Cal é a relación de compresión dun motor de combustión interna
Unha das características de deseño importantes dun motor de combustión interna de pistóns é a relación de compresión. Este parámetro afecta a potencia do motor de combustión interna, a súa eficiencia e tamén o consumo de combustible. Mentres tanto, poucas persoas teñen unha idea real do que se entende por grao de compresión. Moita xente pensa que isto é só un sinónimo de compresión. Aínda que este último está relacionado co grao de compresión, non obstante, son cousas completamente diferentes.
Para comprender a terminoloxía, cómpre comprender como está disposto o cilindro da unidade de potencia e comprender o principio de funcionamento do motor de combustión interna. A mestura combustible inxéctase nos cilindros, despois é comprimida por un pistón que se move desde o punto morto inferior (BDC) ata o punto morto superior (PMS). A mestura comprimida nalgún punto preto do TDC acende e arde. O gas en expansión realiza un traballo mecánico, empurrando o pistón na dirección oposta - ao BDC. Conectada ao pistón, a biela actúa sobre o cigüeñal, facéndoo xirar.
O espazo delimitado polas paredes internas do cilindro de BDC a TDC é o volume de traballo do cilindro. A fórmula matemática para o desprazamento dun cilindro é a seguinte:
Vₐ = πr²s
onde r é o raio da sección interna do cilindro;
s é a distancia do PMS ao BDC (longitude da carreira do pistón).
Cando o pistón alcanza o PMS, aínda hai algo de espazo por riba del. Esta é a cámara de combustión. A forma da parte superior do cilindro é complexa e depende do deseño específico. Polo tanto, é imposible expresar o volume Vₑ da cámara de combustión con calquera fórmula.
Obviamente, o volume total do cilindro Vₒ é igual á suma do volume de traballo e do volume da cámara de combustión:
Vₒ = Vₐ+Vₑ
E a relación de compresión é a relación entre o volume total do cilindro e o volume da cámara de combustión:
ε = (Vₐ+Vₑ)/Vₑ
Este valor é adimensional e, de feito, caracteriza o cambio relativo de presión desde o momento en que se inxecta a mestura no cilindro ata o momento da ignición.
A partir da fórmula pódese ver que é posible aumentar a relación de compresión aumentando o volume de traballo do cilindro ou reducindo o volume da cámara de combustión.
Para varios motores de combustión interna, este parámetro pode diferir e estar determinado polo tipo de unidade e as características do seu deseño. A relación de compresión dos modernos motores de combustión interna de gasolina está no rango de 8 a 12, nalgúns casos pode chegar a 13 ... 14. Para os motores diésel, é máis alto e chega a 14 ... 18, isto débese ás peculiaridades do proceso de ignición da mestura diésel.
E en canto á compresión, esta é a presión máxima que se produce no cilindro cando o pistón se move de BDC a PMS. A unidade internacional de presión do SI é o pascal (Pa/Pa). As unidades de medida como bar (bar) e atmosfera (at/at) tamén son moi utilizadas. A proporción unitaria é:
1 en = 0,98 bar;
1 bar = 100 Pa
Ademais do grao de compresión, a composición da mestura combustible e o estado técnico do motor de combustión interna, especialmente o grao de desgaste das partes do grupo cilindro-pistón, afectan á compresión.
Cun aumento da relación de compresión, aumenta a presión dos gases sobre o pistón, o que significa que, finalmente, aumenta a potencia e aumenta a eficiencia do motor de combustión interna. A combustión máis completa da mestura leva a un mellor rendemento ambiental e contribúe a un consumo de combustible máis económico.
Non obstante, a posibilidade de aumentar a relación de compresión está limitada polo risco de detonación. Neste proceso, a mestura aire-combustible non arde, senón que explota. Non se fai un traballo útil, pero os pistóns, cilindros e partes do mecanismo da manivela experimentan impactos graves, o que provoca un rápido desgaste. A alta temperatura durante a detonación pode provocar a queimadura das válvulas e da superficie de traballo dos pistóns. Ata certo punto, a gasolina cunha taxa de octano máis alta axuda a facer fronte á detonación.
