Tỷ số nén của động cơ đốt trong là gì
Một trong những đặc điểm thiết kế quan trọng của động cơ đốt trong piston là tỷ số nén. Thông số này ảnh hưởng đến sức mạnh của động cơ đốt trong, hiệu suất của nó và cả mức tiêu thụ nhiên liệu. Trong khi đó, rất ít người có ý tưởng thực sự về mức độ nén. Nhiều người nghĩ rằng đây chỉ là một từ đồng nghĩa với nén. Mặc dù sau này có liên quan đến mức độ nén, tuy nhiên, đây là những thứ hoàn toàn khác nhau.
Để hiểu được thuật ngữ này, bạn cần hiểu cách bố trí xylanh của bộ công suất, đồng thời hiểu được nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong. Hỗn hợp dễ cháy được bơm vào xi lanh, sau đó nó được nén bởi một piston di chuyển từ tâm chết dưới (BDC) đến tâm chết trên (TDC). Hỗn hợp nén tại một thời điểm nào đó gần TDC bốc cháy và cháy hết. Khí nở ra thực hiện công cơ học, đẩy pittông theo chiều ngược lại - sang BĐC. Được nối với piston, thanh truyền tác dụng lên trục khuỷu làm nó quay.
Phần không gian giới hạn bởi các thành trong của hình trụ từ BDC đến TDC là thể tích làm việc của hình trụ. Công thức toán học cho chuyển vị của một hình trụ như sau:
Vₐ = πr²s
với r là bán kính của phần bên trong của hình trụ;
s là khoảng cách từ TDC đến BDC (chiều dài của hành trình piston).
Khi piston đạt đến TDC, vẫn còn một số khoảng trống phía trên nó. Đây là buồng đốt. Hình dạng của phần trên của hình trụ rất phức tạp và phụ thuộc vào thiết kế cụ thể. Do đó, không thể biểu diễn thể tích Vₑ của buồng đốt bằng một công thức nào đó.
Rõ ràng, thể tích toàn phần của xylanh Vₒ bằng tổng thể tích làm việc và thể tích buồng đốt:
Vₒ = Vₐ + Vₑ
Và tỷ số nén là tỷ số giữa tổng thể tích của xi lanh với thể tích của buồng đốt:
ε = (Vₐ + Vₑ) / Vₑ
Giá trị này là không thứ nguyên, và trên thực tế, nó đặc trưng cho sự thay đổi tương đối của áp suất từ thời điểm hỗn hợp được bơm vào xi lanh cho đến thời điểm bắt lửa.
Qua công thức có thể thấy rằng có thể tăng tỷ số nén bằng cách tăng thể tích làm việc của xilanh, hoặc bằng cách giảm thể tích buồng đốt.
Đối với các loại động cơ đốt trong khác nhau, thông số này có thể khác nhau và được xác định bởi loại đơn vị và tính năng thiết kế của nó. Tỷ số nén của động cơ đốt trong chạy xăng hiện đại nằm trong khoảng từ 8 đến 12, trong một số trường hợp có thể lên tới 13 ... 14. Đối với động cơ diesel, nó cao hơn và đạt 14 ... 18, điều này là do đặc thù của quá trình đánh lửa của hỗn hợp diesel.
Và đối với quá trình nén, đây là áp suất lớn nhất xảy ra trong xi lanh khi piston di chuyển từ BDC đến TDC. Đơn vị SI quốc tế cho áp suất là pascal (Pa / Pa). Các đơn vị đo lường như bar (bar) và khí quyển (at / at) cũng được sử dụng rộng rãi. Tỷ lệ đơn vị là:
1 at = 0,98 bar;
1 thanh = 100 Pa
Ngoài mức độ nén, thành phần của hỗn hợp cháy và tình trạng kỹ thuật của động cơ đốt trong, đặc biệt là mức độ mòn của các chi tiết của nhóm xylanh - piston đều ảnh hưởng đến sức nén.
Khi tỷ số nén tăng, áp suất của khí lên piston tăng lên, có nghĩa là cuối cùng, công suất tăng và hiệu suất của động cơ đốt trong tăng lên. Quá trình đốt cháy hỗn hợp hoàn toàn hơn dẫn đến cải thiện hiệu suất môi trường và góp phần tiêu thụ nhiên liệu tiết kiệm hơn.
Tuy nhiên, khả năng tăng tỷ số nén bị hạn chế bởi nguy cơ phát nổ. Trong quá trình này, hỗn hợp nhiên liệu không khí không cháy, nhưng phát nổ. Công việc hữu ích không được thực hiện, nhưng các piston, xi lanh và các bộ phận của cơ cấu tay quay bị tác động nghiêm trọng, dẫn đến chúng nhanh chóng bị mài mòn. Nhiệt độ cao trong quá trình kích nổ có thể gây cháy van và bề mặt làm việc của piston. Ở một mức độ nhất định, xăng có chỉ số octan cao hơn sẽ giúp đối phó với hiện tượng kích nổ.
Trong động cơ diesel, hiện tượng kích nổ cũng có thể xảy ra, nhưng nguyên nhân là do điều chỉnh lượng phun không chính xác, muội than bám trên bề mặt bên trong của xylanh và các nguyên nhân khác không liên quan đến việc tăng tỷ số nén.
