Kompresní poměr motoru (souvislost s kompresí, jak vypočítat a zvýšit poměr)

Tepelná účinnost motoru závisí na kompresním poměru. S rostoucím poměrem se však zvyšuje i riziko detonace, takže při přeplňování a generální opravě byste si měli udělat čas na provedení výpočtů. Podívejme se, jak zvýšit kompresní poměr motoru, jaký je vztah mezi kompresí a poměrem a co je zvláštního na motoru s Millerovým-Atkinsonovým cyklem.

Jak souvisí kompresní poměr a komprese motoru?

Kompresní poměr ve válcích motoru je absolutní hodnota a počítá se matematicky. V praxi tento poměr odráží kompresní poměr palivové směsi vstupující do válce během sacího zdvihu. Pojem komprese se týká špičkového tlaku ve spalovací komoře na konci kompresního zdvihu a lze jej prakticky měřit. Ačkoli je komprese odvozena od kompresního poměru, závisí na mnoha faktorech:

• těsnost skupiny válec-píst (CPG) a ventilového mechanismu;
• výkon startéru, stav baterie a kvalitu kontaktu, která ovlivňuje počet otáček startéru.

Zvýšení výkonu motoru zvýšením kompresního poměru

Čím vyšší stupeň, tím teplejší je vzduch na konci kompresního zdvihu a tím vyšší je účinnost motoru. Zvýšení jednoho parametru však nezaručuje lineární nárůst druhého. Největší nárůst výkonu je pociťován při zvýšení stupně na 10-11 jednotek.

Například zvýšením kompresního poměru standardního motoru VAZ z 9.8 na 11 teoreticky dosáhneme 4% zvýšení tepelné účinnosti. Zkouška na zkušebním stanovišti ukáže mnohem skromnější hodnotu – 2,5%. Zvýšením kompresního poměru stejného motoru o jiný agregát dosáhneme skutečného zvýšení o 4.5%. Charakteristika točivého momentu se zvýší hlavně při nízkých a středních otáčkách. Další zvýšení kompresního poměru bez přechodu na vysokooktanové sportovní palivo nepřinese vůbec žádný výsledek.

Důvodem tohoto jevu je detonace, ke které dochází, když je špičkový tlak ve spalovací komoře příliš vysoký. Při kontaktu s ohřátým vzduchem se směs samovolně vznítí ještě předtím, než je dodána jiskra. Čelo plamene se šíří rychlostí přes 2000 m/s, zatímco hodnota pro normální hoření nepřesahuje 250-300 m/s.

Rázová vlna takové síly vyvíjí destruktivní tlak na válce, stěny spalovací komory a písty. Výrazně se také zvyšuje teplota výfukových plynů, což vede k vyhoření dna pístu a ventilů.

Proto by se ladění s kompresí mělo provádět po přesných matematických výpočtech a s ohledem na oktanové číslo benzinu.

Základní metody zvyšování

1. Zmenšení tloušťky hlavy válců a bloku. Z dosedací plochy hlavy a bloku se frézováním nebo broušením odstraní vrstva kovu a objem spalovací komory se zmenší.
2. Instalace pístů s vybouleními. Cílem je, stejně jako v předchozí metodě, zmenšit objem spalovací komory.
3. Zvětšení zdvihu pístu instalací jiného klikového hřídele a ojnic.

Jak funguje motor s proměnným kompresním poměrem?

Až donedávna byl ukazatel stupňů nastavován inženýry ve fázi vývoje a byl fixní bez ohledu na provozní režim motoru. Normální hodnota pro moderní benzínové motory se pohybuje od 8 do 14 jednotek, tradičně vysoký kompresní poměr pro dieselové motory je 18-23.

Zpřísňující se environmentální normy nutí inženýrské géniusy hledat nové způsoby, jak zvýšit tepelnou účinnost. Jedním z takových řešení je motor s proměnným kompresním poměrem. Bylo vyvinuto několik možností pro dynamickou změnu poměru:

• přídavná sekce v dutině hlavy válců. Otevření sekce umožňuje zvětšit objem spalovací komory, a tím snížit stupeň. Systém se nerozšířil kvůli nadměrné složitosti konstrukce hlavy válců;
• písty s proměnnou výškou. Konstrukce se ukázala být příliš objemná, objevily se problémy se zkosením pístu a těsněním skupiny válců a pístů;
• nastavení výšky zdvihu klikového hřídele. Kompresní poměr se mění pomocí speciálních excentrických spojek, které nastavují výšku opěrných ložisek klikového hřídele. Technologie byla dlouhodobě testována koncernem VAG, ale nikdy se nedostala do výroby;
• nastavení výšky zdvihu hlavy válců. Speciální mechanismus s elektrickým pohonem a kloubovým spojením částí bloku motoru umožňoval nastavení stupně od 8 do 14 jednotek. Technologie byla vyvinuta inženýry společnosti SAAB, ale kvůli nespolehlivosti gumového pouzdra utěsňujícího pohyblivé části bloku a nadměrné složitosti konstrukce se také nedostala do výroby;

• Ojnice s proměnnou délkou. Výška ojnice se nastavovala speciálním ozubeným mechanismem pomocí tlaku oleje. Stejně jako v předchozích případech nebyl vývoj francouzských inženýrů implementován do hromadné výroby;

• mechanismus kloubového spojení ojnice s klikovým hřídelem. Změnou úhlu natočení traverzy se snižuje nebo zvětšuje zdvih pístu. Vývoj inženýrů Infiniti je použit v dvoulitrovém motoru VC-T, který je nyní instalován v crossoveru QX50. Motor vyvíjí maximální výkon 268 koní a maximální točivý moment 380 Nm.

