Степень сжатия и компрессия

Степень сжатия и компрессия

Это параметр конструктивный, раз и навсегда присущий данному типу двигателя и не изменяющийся в процессе эксплуатации (в этой формуле не учитывается утечки, мы имеем дело с двумя объёмами, по этому теоретически он не изменен — ход поршня не меняется объём камеры сгорания тоже).

Компрессия это максимальная величина давления создаваемого в камере сгорания в верхней мёртвой точке (очень похоже на степень сжатия и здесь мы имеем дело с теми же объёмами, но только заполненными воздухом, топливом или смесью топлива и воздуха, а так как они имеют определённую плотность то после сжатия стремятся принять прежнее состояние — это и составляет давление). При нагреве, за счет увеличения расстояния между атомами линейные размеры тела увеличиваются. По этому при сборке приходится оставлять как минимум тепловые зазоры между деталями, иначе при нагреве их просто заклинит (что часто и происходит, надиры на поршнях и гильзах в основном являются следствием теплового расширения). Поэтому даже полностью исправная цилиндропоршневая группа всегда имеет зазоры в которые и стремится при сжатии проникнуть воздух из камеры сгорания, например в картерное пространство.

Возможные пути утечек давления.(см. рис.2)

Основные места утечек воздуха из камеры сгорания:

а) в зазор между кольцами и поверхностью цилиндра или в зазор в замке колец;

б) в зазор по торцевым поверхностям колец и канавок поршней;

в) в зазор между седлом и клапаном;

г) в зазор между поврежденной прокладкой и плоскостью головки или блока;

д) в трещину в стенке камеры сгорания.

показатель степени для идеального двухатомного газа составляет x=1,4. Таким образом, для двигателя со степенью сжатия 8.5 максимальное давление составляет примерно 20 атм. Кстати, очень похожая цифра (16-17 атмосфер) получается у двигателя с идеально притертыми клапанами при измерении компрессии «с маслом», когда кольца (и замки колец) герметизированы залитым в цилиндр моторным маслом. Недостающие 3-4 атмосферы получаются, например, за счет того, что начальное давление меньше 1 атм. При измерении компрессии без масла давление составляет 12 атмосфер, за счет вытекания горючей смеси из цилиндра при сжатии через замки колец и в зазор между кольцами и цилиндром, который имеется в силу конструктивных особенностей (например сетка Хона), что на 4 атмосферы больше чем с маслом (запомните эту цифру). Поэтому обычно говорят, что «компрессия исправного двигателя в 1.2 -1.3 раза больше степени сжатия».

До тех пор пока двигатель работает исправно, все эти данные просто никому не нужны, даже авторемонтникам. Они становятся интересны лишь во время диагностики неисправности. Хотел бы в общих чертах попробовать объяснить как вообще происходит ремонт и диагностика в том числе. Прошу простить за юмор, но тем не менее когда вы стоите рядом с неисправным автомобилем в компании бывалого авторемонтника или начинающего (на нем в принципе не написано ведь), на самом деле в этот момент у вас гораздо больше информации об этом авто чем у ремонтника, он то его первый раз видит. А вы ездили на нём и могли слышать или чувствовать что либо, что ему как раз и не мешало бы знать. В любом случае, анализируя ваши слова и симптомы неисправности, диагност на основании знания устройства автомобиля предполагает неисправность. По сути он её придумывает. Потом проверяет правильность своих соображений. И только потом ремонт.

Фундаментом для диагностики является знание процессов происходящих при работе автомобиля. Попытаюсь на примере компрессии описать износ цилиндра поршневой группы. Исправный двигатель – компрессия 12 атмосфер, хоновая сетка присутствует на стенках гильз и поршне (царапины равномерно нанесённые на всю площадь гильзы и круговые риски на поршне). В этих углублениях остается смазка ослабляющая трение. До тех пор пока есть хон износ идёт медленно. При эксплуатации постепенно хон истирается. В середине гильзы в первую очередь, так как верхний край трет только верхний край поршня, а нижний только нижний. Середину трёт верхний, нижний край поршня и середина. Постепенно цилиндр гильзы начинает превращаться в бочку (в середине больший диаметр). Это приводит к прорыву газов пока не значительному, но компрессия может упасть немного 0.5… 0.6 атмосферы на работе двигателя почти не сказываются. Но в этот момент начинается износ поршневых канавок, потому что кольцо при каждом ходе поршня в середине гильзы немного выходит из поршня и потом заходит назад. Когда появляется износ в поршневых канавках, гильза тоже к этому времени немного подтачивается, прорыв увеличивается значительно- компрессия падает до 10 атмосфер. В принципе это уровень компрессии большинства подержанных иномарок. Японцы в силу малого пробега чуть лучше. Дальше увеличивается лишь степень износа и в тот момент когда компрессия должна была бы упасть ещё на 1..2 атмосферы за счёт большого количества масла попадающего в середину гильзы, так же надо отметить что маслосъёмные кольца к этому времени не справляются со своей задаче полностью, компрессия повышается на те самые три четыре атмосферы (на которые я просил обратить ваше внимание выше)- 12 атмосфер, компрессия нового двигателя (естественно это всего лишь показания, двигатель уже начинает работать заметно хуже). Правда потом компрессия начинает падать снова, но уже начинают становиться заметны следы масла на свечах и излишние нагары. Вывод не утешителен, компрессия может быть рассмотрена лишь как косвенный показатель в ряду других: потеря мощности (косвенный), повышенный расход, нагары, прорыв картерных газов и т.д. Тем не менее, существует большое количество не исправностей которые можно определить при помощи этого косвенного показателя (компрессия).