Nun motor diésel, a detonación tamén é posible, pero alí prodúcese por un axuste incorrecto da inxección, hollín na superficie interna dos cilindros e outras razóns non relacionadas co aumento da relación de compresión.
É posible forzar a unidade existente aumentando o volume de traballo dos cilindros ou a relación de compresión. Pero aquí é importante non esaxerar e calcular todo coidadosamente antes de precipitarse á batalla. Os erros poden levar a tal desequilibrio no funcionamento da unidade e detonacións que nin a gasolina de alto octanaje nin o axuste do tempo de ignición axudarán.
Apenas ten sentido forzar un motor que inicialmente ten unha alta relación de compresión. O custo do esforzo e do diñeiro será bastante grande, e é probable que o aumento do poder sexa insignificante.
O obxectivo desexado pódese conseguir de dúas formas: perforando os cilindros, o que fará que o volume de traballo do motor de combustión interna sexa maior, ou fresando a superficie inferior (culata).
Cilindro aburrido
O mellor momento para iso é cando tes que perforar os cilindros de todos os xeitos.
Antes de realizar esta operación, cómpre seleccionar os pistóns e aneis para o novo tamaño. Probablemente non será difícil atopar pezas para as dimensións de reparación deste motor de combustión interna, pero isto non dará un aumento notable do volume de traballo e da potencia do motor, xa que a diferenza de tamaño é moi pequena. É mellor buscar pistóns e aneis de maior diámetro para outras unidades.
Non debes tentar perforar os cilindros por ti mesmo, porque isto require non só habilidade, senón tamén un equipo especial.
Finalización da culata
O fresado da superficie inferior da cabeza do cilindro reducirá a lonxitude do cilindro. A cámara de combustión, situada parcial ou totalmente na cabeza, farase máis curta, o que significa que a relación de compresión aumentará.
Para cálculos aproximados, pódese supoñer que eliminar unha capa dun cuarto de milímetro aumentará a relación de compresión en aproximadamente unha décima. Unha configuración máis fina dará o mesmo efecto. Tamén podes combinar un co outro.
Non esquezas que a finalización da cabeza require un cálculo preciso. Isto evitará unha relación de compresión excesiva e unha detonación incontrolada.
Forzar un motor de combustión interna deste xeito está cheo de outro problema potencial: acurtar o cilindro aumenta o risco de que os pistóns se atopen coas válvulas.
Entre outras cousas, tamén será necesario re-axustar a sincronización das válvulas.
Medición do volume da cámara de combustión
Para calcular a relación de compresión, cómpre coñecer o volume da cámara de combustión. A complexa forma interna fai imposible calcular matemáticamente o seu volume. Pero hai un xeito bastante sinxelo de medilo. Para iso, o pistón debe colocarse no punto morto superior e, utilizando unha xeringa cun volume aproximado de 20 cm³, verter aceite ou outro líquido adecuado polo orificio da bujía ata que se enche por completo. Conta cantos cubos botaches. Este será o volume da cámara de combustión.
O volume de traballo dun cilindro determínase dividindo o volume do motor de combustión interna polo número de cilindros. Coñecendo os dous valores, pode calcular a relación de compresión usando a fórmula anterior.
Tal operación pode ser necesaria, por exemplo, para cambiar a gasolina máis barata. Ou cómpre retroceder en caso de forzar un motor non exitoso. Entón, para volver ás súas posicións orixinais, é necesaria unha xunta de culata engrosada ou unha culata nova. Como opción, use dous espaciadores comúns, entre os que se pode colocar un inserto de aluminio. Como resultado, a cámara de combustión aumentará e a relación de compresión diminuirá.
Outra forma é eliminar unha capa de metal da superficie de traballo dos pistóns. Pero tal método será problemático se a superficie de traballo (inferior) ten unha forma convexa ou cóncava. A forma complexa da coroa do pistón adoita facerse para optimizar o proceso de combustión da mestura.
Nos ICEs de carburador máis antigos, a forza non causa problemas. Pero o control electrónico dos modernos motores de combustión interna de inxección despois deste procedemento pode equivocarse ao axustar o tempo de ignición e, a continuación, pode producirse a detonación cando se usa gasolina de baixo octanaje.
