Степень сжатия

Если на «клапан» давит, значит «степень сжатия» повысилась (Народная мудрость).

Для понимания принципов повышения мощности и эффективности двигателя внутреннего сгорания необходимо знать, что такое степень сжатия, компрессия и октановое число. Причем, не на уровне рассуждений, что 98-ой бензин более качественный чем 95-ый. Нужно понимать, что октановое число само по себе не самоцель, а лишь один из факторов достижения наилучших эксплуатационных характеристик ДВС.
Прежде всего давайте сразу внесем ясность и оговорим, что компрессия и степень сжатия — это совершенно разные вещи.
Степень сжатия является отношением между максимальным объемом цилиндра...



...и минимальным...



Или, другими словами, отношение полного объема цилиндра (то есть объема цилиндра плюс объема камеры сгорания) к объему одной лишь камеры сгорания.
Пример. 10:1 это ни что иное как (V1+V2):V1
Поскольку это отношение, называемое степенью сжатия, грубо говоря, есть отношение объема, который занимает смесь при ее подаче в цилиндр, к объему, при котором смесь воспламеняется, то давление, при котором воспламеняется топливо, пропорционально этой величине. То есть чем больше степень сжатия, тем больше давление воспламеняемой смеси.

Для лучшего понимания стоит отметить, что поскольку давление зависит не только от степени сжатия, но и от, например, давления на фазе впуска, то давление воспламеняемой смеси может быть меньше у двигателя с большей степенью сжатия. Как? Например, у турбированных двигателей степень сжатия обычно меньше чем у атмосферных (почему так делают — станет понятно ниже), при этом давление у них на всех фазах существенно выше, поскольку уже на впуск смесь подается в сжатом состоянии (в чем, собственно, и состоит их природа).

Компрессия — это, кстати, давление в конце фазы сжатия. То есть она почти равна тому самому давлению воспламеняемой смеси. Почему почти? Потому что смесь воспламеняется всегда чуть позже или чуть раньше того момента, когда давление максимально...
Это «почти» определяется углом зажигания, о котором мы, правда, сегодня говорить не будем. Достаточно лишь отметить, что он также нужен для борьбы с детонацией, о которой ниже.

Возвращаясь к степени сжатия, посмотрим, почему же она нам важна в контексте эффективности и мощности двигателя. А вот почему. Работа в двигателе внутреннего сгорания совершается за счет расширения рабочего тела, в качестве которого в бензиновых двигателях выступает топливно-воздушная смесь. Как в школе учили: горящая смесь расширяется, толкая при этом поршень, поступательное движение которого превращается во вращательное движение коленвала. Соответственно, при большей степени сжатия ход поршня, в рамках которого смесь может реализовать свой энергетический потенциал, оказывается больше, а следовательно совершается больше полезной работы. На самом деле это лишь один из факторов, все вместе же они определяют термический КПД — показатель эффективности расширения рабочего тела в момент сгорания. Для него даже формула есть:

Термический КПД = 1 - (1 / степень сжатия) ^ γ - 1

γ — значения некоей дискретной функции, зависящей от температуры, давления и объема воспламеняемой смеси. Проще говоря, набор констант. Итак, мы видим, что чем больше степень сжатия, тем больше термический КПД. Также понятно, что это некоторое упрощение, поскольку для получения его максимального значения нужно подбирать массу параметров, где степень сжатия лишь один из многих, хоть и важный.

Ну здорово, вроде разобрались: чем больше степень сжатия, тем лучше. Так давайте просто избавимся от камеры сгорания, подняв степень сжатия до небес, и будет нам счастье. А счастья не будет, и вот почему. Дело в том, что при повышении давления и температуры возникает два неприятных явления: детонация и преждевременное воспламенение. Для того, чтобы в полной мере их понять, нужно осознать один удивительный факт: топливная смесь в ДВС не взрывается — она горит. Причем та самая гамма, которую мы упоминали выше, зависит и от скорости горения и от формы фронта воспламенения и от температуры пламени. Скорость горения должна соответствовать скорости движения поршня. Фронт воспламенения должен быть однородным и распространяться ровно по ходу поступательного движения. Чем меньше температура горения, тем меньше потери на тепловыделение. Это все упрощенные заявления, но общую суть явлений передают.

