Как посчитать коэффициент сжатия

Сжатие данных алгоритмом Хаффмана

В данной статье я расскажу вам о широко известном алгоритме Хаффмана, и вы наконец разберетесь, как все там устроено изнутри. После прочтения вы сможете своими руками(а главное, головой) написать архиватор, сжимающий реальные, черт подери, данные! Кто знает, быть может именно вам светит стать следующим Ричардом Хендриксом!

Да-да, об этом уже была статья на Хабре, но без практической реализации. Здесь же мы сфокусируемся как на теоретической части, так и на программерской. Итак, все под кат!

Степень сжатия двигателя. Как рассчитать и изменить степень сжатия двигателя Компрессия в степень сжатия калькулятор

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/см2. Так, компрессия ДВС, имеющего степень сжатия 10:1, должна быть не более 15,8 кг/см2. 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.

Простым языком о том, как работает сжатие файлов

Сжатие файлов позволяет быстрее передавать, получать и хранить большие файлы. Оно используется повсеместно и наверняка хорошая вам знакомо: самые популярные расширения сжатых файлов — ZIP, JPEG и MP3. В этой статье кратко рассмотрим основные виды сжатия файлов и принципы их работы.

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

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

Сразу хотим отметить, что разобраться в том, что такое степень сжатия двигателя, не так просто, как кажется на первый взгляд. Вы наверняка заметили в различных рекламных проспектах и каталогах, а также в описании на сайтах автопроизводителей, что автобренды пытаются привлечь наше внимание такой характеристикой, как степень сжатия двигателей. Особенно стараются нам рассказать о степени сжатия менеджеры автосалонов. Мы обычно делаем вид, что понимаем, о чем идет речь, пропуская мимо ушей эту информацию. И причина такого поведения в том, что многие автолюбители просто не представляют, что такое степень сжатия двигателей, равно как и на что она влияет. Но 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 хорошо, 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 только стали мощнее, но и получили большую экономичность. Но при чем здесь высокая степень сжатия и увеличение мощности с уменьшением расхода топлива? Сейчас объясним.

Мы живем в эпоху, когда инженеры не могут просто дать двигателю больше энергии за счет укрупнения, как, например, это было раньше, 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. Сегодня в связи с дороговизной топлива по всему миру и сложной экологической обстановкой подобный способ увеличения мощности мотора не подходит. Особенно если учитывать жесткие экологические нормы, предъявляемые автопроизводителям рядом развитых западных стран.

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

Назначение и формула расчета коэффициента сжимаемости грунта

Грунт под влиянием внешних сил и собственного веса может деформироваться, уменьшится в объеме. Происходит его уплотнение. Это свойство получило название «сжимаемость». Показатель учитывается при строительстве. Для определения пригодности участка к застройке проводят бурения пробных скважин, исследования отобранных пород в лабораторных условиях.

Компрессия в двигателе и степень сжатия: что полезно знать

Лайфхаки

Эти слова часто слышны в гаражных курилках и ремзонах сервисных станций. Понятиями «компрессия» и «степень сжатия» легко жонглируют водители и инженеры. А всегда ли правильно употребляют эти термины? Что это вообще такое? Чем эти величины могут быть нам с Вами полезны?

Объем двигателя

Прежде чем говорить о компрессии и степени сжатия, разберемся с понятием объема. У цилиндра существует 3 вида объемов:

• рабочий;
• камеры сгорания;
• полный.

В полный объем входит рабочий объем и объем камеры сгорания. Каждый мотор имеет определенное количество цилиндров. Чтобы узнать общий объем двигателя, нужно сложить параметры каждого цилиндра.

Для расчета рабочего объема одного цилиндра, нужно умножить площадь сечения цилиндра на длину рабочего хода поршня. Длина хода поршня определятся расстоянием от нижней мертвой точки (НМТ) до верхней мертвой точки (ВМТ), т.е. от максимально нижнего до максимально верхнего положения поршня.

По формуле это выглядит так: Vраб. = πr 2 h, где π = 3,14, r – радиус, h – длина рабочего хода поршня.

Например, если объем одного цилиндра составил 499 кубических сантиметров, а цилиндров четыре, то нужно умножить 499 на 4 и получим 1996 кубических сантиметров. Далее, округляем до 2000 и делим на 1000, чтобы получить значение в литрах. Таким образом, рабочий объем двигателя составит 2 литра.

Объем двигателя – это параметр ДВС, который определяет его мощность.

В большинстве стран стоимость автомобильного налога зависит от рабочего объема двигателя. Чем он больше, тем дороже обходится налог. Например, объем мотора японского автомобиля “Kei Car” всего 0,66 кубических сантиметров. Владельцы этих машин вообще не платят дорожный налог.

Рабочий объем любого двигателя измеряется в кубических сантиметрах или литрах. Исходя из объема, автомобили делятся на категории:

• микролитражные (не больше 1,1 литра);
• малолитражные (от 1,2 до 1,7 литра);
• среднелитражные (от 1,8 до 3,5 литра);
• крупнолитражные (от 3,6 и больше).

