Таблица степени сжатия: Октановое число и степень сжатия. Плюс подробная таблица и видео

Содержание

Степень сжатия и октановое число бензина. Таблица

Автомобильное топливо — легкокипящая углеводородная фракция (33–205°C) прямой нефтеперегонки. Ключевые параметры бензина — степень сжатия и октановое число. Современные автомобильные бензины маркируются обозначениями «АИ» и цифровыми индексами 80–98. В зависимости от конкретного типа двигателя используется бензин определённой марки. Разберём основные характеристики автомобильного жидкого топлива подробнее.

Степень сжатия — устойчивость к самовоспламенению

Физическое отношение суммарного объёма цилиндра в момент нахождения поршня в мёртвой точке к рабочему объёму камеры внутреннего сгорания характеризуется степенью сжатия (СЖ). Показатель описывается безразмерной величиной. Для бензиновых приводов она составляет 8–12, для дизельных — 14–18. Увеличение параметра повышает мощность, КПД мотора, а также снижает расход топлива. Однако высокие значения СЖ повышают риск самовоспламенения горючей смеси при высоком давлении. По этой причине бензин с большим показателем СЖ также должен обладать высокой детонационной стойкостью — октановым числом (ОЧ).

Октановое число — детонационная стойкость

Преждевременное сгорание бензина сопровождается характерным стуком, вызванным детонационными волнами внутри цилиндра. Подобный эффект обусловлен низким сопротивлением жидкого горючего к самовоспламенению в момент компрессии. Детонационная стойкость характеризуется октановым числом, а в качестве эталона выбрана смесь из н-гептана и изооктана. Товарные марки бензина имеют показатель ОЧ в районе 70–98, что соответствует процентному содержанию изооктана в смеси. Для повышения этого параметра в смесь вводят специальные октан-корректирующие присадки — сложные эфиры, спирты и реже этилаты тяжёлых металлов. Существует взаимосвязь между степенью сжатия и маркой бензина:

  • В случае СЖ меньше 10 используют АИ-92.
  • При СЖ 10–12 необходим АИ-95.
  • Если СЖ равен 12–14 — АИ-98.
  • При СЖ равном 14 понадобится АИ-98.

Для стандартного карбюраторного двигателя СЖ равен приблизительно 11,1. В таком случае оптимальный показатель ОЧ равен 95. Однако в некоторых гоночных типах авто используются метанол. СЖ в подобном примере достигает 15, а ОЧ варьируется от 109 до 140.

Использование низкооктанового бензина

В автомобильной инструкции указан тип двигателя и рекомендуемое горючее. Использование горючей смеси с низким ОЧ приводит к преждевременному выгоранию горючего и иногда разрушению конструкционных элементов мотора.

Важно также понимать, какая система подачи топлива применяется. Для механического (карбюраторного) типа соблюдение требований по ОЧ и СЖ обязательно. В случае автоматической, или инжекторной системы топливно-воздушная смесь корректируется электроникой. Бензиновая смесь насыщается либо обедняется до необходимых значений ОЧ, а двигатель работает нормально.

Высокое октановое число топлива

АИ-92, а также АИ-95 — наиболее применяемые марки. Если в бак залить, к примеру, 95-ый вместо рекомендуемого 92-го, серьёзных поломок не будет. Возрастёт лишь мощность в пределах 2–3%. Если же заправить авто 92-ым вместо 95-го или 98-го, то увеличится расход топлива, а мощность снизится. Современные автомобили с электронным впрыском контролируют подачу горючей смеси и кислорода и тем самым защищают двигатель от нежелательных эффектов.

Таблица зависимости степени сжатия и октанового числа

Детонационная стойкость автомобильного горючего имеет прямую взаимосвязь со степенью сжатия, которая представлена в таблице ниже.

ОЧСЖ
726,8–7,0
767,2–7,5
808,0–9,0
919,0
929,1–9,2
939,3
9510,5–12
9812–14
100 Более 14

Заключение

Автомобильные бензины характеризуются двумя основными характеристиками — детонационной стойкостью и степенью сжатия. Чем выше СЖ, тем больше требуется ОЧ. Использование горючего с меньшим либо большим значением детонационной стойкости в современных авто не навредит двигателю, но повлияет на мощность и расход топлива.

Степень сжатия и октановое число бензина: как связаны между собой | OilResurs.ru

Рассматривая связь октанового числа бензина и степени сжатия, нужно сказать, что это одни из ключевых параметров, учитываемых при выборе конкретной марки топлива. В первую очередь необходимо брать в расчет рекомендации производителя. Их можно найти в инструкции к автомобилю или на лючке заправочной горловины бензобака. Чтобы лучше понимать, почему отдается предпочтение той или иной марке бензина, стоит разобраться с вопросом степени сжатия и тем, как она связана с октановым числом.

Понятие «степень сжатия»

Под степенью сжатия (СЖ) двигателя понимают безмерную геометрическую величину, которая представляет собой отношение общего объема цилиндра к объему камеры сгорания, т. е. пространства над поршнем при его положении в нижней (НМТ) и верхней (ВМТ) мертвой точке соответственно.

Для бензиновых двигателей показатель СЖ в среднем составляет 8-14,5. Степень сжатия определяет термический КПД, т. е. отражает, насколько эффективно расходуется заправленное топливо. К примеру, для стандартного мотора ВАЗ повышение СЖ с 9,8 до 11 прирост КПД составляет около 4%. Но нужно учитывать, что увеличение степени сжатия сопряжено с некоторым риском. Именно здесь необходимо изучить суть октанового числа бензина.

Как связаны степень сжатия и тип бензина

Существует прямая зависимость степени сжатия и октанового числа бензина, поскольку во многом она связана с устойчивостью топлива к самовоспламенению. С увеличением СЖ улучшает КПД, но в то же время приводит к самовоспламенению. Чем выше СЖ, тем более горячим будет воздух в конце такта сжатия. Этим объясняется увеличение риска детонации при повышении степени сжатия, возникающей при слишком высоком пиковом давлении. Ударная детонационная волна разрушительно влияет на поршни, стенки камеры и цилиндры.

Интересно: для повышения СЖ устанавливают поршни с выпуклостями, увеличивают ход поршня или уменьшают толщину головки блока цилиндра.

По этой причине при повышении СЖ должно увеличиваться и ОЧ. Это помогает избежать детонации – взрывного воспламенения рабочей смеси в цилиндрах. Октановое число (ОЧ) характеризует детонационную стойкость бензина. Значение, варьирующееся в пределах 70-100, показывает процентное содержание изооктана в смеси. Октановое число определяется в сравнении с эталоном – смесью из н-гептана и изооктана. Чтобы повысить ОЧ в состав топлива вводят октан-корректирующие присадки.

Для автомобилистов важен вопрос, при какой степени сжатия какой бензин использовать. Здесь есть следующая взаимосвязь:

  • до 10,5 – АИ-92;
  • от 10 до 12,5 – не ниже АИ-95;
  • более 12,5 – не ниже АИ-98.

В таблице представлены степени сжатия и октанового числа бензинов других типов, включая АИ-76, АИ-80 и АИ-100.

Нюансы выбора бензина по степени сжатия

Использование бензина, не соответствующего степени сжатия, может сказываться на работе двигателя. К примеру, применяя при СЖ не АИ-95, а АИ-92, можно столкнуться с падением мощности и ростом расхода топлива.

Выбирая, какой бензин лить в зависимости от степени сжатия, стоит учитывать даже сезон. Так, ДВС с величиной СЖ около 10 выступает пограничным между АИ-92 и АИ-95, поэтому летом рационально использовать АИ-95, а зимой АИ-92. Такая возможность обеспечена тем, что стойкость топлива к детонации зимой чуть выше, чем летом. В результате октановое число заливаемого бензина может быть понижено на 3 единицы. Это достигается за счет низкой температуры впускного воздуха и более низкой температуры ДВС, а также более холодной горючей смеси.

Соответствие требованиям по СЖ и октановому числу особенно важно для карбюраторной системы подачи топлива. При инжекторной топливовоздушную смесь корректирует электроника. Ее доводят до нужного значения октанового числа, чтобы ДВС работал в нормальном режиме.

В заключение

Даже заправляя бензин нужной марки, можно столкнуться с тем, что детонация периодически будет «проскакивать». Самой распространенной причиной здесь выступает некачественный бензин. Кроме несоответствия заявленному октановому числу, он может нести в себе тяжелые загрязнения и углеводороды, которые будут копиться и сказываться на работе двигателя. В отношении использования топлива с большей или меньшей СЖ нет строгих ограничений, поскольку это не вредит ДВС. Нужно учитывать лишь тот факт, что это повлияет на мощность и расход бензина.

==============================================================

Группа компаний «Ойл Ресурс Групп»

Оптовая торговля нефтепродуктами с доставкой по всей России.

☎ Телефон: 8 (800) 600-29-44

🌐 Наш сайт: oilresurs.ru

Бот в Telegram: https://teleg.run/oilresursbot

Степень сжатия и октановое число бензина. Таблица


Автомобильное топливо — легкокипящая углеводородная фракция (33–205°C) прямой нефтеперегонки. Ключевые параметры бензина — степень сжатия и октановое число. Современные автомобильные бензины маркируются обозначениями «АИ» и цифровыми индексами 80–98. В зависимости от конкретного типа двигателя используется бензин определённой марки. Разберём основные характеристики автомобильного жидкого топлива подробнее.

Степень сжатия — устойчивость к самовоспламенению

Физическое отношение суммарного объёма цилиндра в момент нахождения поршня в мёртвой точке к рабочему объёму камеры внутреннего сгорания характеризуется степенью сжатия (СЖ). Показатель описывается безразмерной величиной. Для бензиновых приводов она составляет 8–12, для дизельных — 14–18. Увеличение параметра повышает мощность, КПД мотора, а также снижает расход топлива. Однако высокие значения СЖ повышают риск самовоспламенения горючей смеси при высоком давлении. По этой причине бензин с большим показателем СЖ также должен обладать высокой детонационной стойкостью — октановым числом (ОЧ).

Можно ли заливать топливо с более низким ОЧ?

Продолжаем изучать зависимость октанового числа от степени сжатия. Возьмем такой пример. У нас имеется автомобиль, в который завод-производитель рекомендует заливать 95-й бензин. Что будет, если использовать топливо А-92? В таком случае возникает большая вероятность детонации. Что это такое? Это процесс взрывного воспламенения топлива в камере сгорания двигателя. при детонации, пламя может распространяться со скоростью до 2 тысяч м/с (норма – не более 45). Ударная волна негативно влияет на все части двигателя, с которыми она соприкасается. Это головка блока цилиндров, впускные и выпускные клапана, а также кривошипно-шатунный механизм.

Смесь при детонации воспламеняется задолго до того момента, как поршень дошел до верхней мертвой точки. Ввиду этого, поршень испытывает колоссальные нагрузки. Также отметим, что смесь будет возгораться не от свечи, а от давления, как на дизельном моторе. При такой работе ресурс двигателя сокращается в десятки раз. Поэтому так важно знать, какой у автомобиля степень сжатия, и октановое число бензина, что рекомендует использовать производитель.

На современных двигателях есть датчики детонации. Они в случае использования низкооктанового топлива корректируют угол зажигания. Таким образом, риск детонации снижается в несколько раз. Однако намеренно использовать 92-й бензин там, где прописан 95-й, не рекомендуется.

Октановое число — детонационная стойкость

Преждевременное сгорание бензина сопровождается характерным стуком, вызванным детонационными волнами внутри цилиндра. Подобный эффект обусловлен низким сопротивлением жидкого горючего к самовоспламенению в момент компрессии. Детонационная стойкость характеризуется октановым числом, а в качестве эталона выбрана смесь из н-гептана и изооктана. Товарные марки бензина имеют показатель ОЧ в районе 70–98, что соответствует процентному содержанию изооктана в смеси. Для повышения этого параметра в смесь вводят специальные октан-корректирующие присадки — сложные эфиры, спирты и реже этилаты тяжёлых металлов. Существует взаимосвязь между степенью сжатия и маркой бензина:

  • В случае СЖ меньше 10 используют АИ-92.
  • При СЖ 10–12 необходим АИ-95.
  • Если СЖ равен 12–14 — АИ-98.
  • При СЖ равном 14 понадобится АИ-98.

Для стандартного карбюраторного двигателя СЖ равен приблизительно 11,1. В таком случае оптимальный показатель ОЧ равен 95. Однако в некоторых гоночных типах авто используются метанол. СЖ в подобном примере достигает 15, а ОЧ варьируется от 109 до 140.

Про горение бензина

Хочется немного пояснить, как горит бензин различного октанового числа, это нам нужно для понимания мощности и небольшой экономии.

  • 76 (80) бензин – горит быстро и не долго, я бы даже сказал взрывообразно. Быстро вспыхнул и быстро потух.
  • 92-й – воспламенение не такое взрывообразное, а постепенное, то есть пламя распространяется намного «мягче», также горение происходит немного дольше.
  • 95-98 – становится понятно, что чем выше «октан», тем распространение пламени в бензине более мягче (если так можно сказать), равномернее что-ли. ДА и горит это топливо дольше.

Поэтому работоспособность на высокооктановых типах, кажется мягче и мотор работает тише. НЕ КАЖЕТСЯ, по сути так оно и есть.

Использование низкооктанового бензина

В автомобильной инструкции указан тип двигателя и рекомендуемое горючее. Использование горючей смеси с низким ОЧ приводит к преждевременному выгоранию горючего и иногда разрушению конструкционных элементов мотора.

Важно также понимать, какая система подачи топлива применяется. Для механического (карбюраторного) типа соблюдение требований по ОЧ и СЖ обязательно. В случае автоматической, или инжекторной системы топливно-воздушная смесь корректируется электроникой. Бензиновая смесь насыщается либо обедняется до необходимых значений ОЧ, а двигатель работает нормально.

Новое в блогах

Здравствуйте все!

Совсем недавно столкнулся с вопиющей безграмотностью некоторых граждан. Поковырявшись на просторах интернета был просто шокирован количеством фантазеров в автомире!!! Думаю назрел вопрос раз и навсегда расставить точки над Ё и рассказать о том, что степень сжатия двигателя и октановое число заправляемого бензина это две, абсолютно НЕ взаимосвязанные вещи! Начнем с азов и понятий: Детонация — горение топливных паров, выходящее за рамки штатного, когда происходит лавинообразное нарастание скорости воспламенение молекул углеводорода. При этом скорость распространения фронта горения составляет 1-1,5 км/сек, когда обычное горение паров в цилиндре, колеблется в пределах 15-60 м/сек Температура самовоспламенения паров топлива — минимальная температура, при которой происходит самовоспламенение ( возгорание) паров топлива и проходит в штатном режиме Для автомобильных бензинов она составляет от 20 до 45°С Степень сжатия двигателя— отношение объема камеры сгорания к рабочему объёму цилиндра. Колеблется от 8 до 14. Октановое число— один из важнейших показателей характеристик топлива, показывающий насколько топливо способно противостоять эффекту детонации. Впервые было предложено Г.Рикардо, создавшим двигатель с переменной ( по объему) камерой сгорания и предложившей шкалу антидетонационной стойкости топлива Если говорить по простому, опуская методы его определения, то смысл заключается в следующем. Было взято два химических вещества. Одно — Изооктан который чрезвычайно плохо детонирует и имеет по шкале Рикардо детонационную стойкость равную 100 Второе — Н-Гептан которое детонирует при малейшем воздействии и имеет детонационную стойкость равной 0 (нулю). Вот октановое число исследуемого образца это и есть детонационная стойкость эталонной смеси изооктана и Н- гептана в % соотношении (по массе) друг к другу. То есть бензин с ОЧ 92, имеет способность противостоять «взрывному» ( нештатному) горению ( детонации) как и эталонная смесь, состоящая из 92% изооктана и 18% н-гептана. Аи 95 соответственно эквивалентен смеси 95% изооктана и 15% н-гептана. Теперь главное, в чём заключается самая важная ошибка тех, кто заявляет о необходимости использования бензинов с большей детонационной стойкостью ( ОЧ) при увеличении степени сжатия! Вернемся к понятию детонации ( «взрывного» горения)

Скажите уважаемые, обычной толовой шашкой ( динамитом) можно топить печку?!

Отвечаю-МОЖНО! Если же мы используем детонатор, то категорически это пробовать не рекомендую! )))) Если мы поджигаем порох, он горит или сразу детонирует?! Правильно, он горит, а детонировать он будет только при ударе ( резком повышении давления вызывающим детонационную волну!) Отсюда можно сделать элементарнейший вывод. Для детонации необходимо возникновение фронта ударной ( детонационной) волны, вызывающей самовоспламенение вещества ( в нашем случае топливо-воздушной смеси) Если быть более точным, то «детонация» это вообще не «взрыв» в прямом понимании, как бы эти жертвы ЕГЭ не изгалялись доказывая недоказуемое!! Взрыв — это процесс, в котором за короткое время, в ограниченном объёме, выделяется большое количество энергии и образуются газообразные продукты взрыва, способные совершить значительную механическую работу или вызвать разрушения в месте взрыва. Взрыв может иметь место и при воспламенении и быстром сгорании газовых смесей или взрывчатых веществ в ограниченном пространстве, хотя при этом детонационная волна не образуется. Так, быстрое (взрывное) сгорание пороха в стволе артиллерийского орудия в процессе выстрела не является детонацией!!! Стук, возникающий в двигателях внутреннего сгорания, ошибочно или умышленно называют детонацией (англ. knock), однако это не детонация в строгом смысле этого слова.

Теперь особое внимание !!!

Стук вызывается преждевременным (!!!!) самовоспламенением топливовоздушной смеси с

последующим быстрым её сгоранием, в режиме штатного горения, но без образования ударных волн.

Ударные волны, в работающем двигателе, возникают крайне редко и только при нарушении условий

эксплуатации, например из-за выхода из строя датчика автоматического управления Углом Опережения Зажигания ( УОЗ).

Зачем нужен этот УОЗ объясню ниже Дело в том что ОЧ топлива ( та что указана в паспорте качества на продукт или нарисована на колонке АЗС) указывается для средне-нагруженной работы двигателя, т.е обычная езда по городу. Поэтому, даже залив в двигатель рекомендуемый производителем бензин, с определенной детонационной стойкостью, мы запросто можем получить «детонационный» стук, при резком изменении режима его работы ( нагрузки), т.е резко увеличив подачу топлива, топливо-воздушная смесь, воспламененная в штатном режиме, сгорает не полностью, и её остатки, в наиболее удаленной от свечи зажигания, части камеры сгорания самовоспламеняются, ( см. определение самовоспламенения паров) или пустив двигатель «накатом», увеличив скорость вращения коленвала. При этом степень сжатия двигателя остается величиной постоянной, а стук появляется!!! Мало того эти знатоки почему-то «забывают», что детонация паров топлива, в самую первую очередь зависит от формы камеры сгорания, от системы охлаждения и от скорости сжатия ТВС в цилиндре! Просто нужно уяснить для себя следующее. Самым «горячим» местом в КС является участок возле выпускного клапана, электрод свечи зажигания ( «холодные» и «горячие» свечи) и технологические выемки меньшего объёма( относительно основной камеры сгорания), предназначенные для улучшения перемешивания топливно-воздушной смеси, крайне необходимого для увеличения её полноты сгорания. Понимаю, что легче всего свалить собственную безалаберность, на «некачественное» топливо и вместо устранения основных причин возникновения детонации давать заумные рекомендации типа «степень сжатия 8-бензин с ОЧ не ниже 92 иначе детонация! степень сжатия 11-бензин с ОЧ не ниже 95 иначе детонация! степень сжатия 14-бензин с ОЧ не ниже 98» и если в двигатель с СС равной 11 залить низкооктановый бензин с ОЧ равной 80, то мы обязательно получим детонацию!

Так и хочется им ответить-вот корнем лопуха вам по всей физиономии!!!

Детонация возникает ВСЕГДА, при изменении режима нагрузки двигателя, даже при применении штатного ( рекомендованного) ОЧ топлива, просто при её возникновении автоматика меняет угол опережения зажигания и всё!!!

Диапазон применения топлив, с различным ОЧ ( детонационной стойкостью) зависит ТОЛЬКО от конструктивных особенностей автомобиля, двигателя и работы его автоматики, призванной регулировать временной диапазон зажигания (УОЗ)!!!

Поясняю для непонятливых

1.Если мы возьмем два двигателя, с одинаковой степенью сжатия, но разной по форме камерой сгорания, то в одном мы получим детонационный стук, а в другом нет и это при применении бензина с одинаковым ОЧ! 2.Если мы возьмем два абсолютно одинаковых по СС двигателя, но на один установим «горячие» свечи, а на другой «холодные», то на одном будет стук, а на другом нет!!! 3.Если мы возьмем два абсолютно идентичных по СС двигателя, с одинаковой автоматикой, но разной по производительности помпой и размером радиатора, то мы получим тот же самый эффект при применении абсолютно идентичного бензина, с рекомендованной производителем ОЧ и налитым с одной канистры!!! 4. Если же мы нальем бензин с более низким ОЧ в двигатель с высокой СС, но у которого диапазон регулировки УОЗ позволит нам поджигать его раньше, система охлаждения позволит более эффективно отводить тепло от стенок цилиндра, тем самым снижая температуру самовоспламенения его паров, у которого стоят «холодные» свечи и у которого обычная камера сгорания, без конструктивных закидонов, то вы не заметите НИКАКИХ изменений кроме чуть-чуть увеличившегося расхода топлива связанного ТОЛЬКО с чистотой топлива и полнотой его сгорания!

Тот же самый эффект будет присутствовать при заправке топливом с более высоким ОЧ в автомобиль с более низкой СС.

Газельки с двигателем ЗМЗ 402, имеющим степень сжатия 8-9, великолепно бегают на газу имеющим ОЧ равным 100, а двигателю ВАЗ 2105, абсолютно фиолетово вообще на каком бензине ездить! Он с одинаковым удовольствием жрёт и 80 и 95

* Если мы получаем эффект детонации, на одном и том же автомобиле, с двигателем имеющим постоянную степень сжатия,заправленным рекомендуемым производителем топливом, но резко изменяющим режим работы ( нагрузки), то это не ОЧ и качество топлива виновато! *.Если мы берем два разных по конструкции автомобиля, с двигателями одинаковой СС и заправленных рекомендуемым производителем топливом, но на одном мы получаем стук, а на другом нет, то это опять не топливо виновато! 3.Если двигатель автомобиля, великолепно работает на бензине с более низким ОЧ, чем рекомендуют , относительно его степени сжатия, то это опять не топливо виновато! Отсюда можно сделать довольно многозначительный вывод, выходящий за рамки сложившегося

стереотипа

ОКТАНОВОЕ ЧИСЛО ПРИМЕНЯЕМОГО БЕНЗИНА, НИКАК НЕ СВЯЗАНО СО СТЕПЕНЬЮ СЖАТИЯ

ДВИГАТЕЛЯ И ЗАВИСИТ ТОЛЬКО ОТ ЕГО КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ И ДИАПАЗОНА

РЕГУЛИРОВОК ЕГО АВТОМАТИКИ !!!

P.S Специально для мастеров автосервиса поясняю ещё некоторые моменты.

Рост температуры газа прямо пропорционален не только давлению, но и скорости его нарастания!!!

Если мы будем сжимать пары бензина, с более низким ОЧ, чем это рекомендовано производителем, до расчетной степени сжатия двигателя, но постепенно, то ни о каком «вспыхивании до ВМТ поршня»

даже речи идти не может!!!

