Степень сжатия от чего зависит: определение, на что влияет степень сжатия и можно ли ее изменить самостоятельно?

Что такое степень сжатия двигателя

Одной из важных конструктивных характеристик поршневого двигателя внутреннего сгорания является степень сжатия. Этот параметр влияет на мощность мотора, на его КПД, а также расход горючего. Между тем мало кто имеет верное представление о том, что же подразумевается под степенью сжатия. Многие полагают, что это просто синоним компрессии. Хотя последняя связана со степенью сжатия, однако это совершенно разные вещи.

Что именуется степенью сжатия и в чем отличие от компрессии

Чтобы разобраться с терминологией, нужно представлять, как устроен цилиндр силового агрегата, и понимать принцип функционирования ДВС. Горючая смесь впрыскивается в цилиндры, затем ее сжимает поршень, движущийся от нижней мертвой точки (НМТ) к верхней (ВМТ). Сжатая смесь в некоторый момент вблизи ВМТ воспламеняется и сгорает. Расширяющийся газ выполняет механическую работу, выталкивая поршень в обратную сторону — к НМТ. Соединенный с поршнем шатун воздействует на коленвал, заставляя его вращаться.

Пространство, ограниченное внутренними стенками цилиндра от НМТ до ВМТ, является рабочим объемом цилиндра. Математически формула рабочего объема одного цилиндра выглядит следующим образом:

Vₐ = πr²s

где r — радиус внутреннего сечения цилиндра;

s — расстояние от ВМТ до НМТ (длина рабочего хода поршня).

Когда поршень доходит до ВМТ, над ним остается еще некоторое пространство. Это и есть камера сгорания. Форма верхней части цилиндра бывает сложной и зависит от конкретной конструкции. Поэтому выразить объем Vₑ камеры сгорания какой-то одной формулой невозможно.

Очевидно, что общий объем цилиндра Vₒ равен сумме рабочего объема и объема камеры сгорания:

Vₒ = Vₐ+Vₑ

А степень сжатия — это отношение общего объема цилиндра к объему камеры сгорания:

ε = (Vₐ+Vₑ)/Vₑ

Эта величина безразмерная, и фактически она характеризует относительное изменение давления с момента впрыскивания смеси в цилиндр и до момента воспламенения.

Из формулы видно, что повысить степень сжатия возможно либо увеличением рабочего объема цилиндра, либо уменьшением объема камеры сгорания.

У различных моторов этот параметр может отличаться и определяться типом агрегата и особенностями его конструкции. Величина степени сжатия современных бензиновых ДВС находится в пределах от 8 до 12, в отдельных случаях может доходить до 13…14. У дизелей она несколько выше и достигает 14…18, это связано с особенностями процесса воспламенения дизельной смеси.

А что касается компрессии, то это максимальное давление, которое возникает в цилиндре по мере продвижения поршня от НМТ до ВМТ. Единицей измерения давления в международной системе СИ является паскаль (Па / Pa). Также широко используются такие единицы измерения, как бар (bar) и атмосфера (ат / at). Соотношение единиц таково:

1 ат = 0,98 бар;

1 бар = 100 000 Па

Кроме степени сжатия на компрессию влияют состав горючей смеси и техническое состояние мотора, особенно степень износа деталей цилиндро-поршневой группы.

Плюсы и минусы большой степени сжатия

С ростом степени сжатия повышается давление газов на поршень, а значит, в конечном счете растет мощность и повышается КПД двигателя. Более полноценное сгорание смеси приводит к улучшению экологических показателей и способствует более экономному расходованию горючего.

Однако возможности повышения степени сжатия ограничены риском возникновения детонации. В этом процессе воздушно-топливная смесь не сгорает, а взрывается. Полезная работа не совершается, зато поршни, цилиндры и детали кривошипно-шатунного механизма испытывают серьезные ударные воздействия, приводящие к их быстрому износу. Высокая температура при детонации способна вызвать прогорание клапанов и рабочей поверхности поршней. До определенного предела справиться с детонацией помогает бензин с более высоким октановым числом.

В дизельном моторе детонация тоже возможна, но там она вызывается неверной регулировкой впрыска, нагаром на внутренней поверхности цилиндров и другими причинами, не связанными с повышенной степенью сжатия.

Возможно ли повысить степень сжатия

Существует возможность форсировать имеющийся агрегат посредством увеличения рабочего объема цилиндров или степени сжатия. Но здесь важно не переусердствовать и тщательно всё просчитать, прежде чем сломя голову бросаться в бой. Ошибки могут привести к такой разбалансированности работы агрегата и детонациям, что не помогут ни высокооктановый бензин, ни регулировка угла опережения зажигания.

Едва ли есть смысл заниматься форсированием движка, изначально имеющего высокую степень сжатия. Затраты сил и денег будут достаточно велики, а прирост мощности скорее всего окажется незначительным.

Достичь желаемой цели можно двумя способами — расточкой цилиндров, что позволит сделать рабочий объем двигателя несколько больше, либо фрезеровкой нижней поверхности головки блока цилиндров (ГБЦ).

Расточка цилиндров

Наилучший момент для этого — проведение капитального ремонта двигателя, когда растачивать цилиндры придется в любом случае.

Прежде чем производить эту операцию, нужно подобрать поршни и кольца под новый размер. Вероятно, несложно будет найти детали под ремонтные размеры для данного двигателя, но это не даст ощутимого прироста рабочего объема и мощности движка, так как разница в размерах очень незначительна. Лучше поискать поршни и кольца большего диаметра для других агрегатов.

Не стоит пытаться растачивать цилиндры самостоятельно, поскольку для этого требуется не только умение, но и специальное оборудование.

Доработка ГБЦ

Фрезеровка нижней поверхности ГБЦ позволит уменьшить длину цилиндра. Короче станет именно камера сгорания, частично или полностью находящаяся в головке, а значит, возрастет степень сжатия.

Для прикидочных расчетов можно принять, что снятие слоя в четверть миллиметра повысит степень сжатия примерно на одну десятую. Тот же эффект даст установка более тонкой прокладки ГБЦ. Можно также совместить одно с другим.

Не забудьте, что доработка головки требует точного расчета. Это позволит избежать чрезмерной степени сжатия и неконтролируемой детонации.

Форсирование двигателя таким методом таит еще одну потенциальную проблему — укорочение цилиндра повышает риск того, что поршни будут встречаться с клапанами.