Вернемся к детонации и преждевременному воспламенению. Преждевременное воспламенение происходит, когда при увеличении давления в смеси она самопроизвольно воспламеняется. При этом получается, что часть работы затрачивается не на то, чтобы толкать поршень, а на то чтобы помешать завершить ему ход фазы сжатия, а та энергия расширения, которая еще останется (если останется), будет использована крайне неэффективно из-за нерасчетного профиля фронта горения.

Детонация же — это еще более неприятный эффект, когда воспламененная смесь взрывается. То есть после короткого момента, когда горение распространяется со скоростью, измеряемой десятками сантиметров в секунду, она вдруг увеличивается в разы. При детонации начало распространения фронта горения также повышает температуру и давление в камере сгорания, но этот скачок вызывает воспламенение топливовоздушной смеси уже не от фронта пламени, а от самого скачка температуры и давления. Эффекты от детонации: вместо фронта горения получаем ударную волну (в принципе то же самое, но только в разы больше скорость и температура), как следствие — резкое падение термического КПД и ударные нагрузки на поршневую группу. А теперь на секундочку представьте, что происходит, если детонация возникает не после поджига смеси свечой, а после самовоспламенения — все то же самое, но только против хода поршня.

Вот и получается, что степень сжатия можно увеличивать только до тех пор, пока не начнут проявляться описанные эффекты. И тут мы приходим к следующему понятию…

Октановое число
- Я свою «копейку» 98 заправляю…
- Нахрена?!
- Чтоб ехать быстрей!
(Из разговора у заправки).

Оказываетя, у разных видов топлива стойкость к преждевременному воспламенению и детонации различается (все вместо это называют детонационной стойкостью). Октановое число как раз и является показателем этой стойкости. Чем оно выше, тем выше и стойкость. Важно при этом отметить, что в большинстве случаев количество энергии, которую можно высвободить из литра топлива, от октанового числа не зависит.

Но давайте от теоретических моментов, которыми можно заполнить несколько томов, обратимся к вопросам практическим и рассмотрим описываемые явления через призму повседневности.

Существует распространённый вопрос: прогорят ли клапаны, если залить бензин с большим октановым числом?
Действительно, в некоторых случаях использование бензина с большим октановым числом может привести к прогоранию выпускных клапанов.
При этом считается, что происходит это из-за большей температуры горения смеси с более высоким октановым числом. На самом деле все наоборот! Топливо с большим октановым числом горит с меньшей температурой и медленнее. Из-за скорости горения ниже расчетной может получиться так, что на фазе выпуска через клапан вместо отработанных газов будет выпущена еще горящая смесь. Горящая смесь может оказаться и в выпускном коллекторе — тогда пострадает и он. На практике же конструкция многих двигателей позволяет реализовать потенциал топлива с более высоким октановым числом без ущерба для ресурса. Например, двухтактные двигатели по причине отсутствия сложной системы выпуска способны долго терпеть бензин со слишком высоким октановым числом. Хотя, хорошего всё равно мало.

В любом случае, если вы льете бензин, отличный от рекомендованного производителем, вы должны четко понимать физику работы именно вашего мотора.

Вопрос номер два: почему при использовании бензина с большим октановым числом на свечах образуется нагар?

Первая причина является следствием того, что в России и Украине высокооктановые бензины получают исключительно методом добавления присадок. При этом часто получается так, что для получения 95-ого бензина присадки используются менее качественные, чем для 98-ого. Так что заправившись 95-ым после 92-ого можно получить более ровную работу мотора и нагар на свечах в одном флаконе.

