Koliki je kompresijski omjer motora s unutarnjim izgaranjem
Jedna od važnih konstrukcijskih karakteristika klipnog motora s unutarnjim izgaranjem je omjer kompresije. Ovaj parametar utječe na snagu motora s unutarnjim izgaranjem, njegovu učinkovitost i potrošnju goriva. U međuvremenu, malo ljudi ima pravu predodžbu o tome što se podrazumijeva pod stupnjem kompresije. Mnogi misle da je to samo sinonim za kompresiju. Iako je potonje povezano sa stupnjem kompresije, to su potpuno različite stvari.
Da biste razumjeli terminologiju, morate razumjeti kako je uređen cilindar agregata i razumjeti princip rada motora s unutarnjim izgaranjem. Zapaljiva smjesa se ubrizgava u cilindre, zatim se komprimira pomoću klipa koji se kreće od donje mrtve točke (BDC) do gornje mrtve točke (GMT). Komprimirana smjesa u nekom trenutku blizu TDC-a se zapali i izgori. Plin koji se širi vrši mehanički rad, gurajući klip u suprotnom smjeru - do BDC. Spojena na klip, klipnjača djeluje na koljenasto vratilo, uzrokujući njegovo okretanje.
Prostor omeđen unutarnjim stijenkama cilindra od BDC do GMT je radni volumen cilindra. Matematička formula za pomak jednog cilindra je sljedeća:
Vₐ = πr²s
gdje je r polumjer unutarnjeg presjeka cilindra;
s je udaljenost od GMT do BDC (duljina hoda klipa).
Kada klip dosegne TDC, još uvijek ima malo prostora iznad njega. Ovo je komora za izgaranje. Oblik gornjeg dijela cilindra je složen i ovisi o konkretnom dizajnu. Stoga je nemoguće izraziti volumen Vₑ komore za izgaranje bilo kojom formulom.
Očito, ukupni volumen cilindra Vₒ jednak je zbroju radnog volumena i volumena komore za izgaranje:
Vₒ = Vₐ+Vₑ
A omjer kompresije je omjer ukupnog volumena cilindra i volumena komore za izgaranje:
ε = (Vₐ+Vₑ)/Vₑ
Ova vrijednost je bezdimenzionalna i zapravo karakterizira relativnu promjenu tlaka od trenutka ubrizgavanja smjese u cilindar do trenutka paljenja.
Iz formule je vidljivo da je kompresijski omjer moguće povećati bilo povećanjem radnog volumena cilindra, bilo smanjenjem volumena komore za izgaranje.
Za različite motore s unutarnjim izgaranjem ovaj se parametar može razlikovati i određuje se prema vrsti jedinice i značajkama njezina dizajna. Omjer kompresije modernih benzinskih motora s unutarnjim izgaranjem je u rasponu od 8 do 12, u nekim slučajevima može doseći i do 13 ... 14. Za dizelske motore je veći i doseže 14 ... 18, to je zbog osobitosti procesa paljenja dizelske smjese.
A što se tiče kompresije, to je maksimalni tlak koji se javlja u cilindru dok se klip kreće od BDC do GMT. Međunarodna SI jedinica za tlak je paskal (Pa/Pa). Mjerne jedinice kao što su bar (bar) i atmosfera (at / at) također se široko koriste. Jedinični omjer je:
1 at = 0,98 bara;
1 bar = 100 000 Pa
Osim stupnja kompresije, na kompresiju utječu sastav gorive smjese i tehničko stanje motora s unutarnjim izgaranjem, posebice stupanj istrošenosti dijelova cilindrično-klipne skupine.
Povećanjem omjera kompresije raste i pritisak plinova na klip, što znači da se u konačnici povećava snaga i učinkovitost motora s unutarnjim izgaranjem. Potpunije izgaranje smjese dovodi do poboljšane ekološke učinkovitosti i doprinosi ekonomičnijoj potrošnji goriva.
Međutim, mogućnost povećanja omjera kompresije ograničena je rizikom od detonacije. U tom procesu smjesa zraka i goriva ne izgara, već eksplodira. Ne obavlja se koristan rad, ali klipovi, cilindri i dijelovi pogonskog mehanizma doživljavaju ozbiljne udarce, što dovodi do njihovog brzog trošenja. Visoka temperatura tijekom detonacije može uzrokovati izgaranje ventila i radne površine klipova. U određenoj mjeri, benzin s višim oktanskim brojem pomaže nositi se s detonacijom.