Кроме всего прочего, придется еще и заново регулировать фазы газораспределения.

Измерение объема камеры сгорания

Для вычисления степени сжатия нужно знать объем камеры сгорания. Сложная внутренняя форма не дает практической возможнос

Что такое степень сжатия? — Автомобильный журнал «Турбо»

Скажете ли вы на память, какая степень сжатия у двигателя вашего авто? Допустим, 9,8; не слишком ли много? А может, наоборот, – мало?

Непростой вопрос, ведь конструкторы моторов с искровым зажиганием [Мы обычно говорим бензиновый, хотя знаем, что автомобильные двигатели прекрасно работают и на газе.

А также на спирте – метиловом или этиловом… Так что лучше выражаться: с искровым зажиганием. Или Отто (по имени создателя такой конструкции Николауса Отто) – в отличие от Дизеля. Хоть и странновато звучит, но точнее.] всячески стремятся повысить степень сжатия. А создатели двигателей с воспламенением от сжатия наоборот – стараются ее понизить…

Своеобразная характеристика д.в.с., вокруг которой бытует немало недоразумений. Причем одна из ключевых – от степени сжатия зависит многое. Хотя, на первый взгляд, нет ничего проще: отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. Или иначе: частное от деления объема надпоршневого пространства в н.м.т. на него же – в.м.т. То есть, геометрическая степень сжатия показывает, во сколько раз сжимается топливовоздушная смесь (воздух в цилиндрах дизеля) при движении поршня от н.м.т. к в.м.т. Геометрическая; а в жизни, естественно, получается не всегда так, как в геометрии…

Объемы 4-тактного поршневого двигателя: Vk – объем камеры сгорания; Vp – рабочий объем цилиндра; Vo – полный объем цилиндра; ВМТ – верхняя мертвая точка; НМТ – нижняя мертвая точка.

Вперед и выше

На заре автомобилизма степень сжатия двигателей Отто (а собственно, других 100 лет назад и не знали) делали невысокой – 4-5. Чтобы при работе на низкооктановом бензине (гнали как умели) не возникала детонация [Кто не слышал детонационные звуки в цилиндрах? Как говорится, «пальцы стучат». При слишком высокой (по качеству горючего) степени сжатия, горение топливовоздушной смеси после ее воспламенения от искры нарушается. Оно приобретает взрывной характер, в камере сгорания возникают ударные волны, от которых мотору не поздоровится.]. Скажем, при рабочем объеме цилиндра в 400 «кубиков» объем камеры сгорания – 100 миллилитров. То есть, геометрическая степень сжатия у нашего двигателя

e = (400+100)/100 = 5.

Если же объем камеры сгорания уменьшить – при прочих равных – до 40 см³ (технически несложно), то степень сжатия повысится до

e = (400+40)/40 = 11.

Замечательно – и что? А то, что термический к. п.д. двигателя увеличится почти в 1,3 раза. И если 6-цилиндровый 2,4-литровый мотор развивает со степенью сжатия 5 мощность в 100 л.с., то со степенью сжатия 11 она повысится до без малого 130. Причем при неизменном расходе горючего! Иными словами, расход топлива в расчете на 1 л.с. в час сокращается на 22,7%.

Короткоходный 3,8-литровый двигатель Porsche 911 со степенью сжатия 11,8! Объем камеры сгорания настолько мал (59 см³), что трудно устроить углубления в днище поршня под головки клапанов

Поразительный результат – самыми простыми средствами. Не слишком ли хорошо, чтобы быть правдой? Никакой мистики: чем выше степень сжатия, тем ниже температура отработанных газов, идущих на выхлоп. При

e = 11 мы попросту заметно меньше обогреваем атмосферу, чем при степени 5; вот и все.

Азы теплотехники

Автомобильные двигатели – разновидность тепловых машин, которые подчиняются законам термодинамики. Еще в 1-й половине XIX в. замечательный французский физик и инженер Сади Карно заложил основы теории тепловых машин – в том числе и д. в.с. Так вот, по Карно, к.п.д. двигателя внутреннего сгорания тем выше, чем больше разница между температурой газов (рабочего тела) к концу горения топливовоздушной смеси – и их температурой на выпуске. А разница температур зависит от e – вернее, от степени расширения рабочих газов в цилиндрах.

Sadi Carnot (1796-1832)

Да, тут есть нюанс: по Карно, для термического к.п.д. важна не степень сжатия, а именно степень расширения. Чем сильнее расширяются горячие газы на рабочем ходу, тем ниже падает их температура – естественно. Просто в обычных конструкциях д.в.с. степень расширения геометрически совпадает со степенью сжатия; вот мы и привыкли говорить. Тем более что детонация зависит как раз от e – то есть от компрессии. Чем сильнее сжимается топливовоздушная смесь в цилиндрах двигателя Отто [Именно Отто, дизели детонации не знают. Почему – отдельный разговор.], чем выше давление и температура к моменту искрообразования, тем вероятнее возникновение ударных волн в камере сгорания.

Взрывное горение, детонация. Она-то и ограничивает степень сжатия, но степень расширения рабочих газов здесь ни при чем. Вот если каким-то образом отделить одну степень от другой – чтобы при умеренной компрессии добиться сильного расширения рабочих газов…

Пятитактный цикл

Pourquoi бы и не pas; ведь уже полвека с лишним известен так называемый 5-тактный цикл Atkinson’а/Miller’а. Он как раз и разводит степень сжатия и степень расширения по разные стороны.

Представьте, что у вашего 1,5-литрового 16-клапанника ВАЗ-2112 впуск заканчивается не на 36° после н.м.т. (по углу поворота коленчатого вала), а очень поздно – на 81°. То есть, при 3 тыс. оборотов поршень на своем ходе к в.м.т. вытесняет часть топливовоздушной смеси через открытые клапаны обратно во впускной коллектор (не беспокойтесь, она там не пропадет). Иными словами, такт сжатия начинается только где-то на 75° после н.м.т., а до того имеет место своеобразный такт обратного вытеснения смеси.