Таблица зависимости степени сжатия и октанового числа

Детонационная стойкость автомобильного горючего имеет прямую взаимосвязь со степенью сжатия, которая представлена в таблице ниже.

ОЧСЖ
726,8–7,0
767,2–7,5
808,0–9,0
919,0
929,1–9,2
939,3
9510,5–12
9812–14
100Более 14

Для чего бывает нужно изменить коэффициент сжатия

Необходимость изменения этого параметра ДВС возникает довольно редко. Можно перечислить всего несколько причин, побуждающих сделать такое.

  • Форсирование двигателя.
  • Желание приспособить мотор для работы на бензине с другим октановым числом. Было время, когда газовое оборудование для авто не встречалось в продаже. Не было и газа на заправках. Поэтому советские автовладельцы часто переделывали двигатели для работы на более дешевом низкооктановом бензине.
  • Неудачный ремонт мотора, для ликвидации последствий которого требуется корректировка коэффициента сжатия. К примеру, фрезеровка головки блока после слишком сильной тепловой деформации. Когда выровнять сопрягаемую с блоком цилиндров поверхность удается ценой снятия слоя металла чрезмерно большой толщины. От этого значение коэффициента увеличивается столь сильно, что работа на бензине, для которого был рассчитан мотор, становится невозможной.

Что такое 92, 95?

Что значат данные цифры? Они обозначают октановое число топлива. Значение, описывает детонационную устойчивость топлива, т.е. возможность горючего сопротивляться самовоспламенению во время сжатия. Таким образом, при высоком октановом числе, вероятность самовоспламенения при сжатии сокращается.

При производстве топлива, октановое число, самое чистое, выходит в районе 80-85. Чтобы вывести его на необходимый уровень, размешивают с различными присадками.

Боитесь, что обманут в автосервисе? Кликните на любой из мессенджеров ниже,чтобы узнать 5 простых способов как избежать обмана

Степень сжатия и компрессия таблица

Многие путают или сравнивают «степень сжатия» и «компрессию» – это совсем разные понятия!

И так по порядку:

1. Степень сжатия двигателя – это соотношение общего объема одного цилиндра двигателя к объему камеры сгорания этого же цилиндра. Измеряется в килограммах на квадратный сантиметр.

2.Компрессия — это максимальное давление воздуха в камере сгорания в конце такта сжатия.

Начнем со степени сжатия — что же это такое?

Итак, соотношение общего объема цилиндра – означает общая вместимость цилиндра в нижней мертвой точке поршня (НМТ) (когда поршень находится внизу). В поршень подается воздушно-топливная смесь (когда поршень внизу) и полностью заполняет цилиндр. Для примера, двигатель N объемом 1500 куб.см, если разделить на 4 поршня получается – 1500/4=375 куб.см. Так вот это объем одного цилиндра.
Получаем НМТ = 375

Объем камеры сгорания – это уже не общий объем, а объем камеры сгорания, когда поршень в цилиндре находится в верхней точке (ВМТ), в этом положении он максимально сжимает топливо (простыми словами поршень находится вверху). А этот объем уже намного меньше общего объема цилиндра, например у того же двигателя N объем камеры сгорания равен всего 37 куб.см

Получаем ВМТ = 37

И для того, чтобы вычислить степень сжатия двигателя – делим общий объем поршня НМТ (для двигателя N – 375 куб.см), на объем камеры сгорания ВМТ (для двигателя N – 37 куб.см), выходит ( по формуле ε = v1/v2, где ε степень сжатия, а v1 и v2 соответственно НМТ и ВМТ ) 375/37 = 10,13 кг/см2, ε = 10 ( рис. 12.2. )

Стоит также отметить, что степень сжатия двигателя является постоянной величиной, в отличии от компрессии.

Со степенью сжатия разобрались, но тогда что такое компрессия?

Компрессия – это максимальное давление в цилиндре, возникающее в самом конце такта сжатия. Величина этого давления может измеряться в различных единицах, но наибольшее распространение получило измерение в атмосферах.Напоминаю, что компрессия не является постоянной величиной и изменяется в меньшую сторону по мере его износа.
Величина этого давления, в конце такта, для каждой модели двигателя индивидуальна и зависит от его объема

Рассчитываем компрессию
компрессия — зависит от степени сжатия
рассчитываем компрессию
компрессия = ε*n
где n = 1,2-1,3 ( для четырехтактных двигателей, бензин )

Теперь рассчитываем компрессию для нашего двигателя N

компрессия = ε*n
10 * 1.2 = 12 при n равной 1.2, 10 * 1.3 = 13 при n равной 1.3

И так мы получаем что для нашего двигателя N, компрессия должна быть

В итоге мы получаем двигатель N со степенью сжатия равной 10 кг/см2 и компрессией от 12 до 13 кг/см2.

Как мы выяснили, степень сжатия и компрессия — это совсем два разных понятия и их не стоит путать.
И если у вашего двигателя компрессия ниже от тех значений которые должны быть, стоит задуматься о его ремонте.

Двигатель внутреннего сгорания достаточно сложное устройство. Как говорят физики, принцип работы его основан на физическом эффекте расширения газов, которые образуются при сгорании воздушно-топливной смеси. ТО есть внутри цилиндра создается давление, которое толкает поршни, а они в свою очередь раскручивают «коленчатый вал», после эта «работа» передается нужным узлам и агрегатам. НО прежде чем воспламениться, «смесь» сжимается – тут то и вступают вроде бы два одинаковых термина «степень сжатия» и «компрессия». Многие уверены что это одно и тоже и разницы никакой нет, однако это не так. Сегодня я подробно и популярно объясню, что это такое …

СОДЕРЖАНИЕ СТАТЬИ

Наверное, многие из профессиональных автолюбителей мерили компрессию двигателя, подключается специальный «компрессометр» далее крутят двигатель (в основном стартером от аккумулятора) и вырисовывается определенное значение, то есть вы получаете – компрессию вашего силового агрегата. По ее состоянию, можно понять, все нормально внутри, либо же есть какие-то проблемы. Например, когда компрессия падает, то возможно прогорание клапанов, «залегание» компрессионных колец и т.д., нужен ремонт.

Однако после такого замера многие уверены что компрессия, это не что иное, как и степень сжатия, то есть эти понятия – ОДНО И ТОЖЕ! НО ЭТО НЕ ТАК.

Степень сжатия указывается практически для всех современных автомобилей, на его основе производитель рекомендует вам заправлять то или иное топливо, скажем 92 или 95 бензин

.

Разница у этих двух величин действительно есть, причем достаточно разительная, не смотря кажущуюся схожесть, давайте разберем каждую.

Степень сжатия

Пожалуй, начнем с самого сложного. Как мы все с вами знаем внутри блока цилиндров, ходят поршни. У каждого поршня есть «мертвые точки», это верхняя – когда топливо сжато до предела и ждет воспламенения, и нижняя – когда поршень уходит вниз, а пространство либо заполняется новой топливной смесью, либо расширившимися (воспламененными) газами.

Верхняя мертвая точка. Когда поршень находится в «верхней точке», над поршнем остается определенный объем (или пространство) именно в нем находится сжатая воздушно-топливная смесь, это и есть «камера сгорания» — для условного обозначения этот объем мы назовем «V

Нижняя мертвая точка. Здесь поршень находится в «нижней мертвой точке», и к объему камеры сгорания, добавляется объем цилиндра, точнее, объем находящийся над поршнем. В итоге у нас получаются как бы два объема – Vц (цилиндра) и V2 (общий = цилиндра + камера сгорания).

Теперь все просто — важные для нас параметры, это V1 и V2 (стоит отметить, что измеряются они в литрах). Для того чтобы получить степень сжатия нужно:

Степень сжатия = V2 / V1

Таким простым методом мы рассчитываем, во сколько сжимается воздушно-топливная смесь, при движении из нижней мертвой точки в верхнюю.

Зачастую производитель уже указывает эти характеристики в описании или инструкции, и мы можем видеть степень сжатия 9,5 – 10 – 10,5 – 11 – 12 – 14 и т.д. Это нам говорит о том — что топливная смесь, которая «всосалась» при движении поршня из «верхней мертвой точки» в «нижнюю», на такте впуска, сожмется в 9,5 – 14 раз, от первоначального объема и после подожжется свечой зажигания.

Думаю, теперь путать не будете, разжевано все досконально, теперь переходим к компрессии двигателя.

Компрессия двигателя

С этой величиной все намного проще, как обычно начнем с определения:

Компрессия – это давление, которое создается в конце такта сжатия (воздушно-топливной смеси), когда поршень идет в максимальную верхнюю (мертвую точку).

Чем выше компрессия, тем большую мощность может развить силовой агрегат. Почему? ДА все просто — увеличение этой величины способствует наилучшему сжатию топлива, а потому его воспламенение может происходить намного эффективнее. Так же большая компрессия даст больший толчок поршню, то есть прямая зависимость частоты вращения коленчатого вала и мощностью мотора.

Однако бесконечно увеличивать компрессию нельзя, все потому что воздушно-топливная смесь, а в нашем случае это бензин, разогревается и может воспламениться произвольно, то есть произойдет детонация, а этот процесс реально разрушительный для внутренностей двигателя в целом. Поэтому сейчас и появляются высокооктановые бензины,

подробнее здесь.

Стоит отметить, практически все производители указывают нормальный параметр этого показателя. Если при замере, ваша компрессия отличается в пару или даже несколько раз, то тут стоит задуматься, практически всегда это означает сложные поломки силового агрегата, как я уже писал выше — начиная с клапанов, заканчивая компрессионными кольцами на поршнях и т.д.

Так степень сжатия и компрессия это одно и тоже?

Как вы поняли, конечно же нет! Степень сжатия это коэффициент, который рассчитывается при помощи объемов, а вот компрессия банально замеряется специальными манометрами (компрессометрами).

Если взять практическое применение, то компрессия будет немного больше, чем степень сжатия (ст). Так например, при степени сжатия — 9,5, компрессия зачастую от 11 до 12!

Почему такое происходит? Да потому что при замере компрессии от давления разогревается воздушно-топливная смесь, происходит увеличение температуры.

Эти показатели можно было бы приравнять, если бы процесс был изотермическим (то есть исключающим воздействия температуры, как извне, так и изнутри) в закрытом герметичном корпусе. Но поскольку на практике это не возможно, то величины будут различаться.

Сейчас видео версия статья, смотрим

НА этом заканчиваю, думаю, моя статья была вам полезна, читайте наш АВТОБЛОГ.

(7 голосов, средний: 5,00 из 5)

Похожие новости

Как открутить масляный фильтр (не применяя ключа). Что делать ес.

Расточка блока цилиндров. Зачем нужно двигателю и можно ли сдела.

Крутить или не крутить двигатель до отсечки? Нужно ли это делать

Добавить комментарий

Отменить ответ

Комментарии

    Доброго всем дня, решил я написать свой отзыв о Toyota Avensis 2010 года. Просто хочу…

      ТОП статей за месяц

        У меня есть много различных статей и видео по различным коробкам передач, например вот здесь…

        У меня на сайте уже есть статья про выбор карт памяти (можете посмотреть здесь), очень…

        В статье – можно ли открывать окна при работающем кондиционере (почитать можно здесь), мне задали…

        Степень сжатия — отношение полного объёма цилиндра (надпоршневого пространства цилиндра двигателя внутреннего сгорания при положении поршня в нижней мёртвой точке, НМТ) к объёму камеры сгорания (надпоршневого пространства цилиндра при положении поршня в верхней мёртвой точке, ВМТ).

        ε <displaystyle varepsilon > = V h + V c V c <displaystyle ;=<frac +V_>>>> , где V h <displaystyle V_> — объём хода поршня, V c <displaystyle V_> — объём камеры сгорания.

        Увеличение степени сжатия требует использования топлива с более высоким октановым числом (для бензиновых ДВС) во избежание детонации. Повышение степени сжатия в общем случае повышает его мощность, кроме того, увеличивает КПД двигателя как тепловой машины, то есть, способствует снижению расхода топлива.

        Степень сжатия, обозначаемая греческой буквой ε <displaystyle varepsilon > , есть величина безразмерная. Связанная с ней величина — компрессия — зависит от степени сжатия, от природы сжимаемого газа и от условий сжатия. При адиабатическом процессе сжатия воздуха зависимость эта выглядит так:

        P = P 0 ∗ ε γ <displaystyle P=P_<0>*varepsilon _<gamma >> , где γ = 1 , 4 <displaystyle gamma =1,4> — показатель адиабаты для двухатомных газов (в том числе воздуха), P = P 0 <displaystyle P=P_<0>> — начальное давление, как правило, принимается равным 1.

        Из-за неадиабатичности сжатия в двигателе внутреннего сгорания (теплообмен со стенками, утечки части газа через неплотности, присутствия в нём бензина) сжатие газа считают политропным с показателем политропы n=1,2.

        При ε <displaystyle varepsilon > =10 компрессия в лучшем случае должна быть 10 1,2 =15,8

        Детонация в двигателе — изохорный самоускоряющийся процесс перехода горения топливо-воздушной смеси в детонационный взрыв без совершения работы с переходом энергии сгорания топлива в температуру и давление газов. Фронт пламени распространяется со скоростью взрыва, то есть превышает скорость распространения звука в данной среде и приводит к сильным ударным нагрузкам на детали цилиндро-поршневой и кривошипно-шатунной групп и вызывает тем самым усиленный износ этих деталей. Высокая температура газов приводит к прогоранию днища поршней и обгоранию клапанов.

        Понятие степени сжатия не следует путать с понятием компрессия [1] , которое обозначает (при определённой конструктивно обусловленной степени сжатия) максимальное давление, создаваемое в цилиндре при движении поршня от нижней мёртвой точки (НМТ) до верхней мёртвой точки (ВМТ) (например: степень сжатия — 10, компрессия — 15,8 атм.).

        Интересные факты [ править | править код ]

        Двигатели гоночных автомобилей, работающих на метаноле, имеют степень сжатия, превышающую 15 [ источник не указан 2419 дней ] ; в то время как в обычном карбюраторном ДВС степень сжатия для неэтилированного бензина как правило не превышает 11,1.

        В настоящее время только компания Mazda серийно производит бензиновые двигатели Skyactiv-G со степенью сжатия 14, которые устанавливаются на такие автомобили, как Mazda CX-5 и Mazda 6. Однако необходимо понимать, что это геометрическая степень сжатия, фактическая же примерно равна 12, так как двигатель работает по циклу Аткинсона, то есть смесь начинает сжиматься после позднего закрытия клапанов и сжимается в 12 раз. Эффективность такого мотора по мощности и крутящему моменту обуславливается таким понятием как степень расширения, которая обратна геометрической степени сжатия.

        В 1950-60-е года одной из тенденций двигателестроения, особенно в Северной Америке, было повышение степени сжатия, которая к началу 1970-х на американских двигателях нередко достигала 11-13. Однако, это требовало соответствующего бензина с высоким октановым числом, что в те годы могло быть получено лишь добавлением ядовитого тетраэтилсвинца. Введение в начале 1970-х годов экологических стандартов в большинстве стран привело к остановке роста и даже снижению степени сжатия на серийных двигателях.

        Изменение степени сжатия, инструкция онлайн

        Обычно пользователи нашего сайта находят эту страницу по следующим запросам:


        тюнинг двигателя, автотюнинг, ремонт ДВС, автотюнер, турбонаддув, промежуточный охладитель, система охлаждения, тестирование на динамометрическом стенде, передаточные числа трансмиссии, распределительный вал, карбюрация, впрыск топлива, система зажигания

        Топливо и степень сжатия

        Не думаю, что стоит говорить о том, что современное топливо коренным образом отличается от топлива прошлых лет. Не так уж давно топливо премиум класса с октановым числом 100- 103 было доступно в свободной продаже, позволяя использовать степень сжатия до 11:1. Ситуация резко изменилась в последние годы вследствие появления систем контроля за выпуском отработавших газов и резкого повышения цен на нефтепродукты в начале 80-х годов. В наши дни, высококачественное неэтилированное топливо имеет октановое число не более 97- 98, а содержание свинца снижено от 0,8 г на 1 л до 0,1- 0,2 г на 1 л. В некоторых странах вопрос загрязнения окружающей среды стоит настолько остро, что в новых автомобилях может использоваться только неэтилированное топливо. Во многих странах в свободной продаже имеется только один тип неэтилированного топлива с октановым числом 91-92.

        Так как в самой трактовке октанового числа существует много неточностей, предлагаю начать рассмотрение вопроса с определения, прежде чем перейти к способам оптимизации качества топлива. Большинство людей понимает, что можно улучшить КПД и уменьшить расход топлива путем увеличения октанового числа, так как в таком случае можно использовать больший коэффициент сжатия, и, возможно, использовать опережение зажигания, не сталкиваясь с проблемой детонации. Однако многие не осознают, что при простом переходе, например, с топлива с октановым числом 97 на топливо 100/103 Avgas (октановое число выше 110) КПД не обязательно возрастет. В действительности, мощность может даже снизиться, если предварительно двигатель не был модифицирован.

        Чтобы объяснить все более доступно, необходимо обратиться к истории, чтобы понять, почему была введена подобная система, и как именно было рассчитано октановое число. Во времена Первой мировой войны авиационные двигатели могли саморазрушаться вследствие детонации. Двигатель мог работать в нормальном режиме при использовании одной порции топлива, но мог начать разрушаться при использовании другой порции. Казалось, что топливо ничем не отличается, его масса одинакова и произведено оно на одном и том же нефтеперегонном заводе.

        Нефтеперерабатывающие компании попытались выполнить химический анализ в попытке достичь единства состава топлива, однако, не смотря на интенсивную программу, им не удалось избавиться от примесей, которые приводили к работе двигателя с детонацией. Поэтому были созданы специальные двигатели с изменяемой степенью сжатия с целью оценки и градации типов топлива. Подобные сверхмощные агрегаты с одним цилиндром прогревались до рабочей температуры, работали со стандартной частотой оборотов и нагрузкой, затем степень сжатия топлива повышалась до тех пор, пока двигатель не начинал работать с детонацией. Затем антидетонационные характеристики топлива получили название максимальной рабочей степени сжатия (HUCR).

        Однако вскоре обнаружилось, что даже при использовании одного и того же тестового агрегата и типа топлива, максимальная рабочая степень сжатия могла варьироваться при тестировании в различных лабораториях. Поэтому было решено ввести некоторые постоянные, необходимые для калибровки тестового агрегата. Два чистых вещества были выбраны в качестве эталонного топлива. За эталонное топливо с высокой детонационной стойкостью был взят 2-2-4 триметилпентан, также называемый изооктан, а за эталонное топливо с низкой детонационной стойкостью был взят обычный гептан (n-гептан).

        Было решено использовать тестируемое топливо в двигателе с изменяемой степенью сжатия для определения его максимальной рабочей степени сжатия. Затем была проведена серия опытов с использованием смеси изооктана и n-гептана в различных пропорциях, пока не была выведена смесь с максимальной рабочей степенью сжатия идентичной тестируемому топливу. В таком случае, качество тестируемого топлива определялось по отношению к содержанию изооктана в смеси эталонного топлива. Например, топливо, с максимальной рабочей степенью сжатия, идентичной смеси 90% изооктана/10% n-гептана, получило октановое число 90. При помощи этой стандартной процедуры стала возможной переработка топлива с постоянными качествами.

        С того времени, появилось большое количество тестовых процедур, моделирующие различные рабочие условия двигателя. Автомобильный бензин чаще всего классифицируется по моторному и исследовательскому методу. В обоих методах измерения используется одноцилиндровый двигатель с изменяемой степенью сжатия, однако, как видно по данным таблицы 3.1, в моторном методе используются более высокие обороты двигателя и большая температура смеси на впуске, чем при исследовательском методе. Таким образом, моторный метод является более «строгим» и обычно уменьшает октановое число топлива от 6 до 12 единиц. Эта разница очень важна, так как дает нам понять, что октановое число по моторному методу является более адекватным для современных двигателей, особенно турбированных, рабочая температура на впуске которых очень высокая.

        Таблица 3.1. Сравнение моторного и исследовательского методов тестирования.

          Моторный метод Исследовательский метод
        Температура воздуха на впуске 148,9°С 65,5°С
        Температура водяной рубашки 100°С 100°С
        Частота оборотов двигателя 900 600

        Разница значений моторного и исследовательского методов получила название чувствительность топлива. Нам очень важно понять значение этой разницы. Так как температура воздуха на впуске влияет на различные типы топлива по-разному, возможно, октановое число топлива по исследовательскому методу (или по насосному методу) будет составлять 97, хотя при исследовании по моторному методу октановое число данного топлива будет составлять лишь 85. В таком случае, данное топливо не будет подходить для использования в современных турбированных двигателях, где температура на впуске очень высокая.

        Таблица 3.2. Сравнение результатов тестирования по различным методам.

        Октановое число по исследовательскому методу Октановое число по моторному методу Октановое число по насосному методу
        90 83 86,5
        92 85 88,5
        96 88 92
        98 90 94
        100 91,5 95,8
        105 95 100
        110 99 104,5

        Примечание:
        Октановые числа, приведенные в таблице, являются приблизительными значениями и могут варьироваться в пределах 2 единиц от одного топлива к другому.

        При этом в другом случае, та же нефтеперерабатывающая компания могла использовать смесь других топливных компонентов, в зависимости от их доступности и типа сырья для переработки, получив при этом топливо с октановым числом по исследовательскому методу 97, однако при этом октановое число по моторному методу составляло 89 единиц. Именно поэтому часто можно услышать жалобы на «некачественное топливо». Действительно топливо с высоким октановым числом по исследовательскому методу вследствие чувствительности составляющих компонентов может вести себя как низкокачественное топливо при использовании в турбированных двигателях с высокими температурами на впуске. Раньше, когда высокое содержание свинца в топливе было обычным делом, проблема чувствительности возникала крайне редко, так как свинец «компенсировал» чувствительность топлива. В наше время, при использовании неэтилированного топлива или топлива с низким содержанием свинца, чувствительность топлива продолжает быть проблемой для многих современных двигателей, пока исследовательский метод используется для определения октанового числа топлива.

        В США часто используется исследование по насосному методу (PON), значение которого является средним арифметическим данных моторного (MON) и исследовательского методов (RON): (RON+MON)/2=PON

        Однако это не полностью решает проблему чувствительности топлива. Например, топливо с октановым числом 92 по насосному методу, может иметь октановое число 88 по моторному и 96 по исследовательскому методу. При этом топливо той же нефтеперегонной компании с тем же октановым числом по насосному методу 92, может иметь октановое число 86 по исследовательскому и 98 по моторному методу, вследствие несколько другого состава компонентов в следующей партии. Следовательно, даже при использовании подобных подсчетов октановое число может варьироваться до 2 единиц.

        Температурный метод используется для определения октанового числа авиационного топлива (октановое число больше 100), так как остальные тесты являются бессмысленными при увеличении октанового числа до 100. Показания при использовании температурного метода получаются путем увеличения шкалы за 100. В данном тестировании за эталонное топливо берется изооктан с добавлением свинца. При этом выполняется два тестирования, F3 и F4, что объясняет двойной индекс авиационного топлива, например, 100/130. Первое число является результатом тестирования F3, где имитируется работа турбированного двигателя на топливе с химически верным составом, как при нормальных условиях полета. При тестировании F4 в двигатель подается обогащенная смесь и увеличивается мощность турбонаддува, как например, в условиях взлета или боя.

        В наше время в свободной продаже имеется только два типа авиационного топлива Avgas, оба с октановым числом 100/130. Это старое авиационное топливо 100/130 зеленого цвета с высоким содержанием тетраэтилсвинца (примерно 1,3-1,7 г на л) и более новое авиационное топливо с содержанием тетраэтилсвинца (примерно 0,6- 0,8 г на л).