Чем больше объем, тем больше топливно-воздушной смеси помещается в каждой камере сгорания. Этот показатель напрямую влияет на расход топлива, но вместе с тем увеличивается мощность автомобиля.

Что такое сжатие?

Сжатие файла — это уменьшение его размера при сохранении исходных данных. В этом случае файл занимает меньше места на устройстве, что также облегчает его хранение и передачу через интернет или другим способом. Важно отметить, что сжатие не безгранично и обычно делится на два основных типа: с потерями и без потерь. Рассмотрим каждый из них по отдельности.

Определимся с терминами

Компрессия – это значение максимального давления воздуха в камере сгорания неработающего двигателя, которое развивается в конце такта сжатия. В нынешнее время величина измеряется в Барах (бар), Атмосферах (ат, атм) и Паскалях (Па), а раньше – в килограммах силы на квадратный сантиметр (кг/см2) и фунтах на квадратный дюйм (psi, ksi). Измерение компрессии – очень эффективный способ исследования, а полученное её значение – важный диагностический показатель «здоровья» мотора.

Степень сжатия – сугубо инженерная, расчётная и безразмерная характеристика. Она является частным деления объёма цилиндра, когда поршень находится в нижней мёртвой точке (НМТ), и остаточного объёма цилиндра (в т.ч. и объёма камеры сгорания), когда поршень находится в верхней мёртвой точке (ВМТ). Другими словами, степень сжатия – в какое количество раз сжимается объём газа (включая топливо-воздушную смесь), попавшего в цилиндр двигателя во время рабочего хода поршня.

Компрессия зависит от степени сжатия, но не наоборот. Чем выше степень сжатия, тем выше давление, регистрируемое при измерении. Однако на величину этого давления влияет большое количество внешних факторов, изменяя и анализируя которые, с высокой вероятностью можно обнаружить источник проблем, либо убедиться в его отсутствии.

• СЖ = 5.6 (двигателя ГАЗ-11 грузовика ГАЗ-51) – А-66;
• 5 («Волга» Газ-21) – А70-А72;
• 0 (МЗМА-408 «Москвичей» 403 и 408) – А72-А76;
• 5 (ВАЗ-2101) – АИ-92;
• 0 («атмосферный» двигатель EP6 легковых Mini One, Peugeot 308 и Citroen C4) – АИ-95;
• 0 и выше (Mazda Skyactive и т.п.) – АИ-98.

Если двигатель современной конструкции, то взаимосвязь между этими параметрами может отсутствовать благодаря «продвинутым» технологиям смешения, зажигания и сгорания топлива, как и компьютерному управлению, позволяющему менять настройки в широких пределах. Наличие турбонаддува подразумевает эксплуатацию на бензине с октановым числом не ниже АИ-95-98, а если «92-й» и упомянут в числе разрешённых, то только высококачественный, т.к. контрафактный станет для турбомотора смертельным ядом.

Реализация

Пришло время унижать мой код писать архиватор. Назовем его Compressor.

Начнем с начала. Первым делом пишем класс Node:

Класс, создающий дерево Хаффмана:

Класс, облегчающий чтение из файла:

Ну, и главный класс:

Файл с инструкциями readme.txt предстоит вам написать самим 🙂

Что такое степень сжатия двигателя, работающего на бензине, или в дизеле?

Проще всего начать со степени сжатия, поскольку этот параметр всегда задан конструктивно. Понять смысл этого термина легко, если вспомнить конструкцию ДВС. В рабочем цилиндре движется поршень – и движение это происходит в определённых пределах, ограниченных двумя мёртвыми точками – верхней (ВМТ) и нижней (НМТ). При этом постоянно изменяется объём поршня, находящийся между поверхностью поршня и головкой цилиндра.

Чтобы определить степень сжатия двигателя, необходимо измерить:

1. Свободный объём цилиндра, когда поршень опущен в НМТ.
2. Такой же объём, когда поршень в ВМТ, где, собственно и происходит зажигание.

Степень сжатия поршневого двигателя будет определяться, как разность между двумя этими объёмами. Она устанавливается конструкцией двигателя и не может быть изменена без замены блока цилиндров.

Вопрос о том, как определить степень сжатия двигателя, решается очень просто: по сути, достаточно измерить ход цилиндра между мёртвыми точками. Учитывать площадь поршня при этом обычно не надо: в сечении рабочий цилиндр ДВС одинаков, и меняется только высота того пространства, в котором находится топливная или газовая смесь. Однако такие данные будут лишь приблизительными, поскольку не учитывается объём камеры сгорания. Для точного расчёта лучше использовать калькулятор степени сжатия, который приводится на многих ресурсах автомобильной тематики.

Кроме того, во многих случаях расчет степени сжатия не требуется: производители нередко указывают этот параметр в документах на автомобиль. Например, степень сжатия дизельного двигателя обычно выше, чем у работающего на бензине – и в сопроводительных документах указывают: «Степень сжатия 18:1». Это означает, что во время работы двигателя топливная смесь сжимается в 18 раз.

Сжатие с потерями

Такой способ уменьшает размер файла, удаляя ненужные биты информации. Чаще всего встречается в форматах изображений, видео и аудио, где нет необходимости в идеальном представлении исходного медиа. MP3 и JPEG — два популярных примера. Но сжатие с потерями не совсем подходит для файлов, где важна вся информация. Например, в текстовом файле или электронной таблице оно приведёт к искажённому выводу.

MP3 содержит не всю аудиоинформацию из оригинальной записи. Этот формат исключает некоторые звуки, которые люди не слышат. Вы заметите, что они пропали, только на профессиональном оборудовании с очень высоким качеством звука, поэтому для обычного использования удаление этой информации позволит уменьшить размер файла практически без недостатков.

Аналогично файлы JPEG удаляют некритичные части изображений. Например, в изображении с голубым небом сжатие JPEG может изменить все пиксели на один или два оттенка синего вместо десятков.

Чем сильнее вы сжимаете файл, тем заметнее становится снижение качества. Вы, вероятно, замечали такое, слушая некачественную музыку в формате MP3, загруженную на YouTube. Например, сравните музыкальный трек высокого качества с сильно сжатой версией той же песни.

Сжатие с потерями подходит, когда файл содержит больше информации, чем нужно для ваших целей. Например, у вас есть огромный файл с исходным (RAW) изображением. Целесообразно сохранить это качество для печати изображения на большом баннере, но загружать исходный файл в Facebook будет бессмысленно. Картинка содержит множество данных, не заметных при просмотре в социальных сетях. Сжатие картинки в высококачественный JPEG исключает некоторую информацию, но изображение выглядит почти как оригинал.

При сохранении в формате с потерями, вы зачастую можете установить уровень качества. Например, у многих графических редакторов есть ползунок для выбора качества JPEG от 0 до 100. Экономия на уровне 90 или 80 процентов приводит к небольшому уменьшению размера файла с незначительной визуальной разницей. Но сохранение в плохом качестве или повторное сохранение одного и того же файла в формате с потерями ухудшит его.

Посмотрите на этот пример.

Оригинальное изображение, загруженное с Pixabay в формате JPEG. 874 КБ:

Результат сохранения в формате JPEG с 50-процентным качеством. Выглядит не так уж плохо. Вы можете заметить артефакты по краям коробок только при увеличении. 310 КБ:

Исходное изображение, сохранённое в формате JPEG с 10-процентным качеством. Выглядит ужасно. 100 КБ:

Где используется сжатие с потерями

Как мы уже упоминали, сжатие с потерями отлично подходит для большинства медиафайлов. Это крайне важно для таких компаний как Spotify и Netflix, которые постоянно транслируют большие объёмы информации. Максимальное уменьшение размера файла при сохранении качества делает их работу более эффективной.

Почему производители стараются увеличить степень сжатия?

Но не все так просто со степенью сжатия. Одно дело – понимать, что такое степень сжатия. И это не менее важно по сравнению с пониманием, почему так важна высокая степень сжатия для современных двигателей. К сожалению, объяснить 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 сила 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.

Как 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 вниз по цилиндру двигателя, необходимо меньше топлива, что в конечном итоге влияет на топливную эффективность мотора. Это простое объяснение. Но оно неполное, поскольку при увеличении степени сжатия двигателей возникает ряд 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. Как мы выяснили, это хорошо для динамики автомобиля, а также для достижения хороших показателей его экономичности.

Чтобы объяснить вам точнее, почему более высокая степень сжатия дает больше экономии топлива, мы не будем погружаться слишком глубоко в науку о термодинамике. Тем не менее без нее нам также не объяснить вам в деталях, почему моторы с большой степенью сжатия более экономичные. Да, это нелегко понять. Но все же этот раздел термодинамики очень и очень интересен.

Как проверить компрессию в двигателе

При замерах обычно придерживаются следующего регламента: двигатель должен быть прогрет до рабочей температуры (не всегда), демонтирован воздушный фильтр и/или отсоединен блок дроссельной заслонки (если это возможно), либо дроссельная заслонка обязана быть полностью открытой, при наличии карбюратора – полностью открыта воздушная заслонка, вывернуты свечи зажигания (у дизелей – свечи накаливания) из всех цилиндров. Разумеется, для правильного проведения мероприятия, газораспределительный механизм обязан быть правильно отрегулирован (как минимум: метки находиться на своих местах, «перескоки» отсутствовать, а натяжители и их «башмаки» иметь нормальный износ) стартёр должен быть исправен, а АКБ – полностью заряжена.