Тактов теперь не 4, а 5: впуск, обратное вытеснение, сжатие, рабочий ход, выпуск. На первый взгляд, идиотская схема: зачем гонять смесь туда-обратно? На первый взгляд и Солнце обращается вокруг Земли… Следите за моими руками: допустим, обратно вытесняется 20% топливовоздушной смеси, уже попавшей в цилиндр, и сжимается только 80%. И пусть геометрическая e равна 13 – исключительно высокая для Отто. Однако реальная степень сжатия, компрессия гораздо ниже: при 20-процентном обратном вытеснении смеси она равна 10,6. Что и требовалось доказать.

У конструкции с реальной степенью сжатия 10,6 (вполне допустимо для товарного бензина) степень расширения рабочих газов – 13. Термический к.п.д. двигателя по факту в 1,0518 раза выше, чем по его реальной степени сжатия; не так много, но моторостроители годами бьются ради 5-процентной экономии горючего. Двигатели пассажирских автомобилей уже вовсю работают по 5-тактному циклу. Возьмите 1,5-литровую тойотовскую «четверку» 1NZ-FXE (для Prius) или фордовскую 2,26-литровую (для Escape hybrid). Вроде блестящее решение, однако у медали есть и оборотная сторона.

Тойотовская «четверка» 1NZ-FXE: тоже 5-тактный цикл. На глаз заметно, насколько профиль впускного кулачка шире выпускного: крайне позднее закрытие впускных клапанов

Геометрическая e (степень расширения рабочих газов) у 1NZ-FXE – 13, реальная степень сжатия – около 10,5. Печаль в том, что из-за обратного вытеснения смеси 1,5-литровый мотор по крутящему моменту и мощности опускается примерно до 1,2-литрового; выигрываем в термическом к.п.д. – ценой потери реального литража. Так что с одной стороны – с другой стороны.

Мало того, двигатель с поздним закрытием впускных клапанов совсем не тянет «на низах». Поэтому 5-тактный цикл годится в «гибридных» силовых агрегатах, где тяговый электромотор как раз и принимает на себя нагрузку при самых низких оборотах. А потом подхватывает д.в.с.; так или иначе, 5-тактный цикл позволяет повысить степень расширения рабочих газов и термический к.п.д. двигателя.

У двигателя Honda, работающего по 5-тактному циклу, часть топливовоздушной смеси вытесняется поршнем обратно во впускные каналы 1 – впуск; 2 – обратный выброс топливовоздушной смеси; 3 – пятый такт: сжатие.

А вот наддув – наоборот – вынуждает понижать степень сжатия. При подаче топливовоздушной смеси под избыточным давлением, реальная компрессия в цилиндрах оказывается слишком высокой – даже при умеренной геометрической e. Приходится отступать; отсюда снижение термического к.п.д. и повышенный расход бензина у двигателей с наддувом, если не применять спецгорючее.

На спирту

Чем больше октановое число бензина, тем выше допустимая (по условиям детонации) степень сжатия, тем эффективнее работает мотор. Так ведь не бензином единым… Исключительно высокую e допускает в роли горючего газ – нефтяной или природный. Без наддува 13-14 не вопрос, с компрессором – 10-11. Водород тоже отличается стойкостью против детонации. И еще спирт – метиловый или этиловый: потрясающие антидетонационные качества. Вдобавок у спирта высокая теплота испарения; испаряясь, он сильно охлаждает топливовоздушную смесь (а заодно и поверхность камеры сгорания). Холодная смесь плотнее, и в цилиндр ее – по весу – входит заметно больше; реальный коэффициент наполнения оказывается выше. Крутящий момент, мощность. Так и говорят: «компрессорный» эффект спиртового горючего.

Мощность, термический к.п.д. – все удовольствия сразу. Кроме того, этиловый (питьевой!) спирт еще и экологичен; что еще пожелать? Правда, расход спиртового топлива в литрах оказывается гораздо выше, чем бензина, поскольку теплотворная способность метанола и этанола невысока. Как водка и «сушняк»; равнять литр на литр тут бессмысленно. А вот в энергетическом эквиваленте спирт заметно эффективнее бензина – благодаря высокой степени сжатия (расширения). Так что в перспективе – спиртовое топливо, чистое или в смеси с бензином. Скажем, E85: на 85% этанол и на 15% бензин. И лет через 25 нефть потеряет свое значение в мире…

Истина в мере

В перспективе, а пока повысить степень сжатия ВАЗовского 16-клапанника с 10,5 до 11,5 – на 92-м бензине от местной АЗС – ой как непросто. Скажем, применить впрыск бензина непосредственно в камеры сгорания – вместо впускных каналов. Испарение бензина не на впуске, а в цилиндрах – тот же самый «компрессорный» эффект. Или организовать 2-искровое зажигание – с 2 свечами на цилиндр; кое-что дает. А также поставить выпускные клапаны с внутренним (натриевым) охлаждением; раскаленные тарелки провоцируют детонацию. Очистить поверхность камеры сгорания от нагара – и отполировать ее.

Влияет конфигурация камеры сгорания – и скорость вихревого движения топливовоздушной смеси. Есть много способов борьбы с детонацией – хороших и разных.

А до какого уровня есть смысл поднимать e двигателя Отто? Тут вот что: термический к.п.д. нарастает с повышением степени сжатия (расширения!), но не линейно. То есть, рост к.п.д. замедляется: если от 5 до 10 он повышается в 1,265 раза, то от 10 до 20 – только в 1,157 раза. Зато быстро накапливаются побочные заморочки, которых лучше избегать. Поэтому степень сжатия 13-14 – разумный компромисс, к которому и следует стремиться. Только оставьте окончательное решение за инженерами-конструкторами; они знают лучше.

Изменение степени сжатия и степень сжатия турбо двигателя.

Изменение степени сжатия и степень сжатия турбо двигателя.

После того как мы определились со степенью сжатия перед нами стоит вопрос как правильно добиться нужной нам степени сжатия. Для начала нужно рассчитать на сколько необходимо увеличить камеру сгорания. Это не сложно. Формула для вычисления степени сжатия имеет следующий вид:
Ɛ=(VP+VB)/VB
Где Ɛ— степень сжатия
VP — рабочий объём
VB — объём камеры сгорания

Преобразовав уравнение можно получить формулу для вычисления камеры сгорания при известной степени сжатия.
VB=VP1/Ɛ
Где VP1 — объём одного цилиндра

По этой формуле вычисляем объём имеющейся камеры сгорания и вычитаем из него объём желаемой (вычисленный по той же формуле), полученная разница и есть интересующее на значение на которое и нужно увеличить камеру сгорания.