        Антидетонационные свойства углеводородного топлива зависят от его молекулярной структуры. Парафины, такие как стандартный гептан и керосин, представляют длинные цепочки углерода и водорода, соединенные слабыми молекулярными связями, легко разрушаемыми под воздействием температуры. Изооктан принадлежит к изопарафинам. Они имеют разветвленную цепочку с более сильными молекулярными связями, поэтому они более устойчивы к детонации. Циклопарафины (или нафтены) также обладают хорошими антидетонационными свойствами, так как связь атомов водорода и углерода в кольцевой цепи очень сильная. Это объясняет их отличные антидетонационные характеристики.

        Химический состав определяет скорость сгорания топлива и его устойчивость к детонации при высокой степени сжатия и температуре. Топливо со слабыми молекулярными связями будет распадаться и возгораться самопроизвольно (без участия свечей зажигания) при более низкой температуре и давлении, чем топливо с сильными молекулярными связями. Некоторые топливные присадки, например соединения ароматического ряда, обладают отличной устойчивостью к детонации, так как горят медленно и не окисляются или сгорают полностью, пока давление и температура в камере сгорания будет высокой. Подобные присадки ускоряют или замедляют процесс сгорания. Следовательно, высокооктановое топливо не увеличит мощность двигателя, если только двигатель действительно не будет нуждаться в химически более стабильном топливе при высокой температуре и давлении. По правде говоря, если степень сжатия и опережение зажигания не достаточно велики, чтобы создавать высокую температуру и давление в камере сгорания, в таком случае, высокооктановое топливо не будет полностью перегорать на начальной фазе рабочего хода, что приведет к потере мощности.

        В таблице 3.3 показаны результаты тестирования топлива, выполненные на двигателе автомобиля Buick объемом 4,1 л. Двигатель данного автомобиля был разработан для использования неэтилированного топлива с октановым числом 92, а степень сжатия была установлена на уровне 8.8:1. Использовался распредвал с профилем III кулачка с фазой открытия впускного и выпускного клапанов 210° и высотой подъема клапана 10,8 мм. При каждом тестировании было установлено опережение зажигания для достижения максимальной мощности при частоте оборотов двигателя 5000 об/мин. в общем было использовано 6 различных типов топлива: две различных марки (производитель А и В) неэтилированного топлива с октановым числом 92 для летнего периода (американский стандарт), неэтилированное топливо с октановым числом 92 для зимнего периода (американский стандарт), неэтилированное топливо с октановым числом 97, этилированное топливо с октановым числом 97 (содержание свинца 0,5 г на 1 л) и авиационное топливо зеленого цвета Avgas.

        Таблица 3.3. Сравнительное тестирование различных типов топлива на автомобиле Buick с двигателем объемом 4,1 л.

        Топливо Тестирование 1 Тестирование 2
        Мощность (лошадиные силы) Опережение зажигания Мощность (лошадиные силы) Опережение зажигания
        Неэтилированное топливо с октановым числом 92 для летнего сезона (производитель А) 212 28° 220 31°
        Неэтилированное топливо с октановым числом 92 для летнего сезона (производитель В) 219 30° 223 32°
        Неэтилированное топливо с октановым числом 92 для зимнего сезона (производитель В) 208 26° 215 29°
        Неэтилированное топливо с октановым числом 97 для летнего сезона (производитель А) 215 30° 222 33°
        Этилированное топливо с октановым числом 97 для летнего сезона (производитель А) 218 30° 221 33°
        Авиационное топливо Avgas 100/130 зеленого цвета 222 40° 224 44°
        Авиационное топливо Avgas с 100/130 зеленого цвета 210 30° 213 33°

        Тестирование 1 – тепло подается во впускной коллектор.

        Тестирование 2 – подача тепла во впускной коллектор заблокирована.

        В первой серии тестов впускной коллектор подогревался, чтобы проверить чувствительность топлива, а во второй серии тестов подача тепла во впускной коллектор была заблокирована. Учтите, что данная модификация может быть неэффективной при эксплуатации автомобиля в холодных климатических условиях, так как это может стать причиной увеличения расхода топлива и ухудшения технических характеристик пуска холодного двигателя. Можно заметить, что высокооктановое неэтилированное топливо оказалось чувствительным к термическому воздействию, так же как и неэтилированное топливо с низким октановым числом того же производителя. Оба типа топлива работали хорошо только при пониженной температуре при впуске. Как и предполагалось, авиационное топливо 100/130 Avgas позволяло вырабатывать большую мощность, но требовало большего опережения зажигания. Как только опережение зажигания было отключено, мощность снизилась.

        Топливо с октановым числом 92 для зимнего сезона было использовано для демонстрации влияния летучести топлива на технические характеристики работы двигателя. В летний сезон (или высоко над уровнем моря) мы не хотим, чтобы топливо быстро испарялось, что могло бы привести к образованию паровой пробки. Однако зимой топливо должно легко испаряться и оставаться в таком состоянии, чтобы обеспечить более легкий пуск и нормальные технические характеристики вождения, пока двигатель не достиг рабочей температуры. Для достижения данной цели некоторые нефтеперерабатывающие компании используют различные топливные смеси для зимнего и летнего сезона. С риском чрезмерного упрощения, производители добавляют более летучие молекулы «переднего ряда» (также называемые «легкими фракциями»), которые испаряются и воспламеняются легче. Это ставит перед производителями другие проблемы: сокращение срока годности и понижение октанового числа топлива. Чем более легкие фракции используются, тем короче срок годности, и тем быстрее уменьшается октановое число топлива (на 2-4 единицы). Эта проблема также касается и высокооктанового неэтилированного топлива, поэтому, если вы живете далеко от больших городов, в местах, где топливо поставляется не регулярно, вы можете постоянно использовать «старое» топливо или топливо, не предназначенное для данного сезона, поэтому придется снизить степень сжатия, чтобы компенсировать снижение октанового числа.

        Степень сжатия всегда вызывала большой интерес у любителей тюнинга, и стоит заметить, что в наши дни этот интерес увеличился вместе с потребностью снижения расхода топлива и увеличения мощности при использовании неэтилированного топлива с низким октановым числом. Я согласен, что степень сжатия должна быть как можно выше (в пределах разумного, конечно же), но стоит учесть, что производитель автомобиля уже рассчитал оптимальную степень сжатия. В таком случае, остается лишь убедиться, что производственные допуски не снизили это значение.

        Действительное значение степени сжатия, которая может использоваться в любом двигателе, зависит от формы и размера камеры сгорания, фаз газораспределения, периода перекрытия клапанов и октанового числа используемого топлива. Если ваш автомобиль оснащен турбированным двигателем, необходимо также учитывать давление и температуру наддува. В общем, конусообразные и полусферические камеры быстрого сгорания и распредвал с продолжительным перекрытием клапанов допускают использование большей степени сжатия, чем камеры сгорания прямоугольной и клиновидной формы и распредвалы с кратковременным перекрытием клапанов. Например, автомобиль Toyota Corolla, оснащенный двигателем объемом 1,6 л с 4 клапанами, диаметром цилиндра 81 мм и камерой сгорания конусной формы будет нормально работать со стандартным распредвалом при степени сжатия 9,4:1, только на неэтилированном топливе с октановым числом 92. При установке распредвала с кулачками закругленной формы степень сжатия можно увеличить до 10:1. Обратимся к другому примеру. В автомобиле Holden, оснащенном двигателем 5 л с открытой клиновидной камерой сгорания и объемом цилиндра 101,6 мм, допустимая степень сжатия не должна превышать 8,8:1, даже при использовании распредвала с кулачками закругленной формы. Использование топлива с большим октановым числом (например, 97) позволяет увеличить степень сжатия до 9,3:1.

        Исследования показали, что увеличение степени сжатия с 8,5:1 до 10,5:1 приведет к снижению расхода топлива примерно на 10-12%, при этом улучшится крутящий момент и увеличится ускорение. К сожалению, подобная оптимизация просто невозможна с современными типами топлива. Некоторые автолюбители считают, что степень сжатия можно увеличить, а затем использовать задержку зажигания, чтобы остановить детонацию. В таком случае, двигатель утратит быстроту реакции. В таблице 3.4 приведены результаты подобных модификаций на двигателе объемом 5 л автомобиля Holden. Для всех проверок использовался распредвал с профилем IV кулачка с фазой открытия клапанов 212º и подъемом клапана 11 мм.

        Во время первого тестирования использовалась стандартная степень сжатия. Согласно заявке производителя она должна была составлять 8,5:1, однако в действительности степень сжатия составила 8,2:1. Мощность и крутящий момент двигателя были хорошими при опережении зажигания 30°. При выполнении тестирования № 2 степень сжатия была увеличена до 10,8:1, однако двигатель не мог работать на полную мощность без детонации, поэтому опережение зажигания не использовалось, пока детонацию не удалось устранить на 19° опережения. После должной настройки распределителя зажигания, были получены следующие результаты. Тестирование показало падение мощности при любой частоте оборотов двигателя. К тому же во время тестирования на динамометрическом стенде звуки свидетельствовали о наличии неисправностей, дребезжащие звуки, которые были слышны ранее, отсутствовали. Возможно, дребезжание во время настройки опережения зажигания свидетельствовало о повреждении поршней и колец, что могло привести к снижению мощности и плохим результатам тестирования. Перед разборкой двигателя для выяснения причин, была приготовлена смесь в пропорции 50/50 неэтилированного топлива с октановым числом 97 и авиационного топлива Avgas 100/130 (октановое число по исследовательскому методу примерно 106), чтобы проверить, будет ли работать двигатель на высококачественном топливе. Тестирование № 3 показывает результаты настройки распределителя зажигания на 35° опережения. Двигатель действительно отреагировал на изменения и доказал влияние качественного топлива и увеличения степени сжатия на увеличение мощности двигателя. Во время тестирования № 4 степень сжатия была снижена до 9,3:1 распределитель зажигания был настроен на 27° опережения. При этом максимальная мощность увеличилась на 8 л.с. при частоте вращения двигателя 5000 об/мин по сравнению с результатами тестирования № 1. В свою очередь это привело к уменьшению расхода топлива при движении по шоссе примерно на 5-6%. Данные проверки четко показывают, что увеличение степени сжатия в разумных пределах и использование подходящего для этой степени типа топлива помогает улучшить технические характеристики. Однако переоценка возможностей двигателя не решит проблему. В результате мощность двигателя уменьшится, а расход топлива резко возрастет.

        Таблица 3.4. Сравнение степени сжатия на двигателе объемом 5 л автомобиля Holden.

          Тестирование № 1 Тестирование № 2 Тестирование № 3 Тестирование № 4
        Частота вращения двигателя Мощность (л.с.) Крутящий момент Мощность (л.с.) Крутящий момент Мощность (л.с.) Крутящий момент Мощность (л.с.) Крутящий момент
        2000 109 286 102 269 117 306 112 294
        2500 141 297 136 286 150 315 144 302
        3000 174 304 167 292 183 320 179 313
        3500 208 312 196 294 216 324 211 316
        4000 237 311 219 288 248 326 241 317
        4500 251 293 232 271 265 309 256 299
        5000 257 270 241 253 270 284 265 278
        5500 247 236 219 209 256 244 249 238

        Тестирование № 1 – степень сжатия 8,2:1, опережение зажигания 30°, топливо с октановым числом 97.

        Тестирование № 2 – степень сжатия 10,8:1, опережение зажигания 19°, топливо с октановым числом 97.

        Тестирование № 3 – степень сжатия 10,8:1, опережение зажигания 35°, топливо с октановым числом примерно 106.

        Тестирование № 4 – степень сжатия 9,3:1, опережение зажигания 27°, топливо с октановым числом 97.

        Хотя во время тестирования и использовалась смесь топлива, я не рекомендую смешивать различные типы топлива при использовании автомобиля в стандартных дорожных условиях по множеству причин, а именно: неудобство, отсутствие гарантий доступности всех компонентов смеси, возможное повреждение каталитического нейтрализатора и кислородного датчика, угроза здоровью при смешивании компонентов, опасность возгорания.

        В районах, где доступно только этилированное топливо (с октановым числом 91-93 по исследовательскому методу), автолюбители пытаются добавлять высокооктановое неэтилированное топливо (октановое число 96-98 по исследовательскому методу), пытаясь улучшить качество топлива. Однако, даже в двигателях, разработанных только для неэтилированного топлива, используется добавление свинца: как минимум 0,05 – 0,1 г на 1 л при стандартных условиях эксплуатации, или 0,1-0,2 г свинца на 1 л топлива для улучшения показателей эксплуатации и предотвращения повреждения седла клапана. Таким образом, если в этилированное топливо с октановым числом 92, содержащее 0,2 г свинца на 1 л, добавить неэтилированное топливо с октановым числом 98 в пропорции 1:2, в результате полученная топливная смесь будет содержать почти 0,07 г свинца на 1 л топлива и будет иметь октановое число 96. Подобное топливо подойдет для стандартных условий эксплуатации при средней частоте оборотов двигателя и редких случаев работы двигателя с повышенной нагрузкой. Если смешать данные типы топлива в пропорции 3:2, данная топливная смесь подойдет для получения высоких показателей эксплуатации, при этом содержание свинца будет примерно составлять 0,12 г на 1 л, а октановое число увеличится до 94,4.

        Если двигатель вашего автомобиля предназначен только для работы на этилированном топливе, не используйте чистое неэтилированное топливо, в противном случае, клапаны и седла могут быть повреждены. Если во время одной из заправок вы зальете неэтилированное топливо, это не станет причиной серьезных повреждений, при условии, что в следующий раз будет использоваться этилированное топливо. Использование этилированного топлива в автомобилях, предназначенных только для неэтилированного топлива, может со временем повредить каталитический нейтрализатор и кислородных датчик.

        Для тех, кто предпочитает участвовать в любительских гонках, рекомендуется использовать топливную смесь иного состава, при условии, что компоненты двигателя способны обеспечить соответствующий турбонаддув и большее опережение зажигания, чтобы извлечь пользу из использования высокооктанового топлива. В настоящее время в свободной продаже имеется большое количество топливных присадок, увеличивающих октановое число топлива. Благодаря данным присадкам, топливо с заправочных станций, этилированное и неэтилированное, можно использовать для участия в любительских гонках. При подборе правильной пропорции, данные присадки могут увеличить октановое число топлива до 4 единиц; при увеличении концентрации вдвое, октановое число может возрасти до 6 единиц. Некоторые компании производители заявляют, что их топливные присадки могут увеличить октановое число топливо до 108-110, делая топливо эквивалентным авиационному топливу Avgas 100/130, но я убедился, что это не так. В действительности, большинство топливных присадок увеличивают октановое число лишь на 0,5- 1 единиц при добавлении в низкооктановое неэтилированное топливо. Топливные присадки 104+ и 104+ Super действительно увеличивают октановое число. При стандартной концентрации присадка 104+ увеличит октановое число на 3-4 единицы, а присадка 104+ Super – на 4-6 единиц. При добавлении данных присадок в высокооктановое неэтилированное топливо, октановое число может снизиться на 0,5- 1 и 1,5- 3 единиц соответственно. Я выяснил, что увеличение октанового числа на 4-5 единиц позволит увеличить опережение зажигания на 4°.

        При использовании концентрированных присадок необходимо правильно приготовить смесь. Нужно не просто вылить содержимое емкости в топливную канистру, надеясь, что компоненты смешаются должным образом. Рекомендуется смешать топливную присадку с 8-10 л топлива, тщательно взболтать емкость, затем добавить смесь в топливных бак.

        Авиационное топливо Avgas 100/130 тоже является отличной присадкой, увеличивающей октановое число топлива, например, для участия в любительских гонках. Однако учтите, что если Ваш автомобиль оснащен каталитическим нейтрализатором, он может быть поврежден. Смесь в пропорции 50/50 увеличит октановое число до уровня, необходимого для участия в любительских гонках: примерно 106 при добавлении в неэтилированное топливо с октановым числом 98 и 104 при добавлении в этилированное топливо с октановым числом 97.

        Многие годы автолюбители использовали толуол, бензол и ацетон для увеличения октанового числа топлива. Этот прием срабатывал раньше, когда октановое число топлива увеличивалось путем добавления большого количества свинца. Однако в настоящее время неэтилированное топливо и низкооктановое этилированное топливо могут содержать достаточное количество толуола, или бензола для увеличения октанового числа. Таким образом, дальнейшее добавление данных веществ не гарантирует увеличение октанового числа. Порой, использование толуола и бензола в пропорции 1:4 может увеличить давление турбонаддува с 69 кПа до 97 кПа, но при этом иногда, это может привести к повреждению поршней, так как октановое число не увеличится. Это зависит от того, что именно использовалось нефтеперегонным заводом для увеличения октанового числа топлива. Например, если более доступными были бензол и толуол, производитель мог использовать их. Однако если бензол и толуол не были доступны, производитель будет использовать более тщательную перегонку для получения необходимого значения октанового числа.

        В последние годы некоторые используют впрыск воды для подавления детонации. Производители автомобилей не рекомендуют выполнять подобные действия, и я полностью с ними согласен. Вода не способствует процессу сгорания, скорее она забирает тепло и, следовательно, энергию при горении и превращает ее в пар. Это замедляет процесс горения, поэтому, если только впрыск воды не происходит во время большой нагрузки на двигатель, мощность упадет, а расход топлива увеличится. Многие системы впрыска, которые я видел, поставляют большое количество воды, она не испарятся полностью и подается при неподходящем уровне нагрузки на двигатель. Некоторые автолюбители используют смесь воды и спирта в пропорции 50/50, так как спирт, по крайней мере, способствует процессу горения. Однако в этом способе также есть свои недостатки. Спирт, смешанный с водой, может стать причиной коррозии в цилиндрах и на поршневых кольцах, что значительно сократит срок службы двигателя.

        Я не буду отрицать, что сейчас появились различные сложные системы, оснащенные специальными устройствами, превращающими воду в пар, электронными системами управления, чтобы обеспечить подачу необходимого количества воды (обычно впрыск производится под давлением 551 кПа). Однако стоит заметить, что данные системы стоят очень дорого. Поэтому возникает вопрос о целесообразности данных затрат, если можно установить впрыск толуола, потратив меньше денег и получив лучший результат. Во многих гоночных автомобилях использование впрыска воды является вынужденным, так как правила гонок строго регламентируют тип топлива. Во всяком случае, данные ограничения не относятся к легковым автомобилям, использующимся в стандартных дорожных условиях, поэтому стоит подумать обдумать установку впрыска толуола на двигатели высокой компрессии.

        В простейших системах впрыска толуола пятый инжектор распыляет чистый толуол в поток воздуха, если двигатель подвергается сильным нагрузкам. Пятый инжектор может быть активирован мембранным выключателем, расположенным во впускном коллекторе, или выключателем, подключенным к дроссельной заслонке. Вся система впрыска толуола состоит из маленького топливного бака 5-10 л для толуола, топливного насоса с впрыском под высоким давлением, топливного инжектора, топливопровода и трубопровода возврата топлива. Чтобы поддерживать соответствующее давление топлива, может использоваться специальный регулятор давления системы впрыска или «таблетка», также может быть установлен ограничитель на топливопровод возврата топлива.

        Если необходимо установить четкое управление пятым инжектором, используется более сложная система, в которой инжектор толуола будет регулироваться системой распределенного впрыска. При использовании подобной системы количество впрыскиваемого толуола будет варьироваться в зависимости от турбонаддува, частоты оборотов двигателя нагрузки на двигатель и температуры воздуха на впуске.

        Так как толуол испаряется очень быстро, необходимо обдумать месторасположение пятого инжектора. В турбированных двигателях пятый инжектор может быть установлен около выпускного отверстия промежуточного охладителя воздуха. В противном случае, пятый инжектор лучше всего устанавливать перед дроссельной заслонкой.

        Так как большинство современных двигателей оснащено датчиком детонации, непосредственно связанным с процессором зажигания, что позволяет использовать задержку зажигания при необходимости, некоторые любители тюнинга огульно увеличивают турбонаддув и степень сжатия. Они считают, что раз уж подобная система установлена, это поможет избежать работы двигателя с детонацией в любом случае. Это уж точно не выход из ситуации. Вы, конечно, можете поразить нескольких людей, рассказав с какой степенью сжатия может работать двигатель вашего автомобиля, но думаю, большей выгоды из данной модификации вы не извлечете. Как было показано ранее в таблице 3.4, слишком высокая степень сжатия снижает мощность, не зависимо от того, как хорошо работает система задержки зажигания. Некоторые производители также допускают слишком высокую степень сжатия, полагаясь на датчик детонации. Обычно это делается с целью снижения расхода топлива, что является очень удобным рекламным трюком.

        Насколько степень сжатия и наддув сочетаются с типом топлива? Как указывалось ранее, существует большое количество факторов, влияющих на точность ответа, однако данные, приведенные в таблице 3.5, могут подсказать наиболее подходящую степень сжатия для безнаддувных двигателей с эффективной камерой сгорания, распределительными валами с профилем кулачков III и IV, установленным на 3°-5° опережения и зазором периферийной области камеры сгорания не более 1,14 мм. В турбированном двигателе хотелось бы получить степень сжатия 8,5:1, чтобы достичь необходимого уменьшения расхода топлива и приемлемых технических характеристик при отключенном наддуве. При использовании степени сжатия 8,5:1 в турбированном двигателе наддув должен быть ограничен до значений, указанных в таблице 3.6. Имейте в виду, что промежуточный охладитель наддува является эффективным блоком, понижающим температуру на впуске примерно на 50°-60°. Однако некоторые промежуточные охладители будут не настолько эффективными, понижая температуру всего на 25°-30°.

        Некоторые любители тюнинга советуют не концентрировать внимание на размерах промежуточного охладителя, при этом, рекомендуя увеличить объем наддува и установить водный распылитель на промежуточный охладитель. Нужно отметить, что это очень опасно по нескольким причинам. Если заводские установки предусматривали давление наддува не более 48 кПа, центральная часть промежуточного охладителя может взорваться без соответствующего усиления крепления при увеличении давления, например, до 90 кПа.

        Таблица 3.5. Степень сжатия для безнаддувных двигателей.

        Диаметр цилиндра (мм) Топливо с октановым числом 91-92 Топливо с октановым числом 96-98 Топливо с октановым числом 98-100
        76 9,3:1 9,8:1 10,2:1
        83 9,2:1 9,7:1 10,0:1
        90 9,0:1 9,5:1 9,8:1
        100 8,6:1 9,0:1 9,4:1

        Таблица 3.6. Давление турбо наддува/степень сжатия.

        Степень сжатия Топливо с октановым числом 91-92 Топливо с октановым числом 96-98 Топливо с октановым числом 98-100
        7,7:1 48 кПа 65,5 кПа 76 кПа
        7,7:1 (с промежуточным охладителем) 76 кПа 96,5 кПа 117 кПа
        8:1 41 кПа 59 кПа 69 кПа
        8:1 (с промежуточным охладителем) 68 кПа 90 кПа 107 кПа
        8,5:1 34 кПа 48 кПа 59 кПа
        8,5:1 (с промежуточным охладителем) 52 кПа 68 кПа 86 кПа
        9,1:1 38 кПа 52 кПа
        9,1:1 (с промежуточным охладителем) 55 кПа 72 кПа

        Чтобы быть действительно эффективным, водный распылитель должен доставлять большое количество воды на промежуточный охладитель, однако, если данная система не настроена должным образом или если промежуточный охладитель слишком холодный вода не будет испаряться, а будет стекать под днище кузова (под шины), что приведет к значительному уменьшению коэффициента сцепления шин с поверхностью. Гоночные автомобили оснащены стационарным 30 литровым баком с водой, которого хватает примерно на 50 км гонки. Однако большая часть подобных механизмов, установленных на обычные легковые автомобили, представляла собой крошечные 3 или 4 литровые пластиковые резервуары. В таком случае, когда резервуар опустеет, агрегаты могут быть повреждены.

