Скажете ли вы на память, какая степень сжатия у двигателя вашего авто? Допустим, 9,8; не слишком ли много? А может, наоборот, – мало?
Непростой вопрос, ведь конструкторы моторов с искровым зажиганием [Мы обычно говорим бензиновый, хотя знаем, что автомобильные двигатели прекрасно работают и на газе. А также на спирте – метиловом или этиловом… Так что лучше выражаться: с искровым зажиганием. Или Отто (по имени создателя такой конструкции Николауса Отто) – в отличие от Дизеля. Хоть и странновато звучит, но точнее.] всячески стремятся повысить степень сжатия. А создатели двигателей наоборот – стараются ее понизить…
Своеобразная характеристика д.в.с., вокруг которой бытует немало недоразумений. Причем одна из ключевых – от степени сжатия зависит многое. Хотя, на первый взгляд, нет ничего проще: отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Или иначе: частное от деления объема надпоршневого пространства в н.м.т. на него же – в.м.т. То есть, геометрическая степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается топливовоздушная смесь (воздух в цилиндрах дизеля) при движении поршня от н.м.т. к в.м.т. Геометрическая; а в жизни, естественно, получается не всегда так, как в геометрии…
Объемы 4-тактного поршневого двигателя: Vk – объем камеры сгорания; Vp – рабочий объем цилиндра; Vo – полный объем цилиндра; ВМТ – верхняя мертвая точка; НМТ – нижняя мертвая точка.
Вперед и выше
На заре автомобилизма степень сжатия двигателей Отто (а собственно, других 100 лет назад и не знали) делали невысокой – 4-5. Чтобы при работе на низкооктановом бензине (гнали как умели) не возникала детонация [Кто не слышал детонационные звуки в цилиндрах? Как говорится, «пальцы стучат». При слишком высокой (по качеству горючего) степени сжатия, горение топливовоздушной смеси после ее воспламенения от искры нарушается. Оно приобретает взрывной характер, в камере сгорания возникают ударные волны, от которых мотору не поздоровится.] . Скажем, при рабочем объеме цилиндра в 400 «кубиков» объем камеры сгорания – 100 миллилитров. То есть, геометрическая степень сжатия у нашего двигателя
e = (400+100)/100 = 5.
Если же объем камеры сгорания уменьшить – при прочих равных – до 40 см 3 (технически несложно), то степень сжатия повысится до
e = (400+40)/40 = 11.
Замечательно – и что? А то, что термический к.п.д. двигателя увеличится почти в 1,3 раза. И если 6-цилиндровый 2,4-литровый мотор развивает со степенью сжатия 5 мощность в 100 л.с., то со степенью сжатия 11 она повысится до без малого 130. Причем при неизменном расходе горючего! Иными словами, расход топлива в расчете на 1 л.с. в час сокращается на 22,7%.
Короткоходный 3,8-литровый двигатель Porsche 911 со степенью сжатия 11,8! Объем камеры сгорания настолько мал (59 см 3), что трудно устроить углубления в днище поршня под головки клапанов
Поразительный результат – самыми простыми средствами. Не слишком ли хорошо, чтобы быть правдой? Никакой мистики: чем выше степень сжатия, тем ниже температура отработанных газов, идущих на выхлоп. При e = 11 мы попросту заметно меньше обогреваем атмосферу, чем при степени 5; вот и все.
Азы теплотехники
Автомобильные двигатели – разновидность тепловых машин, которые подчиняются законам термодинамики. Еще в 1-й половине XIX в. замечательный французский физик и инженер Сади Карно заложил основы теории тепловых машин – в том числе и д.в.с. Так вот, по Карно, к.п.д. двигателя внутреннего сгорания тем выше, чем больше разница между температурой газов (рабочего тела) к концу горения топливовоздушной смеси – и их температурой на выпуске. А разница температур зависит от e – вернее, от степени расширения рабочих газов в цилиндрах.
Sadi Carnot (1796-1832)
Да, тут есть нюанс: по Карно, для термического к.п.д. важна не степень сжатия, а именно степень расширения. Чем сильнее расширяются горячие газы на рабочем ходу, тем ниже падает их температура – естественно. Просто в обычных конструкциях д.в.с. степень расширения геометрически совпадает со степенью сжатия; вот мы и привыкли говорить. Тем более что детонация зависит как раз от e – то есть от компрессии. Чем сильнее сжимается топливовоздушная смесь в цилиндрах двигателя Отто [Именно Отто, дизели детонации не знают. Почему – отдельный разговор.] , чем выше давление и температура к моменту искрообразования, тем вероятнее возникновение ударных волн в камере сгорания.
Взрывное горение, детонация. Она-то и ограничивает степень сжатия, но степень расширения рабочих газов здесь ни при чем. Вот если каким-то образом отделить одну степень от другой – чтобы при умеренной компрессии добиться сильного расширения рабочих газов…
Пятитактный цикл
Pourquoi бы и не pas; ведь уже полвека с лишним известен так называемый 5-тактный цикл Atkinson’а/Miller’а. Он как раз и разводит степень сжатия и степень расширения по разные стороны.