U dizelskom motoru detonacija je također moguća, ali tamo je uzrokovana nepravilnim podešavanjem ubrizgavanja, čađom na unutarnjoj površini cilindara i drugim razlozima koji nisu povezani s povećanim omjerom kompresije.
Moguće je forsirati postojeći agregat povećanjem radnog volumena cilindara ili omjera kompresije. Ali ovdje je važno ne pretjerati i sve pažljivo izračunati prije nego što bezglavo uletite u bitku. Pogreške mogu dovesti do takve neravnoteže u radu jedinice i detonacija da ni visokooktanski benzin ni podešavanje vremena paljenja neće pomoći.
Teško da ima smisla forsirati motor koji u početku ima visok omjer kompresije. Trošak truda i novca bit će prilično velik, a povećanje snage vjerojatno će biti beznačajno.
Željeni cilj može se postići na dva načina - bušenjem cilindara čime će se povećati radni volumen motora s unutarnjim izgaranjem ili glodanjem donje površine (glave cilindra).
Dosadno u cilindru
Najbolji trenutak za to je kada ionako morate izbušiti cilindre.
Prije izvođenja ove operacije morate odabrati klipove i prstenove za novu veličinu. Vjerojatno neće biti teško pronaći dijelove za popravak dimenzija za ovaj motor s unutarnjim izgaranjem, ali to neće dati primjetno povećanje radnog volumena i snage motora, jer je razlika u veličini vrlo mala. Bolje je potražiti klipove i prstenove većeg promjera za druge jedinice.
Ne biste trebali pokušavati sami bušiti cilindre, jer to zahtijeva ne samo vještinu, već i posebnu opremu.
Finalizacija glave cilindra
Glodanje donje površine glave cilindra smanjit će duljinu cilindra. Komora za izgaranje, djelomično ili potpuno smještena u glavi, postat će kraća, što znači da će se omjer kompresije povećati.
Za približne izračune može se pretpostaviti da će uklanjanje sloja od četvrtine milimetra povećati omjer kompresije za oko jednu desetinu. Finija postavka dat će isti učinak. Možete i kombinirati jedno s drugim.
Ne zaboravite da finalizacija glave zahtijeva točan izračun. Time će se izbjeći preveliki omjer kompresije i nekontrolirana detonacija.
Forsiranje motora s unutarnjim izgaranjem na ovaj način prepuno je još jednog potencijalnog problema – skraćivanje cilindra povećava rizik da klipovi naiđu na ventile.
Između ostalog, također će biti potrebno ponovno podesiti vrijeme ventila.
Mjerenje volumena komore za izgaranje
Da biste izračunali omjer kompresije, morate znati volumen komore za izgaranje. Zbog složenog unutarnjeg oblika nemoguće je matematički izračunati njegov volumen. Ali postoji prilično jednostavan način za mjerenje. Da biste to učinili, klip se mora postaviti u gornju mrtvu točku i pomoću štrcaljke s volumenom od približno 20 cm³ uliti ulje ili drugu odgovarajuću tekućinu kroz otvor svjećice dok se potpuno ne napuni. Izbrojte koliko ste kocki ulili. To će biti volumen komore za izgaranje.
Radni volumen jednog cilindra određuje se tako da se volumen motora s unutarnjim izgaranjem podijeli s brojem cilindara. Znajući obje vrijednosti, možete izračunati omjer kompresije pomoću gornje formule.
Takva operacija može biti potrebna, na primjer, za prelazak na jeftiniji benzin. Ili se trebate vratiti unatrag u slučaju neuspješnog forsiranja motora. Zatim, za vraćanje u prvobitni položaj, potrebna je zadebljana brtva glave motora ili nova glava. Kao opciju koristite dva obična odstojnika između kojih se može staviti aluminijski umetak. Kao rezultat toga, komora za izgaranje će se povećati, a omjer kompresije će se smanjiti.
Drugi način je uklanjanje sloja metala s radne površine klipova. Ali takva će metoda biti problematična ako radna površina (dno) ima konveksan ili konkavan oblik. Složeni oblik krune klipa često se izrađuje kako bi se optimizirao proces izgaranja smjese.
Na starijim ICE rasplinjačima deforsiranje ne uzrokuje probleme. Ali elektronička kontrola modernih motora s unutarnjim izgaranjem s ubrizgavanjem nakon takvog postupka može pogriješiti u podešavanju vremena paljenja, a zatim može doći do detonacije pri korištenju niskooktanskog benzina.