Вторая причина — угол опережения зажигания. Как упоминалось выше, высокооктановое топливо горит медленнее, а следовательно для правильного и полного сгорания смеси ее поджиг должен осуществляться раньше. Отсюда и берут своё начало тюнинговые системы зажигания для форсированных моторов минибайков.
Теперь, о самом насущном…

- Здравствуйте, это MMR-Parts?
- Да. Добрый день.
- Я купил у вас биг-бор кит, тот у которого степень сжатия 17:1. Установил – не работает…
- А что вы в бак льёте?
- Как что? Конечно 92 бензин!
(из телефонного разговора)

Как уже было сказано выше, бензобаки спортивной техники заправляют высокооктановым топливом вовсе не для крутости, а по необходимости, чтоб избежать детонации, которая неизбежно возникнет при повышении степени сжатия.
На заправках можно найти бензин с октановым числом до 98. Максимальная степень сжатия, при которой ДВС на таком топливе будет работать исправно – 14:1. А ведь есть не-дизельные моторы у которых этот показатель равняется 16:1 и даже 17:1. Чем их заправлять?
Авиационным топливом с октановым числом под 106 или… метанолом.

Метанол – это метиловый спирт CH3OH. Бесцветная ядовитая жидкость. С воздухом образует взрывоопасные смеси (температура вспышки 11 °C). Может смешиваться с водой в любых соотнтошениях.

При применении метанола в качестве топлива следует отметить, что объемная и массовая энергоемкость (теплота сгорания) метанола на 40-50 % меньше, чем бензина, однако при этом теплопроизводительность спиртовоздушных и бензиновых топливовоздушных смесей при их сгорании в двигателе различается незначительно по той причине, что высокое значение теплоты испарения метанола способствует улучшению наполнения цилиндров двигателя и снижению его теплонапряженности, что приводит к повышению полноты сгорания спиртовоздушной смеси. В результате этого рост мощности двигателя повышается на 10-15 %. Гоночные двигатели, работающие на метаноле с более высоким октановым числом чем бензин, имеют степень сжатия превышающую 15:1
Недостатки:
• Метанол травит алюминий. Проблемным является использование алюминиевых карбюраторов.
• Гидрофильность. Метанол втягивает воду, что является причиной засорения систем подачи топлива в виде желеобразных ядовитых отложений.
• Уменьшенная летучесть при холодной погоде: моторы, работающие на метаноле могут иметь проблемы с запуском и отличатся повышенным расходом топлива до достижения рабочей температуры.
• Метанол может сравнительно быстро попасть в источники питьевой воды и отравить её.
Следует помнить что:
Метанол — яд, действующий на нервную и сосудистую системы. Токсическое действие метанола обусловлено так называемым «летальным синтезом» — метаболическим окислением в организме до очень ядовитого формальдегида. Приём внутрь 5—10 мл метанола приводит к тяжёлому отравлению (одно из последствий — слепота), а 30 мл и более — к смерти.
Предельно допустимая концентрация метанола в воздухе равна 5 миллиграмм на кубический метр
Особая опасность метанола связана с тем, что по запаху и вкусу он неотличим от этилового спирта, из-за чего и происходят случаи употребления метанола внутрь.
Однако есть способ, с помощью которого в домашних условиях можно отличить метиловый спирт от этилового. Из толстой медной проволоки сворачивается спираль. Спираль накаляется на огне до свечения. При опускании спирали в метанол следует выделение очень резкого запаха формальдегида. Этанол такого эффекта не дает.

P.S. Источник:
minimotoride.com/articles/views/39-o-ste...isle-i-metanole.html

Мое мнение совпадает с мнением прокоментировавших эту статью, а именно,
до 9,0:1 => 92 октан
9,1:1-12,5:1 => 95
12,5:1-14:1 => 98
14,2:1 => ... мифический 106 (метанол)

А у 400-сотки сколько?

Doctor пишет:
У меня нет данных, спроси на mokik.ru

Т.е,по мануалу у меня степень сжатия9,0 к 1,могу спокойно лить 92,ну может добавить присадку.