        Действительная степень сжатия представляет собой отношение общего объема цилиндра, прокладки головки блока цилиндров и камеры сгорания к нижней мертвой точке поршня и объему пространства между днищем поршня, прокладкой головки блока цилиндров и камерой сгорания в верхней мертвой точкой. Это можно выразить в следующей формуле:

        где CV – объем цилиндра, CCV – объем камеры сгорания.

        Естественно CV – это объем двигателя в см³ разделенный на количество цилиндров. Однако со значением CCV не все так просто. Данное значение получено из объема камеры сгорания, объема пространства, которое остается, когда поршень находится в верхней мертвой точке, объема, образованного толщиной прокладки головки блока цилиндров, а также объема камеры сгорания в днище, если используются поршни с камерой сгорания в днище, или минус этот объем, если днище поршня выпуклое.

        Если мы знаем необходимую степень сжатия и затем хотим рассчитать объем CCV, можно использовать следующую формулу.

        Предположим, что объем двигателя составляет 500 см³, а необходимая степень сжатия равна 9,2:1, в таком случае:

        ³

        Объем камеры сгорания измеряется при помощи бюретки. В легковых автомобилях объемы могут слегка варьироваться.

        Чтобы определить точное значение CCV для нашего двигателя, необходимо сначала физически измерить объем камеры сгорания при помощи бюретки, заполненной керосином. Между прочим, объем камер сгорания легковых автомобилей должен быть практически одинаковым, с вариациями степени сжатия не более 0,1 от цилиндра к цилиндру. Это значит, что если поршни находятся на одном и том же уровне в блоке цилиндров относительно, скажем, верхней мертвой точки, тогда в двигателе объемом 300 см³ разница в объемах цилиндров может составлять не более 0,5 см³ между наибольшей и наименьшей камерой сгорания. Для двигателя объемом 500 см³ разница в объемах не должна превышать 0,8 см³, и в двигателях объемом 800 см³ — 1 см³.

        Если установлены поршни с выпуклым днищем или с камерой сгорания в днище, а также, если в клапанах есть углубления, необходимо измерить рабочий объем, чтобы обеспечить правильное определение степени сжатия.

        Если двигатель вашего автомобиля оснащен поршнями с выпуклым днищем или с камерой сгорания в днище, или с углублениями в клапанах, тогда необходимо измерить увеличение или уменьшение рабочего объема, к которому они приводят.

        Например, если диаметр цилиндра составляет 90 мм, а днище поршня находится на расстоянии от крышки блока, при помощи формулы получим следующее:

        где π = 3,1415926; D – диаметр цилиндра (мм), H – расстояние между днищем поршня и крышкой блока (мм).

        Данный объем будет составлять:

        Если при измерении объема при помощи бюретки вы получили результат 27,2 см³, выпуклость на поршне уменьшит значение CCV на 11 см³ (38,2 – 27,2=11).

        Если в данном примере поршень имел камеру сгорания на днище, а объем, измеренный при помощи бюретки, был равен 52,7 см³, в таком случае значение CCV увеличится на 14,5 (52,7 – 38,2 = 14,5).

        Формула, указанная выше, также используется для определения объема образованного прокладкой головки блока цилиндров, путем измерения толщины использованной, и, следовательно, сжатой прокладки. Если верхняя часть поршня плоская, и он расположен под крышкой блока в верхней мертвой точке, используется та же формула для определения объема.

        Чтобы уровнять давление сжатия и горения, днище каждого поршня должно подниматься примерно на одну и ту же высоту в каждом из цилиндров. Это называется зазором днища головки блока цилиндров. Я считаю, что зазор периферийной области не должен превышать 1,14 мм, в таком случае, это будет способствовать процессу сгорания и продувке цилиндров. Следовательно, если сжатая толщина прокладки головки блока цилиндров составляет 0,8 мм, тогда зазор днища головки цилиндров будет составлять примерно 0,1 – 0,4 мм.

        Маленький зазор периферийной области от 0,8 до 1 мм будет ускорять процесс сгорания. Зазор периферийной области представляет собой сумму сжатой толщины прокладки головки блока цилиндров и зазора днища поршня.

        Обычно, чтобы получить данный результат, головку блока цилиндров необходимо обработать. Имейте в виду, что для двигателя, использующегося в стандартных дорожных условиях не обязательно, чтобы все поршни поднимались на одинаковую высоту в каждом из цилиндров, отклонение может составлять до 0,1 мм.

        Большинство автолюбителей находят простой выход из ситуации, фрезеруя головку блока цилиндров, чтобы изменить степень сжатия. Однако я считаю, что подобные действия необходимо выполнять только при необходимости, если зазор днища головки блока цилиндров был изменен. Как говорилось ранее, целесообразнее увеличить периферийную область, подняв поршень над поверхностью головки блока цилиндров на 0,8 – 1 мм. Это поможет поршню сжимать топливовоздушную смесь по краям цилиндра, направляя ее к свече зажигания. Летучие газы под воздействием свечи зажигания способствуют быстрому горению, предотвращая, таким образом, детонацию.

        Со временем, преимущества периферийной области стали более очевидными. Топливовоздушная смесь, продуваемая в камере сгорания из зон завихрения, становится более однородной. К данной смеси примешиваются также отработавшие газы, оставшиеся с прошлого цикла. Это помогает ускорить процесс сгорания, препятствуя образованию газовых карманов. Данные карманы замедляют и в некоторых случаях препятствуют распространению процесса горения.

        Турбулентность, вызванная эффектом завихрения, также ускоряет передачу тепла. Без соответствующего распространения тепла снопы пламени будут стремиться к краям камеры сгорания, подогревая окружающие газы, что приведет к детонации.

        Если вы можете увеличить степень сжатия, фрезеруя блок и головку блока цилиндров, в таком случае, не устанавливайте поршни с выпуклым днищем. Они не уместны в двигателях, использующихся в стандартных дорожных условиях. Я также не рекомендую устанавливать их в двигателях гоночных автомобилей.

        Периферийная область поршня должна быть такой же широкой, как и периферийная область головки блока цилиндров, чтобы обеспечить нормальное горение. Дополнительное опережение зажигания обычно компенсирует мощность, потерянную вследствие слишком узкой периферийной области поршня, однако при этом увеличивается расход топлива и количество отработавших газов.

        Давление, вызванное выступом на днище поршня, закрывает свечу зажигания и замедляет распространение пламени после зажигания, затем очень часто препятствует полной продувке цилиндра во время такта выпуска. После зажигания, необходимо чтобы пламя распространилось вокруг всего поршня и затем вернулось в зону завихрения. Любой выступ на поршне будет мешать распространению пламени вокруг поршня, оставляя «карманы» топливовоздушной смеси, воспламененные лишь частично и полностью не сгорающие. В некоторых полусферических камерах сгорания необходимо использовать низкий 2-3 мм в высоту купол, плоский или круглый, чтобы увеличить степень сжатия. Низкие купола не будут причинять много неприятностей, если не будут блокировать свечи зажигания, и не будут иметь острых краев.

        Если установлен поршень с камерой сгорания в днище или вогнутые поршни устанавливаются с целью понижения степени сжатия, контур выемки должен быть точным зеркальным отображением контура камеры сгорания. Это значит, что периферийная область поршня должна быть идентичной периферийной области головки блока цилиндров. К сожалению, изготовленные в точном зеркальном отражении камеры сгорания будут стоить намного дороже, так как для их производства необходимо использовать сложные механизмы. Следовательно, производители автомобилей склонны использовать более дешевые поршни с выемкой в центре и узкой периферийной областью, или с выемкой, смещенной в одну сторону, что приводит к увеличению периферийной области с одной из сторон днища поршня. Если периферийная область поршня такая же широкая, как и периферийная область головки блока цилиндров, создается необходимый эффект завихрения. Однако, периферийная область на некоторых поршнях гораздо уже, чем периферийная область головки блока цилиндр, поэтому некоторые любители тюнинга, понижая степень сжатия турбированных двигателей, делают периферийную область поршня слишком узкой.

        Факторы, влияющие на выбор топлива с определенным октановым числом Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

        УДК 629.113

        ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЫБОР ТОПЛИВА С ОПРЕДЕЛЕННЫМ ОКТАНОВЫМ ЧИСЛОМ

        В.М. Мелисаров, А.В. Милованов, П.П. Беспалько, А.Ю. Бешнихин

        Кафедра «Механизация сельского хозяйства», ТГТУ Представлена членом редколлегии профессором В.И. Коноваловым

        Ключевые слова и фразы: детонация; камера сгорания; компрессия; октановое число; степень сжатия.

        Аннотация: Приводится обоснование возможного перевода двигателя внутреннего сгорания с высокооктанового бензина на бензин с более низким октановым числом.

        Одним из показателей автомобильного бензина является октановое число, которое характеризует способность бензина противостоять детонации и определять допустимую для данного бензина степень сжатия.

        Для карбюраторных двигателей ориентировочно можно принять взаимосвязь между степенью сжатия и применяемым топливом с тем или иным октановым числом, приведенную в табл. 1 [1].

        Таблица 1

        Степень сжатия 5,5. .7,5 7,5.8,5 8,5. .10,5

        Октановое число бензина 72. .76 76.85 85. .100

        При массовом производстве высокооборотных двигателей трудно обеспечить совершенно одинаковую степень сжатия е в каждом из цилиндров двигателя. Она будет зависеть от фактического объема камеры сгорания, равного

        V = V + Упр + V, + Уп , (1)

        где Ус — фактический, полный объем камеры сгорания, см3; Уг — объем камеры сгорания в головке блока, см3; Упр — объем камеры сгорания в прокладке, см3; Уц — объем камеры сгорания в цилиндре, см3; Уп — объем камеры сгорания в вы-

        3

        емках поршня, см .

        На величину фактического, полного объема камеры сгорания влияет объем камеры сгорания в головке блока, зависящий от точности отливки, выступания тарелок клапанов и свечи зажигания. Объем камеры сгорания также зависит от толщины прокладки с учетом ее сжатия при затяжке болтов и завальцовке окантовок. На объем камеры сгорания в цилиндре влияет размерная цепь основных деталей кривошипно-шатунного механизма — расстояние от оси пальца до днища поршня, между верхней и нижней головками шатуна, от оси коленчатого вала до верхней плоскости блока цилиндров, радиуса кривошипа, учитывается и объем выемок, где они есть [2].

        Даже при строгом соблюдении этих размеров в пределах допусков, действительная степень сжатия может различаться в широких пределах. Поэтому некоторые автомобили, работающие на бензине АИ-93, можно эксплуатировать на бензине А-76, при условии обеспечения не более 4000 об/мин и соответствующей регулировке зажигания.

        Предпосылками к переводу на бензин с более низким октановым числом является и то, что в процессе эксплуатации автомобиля, с увеличением его пробега, происходит естественный износ деталей цилиндро-поршневой группы, клапанов, деформация их пружин, компенсаторов и т.д., что, в конечном счете, снижает эксплуатационные свойства двигателя, его тяговую динамичность. Диагностическим параметром, характеризующим состояние цилиндро-поршневой группы двигателя и клапанов, является компрессия. Значение параметра компрессии определяется с помощью компрессометра. Снижение компрессии против номинальных значений может быть связано с увеличением зазора в элементах «поршень -цилиндр» из-за естественных износов, залеганием поршневых колец, появлением задиров на стенке зеркала цилиндров, неплотным закрытием клапанов из-за прогорания рабочих фасок, закоксовыванием направляющих втулок (вследствие применения некачественного топлива), деформацией стержня клапана, негерметичностью в стыке соединения «головка — блок цилиндров».

        Взаимосвязь степени сжатия и номинальной компрессии в цилиндре двигателя определяется формулой

        где Кн — номинальная компрессия; е — степень сжатия.

        Допустимое значение компрессии соответствует 80 % от номинальной ком-пресиии, при условии, что разница в значениях компрессии между цилиндрами не превышает 1 кг/см2 [3].

        Для рекомендации о возможности применения бензина с пониженным октановым числом необходимо замерить компрессию и по формуле (2) определить фактическую степень сжатия в двигателе.

        Пример. Компрессия в цилиндрах двигателя автомобиля «Ока» следующая: 13 кг/см2 — отлично; 11 кг/см2 — хорошо; 10 кг/см2 — удовлетворительно; ниже -плохо [2].

        При замере показания компрессии в двигателе — 10,5 кг/см2. По формуле (2) определяем фактическую степень сжатия в двигателе

        Согласно табл. 1 степени сжатия е = 8,3 соответствует октановое число бензина в пределах 76…85. Следовательно, при небольшой корректировке угла опережения зажигания эксплуатация двигателя на бензине А-76 не противопоказана.

        Двухлетняя эксплуатация автомобиля «Ока» на бензине А-76 при компрессии в двигателе 11 кг/см2 показала следующие результаты. Калильное зажигание отсутствует, двигатель останавливается сразу же после выключения зажигания. Детонации и перегрева двигателя не наблюдается, расход топлива не увеличивается. Изменение мощностных показателей двигателя не наблюдается.

        В настоящее время ведутся исследования на различных марках автомобилей. Полученные опытные данные и проведенные соответствующие расчеты будут в дальнейшем опубликованы.

        Список литературы

        1. Колчин А.И. Расчет автомобильных и тракторных двигателей / А.И. Кол-чин, В.П. Демидов. М.: Высшая школа, 1980, 400 с.

        Кн = 1,55е — 2,35,

        (2)

        10,5 + 2,35 1,55

        = 8,3 .

        2. Дмитриевский А. Дефорсируя мотор / А. Дмитриевский // «За рулем», № 9, 1985.

        3. WWW. Д.В.С., Значения компрессии. Справочные данные. Копилевич Э.В., зав. отделом НИИПАТ. эксперт.

        Factors Influencing the Choice of Fuel with Certain Octane Number V.M. Melisarov, A.V. Milovanov, P.P. Bespalko, A.Yu. Beshnikhin

        Department «Mechanization of Agriculture», TSTU

        Key words and phrases: detonation; combustion chamber; compression; octane number; degree of compression.

        Abstract: The feasibility study of possible transfer of internal combustion engine from high-octane gasoline to the one with lower-octane number is conducted.

        Faktoren, die einen Einfluß auf die Auswahl des Brennstofes mit der bestimmten Oktanzahl ausüben

        Zusammenfassung: Es wird die Begründung der möglichen Versetzung des Verbrennungsmotors vom Hochoktanbenzin auf das Benzin mit der kleineren Oktanzahl angeführt.

        Facteurs qui influencent sur le choix de l’essence avec un nombre d’octane déterminé

        Résumé: Est effectuée l’argumentation du transfert possible du moteur à combustible interne à partir de l’essence avec un nombre d’octane élevé sur l’essence avec un nombre d’octane plus bas.

        Степень сжатия для пропана. Газовый двигатель. Дефорсирование под низкооктановое топливо

        МАШИНОСТРОЕНИЕ

        УДК 62l.43.052

        ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ИЗМЕНЕНИЯ СТЕПЕНИ СЖАТИЯ МАЛОЛИТРАЖНОГО ДВИГАТЕЛЯ, КОТОРЫЙ РАБОТАЕТ НА ПРИРОДНОМ ГАЗЕ

        Ф.И. Абрамчук, профессор, д.т.н., А.Н. Кабанов, доцент, к.т.н.,

        А.П. Кузьменко, аспирант, ХНАДУ

        Аннотация. Приведены результаты технической реализации изменения степени сжатия на двигателе МеМЗ-307, который переоборудован для работы на природном газе.

        Ключевые слова: степень сжатия, автомобильный двигатель, природный газ.

        ТЕХНІЧНА РЕАЛІЗАЦІЯ ЗМІНИ СТУПЕНЯ СТИСКАННЯ МАЛОЛІТРАЖНОГО АВТОМОБІЛЬНОГО ДВИГУНА,

        ЩО ПРАЦЮЄ НА ПРИРОДНОМУ ГАЗІ

        Ф.І. Абрамчук, професор, д.т.н., О.М. Кабанов, доцент, к.т.н.,

        А.П. Кузьменко, аспірант, ХНАДУ

        Анотація. Наведено результати технічної реалізації зміни ступеня стискання двигуна МеМЗ-307, переобладнаний для роботи на природному газі.

        Ключевые слова: ступінь стискання, автомобільний двигун, природний газ.

        TECHNICAL REALIZATION OF COMPRESSION RATIO VARIATION OF SMALL-CAPACITY AUTOMOTIVE NATURAL GAS POWERED ENGINE

        F. Abramchuk, Professor, Doctor of Technical Science, A. Kabanov, Associate Professor, Doctor of Technical Science, A. Kuzmenko, postgraduate, KhNAHU

        Abstract. The results of technical realization of compression ratio variation of MeMZ-3Q7 engine converted for natural gas running are given.

        Key words: compression ratio, automotive engine, natural gas.

        Введение

        Создание и успешная эксплуатация чисто газовых двигателей, которые работают на природном газе, зависят от правильного выбора основных параметров рабочего процесса, определяющих их технические, экономические и экологические характеристики. В первую очередь это касается выбора степени сжатия.

        Природный газ, имея высокое октановое число (110-130), позволяет повысить степень сжатия. Максимальное значение степени

        сжатия, исключающее детонацию, можно в первом приближении выбрать расчетным путем. Однако проверить и уточнить расчетные данные возможно только экспериментально.

        Анализ публикаций

        В работе при переводе бензинового двигателя (Vh = 1 л) автомобиля VW POLO на природный газ упрощена форма огневой поверхности поршня. Уменьшение объема камеры сжатия привело к увеличению степени сжатия с 10,7 до 13,5.

        На двигателе Д21А для снижения степени сжатия с 16,5 до 9,5 дообрабатывался поршень . Камера сгорания полусферического типа для дизеля изменена под рабочий процесс газового двигателя с искровым зажиганием.

        При конвертации дизеля ЯМЗ-236 в газовый двигатель степень сжатия с 16,2 до 12 уменьшена также за счет дообработки поршня .

        Цель и постановка задачи

        Целью работы является разработка конструкции деталей камеры сгорания двигателя МеМЗ-307, позволяющих обеспечить степень сжатия е = 12 и е = 14 для проведения экспериментальных исследований.

        Выбор подхода к изменению степени сжатия

        Для малолитражного бензинового двигателя, конвертируемого в газовый, изменение степени сжатия означает её увеличение по сравнению с базовым ДВС. Выполнить эту задачу можно несколькими способами.

        В идеальном случае на двигатель желательна установка системы изменения степени сжатия, позволяющей выполнять эту задачу в режиме реального времени, в том числе не прерывая работы двигателя. Однако такие системы очень дорогие и сложные в конструкции и эксплуатации, требуют внесения существенных изменений в конструкцию, а также являются элементом ненадежности двигателя.

        Изменять степень сжатия можно также за счет увеличения количества или толщины прокладок между головкой и блоком цилиндров. Этот способ дешёвый, однако при этом увеличивается вероятность прогорания прокладок при нарушении нормального процесса сгорания топлива. Кроме того, такой способ регулирования степени сжатия отличается низкой точностью, так как значение е будет зависеть от силы затяжки гаек на шпильках головки блока и качества изготовления прокладок. Чаще всего такой способ используют для понижения степени сжатия.

        Использование накладок на поршни технически сложно, так как возникает проблема надежного крепления относительно тонкой накладки (около 1 мм) к поршню и надёжной работы этого крепления в условиях камеры сгорания.

        Оптимальным вариантом является изготовление комплектов поршней, каждый из которых обеспечивает заданную степень сжатия. Этот способ требует частичной разборки двигателя для изменения степени сжатия, однако обеспечивает достаточно высокую точность значения е в эксперименте и надежность работы двигателя с измененной степенью сжатия (не снижается прочность и надёжность конструктивных элементов двигателя). К тому же этот способ сравнительно дешёвый.

        Результаты исследований

        Суть задачи состояла в том, чтобы, используя положительные качества природного газа (высокое октановое число) и особенности смесеобразования, компенсировать потерю мощности при работе двигателя на данном топливе. Для выполнения поставленной задачи было решено изменять степень сжатия.

        Согласно плану эксперимента степень сжатия должна изменяться от е = 9,8 (серийная комплектация) до е = 14. Целесообразно промежуточное значение степени сжатия выбрать е = 12 (как среднее арифметическое крайних значений е). В случае необходимости возможно изготовление комплектов поршней, обеспечивающих другие промежуточные значения степени сжатия.

        Для технической реализации указанных степеней сжатия были выполнены расчеты, конструкторские разработки и экспериментально проверенные объемы камер сжатия методом проливки. Результаты проливки указаны в таблицах 1 и 2.

        Таблица 1 Результаты проливки камеры сгорания в головке цилиндров

        1 цил. 2 цил. 3 цил. 4 цил.

        22,78 22,81 22,79 22,79

        Таблица 2 Результаты проливки камеры сгорания в поршнях (поршень установлен в цилиндр)

        1 цил. 2 цил. 3 цил. 4 цил.

        9,7 9,68 9,71 9,69

        Толщина прокладки в сжатом состоянии составляет 1 мм. Утопание поршня относительно плоскости блока цилиндров составляет 0,5 мм, что было определено с помощью обмеров.

        Соответственно объем камеры сгорания Ус будет состоять из объема в головке цилиндров Уг, объема в поршне Уп и объема щели между поршнем и головкой цилиндра (уто-пание поршня относительно плоскости блока цилиндров + толщина прокладки) Ущ = 6,6 см3.

        Ус = 22,79 + 9,7 + 4,4 = 36,89 (см3).

        Принято решение — степень сжатия изменять за счет изменения объема камеры сгорания путем изменения геометрии головки поршня, так как данный способ позволяет реализовать все варианты степени сжатия, и при этом есть возможность вернуться к серийной комплектации.

        На рис. 1 приведена серийная комплектация деталей камеры сгорания с объемами в поршне Уп = 7,5 см3.

        Рис. 1. Серийная комплектация деталей камеры сгорания Ус = 36,9 см3 (е = 9,8)

        Для получения степени сжатия е = 12 достаточно комплектовать камеру сгорания поршнем с плоским днищем, в котором выполнены две небольшие выборки общим объемом

        0,1 см3, предотвращающие встречу впускных и выпускных клапанов с поршнем во время

        перекрытия. В этом случае объем камеры сжатия равен

        Ус = 36,9 — 7,4 = 29,5 (см3).

        В этом случае зазор между поршнем и головкой цилиндров остается 8 = 1,5 мм. Конструкция камеры сгорания, обеспечивающая є = 12, показана на рис. 2.

        Рис. 2. Комплектация деталей камеры сгорания газового двигателя для получения степени сжатия є = 12 (Ус = 29,5 м3)

        Реализовать степень сжатия є = 14 принято за счет увеличения высоты поршня с плоским днищем на И = 1 мм. В данном случае поршень также имеет две выборки под клапаны общим объемом 0,2 см3. Объем камеры сжатия уменьшается на

        ДУ = — И = . 0,1 = 4,42 (см3).

        Такая комплектация деталей камеры сгорания дает объем

        Ус = 29,4 — 4,22 = 25,18 (см3).

        На рис. 3 показана комплектация камеры сгорания, обеспечивающая степень сжатия є = 13,9.

        Зазор между огневой поверхностью поршня и головкой цилиндра составляет 0,5 мм, что достаточно для нормальной работы деталей.

        Рис. 3. Комплектация деталей камеры сгорания газового двигателя с е = 13,9 (Ус = 25,18 см3)

        1. Упрощение геометрической формы огневой поверхности поршня (плоская головка с двумя маленькими выборками) позволило увеличить степень сжатия с 9,8 до 12.

        2. Уменьшение зазора до 5 = 0,5 мм между головкой цилиндра и поршнем в ВМТ и упрощение геометрической формы огневой по-

        верхности поршня позволило увеличить є до 13,9 единиц.

        Литература

        1. По материалам сайта: www.empa.ch

        2. Бганцев В.Н. Газовый двигатель на базе

        четырехтактного дизеля общего назначения / В.Н. Бганцев, А.М. Левтеров,

        B.П. Мараховский // Мир техники и технологий. — 2003. — №10. — С. 74-75.

        3. Захарчук В.І. Розрахунково-експеримен-

        тальне дослідження газового двигуна, переобладнаного з дизеля / В.І. Захарчук, О.В. Сітовський, І.С. Козачук // Автомобильный транспорт: сб. науч. тр. -Харьков: ХНАДУ. — 2005. — Вып. 16. —

        4. Богомолов В.А. Особенности конструкции

        экспериментальной установки для проведения исследований газового двигателя 64 13/14 с искровым зажиганием / В.А. Богомолов, Ф.И. Абрамчук, В.М. Ма-нойло и др. // Вестник ХНАДУ: сб. науч. тр. — Харьков: ХНАДУ. -2007. — № 37. — С. 43-47.

        Рецензент: М. А. Подригало, профессор, д.т.н., ХНАДУ.

        1

        1 Государственный научный центр Российской Федерации – Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт (НАМИ)»

        При конвертации дизеля в газовый двигатель для компенсации уменьшения мощности применяют наддув. Для предотвращения детонации снижают геометрическую степень сжатия, что вызывает уменьшение индикаторного КПД. Анализируются различия между геометрической и фактической степенями сжатия. Закрытие впускного клапана на одинаковую величину до или после НМТ вызывает одинаковое уменьшение фактической степени сжатия по сравнению с геометрической степенью сжатия. Дано сравнение параметров процесса наполнения при стандартной и укороченной фазе впуска. Показано, что раннее закрытие впускного клапана позволяет уменьшить фактическую степень сжатия, снижая порог детонации, сохраняя при этом высокую геометрическую степень сжатия и высокий индикаторный КПД. Укороченный впуск обеспечивает рост механического КПД за счет снижения давления насосных потерь.

        газовый двигатель

        геометрическая степень сжатия

        фактическая степень сжатия

        фазы газораспределения

        индикаторный КПД

        механический КПД

        детонация

        насосные потери

        1. Каменев В.Ф. Перспективы улучшения токсических показателей дизельных двигателей автотранспортных средств массой более 3,5 т / В.Ф. Каменев, А.А. Демидов, П.А. Щеглов // Труды НАМИ: сб. науч. ст. – М., 2014. – Вып. № 256. – С. 5–24.

        2. Никитин А.А. Регулируемый привод клапана впуска рабочей среды в цилиндр двигателя: Пат. 2476691 Российская Федерация, МПК F01L1/34 / А.А. Никитин, Г.Е. Седых, Г.Г. Тер-Мкртичьян; заявитель и патентообладатель ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», опубл. 27.02.2013.

        3. Тер-Мкртичьян Г.Г. Двигатель с количественным бездроссельным регулированием мощности // Автомобильная промышленность. — 2014. — № 3. – С. 4-12.

        4. Тер-Мкртичьян Г.Г. Научные основы создания двигателей с управляемой степенью сжатия: дис. докт. … техн. наук. — М., 2004. – 323 с.

        5. Тер-Мкртичьян Г.Г. Управление движением поршней в двигателях внутреннего сгорания. – М. : Металлургиздат, 2011. – 304 с.

        6. Тер-Мкртичьян Г.Г. Тенденции развития аккумуляторных топливных систем крупных дизелей / Г.Г. Тер-Мкртичьян, Е.Е. Старков // Труды НАМИ: сб. науч. ст. – М., 2013. – Вып. № 255. – С. 22–47.

        В последнее время достаточно широкое применение в грузовых автомобилях и автобусах находят газовые двигатели, конвертируемые из дизелей путем доработки головки блока цилиндров с заменой форсунки на свечу зажигания и оснащения двигателя аппаратурой подачи газа во впускной трубопровод, или во впускные каналы . Для предотвращения детонации степень сжатия понижают, как правило, дорабатывая поршень.

        Газовый двигатель априори имеет меньшую мощность и худшую топливную экономичность по сравнению с базовым дизелем. Снижение мощности газового двигателя объясняется уменьшением наполнения цилиндров топливовоздушной смесью за счет замещения части воздуха газом, имеющим больший объем по сравнению с жидким топливом. Для компенсации снижения мощности применяют наддув, что требует дополнительного снижения степени сжатия. При этом уменьшается индикаторный КПД двигателя, сопровождающийся ухудшением топливной экономичности.

        В качестве базового двигателя для конвертации на газ был выбран дизель семейства ЯМЗ-536 (6ЧН10,5/12,8) с геометрической степенью сжатия ε =17,5 и номинальной мощностью 180 кВт при частоте вращения коленчатого вала 2300 мин -1 .

        Рис.1. Зависимость максимальной мощности газового двигателя от степени сжатия (граница детонации).

        На рисунке 1 приведена зависимость максимальной мощности газового двигателя от степени сжатия (граница детонации). В конвертированном двигателе при стандартных фазах газораспределения заданная номинальная мощность 180 кВт без детонации может быть обеспечена только при значительном снижении геометрической степени сжатия с 17,5 до 10, вызывающем ощутимое уменьшение индикаторного КПД.

        Избежать детонации без снижения или при минимальном снижении геометрической степени сжатия, а значит и минимальном уменьшении индикаторного КПД позволяет реализация цикла с ранним закрытием впускного клапана. В этом цикле впускной клапан закрывается до прихода поршня к НМТ. После закрытия впускного клапана при движении поршня к НМТ газовоздушная смесь сначала расширяется и охлаждается и только после прохождения поршнем НМТ и его движения к ВМТ начинает сжиматься. Потери наполнения цилиндров компенсируются за счет повышения давления наддува.

        Основными задачами исследований являлось выявление возможности конвертации современного дизеля в газовый двигатель с внешним смесеобразованием и количественным регулированием с сохранением высоких мощности и топливной экономичности базового дизеля. Рассмотрим некоторые ключевые моменты подходов к решению поставленных задач.

        Геометрическая и фактическая степени сжатия

        Начало процесса сжатия совпадает с моментом закрытия впускного клапана φ a . Если это происходит в НМТ, то фактическая степень сжатия ε ф равна геометрической степени сжатия ε. При традиционной организации рабочего процесса впускной клапан с целью улучшения наполнения за счет дозарядки закрывается через 20-40° после НМТ. При реализации цикла с укороченным впуском впускной клапан закрывается до НМТ. Поэтому в реальных двигателях фактическая степень сжатия всегда меньше геометрической степени сжатия.

        Закрытие впускного клапана на одинаковую величину либо до, либо после НМТ вызывает одинаковое уменьшение фактической степени сжатия по сравнению с геометрической степенью сжатия. Так, например, при изменении φ a на 30° до или после НМТ фактическая степень сжатия уменьшается приблизительно на 5% .

        Изменение параметров рабочего тела в процессе наполнения

        При проведении исследований были сохранены стандартные фазы выпуска, а фазы впуска менялись за счет вариации угла закрытия впускного клапана φ a . В этом случае при раннем закрытии впускного клапана (до НМТ) и сохранении стандартной продолжительности впуска (Δφ вп =230°) впускной клапан пришлось бы открывать задолго до ВМТ, что вследствие большого перекрытия клапанов неизбежно привело бы к чрезмерному росту коэффициента остаточных газов и нарушениям в протекании рабочего процесса. Поэтому раннее закрытие впускного клапана потребовало значительного уменьшения продолжительности впуска до 180°.

        На рисунке 2 приведена диаграмма давления заряда в процессе наполнения в зависимости от угла закрытия впускного клапана до НМТ. Давление в конце наполнения p a ниже давления во впускном трубопроводе, причем понижение давления тем больше, чем раньше до НМТ закрывается впускной клапан.

        При закрытии впускного клапана в ВМТ температура заряда в конце наполнения T a несколько выше температуры во впускном трубопроводе T k . При более раннем закрытии впускного клапана температуры сближаются, и при φ a >35…40° ПКВ заряд в ходе наполнения не нагревается, а охлаждается.

        1 — φ a =0°; 2 — φ a =30°; 3 — φ a =60°.

        Рис.2.Влияние угла закрытия впускного клапана на изменение давления в процессе наполнения.

        Оптимизация фазы впуска на режиме номинальной мощности

        При прочих равных условиях наддув или повышение степени сжатия в двигателях с внешним смесеобразованием ограничиваются одним и тем же явлением — возникновением детонации. Очевидно, что при одинаковом коэффициенте избытка воздуха и одинаковых углах опережения зажигания условия возникновения детонации соответствуют определенным значениям давления p c и температуры T c заряда в конце сжатия, зависящим от фактической степени сжатия .

        При одинаковой геометрической степени сжатия и, следовательно, одинаковом объеме сжатия отношение p c / T c однозначно определяет количество свежего заряда в цилиндре. Отношение давления рабочего тела к его температуре пропорционально плотности. Поэтому фактическая степень сжатия показывает, на сколько увеличивается плотность рабочего тела в процессе сжатия. На параметры рабочего тела в конце сжатия, кроме фактической степени сжатия, существенное влияние оказывают давление и температура заряда в конце наполнения, определяемые протеканием процессов газообмена, в первую очередь процесса наполнения.

        Рассмотрим варианты двигателя с одинаковой геометрической степенью сжатия и одинаковой величиной среднего индикаторного давления, один из которых имеет стандартную продолжительность впуска (Δφ вп =230°), а в другом впуск укорочен (Δφ вп =180°), параметры которых представлены в таблице 1. В первом варианте впускной клапан закрывается через 30° после ВМТ, а во втором варианте впускной клапан закрывается за 30° до ВМТ. Поэтому фактическая степень сжатия ε ф у двух вариантов с поздним и ранним закрытием впускного клапана одинакова.

        Таблица 1

        Параметры рабочего тела в конце наполнения для стандартного и укороченного впуска

        Δφ вп , °

        φ a , °

        P k , МПа

        P a , МПа

        ρ a , кг/м 3

        Среднее индикаторное давление при неизменной величине коэффициента избытка воздуха пропорционально произведению индикаторного КПД на количество заряда в конце наполнения. Индикаторный КПД при прочих равных условиях определяется геометрической степенью сжатия, которая в рассматриваемых вариантах одинакова. Поэтому индикаторный КПД также может быть принят одинаковым .

        Количество заряда в конце наполнения определяется произведением плотности заряда на впуске на коэффициент наполнения ρ k η v . Использование эффективных охладителей наддувочного воздуха позволяет поддерживать температуру заряда во впускном трубопроводе примерно постоянной независимо от степени повышения давления в компрессоре. Поэтому примем в первом приближении, что плотность заряда во впускном трубопроводе прямо пропорциональна давлению наддува.

        В варианте со стандартной продолжительностью впуска и закрытием впускного клапана после НМТ коэффициент наполнения на 50% выше, чем в варианте с укороченным впуском и закрытием впускного клапана до НМТ.

        При уменьшении коэффициента наполнения для поддержания среднего индикаторного давления на заданном уровне необходимо пропорционально, т.е. на те же 50%, увеличить давление наддува. При этом в варианте с ранним закрытием впускного клапана и давление, и температура заряда в конце наполнения будут на 12% ниже, чем соответствующие давление и температура в варианте с закрытием впускного клапана после НМТ. В связи с тем что в рассматриваемых вариантах фактическая степень сжатия одинакова, давление и температура конца сжатия в варианте с ранним закрытием впускного клапана также будут на 12% ниже, чем при закрытии впускного клапана после НМТ.

        Таким образом, в двигателе с укороченным впуском и закрытием впускного клапана до НМТ при сохранении неизменным среднего индикаторного давления можно ощутимо снизить вероятность возникновения детонации по сравнению с двигателем, имеющим стандартную продолжительность впуска и закрытие впускного клапана после НМТ.

        В таблице 2 дано сравнение параметров вариантов газового двигателя при работе на номинальном режиме.

        Таблица 2

        Параметры вариантов газового двигателя

        № варианта

        Степень сжатия ε

        Открытие впускного клапана φ s , ° ПКВ

        Закрытие впускного клапана φ a , ° ПКВ

        Степень повышения давления в компрессоре p k

        Давление насосных потерь p нп , МПа

        Давление механических потерь p м , МПа

        Коэффициент наполнения η v

        Индикаторный КПД η i

        Механический КПД η м

        Эффективный КПД η e

        Давление начала сжатия p a , МПа

        Температура начала сжатия T a , K

        На рисунке 3 представлены диаграммы газообмена при различных углах закрытия впускного клапана и одинаковой продолжительности наполнения, а на рисунке 4 даны диаграммы газообмена при одинаковой фактической степени сжатия и разной продолжительности наполнения.

        На режиме номинальной мощности угол закрытия впускного клапана φ a =30° до НМТ фактическая степень сжатия ε ф =14,2 и степень повышения давления в компрессоре π k =2,41. При этом обеспечивается минимальный уровень насосных потерь. При более раннем закрытии впускного клапана в связи со снижением коэффициента наполнения требуется существенно увеличить давление наддува на 43% (π k =3,44), что сопровождается значительным ростом давления насосных потерь.

        При раннем закрытии впускного клапана температура заряда в начале такта сжатия Т а, вследствие его предварительного расширения, на 42 К ниже по сравнению с двигателем со стандартными фазами впуска.

        Внутреннее охлаждение рабочего тела, сопровождающееся отбором части теплоты от наиболее горячих элементов камеры сгорания, снижает риск детонации и калильного зажигания. Коэффициент наполнения уменьшается на треть. Появляется возможность работать без детонации со степенью сжатия 15, против 10 при стандартной продолжительности впуска.

        1 — φ a =0°; 2 — φ a =30°; 3 — φ a =60°.

        Рис. 3. Диаграммы газообмена при различных углах закрытия впускного клапана.

        1 -φ a =30°до ВМТ; 2 -φ a =30° за ВМТ.

        Рис.4. Диаграммы газообмена при одинаковой фактической степени сжатия.

        Время-сечение впускных клапанов двигателя можно изменять, регулируя высоту их подъема. Одним из возможных технических решений является разработанный в ГНЦ НАМИ механизм управления высотой подъема впускного клапана . Большой перспективой обладают разработки гидроприводных устройств независимого электронного управления открытием и закрытием клапанов, основанные на принципах, промышленно реализованных в аккумуляторных топливных системах дизелей .

        Несмотря на повышение давления наддува и более высокую степень сжатия в двигателе с укороченным впуском ввиду раннего закрытия впускного клапана и, следовательно, более низкого давления начала сжатия, среднее давление в цилиндре не увеличивается. Поэтому также не увеличивается и давление трения. С другой стороны, при укороченном впуске ощутимо (на 21%) уменьшается давление насосных потерь, что приводит к росту механического КПД.

        Реализация более высокой степени сжатия в двигателе с укороченным впуском вызывает рост индикаторного КПД и в сочетании с некоторым увеличением механического КПД сопровождается повышением эффективного КПД на 8%.

        Заключение

        Результаты проведенных исследований свидетельствуют о том, что раннее закрытие впускного клапана позволяет в широких пределах манипулировать коэффициентом наполнения и фактической степенью сжатия, снижая порог детонации без уменьшения индикаторного КПД. Укороченный впуск обеспечивает рост механического КПД за счет снижения давления насосных потерь.

        Рецензенты:

        Каменев В.Ф., д.т.н., профессор, ведущий эксперт, ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», г. Москва.

        Сайкин А.М., д.т.н., начальник управления, ГНЦ РФ ФГУП «НАМИ», г. Москва.

        Библиографическая ссылка

        Тер-Мкртичьян Г.Г. КОНВЕРТАЦИЯ ДИЗЕЛЯ В ГАЗОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С УМЕНЬШЕНИЕМ ФАКТИЧЕСКОЙ СТЕПЕНИ СЖАТИЯ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 5.;
        URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=14894 (дата обращения: 01.02.2020). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

        Евгений Константинов

        Пока бензин и дизельное топливо неумолимо дорожают, а всевозможные альтернативные силовые установки для автотранспорта остаются страшно далёкими от народа, проигрывая традиционным двигателям внутреннего сгорания в цене, автономности и эксплуатационных расходах, самым реальным способом сэкономить на заправке остаётся перевод автомобиля на «газовую диету». На первый взгляд это выгодно: стоимость переоборудования автомобиля вскоре окупается за счёт разницы в цене горючего, особенно при регулярных коммерческих и пассажирских перевозках. Недаром в Москве и многих других городах значительная доля муниципального автотранспорта уже давно переведена на газ. Но тут возникает закономерный вопрос: почему же тогда доля газобаллонных автомобилей в транспортном потоке и в нашей стране, и за рубежом не превышает нескольких процентов? Что таит обратная сторона газового баллона?

        Наука и жизнь // Иллюстрации

        Предупреждающие таблички на заправке установлены неспроста: каждое соединение технологического газопровода — потенциальное место утечек горючего газа.

        Баллоны для сжиженного газа легче, дешевле и разнообразнее по форме, чем для сжатого, а потому их проще компоновать исходя из свободного пространства в автомобиле и необходимого запаса хода.

        Обратите внимание на разницу в цене жидкого и газообразного топлива.

        Баллоны со сжатым метаном в кузове тентованной «Газели».

        Редуктор-испаритель в пропановой системе требует подогрева. На фото хорошо виден шланг, соединяющий жидкостный теплообменник редуктора с системой охлаждения двигателя.

        Принципиальная схема работы газобаллонного оборудования на карбюраторном двигателе.

        Схема работы оборудования для сжиженного газа без перевода его в газообразную фазу в двигателе внутреннего сгорания с распределённым впрыском.

        Пропан-бутан хранят и перевозят в цистернах (на фото — за синими воротами). Благодаря такой мобильности заправку можно разместить в любом удобном месте, а при необходимости быстро перенести в другое.

        На пропановой колонке заправляют не только автомобили, но и бытовые баллоны.

        Колонка для сжиженного газа внешне отличается от бензиновой, но процесс заправки похож. Отсчёт залитого топлива идёт в литрах.

        Понятие «газовое автомобильное топливо» включает в себя две совершенно разных по составу смеси: природный газ, в котором до 98% приходится на метан, и производимый из попутного нефтяного газа пропан-бутан. Кроме безусловной горючести общим для них является ещё и агрегатное состояние при атмосферном давлении и комфортных для жизни температурах. Однако при низких температурах физические свойства этих двух наборов лёгких углеводородов здорово различаются. Из-за этого они требуют совершенно разного оборудования для хранения на борту и подачи в двигатель, да и в эксплуатации автомобили с разными системами газового питания имеют несколько существенных различий.

        Сжиженный газ

        Пропан-бутановая смесь хорошо знакома туристам и дачникам: именно её заправляют в бытовые газовые баллоны. Она же составляет основную долю газа, который впустую сгорает в факелах нефтедобывающих и перерабатывающих предприятий. Пропорциональный состав топливной пропан-бутановой смеси может различаться. Дело не столько в исходном составе нефтяного газа, сколько в температурных свойствах получаемого горючего. Как моторное топливо чистый бутан (С 4 Н 10) хорош во всех отношениях, кроме того, что он переходит в жидкое состояние уже при 0,5°С при атмосферном давлении. Поэтому к нему добавляют менее калорийный, но более холодостойкий пропан (С 2 Н 8) с температурой кипения –43°С. Соотношение этих газов в смеси задаёт нижний температурный предел применения топлива, которое по этой же самой причине бывает «летним» и «зимним».

        Относительно высокая температура кипения пропан-бутана даже в «зимнем» исполнении позволяет хранить его в баллонах в виде жидкости: уже под небольшим давлением он переходит в жидкую фазу. Отсюда и другое название пропан-бутанового топлива — сжиженный газ. Это удобно и экономично: высокая плотность жидкой фазы позволяет уместить в малом объёме большое количество топлива. Свободное пространство над жидкостью в баллоне занято насыщенным паром. По мере расхода газа давление в баллоне остаётся постоянным до самого его опустошения. Водителям «пропановых» машин при заправке следует заливать баллон максимум на 90%, чтобы оставить внутри место для паровой подушки.

        Давление внутри баллона прежде всего зависит от температуры окружающей среды. При отрицательных температурах оно падает ниже одной атмосферы, но даже этого достаточно для поддержания работоспособности системы. Зато с потеплением оно быстро растёт. При 20°C давление в баллоне составляет уже 3-4 атмосферы, а при 50°C достигает 15-16 атмосфер. Для большинства автомобильных газовых баллонов эти значения близки к предельным. А это значит, что при перегреве в жаркий полдень на южном солнцепёке тёмный автомобиль с баллоном сжиженного газа на борту… Нет, не взорвётся, как в голливудском боевике, а начнёт сбрасывать излишки пропан-бутана в атмосферу через предохранительный клапан, предназначенный именно для такого случая. К вечеру, когда вновь похолодает, топлива в баллоне окажется заметно меньше, зато никто и ничто не пострадает. Правда, как показывает статистика, отдельные любители дополнительно сэкономить на предохранительном клапане время от времени пополняют хронику происшествий.

        Сжатый газ

        Иные принципы лежат в основе работы газобаллонного оборудования для машин, потребляющих в качестве топлива природный газ, в обиходе обычно именуемый метаном по своему основному компоненту. Это тот же газ, что подаётся по трубам в городские квартиры. В отличие от нефтяного газа метан (СН 4) обладает низкой плотностью (в 1,6 раза легче воздуха), а главное — низкой температурой кипения. Он переходит в жидкое состояние лишь при –164°С. Наличие небольшого процента примесей других углеводородов в природном газе не сильно изменяет свойства чистого метана. А значит, превратить этот газ в жидкость для использования в автомобиле невероятно сложно. В последнее десятилетие активно велись работы по созданию так называемых криогенных баков, позволяющих хранить в автомобиле сжиженный метан при температурах –150°С и ниже и давлении до 6 атмосфер. Были созданы опытные образцы транспорта и заправок под этот вариант топлива. Но пока практического распространения эта технология не получила.

        А потому в подавляющем большинстве случаев для использования в качестве моторного топлива метан просто сжимают, доводя давление в баллоне до 200 атмосфер. Как следствие, прочность и соответственно масса такого баллона должны быть заметно выше, чем для пропанового. Да и помещается в одинаковом объёме сжатого газа существенно меньше, чем сжиженного (в пересчёте на моли). А это — уменьшение автономности автомобиля. Другой минус — цена. Существенно больший запас прочности, заложенный в метановое оборудование, оборачивается тем, что цена комплекта на автомобиль оказывается почти в десять раз выше аналогичной по классу пропановой аппаратуры.

        Метановые баллоны бывают трёх типоразмеров, из которых в легковом автомобиле можно разместить только самые маленькие, объёмом 33 л. Но для того, чтобы обеспечить гарантированную дальность хода в триста километров, таких баллонов нужно пять, суммарной массой 150 кг. Понятное дело, что в компактной городской малолитражке возить постоянно такой груз вместо полезного багажа смысла нет. Поэтому есть резон переводить на метан лишь большие автомобили. Прежде всего, грузовики и автобусы.