Представьте, что у вашего 1,5-литрового 16-клапанника ВАЗ-2112 впуск заканчивается не на 36° после н.м.т. (по углу поворота коленчатого вала), а очень поздно – на 81°. То есть, при 3 тыс. оборотов поршень на своем ходе к в.м.т. вытесняет часть топливовоздушной смеси через открытые клапаны обратно во впускной коллектор (не беспокойтесь, она там не пропадет). Иными словами, такт сжатия начинается только где-то на 75° после н.м.т., а до того имеет место своеобразный такт обратного вытеснения смеси.
Тактов теперь не 4, а 5: впуск, обратное вытеснение, сжатие, рабочий ход, выпуск. На первый взгляд, идиотская схема: зачем гонять смесь туда-обратно? На первый взгляд и Солнце обращается вокруг Земли… Следите за моими руками: допустим, обратно вытесняется 20% топливовоздушной смеси, уже попавшей в цилиндр, и сжимается только 80%. И пусть геометрическая e равна 13 – исключительно высокая для Отто. Однако реальная степень сжатия, компрессия гораздо ниже: при 20-процентном обратном вытеснении смеси она равна 10,6. Что и требовалось доказать.
У конструкции с реальной степенью сжатия 10,6 (вполне допустимо для товарного бензина) степень расширения рабочих газов – 13. Термический к.п.д. двигателя по факту в 1,0518 раза выше, чем по его реальной степени сжатия; не так много, но моторостроители годами бьются ради 5-процентной экономии горючего. Двигатели пассажирских автомобилей уже вовсю работают по 5-тактному циклу. Возьмите 1,5-литровую тойотовскую «четверку» 1NZ-FXE (для Prius) или фордовскую 2,26-литровую (для Escape hybrid). Вроде блестящее решение, однако у медали есть и оборотная сторона.
Тойотовская «четверка» 1NZ-FXE: тоже 5-тактный цикл. На глаз заметно, насколько профиль впускного кулачка шире выпускного: крайне позднее закрытие впускных клапанов
Геометрическая e (степень расширения рабочих газов) у 1NZ-FXE – 13, реальная степень сжатия – около 10,5. Печаль в том, что из-за обратного вытеснения смеси 1,5-литровый мотор по и мощности опускается примерно до 1,2-литрового; выигрываем в термическом к.п.д. – ценой потери реального литража. Так что с одной стороны – с другой стороны.
Мало того, двигатель с поздним закрытием впускных клапанов совсем не тянет «на низах». Поэтому 5-тактный цикл годится в «гибридных» силовых агрегатах, где тяговый электромотор как раз и принимает на себя нагрузку при самых низких оборотах. А потом подхватывает д.в.с.; так или иначе, 5-тактный цикл позволяет повысить степень расширения рабочих газов и термический к.п.д. двигателя.
У двигателя Honda, работающего по 5-тактному циклу, часть топливовоздушной смеси вытесняется поршнем обратно во впускные каналы 1 – впуск; 2 – обратный выброс топливовоздушной смеси; 3 – пятый такт: сжатие.
А вот наддув – наоборот – вынуждает понижать степень сжатия. При подаче топливовоздушной смеси под избыточным давлением, реальная компрессия в цилиндрах оказывается слишком высокой – даже при умеренной геометрической e. Приходится отступать; отсюда снижение термического к.п.д. и повышенный расход бензина у двигателей с наддувом, если не применять спецгорючее.
На спирту
Чем больше октановое число бензина, тем выше допустимая (по условиям детонации) степень сжатия, тем эффективнее работает мотор. Так ведь не бензином единым… Исключительно высокую e допускает в роли горючего газ – нефтяной или природный. Без наддува 13-14 не вопрос, с компрессором – 10-11. Водород тоже отличается стойкостью против детонации. И еще спирт – метиловый или этиловый: потрясающие антидетонационные качества. Вдобавок у спирта высокая теплота испарения; испаряясь, он сильно охлаждает топливовоздушную смесь (а заодно и поверхность камеры сгорания). Холодная смесь плотнее, и в цилиндр ее – по весу – входит заметно больше; реальный коэффициент наполнения оказывается выше. , мощность. Так и говорят: «компрессорный» эффект спиртового горючего.
Мощность, термический к.п.д. – все удовольствия сразу. Кроме того, этиловый (питьевой!) спирт еще и экологичен; что еще пожелать? Правда, расход спиртового топлива в литрах оказывается гораздо выше, чем бензина, поскольку теплотворная способность метанола и этанола невысока. Как водка и «сушняк»; равнять литр на литр тут бессмысленно. А вот в энергетическом эквиваленте спирт заметно эффективнее бензина – благодаря высокой степени сжатия (расширения). Так что в перспективе – спиртовое топливо, чистое или в смеси с бензином. Скажем, E85: на 85% этанол и на 15% бензин. И лет через 25 нефть потеряет свое значение в мире…
Истина в мере
В перспективе, а пока повысить степень сжатия ВАЗовского 16-клапанника с 10,5 до 11,5 – на 92-м бензине от местной АЗС – ой как непросто. Скажем, применить впрыск бензина непосредственно в камеры сгорания – вместо впускных каналов. Испарение бензина не на впуске, а в цилиндрах – тот же самый «компрессорный» эффект. Или организовать 2-искровое зажигание – с 2 свечами на цилиндр; кое-что дает. А также поставить выпускные клапаны с внутренним (натриевым) охлаждением; раскаленные тарелки провоцируют детонацию. Очистить поверхность камеры сгорания от нагара – и отполировать ее.
