Wat is de compressieverhouding van een verbrandingsmotor?
Een van de belangrijke ontwerpkenmerken van een verbrandingsmotor met zuiger is de compressieverhouding. Deze parameter beïnvloedt het vermogen van de verbrandingsmotor, de efficiëntie en ook het brandstofverbruik. Ondertussen hebben maar weinig mensen een goed idee van wat wordt bedoeld met de mate van compressie. Veel mensen denken dat dit slechts een synoniem is voor compressie. Hoewel dit laatste gerelateerd is aan de mate van compressie, zijn dit echter totaal verschillende zaken.
Om de terminologie te begrijpen, moet u begrijpen hoe de cilinder van de aandrijfeenheid is gerangschikt en het werkingsprincipe van de verbrandingsmotor begrijpen. Het brandbare mengsel wordt in de cilinders geïnjecteerd en vervolgens samengeperst door een zuiger die van het onderste dode punt (BDC) naar het bovenste dode punt (BDC) beweegt. Het gecomprimeerde mengsel op een bepaald punt in de buurt van het BDP ontbrandt en brandt uit. Het expanderende gas voert mechanisch werk uit en duwt de zuiger in de tegenovergestelde richting - naar de BDC. Verbonden met de zuiger, werkt de drijfstang op de krukas, waardoor deze gaat draaien.
De ruimte begrensd door de binnenwanden van de cilinder van BDC tot BDC is het werkvolume van de cilinder. De wiskundige formule voor de verplaatsing van één cilinder is als volgt:
Vₐ = πr²s
waarbij r de straal is van het binnenste gedeelte van de cilinder;
s is de afstand van BDC tot BDC (lengte van de zuigerslag).
Wanneer de zuiger het BDP bereikt, is er nog wat ruimte erboven. Dit is de verbrandingskamer. De vorm van het bovenste deel van de cilinder is complex en hangt af van het specifieke ontwerp. Daarom is het onmogelijk om het volume Vₑ van de verbrandingskamer met één formule uit te drukken.
Uiteraard is het totale volume van de cilinder Vₒ gelijk aan de som van het werkvolume en het volume van de verbrandingskamer:
Vₒ = Vₐ+Vₑ
En de compressieverhouding is de verhouding van het totale volume van de cilinder tot het volume van de verbrandingskamer:
ε = (Vₐ+Vₑ)/Vₑ
Deze waarde is dimensieloos en karakteriseert in feite de relatieve drukverandering vanaf het moment dat het mengsel in de cilinder wordt geïnjecteerd tot het moment van ontsteking.
Uit de formule blijkt dat het mogelijk is om de compressieverhouding te verhogen, hetzij door het werkvolume van de cilinder te vergroten, hetzij door het volume van de verbrandingskamer te verkleinen.
Voor verschillende verbrandingsmotoren kan deze parameter verschillen en worden bepaald door het type unit en de kenmerken van het ontwerp. De compressieverhouding van moderne benzine-verbrandingsmotoren ligt in het bereik van 8 tot 12, in sommige gevallen kan deze oplopen tot 13 ... 14. Voor dieselmotoren is het hoger en bereikt het 14 ... 18, dit komt door de eigenaardigheden van het ontstekingsproces van het dieselmengsel.
En wat betreft compressie, dit is de maximale druk die in de cilinder optreedt als de zuiger van BDC naar BDP beweegt. De internationale SI-eenheid voor druk is de pascal (Pa/Pa). Ook maateenheden zoals bar (bar) en atmosfeer (at/at) worden veel gebruikt. De eenheidsverhouding is:
1 bij = 0,98 bar;
1 bar = 100 Pa
Naast de mate van compressie, beïnvloeden de samenstelling van het brandbare mengsel en de technische staat van de verbrandingsmotor, met name de mate van slijtage van de onderdelen van de cilinder-zuigergroep, de compressie.
Met een toename van de compressieverhouding neemt de druk van de gassen op de zuiger toe, waardoor uiteindelijk het vermogen toeneemt en het rendement van de verbrandingsmotor toeneemt. Een meer volledige verbranding van het mengsel leidt tot betere milieuprestaties en draagt bij aan een zuiniger brandstofverbruik.
De mogelijkheid om de compressieverhouding te verhogen wordt echter beperkt door het risico van detonatie. Daarbij verbrandt het lucht-brandstofmengsel niet, maar explodeert. Nuttig werk wordt niet gedaan, maar de zuigers, cilinders en delen van het krukmechanisme ondergaan ernstige schokken, waardoor ze snel slijten. De hoge temperatuur tijdens detonatie kan leiden tot doorbranden van de kleppen en het werkoppervlak van de zuigers. Tot op zekere hoogte helpt benzine met een hoger octaangetal om detonatie op te vangen.
In een dieselmotor is detonatie ook mogelijk, maar daar wordt het veroorzaakt door onjuiste injectie-afstelling, roet op het binnenoppervlak van de cilinders en andere redenen die geen verband houden met een verhoogde compressieverhouding.
Het is mogelijk om de bestaande unit te forceren door het werkvolume van de cilinders of de compressieverhouding te vergroten. Maar hier is het belangrijk om het niet te overdrijven en alles zorgvuldig te berekenen voordat je hals over kop de strijd aangaat. Fouten kunnen leiden tot een zodanige onbalans in de werking van het apparaat en ontploffingen dat benzine met een hoog octaangehalte of aanpassing van het ontstekingstijdstip niet helpen.
Het heeft nauwelijks zin om een motor te forceren die in eerste instantie een hoge compressieverhouding heeft. De kosten van inspanning en geld zullen behoorlijk hoog zijn en de toename van het vermogen zal waarschijnlijk onbeduidend zijn.
Достичь желаемой цели можно двумя способами — расточкой цилиндров, что позволит сделать рабочий объем ДВС набор больше, либо фрезеровкой нижней поверхности (ГБЦ).
Cilinder saai
Het beste moment hiervoor is wanneer je de cilinders toch moet boren.
Voordat u deze bewerking uitvoert, moet u de zuigers en ringen voor de nieuwe maat selecteren. Het zal waarschijnlijk niet moeilijk zijn om onderdelen te vinden voor de reparatieafmetingen voor deze verbrandingsmotor, maar dit zal geen merkbare toename van het werkvolume en vermogen van de motor geven, aangezien het verschil in grootte erg klein is. Het is beter om zuigers en ringen met een grotere diameter te zoeken voor andere eenheden.
Probeer de cilinders niet zelf te boren, want dit vereist niet alleen vaardigheid, maar ook speciale apparatuur.
Voltooien van de cilinderkop
Het frezen van het bodemoppervlak van de cilinderkop zal de lengte van de cilinder verminderen. De verbrandingskamer, geheel of gedeeltelijk in de kop, wordt korter, waardoor de compressieverhouding toeneemt.
Voor benaderende berekeningen kan worden aangenomen dat het verwijderen van een laag van een kwart millimeter de compressieverhouding met ongeveer een tiende verhoogt. Een fijnere instelling geeft hetzelfde effect. Je kunt het een ook met het ander combineren.
Vergeet niet dat de afronding van het hoofd een nauwkeurige berekening vereist. Dit voorkomt een te hoge compressieverhouding en ongecontroleerde ontploffing.
Het op deze manier forceren van een verbrandingsmotor brengt nog een ander potentieel probleem met zich mee: het inkorten van de cilinder vergroot het risico dat de zuigers de kleppen raken.
Het zal onder andere ook nodig zijn om de kleptiming opnieuw af te stellen.
Volumemeting van de verbrandingskamer
Om de compressieverhouding te berekenen, moet u het volume van de verbrandingskamer weten. De complexe interne vorm maakt het onmogelijk om het volume wiskundig te berekenen. Maar er is een vrij eenvoudige manier om het te meten. Om dit te doen, moet de zuiger in het bovenste dode punt worden gezet en met behulp van een injectiespuit met een volume van ongeveer 20 cm³ olie of een andere geschikte vloeistof door het bougiegat gieten totdat deze volledig gevuld is. Tel hoeveel blokjes je hebt gegoten. Dit is het volume van de verbrandingskamer.
Het werkvolume van één cilinder wordt bepaald door het volume van de verbrandingsmotor te delen door het aantal cilinders. Als u beide waarden kent, kunt u de compressieverhouding berekenen met behulp van de bovenstaande formule.
Zo'n operatie kan nodig zijn om bijvoorbeeld over te stappen op goedkopere benzine. Of u moet terugdraaien in het geval van een mislukte motorforcering. Om vervolgens terug te keren naar hun oorspronkelijke positie, is een verdikte cilinderkoppakking of een nieuwe kop vereist. Gebruik optioneel twee gewone afstandhouders, waartussen een aluminium inzetstuk geplaatst kan worden. Als gevolg hiervan zal de verbrandingskamer toenemen en zal de compressieverhouding afnemen.
Een andere manier is om een laag metaal van het werkoppervlak van de zuigers te verwijderen. Maar een dergelijke methode zal problematisch zijn als het werkoppervlak (onder) een convexe of concave vorm heeft. De complexe vorm van de zuigerkroon wordt vaak gemaakt om het verbrandingsproces van het mengsel te optimaliseren.
Bij oudere carburateur-ICE's veroorzaakt deforcing geen problemen. Maar de elektronische besturing van moderne verbrandingsmotoren met injectie na een dergelijke procedure kan zich vergissen bij het aanpassen van het ontstekingstijdstip, en dan kan ontploffing optreden bij gebruik van benzine met een laag octaangehalte.