        При всём этом у метана есть два существенных преимущества перед нефтяным газом. Во-первых, он ещё дешевле и не привязан к цене на нефть. А во-вторых, метановое оборудование конструктивно застраховано от проблем с зимней эксплуатацией и позволяет при желании вообще обходиться без бензина. В случае с пропан-бутаном в наших климатических условиях такой фокус не пройдёт. Автомобиль по факту останется двухтопливным. Причина именно в сжиженности газа. А точнее, в том, что в процессе активного испарения газ резко охлаждается. В результате сильно падает температура в баллоне и особенно — в газовом редукторе. Чтобы аппаратура не замерзала, редуктор подогревают, встраивая в него теплообменник, соединённый с системой охлаждения двигателя. Но чтобы эта система начала работать, жидкость в магистрали надо предварительно подогреть. А потому запускать и прогревать мотор при температуре окружающего воздуха ниже 10°С рекомендуется строго на бензине. И лишь затем, с выходом мотора на рабочую температуру, переключаться на газ. Впрочем, современные электронные системы переключают всё сами, без помощи водителя, автоматически контролируя температуру и не допуская замерзания оборудования. Правда, для поддержания корректной работы электроники в этих системах нельзя досуха опустошать бензобак даже в жаркую погоду. Пусковой режим на газу является для подобной аппаратуры аварийным, и на него систему можно переключить лишь принудительно в случае крайней необходимости.

        У метановой аппаратуры никаких трудностей с зимним пуском нет. Наоборот, на этом газе в морозы запустить двигатель даже легче, чем на бензине. Отсутствие жидкой фазы не требует и подогрева редуктора, который лишь понижает давление в системе с 200 транспортировочных атмосфер до одной рабочей.

        Чудеса непосредственного впрыска

        Сложнее всего переводить на газ со-временные двигатели с непосредственным впрыском топлива в цилиндры. Причина в том, что газовые форсунки традиционно размещаются во впускном тракте, где и происходит смесеобразование во всех остальных типах двигателей внутреннего сгорания без непосредственного впрыска. Но наличие такового напрочь перечёркивает возможность столь легко и технологично добавить газовое питание. Во-первых, в идеале газ тоже надо подавать прямо в цилиндр, а во-вторых, и это ещё более важно, жидкое топливо служит для охлаждения собственных форсунок непосредственного впрыска. Без него они очень быстро выходят из строя от перегрева.

        Варианты решения этой проблемы есть, причём как минимум два. Первый превращает двигатель в двухтопливный. Он был придуман довольно давно, ещё до появления непосредственного впрыска на бензиновых моторах и предлагался для адаптации дизелей к работе на метане. Газ не воспламеняется от сжатия, а потому «газированный дизель» заводится на солярке и продолжает на ней же работать в режиме холостых оборотов и минимальной нагрузки. А дальше в дело вступает газ. Именно за счёт его подачи регулируют скорость вращения коленвала в режиме средних и высоких оборотов. Для этого ТНВД (топливный насос высокого давления) ограничивают по подаче жидкого топлива до 25-30% от номинала. Метан поступает в двигатель по собственной магистрали в обход ТНВД. Никаких проблем с его смазкой из-за снижения подачи солярки на высоких оборотах не возникает. Дизельные форсунки при этом продолжают охлаждаться проходящим через них топливом. Правда, тепловая нагрузка на них в режиме высоких оборотов всё равно остаётся повышенной.

        Аналогичную схему питания стали применять и для бензиновых моторов с непосредственным впрыском. Причём работает она как с метановой, так и с пропан-бутановой аппаратурой. Но в последнем случае более перспективным считается альтернативное решение, появившееся совсем недавно. Всё началось с идеи отказаться от традиционного редуктора с испарителем и подавать пропан-бутан в двигатель под давлением в жидкой фазе. Следующими шагами стали отказ от газовых форсунок и подача сжиженного газа через штатные форсунки для бензина. В схему добавили электронный модуль согласования, подключающий по ситуации газовую или бензиновую магистраль. При этом новая система лишилась традиционных проблем с холодным пуском на газе: нет испарения — нет и охлаждения. Правда, стоимость оборудования для моторов с непосредственным впрыском в обоих случаях такова, что окупается оно только при очень больших пробегах.

        Кстати, экономическая целесообразность ограничивает применение газобаллонного оборудования в дизелях. Именно из соображений выгоды для моторов с воспламенением от сжатия используют только метановую аппаратуру, причём подходящую по характеристикам лишь двигателям тяжёлой техники, оснащённым традиционными ТНВД. Дело в том, что перевод маленьких экономичных легковых моторов с дизеля на газ себя не окупает, а разработка и техническое воплощение газобаллонной аппаратуры для новейших двигателей с общей топливной рампой (common rail) по нынешним временам считаются экономически неоправданными.

        Правда, есть и другой, альтернативный путь перевода дизеля на газ — путём полной конвертации в газовый двигатель с искровым зажиганием. У такого мотора уменьшается до 10-11 единиц степень сжатия, появляются свечи и высоковольтная электрика, и он навсегда прощается с дизельным топливом. Зато начинает безболезненно потреблять бензин.

        Условия работы

        Старые советские инструкции по переводу бензиновых автомобилей на газ предписывали шлифовать головки блока цилиндров (ГБЦ), чтобы поднять степень сжатия. Оно и понятно: объектом газификации в них выступали силовые агрегаты коммерческого транспорта, работавшие на бензине с октановым числом 76 и ниже. У метана же октановое число 117, а у пропан-бутановых смесей оно около ста. Таким образом, оба вида газового топлива существенно менее склонны к детонации, чем бензин, и позволяют поднять степень сжатия двигателя, чтобы оптимизировать процесс сгорания.

        Кроме того, для архаичных карбюраторных моторов, оснащавшихся механическими системами подачи газа, увеличение степени сжатия позволяло компенсировать потерю мощности, возникавшую при переходе на газ. Дело в том, что бензин и газы смешиваются с воздухом во впускном тракте в совершенно разных пропорциях, из-за чего при использовании пропан-бутана, а особенно метана, двигателю приходится работать на существенно более бедной смеси. Как результат — снижение крутящего момента двигателя, приводящее к падению мощности на 5-7% в первом случае и на 18-20% во втором. При этом на графике внешней скоростной характеристики форма кривой крутящего момента каждого конкретного мотора остаётся без изменений. Она просто смещается вниз по «оси ньютон-метров».

        Однако для двигателей с электронными системами впрыска, оснащаемых современными системами газового питания, все эти рекомендации и цифры не имеют почти никакого практического значения. Потому что, во-первых, их степень сжатия и так достаточна, и даже для перехода на метан работы по шлифовке ГБЦ совершенно не оправданны экономически. А во-вторых, согласованный с электроникой автомобиля процессор газовой аппаратуры организует подачу топлива таким образом, что как минимум наполовину компенсирует вышеозначенный провал по крутящему моменту. В системах же с непосредственным впрыском и в газодизельных моторах газовое топливо в отдельных диапазонах оборотов и вовсе способно поднимать крутящий момент.

        Кроме того, электроника чётко отслеживает необходимое опережение зажигания, которое при переключении на газ должно быть больше, чем для бензина, при прочих равных условиях. Газовое топливо горит медленнее, а значит, и поджигать его нужно раньше. По этой же причине возрастает тепловая нагрузка на клапаны и их сёдла. С другой стороны, меньшей становится ударная нагрузка на цилиндро-поршневую группу. Кроме того, для неё зимний пуск на метане существенно полезнее, чем на бензине: газ не смывает масло со стенок цилиндров. Да и вообще в газовом топливе не содержится катализаторов старения металлов, более полное сгорание топлива уменьшает токсичность выхлопа и нагар в цилиндрах.

        Автономное плавание

        Пожалуй, наиболее заметным минусом в газовом автомобиле становится его ограниченная автономность. Во-первых, расход газового топлива, если считать по объёму, получается больше, чем бензина и тем более солярки. А во-вторых, газовая машина оказывается привязанной к соответствующим заправкам. Иначе смысл её перевода на альтернативное топливо начинает стремиться к нулю. Особенно сложно тем, кто ездит на метане. Метановых заправок очень мало, и все они привязаны к магистральным газопроводам. Это просто небольшие компрессорные станции на ответвлениях главной трубы. В конце 80-х — начале 90-х годов ХХ века в нашей стране пытались активно переводить транспорт на метан в рамках государственной программы. Именно тогда и возникло большинство метановых заправок. К 1993 году их было построено 368, и с тех пор это число если и выросло, то совсем незначительно. Большинство заправок находится в европейской части страны вблизи федеральных трасс и городов. Но при этом их расположение определяли не столько с точки зрения удобства автомобилистов, сколько с точки зрения газовиков. Поэтому лишь в очень редких случаях газовые заправки оказались непосредственно у шоссе и практически никогда внутри мегаполисов. Почти везде, чтобы заправиться метаном, необходимо сделать крюк на несколько километров в какую-нибудь промзону. Поэтому, планируя дальний маршрут, эти заправки надо искать и запоминать заранее. Единственное, что удобно в такой ситуации, — стабильно высокое качество топлива на любой из метановых станций. Газ из магистрального газопровода весьма проблематично разбавить или испортить. Разве что фильтр или система осушки на какой-то из таких заправок может внезапно выйти из строя.

        Пропан-бутан можно перевозить в цистернах, и благодаря этому свойству география заправок для него существенно шире. В некоторых регионах им можно заправиться даже в самом дальнем захолустье. Но изучить наличие пропановых заправок на предстоящем маршруте тоже не помешает, чтобы их внезапное отсутствие на шоссе не стало неприятным сюрпризом. При этом сжиженный газ всегда оставляет долю риска попасть на топливо не по сезону или просто некачественное.

        Характеризуется рядом величин. Одна из них – степень сжатия двигателя. Важно не путать ее с компрессией – значением максимального давления в цилиндре мотора.

        Что такое степень сжатия

        Данная степень – это соотношение объема цилиндра двигателя к объему камеры сгорания. Иначе можно сказать, что значение компрессии – отношение объема свободного места над поршнем, когда тот находится в нижней мертвой точке, к аналогичному объему при нахождении поршня в верхней точке.

        Выше упоминалось, что компрессия и степень сжатия – не синонимы. Различие касается и обозначений, если компрессию измеряют в атмосферах, степень сжатия записывается как некоторое отношение, например, 11:1, 10:1, и так далее. Поэтому нельзя точно сказать, в чем измеряют степень сжатия в двигателе – это «безразмерный» параметр, зависящий от других характеристик ДВС.

        Условно степень сжатия можно описать также как разницу между давлением в камере при подаче смеси (или дизтоплива в случае с дизельными двигателями) и при воспламенении порции горючего. Данный показатель зависит от модели и типа двигателя и обусловлен его конструкцией. Степень сжатия может быть:

        • высокой;
        • низкой.

        Расчет сжатия

        Рассмотрим, как узнать степень сжатия двигателя.

        Она вычисляется по формуле:

        Здесь Vр означает рабочий объем отдельного цилиндра, а Vс – значение объема камеры сгорания. Формула показывает важность значения объема камеры: если его, например, снизить, то параметр сжатия станет больше. То же произойдет и в случае увеличения объема цилиндра.

        Чтобы узнать рабочий объем, нужно знать диаметр цилиндра и ход поршня. Вычисляется показатель по формуле:

        Здесь D – диаметр, а S – ход поршня.

        Иллюстрация:


        Поскольку камера сгорания имеет сложную форму, ее объем обычно измеряется методом заливания в нее жидкости. Узнав, сколько воды поместилось в камеру, можно определить и ее объем. Для определения удобно использовать именно воду из-за удельного веса в 1 грамм на куб. см – сколько залилось грамм, столько и «кубиков» в цилиндре.

        Альтернативный способ, как определить степень сжатия двигателя – обратиться к документации на него.

        На что влияет степень сжатия

        Важно понимать, на что влияет степень сжатия двигателя: от нее прямо зависит компрессия и мощность. Если сделать сжатие больше, силовой агрегат получит больший КПД, поскольку уменьшится удельный расход горючего.

        Степень сжатия бензинового двигателя определяет, горючее с каким октановым числом он будет потреблять. Если топливо низкооктановое, это приведет к неприятному явлению детонации, а слишком высокое октановое число вызовет нехватку мощности – двигатель с малой компрессией просто не сможет обеспечивать нужное сжатие.

        Таблица основных соотношений степеней сжатия и рекомендуемых топлив для бензиновых ДВС:

        Сжатие Бензин
        До 10 92
        10.5-12 95
        От 12 98

        Интересно: бензиновые турбированные двигатели функционируют на горючем с большим октановым числом, чем аналогичные ДВС без наддува, поэтому их степень сжатия выше.

        Еще больше она у дизелей. Поскольку в дизельных ДВС развиваются высокие давления, данный параметр у них также будет выше. Оптимальная степень сжатия дизельного двигателя находится в пределах от 18:1 до 22:1, в зависимости от агрегата.

        Изменение коэффициента сжатия

        Зачем менять степень?

        На практике такая необходимость возникает нечасто. Менять сжатие может понадобиться:

        • при желании форсировать двигатель;
        • если нужно приспособить силовой агрегат под работу на нестандартном для него бензине, с отличающимся от рекомендованного октановым числом. Так поступали, например, советские автовладельцы, поскольку комплектов для переоборудования машины на газ в продаже не встречалось, но желание сэкономить на бензине имелось;
        • после неудачного ремонта, чтобы устранить последствия некорректного вмешательства. Это может быть тепловая деформация ГБЦ, после которой нужна фрезеровка. После того, как повысили степень сжатия двигателя снятием слоя металла, работа на изначально предназначенном для него бензине становится невозможной.

        Иногда меняют степень сжатия при конвертации автомобилей для езды на метановом топливе. У метана октановое число – 120, что требует повышать сжатие для ряда бензиновых автомобилей, и понижать – для дизелей (СЖ находится в пределах 12-14).

        Перевод дизеля на метан влияет на мощность и ведет к некоторой потере таковой, что можно компенсировать турбонаддувом. Турбированный двигатель требует дополнительного снижения степени сжатия. Может потребоваться доработка электрики и датчиков, замена форсунок дизельного мотора на свечи зажигания, новый комплект цилиндро-поршневой группы.

        Форсирование двигателя

        Чтобы снимать больше мощности или получить возможность ездить на более дешевых сортах топлива, ДВС можно форсировать путем изменения объема камеры сгорания.

        Для получения дополнительной мощности двигатель следует форсировать, увеличивая степень сжатия.

        Важно: заметный прирост по мощности будет лишь на том двигателе, который штатно работает с более низкой степенью сжатия. Так, например, если ДВС с показателем 9:1 тюнингован до 10:1, он выдаст больше дополнительных «лошадей», чем двигатель со стоковым параметром 12:1, форсированный до 13:1.

        Возможные следующие методы, как увеличить степень сжатия двигателя:

        • установка тонкой прокладки ГБЦ и доработка головки блока;
        • расточка цилиндров.

        Под доработкой ГБЦ подразумевают фрезеровку ее нижней части, соприкасающейся с самим блоком. ГБЦ становится короче, благодаря чему уменьшается объем камеры сгорания и растет степень сжатия. То же происходит и при монтаже более тонкой прокладки.

        Важно: эти манипуляции могут также потребовать установки новых поршней с увеличенными клапанными выемками, поскольку в ряде случаев возникает риск встречи поршня и клапанов. В обязательном порядке настраиваются заново фазы газораспределения.

        Расточка БЦ также ведет к установке новых поршней под соответствующий диаметр. В результате растет рабочий объем и становится больше степень сжатия.

        Дефорсирование под низкооктановое топливо

        Такая операция проводится, когда вопрос мощности вторичен, а основная задача – приспособить двигатель под другое горючее. Это делается путем снижения степени сжимания, что позволяет двигателю работать на малооктановом бензине без детонации. Кроме того, налицо и определенная финансовая экономия на стоимости горючего.

        Интересно: подобное решение нередко используется для карбюраторных двигателей старых машин. Для современных инжекторных ДВС с электронным управлением дефорсирование крайне не рекомендуется.

        Основной способ, как уменьшить степень сжатия двигателя — сделать прокладку ГБЦ более толстой. Для этого берут две стандартные прокладки, между которыми делают алюминиевую прокладку-вставку. В результате растет объем камеры сгорания и высота ГБЦ.

        Некоторые интересные факты

        Метанольные двигатели гоночных машин имеют сжатие более 15:1. Для сравнения, стандартных карбюраторный двигатель, потребляющий неэтилированный бензин, имеет сжатие максимум 1.1:1.

        Из серийных образцов моторов на бензине со сжатием 14:1 на рынке присутствуют образцы от Mazda (серия Skyactiv-G), ставящиеся, например, на CX-5. Но их фактическая СЖ находится в пределах 12, поскольку в данных моторах задействован так называемый «цикл Аткинсона», когда смесь сжимается в 12 раз после позднего закрытия клапанов. Эффективность таких двигателей измеряется не по сжатию, а по степени расширения.

        В середине XX века в мировом двигателестроении, особенно в США, наблюдалась тенденция к увеличению степени сжатия. Так, к 70-м основная масса образцов американского автопрома имела СЖ от 11 до 13:1. Но штатная работа таких ДВС требовала использования высокооктанового бензина, который в то время умели получать только процессом этилирования – добавлением тетраэтилсвинца, высокотоксичного компонента. Когда в 1970-х годах появились новые экологические стандарты, этилирование стали запрещать, и это привело к обратной тенденции – снижению СЖ в серийных образцах двигателей.

        Современные двигатели имеют систему автоматической регуляции угла зажигания, которая позволяет ДВС работать на «неродном» топливе – например, 92 вместо 95, и наоборот. Система управления УОЗ помогает избежать детонации и других неприятных явлений. Если же ее нет, то, например, залив высокооктановый бензин двигатель, не рассчитанный на такое горючее, можно потерять в мощности и даже залить свечи, поскольку зажигание будет поздним. Ситуацию можно поправить ручным выставлением УОЗ по инструкции к конкретной модели автомобиля.

        Таблица коэффициентов сжатия

        Boost

        График повышения степени сжатия от RPM Outlet

        Взаимосвязь степени сжатия и давления наддува

        Степень сжатия вашего двигателя имеет прямое отношение к тому, какой наддув вы можете запустить. Если у вас высокая степень сжатия, например 9,5:1 или 10:1, вы сможете использовать только небольшое усиление.

        Степень сжатия, встроенная в ваш двигатель, называется «статической компрессией». Когда вы комбинируете усиление, которое вы используете, в сочетании с вашей степенью сжатия, результат известен как «Эффективная степень сжатия».» Были разработаны формулы, которые преобразуют статическую компрессию и наддув нагнетателя в эффективную степень сжатия. Эта информация представлена ​​в Таблице 1.

        Вы можете найти свою статическую степень сжатия в левой части диаграммы. Затем прочитайте справа под наддувом, который вы хотите запустить, и число в поле будет вашим «эффективным» коэффициентом сжатия. Опыт показал, что если вы попытаетесь запустить эффективную степень сжатия выше 12:1 на уличном двигателе с бензином с октановым числом 92, у вас возникнут проблемы с детонацией.В некоторой степени это можно контролировать с помощью устройств замедления наддува, но мы не рекомендуем вам настраивать двигатель и нагнетатель так, чтобы обеспечить эффективную степень сжатия более 12:1. Обратите внимание, что все двигатели отличаются устойчивостью к детонации. Вы можете построить то, что кажется двумя идентичными двигателями, и один из них взорвется, а другой нет, поэтому цифры, приведенные в этой таблице, не являются абсолютными и точными цифрами. Тем не менее, если вы будете следовать этой таблице, вы будете достаточно близки к тому, чтобы, если вы испытаете некоторую детонацию, у вас не должно возникнуть проблем с управлением ею с помощью одной из систем замедления зажигания с наддувом (например, Holley Ignition P/N 800). -450).

        Таблица 1 показывает, что вы, очевидно, не можете пытаться получить 10 фунтов наддува на двигателе со степенью сжатия 9,0:1. Это дает вам эффективную степень сжатия 15,1:1, что намного превышает нашу цифру 12:1. Если вы строите свой двигатель с нуля, хорошей идеей будет попытаться построить его с относительно низкой степенью сжатия, например 7,5 или 8,0:1. Довольно легко изменить наддув, чтобы получить наилучшее сочетание производительности и мощности, но крайне сложно изменить степень сжатия, особенно если вы хотите ее понизить.Кроме того, вы получите больше общей мощности с двигателем с низкой степенью сжатия и высоким наддувом, чем с двигателем с высокой степенью сжатия и низким наддувом.

        Отношения наддува с промежуточным охлаждением

        Какой тип топлива мне нужен для двигателя автомобиля или грузовика с наддувом? Основные вопросы, которые определяют тип необходимого топлива, заключаются в том, является ли двигатель инжекторным или карбюраторным, степенью сжатия двигателя и имеет ли система наддува промежуточное охлаждение.Для приложений ProCharger с промежуточным охлаждением EFI/TPI со степенью сжатия менее 9,5:1 уровни наддува 14-17 фунтов на квадратный дюйм могут безопасно работать с полной синхронизацией на насосном газе и будут давать прирост мощности на 75-100% (в зависимости от уровня наддува). и технические характеристики двигателя). Для приложений 9,5:1 EFI/TPI, работающих без промежуточного охладителя, уровни наддува выше 5 фунтов на квадратный дюйм потребуют использования замедления зажигания/времени на насосном газе и дадут прирост мощности на 35-45%. Уровней наддува выше 12 фунтов на квадратный дюйм, как правило, следует избегать даже с гоночным топливом на 9.мотор 5:1. Конечно, двигатели с более низкой степенью сжатия смогут работать с большим наддувом, а двигатели с более высокой степенью сжатия должны работать с меньшим наддувом, при прочих равных условиях. Все системы ProCharger с промежуточным охлаждением для уличного применения спроектированы так, чтобы позволять использовать насосный газ с полной синхронизацией и не влияют на повседневную управляемость. Для карбюраторных моторов правила немного другие. Карбюраторы подают подавляющее большинство топлива в жидком состоянии, и по мере того, как это сырое топливо распыляется из жидкого в газообразное, фактически происходит изменение химического состояния.Из-за этой эндотермической реакции, которая отводит тепло и охлаждает поступающий воздух, карбюраторный двигатель может безопасно работать с большим наддувом, чем сопоставимый двигатель EFI / TPI. Для карбюраторных двигателей со степенью сжатия 9:1 или меньше и уровнями наддува в диапазоне 8-14 фунтов на квадратный дюйм бензиновый насос работает очень хорошо. Степень сжатия 10: 1 и выше требует более низких уровней наддува, топлива с более высоким октановым числом, промежуточного охлаждения или некоторой комбинации вышеперечисленного. Степень сжатия в диапазоне 7 или 8:1 обычно может выдерживать давление 12-20 фунтов на квадратный дюйм на насосном бензине.

        Число кубических сантиметров для поршня вводится в виде положительного числа для поршня с тарельчатым или плоским верхом -cc и отрицательного числа для куполообразного поршня. Это кажется очень запутанным, но это потому, что, несмотря на то, что это -cc на поршне, те же самые cc увеличиваются в объеме цилиндра. Отсюда и положительное число в калькуляторе. То же самое касается купола, где поршень имеет положительное число кубических сантиметров, но при этом уменьшается объем цилиндра. Отсюда — (отрицательное) число в калькуляторе.