Некоторые дефекты и неисправности бензиновых двигателей, выявляемые измерением компрессии

Необходимые обороты коленчатого вала производимые стартером частотой 200-250 оборотов в минуту. Чем выше обороты коленчатого вала тем менее страшны утечки, именно по этому автомобиль почти всегда заводится с толкача (например дизель зимой).

Увеличенное сопротивление на впуске влечет за собой снижение наполняемости цилиндров воздухом, и как следствие,- уменьшение максимально создаваемого давления.

Основными причинами повышения сопротивления являются:

— засоренность или неправильная установка воздушного фильтра;

— присутствие и неправильная работа заслонки во впускном коллекторе;

— повышенное нагарообразование во впускном патрубке и каналах;

— присутствие посторонних предметов.

Компрессию измеряют как с открытой, так и с закрытой дроссельной заслонкой. При этом каждый из способов дает свои результаты и позволяет определять свои дефекты.

Так, когда заслонка закрыта, в цилиндры, очевидно, поступит мало воздуха, поэтому компрессия будет низкой и составит около 0,6-0,8 МПа. Утечки воздуха в этом случае сравнимы с его поступлением в цилиндр. Вследствие этого компрессия становится особо чувствительной к утечкам — даже при малых неплотностях ее значение падает в несколько раз. Эта посылка позволяет сделать выводы или предположения о следующих дефектах двигателя: не вполне удовлетворительном прилегании клапана к седлу; зависании клапана, например, из-за неправильной сборки механизма с гидротолкателями; дефектах профиля кулачка распределительного вала в конструкциях с гидротолкателями, и том числе неравномерном износе или биении тыльной стороны кулачка; негерметичности вызванной прогаром прокладки головки или трещиной в стенке камеры сгорания.

При измерении компрессии с открытой заслонкой картина будет иной. Большое количество поступившего воздуха и рост давления в цилиндре, конечно, способствуют увеличению утечек. Однако они заведомо меньше подачи воздуха. Вследствие этого компрессия падает не столь значительно (приблизительно до 0,8-0,9 МПа). Поэтому способ замеров с открытой заслонкой лучше подходит для определения более «грубых» дефектов двигателя, таких, как поломки и прогары поршней, поломки или зависание (закоксовывание) колец в канавках поршня, деформации или прогары клапанов, серьезные повреждения (задиры) поверхности цилиндров.

В обоих способах измерения желательно учитывать динамику нарастания давления — это поможет установить истинный характер неисправности с большей вероятностью. Так, если на первом такте величина давления, измеряемая компрессометром, низкая (0,3-0,4 МПа), а при последующих тактах резко возрастает, — это косвенно свидетельствует об износе поршневых колец. В таком случае заливка в цилиндр небольшого количества масла (3-5куб.см) сразу увеличит не только давление на первом такте, но и компрессию.

С другой стороны, когда на первом такте давление достигает 0,7-0,9 МПа, а на последующих тактах почти не растет, вероятнее всего налицо негерметичность клапана или прокладки головки. Разумеется, более точно установить причину можно с помощью других средств диагностики.

Компрессометр имеет довольно простую конструкцию — это манометр, который посредством промежуточной трубки соединяется с переходником, выполненным в форме форсунки или свечи накаливания, который в свою очередь вворачивается в головку блока при измерении компрессии. Для того, чтобы при проворачивании коленчатого вала не происходило сбрасывания давления, в промежуточной трубке или переходнике установлен отсечной клапан.

Однако, несмотря на простоту конструкции, результаты замеров компрессии одного и того же двигателя очень часто сильно разнятся в разных сервисах. И это объясняется не тем, что у одних манометр врет, а у других показания идеальны. Как правило, манометр здесь ни при чем. Причина, чаще всего, кроется в так называемых паразитных объемах и жесткости пружины отсечного клапана. И если для бензинового двигателя они, как правило, не играют существенной роли, то в дизельном двигателе это влияние очень существенно.

Величина степени сжатия, как известно, представляет формулу:

В случае, если отсечной клапан компрессометра установлен в переходнике, ввертываемом в свечное или форсуночное отверстие, то формула не меняется. Однако, если отсечной клапан установлен возле самого манометра, то появляется паразитный объем V₃ в переходнике и переходной трубке. При этом формула приобретает другой вид:

где n — степень сжатия,

V₁ — объем камеры сгорания при положении коленчатого вала в верхней мертвой точке,

V₂ — объем камеры сгорания между положениями коленчатого вала в нижней и верхней мертвыми точками,

V₃ — внутренний объем переходника и переходной трубки.

В бензиновых двигателях, где объем камеры сгорания, при положении коленчатого вала в верхней мертвой точке, довольно большой, прибавка дополнительного небольшого паразитного объема V₃ лишь незначительно увеличивает показания степени сжатия.

В дизельных двигателях объем камеры сгорания V₁ крайне мал. Поэтому, даже незначительная величина паразитного объема V₃ резко изменяет величину степени сжатия.

Что такое степень сжатия? Степень сжатия и компрессия

Степень сжатия представляет собой расчетную величину, демонстрирующую изменение объема до и после сжатия. А компрессия – это величина, измеряемая реально. В процессе сжатия происходит изменение не только объема и давления, но и температуры, поэтому в исправном двигателе компрессия обычно немного выше. На нее оказывает влияние и возможная негерметичность клапанов, прокладок, колец и пр. Руководство к двигателю обычно содержит указание минимального значения компрессии, при котором позволяется ездить.