Существуют разнообразнве способы увеличения камеры сгорания но далеко не все из них верные. Камера сгорания современного автомобиля спроектирована таким образом, что при достижении поршнем ВМТ топливо воздушная смесь вытесняется к центру камеры сгорания. Это пожалуй самая действенная разработка препятствующая детонации.

Самостоятельная доработка камеры в ГБЦ под силу далеко не многим. Это обусловлено тем, что вопервых вы можите нарушить спроектированную форму камеры, так же при доработке могут «вскрыться» стенки т.к. не известна их толщина. Так же не рекомендуется «расжимать мотор» толстыми прокладками т.к. Это нарушит процессы вытеснения в камере сгорания. Наиболее простым и правельным способом считается установка новых поршней в которых задан необходимый объём камеры. Для турбо-двигателя сферическая форма считается наиболее эффективной. Лучше использовать для этих целей специально разработанные и изготовленные поршни. Возможен вариант самостоятельной доработки стоковых поршней. Но сдесь нужно учесть что толщина дна поршня не должна быть меньше 6% от диаметра.

Степень сжатия в турбо двигателе

Одной из самых важных и пожалуй самой сложной задачей при проектировании турбодвигателя является принятие решения о степени сжатия. Этот параметр влияет на большое количество факторов в общей характеристике автомобиля. Мощность, экономичность, приёмистость, детонационная стойкость (параметр от которого сильно зависит эксплуатационная надёжность двигателя в целом), все эти факторы в значительной степени определяются степенью сжатия. Также это влияет на расход топлива и состав отработавших газов. В теории, степень сжатия для турбо-мотора рассчитать не составляет большого труда.

Сначала разберём понятие «Сжатие» или «Геометрическая степень сжатия». Оно представляет собой отношение полного объёма цилиндра (рабочий объём плюс пространство сжатия, остающееся над поршнем при положении в верхней мёртвой точки (ВМТ)), к чистому пространству сжатия. Формула имеет следующий вид: Ɛ=(VP+VB)/VB

Где Ɛ— степень сжатия
VP — рабочий объём
VB — объём камеры сгорания

Не нужно забывать о существенных расхождениях между геометрической и фактической степенью сжатия даже на атмосферных моторах. В турбодвигателях к этим же процессам добавляется и предварительно сжатая компрессором смесь. На сколько фактически от этого увеличиться степень сжатия, видно из следующей формулы:
Ɛeff=Egeom*k√(PL/PO)
Где Ɛeff — эффективное сжатие
Ɛgeom — геометрическая степень сжатия
Ɛ=(VP+VB)/VB, PL — Давление наддува (абсолютное значение),
PO — давление окружающей среды,
k — адиабатическая экспонента (числовое значение 1,4)

Эта упрощённая формула будет справедлива при условии, что температура в конце процесса сжатия для двигателей с наддувом и без наддува достигает одинакового значения. Иными словами, чем выше давление наддува, тем меньше возможное геометрическое сжатие. Итак, согласно нашей формуле для атмосферного двигателя со степенью сжатия 10:1 при давлении наддува 0.3 бара степень сжатия следует уменьшить до 8.3:1, при давлении 0.8 бара до 6.6:1. Но, слава богу, это теория. Все современные двигатели с турбонаддувом работают не с такими через мерно низкими значениями. Правильная степень сжатия для работы определяется сложными термодинамическими вычислениями и всесторонними испытаниями. Всё это из области высоких технологий и сложных расчётов, но много тюнинговых моторов собрано на основе некоторого опыта, как собственного, так и взятого за пример, от известных автомобильных производителей. Эти правила будут справедливы в большинстве случаев.

Есть несколько важных факторов влияющих на расчёт степени сжатия и их нужно принимать во внимание при проектировании. Я перечислю наиболее важные. Конечно, это желаемый наддув, октановое число топлива, форма камеры сгорания, эффективность промежуточного охладителя, и, безусловно те мероприятия которые вы в состоянии провести по снижению температурной напряжённости в камере сгорания. Углом опережения зажигания (УОЗ) так же можно частично компенсировать возросшие нагрузки. Но это темы для отдельной разговора, и мы безусловно затронем их позже в следующих статьях.

Степень сжатия двигателя — подробное пояснение характеристики

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется
степенью сжатия — Е.

(Степень сжатия двигателя Lada Niva 4×4 — 9.3. (см. здесь) )

Всё коротко и ясно. Но вот достаточно ли? Конструкция силовой установки — это только способ или система, которая тепловую энергию сгоревшего топлива превращает в механическую энергию вращающихся частей двигателя. Понятия «сжатие”, «расширение», «рабочее тело» обязывают ещё рассматривать физико-химические процессы, происходящие в цилиндрах двигателя. А эти процессы невозможны без температуры, которая, в свою очередь, задаётся степенью сжатия. Эффективность использования расширяющихся газов зависит от степени расширения. И вот, при рассмотрении этих процессов в самом общем виде можно и нужно кое-что уяснить. Всё по порядку.

Степень сжатия является одной из характеристик двигателя. Она показывает, во сколько раз уменьшается объем рабочей смеси или воздуха при перемещении поршня из НМТ в ВМТ. По этой характеристике можно определить вид топлива, применяемый в двигателе; устаревшая модель двигателя или совершенная; это дизельный двигатель с раздельными камерами сгорания или дизельный двигатель с непосредственным впрыском.

Повышение степени сжатия позволяет увеличить мощность двигателя и улучшить его экономичность. Возможность увеличения степени сжатия определяется главным образом свойствами топлив, токсичностью отработанных газов и нагрузкой на детали двигателя; для бензиновых автомобильных двигателей Е= 6,5 -14, а для дизеля Е = 15-24.

В дизельных двигателях с увеличением степени сжатия Е повышаются температура и давление воздуха в момент начала впрыска. В результате этого задержки воспламенения уменьшаются, снижается скорость нарастания давления, и работа двигателя становится более мягкой. Однако при больших Е (вследствие более высоких давлений в цилиндре) необходимо увеличивать массу деталей кривошипно-шатунного механизма для повышения прочности. Это приводит к возрастанию механических потерь. Нужн

От чего зависит степень сжатия файла? Понятие и основные аспекты

Рубрики

• Автомобили
• Бизнес
• Дом и семья
• Домашний уют
• Духовное развитие
• Еда и напитки
• Закон
• Здоровье
• Интернет
• Искусство и развлечения
• Карьера
• Компьютеры
• Красота
• Маркетинг
• Мода
• Новости и общество
• Образование
• Отношения
• Публикации и написание статей
• Путешествия
• Реклама
• Самосовершенствование
• Спорт и Фитнес
• Технологии
• Финансы
• Хобби
• О проекте
• Реклама на сайте
• Условия
• Конфиденциальность
• Вопросы и ответы

FB

Войти

Разбираемся. Что такое степень сжатия?