        Популярные размеры блоков и отверстий Таблица сжатия

        400 Блок Головка куб.см с плоской вершиной -8 куб.см
        Ход Отверстие 72 см3 87 куб.см 96cc
        3.750″ 4,155 дюйма 10,38 9.02 8,38
          4,181″ 10,48 9.11 8,46
        4.000″

        4,155 дюйма

        11 9,55 8,87
          4.181″ 11.12 9,65 8,96
        4,210 дюйма 4,155 дюйма 11,53 10 9,28
          4,181″ 11,65 10,1 9,38
        4,250″ 4.155 дюймов 11,63 10.09 9,36
          4,181″ 11,75 10.19 9,46
        4.500″ 4,155 дюйма 12,25 10,62 9,85
          4.181″ 12,38 10,73 9,96
         
        428 Блок Головка куб.см с плоской вершиной -8 куб.см
        Ход Отверстие 72 см3 87 куб.см 96cc
        4.000″

        4,155 дюйма

        11 9,55 8,87
          4,181″ 11.12 9,65 8,96
        4,210 дюйма 4,155 дюйма 11,53 10 9,28
          4.181″ 11,65 10,1 9,38
        4,250 дюйма 4,155 дюйма 11,63 10.09 9,36
          4,181″ 11,75 10.19 9,46
        4.500″ 4.155 дюймов 12,25 10,62 9,85
          4,181″ 12,38 10,73 9,96
         
        455 Блок Головка куб.см с плоской вершиной -8 куб.см
        Ход Отверстие 72 см3 87 куб.см 96cc
        4.000″

        4,181″

        11.12 9,65 8,96
          4,211″ 11.25 9,76 9.07
        4,210 дюйма 4,181″ 11,65 10,1 9,38
          4.211″ 11,78 10.22 9,49
        4,250″ 4,181″ 11,75 10.19 9,46
          4,211″ 11,89 10.31 9,57
        4.500″ 4.181″ 12,38 10,73 9,96
          4,211″ 12,53 10,86 10.07
         

        Таблица коэффициентов сжатия | Download Scientific Diagram

        Контекст 1

        … : Количество различных длин кода (количество LUT) N i : Количество инструкций, которые имеют длину кода i CL i : Длина кода i C ji : Размер столбец j в таблице i. Если L=1 (есть только одна справочная таблица), то мы получим ту же формулу коэффициента сжатия (уравнение1) Теперь мы можем использовать ту же схему для минимизации стоимости каждой сгенерированной справочной таблицы (т. е. ее размера), которую мы использовали в разделе 2.2. Чтобы свести к минимуму размер справочных таблиц, мы используем два метода: (1) Минимизация размера каждой справочной таблицы по отдельности. В этом случае внутри этой таблицы будут отсортированы инструкции, принадлежащие любой LUT. Это сведет к минимуму стоимость LUT L W (т.е. i =1 j =1 C ji ) и не повлияет на размер сжатой L инструкции (т.е. i =1 N i × CL i ), поскольку количество инструкций, которые иметь длину кода i (т.е. N i ) не изменится после сортировки. (2) Минимизация стоимости всех справочных таблиц вместе. Это означает, что инструкции, принадлежащие любой LUT, могут быть перенесены в новую LUT, если это улучшит конечную степень сжатия. Обратите внимание, что этот процесс уменьшит количество LUT, удалив инструкции из некоторых из них и вставив их в другие LUT. Это даст больше шансов сжать больше столбцов в каждой таблице и, следовательно, минимизировать общую стоимость сжатых таблиц.С другой стороны, этот процесс контрпродуктивен для размера кода, поскольку сжатый код генерируется с использованием (несортированного) LUT. Если какие-то инструкции переносятся из одной LUT в другую, то эффективность вычисляется следующим образом: так, прирост сжатой таблицы равен разнице между размерами сжатых таблиц до и после передачи инструкций между ними. Потери сжатого кода — это разница между размером сжатых кодов до и после передачи инструкций.Алгоритм 1 показывает, как минимизировать стоимость справочных таблиц путем передачи инструкций между LUT. Алгоритм вычисляет стоимость таблицы до и после переноса K случайных инструкций из одной таблицы T1 в другую T2, а затем вычисляет эффективность (строка 16). Если она лучше, чем эффективность на предыдущем шаге, она сохраняет новые таблицы, в противном случае возвращает переданные на этом шаге инструкции обратно в таблицу T1. На рис. 2 показано влияние уменьшения количества LUT на размер сжатой инструкции, размер сжатых справочных таблиц и общий размер сжатого кода для теста Math (скомпилированного для ARM) для оптимизации справочной таблицы. Стоимость.Уменьшение количества справочных таблиц до «1» может обеспечить наилучшее сжатие таблицы, поскольку это даст больше шансов сжать больше столбцов в каждой таблице за счет повторяющихся шаблонов. С другой стороны, это увеличит стоимость инструкции до ее максимального значения, потому что все инструкции (наиболее частые и менее частые последовательности) будут иметь самое длинное кодовое слово. Следовательно, стоимость кода также будет увеличена. Оптимальное решение в этом примере — 8 LUT. Это немного увеличит стоимость таблиц, но значительно уменьшит стоимость инструкций и, следовательно, уменьшит общую стоимость кода.Аппаратное обеспечение декомпрессии состоит в основном из двух частей: канонического декодера Хаффмана и декодера справочной таблицы (таблиц). Схема сжатия на основе словаря использует часть декодера справочной таблицы. Схема статистического сжатия использует обе части декодера. В декодере справочной таблицы сжатые столбцы хранятся в ОЗУ блоков ПЛИС, по одному столбцу в каждом ОЗУ блока, а несжатые столбцы хранятся во внешнем ПЗУ. Когда декодер получает сжатую инструкцию, он определяет ее положение в каждом блоке ОЗУ.Если он находится в четной позиции, декодер генерирует «0» в этой позиции, в противном случае он генерирует «1». Мы реализовали декодер на VHDL и синтезировали его с помощью Xilinx ISE8.1 для VirtexII. Было достигнуто время доступа 3 нс, а количество срезов, необходимых для декодера, составило 430. Мы разработали новый декодер Хаффмана, который декодирует канонические инструкции, закодированные Хаффманом, на лету (без задержки). Архитектура декодера показана на рис. 3. Декодер содержит два регистра сдвига: 32-битный и L-битный регистры сдвига (L — самая длинная длина канонического кодового слова).Основная задача 32-разрядного регистра сдвига состоит в том, чтобы принимать сжатые инструкции и сохранять заполненным L-разрядный регистр сдвига каждый раз, когда его содержимое уменьшается путем последовательного сдвига в него сжатого командного слова. L-битовый регистр сдвига передает L-битные кодовые слова компараторам. Задача этих компараторов — декодировать длину закодированных инструкций из входящих L бит. Каждый компаратор сравнивает входящие L битов с минимальным индексом соответствующей таблицы.Если входящие биты L больше или равны минимальному индексу этой таблицы, соответствующий компаратор выводит «1», в противном случае «0». Селектор таблиц находит наименьший компаратор, который выводит «1». Этот номер компаратора относится к длине кодового слова и, наконец, к соответствующей сжатой справочной таблице. Сжатые справочные таблицы декодируются с помощью декодера справочной таблицы, описанного в предыдущем разделе. Декодер реализован на VHDL и синтезирован с помощью Xilinx ISE8.1 для Virtex II. Было достигнуто время доступа 3,5 нс и использовано 600 срезов. В этом разделе мы представляем результаты производительности обеих схем сжатия: схемы сжатия на основе словаря и схемы сжатия на основе статистики. Чтобы показать эффективность наших схем, мы провели результаты для трех основных архитектур встроенных процессоров: ARM (SA-110), MIPS (4KC) и PowerPC (MPC85). Также целью является демонстрация ортогональности в отношении конкретных ISA. Для всех архитектур и всех схем набор тестов MiBench [13] служит репрезентативным набором приложений.Мы собрали бенчмарки с помощью трех кроссплатформенных компиляторов, каждый для одной целевой архитектуры. Окончательные результаты представлены на рисунках 4-8. Они учитывают накладные расходы, связанные с LUT. На каждой диаграмме полоса с надписью «Среднее» показывает среднее значение по всем тестам. На рис. 4 представлено количество оригинальных и уникальных инструкций для различных тестов и трех архитектур. На этом рисунке показано, что количество инструкций, сгенерированных при компиляции теста для архитектуры ARM, всегда меньше, чем при компиляции того же приложения для MIPS или PowerPC, поскольку ARM является наиболее плотным среди других процессоров RISC.Это приведет к тому, что количество уникальных инструкций также будет наименьшим для ARM. Отношение количества уникальных инструкций к количеству исходных, обозначенное как UR , представлено на рис. 5. Это соотношение дает представление о том, насколько важным на самом деле может быть сжатие таблицы: фактически мы уникальные инструкции могут составлять от 30%, 32% и 37% всех инструкций для ARM, MIPS и PowerPC соответственно. Следовательно, LUT оказывает значительное влияние на конечную степень сжатия.Из экспериментальных результатов можно сделать следующие выводы: (1) Таблица коэффициента сжатия TCR на рис. 5 лучше подходит для приложений с более уникальными инструкциями. На рис. 4 количество уникальных инструкций в среднем больше для MIPS среди других архитектур, и, следовательно, TCR на рис. 5 является лучшим для MIPS. (2) TCR в схеме на основе словаря лучше, чем в схеме на основе статистики, потому что LUT во второй схеме разделены на несколько меньших LUT, каждую из которых необходимо сжимать отдельно.Минимизация стоимости столов во второй схеме улучшает TCR, но все же лучше в первой схеме. На рисунках 6, 7 и 8 показаны результаты сжатия для обеих схем и для архитектур ARM, MIPS и PowerPC соответственно. На каждой диаграмме первая полоса обозначает исходный размер кода. Вторая и третья полоски обозначают размер сжатого кода для первой и второй схем соответственно. Размер сжатого кода включает размер сжатой таблицы (таблиц) + размер сжатых инструкций.Вторая схема обеспечивает лучшую степень сжатия CR, чем первая, хотя TCR лучше для первой схемы из-за использования свойств канонического кодирования Хаффмана, которые хорошо сочетаются с нашим сжатием LUT. Средние коэффициенты сжатия, достигнутые при использовании первой схемы сжатия, составляют 58%, 60% и 62%, а при использовании второй схемы — 52%, 49% и 55% для ARM, MIPS и PowerPC соответственно. Обратите внимание, что для получения этих соотношений не использовались никакие специальные знания ISA. Наилучшая степень сжатия в нашей второй схеме сжатия была получена для архитектуры MIPS, поскольку она имеет большее количество уникальных инструкций.На рис. 9 показано время, необходимое для выполнения исходной и сжатой программ (в циклах) с использованием симулятора производительности SimpleScaler [5]. Полученное снижение производительности связано с задержкой LUT каждый раз, когда выполняется инструкция ветвления. Мы представили новый подход как ключ к эффективной плотности кода, а именно использование сжатия LUT в сочетании со схемами сжатия на основе статистики и словаря. Наши схемы ортогональны любой характеристике ISA. Не имея специальных знаний об ISA, мы достигли средних коэффициентов сжатия 52%, 49% и 55% для ARM, MIPS и PowerPC, включая LUT…

        Контекст 2

        … : Количество различных длин кода (количество LUT) N i : Количество инструкций, которые имеют длину кода i CL i : Длина кода i C ji : Размер столбца j в таблице i. Если L=1 (есть только одна Look-up Table ), то мы получим ту же формулу коэффициента сжатия (уравнение 1). Теперь мы можем использовать ту же схему для минимизации стоимости каждого сгенерированного Look-up Table. вверх Таблица (т.е. ее размер), которую мы использовали в разделе 2.2. Чтобы свести к минимуму размер справочных таблиц, мы используем два метода: (1) Минимизация размера каждой справочной таблицы по отдельности.В этом случае внутри этой таблицы будут отсортированы инструкции, принадлежащие любой LUT. Это сведет к минимуму стоимость LUT L W (т.е. i =1 j =1 C ji ) и не повлияет на размер сжатой L инструкции (т.е. i =1 N i × CL i ), поскольку количество инструкций, которые иметь длину кода i (т. е. N i ) после сортировки не изменится. (2) Минимизация стоимости всех справочных таблиц вместе. Это означает, что инструкции, принадлежащие любой LUT, могут быть перенесены в новую LUT, если это улучшит конечную степень сжатия.Обратите внимание, что этот процесс уменьшит количество LUT, удалив инструкции из некоторых из них и вставив их в другие LUT. Это даст больше шансов сжать больше столбцов в каждой таблице и, следовательно, минимизировать общую стоимость сжатых таблиц. С другой стороны, этот процесс контрпродуктивен для размера кода, поскольку сжатый код генерируется с использованием (несортированного) LUT. Если какие-то инструкции переносятся из одной LUT в другую, то эффективность вычисляется следующим образом: так, прирост сжатой таблицы равен разнице между размерами сжатых таблиц до и после передачи инструкций между ними.Потери сжатого кода — это разница между размером сжатых кодов до и после передачи инструкций. Алгоритм 1 показывает, как минимизировать стоимость справочных таблиц путем передачи инструкций между LUT. Алгоритм вычисляет стоимость таблицы до и после переноса K случайных инструкций из одной таблицы T1 в другую T2, а затем вычисляет эффективность (строка 16). Если она лучше, чем эффективность на предыдущем шаге, она сохраняет новые таблицы, в противном случае возвращает переданные на этом шаге инструкции обратно в таблицу T1.На рис. 2 показано влияние уменьшения количества LUT на размер сжатой инструкции, размер сжатых справочных таблиц и общий размер сжатого кода для теста Math (скомпилированного для ARM) для оптимизации справочной таблицы. Стоимость. Уменьшение количества справочных таблиц до «1» может обеспечить наилучшее сжатие таблицы, поскольку это даст больше шансов сжать больше столбцов в каждой таблице за счет повторяющихся шаблонов. С другой стороны, это увеличит стоимость инструкции до ее максимального значения, потому что все инструкции (наиболее частые и менее частые последовательности) будут иметь самое длинное кодовое слово.Следовательно, стоимость кода также будет увеличена. Оптимальное решение в этом примере — 8 LUT. Это немного увеличит стоимость таблиц, но значительно уменьшит стоимость инструкций и, следовательно, уменьшит общую стоимость кода. Аппаратное обеспечение декомпрессии состоит в основном из двух частей: канонического декодера Хаффмана и декодера справочной таблицы (таблиц). Схема сжатия на основе словаря использует часть декодера справочной таблицы. Схема статистического сжатия использует обе части декодера.В декодере справочной таблицы сжатые столбцы хранятся в ОЗУ блоков ПЛИС, по одному столбцу в каждом ОЗУ блока, а несжатые столбцы хранятся во внешнем ПЗУ. Когда декодер получает сжатую инструкцию, он определяет ее положение в каждом блоке ОЗУ. Если он находится в четной позиции, декодер генерирует «0» в этой позиции, в противном случае он генерирует «1». Мы реализовали декодер на VHDL и синтезировали его с помощью Xilinx ISE8.1 для VirtexII. Было достигнуто время доступа 3 нс, а количество срезов, необходимых для декодера, составило 430.Мы разработали новый декодер Хаффмана, который декодирует канонические инструкции, закодированные Хаффманом, на лету (без задержки). Архитектура декодера показана на рис. 3. Декодер содержит два регистра сдвига: 32-битный и L-битный регистры сдвига (L — самая длинная длина канонического кодового слова). Основная задача 32-разрядного регистра сдвига состоит в том, чтобы принимать сжатые инструкции и сохранять заполненным L-разрядный регистр сдвига каждый раз, когда его содержимое уменьшается путем последовательного сдвига в него сжатого командного слова.L-битовый регистр сдвига передает L-битные кодовые слова компараторам. Задача этих компараторов — декодировать длину закодированных инструкций из входящих L бит. Каждый компаратор сравнивает входящие L битов с минимальным индексом соответствующей таблицы. Если входящие биты L больше или равны минимальному индексу этой таблицы, соответствующий компаратор выводит «1», в противном случае «0». Селектор таблиц находит наименьший компаратор, который выводит «1». Этот номер компаратора относится к длине кодового слова и, наконец, к соответствующей сжатой справочной таблице.Сжатые справочные таблицы декодируются с помощью декодера справочной таблицы, описанного в предыдущем разделе. Декодер реализован на VHDL и синтезирован с помощью Xilinx ISE8.1 для VirtexII. Было достигнуто время доступа 3,5 нс и использовано 600 срезов. В этом разделе мы представляем результаты производительности обеих схем сжатия: схемы сжатия на основе словаря и схемы сжатия на основе статистики. Чтобы показать эффективность наших схем, мы провели результаты для трех основных архитектур встроенных процессоров: ARM (SA-110), MIPS (4KC) и PowerPC (MPC85).Также целью является демонстрация ортогональности в отношении конкретных ISA. Для всех архитектур и всех схем набор тестов MiBench [13] служит репрезентативным набором приложений. Мы собрали бенчмарки с помощью трех кроссплатформенных компиляторов, каждый для одной целевой архитектуры. Окончательные результаты представлены на рисунках 4-8. Они учитывают накладные расходы, связанные с LUT. На каждой диаграмме полоса с надписью «Среднее» показывает среднее значение по всем тестам.На рис. 4 представлено количество оригинальных и уникальных инструкций для различных тестов и трех архитектур. На этом рисунке показано, что количество инструкций, сгенерированных при компиляции теста для архитектуры ARM, всегда меньше, чем при компиляции того же приложения для MIPS или PowerPC, поскольку ARM является наиболее плотным среди других процессоров RISC. Это приведет к тому, что количество уникальных инструкций также будет наименьшим для ARM. Отношение количества уникальных инструкций к количеству исходных, обозначенное как UR, представлено на рис.5. Это соотношение дает представление о том, насколько важным на самом деле может быть сжатие таблиц: фактически мы обнаружили, что количество уникальных инструкций может составлять от 30%, 32% до 37% всех инструкций для ARM, MIPS и PowerPC, соответственно. Следовательно, LUT оказывает значительное влияние на конечную степень сжатия. Из экспериментальных результатов можно сделать следующие выводы: (1) Таблица коэффициента сжатия TCR на рис. 5 лучше подходит для приложений с более уникальными инструкциями. На рис. 4 количество уникальных инструкций в среднем больше для MIPS среди других архитектур и, следовательно, TCR , на рис.5, является лучшим для MIPS. (2) TCR в схеме на основе словаря лучше, чем в схеме на основе статистики, потому что LUT во второй схеме разделены на несколько меньших LUT, каждую из которых необходимо сжимать отдельно. Минимизация стоимости столов во второй схеме улучшает TCR, но все же лучше в первой схеме. На рисунках 6, 7 и 8 показаны результаты сжатия для обеих схем и для архитектур ARM, MIPS и PowerPC соответственно. На каждой диаграмме первая полоса обозначает исходный размер кода.Вторая и третья полоски обозначают размер сжатого кода для первой и второй схем соответственно. Размер сжатого кода включает размер сжатой таблицы (таблиц) + размер сжатых инструкций. Вторая схема обеспечивает лучшую степень сжатия CR, чем первая, хотя TCR лучше для первой схемы из-за использования свойств канонического кодирования Хаффмана, которые хорошо сочетаются с нашим сжатием LUT. Средние коэффициенты сжатия, достигнутые при использовании первой схемы сжатия, составляют 58%, 60% и 62%, а при использовании второй схемы — 52%, 49% и 55% для ARM, MIPS и PowerPC соответственно.Обратите внимание, что для получения этих соотношений не использовались никакие специальные знания ISA. Наилучшая степень сжатия в нашей второй схеме сжатия была получена для архитектуры MIPS, поскольку она имеет большее количество уникальных инструкций. На рис. 9 показано время, необходимое для выполнения исходной и сжатой программ (в циклах) с использованием симулятора производительности SimpleScaler [5]. Полученное снижение производительности связано с задержкой LUT каждый раз, когда выполняется инструкция ветвления. Мы представили новый подход как ключ к эффективной плотности кода, а именно использование сжатия LUT в сочетании со схемами сжатия на основе статистики и словаря.Наши схемы ортогональны любой характеристике ISA. Без специальных знаний ISA мы достигли средних коэффициентов сжатия 52%, 49% и 55% для ARM, MIPS и PowerPC, включая LUT … LUT) N i : Количество инструкций с кодовой длиной i CL i : Кодовая длина i C ji : Размер столбца j в таблице i Если L=1 (существует только одна справочная таблица ), то мы будет получена та же формула степени сжатия (уравнение1) Теперь мы можем использовать ту же схему для минимизации стоимости каждой сгенерированной справочной таблицы (т. е. ее размера), которую мы использовали в разделе 2.2. Чтобы свести к минимуму размер справочных таблиц, мы используем два метода: (1) Минимизация размера каждой справочной таблицы по отдельности. В этом случае внутри этой таблицы будут отсортированы инструкции, принадлежащие любой LUT. Это сведет к минимуму стоимость LUT L W (т.е. i =1 j =1 C ji ) и не повлияет на размер сжатой L инструкции (т.е. i =1 N i × CL i ), поскольку количество инструкций, которые иметь длину кода i (т.е. N i ) не изменится после сортировки. (2) Минимизация стоимости всех справочных таблиц вместе. Это означает, что инструкции, принадлежащие любой LUT, могут быть перенесены в новую LUT, если это улучшит конечную степень сжатия. Обратите внимание, что этот процесс уменьшит количество LUT, удалив инструкции из некоторых из них и вставив их в другие LUT. Это даст больше шансов сжать больше столбцов в каждой таблице и, следовательно, минимизировать общую стоимость сжатых таблиц.С другой стороны, этот процесс контрпродуктивен для размера кода, поскольку сжатый код генерируется с использованием (несортированного) LUT. Если какие-то инструкции переносятся из одной LUT в другую, то эффективность вычисляется следующим образом: так, прирост сжатой таблицы равен разнице между размерами сжатых таблиц до и после передачи инструкций между ними. Потери сжатого кода — это разница между размером сжатых кодов до и после передачи инструкций.Алгоритм 1 показывает, как минимизировать стоимость справочных таблиц путем передачи инструкций между LUT. Алгоритм вычисляет стоимость таблицы до и после переноса K случайных инструкций из одной таблицы T1 в другую T2, а затем вычисляет эффективность (строка 16). Если она лучше, чем эффективность на предыдущем шаге, она сохраняет новые таблицы, в противном случае возвращает переданные на этом шаге инструкции обратно в таблицу T1. На рис. 2 показано влияние уменьшения количества LUT на размер сжатой инструкции, размер сжатых справочных таблиц и общий размер сжатого кода для теста Math (скомпилированного для ARM) для оптимизации справочной таблицы. Стоимость.Уменьшение количества справочных таблиц до «1» может обеспечить наилучшее сжатие таблицы, поскольку это даст больше шансов сжать больше столбцов в каждой таблице за счет повторяющихся шаблонов. С другой стороны, это увеличит стоимость инструкции до ее максимального значения, потому что все инструкции (наиболее частые и менее частые последовательности) будут иметь самое длинное кодовое слово. Следовательно, стоимость кода также будет увеличена. Оптимальное решение в этом примере — 8 LUT. Это немного увеличит стоимость таблиц, но значительно уменьшит стоимость инструкций и, следовательно, уменьшит общую стоимость кода.Аппаратное обеспечение декомпрессии состоит в основном из двух частей: канонического декодера Хаффмана и декодера справочной таблицы (таблиц). Схема сжатия на основе словаря использует часть декодера справочной таблицы. Схема статистического сжатия использует обе части декодера. В декодере справочной таблицы сжатые столбцы хранятся в ОЗУ блоков ПЛИС, по одному столбцу в каждом ОЗУ блока, а несжатые столбцы хранятся во внешнем ПЗУ. Когда декодер получает сжатую инструкцию, он определяет ее положение в каждом блоке ОЗУ.Если он находится в четной позиции, декодер генерирует «0» в этой позиции, в противном случае он генерирует «1». Мы реализовали декодер на VHDL и синтезировали его с помощью Xilinx ISE8.1 для VirtexII. Было достигнуто время доступа 3 нс, а количество срезов, необходимых для декодера, составило 430. Мы разработали новый декодер Хаффмана, который декодирует канонические инструкции, закодированные Хаффманом, на лету (без задержки). Архитектура декодера показана на рис. 3. Декодер содержит два регистра сдвига: 32-битный и L-битный регистры сдвига (L — самая длинная длина канонического кодового слова).Основная задача 32-битного регистра сдвига состоит в том, чтобы принимать сжатые инструкции и поддерживать заполненность L-битного регистра сдвига каждый раз, когда его содержимое уменьшается путем последовательного сдвига в него сжатого командного слова. L-битовый регистр сдвига передает L-битные кодовые слова компараторам. Задача этих компараторов — декодировать длину закодированных инструкций из входящих L бит. Каждый компаратор сравнивает входящие L битов с минимальным индексом соответствующей таблицы.Если входящие биты L больше или равны минимальному индексу этой таблицы, соответствующий компаратор выводит «1», в противном случае «0». Селектор таблиц находит наименьший компаратор, который выводит «1». Этот номер компаратора относится к длине кодового слова и, наконец, к соответствующей сжатой справочной таблице. Сжатые справочные таблицы декодируются с помощью декодера справочной таблицы, описанного в предыдущем разделе. Декодер реализован на VHDL и синтезирован с помощью Xilinx ISE8.1 для Virtex II. Было достигнуто время доступа 3,5 нс и использовано 600 срезов. В этом разделе мы представляем результаты производительности обеих схем сжатия: схемы сжатия на основе словаря и схемы сжатия на основе статистики. Чтобы показать эффективность наших схем, мы провели результаты для трех основных архитектур встроенных процессоров: ARM (SA-110), MIPS (4KC) и PowerPC (MPC85). Также целью является демонстрация ортогональности в отношении конкретных ISA. Для всех архитектур и всех схем набор тестов MiBench [13] служит репрезентативным набором приложений.Мы собрали бенчмарки с помощью трех кроссплатформенных компиляторов, каждый для одной целевой архитектуры. Окончательные результаты представлены на рисунках 4-8. Они учитывают накладные расходы, связанные с LUT. На каждой диаграмме полоса с надписью «Среднее» показывает среднее значение по всем тестам. На рис. 4 представлено количество оригинальных и уникальных инструкций для различных тестов и трех архитектур. На этом рисунке показано, что количество инструкций, сгенерированных при компиляции теста для архитектуры ARM, всегда меньше, чем при компиляции того же приложения для MIPS или PowerPC, поскольку ARM является наиболее плотным среди других процессоров RISC.Это приведет к тому, что количество уникальных инструкций также будет наименьшим для ARM. Отношение количества уникальных инструкций к количеству исходных, обозначенное как UR , представлено на рис. 5. Это соотношение дает представление о том, насколько важным на самом деле может быть сжатие таблицы: фактически мы уникальные инструкции могут составлять от 30%, 32% и 37% всех инструкций для ARM, MIPS и PowerPC соответственно. Следовательно, LUT оказывает значительное влияние на конечную степень сжатия.Из экспериментальных результатов можно сделать следующие выводы: (1) Таблица коэффициента сжатия TCR на рис. 5 лучше подходит для приложений с более уникальными инструкциями. На рис. 4 количество уникальных инструкций в среднем больше для MIPS среди других архитектур, и, следовательно, TCR на рис. 5 является лучшим для MIPS. (2) TCR в схеме на основе словаря лучше, чем в схеме на основе статистики, потому что LUT во второй схеме разделены на несколько меньших LUT, каждую из которых необходимо сжимать отдельно.Минимизация стоимости столов во второй схеме улучшает TCR, но все же лучше в первой схеме. На рисунках 6, 7 и 8 показаны результаты сжатия для обеих схем и для архитектур ARM, MIPS и PowerPC соответственно. На каждой диаграмме первая полоса обозначает исходный размер кода. Вторая и третья полоски обозначают размер сжатого кода для первой и второй схем соответственно. Размер сжатого кода включает размер сжатой таблицы (таблиц) + размер сжатых инструкций.Вторая схема обеспечивает лучшую степень сжатия CR, чем первая, хотя TCR лучше для первой схемы из-за использования свойств канонического кодирования Хаффмана, которые хорошо сочетаются с нашим сжатием LUT. Средние коэффициенты сжатия, достигнутые при использовании первой схемы сжатия, составляют 58%, 60% и 62%, а при использовании второй схемы — 52%, 49% и 55% для ARM, MIPS и PowerPC соответственно. Обратите внимание, что для получения этих соотношений не использовались никакие специальные знания ISA. Наилучшая степень сжатия в нашей второй схеме сжатия была получена для архитектуры MIPS, поскольку она имеет большее количество уникальных инструкций.На рис. 9 показано время, необходимое для выполнения исходной и сжатой программ (в циклах) с использованием симулятора производительности SimpleScaler [5]. Полученное снижение производительности связано с задержкой LUT каждый раз, когда выполняется инструкция ветвления. Мы представили новый подход как ключ к эффективной плотности кода, а именно использование сжатия LUT в сочетании со схемами сжатия на основе статистики и словаря. Наши схемы ортогональны любой характеристике ISA. Не имея специальных знаний об ISA, мы достигли средних коэффициентов сжатия 52%, 49% и 55% для ARM, MIPS и PowerPC, включая LUT…