Влияет конфигурация камеры сгорания – и скорость вихревого движения топливовоздушной смеси. Есть много способов борьбы с детонацией – хороших и разных.
А до какого уровня есть смысл поднимать e двигателя Отто? Тут вот что: термический к.п.д. нарастает с повышением степени сжатия (расширения!), но не линейно. То есть, рост к.п.д. замедляется: если от 5 до 10 он повышается в 1,265 раза, то от 10 до 20 – только в 1,157 раза. Зато быстро накапливаются побочные заморочки, которых лучше избегать. Поэтому степень сжатия 13-14 – разумный компромисс, к которому и следует стремиться. Только оставьте окончательное решение за инженерами-конструкторами; они знают лучше.
Думаю, многие задаются этим вопросом на просторах бескрайних российских дорог. Какой все же бензин лучше лить в своего железного коня 92 или 95? Есть ли между ними критическая разница, и что будет, если вместо 95 использовать 92 бензин? Ведь он дешевле примерно на 5 – 10%, а соответственно с каждого бака будет идти реально экономия! НО стоит ли так поступать и не опасно ли это для вашего силового агрегата, разберем по полочкам, будет видеоверсия и голосование в конце …
В самом начале я предлагаю подумать, что такое эти цифры, 80, 92, 95, а в советские времена еще и 93? Никогда не задумывались? Тут все просто это октановое число. А тогда что это такое? Читаем дальше.
Октановое число бензина
Октановое число бензина – это показатель, характеризующий детонационную стойкость топлива, то есть величина способности топлива противостоять самовоспламенению при сжатии для двигателей внутреннего сгорания. То есть простыми словами, чем выше «октановый уровень» топлива, тем меньше вероятность самовоспламенения топлива при сжатии. При таком исследовании разграничивают уровни топлива по этому показателю. Исследования проводятся на одноцилиндровой установке с переменным уровнем сжатия топлива (называются они УИТ-65 или УИТ-85).
Работают установки при 600 об/мин, воздух и смесь 52 градуса Цельсия, и угол опережения зажигания составляет около 13 градусов. После таких испытаний выводят ОЧИ (октановое число исследовательское). Это исследование должно показать, как будет вести себя бензин при минимальных и средних нагрузках.
При максимальных нагрузках на топливо, существует другой эксперимент, который выводит (ОЧМ - октановое число моторное). Испытания проводятся на этой, одноцилиндровой, установке, только обороты 900 об/мин, температура воздуха и смеси 149 градусов Цельсия. ОЧМ имеет более низкое значение, чем ОЧИ. При эксперименте выводят уровень максимальных нагрузок, например при дроссельном ускорении или при движении в гору.
Теперь я думаю, хоть чуть стало понятно, что это такое. И как его определяют.
Теперь давайте вернемся к выбору - 92 или 95. Любой вид будь 92 или 95, и даже 80. При его переработке на заводе не имеет такое, конечное, октановое число. При прямой перегонки нефти, получается всего 42 – 58. То есть очень низкого качества. «Как же так» — спросите вы? Неужели нельзя перегонять сразу с высоким показателем? Можно, но это стоит очень дорого. Литр такого топлива стоил бы в несколько раз дороже существующих сейчас на рынке. Выработка такого топлива называется каталитический риформинг. Производят таким способом всего 40 – 50 % от общей массы и в основном в западных странах. В России таким способом производят гораздо меньше бензина. Вторая технология производства, которая менее затратная - называется каталитический крекинг или гидрокрекинг. Бензин при такой обработке имеет октановое число всего 82-85. Для того чтобы его привести в нужный показатель, в него нужно добавить специальные присадки.
Присадки в бензин
1) Присадки, основанные на металлосодержащих составах . Например, на тетраэтилсвинце. Условно их называют этилированные бензины. Очень эффективные, заставляют топливо работать, на всю, как говорится. Но и очень вредные. Как видно из названия тетраэтилсвинец, в составе есть метал – «свинец». При сгорании образует газообразные соединения свинца в воздухе, который очень вреден, оседает в легких, развивая сложные болезни, например «РАК». Поэтому такие типы сейчас запрещены во всем мире. В СССР существовала марка АИ – 93, он то, как раз базировался на тетраэтилсвинце. Условно можно назвать это топливо устаревшим и вредным.
2) Более совершенные и безопасные основаны на ферроцене, никеле, марганце, но чаще всего применяют монометиланилин (ММНА) , его октановое число достигает 278 пунктов. Эти присадки напрямую смешивают с бензином, доводя смесь до нужной консистенции. Но такие присадки также не идеальны, они образуют налет на поршнях, свечах, засоряют катализаторы и всевозможные датчики. Поэтому рано или поздно такое топливо закупорит двигатель, в прямом смысле слова.