Пример компрессометра простой конструкции

Компрессометры – приборы для замера компрессии. Их конструктивное исполнение и дизайн могут сильно отличаться, как и цена – от «косаря» за простейшее изделие мануфактурного производства до сотни тысяч рублей за профессиональный диагностический прибор с множеством дополнительных функций. Но принцип действия у всех – один и тот же.

Диагностический прибор с функцией измерения компрессии двигателя и выявления утечек

Обычно у компрессометров имеется наконечник, герметично присоединяемый к свечному отверстию и манометр «с памятью» и обратным клапаном. «Память» манометру нужна для фиксирования («запоминания») максимального давления, развиваемого в течение десятка оборотов коленчатого вала. После присоединения наконечника нужно повернуть ключ зажигания и с помощью стартёра дать мотору сделать около десятка оборотов. На циферблате (или дисплее) прибора мы увидим величину компрессии в данном цилиндре. «Для чистоты эксперимента» замеры необходимо провести 3-5 раз, после чего внести в таблицу среднее арифметическое значение.

Измерение компрессии в цилиндрах двигателя

Заключение

Наверное, это все что я хотел сказать. Если у вас есть что сказать по поводу моей некомпетентности улучшений в коде, алгоритме, вообще любой оптимизации, то смело пишите. Если я что-то недообъяснил, тоже пишите. Буду рад услышать вас в комментариях!

Да-да, я все еще здесь, ведь я не забыл про коэффициент. Для строки s1 кодировочная таблица весит 48 байт — намного больше исходного файла, да и про добавочные нули не забыли(количество добавленных нулей равно 7)=> коэффициент сжатия будет меньше единицы: 176/(65 + 48*8 + 7)=0.38. Если вы тоже это заметили, то только не по лицу вы молодец. Да, эта реализация будет крайне неэффективной для малых файлов. Но что же происходит с большими файлами? Размеры файла намного превышают размер кодировочной таблицы. Вот здесь-то алгоритм работает как-надо! Например, для монолога Фауста архиватор выдает реальный (не идеализированный) коэффициент, равный 1.46 — почти в полтора раза! И да, предполагалось, что файл будет на английском языке.

Выпустил upgrade: добавил GUI + изменил алгоритм обработки исходного текста так, чтобы не читать весь файл в память. Короче, кидаю ссылку на git для любознательных: сами всё увидите.

Благодарности

Как и автор каждой хорошей книги, я созидал эту статью не без помощи других людей. Имхо, очень мало людей сделало что-то крутое в одиночку.

Огромное спасибо Исаеву Виталию Вячеславовичу за небходимую теоретическую поддержку.
Также, часть материала этой статьи взята из книги Роберта Лафоре «Data Structures and Algorithms in Java». Если сомневаетесь как или окуда начать свой путь в теории алгоритмов и структур данных — берите, не прогадаете.

Отличие степени сжатия от компрессии

Степень сжатия двигателя не является компрессией. Они полностью различаются, хотя многие их путают. Коэффициент, о котором идёт речь в статье, не раскрывает значение оптимального давления ТВС перед возгоранием. Измеряется ССД лишь относительно, в соотношении к единице объёма камеры.

Под компрессией принято понимать предельное значение сжатия, образуемого в камере сгорания, на конечном этапе давления горючей смеси. Данная величина априори не может быть относительной, поэтому её измеряют в абсолютных значениях — атм, кг/см2, бар.

Степень сжатия и компрессия неразрывно связаны, но не идентичны. Показатель компрессии зависит не только от сжатия. На него оказывает влияние температура ДВС, наличие зазоров в приводных клапанах, состав топлива и многое другое.

Процесс сжатия в дизельных двигателях

Как правило, в дизельных двигателях степень сжатия значительно выше. Если в бензиновых двигателях она в среднем составляет 10:1 – 12:1, то у дизелей значение может достигать от 15:1 до 22:1. Рабочий процесс в дизельном моторе происходит следующим образом: вначале в цилиндр попадает чистый воздух, который за счет большой степени сжатия разогревается до 700-900°С. Дизтопливо впрыскивается под высоким давлением в камеру сгорания при подходе поршня к ВМТ. А так как воздух уже сильно разогрет, после смешивания с ним происходит воспламенение топлива. Возгорание под давлением (без необходимости применения сложной системы зажигания) является главным преимуществом дизельного двигателя. Но, с другой стороны, повышаются требования к герметичности. Также необходим насос высокого давления, который является одним из слабых мест такого типа силовых агрегатов.

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 детонации мотора 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.

• 7,0–7,5 октановое число 72–76.
• 7,5–8,5 октановое число 76–85.
• 5,5–7 октановое число 66–72.
• 10:1 октановое число 92.
• От 10,5 до 12,5 октановое число 95.
• От 12 до 14,5 октановое число 98.

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.

Приборы для определения сжимаемости

По результатам бокового давления, объему выделенной жидкости в водонасыщенных почвах определяют: коэффициент уплотнения, модуль деформации, структурную прочность.

