Qual è il rapporto di compressione di un motore a combustione interna

Una delle importanti caratteristiche di progettazione di un motore a combustione interna a pistoni è il rapporto di compressione. Questo parametro influisce sulla potenza del motore a combustione interna, sulla sua efficienza e anche sul consumo di carburante. Nel frattempo, poche persone hanno una vera idea di cosa si intende per grado di compressione. Molte persone pensano che questo sia solo un sinonimo di compressione. Sebbene quest'ultimo sia correlato al grado di compressione, tuttavia, si tratta di cose completamente diverse.

Per comprendere la terminologia, è necessario comprendere come è disposto il cilindro dell'unità di potenza e comprendere il principio di funzionamento del motore a combustione interna. La miscela combustibile viene iniettata nei cilindri, quindi viene compressa da un pistone che si sposta dal punto morto inferiore (BDC) al punto morto superiore (PMS). La miscela compressa a un certo punto vicino al PMS si accende e si brucia. Il gas in espansione esegue un lavoro meccanico, spingendo il pistone nella direzione opposta - al BDC. Collegata al pistone, la biella agisce sull'albero motore facendolo ruotare.

Lo spazio delimitato dalle pareti interne del cilindro da BDC a TDC è il volume di lavoro del cilindro. La formula matematica per la cilindrata di un cilindro è la seguente:

Vₐ = πr²s

dove r è il raggio della sezione interna del cilindro;

s è la distanza da PMS a BDC (lunghezza della corsa del pistone).

Quando il pistone raggiunge il PMS, c'è ancora dello spazio sopra di esso. Questa è la camera di combustione. La forma della parte superiore del cilindro è complessa e dipende dal design specifico. Pertanto, è impossibile esprimere il volume Vₑ della camera di combustione con una formula qualsiasi.

Ovviamente il volume totale del cilindro Vₒ è uguale alla somma del volume di lavoro e del volume della camera di combustione:

Vₒ = Vₐ+Vₑ

E il rapporto di compressione è il rapporto tra il volume totale del cilindro e il volume della camera di combustione:

ε = (Vₐ+Vₑ)/Vₑ

Questo valore è adimensionale, e infatti caratterizza la variazione relativa di pressione dal momento dell'iniezione della miscela nel cilindro fino al momento dell'accensione.

Dalla formula si evince che è possibile aumentare il rapporto di compressione sia aumentando il volume di lavoro del cilindro, sia riducendo il volume della camera di combustione.

Per vari motori a combustione interna, questo parametro può differire ed essere determinato dal tipo di unità e dalle caratteristiche del suo design. Il rapporto di compressione dei moderni motori a combustione interna a benzina è compreso tra 8 e 12, in alcuni casi può raggiungere fino a 13 ... 14. Per i motori diesel è più alto e raggiunge 14 ... 18, ciò è dovuto alle peculiarità del processo di accensione della miscela diesel.

E per quanto riguarda la compressione, questa è la pressione massima che si verifica nel cilindro quando il pistone si sposta da BDC a PMS. L'unità internazionale SI per la pressione è il pascal (Pa/Pa). Anche unità di misura come bar (bar) e atmosfera (at / at) sono ampiamente utilizzate. Il rapporto unitario è:

1 a = 0,98 bar;

1 bar = 100 Pa

Oltre al grado di compressione, influiscono sulla compressione la composizione della miscela combustibile e le condizioni tecniche del motore a combustione interna, in particolare il grado di usura delle parti del gruppo cilindro-pistone.

Con un aumento del rapporto di compressione, la pressione dei gas sul pistone aumenta, il che significa che, in definitiva, aumenta la potenza e aumenta l'efficienza del motore a combustione interna. Una combustione più completa della miscela porta a migliori prestazioni ambientali e contribuisce a un consumo di carburante più economico.

Tuttavia, la possibilità di aumentare il rapporto di compressione è limitata dal rischio di detonazione. In questo processo, la miscela aria-carburante non brucia, ma esplode. Non viene svolto un lavoro utile, ma i pistoni, i cilindri e le parti del meccanismo a manovella subiscono gravi urti, portando alla loro rapida usura. L'elevata temperatura durante la detonazione può causare il burnout delle valvole e della superficie di lavoro dei pistoni. In una certa misura, la benzina con un numero di ottano più elevato aiuta a far fronte alla detonazione.