3) Последние и самые совершенные - это эфиры и спирты . Самые экологические и не несут вред окружающей среде. Но есть и недостатки такого топлива, это низкое октановое число спиртов и эфиров, максимальное значение 120 пунктов. Поэтому в топливо требуется таких присадок довольно много около 10 – 20 %. Еще один недостаток, это агрессивность спиртовых и эфирных присадок, при большом содержании они быстрее разъедают резиновые и пластиковые патрубки и датчики. Поэтому такие присадки ограничивают в пределах 15 % от общего уровня топлива.
Степень сжатия и современный автомобиль
Собственно, почему я начал рассказывать с октанового числа и присадок, да потому что нужно учитывать самовоспламенения топлива или так называемую детонацию в современных агрегатах.
В дело в том, что производители чтобы увеличить мощность и снизить расход топлива, немного увеличивают степень сжатия в цилиндрах двигателя.
Вот немного полезной информации:
- Для степени сжатия до 10,5 и ниже используют октановое число бензина АИ – 92 (не учитываем ТУРБО варианты моторов).
- От отметки 10,5 до 12 – заливаем топливо не ниже АИ – 95!
- Если степень сжатия 12 и выше, то рекомендуется заливать не ниже АИ – 98
- Конечно, есть еще очень редкие бензины, такие как АИ – 102 и АИ – 109, для них степень сжатия 14 и 16 соответственно.
Так что же произойдет, В ТЕОРИИ , если мы зальем 92 бензин в мотор, который рассчитан на 95? ДА все просто, топливо от высокой степени сжатия будет самовоспламеняться, будут происходить «минивзрывы» — то есть будет проявляться разрушающий эффект детонации!
А чем опасна детонация? Да все просто, прогаром прокладки между головкой блока и самим блоком, разрушением колец (как компрессионных, так и маслосъемных), прогаром поршней и т.д.
НО это как я написал выше – ВСЕ ЭТО В ТЕОРИИ ! ОСОБЕННО У НАС В РОССИИ! Почему я это говорю. Многие производители поняли — что качественного бензина (а сейчас говорим про 95 вариант), найти если можно – ТО ОЧЕНЬ СЛОЖНО, даже в столичных регионах (я уже молчу о небольших городах). Зачастую бензин «бадяжат» так что октанового числа в 95 достичь нереально. Помню пару лет назад, читал статью с экспериментом — где в столице брали пробы с большого количества заправок, и только в 20 – 25% случаев бензин приближался к нормам, остальные были далеки от цифры 95 и даже 92. Только вдумайтесь! А как вы проверите качество сами? Правильно – НИКАК.
Так если залить такое некачественное топливо движок сразу накроется? Сразу? Не совсем так. Машины сейчас умные, и именно чтобы ваш мотор не пошел «в разнос» был придуман датчик детонации, он позволяет мотору работать с другим октановым числом. Он следит за механическими колебаниями блока двигателя, преобразует их в электрические импульсы и постоянно .
Если импульсы «выходят за рамки нормального состояния», то ЭБУ принимает решение о корректировании угла зажигания и качестве топливной смеси. Таким образом, современный мотор, рассчитанный на 95 бензин будет, спокойно работать даже на 92.
Однако! Такая работа будет успешной на низких и средних оборотах, на высоких оборотах (почти максимум), датчик детонации работает не так эффективно, поэтому «жарить» на низкооктановой смеси НЕЖЕЛАТЕЛЬНО!
Давайте подведем итог.
Что будет если залить 92 вместо 95?
По сути, разница между 92 и 95 бензином минимальна, всего «3 числа». Если выбудете заправляться в компании, которая вам гарантирует именно «жесткие показатели» то есть «92 это 92», а «95 это 95» и ВЫ В ЭТОМ БУДЕТЕ УВЕРЕНЫ. То разница будет проявлять для вашего мотора скорее на высоких оборотах, и не в значительной (до 2 — 3 %) потери мощности, также на этот процент вырастит расход топлива.
И что самое интересное, если вы не часто раскручиваете свой силовой агрегат до 5000 – 7000 оборотов, а передвигаетесь с 2000 до 4000, то 92 не доставит вам каких-либо негативных моментов. Все же электроника все отрегулирует сама.
Предрассудки - , такого нет. Прогорание клапанов, было характерно для этилированных типов, которые имели металлические присадки. Высокооктановые этилированные бензины могли нанести вред двигателю, настроенному на использование АИ-76 (причем у него не было электронной коррекции угла зажигания и впрыска топлива). Но сейчас такой опасности просто нет, потому что такое топливо уже давно запрещено.
НО В ИДЕАЛЕ! Нужно заправлять именно таким топливом, который рекомендует ваш изготовитель. Ведь если вдруг новый мотор, накроется, и выяснится что поломка связана с бензином, то вы попадаете на очень дорогостоящий ремонт, ПРИЧЕМ ЗА СВОЙ СЧЕТ. Экономия в 10% на бензине вам «вылезет боком».
