Kakšno je kompresijsko razmerje motorja z notranjim zgorevanjem
Ena od pomembnih konstrukcijskih značilnosti batnega motorja z notranjim zgorevanjem je kompresijsko razmerje. Ta parameter vpliva na moč motorja z notranjim zgorevanjem, njegovo učinkovitost in tudi porabo goriva. Medtem pa ima malo ljudi pravo predstavo o tem, kaj pomeni stopnja stiskanja. Mnogi mislijo, da je to le sinonim za stiskanje. Čeprav je slednje povezano s stopnjo kompresije, pa gre za popolnoma različne stvari.
Če želite razumeti terminologijo, morate razumeti, kako je urejen valj pogonske enote, in razumeti načelo delovanja motorja z notranjim zgorevanjem. Gorljiva zmes se vbrizga v valje, nato pa jo stisne bat, ki se giblje od spodnje mrtve točke (BDC) do zgornje mrtve točke (TDC). Stisnjena zmes na neki točki blizu TDC se vname in izgori. Plin, ki se širi, opravlja mehansko delo, potiska bat v nasprotni smeri - do BDC. Ojnica, povezana z batom, deluje na ročično gred in povzroči njeno vrtenje.
Prostor, ki ga omejujejo notranje stene valja od BDC do TDC, je delovna prostornina valja. Matematična formula za prostornino enega valja je naslednja:
Vₐ = πr²s
kjer je r polmer notranjega preseka valja;
s je razdalja od TDC do BDC (dolžina giba bata).
Ko bat doseže TDC, je nad njim še nekaj prostora. To je zgorevalna komora. Oblika zgornjega dela cilindra je zapletena in odvisna od specifične zasnove. Zato je nemogoče izraziti prostornino Vₑ zgorevalne komore z eno samo formulo.
Očitno je skupna prostornina valja Vₒ enaka vsoti delovne prostornine in prostornine zgorevalne komore:
Vₒ = Vₐ+Vₑ
In kompresijsko razmerje je razmerje med celotno prostornino valja in prostornino zgorevalne komore:
ε = (Vₐ+Vₑ)/Vₑ
Ta vrednost je brezdimenzijska in pravzaprav označuje relativno spremembo tlaka od trenutka, ko se zmes vbrizga v valj, do trenutka vžiga.
Iz formule je razvidno, da je mogoče povečati kompresijsko razmerje bodisi s povečanjem delovne prostornine valja ali z zmanjšanjem prostornine zgorevalne komore.
Za različne motorje z notranjim zgorevanjem se lahko ta parameter razlikuje in je določen glede na vrsto enote in značilnosti njene zasnove. Kompresijsko razmerje sodobnih bencinskih motorjev z notranjim zgorevanjem je v območju od 8 do 12, v nekaterih primerih lahko doseže do 13 ... 14. Pri dizelskih motorjih je višji in doseže 14 ... 18, to je posledica posebnosti procesa vžiga dizelske mešanice.
Kar zadeva kompresijo, je to največji tlak, ki se pojavi v valju, ko se bat premika od BDC do TDC. Mednarodna enota SI za tlak je paskal (Pa/Pa). Pogosto se uporabljajo tudi merske enote, kot sta bar (bar) in atmosfera (at / at). Razmerje enot je:
1 pri = 0,98 bara;
1 bar = 100 Pa
Poleg stopnje kompresije na kompresijo vpliva sestava gorljive zmesi in tehnično stanje motorja z notranjim zgorevanjem, zlasti stopnja obrabe delov cilindrično-batne skupine.
S povečanjem kompresijskega razmerja se poveča pritisk plinov na bat, kar pomeni, da se na koncu poveča moč in izkoristek motorja z notranjim zgorevanjem. Popolnejše zgorevanje zmesi vodi k boljši okoljski učinkovitosti in prispeva k varčnejši porabi goriva.
Vendar pa je možnost povečanja kompresijskega razmerja omejena s tveganjem detonacije. Pri tem procesu mešanica zrak-gorivo ne zgori, ampak eksplodira. Koristno delo ni opravljeno, vendar so bati, valji in deli ročičnega mehanizma izpostavljeni resnim udarcem, kar vodi do njihove hitre obrabe. Visoka temperatura med detonacijo lahko povzroči izgorevanje ventilov in delovne površine batov. V določeni meri pri obvladovanju detonacije pomaga bencin z višjim oktanskim številom.
