Qual é a taxa de compressão de um motor de combustão interna

Uma das características importantes do projeto de um motor de combustão interna de pistão é a taxa de compressão. Este parâmetro afeta a potência do motor de combustão interna, sua eficiência e também o consumo de combustível. Enquanto isso, poucas pessoas têm uma ideia verdadeira do que se entende por grau de compressão. Muitas pessoas pensam que isso é apenas um sinônimo de compressão. Embora este último esteja relacionado ao grau de compactação, no entanto, são coisas completamente diferentes.

Para entender a terminologia, você precisa entender como o cilindro da unidade de potência está organizado e entender o princípio de operação do motor de combustão interna. A mistura combustível é injetada nos cilindros, depois é comprimida por um pistão movendo-se do ponto morto inferior (BDC) para o ponto morto superior (TDC). A mistura comprimida em algum ponto próximo ao TDC inflama e queima. O gás em expansão realiza trabalho mecânico, empurrando o pistão na direção oposta - para o BDC. Conectada ao pistão, a biela atua no virabrequim, fazendo com que ele gire.

O espaço limitado pelas paredes internas do cilindro de BDC a TDC é o volume de trabalho do cilindro. A fórmula matemática para o deslocamento de um cilindro é a seguinte:

Vₐ = πr²s

onde r é o raio da seção interna do cilindro;

s é a distância do TDC ao BDC (comprimento do curso do pistão).

Quando o pistão atinge o TDC, ainda há algum espaço acima dele. Esta é a câmara de combustão. A forma da parte superior do cilindro é complexa e depende do design específico. Portanto, é impossível expressar o volume Vₑ da câmara de combustão com qualquer fórmula.

Obviamente, o volume total do cilindro Vₒ é igual à soma do volume de trabalho e o volume da câmara de combustão:

Vₒ = Vₐ+Vₑ

E a taxa de compressão é a razão entre o volume total do cilindro e o volume da câmara de combustão:

ε = (Vₐ+Vₑ)/Vₑ

Este valor é adimensional e, de fato, caracteriza a variação relativa de pressão desde o momento em que a mistura é injetada no cilindro até o momento da ignição.

Pode-se ver pela fórmula que é possível aumentar a taxa de compressão aumentando o volume de trabalho do cilindro ou reduzindo o volume da câmara de combustão.

Para vários motores de combustão interna, este parâmetro pode diferir e ser determinado pelo tipo de unidade e pelas características de seu projeto. A taxa de compressão dos motores de combustão interna a gasolina modernos está na faixa de 8 a 12, em alguns casos pode chegar até 13 ... 14. Para motores diesel, é maior e chega a 14 ... 18, isso se deve às peculiaridades do processo de ignição da mistura diesel.

E quanto à compressão, esta é a pressão máxima que ocorre no cilindro à medida que o pistão se move do BDC para o TDC. A unidade internacional do SI para pressão é o pascal (Pa/Pa). Unidades de medida como bar (bar) e atmosfera (at/at) também são amplamente utilizadas. A razão unitária é:

1 em = 0,98 bar;

1 bar = 100 Pa

Além do grau de compressão, a composição da mistura combustível e a condição técnica do motor de combustão interna, principalmente o grau de desgaste das peças do grupo cilindro-pistão, afetam a compressão.

Com o aumento da taxa de compressão, a pressão dos gases no pistão aumenta, o que significa que, em última análise, a potência aumenta e a eficiência do motor de combustão interna aumenta. Uma combustão mais completa da mistura leva a um melhor desempenho ambiental e contribui para um consumo de combustível mais econômico.

No entanto, a possibilidade de aumentar a taxa de compressão é limitada pelo risco de detonação. Nesse processo, a mistura ar-combustível não queima, mas explode. O trabalho útil não é feito, mas os pistões, cilindros e partes do mecanismo de manivela sofrem sérios impactos, levando ao seu rápido desgaste. A alta temperatura durante a detonação pode causar a queima das válvulas e da superfície de trabalho dos pistões. Até certo ponto, a gasolina com maior octanagem ajuda a lidar com a detonação.

