AUTORIDE

Stopień sprężania: Jaki ma wpływ na silnik?

Engine pistons
Veröffentlicht am Übersetzt mit Hilfe von KI aus unserem Originalartikel (Quelle: autoride.io)

Stopień sprężania jest jedną z podstawowych cech tłokowego silnika spalinowego, która określa stosunek objętości cylindra między tłokiem w dolnej części a tłokiem w górnym martwym punkcie.

Stopień sprężania jest więc stosunkiem całej objętości roboczej cylindra do objętości przestrzeni sprężania. Innymi słowy, stosunek objętości mieszanki zassanej do cylindra do objętości mieszanki sprężonej w cylindrze.

Inhaltsverzeichnis

Obliczanie współczynnika kompresji

Obliczanie stopnia sprężania różni się dla silnika z tłokiem tłokowym i silnika z tłokiem obrotowym.

Obliczenie stopnia sprężania dla silnika o prostoliniowym ruchu posuwisto-zwrotnym:

εk = (VK + VZ) : VK

Wyjaśnienie zmiennych:

  • εk – stopień sprężania

  • VK – przestrzeń/objętość kompresji

  • VZ – objętość wyrzutowa

Tłok w cylindrze wykonuje ruch posuwisto-zwrotny. Natomiast najdalsza pozycja jego ruchu od wału korbowego nazywana jest górnym martwym punktem, a najmniejsza pozycja jego ruchu od wału korbowego nazywana jest dolnym martwym punktem.

Przestrzeń między dolnym i górnym martwym punktem nazywana jest objętością skoku. Objętość skokowa zależy od średnicy otworu cylindra i skoku tłoka. Przestrzeń w cylindrze, gdy tłok znajduje się w górnym martwym punkcie, nazywana jest przestrzenią sprężania.

Obliczanie stopnia sprężania dla silnika z tłokiem obrotowym:

W silnikach tych stopień sprężania określa się jako stosunek największej i najmniejszej objętości przestrzeni roboczej podczas obrotu tłoka.

εk = V1 : V2

Wyjaśnienie zmiennych:

  • εk – stopień sprężania

  • V1 - największa objętość obszaru roboczego

  • V2 - najmniejsza objętość obszaru roboczego

Jak stopień sprężania wpływa na silnik?

Engine

W klasycznym tłokowym silniku spalinowym stopień sprężania jest stały i zawsze stanowi kompromis pomiędzy różnymi trybami jazdy. Jednak niektóre silniki mogą płynnie zmieniać stopień sprężania w zależności od obciążenia.

Taki silnik może zatem pracować z dużym stopniem sprężania przy małym obciążeniu i odwrotnie, z niskim stopniem sprężania przy dużym obciążeniu.

Przy dużych obciążeniach zaleca się, aby stopień sprężania był niski, co zapobiegnie detonacji. Przy niskich obciążeniach powinien być wyższy, aby uzyskać najlepszą możliwą wydajność silnika. Im większy stopień sprężania, tym większa kompresja mieszanki przed zapłonem.

Stopień kompresji zasadniczo wpływa na:

  • Osiągalna sprawność silnika spalinowego, a co za tym idzie również jego moc i moment obrotowy

  • Emisje z silnika

  • Zużycie paliwa

Wady zwiększonego stopnia sprężania:

  • Może wystąpić przedwczesny samozapłon paliwa (spalanie detonacyjne), zwłaszcza w silnikach benzynowych

  • Części silnika zużywają się z czasem bardziej niż przy niższym stopniu sprężania, dlatego taki silnik musi być wyposażony w trwalsze części, które są znacznie droższe (części ceramiczne i tytanowe)

Pomiar ciśnienia sprężania

Model 3D działającego silnika V8. Tłoki i inne części mechaniczne są w ruchu.

Pomiar ciśnień sprężania w cylindrach to metoda, która dostarcza dokładnych informacji o stanie silnika. Ciśnienie sprężania mierzy się za pomocą manometru. Przed pomiarem ciśnienia sprężania silnik jest rozgrzewany do temperatury roboczej w celu określenia luzów między tłokiem a cylindrem.

Miernik kompresji jest wkręcany w głowicę cylindrów zamiast świecy zapłonowej. Następnie zwiększa się obroty silnika za pomocą rozrusznika przy całkowicie otwartej przepustnicy (pedał przyspieszenia wciśnięty do końca). Ciśnienie sprężania jest pokazane na igle miernika sprężania, który rejestruje najwyższe osiągnięte ciśnienie.

Ciśnienie sprężania to maksymalne ciśnienie osiągalne na końcu suwu sprężania silnika, gdy mieszanka jeszcze się nie pali. Wielkość ciśnienia sprężania zależy od stopnia sprężania, prędkości obrotowej silnika, stopnia napełnienia cylindrów oraz szczelności komory spalania. Wszystkie te parametry, z wyjątkiem szczelności komory spalania, pozostają niezmienione i są zdeterminowane konstrukcją silnika.

Jeśli podczas pomiaru okaże się, że jeden z cylindrów nie osiąga wartości określonej przez producenta, oznacza to nieszczelność w komorze spalania. Istotne jest również, aby ciśnienie sprężania we wszystkich cylindrach było takie samo.

Co powoduje niższe ciśnienie sprężania?

  • zużyty lub uszkodzony pierścień tłokowy

  • zużyty cylinder silnika

  • uszkodzona lub pęknięta głowica cylindrów

  • uszkodzona uszczelka pod głowicą cylindrów

  • uszkodzony zawór

  • uszkodzona sprężyna zaworu

  • zużyte gniazdo zaworu

Jeśli komory spalania są sprawne, maksymalna różnica ciśnień sprężania na poszczególnych cylindrach wynosi do 1 bara (0,1 MPa). Ciśnienia sprężania mieszczą się w zakresie od 1,0 do 1,2 MPa dla silników benzynowych i od 3,0 do 3,5 MPa dla silników Diesla.

Jakie są normalne wartości stopnia sprężania silnika?

Aby zapobiec detonacji (przedwczesnemu samozapłonowi paliwa), stopień sprężania nie jest większy niż 10:1 dla silników benzynowych. Jednak silniki z czujnikiem spalania detonacyjnego, elektroniczną jednostką sterującą i innymi urządzeniami mogą osiągnąć stopień sprężania do 14:1.

W turbodoładowanych silnikach benzynowych stopień sprężania wynosi około 8,5:1, ponieważ część sprężania czynnika roboczego odbywa się w turbosprężarce. Silniki wysokoprężne mają stopień sprężania 20:1 lub nawet wyższy, ponieważ działają na zasadzie, że wtryskiwane paliwo zapala się od ciepła sprężania.

Dlatego stopień sprężania silników Diesla musi być wyższy niż silników benzynowych. Obciążenie ciśnieniem w cylindrze silnika ogranicza stopień sprężania silnika Diesla.

Film przedstawiający Jasona z Engineering Explained wyjaśniającego współczynnik kompresji: