Ступінь стиску двигуна внутрішнього згоряння

Ступінь стиску двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ) (англ. compression ratio) — відношення об'єму робочого тіла на початку стиску, коли поршень перебуває у нижній мертвій точці (НМТ) в циліндрі двигуна до об'єму його в кінці стиску, коли поршень перебуває у верхній мертвій точці (ВМТ).

${\displaystyle {\mbox{CR}}={\frac {{\tfrac {\pi }{4}}b^{2}s+V_{c}}{V_{c}}}}$,

де: ${\displaystyle b\;}$ — діаметр циліндра;

${\displaystyle s\;}$ — хід поршня;

${\displaystyle V_{c}\;}$ — об'єм камери згоряння, тобто, об'єм, що займає паливо-повітряна суміш у кінці такту стиснення, безпосередньо перед запалюванням.

У дизельних двигунах ступінь стиску становить 12…22, у двигунах з примусовим запалюванням — 6…10. Підвищення ступеня стиску супроводжується збільшенням потужності та ККД двигуна як теплової машини, але до певної межі, що пов'язане з погіршенням робочого процесу двигуна, надмірним зростанням навантаження на деталі циліндро-поршневої групи і кривошипно-шатунного механізму або з виникненням детонації.

Ступінь стиску (${\displaystyle \varepsilon }$) є величиною безрозмірнісною. А пов'язана з ним інша величина, що носить назву «компресія» характеризує рівень зростання тиску робочого тіла, визначену в умовах роботи двигуна на такті стиску. Компресія, крім ступеня стиску, залежить від природи газу, що стискається та умов перебігу стискання. За адіабатичного стискання повітря залежність тиску в кінці стискання визначається за формулою:

${\displaystyle p=p_{0}\cdot \varepsilon ^{\gamma },}$

де γ — 1,4 — показник адіабати для двоатомних газів (у тому числі повітря);

p₀ — початковий тиск, зазвичай приймається рівним 1 атм.

Через відхилення від адіабатичності при стисканні у ДВЗ від теплообміну зі стінками, втрат через негерметичність, наявності пального стиснення робочого тіла вважають політропним з показником політропи n = 1,2.

При ${\displaystyle \varepsilon =10}$ компресія у найкращому випадку буде становити 10^1,2 = 15,85 атм.

Детонація у двигуні з примусовим запалюванням  — ізохорний самоприскорюваний процес переходу горіння паливо-повітряної суміші у детонаційний вибух без виконання роботи з переходом енергії згоряння у зростання температури і тиску газів. Фронт полум'я поширюється зі швидкістю вибуху, тобто перевищує швидкість поширення звуку у даному середовищі і приводить до сильних ударних навантажень на деталі циліндро-поршневої та кривошипно-шатунної груп, що викликає посилене зношування цих деталей. Висока температура приводить до прогорання днищ поршнів та підгорання клапанів.

Поняття «ступінь стиску» не слід плутати з поняттям «компресія», яке означає максимальний тиск, що створюється в циліндрі при русі поршня від НМТ до ВМТ (приклад вказання параметрів: ступінь стиску — 10:1, компресія — 14 атм).

Див. також

• Октанове число
• Цетанове число
• Тепловий двигун

Джерела

• Абрамчук Ф. І., Гутаревич Ю. Ф., Долганов К. Є., Тимченко І. І. Автомобільні двигуни: Підручник. — К.: Арістей, 2006. — 476 с. —
• Кисликов В. Ф., Лущик В. В. Будова й експлуатація автомобілів: Підручник. — 6-те вид. — К.: Либідь, 2006. — 400 с. — .
• Сирота В. І. Основи конструкції автомобілів. Навчальний посібник для вузів. К.: Арістей, 2005. — 280 с. —
• Боровських Ю. І., Буральов Ю. В., Морозов К. А. Будова автомобілів: навчальний посібник / Ю. І. Боровських, Ю. В. Буральов, К. А. Морозов. — К.: Вища школа, 1991. — 304 с. —
• Garret W. Balich, Conrad R.Aschenbach The gasoline 4-stroke engune for automoboles [ 8 травня 2014 у Wayback Machine.] University of Notre Dame, 2004. — 156 p.