Основное понятие

Важно знать, какая степень сжатия для мотора является оптимальной. Это сложный вопрос, ведь разработчики двигателей с зажиганием от искры нацелены на то, чтобы увеличить этот показатель. А если двигатель работает на воспламенение от сжатия, то этот параметр правильнее всего понизить. Именно степень сжатия представляет собой характеристику двигателей внутреннего сгорания, которая вызывает наибольшее число ошибочных мнений.

Самым распространенным заблуждением является то, что от степени сжатия многое зависит. Однако тут все просто – этот показатель является отражением отношения объема цилиндра к аналогичному параметру камеры сгорания, а если по-другому, то он равен частному от деления объема пространства над поршнем к объему камеры сгорания. Получается, что степень сжатия в геометрическом плане является отражением того, во сколько раз осуществляется уменьшение объема топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя в процессе движения поршня от нижней к верхней мертвой точке. Конечно, в жизни все редко аналогично выраженному в теории.

Как все работает?

Степень сжатия двигателя на заре автомобилизма была невысокой – 4-5, чтобы не произошла детонация в результате работы на бензине с малым октановым числом. К примеру, при цилиндре на 400 кубиков объем камеры сгорания будет составлять 100 мл. Получается, что для такого двигателя степень сжатия будет равна: е = (400 + 100) : 100 = 5. Если уменьшить объем топливной камеры до 40 кубических сантиметров, то произойдет рост степени сжатия: е = (400 + 40) : 40 = 11.

Каков будет результат? Увеличение термического КПД двигателя почти на 30%. При условии, что мотор на 2,4 литра с 6 цилиндрами со степенью сжатия 5 достигает мощности 100 лошадиных сил, то при значении степени сжатия 11 она станет равна почти 130 л. с. При этом топливо расходуется в том же объеме. Получается, что в расчете на одну лошадиную силу в час можно говорить о сокращении расхода топлива на 22,7%.

Этот результат поразителен, а средства для его достижения невероятно просты. Это не мистика. Чем больше степень сжатия двигателя, тем ниже температура газов, которые после отработки идут на выхлоп.

Азы теплотехники

Двигатели автомобилей представляют собой разновидность тепловых агрегатов, подчиняющихся законам термодинамики. Физик Сади Карно в первой половине девятнадцатого века предложил первые основы теории тепловых машин. В соответствии с его теорией, КПД такого мотора тем выше, чем большая разница имеется между температурой газов к концу горения смеси топлива с воздухом и показателем температуры на выпуске. На эту разницу больше всего влияет степень расширения рабочих газов внутри цилиндров. Тут имеется важный момент, в соответствии с его теорией, важнее для термического КПД является не степень сжатия, а степень расширения. Чем сильнее происходит расширение горячих газов на рабочем ходу, тем более низкой становится их температура, что вполне естественно. В моторах с обычной конструкцией степень сжатия полностью соответствует степени расширения. Именно поэтому многие не разделяют эти термины. А степень сжатия и компрессия в совокупности вызывают детонацию. Чем сильнее происходит сжатие топливовоздушной смеси в цилиндрах мотора, тем более высокими являются температура и давление в момент образования искры, тем более высока вероятность появления ударных волн в камере детонации и сгорания. Именно она уменьшает степень сжатия, но тут ни при чем степень расширения газов при работе.

Пятитактный цикл

Существует пятитактный цикл, который предназначен для разведения степени сжатия и степени расширения. К примеру, степень сжатия ВАЗ 2112 начинает работать только при 75 градусах выше нижней метровой точки, и тут имеется определенный такт вытеснения смеси. Теперь тактов 5: впрыск, обратное вытеснение, сжатие, рабочий ход и выпуск. Возникает вопрос, связанный с необходимостью гонять смесь в обоих направлениях. К примеру, обратно будет вытеснено 20% смеси, а 80% сжимается, как положено. Даже при таких условиях реальная степень сжатия и компрессия составляют 10,6.

Практическое значение

Если конструкция имеет реальный показатель, равный 10,6, а расширение рабочих газов – 13, то это вполне нормально. В этом случае по факту термический КПД двигателя в 1,0518 раза превышает тот, что есть по степени сжатия. Это мало, однако конструкторы двигателей годами стараются изменить ситуацию так, чтобы добиться этих 5% экономии горючего. У пассажирских автомобилей двигатели работают на базе 5-тактного цикла.

Это решение кажется блестящим, но имеется и недостаток. Геометрический показатель степени расширения рабочих газов 13, а для реальной степени сжатия — 10,5. Процесс вытеснения смеси обратно делает из 1,5 литрового двигателя по мощности и крутящему моменту 1,2 литровый. Итогом этого является увеличение термического КПД за счет потери литража. «На низах» двигатель с запоздалым закрытием впускных клапанов не тянет. Пятитактный цикл уместно использовать на автомобилях с гибридными агрегатами, где тяговый электрический мотор при самых низких оборотах берет нагрузку на себя. Далее в работу включается ДВС. И тут не так важно, какая степень сжатия у мотора, важнее всего степень расширения газов при работе.

Вывод

Из-за наддува степень сжатия требуется понижать. В процессе подачи топливовоздушной смеси при избытке давления получается, что в цилиндрах имеет место повышенная реальная компрессия. Потому требуется отступать. Именно поэтому возникает необходимость в снижении термического КПД и повышении расхода топлива, если не используется горючее специального назначения.