Всем известно, что в бензиновых поршневых двигателях внутреннего сгорания топливовоздушная смесь перед воспламенением сжимается. Аналогичный такт работы дизелей отличаются лишь тем, что сжимается воздух без топлива. Одной из важнейших характеристик обоих ДВС является степень сжатия. Она показывает, во сколько раз изменяется объем пространства над днищем поршня при прохождении его от нижней мертвой точки до верхней.
Иногда этот показатель путают с компрессией, несмотря на то что разница между ними огромна. Ведь упомянутые выше характеристики, хоть и связаны между собой, по сути, совершенно различны. На что указывает даже их размерность. Степень сжатия – это соотношение, например, 10:1 или просто 10 и не имеет единиц измерения. То есть измеряется в «разах». Компрессия же показывает максимальное давление смеси в цилиндре перед воспламенением и измеряется в кг/см 2 . Так, компрессия ДВС, имеющего степень сжатия 10:1, должна быть не более 15,8 кг/см 2 . Сказать, что такое степень сжатия, можно и иначе. Это отношение объема над поршнем, находящимся в нижней мертвой точке к объему камеры сгорания. Камерой сгорания называется пространство над поршнем, достигшим верхней мертвой точки.
Расчет коэффициента сжатия
Вычислить степень сжатия ДВС можно, если выполнить расчет по формуле ξ = (V р + V с)/ V с; где V р – рабочий объем цилиндра, V с – объем камеры сгорания. Из формулы видно, что степень сжатия можно сделать больше, уменьшив, объем камеры сгорания. Или увеличив, рабочий объем цилиндра, не изменяя камеры сгорания. V р намного больше чем V с. Поэтому можно считать, что ξ прямо пропорционален рабочему объему и находится в обратной зависимости от объема камеры сгорания.
Рабочий объем цилиндра можно посчитать, зная диаметр цилиндра – D и ход поршня – S. Формула для его вычисления выглядит так: V р = (π * D 2 /4) * S.
Объем камеры сгорания из-за ее сложной формы обычно не вычисляют, а измеряют. Сделать это можно залив в нее жидкость. Определить объем, поместившийся в камеру жидкости, можно при помощи мерной посуды или весов. Для взвешивания удобно использовать воду, так как ее удельный вес 1г на см 3 . Значит, ее вес в граммах покажет и объем в куб. см.
Влияние коэффициента сжатия на характеристики мотора
Чем выше степень сжатия, тем больше компрессия ДВС и его мощность (при прочих равных условиях). Повышая степень сжатия, мы также способствуем увеличению КПД двигателя за счет снижения удельного расхода топлива. Степень сжатия ДВС, определяет октановое число используемого для работы мотора бензина. Так, низкооктановое топливо станет причиной с большим значением этого коэффициента. Чрезмерно высокое октановое число топлива не позволит силовому агрегату, компрессия которого невысока, развивать полную мощность.
Исходные данные
Октановое число топлива, используемого для бензиновых двигателей с различной степенью сжатия.
Выравнивание плоскости сопряжения головки с блоком срезанием слоя металла приводит к уменьшению камеры сгорания мотора. От этого показатель сжатия увеличивается в среднем на 0,1 при уменьшении толщины головки на 0,25 мм. Имея в своем распоряжении эти данные, можно определить, не превысит ли он после ремонта головки блока допустимые пределы. И не следует ли принять меры для его снижения. Опыт показывает, что при удалении слоя менее 0,3 мм последствия можно не компенсировать.
Для чего бывает нужно изменить коэффициент сжатия
Необходимость изменения этого параметра ДВС возникает довольно редко. Можно перечислить всего несколько причин, побуждающих сделать такое.
Как можно изменить показатель сжатия
Методы увеличения:
- Расточка цилиндров и установка поршней большего размера.
- Уменьшение объема камер сгорания. Выполняется за счет удаления слоя металла со стороны плоскости сопряжения головки с блоком. Эту операцию из-за мягкости алюминия лучше делать на фрезерном или на строгальном станке. Шлифовальный станок использовать не следует, так как его камень будет постоянно забиваться пластичным металлом.
Способы снижения:
- Снятие слоя металла с днища поршня (делается это обычно на токарном станке).
- Установка между головкой и блоком цилиндров дюралюминиевой проставки между двумя прокладками.
Взаимосвязь коэффициента сжатия и компрессии
Зная значение коэффициента сжатия, можно рассчитать какая компрессия должна быть в двигателе. Однако, обратная оценка не будет соответствовать действительности. Так как компрессия зависит еще и от изношенности деталей цилиндр-поршневой группы и газораспределительного механизма. Низкая компрессия двигателя часто говорит о значительном износе мотора и необходимости его ремонта, а не о малом коэффициенте сжатия.
Турбированные моторы
В цилиндры двигателя, имеющего турбонаддув, воздух нагнетается компрессором под давлением несколько больше атмосферного. Значит, для определения показателя сжатия такого мотора нужно значение, которое вы получите в результате расчета по формуле, умножить на коэффициент турбокомпрессора. Бензиновые двигатели с турбонаддувом работают на топливе с октановым числом выше, чем у бензина, который потребляют такие же моторы без турбин, именно потому, что их коэффициент ξ больше.