Millerův-Atkinsonův cyklus

Miller-Atkinsonův cyklus si získal velkou popularitu díky reklamním brožurám Mazdy. Marketéři hrdě tvrdí, že se inženýrům podařilo zvýšit kompresní poměr motorů Skyactive na 14 jednotek. Ve skutečnosti mluvíme o geometrickém kompresním poměru, nikoli o skutečném.

Trik spočívá v tom, že během stoupání pístu při kompresním zdvihu jsou výfukové ventily stále dlouho otevřené, a proto je část čerstvého vzduchu vtlačena do výfukového traktu. Skutečný stupeň se proto blíží standardním 12 jednotkám pro benzínové motory. Zvýšení tepelné účinnosti je dosaženo efektivnějším využitím energie expandujících plynů při pracovním zdvihu. Díky delšímu zdvihu (zvětšenému průměru klikové hřídele) tlačí plyny na píst déle. Proto se při spalování stejného podílu paliva, ve srovnání s obvyklým Ottovým cyklem, na klikovou hřídel přenáší větší točivý moment. Technologie umožňuje výrazně snížit spotřebu paliva a množství škodlivých emisí v režimech nízkého a středního zatížení.

Matematický výpočet

Kompresní poměr spalovacího motoru se rovná poměru objemu spalovacího prostoru k pracovnímu objemu válce a vypočítá se pomocí vzorce (V + C)/C = CR, kde

• V — objem válce, když je píst v dolní úvrati (BDC). Pro výpočet je nutné vydělit součet objemů všech válců (uvedených v technické specifikaci spalovacího motoru) počtem kotlů;
• C — objem spalovacího prostoru, když je píst v horní úvrati (TDC). Zahrnuje objem dutiny hlavy válců, těsnění hlavy válců a vybrání ve válci. Pokud má píst vyboulení, jeho objem se odečte od celkového objemu spalovacího prostoru.

Matematický výpočet kompresního poměru je poměrně obtížný kvůli složitému geometrickému tvaru spalovací komory. Proto se v praxi používají 2 hlavní metody výpočtu.

Video: Jak správně změřit kompresní poměr.

Praktický výpočet metodou lití

Podstata měření spočívá ve střídavém plnění kapalinou prostoru nad pístem v horní úvrati a stěn spalovací komory hlavy válců. Pro měření potřebujeme kus organického skla, ve kterém budou vyříznuty otvory pro zašroubování šroubů hlavy válců a otvor pro naplnění kapalinou. Mezi organické sklo a blok je nutné nainstalovat již použité (stlačené) těsnění. Pro zvýšení hydraulické těsnosti je nutné stěny válců namazat hustým konzistentním mazivem (lithiem nebo běžným solidolem).

Po utažení plexiskla šrouby naplňte výsledný objem kapalinou. Objem vody, který se vejde, bude odpovídat objemu prostoru nad pístem. Podobný test se provede s hlavou válců. V tomto případě je nutné zabrousit ventily a mezi sedla a desky nanést konzistentní mazivo. Součet objemů naplněných kapalin bude objem spalovací komory.

Pro výpočet kompresního poměru na online kalkulačce budete muset také změřit zdvih pístu a průměr válce. Všechny tyto hodnoty pomohou vypočítat objem motoru, který se mění s každým frézováním rovin BC, hlavy válců, instalací pístů jiného geometrického tvaru, vrtáním válců nebo instalací jiných ojnic, klikového hřídele.

Je možné vypočítat stupeň měřením komprese?

Komprese přímo závisí nejen na koncepci kompresního poměru motoru, ale také na povaze stlačeného plynu a podmínkách ve spalovací komoře. V praxi závislost těchto parametrů vyústí ve vzorec P = Po*Ɛƴ, kde

• Po je počáteční tlak ve válci, uvažovaný jako 1;
• Ƴ – adiabatický index pro vzduch. U spalovacího motoru se během komprese část tepla odevzdává stěnám válce, spalovací komoře; část plynu uniká netěsnostmi a vzduch se mísí s částicemi paliva, takže proces se považuje za nediabetický. Polytropický index se v tomto případě nerovná standardní hodnotě 1.4, ale blízký skutečné hodnotě 1.2.

To vše znamená, že měřením komprese můžeme vypočítat kompresní poměr motoru. Například při kompresi 15,8 bude kompresní poměr blízký 10 jednotkám. Abyste snížili chybu, je třeba dodržovat všechna pravidla pro měření komprese:

1. Zapalovací svíčky musí být odšroubovány.
2. Škrticí klapka je otevřená na 100 %.
3. Dodávka paliva je přerušena.
4. Baterie musí být plně nabitá. Kapacita musí být dostatečná pro měření komprese ve všech kotlích.
5. Startér musí být v dobrém provozním stavu a na jeho napájecích vodičích by neměl docházet k výraznému poklesu napětí v důsledku oxidů.