Часто задается много вопросов о том, какое топливо надо заливать в автомобили Субару.
Как правило, на внутренней стороне крышки, закрывающей пробку горловины бензобака, имеется наклейка, которая помимо стандартной строгой надписи Unleaded fuel only! (только неэтилированный бензин!), говорит еще и о том, что надо использовать Standard или Regular (в зависимости от страны продажи) для обычных атмосферных двигателей и только Premium или Super, для турбированных моделей. Эти же надписи встречаются и в прилагаемых к автомобилям руководствах по эксплуатации.
Но такие термины в различных странах обозначают разное октановое число бензина, при этом даже методика определения октановых чисел бензиновых топлив в разных странах различна. Существуют два основных метода определения октанового числа (ОЧ) бензина: исследовательский (RON или ИОЧ) и моторный (MON или МОЧ). Однако, например, в США используют октановое число, определяемое как среднее арифметическое между ОЧ по моторному методу, и по исследовательскому. А в России - А-76 нормируется по моторному методу (на него ОЧ по исследовательскому не нормируется), а высокоооктановые сорта (АИ-95 и АИ-98) - по исследовательскому! Таким образом, если, к примеру, брать ОЧ по моторному методу того же 92-го и 95-го, то вы получите цифру 85 в обоих случаях (по ГОСТ 2084-77).
Еще более запутанная ситуация со словесными обозначениями:
В США, например, стандартный бензин Regular имеет октановое число 87 (т.е. АИ-90 в пересчете по российскому ГОСТу), а Premium или Super - 92 или 93 (то есть, не ниже российского 98-го в пересчете). Причем октановое число в Америке пишут не на всех заправках. Есть там и более высокооктановые бензины Super - 94 и выше, но они встречаются гораздо реже.
В Англии даже стандартный бензин (Standard или Premium) имеет октановое число 95 RON (аналог нашему АИ-95 - там октановое число также определяется по исследовательскому методу) (см., например, 2.4.1 Type of Fuel to Use www.sidc.co.uk/faq.html). А Super в той же Великобритании имеет показатель 98 RON (то есть, близкий к нашему АИ-98).
В Японии стандартный бензин Regular не ниже 89 RON (в среднем - 90,3 RON/81,4 MON), а Premium или Super - не ниже 96 RON (в среднем - 99,8 RON/88,1 MON), то есть бензин Super в Японии имеет октановое число 100!
По японскому мануалу для нетурбированных двигателей рекомендуется использовать стандартный бензин Regular, то есть аналог нашему АИ-92, а вот для турбированных моделей рекомендуется только Premium (то есть ближе к АИ-98!).
Cразу скажу -не мое, взято отсюда www.forester-club.kz/viewtopic.php?t=480&f=6, но так как у нас японцы то правомерно и для нас.

все это полезно конечно знать - но не забывайте самого главного - в России практически не "варят" 95 бензин... (кто катался за рубежом знает что такое настоящий 95)
если в мануале написано не ниже 91 (обычно для карбюраторных) - то незачем лить сомнительный 95 й...
нужны ли вашему движку запрещенные на западе присадки "догоняющие" 92 й до 95 ого - вам решать...

"Мото" за февраль 2011

Октановое число: Степень сжатия:
92 до 10,5
95 10-12,5
98 12-14,5
102 13,5-16
109 15,5-18.

Так что лить в 400ку? )
Пока катался по незалежной, перешел на 95-й. Понравилось! Но хорошо ли это для двигателя?

Подскажите пожалуйста какое октановое число у метана и какая степень сжатия у него? Заранее спасибо!

Пират 34 рус, ты что решил перевести мотик на газ? Про степень сжатия это первый пост, про актановое число не скажу, но ты не парься Газели с жигулями ездят и Хонда поедет.

стомотолог пишет:
ЗачОТ!!!! ...ага, баллон Ф каляску....точнее к баллону клесо и.... пшли все нах с дозаправками через 200км

Пират_34_Rus пишет: Октановое число:105-110.

Moheve пишет: Вне сайта
Пользователь
Постов: 5


"Мото" за февраль 2011

Октановое число: Степень сжатия:
92 до 10,5
95 10-12,5
98 12-14,5
102 13,5-16
109 15,5-18.
Так у нас 13,0,т.е лить 98?Но как сказано выше,его ни фига не варят,а 92 не подходит.ТупичокС.

Bura пишет:
Андрей, у вас на VT750C2 - 9.0:1...можно 92, а можно и 95.