Степень сжатия и наддува

Прежде чем обсуждать степень сжатия и наддув, важно понять, что такое толчки в двигателе, также известные как детонация. Детонация — опасное явление, вызванное неконтролируемым сгоранием смеси из воздуха и топлива. Аномально быстрое сгорание вызывает скачки давления в цилиндрах, которые могут привести к повреждению двигателя.

Тремя основными факторами, влияющими на детонацию в цилиндрах, являются:

1. Характеристики детонационной стойкости (предел детонации) двигателя: Поскольку каждый двигатель обладает своими особенностями, когда дело доходит до детонационной стойкости, единого ответа на вопрос “сколько” нет. Конструктивные особенности, такие как геометрия камеры сгорания, расположение свечи зажигания, размер отверстия и степень сжатия, влияют на предрасположенность двигателя к детонации.

2. Условия окружающего воздуха: При использовании турбонагнетателя как условия окружающего воздуха, так и условия на входе в двигатель влияют на максимальную мощность наддува. Горячий воздух и высокое давление в цилиндре повышают склонность двигателя к детонации. При форсировании двигателя температура всасываемого воздуха повышается, что увеличивает вероятность детонации. Охлаждение наддувочного воздуха (например, посредством интеркулера) решает эту проблему путем охлаждения сжатого воздуха, поставляемого турбонагнетателем

3. Октановое число используемого топлива: октановое число — это показатель способности топлива противостоять детонации. Октановое число для насосного газа колеблется от 85 до 94, в то время как гоночное топливо будет значительно выше 100. Чем выше октановое число топлива, тем оно более устойчиво к детонации. Поскольку детонация может привести к повреждению двигателя, важно использовать топливо с достаточным октановым числом. Вообще говоря, чем сильнее наддув, тем выше требование к октановому числу.

Что невозможно переоценить, это калибровка двигателя по топливу и искре. Она играет огромную роль в определении поведения двигателя при детонации. Более подробную информацию см. в Разделе 5 ниже.

Теперь, когда мы представили суть детонации в двигателе, а также факторы и способы снижения вероятности детонации, давайте поговорим о степени сжатия. Степень сжатия определяется следующим образом:

Степень сжатия, полученная на заводе, будет отличаться для двигателей с наддувом и форсированными двигателями. Например, стандартная Honda S2000 имеет степень сжатия 11,1:1, в то время как Subaru Impreza WRX с турбонаддувом имеет степень сжатия 8,0:1.

Существует множество факторов, влияющих на максимально допустимую степень сжатия. Единого правильного ответа для всех автомобилей не существует. Как правило, степень сжатия должна быть установлена настолько высокой, насколько это возможно, без детонации при максимальной нагрузке. Слишком низкая степень сжатия приведет к тому, что двигатель будет слишком вялым при работе без наддува. Однако, если он слишком высок, это может привести к серьезным проблемам с двигателем, связанным с детонацией.

Факторы, влияющие на степень сжатия, включают: антидетонационные свойства топлива (октановое число), давление наддува, температуру впускного воздуха, конструкцию камеры сгорания, время зажигания, калибровка клапанов и противодавление выхлопных газов. Многие современные двигатели с нормальным наддувом имеют хорошо спроектированные камеры сгорания, которые при соответствующей настройке позволят обеспечить умеренный уровень наддува без изменения степени сжатия. Для целей с более высокой мощностью и большим повышением степень сжатия должна быть скорректирована.

Существует несколько способов уменьшить степень сжатия, некоторые из которых предпочтительнее, чем другие. Наименее желательным является добавление прокладки между блоком и головкой. Эти распорки уменьшают количество “гашения”, предназначенное для камер сгорания двигателя, а также могут изменять время работы кулачков. Распорки, однако, относительно просты и недороги.

Лучшим вариантом, если установка более дорогостоящая и трудоемкая, является использование поршней с меньшим сжатием. Это не окажет негативного влияния на время работы кулачка или способность головки герметизировать и позволит надлежащим образом гасить области детонации в камерах сгорания.

Способ повышения кпд двигателя увеличением степени сжатия и сокращением угла опережения зажигания

Изобретение относится к области двигателестроения. Техническим результатом является повышение КПД двигателя. Сущность изобретения заключается в том, что в бензиновом двигателе с увеличенной степенью сжатия фазу выпуска заканчивают за несколько градусов до ВМТ, а два впускных клапана, бензиновый и воздушный, имеют разные фазы. При этом воздушный клапан открывают до ВМТ, а бензиновый клапан открывают через несколько градусов после ВМТ, препятствуя проходу бензина в систему выпуска, так как продувка камеры сгорания производится не горючей смесью, а воздухом. 1 ил.

Область техники, к которой относится изобретение, — это двигателестроение бензиновых двигателей.

Известно, что при повышении степени сжатия возникает детонация в цилиндрах двигателя. Для устранения этого недостатка используется бензин с повышенным октановым числом. Чем выше степень сжатия, тем выше октановое число топлива.

Для понимания сущности изобретения надо понять, что происходит в двигателе при опереженном зажигании и при позднем зажигании. При опереженном зажигании возникает детонация, сопровождающаяся стуком в двигателе и резким повышением шума выпуска. Стук в двигателе появляется потому, что горение заряда происходит в уменьшающемся объеме, при этом скачкообразно увеличивается скорость горения заряда, таким же образом увеличивается объем газов и температура газов. Горение заряда заканчивается до прихода поршня в верхнюю ВМТ. Так как температура газов повышена, повышен и объем газов, скорость выхода газов из цилиндра увеличивается, увеличивается их инерционность на столько, что в конце фазы выпуска, то есть в момент открытия впускного клапана давление в цилиндре значительно ниже давления во впускном коллекторе. Поэтому горючая смесь очередного заряда, за время продувки успевает проскочить в выпускной коллектор и далее в систему выпуска, где, сгорая, резко повышает шум выпуска и сопротивление в системе выпуска. При позднем зажигании горение происходит в уменьшающемся объеме, но уменьшение объема происходит медленнее, поэтому горение заряда замедляется после прохода ВМТ, горение продолжается уже в увеличивающемся объеме, и горение заряда замедляется еще больше и может продолжаться при такте «выпуск». В конце фазы выпуска давление в цилиндре выше, чем во впускном коллекторе, и за время продувки еще горящие газы проникают во впускной коллектор и воспламеняют горючую смесь в коллекторе и двигатель «чихает» в карбюратор.