Второй прибор, определяющий степень деформации, – стабилометр. Устройство представляет собой цилиндрическую камеру. Различают стабилометры с вертикальной или горизонтальной нагрузкой.

Минус лабораторных исследований в том, что нарастание давления в приборах происходит быстрее, чем в естественной среде. Это дает несколько завышенные показатели.

Основные методы увеличения

1. Уменьшение толщины ГБЦ, БЦ. С привалочной плоскости головки и блока методом фрезеровки либо шлифовки снимается слой металла и уменьшается объем камеры сгорания.
2. Установка поршней с выпуклостями. Цель, как и в предыдущем методе – уменьшение объема камеры сгорания.
3. Увеличение хода поршня за счет установки другого коленчатого вала, шатунов.

Расчет коэффициента сжатия

Ввиду того, что желательно увеличивать степень сжатия до определённого значения, необходимо уметь рассчитывать этот показатель. К тому же это даст возможность избежать детонационных моментов, разрушающих силовой агрегат изнутри в процессе форсирования.

Таким образом, необходимость в измерении этого показателя требуется в таких случаях, как:

• форсировка мотора;
• подгонка под топливо с другим АИ или для метанового топлива с октановым числом 120;
• послеремонтная корректировка.

Кратко о компрессии

Если со степенью сжатия все понятно, то перейдем к термину компрессия. Под этим понятием понимается максимальный уровень давления, который возникает в камере сгорания в момент перед сгоранием топлива. Если степень сжатия это условная величина, то компрессия является абсолютной величиной и измеряется в атмосферах, килограммах на кубический сантиметр (кг/см 2 ).

Компрессия — это давление в цилиндре, степень сжатия — безразмерный параметр, описывающий геометрические характеристики цилиндра.

Между этими двумя понятиями есть тесная связь, но на компрессию влияет не только уровень сжатия, но также герметичность компрессионных колец и клапанов, температура двигателя, температура горения топлива и многое другое. Более подробно о компрессии можно почитать в отдельной статье на нашем сайте.

Как работает двигатель с изменяемой степенью сжатия?

До недавнего времени показатель степени закладывался инженерами на этапе разработки и был фиксированным вне зависимости от режима работы двигателя. Нормальное значение для современных бензиновых моторов варьируется от 8 до 14 единиц, традиционно высокая степень сжатия у дизельных моторов – 18-23.

Ужесточение экологических норм заставляет гениев инженерной мысли искать новые пути увеличения термического КПД. Одно из таких решений – двигатель с изменяемой степенью сжатия. Было разработано несколько вариантов динамического изменения степени:

• дополнительная секция в полости ГБЦ. Открытие секции позволяет увеличить объем камеры сгорания, уменьшая тем самым степень. Система не получила распространения из-за избыточного усложнения конструкции ГБЦ;
• поршни с изменяемой высотой. Конструкция получилась слишком громоздкой, появились проблемы с перекосом поршней и уплотнением ЦПГ;
• регулировка высоты подъема коленчатого вала. Изменение степени сжатия осуществляется за счет специальных эксцентриковых муфт, которые регулируют высоту опорных подшипников коленвала. Технология долгое время тестировалась концерном VAG, но так и не вошла в серию;
• регулировка высоты поднятия ГБЦ. Специальный механизм с электроприводом и шарнирное соединение частей блока двигателя позволяли регулировать степень от 8 до 14 единиц. Разрабатывалась технология инженерами SAAB, но из-за ненадежности резинового кожуха, герметизирующего подвижные части блока, и излишней сложности конструкции также не пошла в серию;

• шатун с изменяемой длиной. Высота шатуна регулировалась специальным реечным механизмом с помощью давления масла. Как и в предыдущих случаях, разработка французских инженерах не была внедрена в массовое производство;

• траверсный механизм сочленения шатуна с коленчатым валом. За счет изменения угла поворота траверсы уменьшается либо увеличивается ход поршня. Разработка инженеров Infiniti используется на двухлитровом моторе VC-T, который сейчас устанавливается на кроссовер QX50. Двигатель развивает максимальную мощность в 268 л.с. и пиковый крутящий момент 380 Нм.

Турбированные моторы

На турбомоторах расчёт коэффициента сжатия отличается. Это объясняется наличием наддува воздуха. Поэтому в этом случае величину, полученную в ходе вычислений, умножают на показатель турбокомпрессора.

Кроме того, при вычислении степени сжатия турбированных моторов учитывается не только давление наддува, но и показатель эффективного сжатия, климатические изменения и многое другое. В данном случае процесс значительно усложняется по сравнению с измерениями на атмосферном двигателе.

Существуют ли ограничения по увеличению степени сжатия в двигателях

Интересно, почему автопроизводители не стараются сделать степень сжатия своих двигателей еще больше? Почему сегодня коэффициент сжатия 14:1 уже считается много? Неужели нельзя сделать двигатель с еще большим коэффициентом сжатия? Ведь в таком случае автомобили получили бы еще больше мощности и одновременно стали бы еще экономичней.

