Quina és la relació de compressió d'un motor de combustió interna

Una de les característiques importants del disseny d'un motor de combustió interna de pistons és la relació de compressió. Aquest paràmetre afecta la potència del motor de combustió interna, la seva eficiència i també el consum de combustible. Mentrestant, poca gent té una idea real del que s'entén per grau de compressió. Molta gent pensa que això és només un sinònim de compressió. Tot i que això últim està relacionat amb el grau de compressió, però, són coses completament diferents.

Per entendre la terminologia, cal entendre com està disposat el cilindre de la unitat de potència i comprendre el principi de funcionament del motor de combustió interna. La mescla combustible s'injecta als cilindres i després es comprimeix mitjançant un pistó que es mou des del punt mort inferior (BDC) fins al punt mort superior (PMS). La mescla comprimida en algun punt prop del TDC s'encén i es crema. El gas en expansió realitza un treball mecànic, empenyent el pistó en la direcció oposada, cap al BDC. Connectada al pistó, la biela actua sobre el cigonyal, fent-lo girar.

L'espai delimitat per les parets interiors del cilindre de BDC a TDC és el volum de treball del cilindre. La fórmula matemàtica per al desplaçament d'un cilindre és la següent:

Vₐ = πr²s

on r és el radi de la secció interior del cilindre;

s és la distància des del PMS fins al BDC (longitud de la carrera del pistó).

Quan el pistó arriba al PMS, encara hi ha espai per sobre. Aquesta és la cambra de combustió. La forma de la part superior del cilindre és complexa i depèn del disseny específic. Per tant, és impossible expressar el volum Vₑ de la cambra de combustió amb qualsevol fórmula.

Òbviament, el volum total del cilindre Vₒ és igual a la suma del volum de treball i el volum de la cambra de combustió:

Vₒ = Vₐ+Vₑ

I la relació de compressió és la relació entre el volum total del cilindre i el volum de la cambra de combustió:

ε = (Vₐ+Vₑ)/Vₑ

Aquest valor és adimensional i, de fet, caracteritza el canvi relatiu de pressió des del moment en què s'injecta la mescla al cilindre fins al moment de l'encesa.

A partir de la fórmula es pot veure que és possible augmentar la relació de compressió augmentant el volum de treball del cilindre o reduint el volum de la cambra de combustió.

Per a diversos motors de combustió interna, aquest paràmetre pot diferir i estar determinat pel tipus d'unitat i les característiques del seu disseny. La relació de compressió dels motors de combustió interna de gasolina moderns està en el rang de 8 a 12, en alguns casos pot arribar fins a 13 ... 14. Per als motors dièsel, és més alt i arriba a 14 ... 18, això es deu a les peculiaritats del procés d'encesa de la barreja dièsel.

I pel que fa a la compressió, aquesta és la pressió màxima que es produeix al cilindre quan el pistó es mou de BDC a PMS. La unitat internacional de pressió SI és el pascal (Pa/Pa). També s'utilitzen àmpliament unitats de mesura com ara bar (bar) i atmosfera (at/at). La relació unitat és:

1 a = 0,98 bar;

1 bar = 100 Pa

A més del grau de compressió, la composició de la mescla combustible i l'estat tècnic del motor de combustió interna, especialment el grau de desgast de les parts del grup cilindre-pistó, afecten la compressió.

Amb l'augment de la relació de compressió, augmenta la pressió dels gasos sobre el pistó, la qual cosa significa que, finalment, augmenta la potència i augmenta l'eficiència del motor de combustió interna. La combustió més completa de la mescla condueix a un millor rendiment ambiental i contribueix a un consum de combustible més econòmic.

Tanmateix, la possibilitat d'augmentar la relació de compressió està limitada pel risc de detonació. En aquest procés, la barreja aire-combustible no es crema, sinó que explota. No es fa un treball útil, però els pistons, els cilindres i les parts del mecanisme de la manovella experimenten impactes greus, que provoquen un ràpid desgast. L'alta temperatura durant la detonació pot provocar la cremada de les vàlvules i de la superfície de treball dels pistons. Fins a cert punt, la gasolina amb un octà més alt ajuda a fer front a la detonació.