Суть идеи состоит в том, что при увеличении степени сжатия происходит нагрев заряда в цилиндре, а при нагреве заряда увеличивается скорость горения заряда, а значит сокращается максимальный угол опережения зажигания. При сокращении угла опережения зажигания сокращается время воздействия пламени на днище поршня, тарелки клапанов и стенки камеры сгорания, значит меньше энергии пойдет на нагрев двигателя, а больше на работу, и чем выше степень сжатия, тем выше КПД.

Для реализации этого способа увеличения КПД необходимо стабилизировать физическую степень сжатия на протяжении всего срока эксплуатации двигателя, так как на компрессионных кольцах в процессе работы увеличиваются зазоры на стыках, что приводит к снижению степени сжатия почти на 1 ед. за 80-100 тыс. км, увеличению угла опережения зажигания и увеличению расхода топлива. Поэтому в двигателе ЗМЗ-402, на котором проводились эксперименты, установлено тройное компрессионное кольцо, патент №2416749, которое стабилизирует степень сжатия на протяжении не менее 100 тыс. км пробега и повышает физическую степень сжатия до 8,3-8,8 без изменения геометрической степени сжатия головки блока под бензин А-76, с головкой блока под бензин АИ-92 физическая степень сжатия достигла 11.5, после чего эксперимент был прекращен. Использовался бензин АИ-80. Двигатель установлен на автомобиле ГА3-3110.

Суть эксперимента следующая: на двигатель ЗМЗ-402 были установлены новые тройные компрессионные кольца и головка блока под бензин АИ-92. Так как кольца были новые, не притертые, то физическая степень сжатия была около 8. В процессе работы двигателя компрессионные кольца притирались и физическая степень сжатия увеличивалась, но при этом двигатель работал с опереженным зажиганием. Попытки уменьшить угол опережения зажигания не давали положительного результата. После этого угол опережения зажигания был установлен на 0 (отключен вакуумный автомат и сняты грузики центробежного автомата), после этого эксперимент был продолжен. При работе двигателя не было детонации, но был повышенный шум выпуска, как при опереженном зажигании. Периодически замеряя физическую степень сжатия, она была неодинакова в разных цилиндрах, так как кольца притирались неравномерно. По мере притирания колец шум выпуска усиливался примерно до степени сжатия 10,2. При дальнейшем увеличении степени сжатия шум выпуска начал уменьшаться, а при приближении степени сжатия к 11 стала увеличиваться мощность двигателя при малых нагрузках, а при увеличении нагрузки возникал эффект позднего зажигания, двигатель «чихал» в карбюратор. Увеличение угла опережения зажигания положительного результата не дало. Экспериментально установлено, что при уменьшении сопротивления системы выпуска путем удлинения двойной приемной трубы в два раза расширяется граница эффекта опереженного зажигания.

Проведенные эксперименты показали, что при увеличении степени сжатия для повышения КПД двигателя необходимо нормализовать продувку камеры сгорания, то есть давление в цилиндре в начале продувки должно быть немного ниже, чем давление во впускном коллекторе, при котором остатки выхлопных газов выходят из камеры сгорания, а горючая смесь заполняет камеру сгорания, не проникая в выпускной коллектор. На бензиновом двигателе этого сделать невозможно, но если продувку производить не горючей смесью, а воздухом, то эффекта опереженного зажигания не будет, не будет и повышения сопротивления в системе выпуска. В дизельном двигателе продувка камеры сгорания производится воздухом, а впрыск топлива производится в конце такта сжатия, поэтому эффекта раннего зажигания не происходит при степени сжатия 18 и выше. Продувку воздухом можно производить в бензиновом двигателе как в карбюраторном, так и в инжекторном, для этого двигатель должен иметь два впускных клапана, а выпускных может быть один и два — значения не имеет.

На фиг.1 изображены примерные фазы газораспределения.

Фаза выпуска заканчивается за 5 до верхней мертвой точки. Два впускных клапана имеют разные фазы газораспределения и отдельные впускные каналы, не связанные между собой. У одного клапана — назовем его воздушный, фаза впуска начинается за 15° до ВМТ, а у второго бензинового клапана фаза впуска начинается через 5° после ВМТ. Во впускном канале бензинового клапана устанавливается форсунка в инжекторном двигателе, а в карбюраторном двигателе к каналу бензинового клапана подсоединяется карбюратор.

Работает двигатель следующим образом.

После рабочего хода идет такт выпуска за 15° до ВМТ, открывается воздушный впускной клапан, идет продувка камеры сгорания воздухом, за 5° до ВМТ выпускной клапан или клапаны, если их два, закрываются, продувка закончена. Через 5° после ВМТ открывается бензиновый клапан, через который в цилиндр поступает обогащенная горючая смесь, а через воздушный впускной клапан в цилиндр поступает воздух. В цилиндре горючая смесь смешивается с воздухом, образуя горючую смесь необходимой пропорции воздуха и бензина. Далее идет такт сжатия, рабочий ход и цикл повторяется.