Рубрики

• Автомобили
• Бизнес
• Дом и семья
• Домашний уют
• Духовное развитие
• Еда и напитки
• Закон
• Здоровье
• Интернет
• Искусство и развлечения
• Карьера
• Компьютеры
• Красота
• Маркетинг
• Мода
• Новости и общество
• Образование
• Отношения
• Публикации и написание статей
• Путешествия
• Реклама
• Самосовершенствование
• Спорт и Фитнес
• Технологии
• Финансы
• Хобби
• О проекте
• Реклама на сайте
• Условия
• Конфиденциальность
• Вопросы и ответы

FB

Войти Потеряв Марину Левтову, Юрий Мороз встретил Викторию. Непростой путь пары Женщина помогла уличной кошке. Та решила привести своих котят

Отношение долга к собственному капиталу: расчет, сравнительный анализ

Определение

Отношение долга к собственному капиталу (отношение долга к собственному капиталу, D / E) — это финансовое соотношение, показывающее относительную долю собственного капитала и долга предприятия, используемую для финансирования активов предприятия. Этот коэффициент также известен как финансовый рычаг .

Отношение долга к собственному капиталу является ключевым финансовым показателем и используется в качестве стандарта для оценки финансового положения компании.Это также показатель способности компании погашать свои обязательства. При изучении состояния компании очень важно обращать внимание на соотношение заемных и собственных средств. Если коэффициент увеличивается, компания финансируется кредиторами, а не из собственных финансовых источников, что может быть опасной тенденцией. Кредиторы и инвесторы обычно предпочитают низкие отношения долга к собственному капиталу, потому что их интересы лучше защищены в случае спада бизнеса. Таким образом, компании с высоким соотношением долга к собственному капиталу могут оказаться не в состоянии привлечь дополнительный заемный капитал.

Расчет (формула)

Соотношение заемных и собственных средств рассчитывается путем деления общей суммы обязательств на собственный капитал:

Отношение долга к собственному капиталу = Обязательства / Собственный капитал

Обе переменные показаны в балансе (отчете о финансовом положении).

Нормы и ограничения

Оптимальным соотношением заемных и собственных средств считается около 1, т.е.е. обязательства = собственный капитал, но это соотношение сильно зависит от отрасли, поскольку зависит от соотношения текущих и внеоборотных активов. Чем больше внеоборотных активов (как в капиталоемких отраслях), тем больше капитала требуется для финансирования этих долгосрочных инвестиций.

Для большинства компаний максимально допустимое соотношение заемных и собственных средств составляет 1,5–2 и менее. Для крупных публичных компаний отношение долга к собственному капиталу может быть намного больше 2, но для большинства малых и средних компаний это неприемлемо.Американские компании показывают среднее отношение долга к собственному капиталу около 1,5 (это типично и для других стран).

В целом, высокое отношение долга к собственному капиталу указывает на то, что компания может быть не в состоянии генерировать достаточно денежных средств для выполнения своих долговых обязательств. Однако низкое соотношение долга к собственному капиталу может также указывать на то, что компания не использует преимущества увеличения прибыли, которую может принести финансовый рычаг.

Точная формула в аналитическом программном обеспечении ReadyRatios

Отношение долга к собственному капиталу = F1 [Обязательства] / F1 [Собственный капитал]

F1 — Отчет о финансовом положении (МСФО)

Отраслевой эталон

Средние значения этого отношения вы можете найти в нашем справочнике по отраслевому эталонному анализу — соотношение заемных и собственных средств.




Руководство по сжатию и оптимизации GeoTIFF с помощью GDAL

Впереди бесстыдная пробка! Эта статья была (вероятно) написана в ходе создания Geofolio , над которым я работал, и который автоматически генерирует информационные бюллетени для любого места на Земле. Он содержит множество карт и диаграмм, основанных на открытых данных. Проверьте это на https://geofolio.org/ или подпишитесь на @geofolio в Twitter, чтобы узнавать новости и обновления.

Поскольку быстрое сжатие ZSTD (GDAL 2.3 и выше) и ограниченное сжатие растра ошибок (GDAL 2.4) становится доступным в нашем любимом наборе геопространственных инструментов, я подумал, что было бы интересно запустить несколько тестов и написать руководство по сжатию и оптимизации файлов GeoTIFF с использованием последних версий GDAL.

Особенно, если вы работаете с виртуальными файловыми системами GDAL и оптимизированными для облака GeoTIFF, выбор правильного алгоритма сжатия и параметров создания может существенно повлиять на такие показатели, как размер файла, время обработки, а также количество времени и потребляемая пропускная способность. при доступе к геопространственным данным по сети.

Мы собираемся запустить тест, чтобы проверить степень сжатия и скорость чтения / записи для различных типов данных и алгоритмов с соответствующими параметрами конфигурации.

Тестовые файлы

Для этого теста были созданы три тестовых файла с обычно используемыми типами данных: byte.tif , int16.tif и float32.tif . Каждый файл был обрезан до 50 МБ в несжатом состоянии. См. Раздел примечаний и комментариев, где можно найти ссылку для загрузки и дополнительную информацию.Чтобы произвести впечатление, вот как выглядят изображения Byte, Int16 и float32 в уменьшенном масштабе:

Здесь важно отметить, что это всего лишь тестовые файлы, и что ваши результаты будут зависеть от типа данных, с которыми вы работаете. Поэтому интерпретируйте результаты не как абсолютную истину, а, скорее, как указание и руководство к тому, каковы компромиссы между различными алгоритмами и вариантами конфигурации. Поэкспериментируйте со своими данными, чтобы узнать, что лучше всего подходит для вас.