Степень сжатия представляет собой расчетную величину, демонстрирующую изменение объема до и после сжатия. А компрессия - это величина, измеряемая реально. В процессе сжатия происходит изменение не только объема и давления, но и температуры, поэтому в исправном двигателе компрессия обычно немного выше. На нее оказывает влияние и возможная негерметичность клапанов, прокладок, колец и пр. Руководство к двигателю обычно содержит указание минимального значения компрессии, при котором позволяется ездить.
Основное понятие
Важно знать, какая степень сжатия для мотора является оптимальной. Это сложный вопрос, ведь разработчики двигателей с зажиганием от искры нацелены на то, чтобы увеличить этот показатель. А если двигатель работает на воспламенение от сжатия, то этот параметр правильнее всего понизить. Именно степень сжатия представляет собой характеристику двигателей внутреннего сгорания, которая вызывает наибольшее число ошибочных мнений.
Самым распространенным заблуждением является то, что от степени сжатия многое зависит. Однако тут все просто - этот показатель является отражением отношения объема цилиндра к аналогичному параметру камеры сгорания, а если по-другому, то он равен частному от деления объема пространства над поршнем к объему камеры сгорания. Получается, что степень сжатия в геометрическом плане является отражением того, во сколько раз осуществляется уменьшение объема топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя в процессе движения поршня от нижней к верхней мертвой точке. Конечно, в жизни все редко аналогично выраженному в теории.
Как все работает?
Степень сжатия двигателя на заре автомобилизма была невысокой - 4-5, чтобы не произошла детонация в результате работы на бензине с малым октановым числом. К примеру, при цилиндре на 400 кубиков объем камеры сгорания будет составлять 100 мл. Получается, что для такого двигателя степень сжатия будет равна: е = (400 + 100) : 100 = 5. Если уменьшить объем топливной камеры до 40 кубических сантиметров, то произойдет рост степени сжатия: е = (400 + 40) : 40 = 11.
Каков будет результат? Увеличение термического КПД двигателя почти на 30%. При условии, что мотор на 2,4 литра с 6 цилиндрами со степенью сжатия 5 достигает мощности 100 лошадиных сил, то при значении степени сжатия 11 она станет равна почти 130 л. с. При этом топливо расходуется в том же объеме. Получается, что в расчете на одну лошадиную силу в час можно говорить о сокращении расхода топлива на 22,7%.
Этот результат поразителен, а средства для его достижения невероятно просты. Это не мистика. Чем больше степень сжатия двигателя, тем ниже температура газов, которые после отработки идут на выхлоп.
Азы теплотехники
Двигатели автомобилей представляют собой разновидность тепловых агрегатов, подчиняющихся законам термодинамики. Физик Сади Карно в первой половине девятнадцатого века предложил первые основы теории тепловых машин. В соответствии с его теорией, КПД такого мотора тем выше, чем большая разница имеется между температурой газов к концу горения смеси топлива с воздухом и показателем температуры на выпуске. На эту разницу больше всего влияет степень расширения рабочих газов внутри цилиндров. Тут имеется важный момент, в соответствии с его теорией, важнее для термического КПД является не степень сжатия, а степень расширения. Чем сильнее происходит расширение горячих газов на рабочем ходу, тем более низкой становится их температура, что вполне естественно. В моторах с обычной конструкцией степень сжатия полностью соответствует степени расширения. Именно поэтому многие не разделяют эти термины. А степень сжатия и компрессия в совокупности вызывают детонацию. Чем сильнее происходит сжатие топливовоздушной смеси в цилиндрах мотора, тем более высокими являются температура и давление в момент образования искры, тем более высока вероятность появления ударных волн в камере детонации и сгорания. Именно она уменьшает степень сжатия, но тут ни при чем степень расширения газов при работе.
Пятитактный цикл
Существует пятитактный цикл, который предназначен для разведения степени сжатия и степени расширения. К примеру, степень сжатия ВАЗ 2112 начинает работать только при 75 градусах выше нижней метровой точки, и тут имеется определенный такт вытеснения смеси. Теперь тактов 5: впрыск, обратное вытеснение, сжатие, рабочий ход и выпуск. Возникает вопрос, связанный с необходимостью гонять смесь в обоих направлениях. К примеру, обратно будет вытеснено 20% смеси, а 80% сжимается, как положено. Даже при таких условиях реальная степень сжатия и компрессия составляют 10,6.
Практическое значение
Если конструкция имеет реальный показатель, равный 10,6, а расширение рабочих газов - 13, то это вполне нормально. В этом случае по факту термический КПД двигателя в 1,0518 раза превышает тот, что есть по степени сжатия. Это мало, однако конструкторы двигателей годами стараются изменить ситуацию так, чтобы добиться этих 5% экономии горючего. У пассажирских автомобилей двигатели работают на базе 5-тактного цикла.
Это решение кажется блестящим, но имеется и недостаток. Геометрический показатель степени расширения рабочих газов 13, а для реальной степени сжатия - 10,5. Процесс вытеснения смеси обратно делает из 1,5 литрового двигателя по мощности и крутящему моменту 1,2 литровый. Итогом этого является увеличение термического КПД за счет потери литража. «На низах» двигатель с запоздалым закрытием впускных клапанов не тянет. Пятитактный цикл уместно использовать на автомобилях с гибридными агрегатами, где тяговый электрический мотор при самых низких оборотах берет нагрузку на себя. Далее в работу включается ДВС. И тут не так важно, какая степень сжатия у мотора, важнее всего степень расширения газов при работе.