En un motor dièsel, la detonació també és possible, però allà és causada per un ajust incorrecte de la injecció, el sutge a la superfície interior dels cilindres i altres motius no relacionats amb una relació de compressió augmentada.

És possible forçar la unitat existent augmentant el volum de treball dels cilindres o la relació de compressió. Però aquí és important no excedir-ho i calcular-ho amb cura abans de precipitar-se a la batalla. Els errors poden provocar un desequilibri en el funcionament de la unitat i detonacions que ni la gasolina d'alt octanatge ni l'ajust del temps d'encesa ajudaran.

Gairebé no té sentit forçar un motor que inicialment té una alta relació de compressió. El cost de l'esforç i els diners serà bastant gran, i l'augment de poder és probable que sigui insignificant.

L'objectiu desitjat es pot aconseguir de dues maneres: perforant els cilindres, que farà que el volum de treball del motor de combustió interna sigui més gran, o fresant la superfície inferior (culata).

Cilindre avorrit

El millor moment per a això és quan has de perforar els cilindres de totes maneres.

Abans de realitzar aquesta operació, cal seleccionar els pistons i anells per a la nova mida. Probablement no serà difícil trobar peces per a les dimensions de reparació d'aquest motor de combustió interna, però això no donarà un augment notable del volum de treball i la potència del motor, ja que la diferència de mida és molt petita. És millor buscar pistons i anells de diàmetre més gran per a altres unitats.

No hauríeu d'intentar perforar els cilindres vosaltres mateixos, perquè això requereix no només habilitat, sinó també equips especials.

Finalització de la culata

El fresat de la superfície inferior de la culata reduirà la longitud del cilindre. La cambra de combustió, parcial o totalment situada al capçal, s'escurçarà, la qual cosa significa que augmentarà la relació de compressió.

Per a càlculs aproximats, es pot suposar que l'eliminació d'una capa d'un quart de mil·límetre augmentarà la relació de compressió en aproximadament una dècima. Una configuració més fina donarà el mateix efecte. També pots combinar un amb l'altre.

No oblideu que la finalització del capçal requereix un càlcul precís. Això evitarà una relació de compressió excessiva i una detonació incontrolada.

Forçar un motor de combustió interna d'aquesta manera està ple d'un altre problema potencial: escurçar el cilindre augmenta el risc que els pistons es trobin amb les vàlvules.

Entre altres coses, també caldrà reajustar la temporització de la vàlvula.

Mesura del volum de la cambra de combustió

Per calcular la relació de compressió, cal conèixer el volum de la cambra de combustió. La complexa forma interna fa que sigui impossible calcular matemàticament el seu volum. Però hi ha una manera bastant senzilla de mesurar-ho. Per fer-ho, cal posar el pistó al punt mort superior i, amb una xeringa amb un volum d'aproximadament 20 cm³, abocar oli o un altre líquid adequat pel forat de la bugia fins que s'ompli completament. Compteu quants cubs heu abocat. Aquest serà el volum de la cambra de combustió.

El volum de treball d'un cilindre es determina dividint el volum del motor de combustió interna pel nombre de cilindres. Coneixent tots dos valors, podeu calcular la relació de compressió mitjançant la fórmula anterior.

Aquesta operació pot ser necessària, per exemple, per canviar a gasolina més barata. O heu de retrocedir en cas de forçar el motor sense èxit. Aleshores, per tornar a les seves posicions originals, cal una junta de culata gruixuda o una capçalera nova. Com a opció, utilitzeu dos separadors normals, entre els quals es pot col·locar una inserció d'alumini. Com a resultat, la cambra de combustió augmentarà i la relació de compressió disminuirà.

Una altra manera és eliminar una capa de metall de la superfície de treball dels pistons. Però aquest mètode serà problemàtic si la superfície de treball (inferior) té una forma convexa o còncava. La forma complexa de la corona del pistó es fa sovint per optimitzar el procés de combustió de la mescla.

En els ICE de carburadors més antics, la força no causa problemes. Però el control electrònic dels moderns motors de combustió interna d'injecció després d'aquest procediment es pot equivocar en ajustar el temps d'encesa i, a continuació, es pot produir una detonació quan s'utilitza gasolina de baix octanatge.