In un motore diesel è possibile anche la detonazione, ma lì è causata da un'errata regolazione dell'iniezione, dalla fuliggine sulla superficie interna dei cilindri e da altri motivi non correlati a un rapporto di compressione aumentato.

È possibile forzare l'unità esistente aumentando il volume di lavoro dei cilindri o il rapporto di compressione. Ma qui è importante non esagerare e calcolare attentamente tutto prima di precipitarsi a capofitto in battaglia. Gli errori possono portare a un tale squilibrio nel funzionamento dell'unità e alle detonazioni che né la benzina ad alto numero di ottani né la regolazione della fasatura dell'accensione aiuteranno.

Non ha senso forzare un motore che inizialmente ha un rapporto di compressione elevato. Il costo dello sforzo e del denaro sarà piuttosto elevato e l'aumento del potere sarà probabilmente insignificante.

L'obiettivo desiderato può essere raggiunto in due modi: alesando i cilindri, che aumenterà il volume di lavoro del motore a combustione interna, oppure fresando la superficie inferiore (testata del cilindro).

Alesatura del cilindro

Il momento migliore per questo è quando devi comunque alesare i cilindri.

Prima di eseguire questa operazione è necessario selezionare i pistoni e gli anelli per la nuova misura. Probabilmente non sarà difficile trovare parti per le dimensioni di riparazione per questo motore a combustione interna, ma ciò non darà un notevole aumento del volume di lavoro e della potenza del motore, poiché la differenza di dimensioni è molto piccola. È meglio cercare pistoni e anelli di diametro maggiore per altre unità.

Non dovresti provare ad annoiare i cilindri da solo, perché ciò richiede non solo abilità, ma anche attrezzature speciali.

Finalizzazione della testata

La fresatura della superficie inferiore della testata ridurrà la lunghezza del cilindro. La camera di combustione, situata parzialmente o completamente nella testata, si accorcia, il che significa che il rapporto di compressione aumenterà.

Per calcoli approssimativi, si può presumere che la rimozione di uno strato di un quarto di millimetro aumenterà il rapporto di compressione di circa un decimo. Un'impostazione più fine darà lo stesso effetto. Puoi anche combinare uno con l'altro.

Non dimenticare che la finalizzazione della testa richiede un calcolo accurato. Ciò eviterà un rapporto di compressione eccessivo e una detonazione incontrollata.

Forzare un motore a combustione interna in questo modo è irto di un altro potenziale problema: l'accorciamento del cilindro aumenta il rischio che i pistoni incontrino le valvole.

Tra l'altro sarà anche necessario riaggiustare la fasatura delle valvole.

Misura del volume della camera di combustione

Per calcolare il rapporto di compressione, è necessario conoscere il volume della camera di combustione. La complessa forma interna rende impossibile calcolarne matematicamente il volume. Ma c'è un modo abbastanza semplice per misurarlo. Per fare ciò è necessario portare il pistone al punto morto superiore e, utilizzando una siringa con un volume di circa 20 cm³, versare olio o altro liquido idoneo attraverso il foro della candela fino al completo riempimento. Conta quanti cubetti hai versato. Questo sarà il volume della camera di combustione.

Il volume di lavoro di un cilindro è determinato dividendo il volume del motore a combustione interna per il numero di cilindri. Conoscendo entrambi i valori, puoi calcolare il rapporto di compressione usando la formula sopra.

Tale operazione potrebbe essere necessaria, ad esempio, per passare a benzina più economica. Oppure è necessario eseguire il rollback in caso di forzatura del motore non riuscita. Quindi, per tornare alle posizioni originali, è necessaria una guarnizione della testata ispessita o una nuova testata. Come opzione, utilizzare due normali distanziatori, tra i quali è possibile posizionare un inserto in alluminio. Di conseguenza, la camera di combustione aumenterà e il rapporto di compressione diminuirà.

Un altro modo è rimuovere uno strato di metallo dalla superficie di lavoro dei pistoni. Ma un tale metodo sarà problematico se la superficie di lavoro (in basso) ha una forma convessa o concava. La forma complessa del cielo del pistone è spesso realizzata per ottimizzare il processo di combustione della miscela.

Sui vecchi ICE a carburatore, la deformazione non causa problemi. Ma il controllo elettronico dei moderni motori a combustione interna a iniezione dopo tale procedura potrebbe essere errato nella regolazione della fasatura dell'accensione e quindi potrebbe verificarsi una detonazione quando si utilizza benzina a basso numero di ottani.