Алгоритмы и варианты создания

Мы собираемся протестировать следующие алгоритмы сжатия:

• Нет
• НАБИВКИ
• сдувать
• LZW
• LZMA
• ZSTD

Алгоритмы Deflate, LZW и ZSTD поддерживают использование предикторов, которые представляют собой метод сохранения только разницы от предыдущего значения вместо фактического значения. Мы можем протестировать три параметра прогнозирования:

• Без предиктора (1, по умолчанию)
• Разница по горизонтали (2)
• Предсказание с плавающей запятой (3)

Предикторы работают особенно хорошо, когда в данных есть некоторая пространственная корреляция, а пиксели имеют значения, аналогичные их соседям.Как следует из названия, предиктор с плавающей запятой может использоваться только для данных с плавающей запятой.

Алгоритмы ZSTD и Deflate поддерживают настраиваемые уровни сжатия с помощью параметров создания ZLEVEL и ZSTD_LEVEL . Уровни сжатия можно снизить, чтобы ускорить алгоритм за счет степени сжатия, или повысить, чтобы улучшить степень сжатия за счет скорости. Мы протестируем алгоритмы ZSTD и Deflate с низким, стандартным и высоким уровнем сжатия.

Все различные тесты и соответствующие параметры создания, которые используются в тесте, определены в файле config.ini .

Тест запускается внутри контейнера Docker на временном экземпляре AWS i3.large EC2, просто для того, чтобы обеспечить чистую машину с локальным томом SSD и ничем другим, работающим в фоновом режиме. GDAL построен из исходного кода в Dockerfile , и используется версия 2.4.0dev , потому что это первая версия, полностью поддерживающая сжатие LERC и ZSTD с опцией предиктора.-r 5 gdal_translate \ -q int16.tif output.tif \ -co СЖАТЬ = ВЫПУСКАТЬ \ -co ПРЕДИКТОР = 2

Команда gdal_translate повторяется командой perf stat с соответствующими параметрами создания 5 раз. Окончательные результаты (время, степень сжатия и т. Д.) Записываются в файл CSV основным скриптом.

Скорость записи

Тесты записи измеряют время, необходимое для записи каждого из 50-мегабайтных файлов с соответствующими настройками сжатия. Скорость в таблице ниже относится к исходному размеру файла, поэтому это показатель того, сколько Мб необработанных данных можно сжать за одну секунду.Например, если файл размером 50 МБ был записан за 0,5 секунды, ниже указана скорость 100 МБ / с. Результаты следующие:

Стоит отметить несколько наблюдений:

• Скорость записи при уровне сжатия 1 (для ZSTD и Deflate) значительно выше, чем уровни по умолчанию.
• При сжатии по умолчанию Deflate пишет немного быстрее, чем ZSTD, только при более низких уровнях сжатия ZSTD обычно быстрее.
• LZW очень постоянен и хорошо работает с настройками по умолчанию, будучи быстрее, чем ZSTD и Deflate.Только при более низких уровнях сжатия Deflate догоняет, а ZSTD обгоняет LZW по скорости записи.
• Использование предиктора с Deflate, похоже, снижает скорость записи больше, чем с другими алгоритмами.

Степень сжатия

Вот полная таблица результатов тестов степени сжатия:

Это также дало некоторые интересные наблюдения:

• Использование PREDICTOR = 2 всегда приводит к лучшей степени сжатия, чем использование по умолчанию без предиктора.В данном случае это может быть отчасти связано с пространственной корреляцией значений в нашей ЦМР и почвенной карте, но я думаю, что многие географические данные имеют какую-то пространственную корреляцию, поэтому я не удивлюсь, увидев аналогичные результаты во многих других. наборы данных.
• Byte и Int16 обычно сжимаются лучше, чем типы данных Float32. Когда вы используете данные с плавающей запятой, стоит выяснить, можете ли вы вместо этого преобразовать ваши данные в тип данных Byte или Int16. Он будет занимать меньше места и лучше сжимается.В зависимости от данных это иногда можно сделать, умножив ваши данные с плавающей запятой на определенный коэффициент (10, 100 или 1000), затем сохранив целое число как Byte или Int16 и снова разделив только на выбранный коэффициент, когда вам нужно данные для визуализации или дальнейшей обработки. Также ознакомьтесь с разделом LERC ниже в этой статье.
• Предиктор с плавающей запятой PREDICTOR = 3 приводит к значительно лучшим коэффициентам сжатия для данных с плавающей запятой. Похоже, что запись данных с помощью предсказателя с плавающей запятой не снижает производительности, так что это довольно безопасная ставка для любых данных Float32.
• При использовании правильного предиктора различия в степени сжатия между ZSTD, Deflate и LZW не впечатляют.

Скорость чтения

Вот полная таблица результатов тестов скорости чтения:

• ZSTD оправдывает свою репутацию быстрого устройства, работающего лучше, чем LZW и Deflate, которые сравнимы по скорости декомпрессии.
• Использование Z-уровней при сжатии, похоже, не сильно влияет на скорость декомпрессии.
• Использование предикторов, кажется, немного замедляет декомпрессию, но ненамного.

В этом разделе рассматриваются некоторые дополнительные проблемы и настройки GDAL, которые могут повлиять на производительность. Обратитесь к документации по формату файла GeoTIFF и параметрам конфигурации для получения дополнительной информации о том, как они работают и как применять их с помощью инструментов командной строки.

Черепица

Когда опция создания TILED = YES включена, данные сохраняются и сжимаются блоками (мозаичными), а не построчно (с разделением).Размер плиток можно настроить с помощью параметров создания BLOCKXSIZE = n и BLOCKYSIZE = n . Тайлинг не очень полезен, когда вы всегда читаете файл целиком или только один пиксель за раз, так как, соответственно, придется распаковывать всю или только одну плитку или полосу.

Однако для доступа к подмножествам мозаика может иметь значение. Например, сетки ниже показывают изображение со 100 плитками одинакового размера (слева) и таким же количеством полос (справа). Чтобы прочитать данные из красного подмножества, желтую область нужно будет распаковать.В мозаичном изображении нам нужно будет распаковать только 9 тайлов, тогда как в полосатом изображении справа нам придется распаковать примерно в два раза больше полос.

Создание мозаичного изображения может занять немного больше времени, чем создание мозаичного изображения, поэтому лучше поэкспериментировать и проверить, подходит ли мозаичное изображение вам.