Có thể ép đơn vị hiện có bằng cách tăng thể tích làm việc của các xi lanh hoặc tỷ số nén. Nhưng ở đây điều quan trọng là không nên làm quá và tính toán kỹ lưỡng mọi thứ trước khi lao đầu vào trận chiến. Các sai sót có thể dẫn đến sự mất cân bằng trong hoạt động của thiết bị và kích nổ mà xăng có trị số octan cao cũng như việc điều chỉnh thời điểm đánh lửa sẽ không giúp ích được gì.
Hầu như không có bất kỳ điểm nào buộc một động cơ ban đầu có tỷ số nén cao. Sự tốn kém về công sức và tiền bạc sẽ khá lớn, và sự gia tăng quyền lực nhiều khả năng sẽ không đáng kể.
Mục tiêu mong muốn có thể đạt được theo hai cách - bằng cách khoan các xi lanh, điều này sẽ làm cho thể tích làm việc của động cơ đốt trong lớn hơn, hoặc bằng cách phay bề mặt phía dưới (đầu xi lanh).
Xylanh nhàm chán
Thời điểm tốt nhất cho điều này là khi bạn phải khoan các xi lanh.
Trước khi thực hiện thao tác này, bạn cần chọn các piston và vòng đệm cho kích thước mới. Có lẽ sẽ không khó để tìm các bộ phận về kích thước sửa chữa cho động cơ đốt trong này, nhưng điều này sẽ không làm tăng đáng kể khối lượng làm việc và công suất của động cơ, vì sự khác biệt về kích thước là rất nhỏ. Tốt hơn là tìm kiếm các piston và vòng có đường kính lớn hơn cho các đơn vị khác.
Bạn không nên cố gắng tự mình khoan các xi lanh, bởi vì việc này không chỉ đòi hỏi kỹ năng mà còn phải có thiết bị đặc biệt.
Hoàn thiện đầu xi lanh
Phay bề mặt dưới cùng của đầu xi lanh sẽ làm giảm chiều dài của hình trụ. Buồng đốt, nằm một phần hoặc toàn bộ phần đầu, sẽ trở nên ngắn hơn, đồng nghĩa với việc tỷ số nén sẽ tăng lên.
Đối với các tính toán gần đúng, có thể giả định rằng việc loại bỏ một lớp có kích thước một phần tư milimet sẽ làm tăng tỷ lệ nén lên khoảng một phần mười. Cài đặt tốt hơn sẽ cho hiệu quả tương tự. Bạn cũng có thể kết hợp cái này với cái kia.
Đừng quên rằng việc quyết toán đầu người đòi hỏi một sự tính toán chính xác. Điều này sẽ tránh được tỷ lệ nén quá mức và kích nổ không kiểm soát được.
Buộc động cơ đốt trong theo cách này sẽ dẫn đến một vấn đề tiềm ẩn khác - việc rút ngắn xi-lanh làm tăng nguy cơ các pít-tông gặp van.
Trong số những thứ khác, nó cũng sẽ cần thiết để điều chỉnh lại thời gian van.
Đo thể tích buồng đốt
Để tính toán tỷ số nén, bạn cần biết thể tích của buồng đốt. Hình dạng bên trong phức tạp khiến chúng ta không thể tính toán được thể tích của nó một cách toán học. Nhưng có một cách khá đơn giản để đo lường nó. Để làm được điều này, pít-tông phải được đặt ở tâm trên cùng và sử dụng một xylanh có thể tích khoảng 20 cm³, đổ dầu hoặc chất lỏng thích hợp khác qua lỗ bugi cho đến khi đầy hoàn toàn. Đếm xem bạn đã đổ bao nhiêu hình khối. Đây sẽ là thể tích của buồng đốt.
Thể tích làm việc của một xilanh được xác định bằng cách lấy thể tích của động cơ đốt trong chia cho số xilanh. Biết cả hai giá trị, bạn có thể tính toán tỷ lệ nén bằng công thức trên.
Một hoạt động như vậy có thể cần thiết, ví dụ, để chuyển sang xăng rẻ hơn. Hoặc bạn cần phải quay lại trong trường hợp buộc động cơ không thành công. Sau đó, để trở lại vị trí ban đầu của chúng, cần phải có một miếng đệm đầu xi lanh dày hoặc một đầu mới. Như một tùy chọn, sử dụng hai miếng đệm thông thường, giữa chúng có thể đặt một miếng chèn bằng nhôm. Kết quả là buồng đốt sẽ tăng lên, và tỷ số nén sẽ giảm xuống.
Một cách khác là loại bỏ một lớp kim loại khỏi bề mặt làm việc của các piston. Nhưng phương pháp như vậy sẽ có vấn đề nếu bề mặt làm việc (đáy) có dạng lồi hoặc lõm. Hình dạng phức tạp của đỉnh piston thường được chế tạo để tối ưu hóa quá trình đốt cháy hỗn hợp.
Trên các ICE bộ chế hòa khí cũ hơn, việc buộc dây không gây ra vấn đề gì. Nhưng việc điều khiển điện tử của các động cơ đốt trong phun xăng hiện đại sau quy trình như vậy có thể bị nhầm lẫn trong việc điều chỉnh thời điểm đánh lửa, và sau đó hiện tượng kích nổ có thể xảy ra khi sử dụng xăng có trị số octan thấp.
