателя за все четыре такта, то можно сделать вывод об увеличении количества работы, производимой цилиндром, пропорционально степени сжатия, то есть с её ростом увеличивается КПД мотора, а с меньшего рабочего объёма можно снимать больше мощности.
Последнее очень привлекательно для автомобилистов, но инженеры прекрасно знают, чем данный рост ограничен.
Нельзя повышать температуру и давление над поршнем в ВМТ до бесконечности, это потребует идеального топлива. У реальных сортов горючего есть ограничения по детонационной стойкости, то есть горение станет аномальным, это можно сравнить с разницей в применении пороха и тринитротолуола в артиллерии.
Первый выталкивает снаряд, а второй просто раздробил бы ствол пушки из-за слишком большой скорости взрывной волны.
Тем не менее ученые и инженеры стараются выжать максимум из моторов, применяя высокооктановые, стойкие к детонации бензины, а также оптимизируя горение, не давая ему перейти в детонацию. Поднятие этой границы без разрушительных для деталей последствий требует больших знаний и опыта.
Как рассчитать степень сжатия мотора
Для расчета придется решить несложную геометрическую задачу. Потребуется лишь вспомнить формулы из курса средней школы, описывающие объём тел цилиндрической формы, а также провести замеры объёма камеры сгорания.
Зная диаметр цилиндра и ход поршня, легко вычислить описываемый поршнем объём. Затем вычисляется надпоршневой объём в ВМТ, состоящий из камеры сгорания, недохода поршня и небольшого цилиндра с толщиной прокладки ГБЦ.
Остается сложить эти две величины и разделить результат на вторую из них. Или воспользоваться одним из имеющихся в сети калькуляторов.
Как увеличить степень сжатия
Любители тюнинга рассматривают рост степени сжатия и переход на более высокооктановый бензин как одну из составляющих увеличения мощности.
Способы тут чисто геометрические и практически реализуются механообработкой и заменой деталей на тюнинговые.
Расточка цилиндров
Из формулы расчета видно, что можно увеличить степень сжатия, если добавить описываемый поршнями объём. То есть ход поршня или диаметр цилиндра. В последнем случае блок растачивается под измененные поршни.
Их можно приобрести или изготовить. Но для уточнения результата надо знать, чему равен объём камеры сгорания и насколько он может измениться.
Измерение объема камеры сгорания
Камера современного мотора хорошо оптимизирована под эффективное смешивание и горение топлива с воздухом. Поэтому форма её вряд ли может быть просчитана с использованием математических формул.
Приходится снимать головку блока, переворачивать её и заполнять водой, после чего точно измерять её количество.
Зная эту величину, можно примерно рассчитать способы доработки, а затем проверить и подогнать результат под эффективный, но безопасный.
Доработка ГБЦ
В зависимости от способа тюнинга мотора, может потребоваться для корректировки степени сжатия увеличивать или уменьшать объем камер сгорания в ГБЦ.
Возможно несколько вариантов:
- выборка металла фрезой из ГБЦ в зоне камер;
- подрезка (шлифовка) плоскости головки;
- применение увеличенных или уменьшенных по толщине прокладок между головкой и блоком;
- наплавление металла в камеры сгорания с последующей корректировкой формы механообработкой.
Подобные процессы требуют больших знаний и опыта, иначе результат скорее всего будет противоположным.
Минусы увеличения степени сжатия
Проблема здесь практически одна – детонация. Рост температур, давлений и ударных нагрузок не добавит мощности, а разрушит детали двигателя.
Добиться улучшения процесса горения очень сложно, поскольку эта работа уже была проделана разработчиками на самом сложном научно-техническом уровне. Зато ухудшить получится практически любым изменением.
Выход из положения только один – повышение октанового числа бензина, что не получится делать до бесконечности, выбор ограничен.
Небольшое «поджатие» мотора вполне возможно, если он изначально не был рассчитан на самый продвинутый бензин, но одновременно придется изменять карты системы управления двигателем и решать массу других возникающих проблем.
Такая работа доступна очень ограниченному числу специалистов.