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

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

Также, в принципе, нас не должна так сильно заботить высокая степень сжатия в современных автомобилях, если речь идет, конечно, не о спортивных мощных автомобилях, где каждая лишняя лошадиная сила на вес золота. Сегодня в рамках массового рынка нас больше волнует не мощность, а экономичность обычных повседневных автомобилей. Особенно во времена немалой стоимости топлива, где вопрос экономии топлива напрямую влияет на наши кошельки. Также сегодня более остро стоит вопрос экологии. А мы знаем, что чем менее экономичен автомобиль, тем меньше он загрязняет окружающую среду выхлопными газами. Так что, в принципе, увеличение степени сжатия в современных двигателях необходимо в первую очередь для улучшения экологической обстановки на всей планете. Но для того чтобы этого добиться, нет смысла существенно увеличивать в современных моторах степень сжатия.

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

Цикл Миллера-Аткинсона

Большую известность цикл Миллера-Аткинсона получил благодаря рекламным брошюрам компании Mazda. Маркетологи гордо заявляют, что инженерам удалось поднять степень сжатия двигателей модели Skyactive до 14 единиц. На самом деле речь идет о геометрической степени сжатия, а не о фактической.

Трюк заключается в том, что во время поднятия поршня на такте сжатия выпускные клапаны еще долгое время открытые, из-за чего часть свежего воздушного заряда выталкивается в выхлопной тракт. Поэтому фактическая степень близка к стандартным для бензиновых моторов 12 единицам. Увеличение термического КПД при этом достигается за счет более эффективного использования энергии расширяющихся газов на такте рабочего хода. За счет большего хода (увеличен диаметр кривошипа) газы дольше давят на поршень. Поэтому при сгорании одной и той же доли топлива, в сравнении с обычным циклом Отто, на коленчатый вал передается больший крутящий момент. Технология позволяет в режимах малых и средних нагрузок значительно уменьшить расход топлива и количество вредных выбросов.

Что такое компрессия двигателя в цилиндрах?

А вот теперь нужно упомянуть отдельно компрессию. Дело в том, что степень сжатия – величина конструктивная. На практике то, что таблица степени сжатия указывает какое-то число для двигателя, не означает, что в конкретном экземпляре ДВС сжатие смеси происходит именно во столько раз.

Компрессия – это величина, которая показывает, насколько действительно сжимается топливная смесь в тот момент, когда происходит её воспламенение. Разница компрессии и степени сжатия как раз и состоит в том, что:

• Степень – это математическая величина, отношение двух цифр, компрессия же – физический параметр, измеряемый в атмосферах, килограммах на квадратный сантиметр, барах или паскалях.
• Степень задаётся конструктивно, а компрессия меняется в зависимости от особенностей работы ДВС. Её нельзя вычислить заранее, её можно только измерить напрямую.

Пример подсчета

Вот как выглядит общепринятая расчётная формула для автомобильного ДВС: «ССД = (РО+ОКС)/ОКС». Степень сжатия здесь отмечена как «ССД», рабочий объём цилиндра — «РО», а объём камеры сгорания — «ОКС».

Для расчёта «РО» нужно в первую очередь разложить единый объём двигателя или литраж на количество используемых цилиндров. К примеру, литраж мотора «четвёрки» — 1997 см3. Для определения ёмкости одного цилиндра, надо 1997 разделить на 4. Получится около 499 см3.

Для вычисления параметра «ОКС» специалисты пользуются проградуированной в см3 трубкой или пипеткой. Под камерой подразумевается место, где непосредственно происходит возгорание горючего. Камеру заправляют, а затем измеряют объём с помощью жидкостной бюретки. Если нет градуированной трубочки, можно жидкость выкачать с помощью шприца, а затем измерить в мерной посуде или на весах. В этом случае желательно для расчёта использовать не бензин или солярку, а чистую воду, так как её удельный вес более соотносим к объёму в см3.

Внимание! Для точного измерения «ОКС» дополнительно приплюсовывается объём толщины прокладки ГБЦ, учитывается форма днища поршней и другие особенности. Поэтому расчёт этой величины рекомендуется доверить специалистам.

Степень сжатия и октановое число бензина

Известно, что каждому бензиновому двигателю соответствует определенное октановое число топлива.

Октановое число бензина определяет его детонационную стойкость.

Чем выше степень сжатия и компрессия, тем большим октановым числом должно обладать топливо. Например, низкооктановое топливо вызовет детонацию в двигателе с высоким уровнем сжатия, т.к. воспламенится раньше времени. Если же компрессия и сжатие невысокое, а используется высокооктановое топливо, то двигатель не сможет достичь полной мощности, т.к. топливо с большим октановым числом обычно 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. Следовательно, детали двигателя будут перегреваться, особенно клапаны и возможен их прогар.

