Stopień sprężania

W silnikach tłokowych stopień sprężania to stosunek całej przestrzeni cylindra przed sprężeniem ( objętość całkowita ) do przestrzeni pozostałej po sprężeniu (objętość resztkowa).

Nie należy mylić stopnia sprężania ze stosunkiem ciśnienia otoczenia do ciśnienia sprężania . Ponieważ temperatura rośnie wraz z kompresją , geometryczny stopień sprężania z. B. 10: 1, że ciśnienie wprowadzanego powietrza wzrasta znacznie ponad dziesięciokrotnie.

W silnikach z cyklem Atkinsona lub Millera maksymalna przestrzeń cylindra nie może być podstawą do obliczeń, ponieważ zawory dolotowe zwykle zamykają się wcześniej, a zatem napełnianie cylindra jest zakończone przedwcześnie (przed dolnym martwym punktem).

Współczynnik kompresji można obliczyć ze wzoru:

  = Przemieszczenie (przemieszczenie = skok tłoka x pole przekroju poprzecznego tłoka)

= Przestrzeń sprężania (pozostała objętość) = przestrzeń spalania (całkowita objętość)

historia

Stopień sprężania stale wzrastał wraz z rozwojem silników spalinowych. Na początku Mercedesa-Knighta (1910–1916) było to tylko 4: 1. W 1912 roku zwiększono ją do 4,6: 1, aw 1916 do 5: 1. W 1928 roku model 27/170/225 KM miał 6,2: 1. Typ SSKL (1929–1932) osiągnął 7: 1. Silniki lotnicze zoptymalizowane pod kątem niezawodności i niskiego obciążenia z systemem AVGAS często działały w przeszłości tylko z szybkością 7: 1.

W przypadku silników M116 / M117, które również pochodzą z Mercedes-Benz, do jesieni 1987 roku było to 9: 1. Następnie wprowadzono elektroniczną kontrolę stuków i wynik był 10: 1. W obecnych silnikach, takich jak 4,2-l V8-FSI Audi, kompresja wynosi 12,5: 1.

Przez długi czas stopniowy wzrost kompresji wynikał przede wszystkim ze składu paliwa. Dziś na stacji benzynowej dostępne są liczby oktanowe do 102 RON . Starsze silniki mają zwykle niższe wymagania dotyczące jakości paliwa, ponieważ jakość paliwa nie była tak wysoka, jak w momencie ich opracowywania. Kształt komory spalania i przewodu dolotowego również wpływa na liczbę oktanową. Harry Ricardo badał proces spalania w silnikach w latach dwudziestych XX wieku i opracował głowicę Ricardo, w której tłok prawie dotyka części głowicy cylindra w górnym martwym punkcie, aby zmniejszyć powierzchnię komory spalania.

Silniki benzynowe o niezwykle wysokim stopniu sprężania jak na swój czas produkcji to na przykład „silnik średniociśnieniowy” Audi F 103 z 1965 r. O stopniu sprężania 11,2: 1 i silnik 1,3 l o mocy 55 kW VW Polo. od 1982 r. ze stopniem sprężania 11: 1, co wymaga benzyny 98 RON. Cechą wspólną tych silników są zwarte komory spalania z zaciśniętymi krawędziami, w Audi w tłoku (komora spalania Herona) oraz w kanałach dolotowych, które powodują wirowanie przepływu kosztem dolnego napełnienia . Współczynniki kompresji do 13: 1 są obecnie stosowane w motocyklach z serii dopuszczonych do ruchu ulicznego.

Silniki z turbodoładowaniem mają niższy geometryczny stopień sprężania niż silniki wolnossące. Jednym z przykładów jest wielopromieniowy silnik R-2600 firmy Curtiss-Wright , który jest sprężony tylko 6,9: 1 i wymaga 100-oktanowego paliwa do silników odrzutowych . Jest ładowany za pomocą sprężarki promieniowej . Silniki turbodoładowane BMW 2002 turbo i Porsche 930 mają również niski stopień sprężania 6,9: 1 i 6,5: 1. Są przycięte pod kątem wydajności, a nie wydajności.