Для снижения сопротивления системы выпуска нужно сделать на каждую пару цилиндров с синхронно двигающимися поршнями отдельную систему выпуска. Максимальную физическую степень сжатия для конкретного двигателя можно определить экспериментальным путем.

Возможно, в инжекторном двигателе дроссельная заслонка будет не нужна, а управление двигателем будет производиться только изменением подачи бензина, то есть изменением длительности импульса впрыска. В этом случае физическая степень сжатия на всех режимах работы двигателя будет максимальной, как в дизельном двигателе.

Технический результат: увеличение КПД бензинового двигателя, и по экономичности он приблизится к дизелю.

Способ повышения КПД бензинового двигателя путем увеличения степени сжатия и сокращения угла опережения зажигания, отличающийся тем, что фазу выпуска заканчивают за несколько градусов до ВМТ, а два впускных клапана, бензиновый и воздушный, имеют разные фазы, при этом воздушный клапан открывают до ВМТ, а бензиновый клапан открывают через несколько градусов после ВМТ, препятствуя проходу бензина в систему выпуска.

Каким образом уменьшить степень сжатия?

Главной целью этой статьи является выбор наиболее оптимального архиватора с высокой степенью сжатия различных реальных данных большого объёма. В тестировании принимали участие: самый распространенный и один из старейших ZIP, популярные архиваторы ACE, RAR, 7-zip. Кроме того, были протестированы некоторые перспективные архиваторы. Большинство из них являются экспериментальными, обладают низкой скоростью архивирования и разархивирования, требуют много оперативной памяти, имеют ошибки. Например, не удалось сжать все тестовые данные при помощи Slim 0.021 (ошибка приложения), показавшего очень хорошие результаты, скорость PAQ6 v2 достигала 15 КБ/с. В итоге были выбраны Compressia 1.0b, EPM r9, PAQ6 v2, RKC 1.02, которые на данный момент являются одними из лучших.

Стоит отметить, что в рейтинге www.maximumcompression.com, EPM r9, PAQ6 v2, RKC 1.02, Compressia 1.0b сжимают лучше, чем 7-zip 3.13, WinRAR 3.30b5 на 10%, а разница между 7-zip 3.13 и WinRAR 3.30b5 около 3%.

Каждый из протестированных архиваторов обладает рядом настроек, изменяя которые, можно управлять степенью сжатия и скоростью в широких пределах. Тестирование производилось в режимах norm и max. RAR дополнительно тестировался в режиме fastest (максимальной скорости). Compressia, EPM, RKС, PAQ6 — только в режиме max. Для режима norm выбирались предлагаемые средние установки, для режима max – дающие максимальную степень сжатия. Все дополнительные настройки устанавливались в значения, дающие в среднем лучшее сжатие на тестовой системе, или, если возможно, в авто. В частности, 7-zip, EPM r9, RKC 1.02, PAQ6 v2 настраивались на использование около 400 МБ оперативной памяти в max режимах. Для режима fastest все настройки устанавливались на максимальную скорость, фильтры отключались, параметр Solid=on (на скорость не влияет). Несмотря на то, что для каждого вида данных существуют свои оптимальные настройки, которые иногда дают существенный прирост степени сжатия, тестирование проводилось с едиными настройками. Это сделано для отражения реальных ситуаций, при которых бывает необходимо заархивировать папку с различными типами данными.

Поиск оптимального соотношения между степенью сжатия и скоростью – это предмет отдельного исследования. Кроме того, это соотношение не имеет четких границ и сильно зависит как от системы, на которой производится архивирование, так и от исходных данных. Можно привести такой пример: в max режиме при архивировании «Инсталляция Office XP» скорость 7-zip в 3 раза выше Compressia, а при архивировании «База данных 1С:Предприятие» скорость 7-zip в 9 раз ниже Compressia. В данной статье основной упор сделан на степень сжатия.

В качестве тестовых данных использовались большие объемы реальных неоднородных данных. Исключение составляет «Документы Word, Excel». Больше 9 МБ реальных «средних» документов найти не удалось, а тестировать документы по 13 МБ, в основном состоящие из отсканированных и несжимаемых изображений, неправильно. Дополнительно была добавлена книга TICSharp.DOC (11 МБ) с небольшими иллюстрациями.

Если необходимы результаты сжатия исключительно текстов, программ, изображений, звука, то лучше поискать в Интернете соответствующие тестирования, например на www.maximumcompression.com, www.compressio.ru, arctest.narod.ru.

Тестировались следующие архиваторы:

ZIP. Является старейшим и самым распространённым архиватором. Это почти стандарт. Преимущества – высокая скорость, распространённость, совместимость и бесплатность. Недостатки – низкий уровень сжатия, ограниченная функциональность.

Использовался встроенный в Total Commander 6.0 архиватор. Несмотря на то, что Total Commander является shareware, сам формат ZIP бесплатный. Существует много бесплатных программ, которые архивируют в формат ZIP, например 7-zip. Стоит отметить, что каждая реализация ZIP может иметь скорость и степень сжатия, отличающуюся от реализации ZIP в Total Commander 6.0. Например, 7-zip архивирует в ZIP с более высокой степенью сжатия, но значительно медленнее.