Рассмотрим двигатели с разной степенью сжатия и рекомендуемым октановым числом топлива:

Степень сжатия	Октановое число
5,5 – 7	66 – 62
7 – 7,5	72 – 76
7,5 – 8,5	76 – 85
10	92
10,5 – 12,5	95
12 – 14,5	98

Как видно, степень сжатия является важным параметром двигателя. От нее во многом зависит мощность двигателя. Со степенью сжатия также напрямую связано октановое число топлива и другие параметры. Каждому автолюбителю имеет смысл разбираться в этом понятии и иметь представление о его значении.

Математический расчет

Степень сжатия двигателя внутреннего сгорания равняется объему камеры сгорания к рабочему объему цилиндра и рассчитывается по формуле (V + C)/C = CR, где

• V — объем цилиндра, когда поршень находится в нижней мертвой точке (НМТ). Для расчета необходимо сумму объемов всех цилиндров (указывается в технической характеристике ДВС) разделить на количество котлов;
• С — объем камеры сгорания, когда поршень в верхней мертвой точке (ВМТ). Включает в себя объем полости ГБЦ, прокладки ГБЦ и выемок в цилиндре. Если поршень имеет выпуклость, ее объем отнимается от общего объема камеры сгорания.

Вычислить степень сжатия математически довольно непросто из-за сложной геометрической формы камеры сгорания. Поэтому на практике применяются 2 основные методы вычисления.

Видео:Как измерить степень сжатия правильно.

Практический расчет методом проливки

Суть измерения заключается в поочередном заполнении жидкостью площади над поршнем, когда тот находится в верхней мертвой точке, и стенок камеры сгорания ГБЦ. Для измерения нам необходим кусок оргстекла, в котором будут пропилены отверстия для вкручивания болтов ГБЦ и отверстие для заливки жидкости. Между оргстеклом и блоком необходимо установить уже использованную (обжатую) прокладку. Стенки цилиндров для увеличения гидроплотности необходимо смазать густой консистентной смазкой (литиевой либо обычным солидолом).

Притянув оргстекло болтами, заполните образовавшейся объем жидкостью. Объем поместившейся воды будет соответствовать объему надпоршневого пространства. Аналогичный тест проводится и с головкой блока. При этом клапана должны быть притерты, между седлами и тарелками нанесена консистентная смазка. Сумма объема залитых жидкостей и будет объемом камеры сгорания.

Чтобы рассчитать степень сжатия на онлайн-калькуляторе , также будет необходимо измерить величину хода поршня и диаметр цилиндра. Все эти значения помогут вычислить объем двигателя, который изменяется при каждой фрезеровке плоскостей БЦ, ГБЦ, установке поршней иной геометрической формы, расточки цилиндров либо установке других шатунов, коленчатого вала.

Дефорсирование ДВС: для чего нужно и как осуществить

Иногда бывает необходимо уменьшить показатель сжатия. В этом случае устанавливается дополнительная металлическая прокладка ГБЦ. Можно использовать две прокладки вместо одной, тем самым утолщая промежуток — объём камеры растёт за счёт высоты головки блока. Более сложный способ подразумевает укорочение поршня — удаление верхнего слоя на токарном станке.

Дефорсирование двигателя, как правило, процедура вынужденная. В том числе это делается для снижения налоговых выплат или в целях увеличения ресурса агрегата. Как известно, моторы с низкой степенью сжатия дольше работают, меньше подвержены износу. Однако любой такой процесс усложняется законом, чтобы недобросовестные владельцы искусственно не занижали технические данные.

Что касается снижения показателя сжатия на турбированных моторах, то здесь потребуется модернизация системы электрики с датчиками, всей поршневой группы и форсунок, если это дизельный агрегат.

В отдельных случаях дефорсированию предпочитают свап, когда менее мощный контрактный мотор устанавливают вместо штатного.

Можно ли рассчитать степень, измерив компрессию?

Компрессия напрямую зависит не только от понятия степени сжатия двигателя, но и от природы сжимаемого газа и условий в камере сгорания. На практике зависимость этих параметров выливается в формулу Р = Ро*Ɛƴ, где

• Ро – начальное давление в цилиндре, принимаемое за 1;
• Ƴ – адиабатический показатель для воздуха. В двигателе внутреннего сгорания при сжатии часть тепла отдается стенкам цилиндра, камеры сгорания; происходит утечка части газа через неплотности, а воздух перемешан с частичками топлива, поэтому процесс считается недиабетическим. Показатель политропы при этом равняется не эталонным 1.4, а приближенным к фактическим 1.2.

Все это значит, что, измерив компрессию, мы можем вычислить показатель степени сжатия двигателя. К примеру, при компрессии 15,8 степень сжатия будет близка к 10 единицам. Чтобы уменьшить погрешность, нужно соблюсти все правила измерения компрессии:

Почему пропала нормальная компрессия?

Непосредственное измерение компрессии на двигателе может показать, что реальная величина значительно отличается от той, которая указана в документах или должна быть согласно расчётам. Тому есть несколько причин.