Pri dizelskem motorju je možna tudi detonacija, vendar je tam posledica nepravilne nastavitve vbrizga, saj na notranji površini valjev in drugih razlogov, ki niso povezani s povečanim kompresijskim razmerjem.
Obstoječo enoto je mogoče prisiliti s povečanjem delovne prostornine valjev ali kompresijskega razmerja. Toda tukaj je pomembno, da ne pretiravate in skrbno izračunate vse, preden brezglavo hitite v bitko. Napake lahko povzročijo takšno neravnovesje v delovanju enote in detonacije, da niti visokooktanski bencin niti prilagoditev časa vžiga ne pomagata.
Skoraj nima smisla forsirati motorja, ki ima na začetku visoko kompresijsko razmerje. Stroški truda in denarja bodo precej veliki, povečanje moči pa bo verjetno nepomembno.
Želeni cilj lahko dosežemo na dva načina - z vrtanjem valjev, s čimer bomo povečali delovno prostornino motorja z notranjim zgorevanjem, ali z rezkanjem spodnje površine (glave valja).
Dolgočasen valj
Najboljši trenutek za to je, ko je treba valje vseeno izvrtati.
Preden izvedete to operacijo, morate izbrati bate in obroče za novo velikost. Verjetno ne bo težko najti delov za popravilo dimenzij za ta motor z notranjim zgorevanjem, vendar to ne bo dalo opaznega povečanja delovne prostornine in moči motorja, saj je razlika v velikosti zelo majhna. Za druge enote je bolje poiskati bate in obroče večjega premera.
Ne poskušajte sami vrtati jeklenk, ker to zahteva ne le spretnosti, ampak tudi posebno opremo.
Dokončanje glave valja
Rezkanje spodnje površine glave valja bo zmanjšalo dolžino valja. Zgorevalna komora, ki se delno ali v celoti nahaja v glavi, bo postala krajša, kar pomeni, da se bo povečalo kompresijsko razmerje.
Za približne izračune lahko domnevamo, da bo odstranitev četrt milimetrskega sloja povečala kompresijsko razmerje za približno eno desetino. Natančnejša nastavitev bo dala enak učinek. Eno z drugim lahko tudi kombinirate.
Ne pozabite, da dokončanje glave zahteva natančen izračun. Tako se boste izognili prevelikemu kompresijskemu razmerju in nenadzorovani detonaciji.
Prisiljevanje motorja z notranjim zgorevanjem na ta način je polno še enega možnega problema – skrajšanje valja poveča tveganje, da se bati srečajo z ventili.
Med drugim bo treba na novo nastaviti tudi krmiljenje ventilov.
Merjenje prostornine zgorevalne komore
Za izračun kompresijskega razmerja morate poznati prostornino zgorevalne komore. Zaradi kompleksne notranje oblike je nemogoče matematično izračunati njegovo prostornino. Vendar obstaja dokaj preprost način za merjenje. Da bi to naredili, je treba bat nastaviti v zgornjo mrtvo točko in z brizgo s prostornino približno 20 cm³ skozi odprtino za svečko vliti olje ali drugo primerno tekočino, dokler ni popolnoma napolnjena. Preštejte, koliko kock ste nasuli. To bo prostornina zgorevalne komore.
Delovno prostornino enega valja določimo tako, da prostornino motorja z notranjim zgorevanjem delimo s številom valjev. Če poznate obe vrednosti, lahko z zgornjo formulo izračunate kompresijsko razmerje.
Takšna operacija je morda potrebna na primer za prehod na cenejši bencin. Ali pa se morate vrniti nazaj v primeru neuspešnega prisiljevanja motorja. Nato je za vrnitev v prvotne položaje potrebno odebeljeno tesnilo glave valja ali nova glava. Kot možnost uporabite dva navadna distančnika, med katera lahko namestite aluminijasti vložek. Posledično se bo zgorevalna komora povečala, kompresijsko razmerje pa se bo zmanjšalo.
Drugi način je odstranitev plasti kovine z delovne površine batov. Toda takšna metoda bo problematična, če ima delovna površina (dno) konveksno ali konkavno obliko. Kompleksna oblika krone bata je pogosto izdelana za optimizacijo procesa zgorevanja mešanice.
Pri starejših ICE z uplinjači deforizacija ne povzroča težav. Toda elektronsko krmiljenje sodobnih motorjev z notranjim zgorevanjem z vbrizgavanjem po takem postopku se lahko zmoti pri prilagajanju časa vžiga, nato pa lahko pride do detonacije pri uporabi nizkooktanskega bencina.
