¿Cuál es la relación de compresión de un motor de combustión interna?

Una de las características de diseño importantes de un motor de combustión interna de pistón es la relación de compresión. Este parámetro afecta la potencia del motor de combustión interna, su eficiencia y también el consumo de combustible. Mientras tanto, pocas personas tienen una idea real de lo que significa el grado de compresión. Mucha gente piensa que esto es solo un sinónimo de compresión. Aunque esto último está relacionado con el grado de compresión, sin embargo, estas son cosas completamente diferentes.

Para comprender la terminología, debe comprender cómo se organiza el cilindro de la unidad de potencia y comprender el principio de funcionamiento del motor de combustión interna. La mezcla combustible se inyecta en los cilindros, luego se comprime mediante un pistón que se mueve desde el punto muerto inferior (BDC) hasta el punto muerto superior (TDC). La mezcla comprimida en algún punto cerca del TDC se enciende y se quema. El gas en expansión realiza un trabajo mecánico, empujando el pistón en la dirección opuesta, hacia el BDC. Conectada al pistón, la biela actúa sobre el cigüeñal, haciéndolo girar.

El espacio delimitado por las paredes internas del cilindro de BDC a TDC es el volumen de trabajo del cilindro. La fórmula matemática para el desplazamiento de un cilindro es la siguiente:

Vₐ = πr²s

donde r es el radio de la sección interior del cilindro;

s es la distancia de TDC a BDC (longitud de la carrera del pistón).

Cuando el pistón alcanza el punto muerto superior, aún queda algo de espacio encima. Esta es la cámara de combustión. La forma de la parte superior del cilindro es compleja y depende del diseño específico. Por lo tanto, es imposible expresar el volumen Vₑ de la cámara de combustión con una sola fórmula.

Obviamente, el volumen total del cilindro Vₒ es igual a la suma del volumen de trabajo y el volumen de la cámara de combustión:

Vₒ = Vₐ+Vₑ

Y la relación de compresión es la relación entre el volumen total del cilindro y el volumen de la cámara de combustión:

ε = (Vₐ+Vₑ)/Vₑ

Este valor es adimensional y, de hecho, caracteriza el cambio relativo de presión desde el momento en que se inyecta la mezcla en el cilindro hasta el momento del encendido.

De la fórmula se puede ver que es posible aumentar la relación de compresión aumentando el volumen de trabajo del cilindro o reduciendo el volumen de la cámara de combustión.

Para varios motores de combustión interna, este parámetro puede diferir y estar determinado por el tipo de unidad y las características de su diseño. La relación de compresión de los motores de combustión interna de gasolina modernos está en el rango de 8 a 12, en algunos casos puede llegar hasta 13 ... 14. Para los motores diesel, es mayor y llega a 14 ... 18, esto se debe a las peculiaridades del proceso de encendido de la mezcla diesel.

Y en cuanto a la compresión, esta es la presión máxima que se produce en el cilindro cuando el pistón se mueve de BDC a TDC. La unidad internacional SI para la presión es el pascal (Pa/Pa). Las unidades de medida como bar (bar) y atmósfera (at/at) también son muy utilizadas. La relación unitaria es:

1 en = 0,98 bar;

1 barra = 100 Pa

Además del grado de compresión, la composición de la mezcla combustible y el estado técnico del motor de combustión interna, especialmente el grado de desgaste de las partes del grupo cilindro-pistón, afectan la compresión.

Con un aumento en la relación de compresión, aumenta la presión de los gases sobre el pistón, lo que significa que, en última instancia, aumenta la potencia y aumenta la eficiencia del motor de combustión interna. Una combustión más completa de la mezcla conduce a un mejor desempeño ambiental y contribuye a un consumo de combustible más económico.

Sin embargo, la posibilidad de aumentar la relación de compresión está limitada por el riesgo de detonación. En este proceso, la mezcla de aire y combustible no se quema, sino que explota. No se realiza un trabajo útil, pero los pistones, cilindros y partes del mecanismo de manivela experimentan impactos graves que provocan su rápido desgaste. La alta temperatura durante la detonación puede provocar el desgaste de las válvulas y la superficie de trabajo de los pistones. Hasta cierto punto, la gasolina con un octanaje más alto ayuda a hacer frente a la detonación.