В Total Commander 6.0 также есть поддержка формата TGZ (настройка Packer TGZ) который является своеобразным Solid (непрерывным архивом) вариантом ZIP (GZIP). Использование TGZ может дать значительное улучшение сжатия на большом количестве небольших файлов (на тестовых данных «Текст в формате HTML» — 60% от ZIP norm), но обладает таким недостатком — Total Commander 6.0 видит архив TGZ как заархивированный TAR, в результате для распаковки необходимо сначала распаковать TAR, а затем уже содержимое архива. По скорости и степени сжатия одного файла TGZ равен ZIP norm.

Настройки для тестирования:

• ZIP norm – настройка normal compression (6).
• ZIP max – настройка maximum compression (9).

ACE 2 www.winace.com . До выхода RAR 2.9 был существенно лучше RAR 2.0. Преимущества – высокая функциональность, степень сжатия и скорость. Недостатки – платный.

Использовался WinACE 2.5. Настройки для тестирования:

• ACE norm – настройка Level=normal, Solid=on, V2.0=on, Dictionary=4096 КБ.
• ACE max – настройка Level=best, Solid=on, V2.0=on, Dictionary=4096 КБ.

RAR 2.9 www.rarlab.com. Преимущества – высокая функциональность, степень сжатия и скорость, распространённость. Недостатки – платный.

Использовался WinRAR 3.30 beta 5. По сравнению с предыдущей версией 3.11 степень сжатия незначительно увеличилась на всех видах данных, для текста прирост немного больше (вероятно, из-за улучшения в автоматическом определении параметров сжатия).

Настройки для тестирования:

• RAR fastest – настройка Compression method=fastest, Solid=on, Advanced compression parameters=все выключено, Dictionary=64 КБ.
• RAR norm – настройка Compression method=normal, Solid=on, Advanced compression parameters=все включено или авто, Dictionary=4096 КБ.
• RAR max – настройка Compression method=best, Solid=on, Advanced compression parameters=все включено или авто, Text compression memory to use=128 МБ, Dictionary=4096 КБ.

7-zip 3.12 www.7-zip.org . Преимущества – высокая степень сжатия, бесплатность. Недостатки – низкая функциональность по сравнению с RAR. Для 7zip PPMd скорость и требования к оперативной памяти одинаковы во время архивирования и разархивирования.

Использовался 7-zip 3.12. Настройки для тестирования:

• 7zip norm – настройка Compression level=normal, Compression method=LZMA, Dictionary=2 МБ, Word size=32, Solid=on.
• 7zip max – настройка Compression level=ultra, Compression method=LZMA, Dictionary=32 МБ, Word size=255, Solid=on.
• 7zip PPMd – настройка Compression level=ultra, Compression method=PPMd, Dictionary=384 МБ, Word size=20, Solid=on.

Compressia www.compressia.com. Преимущества – один из самых лучших по степени сжатия архиваторов. Недостатки – сильно ограниченная функциональность, только GUI версия, низкая скорость, скорость и требования к оперативной памяти одинаковы во время архивирования и разархивирования, платный.

Использовался Compressia v1.0 beta. Настройки для тестирования:

• Compressia – настройки Use solid blocks=on, Maximum compression=on, Use English option=off, Block size=15 МБ.

EPM www.thepipe.kiev.ua . Преимущества – один из самых лучших по степени сжатия архиваторов. Недостатки – низкая скорость, скорость и требования к оперативной памяти одинаковы во время архивирования и разархивирования, для высокой степени сжатия необходимо относительно много оперативной памяти.

Использовался EMP r9. EMP r9 — это не полноценный архиватор, а экспериментальная версия для отработки алгоритмов, сжимает только один файл. Для тестирования использовались тестовые данные, скомпонованные в один файл при помощи 7-zip store. Из-за этого степень сжатия могла немного ухудшиться по сравнению с полноценной реализацией Solid режима (в пределах пары процентов).

Настройки для тестирования:

• EMP max – параметры командной строки -m420.

RKC www.msoftware.co.nz. Преимущества – один из самых лучших по степени сжатия архиваторов. Недостатки – низкая скорость, скорость и требования к оперативной памяти одинаковы во время архивирования и разархивирования, для высокой степени сжатия необходимо относительно много оперативной памяти. В конце февраля 2004 ожидается выход полноценного архиватора WinRK.

Использовался RKC 1.02. RKC 1.02 — это не полноценный архиватор, а экспериментальная версия для отработки алгоритмов, сжимает только один файл. Для тестирования использовались тестовые данные, скомпонованные в один файл при помощи 7-zip store. Из-за этого степень сжатия могла немного ухудшиться по сравнению с полноценной реализацией Solid режима (в пределах пары процентов). Опция analysis выключена, т.к. при её включении на некоторых данных программа не работает.

Настройки для тестирования:

• RKC max – параметры командной строки -M420m -mxx -o16 -n+ -r+ -a-.

mmahoney/compression. Преимущества – один из самых лучших по степени сжатия архиваторов. Недостатки – очень низкая скорость, скорость и требования к оперативной памяти одинаковы во время архивирования и разархивирования, для высокой степени сжатия необходимо относительно много оперативной памяти.

Использовался PAQ6 v2. PAQ6 v2 — это не полноценный архиватор, а экспериментальная версия для отработки алгоритмов, может сжимать несколько файлов. Для тестирования использовались тестовые данные, скомпонованные в один файл при помощи 7-zip store. Из-за этого степень сжатия могла немного ухудшиться по сравнению с полноценной реализацией Solid режима (в пределах пары процентов).

Настройки для тестирования:

• PAQ6 max – параметры командной строки -7.