Ограниченное сжатие растра ошибок (LERC)

LERC доступен начиная с GDAL 2.4 и предназначен для получения лучшей степени сжатия за счет точности данных.Ключевой особенностью является то, что LERC позволяет пользователю, используя параметр создания MAX_Z_ERROR , точно определять допустимые потери алгоритма. LERC можно использовать отдельно как COMPRESS = LERC или в комбинации с ZSTD или Deflate как COMPRESS = LERC_ZSTD и COMPRESS = LERC_DEFLATE .

В качестве быстрого эксперимента я снова провел тест на нашем наборе данных с плавающей запятой с COMPRESS = LERC_DEFLATE , постепенно увеличивая MAX_Z_ERROR , чтобы увидеть влияние на степень сжатия.Помните, что в наших исходных результатах наилучшая степень сжатия, полученная с помощью Deflate и предсказателя с плавающей запятой, составляла 1,64. Результаты мягко говоря интересны:

Если мы уменьшим точность до отметки даже в 1 мм, используя значение MAX_Z_ERROR = 0,001 , степень сжатия уже вырастет до 2,07, то есть экономия места более чем на 50%. Отношение быстро увеличивается по мере уменьшения точности, и при точности 1 метр с MAX_Z_ERROR = 1.0 , экономия места составляет более 80% при степени сжатия 5,3. Итак, если вы используете данные с плавающей запятой, подумайте, какая точность требуется для вашего конкретного приложения. Если оно выше нуля, подумайте о LERC.

Обзоры

Обзоры — это дублированные версии ваших исходных данных, но с более низким разрешением. Это полезно, когда вы визуализируете или читаете уменьшенные версии ваших данных, и данных слишком много, чтобы можно было рассчитать эти обзоры на лету.

Самый простой способ добавить обзоры в GeoTIFF — использовать утилиту gdaladdo . Поскольку обзор фактически также является наборами данных, их также можно сжать с помощью различных алгоритмов и предикторов, почти так же, как ваш исходный набор данных. В дополнение к этому, вам необходимо решить, какой алгоритм передискретизации использовать, чтобы преобразовать множество значений высокого разрешения в одно значение низкого разрешения для использования в обзоре. Здесь тоже есть разные методы: быстрые и неточные, например, ближайший сосед, и более сложные, например, средний или кубический.Проверьте документацию gdaladdo и поэкспериментируйте.

НИТИ

Вы можете установить NUM_THREADS = ALL_CPUS параметр создания, чтобы включить многопоточное сжатие для медленных алгоритмов, таких как Deflate. Я получил повышение производительности примерно на 30% при сжатии файла int16.tif с COMPRESS = DEFLATE и NUM_THREADS = ALL_CPUS . Параметр NUM_THREADS работает только со сжатием, поэтому не влияет на время чтения.

GDAL_DISABLE_READDIR_ON_OPEN

Когда GDAL открывает файл из локального каталога или сети, он автоматически пытается создать список других файлов, находящихся в этом месте. Это может привести к задержке при доступе к файлам по сети или в локальном каталоге с более чем несколькими сотнями других файлов. Такое поведение можно предотвратить, установив для параметра конфигурации GDAL_DISABLE_READDIR_ON_OPEN значение TRUE .

GDAL_CACHEMAX

Параметр конфигурации GDAL_CACHEMAX может использоваться для установки кэша размера блока растра. В некоторых быстрых тестах я не заметил каких-либо улучшений в скорости чтения или записи. Возможно, это было связано с тем, что значения по умолчанию уже достаточно велики в более поздних версиях GDAL, или что я не работал с очень большими файлами, где требовалось кеширование.Другие сообщили о гораздо более быстром чтении больших файлов, так что, возможно, стоит поэкспериментировать. Вы можете установить его на 1000 МБ, используя --config GDAL_CACHEMAX 1000 в вашей команде GDAL.

Сжатие изображений

Хотя сжатие изображений выходит за рамки этой статьи, тем не менее, я хотел бы упомянуть об этом для полноты. Когда данные, которые вы пытаетесь сжать, состоят из изображений (аэрофотоснимков, спутниковых изображений в истинных цветах или цветных карт), вы можете использовать алгоритмы с потерями, такие как JPEG, чтобы получить значительно улучшенную степень сжатия.Алгоритм с потерями, такой как JPEG, не подходит для сжатия данных, где важна точность, поэтому я пропустил его здесь, в этом тесте. Если вы сжимаете изображения, ознакомьтесь со статьей Пола Рэмси, чтобы узнать о некоторых результатах и ​​передовых методах сжатия файлов GeoTIFF с помощью сжатия JPEG.

Я надеюсь, что эта статья дала подробный обзор того, как работают различные алгоритмы сжатия в драйверах GeoTIFF, и какие параметры конфигурации можно использовать для повышения производительности ваших файлов GeoTIFF.

Самое главное, продолжайте экспериментировать и используйте методы, описанные в этой статье, чтобы выяснить, что лучше всего подходит для ваших данных и методов доступа. Помните о типе имеющихся данных и используйте соответствующие предикторы и z-уровни для быстрого повышения производительности.

Что касается будущего, то добавления ZSTD (fast) и LERC (magic) в последних версиях GDAL действительно многообещающие, я не могу дождаться, чтобы испытать их в некоторых реальных сценариях.

Спасибо за чтение! Свяжитесь с нами через @kokoalberti, если у вас возникнут вопросы или комментарии.Я также размещаю там новые статьи, когда они впервые публикуются.

Сжатие данных в Hadoop — манекены

2. Программирование
3. Большие данные
4. Hadoop
5. Сжатие данных в Hadoop

Автор: Дирк деРоос

Огромные объемы данных, которые являются реальностью при типичном развертывании Hadoop, делают сжатие необходимым . Сжатие данных определенно сэкономит вам много места для хранения и, несомненно, ускорит перемещение этих данных по вашему кластеру.Неудивительно, что вам предлагается рассмотреть ряд доступных схем сжатия, называемых кодеками.

В развертывании Hadoop вы имеете дело (потенциально) с довольно большим количеством отдельных подчиненных узлов, каждый из которых имеет несколько больших дисков. Нередко отдельный подчиненный узел имеет более 45 ТБ необработанного дискового пространства, доступного для HDFS.

Несмотря на то, что ведомые узлы Hadoop спроектированы как недорогие, они не бесплатны, а при больших объемах данных, которые имеют тенденцию расти с возрастающей скоростью, сжатие является очевидным инструментом для управления экстремальными объемами данных.