En un motor diesel, la detonación también es posible, pero allí es causada por un ajuste de inyección incorrecto, hollín en la superficie interna de los cilindros y otras razones no relacionadas con una mayor relación de compresión.

Es posible forzar la unidad existente aumentando el volumen de trabajo de los cilindros o la relación de compresión. Pero aquí es importante no exagerar y calcular cuidadosamente todo antes de precipitarse en la batalla. Los errores pueden provocar tal desequilibrio en el funcionamiento de la unidad y detonaciones que ni la gasolina de alto octanaje ni el ajuste del tiempo de encendido ayudarán.

Apenas tiene sentido forzar un motor que inicialmente tiene una relación de compresión alta. El costo del esfuerzo y el dinero será bastante grande, y es probable que el aumento de poder sea insignificante.

El objetivo deseado se puede lograr de dos maneras: perforando los cilindros, lo que aumentará el volumen de trabajo del motor de combustión interna, o fresando la superficie inferior (culata).

Cilindro aburrido

El mejor momento para esto es cuando tienes que perforar los cilindros de todos modos.

Antes de realizar esta operación, debe seleccionar los pistones y anillos para el nuevo tamaño. Probablemente no será difícil encontrar piezas para las dimensiones de reparación de este motor de combustión interna, pero esto no dará un aumento notable en el volumen de trabajo y la potencia del motor, ya que la diferencia de tamaño es muy pequeña. Es mejor buscar pistones y anillos de mayor diámetro para otras unidades.

No debe intentar perforar los cilindros usted mismo, ya que esto requiere no solo habilidad, sino también equipo especial.

Finalización de la culata.

Fresar la superficie inferior de la culata reducirá la longitud del cilindro. La cámara de combustión, ubicada parcial o totalmente en la cabeza, se acortará, lo que significa que la relación de compresión aumentará.

Para cálculos aproximados, se puede suponer que la eliminación de una capa de un cuarto de milímetro aumentará la relación de compresión en aproximadamente una décima parte. Un ajuste más fino dará el mismo efecto. También puedes combinar uno con el otro.

No olvide que la finalización de la cabeza requiere un cálculo preciso. Esto evitará una relación de compresión excesiva y una detonación descontrolada.

Forzar un motor de combustión interna de esta manera conlleva otro problema potencial: acortar el cilindro aumenta el riesgo de que los pistones se encuentren con las válvulas.

Entre otras cosas, también será necesario reajustar la sincronización de válvulas.

Medición del volumen de la cámara de combustión

Para calcular la relación de compresión, debe conocer el volumen de la cámara de combustión. La compleja forma interna hace imposible calcular matemáticamente su volumen. Pero hay una manera bastante simple de medirlo. Para hacer esto, el pistón debe colocarse en el punto muerto superior y, con una jeringa con un volumen de aproximadamente 20 cm³, vierta aceite u otro líquido adecuado a través del orificio de la bujía hasta que esté completamente lleno. Cuente cuántos cubos vertió. Este será el volumen de la cámara de combustión.

El volumen de trabajo de un cilindro se determina dividiendo el volumen del motor de combustión interna por el número de cilindros. Conociendo ambos valores, puede calcular la relación de compresión utilizando la fórmula anterior.

Tal operación puede ser necesaria, por ejemplo, para cambiar a gasolina más barata. O necesita retroceder en caso de un forzado del motor fallido. Luego, para volver a sus posiciones originales, se requiere una junta de culata engrosada o una culata nueva. Como opción, use dos espaciadores comunes, entre los cuales se puede colocar un inserto de aluminio. Como resultado, la cámara de combustión aumentará y la relación de compresión disminuirá.

Otra forma es eliminar una capa de metal de la superficie de trabajo de los pistones. Pero dicho método será problemático si la superficie de trabajo (parte inferior) tiene una forma convexa o cóncava. La forma compleja de la corona del pistón se hace a menudo para optimizar el proceso de combustión de la mezcla.

En los ICE de carburador más antiguos, la deformación no causa problemas. Pero el control electrónico de los motores de combustión interna de inyección modernos después de dicho procedimiento puede equivocarse al ajustar el tiempo de encendido, y luego puede ocurrir una detonación cuando se usa gasolina de bajo octanaje.