Jednym z warunków dzisiejszych wysokich współczynników sprężania jest wtrysk bezpośredni i zastosowanie czujników spalania stukowego. Precyzyjnie kontroluje się moment i ilość dodawanego paliwa, co oznacza, że ​​można zapobiec przedwczesnemu zapłonowi, a tym samym stukaniu.

Wtrysku wody , które bada się obecnie do zwiększenia wydajności ponownie zwiększona, jest uważany za skuteczny sposób ściskania, a tym samym zwiększenia szybkości ekspansji.

technologia

Współczynnik sprężania w nie doładowanych silnikach benzynowych wynosi teraz od 10: 1 do 14: 1. Silniki z turbodoładowaniem mają niższą kompresję. Ze względu na paliwo maksymalne ciśnienie sprężania wynosi od 25 do 30 barów.

W przypadku silników wysokoprężnych bez doładowania kompresja wynosi około 19: 1 do 23: 1. Silniki wysokoprężne z turbodoładowaniem są w przybliżeniu sprężone od 14: 1 do 16: 1. Maksymalne ciśnienie sprężania wynosi od 50 do 60 barów, w zależności od paliwa.

Przy wyższym stopniu sprężania (a dokładniej: współczynniku rozszerzalności) wyższa jest również sprawność cieplna . W idealnym cyklu Otto wydajność wynika z kompresji i wykładnika adiabatycznego . Powietrze w dolnym zakresie temperatur podczas sprężania ma wartość około 1,4, a paliwo gazowe w górnym zakresie temperatur podczas rozprężania ma wartość około 1,3. Największy wpływ na cykliczne obliczenia procesowe ma cykl pracy (ekspansja). Obliczenie wydajności dla procesu ciągłego przestrzennego dla silnika wolnossącego ze sprężeniem dziesięć do jednego jest następujące:

W silniku benzynowym tendencja do stukania wzrasta wraz ze sprężaniem. Stukaniu można zapobiec, stosując benzynę o wyższej liczbie oktanowej i opóźniając zapłon . Nowoczesne silniki mają czujniki stuków, które wykrywają stukanie. Możesz dostosować czas zapłonu do jakości benzyny i charakterystyki silnika.

Kształt komory spalania i chłodzenie również mają wpływ na skłonność do stuków . Zapłon z dwoma lub więcej świecami również ogranicza stukanie . Wczesny (przed górnym martwym punktem ) wtrysk bezpośredni obniża temperaturę sprężania poprzez odparowanie paliwa. Kolejny (po górnym martwym punkcie) wtrysk podczas fazy rozprężania obniża maksymalną temperaturę spalania. Również wtrysk wody skutecznie obniża maksymalną temperaturę w komorze spalania. Może służyć do zwiększenia wydajności i wydajności.

Zwiększenie kompresji

Grubość uszczelki głowicy cylindrów może w niewielkim stopniu wpływać na stopień sprężania. Ponadto w trakcie szlifowania na płasko głowicy cylindra, które jest konieczne w ramach remontu, czasami usuwa się więcej materiału, aby nieznacznie zwiększyć kompresję, a tym samym wydajność.

Jeśli sprężanie zostanie zwiększone, może zajść potrzeba skorygowania punktu zapłonu, ponieważ mieszankę w mniejszej komorze sprężania można zapalić dopiero później, aby uniknąć stuków .

Zobacz też

literatura

  • Richard van Basshuysen , Fred Schäfer: Podręcznik silnika spalinowego. Podstawy, komponenty, systemy, perspektywy. 3. całkowicie poprawione i rozszerzone wydanie. Friedrich Vieweg & Sohn Verlag / GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2005, ISBN 3-528-23933-6 .

Indywidualne dowody

  1. motorradonline.de: Dane techniczne - Testy motocykli - Ducati Streetfighter 848

linki internetowe