• Высокие температуры в работающем двигателе (где, вообще-то, в каждом цикле происходит взрыв бензиново-воздушной смеси!) заставляют расширяться все детали – в том числе и поршень. Чтобы в результате мотор не заклинил на первых же минутах работы, конструкторы предусматривают определённые зазоры между поршнем и стенками цилиндра. Но в эти зазоры во время такта сжатия ускользает и бесполезно теряется часть смеси. Именно поэтому даже в совершенно новом холодном ДВС давление несколько ниже, чем можно было бы ожидать исходя из того, какая степень сжатия в цилиндре предусмотрена разработчиками. Разница исчезает, когда двигатель прогревается, а зазоры из-за теплового расширения уменьшаются.
• Износилась поршневая группа. Например, возникли задиры на поверхностях, через которые теряется часть смеси.
• Неправильно стоят поршневые кольца – они не прилегают к поверхностям так, как это положено.
• Нарушено прилегание клапанов.
• Неверная регулировка ГРМ. В этом случае клапана открываются или закрываются не вовремя – и давление теряется.
• Возникла трещина в ГБЦ.

Возможны так же иные причины. В любом случае, снижение компрессии на горячем ДВС означает, что с мотором что-то серьёзно не так, и он нуждается как минимум в регулировании, как максимум – в замене.

Какая должна быть максимальная компрессия с учётом октанового числа топлива?

Тот факт, что компрессия измеряется с помощью приборов, не означает, что не существует никаких норм на этот счёт. Каждый производитель двигателей рассчитывает их на определённую величину сжатия, которому должна подвергаться топливная смесь во время работы ДВС.

Обычно для расчётов используется формула:

Где К – это компрессия, СС – размер степени сжатия, а X – конкретный коэффициент, зависящий от устройства ДВС. К примеру, для бензиновых моторов с искровым зажиганием он равен обычно 1,2 – 1,3. Но при этом нужно учитывать ещё и особенности конкретной модели.

Соответственно в норме для современных бензиновых ДВС компрессия должна составлять где-то от 10,5 до 16 кг/кв. см. При этом действует правило: чем выше степень сжатия (и, соответственно, компрессия) – тем большим быть должно октановое число у топлива. Старые модели ДВС, где СС составляет лишь 7 – 8 единиц, могут работать на А-76, но новые моторы в основном рассчитаны на «девяносто пятый» или даже «девяносто восьмой» бензин.

Это правило не применяется в отношении дизелей. Дело в том, что их принцип работы другой: не воспламенение смеси от искры, а самовозгорание в предварительно сжатом в цилиндре воздухе. Поэтому там действуют другие коэффициенты, и в норме для дизеля СС должна составлять от 20 до 32 кг/кв. см. В том же случае, если двигатель рассчитан на эксплуатацию в экстремальном холоде, значение этого параметра может достигать и 40 кг/кв. см.

Как проверить компрессию на горячем и холодном двигателе: способ измерения, используемый прибор

Поскольку компрессия зависит от множества факторов, её необходимо измерять для каждого конкретного двигателя.

Есть два способа произвести замер – с помощью специального прибора (компрессометра) и без него.

Замер компрессометром

В том случае, если в наличии есть компрессометр, алгоритм измерения выглядит следующим образом:

1. Машина заводится, двигатель прогревается до рабочей температуры.
2. Удаляются свечи. Это обязательное условие. Без него погрешность будет слишком велика.
3. В отверстие вставляется наконечник компрессометра (нужно заранее озаботиться тем, чтобы он подходил по диаметру и резьбе).
4. Включается стартер. Двигатель крутится, пока стрелка прибора не прекратит двигаться вверх. Нужно заранее позаботиться о том, чтобы аккумулятор был заряжен полностью.
5. Считываются данные.
6. Процедура повторяется на следующем цилиндре.

Такой способ годится лишь для горячего двигателя – но зато он наиболее точен. На холодном же моторе компрессометр покажет позавчерашнюю погоду в Занзибаре, а не реальные данные.

Бесприборное измерение

Это очень неточный способ, к тому же годящийся лишь для опытных водителей и автомехаников. Тем не менее, если под рукой нет компрессометра, можно воспользоваться им.

В этом случае действовать нужно так:

1. Вывертываются все свечи, кроме находящейся в первом цилиндре.
2. Коленвал проворачивается, пока в первом цилинре не произойдёт сжатие (определить это можно с помощью меток).
3. Вворачивается свеча во второй цилиндр, коленвал снова проворачивается.
4. Цикл повторяется, пока не закончатся цилиндры.

В этом случае нельзя узнать точные данные – но можно определить, в каком из цилиндров упала компрессия. Там, где она слишком низка, усилие, прилагаемое для проворота коленвала, будет ниже.

Этот метод требует опыта и хорошего мышечного чувства. Однако его достоинство в том, что он может использоваться даже на холодном двигателе.