Em um motor a diesel, a detonação também é possível, mas é causada pelo ajuste incorreto da injeção, fuligem na superfície interna dos cilindros e outros motivos não relacionados ao aumento da taxa de compressão.

É possível forçar a unidade existente aumentando o volume de trabalho dos cilindros ou a taxa de compressão. Mas aqui é importante não exagerar e calcular tudo cuidadosamente antes de correr para a batalha. Erros podem levar a tal desequilíbrio na operação da unidade e detonações que nem a gasolina de alta octanagem nem o ajuste do ponto de ignição ajudarão.

Não faz sentido forçar um motor que inicialmente tenha uma alta taxa de compressão. O custo do esforço e do dinheiro será bastante grande, e o aumento no poder provavelmente será insignificante.

O objetivo desejado pode ser alcançado de duas maneiras - furando os cilindros, o que aumentará o volume de trabalho do motor de combustão interna, ou fresando a superfície inferior (cabeçote).

Perfuração de cilindro

O melhor momento para isso é quando você tem que furar os cilindros de qualquer maneira.

Antes de realizar esta operação, você precisa selecionar os pistões e anéis para o novo tamanho. Provavelmente não será difícil encontrar peças para as dimensões de reparo deste motor de combustão interna, mas isso não dará um aumento perceptível no volume de trabalho e na potência do motor, pois a diferença de tamanho é muito pequena. É melhor procurar pistões e anéis de diâmetro maior para outras unidades.

Você não deve tentar furar os cilindros sozinho, porque isso requer não apenas habilidade, mas também equipamento especial.

Finalização da cabeça do cilindro

A fresagem da superfície inferior da cabeça do cilindro reduzirá o comprimento do cilindro. A câmara de combustão, localizada parcial ou totalmente na cabeça, ficará mais curta, o que significa que a taxa de compressão aumentará.

Para cálculos aproximados, pode-se supor que a remoção de uma camada de um quarto de milímetro aumentará a taxa de compressão em cerca de um décimo. Um ajuste mais fino dará o mesmo efeito. Você também pode combinar um com o outro.

Não esqueça que a finalização do cabeçote requer um cálculo preciso. Isso evitará taxa de compressão excessiva e detonação descontrolada.

Forçar um motor de combustão interna dessa maneira é repleto de outro problema em potencial - encurtar o cilindro aumenta o risco de os pistões encontrarem as válvulas.

Entre outras coisas, também será necessário reajustar o sincronismo das válvulas.

Medição do volume da câmara de combustão

Para calcular a taxa de compressão, você precisa conhecer o volume da câmara de combustão. A forma interna complexa torna impossível calcular matematicamente seu volume. Mas há uma maneira bastante simples de medi-lo. Para isso, o pistão deve ser colocado no ponto morto superior e, usando uma seringa com um volume de aproximadamente 20 cm³, despeje óleo ou outro líquido adequado pelo orifício da vela de ignição até que esteja completamente preenchido. Conte quantos cubos você derramou. Este será o volume da câmara de combustão.

O volume de trabalho de um cilindro é determinado dividindo o volume do motor de combustão interna pelo número de cilindros. Conhecendo ambos os valores, você pode calcular a taxa de compressão usando a fórmula acima.

Tal operação pode ser necessária, por exemplo, para mudar para gasolina mais barata. Ou você precisa reverter em caso de forçar o motor sem sucesso. Então, para retornar às suas posições originais, é necessária uma junta de cabeçote engrossada ou um novo cabeçote. Como opção, use dois espaçadores comuns, entre os quais pode ser colocado um inserto de alumínio. Como resultado, a câmara de combustão aumentará e a taxa de compressão diminuirá.

Outra maneira é remover uma camada de metal da superfície de trabalho dos pistões. Mas esse método será problemático se a superfície de trabalho (parte inferior) tiver uma forma convexa ou côncava. A forma complexa da coroa do pistão é muitas vezes feita para otimizar o processo de combustão da mistura.

Em ICEs de carburador mais antigos, o desforro não causa problemas. Mas o controle eletrônico dos modernos motores de combustão interna de injeção após esse procedimento pode ser equivocado ao ajustar o ponto de ignição e, em seguida, a detonação pode ocorrer ao usar gasolina de baixa octanagem.