Вывод
Из-за наддува степень сжатия требуется понижать. В процессе подачи топливовоздушной смеси при избытке давления получается, что в цилиндрах имеет место повышенная реальная компрессия. Потому требуется отступать. Именно поэтому возникает необходимость в снижении термического КПД и повышении расхода топлива, если не используется горючее специального назначения.
Думаю, многие задаются этим вопросом на просторах бескрайних российских дорог. Какой все же бензин лучше лить в своего железного коня 92 или 95? Есть ли между ними критическая разница, и что будет, если вместо 95 использовать 92 бензин? Ведь он дешевле примерно на 5 – 10%, а соответственно с каждого бака будет идти реально экономия! НО стоит ли так поступать и не опасно ли это для вашего силового агрегата, разберем по полочкам, будет видеоверсия и голосование в конце.
В самом начале я предлагаю подумать, что такое эти цифры, 80, 92, 95, а в советские времена еще и 93? Никогда не задумывались? Тут все просто это октановое число. А тогда что это такое? Читаем дальше.
Октановое число бензина
Октановое число бензина – это показатель, характеризующий детонационную стойкость топлива, то есть величина способности топлива противостоять самовоспламенению при сжатии для двигателей внутреннего сгорания. То есть простыми словами, чем выше «октановый уровень» топлива, тем меньше вероятность самовоспламенения топлива при сжатии. При таком исследовании разграничивают уровни топлива по этому показателю. Исследования проводятся на одноцилиндровой установке с переменным уровнем сжатия топлива (называются они УИТ-65 или УИТ-85).
Работают установки при 600 об/мин, воздух и смесь 52 градуса Цельсия, и угол опережения зажигания составляет около 13 градусов. После таких испытаний выводят ОЧИ (октановое число исследовательское). Это исследование должно показать, как будет вести себя бензин при минимальных и средних нагрузках.
При максимальных нагрузках на топливо, существует другой эксперимент, который выводит (ОЧМ - октановое число моторное). Испытания проводятся на этой, одноцилиндровой, установке, только обороты 900 об/мин, температура воздуха и смеси 149 градусов Цельсия. ОЧМ имеет более низкое значение, чем ОЧИ. При эксперименте выводят уровень максимальных нагрузок, например при дроссельном ускорении или при движении в гору.
Теперь я думаю, хоть чуть стало понятно, что это такое. И как его определяют.
Теперь давайте вернемся к выбору - 92 или 95. Любой вид будь 92 или 95, и даже 80. При его переработке на заводе не имеет такое, конечное, октановое число. При прямой перегонки нефти, получается всего 42 – 58. То есть очень низкого качества. «Как же так» - спросите вы? Неужели нельзя перегонять сразу с высоким показателем? Можно, но это стоит очень дорого. Литр такого топлива стоил бы в несколько раз дороже существующих сейчас на рынке. Выработка такого топлива называется каталитический риформинг. Производят таким способом всего 40 – 50 % от общей массы и в основном в западных странах. В России таким способом производят гораздо меньше бензина. Вторая технология производства, которая менее затратная - называется каталитический крекинг или гидрокрекинг. Бензин при такой обработке имеет октановое число всего 82-85. Для того чтобы его привести в нужный показатель, в него нужно добавить специальные присадки.
Присадки в бензин
1) Присадки, основанные на металлосодержащих составах. Например, на тетраэтилсвинце. Условно их называют этилированные бензины. Очень эффективные, заставляют топливо работать, на всю, как говорится. Но и очень вредные. Как видно из названия тетраэтилсвинец, в составе есть метал – «свинец». При сгорании образует газообразные соединения свинца в воздухе, который очень вреден, оседает в легких, развивая сложные болезни, например «РАК». Поэтому такие типы сейчас запрещены во всем мире. В СССР существовала марка АИ – 93, он то, как раз базировался на тетраэтилсвинце. Условно можно назвать это топливо устаревшим и вредным.
2) Более совершенные и безопасные основаны на ферроцене, никеле, марганце, но чаще всего применяют монометиланилин (ММНА), его октановое число достигает 278 пунктов. Эти присадки напрямую смешивают с бензином, доводя смесь до нужной консистенции. Но такие присадки также не идеальны, они образуют налет на поршнях, свечах, засоряют катализаторы и всевозможные датчики. Поэтому рано или поздно такое топливо закупорит двигатель, в прямом смысле слова.
3) Последние и самые совершенные - это эфиры и спирты. Самые экологические и не несут вред окружающей среде. Но есть и недостатки такого топлива, это низкое октановое число спиртов и эфиров, максимальное значение 120 пунктов. Поэтому в топливо требуется таких присадок довольно много около 10 – 20 %. Еще один недостаток, это агрессивность спиртовых и эфирных присадок, при большом содержании они быстрее разъедают резиновые и пластиковые патрубки и датчики. Поэтому такие присадки ограничивают в пределах 15 % от общего уровня топлива.