Для тестирования использовались следующие хорошо сжимающиеся данные:

• Документы Word, Excel – набор небольших документов (договоры, акты – 9 МБ) и книга TICSharp (11 МБ). Книга TICSharp является «неудобной» для архиваторов. Это обусловлено характерной структурой DOC файла — текстовые блоки чередуются с несжимаемыми картинками. Всего 20 МБ, 138 файлов.
• Текст в формате HTML – содержимое JAVA SDK 1.3.1. Представляет собой большое количество небольших файлов HTML, поэтому ZIP, не поддерживающий Solid режим, показал почти в 2 раза худший результат. Этот набор данных не является полноценным текстом, т. к. содержит много тэгов HTML и пару мегабайт несжимаемых файлов. Всего 109 МБ, 6226 файлов.
• Инсталляция Office XP – содержимое инсталляционного файла CAB. Около 120 МБ занимают файлы EXE, DLL, OCX. Всего 391 МБ, 1865 файлов
• Игра Counter-Strike – содержимое папки Half-Life с установленным Counter-Strike. Всего 770 МБ, 3113 файлов.
• База данных 1С: Предприятие – содержимое резервной копии базы данных (DBF-формат без индексов, с конфигурацией). Всего 189 МБ, 340 файлов.

Тестирование производилось на системе: CPU Athlon 2000 МГц, MB nForce2, RAM 512 МБ, HDD WD400JB, OS Windows 2000. Следует учитывать, что на аналогичных Pentium системах скорость сжатия может сильно отличаться.

Что можно архивировать?

Хорошо сжимаются почти все предварительно не сжатые данные, например, программные файлы, тексты, базы данных, простые несжатые изображения. Ограниченно сжимаются несжатый звук (WAV), сложные несжатые изображения (BMP). Не сжимаются (сжатие в пределах пары процентов за счет служебных тэгов и, возможно, небольшой избыточности) почти все уже сжатые данные, например, архивы (ZIP, CAB), сжатая графика и видео (JPG, GIF, AVI, MPG), сжатый звук (MP3).

Для примера можно рассмотреть папку с игрой Prince Of Persia. Из общего объема 1400 МБ, 550 МБ — это несжимаемое видео, 330 МБ — ограниченно сжимаемый звук. Игра сжимается до 1008 МБ. При сжатии разными архиваторами, разница будет только за счет сжимаемых 520 МБ, в меньшей степени за счет 330 МБ звука. Таким образом, относительные результаты будут «смазаны» несжимаемым видео.

Для сжатия некоторых специфических данных (текст, несжатые изображения, несжатый звук) существуют специализированные архиваторы, которые обеспечивают несколько лучшую степень сжатия и значительно более высокую скорость, чем универсальные архиваторы.

Результаты тестов:

Несмотря на низкую степень сжатия, ZIP norm обладает самой высокой скоростью (быстрее RAR fastest в 2 раза). Его можно использовать на медленных машинах или для оперативного архивирования.

RAR и ACE приблизительно равны, с небольшим преимуществом у RAR. Их можно рекомендовать только из-за дополнительной функциональности (например, разбивка архива на части, запись дополнительной информации для восстановления при повреждении архива). По степени сжатия они уступают 7-zip. На некоторых наборах данных разница значительна. В max режиме размер архива RAR больше 7-zip от 5% до 34%, в среднем на 18%.

7-zip не является лидером в степени сжатия и имеет низкую скорость в max режиме. По сравнению с PAQ6, размер архива 7-zip больше от 2% до 23%, в среднем на 13%. Разница с результатами Compressia, EPM, RKC незначительна или даже отличается в лучшую сторону. В отличие от этих архиваторов, скорость разархивирования 7-zip (за исключением режима PPMd) значительно выше скорости архивирования. Требования к оперативной памяти во время разархивирования небольшие. Низкая скорость в max режиме все же значительно выше, чем скорость PAQ6 (в 10 раз). 7-zip может работать, используя 2 потока, что даёт значительное повышение скорости на мультипроцессорных системах или на системах с Hyper-Threading. С учетом регулярного обновления и бесплатности, 7-zip является наиболее оптимальным выбором для современных систем. В списке ближайших его изменений – разбивка архива на части, запись дополнительной информации для восстановления при повреждении архива.

Из перспективных архиваторов стоит отметить RKC, точнее WinRK www.msoftware.co.nz, который выйдет в конце февраля 2004 года. Он должен обладать не только лучшей степенью сжатия по сравнению с 7-zip, но и удобной графической оболочкой. Главный недостаток — для хорошего сжатия необходимо много оперативной памяти, скорость и требования к оперативной памяти одинаковы во время архивирования и разархивирования.

PAQ6 показал самую лучшую степень сжатия со значительным отрывом от конкурентов. Но практически использовать его могут только экстремалы из-за очень низкой скорости (17 КБ/с). Несмотря на хорошие результаты на больших объёмах неоднородных данных, проведенное мини-тестирование по сжатию одного файла (1Cv7.MD.rpk, 7 МБ) показало, что RKC справился со сжатием на 1%, EPM на 4%, а Slim 0.021 slim-fb.by.ru на 8% лучше PAQ6 (7-zip на 20% хуже).

Дальнейшее увеличение степени сжатия архиваторов сильно ограничено возможностью современных компьютеров. Даже успехи 7-zip на фоне RAR достигнуты за счет уменьшения скорости. Более того, практическая реализация эффективных PPM алгоритмов, используемых RKC, PAQ, EPM, была обусловлена существенным повышением производительности компьютеров в последние годы. Поэтому не следует в ближайшее время ждать появления архиваторов, которые при высокой скорости показывали бы степень сжатия значительно выше рассмотренных.