        Context 4

        … растущие требования к применению встроенных систем привели к их быстрому росту. Например, в современных автомобилях премиум-класса установлено более 60 МБ программного обеспечения [4]. Поскольку стоимость интегральной схемы тесно связана с размером кристалла, а микросхема памяти занимает большую часть площади микросхемы, снижение стоимости может быть достигнуто за счет уменьшения размера памяти. Это можно сделать с помощью сжатия кода, которое также может снизить энергопотребление, поскольку память потребляет значительную часть энергопотребления встроенной системы [2, 10, 11].Начало этой тенденции было замечено уже в начале 1990-х годов, когда возникли первые подходы к сжатию кода встроенных приложений [16]. Предлагаемые схемы сжатия можно разделить на две основные группы: статистические и словарные схемы [1]. В схемах статистического сжатия частота последовательностей команд используется для выбора размера кодовых слов, заменяющих исходные. Таким образом, более короткие кодовые слова используются для наиболее частых последовательностей команд, тогда как более длинные кодовые слова заменяются менее частыми последовательностями.В методах сжатия словаря выбираются целые последовательности общих инструкций и заменяются одним новым кодовым словом, которое затем используется в качестве индекса к словарю, содержащему исходную последовательность инструкций. В обоих случаях справочные таблицы используются для хранения исходных инструкций. Сжатые инструкции служат индексами к таблицам. Одна из основных проблем заключается в том, что таблицы могут стать большими по размеру, что снизит преимущества, которые можно получить за счет сжатия кода.Однако все исследования в этой области всегда были сосредоточены на достижении лучшего сжатия кода без явного решения проблемы больших размеров справочной таблицы. В нашей работе мы уменьшаем размер справочных таблиц, сгенерированных с помощью методов словарного и статистического сжатия, путем сортировки записей таблицы, чтобы уменьшить количество битовых переключений между каждыми двумя последовательными инструкциями, затем мы оптимизируем количество сгенерированных справочных таблиц до добиться лучшей степени сжатия. Интересно, наша туре.Следовательно, все результаты, о которых мы сообщаем, могут быть дополнительно улучшены с помощью подходов к сжатию, специфичных для ISA. Предыдущая работа может быть классифицирована по словарным и статистическим схемам. Существует несколько связанных подходов, в которых используются схемы на основе словаря. В [17] авторы разработали алгоритм сжатия для унификации дублирующихся инструкций встраиваемой программы и присвоения сжатого объектного кода. Для их техники обычно требуется большое внешнее ПЗУ. Для процессора ARM достигается степень сжатия 37,5% без учета больших накладных расходов на внешний объем ПЗУ.В [7, 8] авторы разработали алгоритм на основе словаря, который использует неиспользуемое пространство кодирования в процессоре ISA для RISC для кодирования кодовых слов и решает проблемы, возникающие из-за инструкций переменной длины. Достигается степень сжатия не лучше 65%. В [6] авторы выделили общие последовательности и поместили их в словарь. Средние коэффициенты сжатия 61%, 66% и 74% были зарегистрированы для процессоров PowerPC, ARM и i386 соответственно. Статистические методы используются в [12]. Авторы предложили алгоритмы на основе LZW для сжатия блоков ветвей с использованием таблицы кодирования.Максимальная достигнутая степень сжатия составляет 75% для процессора VLIW. В [16] авторы разработали новую RISC-архитектуру под названием CCRP (Code Compressed RISC Processor), которая имеет кэш инструкций, модифицированный для работы со сжатыми программами. Коэффициенты сжатия оцениваются от 65% до 75%. В [15] для архитектуры VLIW было предложено управляемое компилятором сжатие по методу Хаффмана со сжатым кэшем инструкций. Компилятор генерирует таблицу преобразования адресов (ATT), содержащую исходные и сжатые адреса каждого базового блока и его размер.Общим для всех работ по сжатию кода является то, что таблицы поиска используются для декодирования. Они могут прийти как LAT или ATT. В любом случае эти таблицы будут занимать место в памяти и существенно влиять на общую степень сжатия. Следовательно, эффективная степень сжатия может быть достигнута за счет минимизации как самого кода, так и таблицы (таблиц). Это очень важно, поскольку средний размер таблицы может достигать более 30 % по сравнению с исходным размером кода, как мы обнаружили в большом наборе приложений (см.4 и полосу UR на рис. 5). Наш новый вклад заключается в следующем: (1) В качестве первого аппаратного подхода мы явно уменьшаем размер справочной таблицы, используя схему сжатия таблиц. Следовательно, мы первые, кто объединил схему сжатия кода (мы используем каноническое кодирование Хаффмана) со схемой сжатия таблиц. (2) Мы оптимизируем количество справочных таблиц, созданных с помощью канонического кодирования Хаффмана, для достижения лучшего коэффициента сжатия. (3) Схема сжатия справочной таблицы полностью ортогональна любой архитектуре набора команд.Это означает, что достигнутая общая степень сжатия может быть дополнительно улучшена, если в дополнение к нашему подходу будут использоваться знания, специфичные для ISA. Оставшаяся часть теста организована следующим образом. В разделах 2 и 3 мы представляем наш метод сжатия таблиц для метода на основе словаря и статистического метода соответственно. В разделе 4 мы представляем нашу аппаратную реализацию для обеих схем. Экспериментальные результаты представлены в разделе 5. Мы завершаем эту статью разделом 6. Чтобы продемонстрировать полезность нашей схемы минимизации справочной таблицы, мы применяем ее в сочетании с методом Йошиды [17], который использует метод на основе словаря для создать справочную таблицу.Чтобы сгенерировать справочную таблицу и сжатый код, мы выполняем следующие шаги: (1) Начиная с исходного (т.е. несжатого) двоичного кода, мы унифицируем все слова команд. (2) Мы храним все уникальные слова инструкций в одной справочной таблице. (3) В исходном коде мы заменяем каждое уникальное командное слово двоичным индексом справочной таблицы в порядке возрастания, начиная с 0 . Здесь индекс имеет фиксированную длину, равную log 2 числа уникальных инструкций. Для решения проблемы размещения адресов ветвей в памяти, мы залатаем эти адреса на сжатые, как это принято в [6].Мы можем рассчитать степень сжатия в этой схеме как …

        Pontiac Головка блока цилиндров и таблица степени сжатия двигателя

        Таблица головок цилиндров и степени сжатия двигателя Pontiac

        НАЗАД


        ТАБЛИЦА КОЭФФИЦИЕНТА СТАТИЧЕСКОГО СЖАТИЯ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ И ГОЛОВОК PONTIAC


        0 6.36 6.14 0 7.02 0 6.34 428
          50 55 60 65 70 75 80 85 90 95     100       105       110       115 1
        303 9.35 9.18 9.18 8.23 ​​ 8.23 ​​ 7.83 7.47 7.47 7.15 6.86 6.60
        5.93 5.74 5.57
        6 326 6 326 1 10.00 9.78 9.78 9.25 8.77 8.34 7.95 761 70033 7.30
        6.76 6.52 6.30 6,10 5,91
        354 * 11,23 10,55 9,97 9,45 8,98 8,57 8,19 7,85 7,54 7,26 7,00 6.77 6.55 6.55
        6 366 19 11.55 11.55 10.86 10.25 9.71 9.23 00 8.80 8,42 8,07 7,75 7,46 7,19 6,95 6,72 6,51
        389 12,20 11,48 10,83 10,26 9,75 9,30 8.89 8.89 8.51 8.18 7.87 7.58 7.58 7.32 7.08 6.86
        6 400 12.53 11,77 11,11 10,52 10,00 9,52 9,10 8,72 8,37 8,06 7,77 7,50 7,25 7,02
        411 # 12.86 12.08 12.08 11.40 10.79 10.79 10.26 9.77 9.34 8.95 8.59 8.27 7.97 7,69 7,44 7,19
        421 13,15 12,36 11,65 11,03 10,48 10,00 9,54 9,14 8,77 8,44 8,13 7.85 7.85 7.59 7.34
        6 428 19 13.31 12.50 11.79 11.16 10.60 10,10 9,65 9,25 8,87 8,53 8,22 7,94 7,67 7,42
        439% 13,54 12,71 11,99 11,35 10.78 10.27 9.81 9.81 9.40 9.02 8.67 8.36 8.06 000000 8.06 7.79 7.60
        6 455 1 14.15 13,28 12,52 11,85 11,26 10,72 10,24 9,81 9,41 9,05 8,71 8,41 8,13 7,86
        469 ~ 14.52 13.63 13.63 12.85 12.85 12.16 11.55 11.00 10.50 10.06 9.65 9.28 8.93 8.62 8.33 8.06
         #400 с отверстием .060" %428 с отверстием .060" ~455 с отверстием .060" * Фактический рабочий объем 9 350.
         

        Приведенные выше цифры предполагают 10 куб. см для 0,042-дюймовой (штампованной) прокладки головки блока цилиндров, 6 куб. см клапанов сброса для 400 стандартных поршней, 5 куб. за -. Высота деки 023 дюйма, диаметр цилиндра 4,120 дюйма и поршни с плоским верхом (без купола). Чтобы скорректировать всплывающие поршни, вычтите объем купола от объема камеры. Для коррекции глубокого сброса клапана добавьте объем сброса к объему камеры.Обратите внимание, что заявленная стандартная степень сжатия обычно на 0,50 больше, чем фактическая степень сжатия.

        Структурированные данные | Основные принципы производительности Oracle Data Warehouse

        [назад к введению] Примечание редактора. В этом сообщении блога не рассматривается гибридное столбцовое сжатие Exadata.

        Первое, что приходит на ум большинству людей, когда упоминается сжатие таблиц базы данных, — это экономия, которую оно дает с точки зрения места на диске . Хотя сокращение объема данных на диске важно, я бы сказал, что это меньшее из преимуществ для хранилищ данных.Емкость диска очень дешевая и, как правило, ее много, однако пропускная способность диска (скорость сканирования) пропорциональна количеству шпинделей, независимо от емкости диска, и поэтому она дороже. Сжатие таблиц уменьшает объем дисковых накопителей, которые занимает данный набор данных, поэтому объем физических данных, которые необходимо считывать с дисковых пластин, уменьшается по сравнению с несжатой версией. Например, если 4000 ГБ необработанных данных можно сжать до 1000 ГБ, их можно будет считывать с тех же дисков в 4 раза быстрее, поскольку при этом считывается и передается 1/4 данных со шпинделей (относительно несжатого размера).Аналогично, сжатие таблиц позволяет кэшу буфера базы данных содержать больше данных без необходимости увеличения выделения памяти, поскольку в сжатом блоке/странице может храниться больше строк, чем в несжатом блоке/странице.

        Сжатие основной таблицы строк в базе данных Oracle существует в двух вариантах: BASIC и OLTP. В версии 11.1 они также были известны по ключевым фразам СЖАТИЕ или СЖАТИЕ ДЛЯ ОПЕРАЦИЙ DIRECT_LOAD и СЖАТИЕ ДЛЯ ВСЕХ ОПЕРАЦИЙ .Сжатие BASIC/DIRECT_LOAD было частью базы данных Oracle, начиная с версии 9, а сжатие ˚ было введено в 11.1 с опцией Advanced Compression.

        Сжатие основной таблицы строк Oracle работает путем сохранения значений столбца для данного блока в таблице символов в начале блока. Чем больше повторяющихся значений в блоке, даже в столбцах, тем лучше степень сжатия. Сортировка данных может увеличить коэффициент сжатия, поскольку упорядочение данных обычно позволяет повторять больше значений в блоке.Конкретные коэффициенты сжатия и выгоды от сортировки данных очень зависят от данных, но коэффициенты сжатия обычно находятся в диапазоне от 2x до 4x.

        Сжатие увеличивает нагрузку на ЦП при загрузке данных по прямому пути, но при чтении данных нет заметного снижения производительности, поскольку база данных Oracle может работать со сжатыми блоками напрямую, без необходимости предварительно распаковывать блок. Дополнительный ЦП, необходимый при массовой загрузке данных, как правило, стоит того, чтобы получить прибыль от хранилищ данных.Это связано с тем, что большинство данных в хорошо спроектированном хранилище данных записываются один раз, а считываются много раз. Только вставляемые и редко изменяемые таблицы являются идеальными кандидатами для сжатия BASIC . Если для таблиц выполнен значительный объем DML, рекомендуется сжатие OLTP (или отсутствие сжатия).

        Учитывая, что большинство хранилищ данных Oracle, которые я видел, ограничены пропускной способностью ввода-вывода (см. Сбалансированная аппаратная конфигурация), настоятельно рекомендуется использовать сжатие, чтобы скорость сканирования логической таблицы могла увеличиваться пропорционально степени сжатия.Это приведет к более быстрому сканированию таблиц и разделов на том же оборудовании.

        Ссылки на документацию Oracle:

        Кодирование содержимого Средние коэффициенты сжатия для различных категорий веб-сайтов

        Звоните (877) SITE-OPT (748-3678)

        Таблица 18.2. Средние коэффициенты сжатия при кодировании содержимого для различных категорий веб-сайтов (размер файла в байтах)

        веб-сайт типа HTML, CSS и JS-файлы только все файлы, включая графику
        (среднее значение для 5 веб-сайтов) Количество файлов Оригинальный размер сжатый размер Экономия Оригинальный размер сжатый размер сбережений
        High-Tech 14 26 50040 140033 5 092 79% 60 650 39 211 35%
        газета 37 74688 16218 79% 150220 91749 40%
        веб-каталог 11 36096 13296 69% 50168 27368 46%
        Спорт 24 41 011 10 167 7 4% 110530 79686 27%
        Среднее 22 44582 11193 75% 92892 59504 37%

        Высокотехнологичный : www.cisco.com, www.hp.com, www.ibm.com, www.microsoft.com, www.oracle.com
        Газеты: www.latimes.com, www.nytimes.com, www.usatoday.com, www.washingtonpost.com, www.wsj.com
        Веб-каталоги: www.altavista.com, www.looksmart.com, www.lycos.com, www.netscape.com, www.yahoo.com
        Спорт: www.espn.com, sports.yahoo.com, sportsillustrated.cnn.com, www.sportsnetwork.com, www.usatoday.com/sports/front.htm

        В среднем текстовая часть этих сайтов была сжата на 75 процентов.В целом, сжатие сэкономит 37% общего размера файла.

        Примечание. Эта таблица взята со страницы 412 главы 18: Сжатие веб-страниц из Ускорьте свой сайт: оптимизация веб-сайта .

        Сжатие | Документация Apache Cassandra

        Cassandra предлагает операторам возможность настроить сжатие на за стол. Сжатие уменьшает размер данных на диске на сжатие SSTable в настраиваемом пользователем сжатии chunk_length_in_kb .Поскольку Cassandra SSTables неизменяемы, стоимость ЦП сжатия необходимо только тогда, когда SSTable написан - последующие обновления данных попадут в разные SSTables, поэтому Cassandra не нужно будет распаковывать, перезаписывать и повторно сжимать данные при ОБНОВЛЕНИИ выдаются команды. При чтении Cassandra находит соответствующие сжатые фрагменты на диске, распаковать полный фрагмент, а затем продолжить с остатком пути чтения (объединение данных с дисков и memtables, восстановление чтения и т. д.).

        Алгоритмы сжатия обычно выбирают между следующими тремя площадей:

        • Скорость сжатия : Как быстро алгоритм сжатия сжимает данные.Это очень важно в путях сброса и уплотнения, потому что данные должны быть сжаты перед записью на диск.

        • Скорость распаковки : Насколько быстро работает алгоритм сжатия распаковать данные. Это критично для путей чтения и сжатия, т.к. данные должны быть считаны с диска целиком и перед этим распакованы можно вернуть.

        • Соотношение : На какое соотношение уменьшаются несжатые данные. Кассандра обычно измеряет это как размер данных на диске относительно несжатый размер.Например, соотношение 0,5 означает, что данные о диск составляет 50% от размера несжатых данных. Кассандра разоблачает это отношение на таблицу как поле SSTable Compression Ratio статистика таблиц nodetool .

        Cassandra по умолчанию предлагает пять алгоритмов сжатия, которые делают различные компромиссы в этих областях. При тестировании сжатия алгоритмы зависят от многих факторов (таких параметров алгоритма, как уровень сжатия, сжимаемость входных данных, лежащие в основе класс процессора и т. д.), следующая таблица поможет вам выбрать отправной точкой на основе требований вашего приложения с чрезвычайно грубая оценка различных вариантов по их эффективности в эти области (A относительно хорошо, F относительно плохо):

        Алгоритм сжатия Кассандра Класс Сжатие Декомпрессия Соотношение С* Версия

        LZ4

        LZ4Компрессор

        А+

        А+

        С+

        >=1.2.2

        ЛЗ4ХК

        LZ4Компрессор

        С+

        А+

        Б+

        >= 3,6

        Зстд

        ZstdКомпрессор

        А-

        А-

        А+

        >= 4,0

        Снаппи

        SnappyCompressor

        А-

        А

        С

        >= 1.0

        Дефляция (zlib)

        Компрессор Deflate

        С

        С

        А

        >= 1,0

        Вообще говоря, для критической производительности (задержка или пропускная способность) приложение LZ4 — правильный выбор, так как оно обеспечивает отличное соотношение на процессор цикл отработан. Вот почему это выбор по умолчанию в Cassandra.

        Однако для приложений, критически важных для хранения данных (размер диска), может использоваться Zstd . будет лучшим выбором, так как он может получить значительное дополнительное соотношение к LZ4 .

        Snappy сохранен для обратной совместимости, а LZ4 обычно предпочтительнее.

        Deflate сохранен для обратной совместимости, а Zstd обычно быть предпочтительным.

        .

        Добавить комментарий

        Ваш адрес email не будет опубликован.