Во-первых, несколько основных терминов: кодек , , который является сокращенной формой co mpressor / dec ompressor, представляет собой технологию (программную или аппаратную, или и то, и другое) для сжатия и распаковки данных; это реализация алгоритма сжатия / распаковки.

Вам необходимо знать, что некоторые кодеки поддерживают так называемое сжатие с разделением, и что кодеки различаются как скоростью, с которой они могут сжимать и распаковывать данные, так и степенью их сжатия.

Сжатие с разделением — важная концепция в контексте Hadoop. Принцип работы Hadoop заключается в том, что файлы разделяются, если они больше, чем установленный размер блока файла, и отдельные части файлов могут обрабатываться параллельно разными сопоставителями.

Для большинства кодеков разделение текстового файла не может быть распаковано независимо от других разделений из того же файла, поэтому эти кодеки считаются нерасщепляемыми, поэтому обработка MapReduce ограничена одним преобразователем.

Поскольку файл может быть распакован только как целое, а не как отдельные части на основе разделений, параллельная обработка такого файла невозможна, и производительность может сильно снизиться, поскольку задание ожидает, пока один модуль сопоставления обработает несколько блоки данных, которые нельзя распаковать независимо.

Сжатие с разделением таблиц имеет значение только для текстовых файлов. Для двоичных файлов кодеки сжатия Hadoop сжимают данные в контейнере с двоичной кодировкой в ​​зависимости от типа файла (например, SequenceFile, Avro или ProtocolBuffer).

Говоря о производительности, есть затраты (с точки зрения ресурсов обработки и времени), связанные со сжатием данных, которые записываются в ваш кластер Hadoop.

В компьютерах, как и в жизни, нет ничего бесплатного. При сжатии данных вы меняете циклы обработки на дисковое пространство.И когда эти данные считываются, распаковка данных также связана с расходами. Не забудьте взвесить преимущества экономии ресурсов хранения и дополнительных накладных расходов на производительность.

Если входной файл для задания MapReduce содержит сжатые данные, время, необходимое для чтения этих данных из HDFS, сокращается, а производительность задания повышается. Входные данные автоматически распаковываются при чтении MapReduce.

Расширение входного имени файла определяет, какой поддерживаемый кодек используется для автоматической распаковки данных.Например, расширение .gz определяет файл как файл, сжатый с помощью gzip.

Также может быть полезно сжать промежуточный вывод фазы карты в потоке обработки MapReduce. Поскольку выходные данные функции карты записываются на диск и отправляются по сети для выполнения задач сокращения, сжатие выходных данных может привести к значительному повышению производительности.

И если вы хотите сохранить выходные данные MapReduce в виде файлов истории для будущего использования, сжатие этих данных может значительно уменьшить объем необходимого места в HDFS.

Существует множество различных алгоритмов и инструментов сжатия, характеристики и возможности которых различаются. Наиболее распространенный компромисс между коэффициентами сжатия (степенью сжатия файла) и скоростью сжатия / распаковки. Платформа Hadoop поддерживает несколько кодеков. Платформа прозрачно сжимает и распаковывает большинство форматов входных и выходных файлов.

В следующем списке указаны некоторые распространенные кодеки, поддерживаемые платформой Hadoop. Обязательно выберите кодек, который наиболее точно соответствует требованиям вашего конкретного варианта использования (например, с рабочими нагрузками, где важна скорость обработки, выберите кодек с высокой скоростью распаковки):

• Gzip: Утилита сжатия, принятая проектом GNU, Gzip (сокращение от GNU zip) генерирует сжатые файлы с расширением. gz расширение. Вы можете использовать команду gunzip для распаковки файлов, которые были созданы с помощью ряда утилит сжатия, включая Gzip.

• Bzip2: С точки зрения удобства использования Bzip2 и Gzip похожи. Bzip2 обеспечивает лучшую степень сжатия, чем Gzip, но он намного медленнее. Фактически, из всех доступных кодеков сжатия в Hadoop, Bzip2 является самым медленным.

  Если вы настраиваете архив, который вам редко нужно запрашивать, а пространство очень дорого, то, возможно, стоит подумать о Bzip2.

• Snappy: Кодек Snappy от Google обеспечивает скромные степени сжатия, но высокую скорость сжатия и распаковки. (Фактически, он имеет самую высокую скорость распаковки, что делает его очень желательным для наборов данных, которые, вероятно, будут часто запрашиваться.)

  Кодек Snappy интегрирован в Hadoop Common, набор общих утилит, поддерживающих другие подпроекты Hadoop. Вы можете использовать Snappy в качестве надстройки для более поздних версий Hadoop, которые еще не поддерживают кодек Snappy.

• LZO: Подобно Snappy, LZO (сокращенно от Lempel-Ziv-Oberhumer, трио компьютерных ученых, придумавших алгоритм) обеспечивает скромные степени сжатия, но высокие скорости сжатия и декомпрессии. LZO находится под лицензией GNU Public License (GPL).

  LZO поддерживает сжатие с разделением, которое позволяет выполнять параллельную обработку разделений сжатого текстового файла вашими заданиями MapReduce. LZO необходимо создать индекс, когда он сжимает файл, потому что с блоками сжатия переменной длины требуется индекс, чтобы сообщить картографу, где он может безопасно разделить сжатый файл.LZO действительно желателен, только если вам нужно сжать текстовые файлы.

Кодеки Hadoop

Кодек	Расширение файла	Разделимый?	Степень сжатия	Скорость сжатия
Gzip	.gz	№	Средний	Средний
Bzip2	.bz2	Есть	Высокая	Медленная
Быстрый	.мгновенный	№	Средний	Быстро
LZO	.lzo	Нет, если не индексировано	Средний	Быстро

Все алгоритмы сжатия должны находить компромисс между степенью сжатия и скоростью сжатия, которую они могут достичь. Перечисленные кодеки позволяют вам контролировать баланс между степенью сжатия и скоростью во время сжатия.

Например, Gzip позволяет регулировать скорость сжатия, указывая отрицательное целое число (или ключевое слово), где –1 указывает на самый быстрый уровень сжатия, а –9 указывает на самый медленный уровень сжатия.Уровень сжатия по умолчанию –6.

Об авторе книги

Дирк деРоос — технический руководитель отдела продаж IBM InfoSphere BigInsights. Пол К. Зикопулос — вице-президент по большим данным в подразделении IBM Information Management.

No related posts.