Степень сжатия и современный автомобиль
Собственно, почему я начал рассказывать с октанового числа и присадок, да потому что нужно учитывать самовоспламенения топлива или так называемую детонацию в современных агрегатах.
В дело в том, что производители чтобы увеличить мощность и снизить расход топлива, немного увеличивают степень сжатия в цилиндрах двигателя.
Вот немного полезной информации:
Для степени сжатия до 10,5 и ниже используют октановое число бензина АИ – 92 (не учитываем ТУРБО варианты моторов).
От отметки 10,5 до 12 – заливаем топливо не ниже АИ – 95!
Конечно, есть еще очень редкие бензины, такие как АИ – 102 и АИ – 109, для них степень сжатия 14 и 16 соответственно.
Так что же произойдет, В ТЕОРИИ, если мы зальем 92 бензин в мотор, который рассчитан на 95? ДА все просто, топливо от высокой степени сжатия будет самовоспламеняться, будут происходить «минивзрывы» - то есть будет проявляться разрушающий эффект детонации!
А чем опасна детонация? Да все просто, прогаром прокладки между головкой блока и самим блоком, разрушением колец (как компрессионных, так и маслосъемных), прогаром поршней и т.д.
НО это как я написал выше – ВСЕ ЭТО В ТЕОРИИ! ОСОБЕННО У НАС В РОССИИ! Почему я это говорю. Многие производители поняли - что качественного бензина (а сейчас говорим про 95 вариант), найти если можно – ТО ОЧЕНЬ СЛОЖНО, даже в столичных регионах (я уже молчу о небольших городах). Зачастую бензин «бадяжат» так что октанового числа в 95 достичь нереально. Помню пару лет назад, читал статью с экспериментом - где в столице брали пробы с большого количества заправок, и только в 20 – 25% случаев бензин приближался к нормам, остальные были далеки от цифры 95 и даже 92. Только вдумайтесь! А как вы проверите качество сами? Правильно – НИКАК.
Так если залить такое некачественное топливо движок сразу накроется? Сразу? Не совсем так. Машины сейчас умные, и именно чтобы ваш мотор не пошел «в разнос» был придуман датчик детонации, он позволяет мотору работать с другим октановым числом. Он следит за механическими колебаниями блока двигателя, преобразует их в электрические импульсы и постоянно посылает их в ЭБУ.
Если импульсы «выходят за рамки нормального состояния», то ЭБУ принимает решение о корректировании угла зажигания и качестве топливной смеси. Таким образом, современный мотор, рассчитанный на 95 бензин будет, спокойно работать даже на 92.
Однако! Такая работа будет успешной на низких и средних оборотах, на высоких оборотах (почти максимум), датчик детонации работает не так эффективно, поэтому «жарить» на низкооктановой смеси НЕЖЕЛАТЕЛЬНО!
Давайте подведем итог.
Что будет если залить 92 вместо 95?
По сути, разница между 92 и 95 бензином минимальна, всего «3 числа». Если выбудете заправляться в компании, которая вам гарантирует именно «жесткие показатели» то есть «92 это 92», а «95 это 95» и ВЫ В ЭТОМ БУДЕТЕ УВЕРЕНЫ. То разница будет проявлять для вашего мотора скорее на высоких оборотах, и не в значительной (до 2 - 3 %) потери мощности, также на этот процент вырастит расход топлива.
И что самое интересное, если вы не часто раскручиваете свой силовой агрегат до 5000 – 7000 оборотов, а передвигаетесь с 2000 до 4000, то 92 не доставит вам каких-либо негативных моментов. Все же электроника все отрегулирует сама.
Предрассудки - что могут прогореть клапана, такого нет. Прогорание клапанов, было характерно для этилированных типов, которые имели металлические присадки. Высокооктановые этилированные бензины могли нанести вред двигателю, настроенному на использование АИ-76 (причем у него не было электронной коррекции угла зажигания и впрыска топлива). Но сейчас такой опасности просто нет, потому что такое топливо уже давно запрещено.
НО В ИДЕАЛЕ! Нужно заправлять именно таким топливом, который рекомендует ваш изготовитель. Ведь если вдруг новый мотор, накроется, и выяснится что поломка связана с бензином, то вы попадаете на очень дорогостоящий ремонт, ПРИЧЕМ ЗА СВОЙ СЧЕТ. Экономия в 10% на бензине вам «вылезет боком».
Какой конечный итог хочется вывести – каждому свое, если ваш мотор не рассчитан на 92-й, тогда не стоит его лить! Все же это может быть чревато! Однако если зальете то современный двигатель, автоматом, отрегулирует углы зажигания и вы можете даже не почувствовать подмены топлива (ТО ЕСТЬ И НА 92-м можно ездить, не раскручивая свой мотор до максимума). Но если случится поломка, и гарантия выяснит что залито не то топливо, РЕМОНТ БУДЕТ ЗА ВАШ СЧЕТ! А это, точно, не стоит 2 – 3 рублей экономии с литра.
Сейчас подробная видео версия, смотрим.
