内燃機関の圧縮比は何ですか

ピストン内燃エンジンの重要な設計特性の XNUMX つは、圧縮比です。 このパラメーターは、内燃エンジンの出力、効率、および燃料消費に影響を与えます。 一方、圧縮の程度が何を意味するのかについて、真の考えを持っている人はほとんどいません。 多くの人は、これは単なる圧縮の同義語だと考えています。 後者は圧縮の度合いと関係がありますが、これらは全く別物です。

用語を理解するには、パワーユニットのシリンダーがどのように配置されているかを理解し、内燃機関の動作原理を理解する必要があります。 可燃性混合気はシリンダー内に噴射され、下死点 (BDC) から上死点 (TDC) に移動するピストンによって圧縮されます。 TDC に近いある時点で圧縮された混合物が発火し、燃え尽きます。 膨張するガスは機械的な仕事を行い、ピストンを反対方向、つまり BDC に押します。 ピストンに接続されたコネクティング ロッドは、クランク シャフトに作用し、クランク シャフトを回転させます。

BDC から TDC までのシリンダーの内壁によって囲まれた空間は、シリンダーの作業容積です。 XNUMX つのシリンダーの排気量の数式は次のとおりです。

Vₐ = πr²s

ここで、r は円柱の内側部分の半径です。

s は、TDC から BDC までの距離 (ピストン ストロークの長さ) です。

ピストンが上死点に達すると、その上にまだスペースがあります。 これが燃焼室です。 シリンダー上部の形状は複雑で、特定の設計に依存します。 したがって、燃焼室の容積 Vₑ を XNUMX つの式で表すことはできません。

明らかに、シリンダーの総容積 Vₒ は、作動容積と燃焼室の容積の合計に等しくなります。

Vₒ = Vₐ+Vₑ

そして、圧縮比は、シリンダーの総容積と燃焼室の容積の比です。

ε = (Vₐ+Vₑ)/Vₑ

この値は無次元であり、実際には、混合気がシリンダーに噴射された瞬間から点火の瞬間までの圧力の相対的な変化を特徴付けます。

この式から、シリンダーの作動容積を増やすか、燃焼室の容積を減らすことで、圧縮比を高めることができることがわかります。

さまざまな内燃エンジンの場合、このパラメーターは異なる場合があり、ユニットのタイプとその設計の機能によって決定されます。 最新のガソリン内燃エンジンの圧縮比は8から12の範囲で、場合によっては最大13 ... 14に達することがあります。 ディーゼルエンジンの場合、それはより高く、14 ... 18に達します。これは、ディーゼル混合物の点火プロセスの特性によるものです。

圧縮に関しては、これはピストンが BDC から TDC に移動するときにシリンダー内で発生する最大圧力です。 圧力の国際 SI 単位はパスカル (Pa/Pa) です。 bar（バー）や大気（at/at）などの単位も広く使われています。 単位比率は次のとおりです。

1 at = 0,98 バー;

1 バー = 100 Pa

圧縮度に加えて、可燃性混合物の組成と内燃機関の技術的状態、特にシリンダー - ピストン グループの部品の摩耗度が圧縮に影響します。

圧縮比が増加すると、ピストンのガス圧が増加します。つまり、最終的に出力が増加し、内燃機関の効率が向上します。 混合気のより完全な燃焼は、環境性能の向上につながり、より経済的な燃料消費に貢献します。

ただし、爆発の危険性があるため、圧縮比を高める可能性は限られています。 この過程で、混合気は燃焼せずに爆発します。 有用な作業は行われませんが、ピストン、シリンダー、およびクランク機構の部品は深刻な影響を受け、急速に摩耗します。 デトネーション中の高温により、バルブやピストンの作動面が焼損する可能性があります。 ある程度、オクタン価の高いガソリンは爆発に対処するのに役立ちます。

ディーゼルエンジンでもデトネーションが発生する可能性がありますが、インジェクション調整の誤り、シリンダー内面の煤など、圧縮比の増加とは関係のないその他の理由でデトネーションが発生することがあります。

シリンダーの作動容積または圧縮比を増加させることにより、既存のユニットを強制することが可能です。 しかし、ここでは無理をせず、真っ逆さまに戦いに突入する前にすべてを慎重に計算することが重要です。 エラーは、ユニットの動作の不均衡や爆発につながる可能性があり、ハイオクガソリンも点火時期の調整も役に立ちません。

最初に圧縮比が高いエンジンを強制してもほとんど意味がありません。 労力とお金のコストは非常に大きくなり、パワーの増加は取るに足らないものになる可能性があります。

望ましい目標は 2 つの方法で達成できます。1 つはシリンダーに穴をあけて内燃エンジンの作動容積を大きくする方法、もう 1 つは下面 (シリンダー ヘッド) をフライス加工することです。

シリンダーボーリング

これに最適な時期は、とにかくシリンダーに穴を開けなければならないときです。

この操作を実行する前に、新しいサイズのピストンとリングを選択する必要があります。 この内燃エンジンの修理寸法の部品を見つけることはおそらく難しくありませんが、サイズの違いが非常に小さいため、エンジンの作業量と出力が著しく増加することはありません。 他のユニット用に、より大きな直径のピストンとリングを探すことをお勧めします。

これにはスキルだけでなく特別な設備も必要なため、自分でシリンダーに穴を開けようとしないでください。

シリンダーヘッドの完成

シリンダーヘッドの底面をフライス加工すると、シリンダーの長さが短くなります。 部分的または完全にヘッド内にある燃焼室が短くなり、圧縮比が高くなります。

おおよその計算では、XNUMX/XNUMX mm の層を除去すると、圧縮率が約 XNUMX 分の XNUMX になると想定できます。 より細かく設定すると、同じ効果が得られます。 XNUMX つを他のものと組み合わせることもできます。

頭のファイナライズには正確な計算が必要であることを忘れないでください。 これにより、過度の圧縮比と制御不能な爆発を回避できます。

このように内燃エンジンを強制すると、別の潜在的な問題が発生します。シリンダーを短くすると、ピストンがバルブに接触するリスクが高まります。

とりわけ、バルブタイミングの再調整も必要になります。

燃焼室容積測定

圧縮比を計算するには、燃焼室の容積を知る必要があります。 複雑な内部形状により、その体積を数学的に計算することは不可能です。 しかし、それを測定するかなり簡単な方法があります。 これを行うには、ピストンを上死点に設定し、約 20 cm³ の容量の注射器を使用して、オイルまたは別の適切な液体を点火プラグの穴から完全に満たされるまで注ぎます。 注いだ立方体の数を数えます。 これが燃焼室の容積になります。

XNUMXつのシリンダーの作動容積は、内燃機関の容積をシリンダーの数で割ることによって決定されます。 両方の値がわかれば、上記の式を使用して圧縮率を計算できます。

このような操作は、たとえば、より安価なガソリンに切り替えるために必要になる場合があります。 または、エンジンの強制が失敗した場合にロールバックする必要があります。 その後、元の位置に戻すには、シリンダーヘッドガスケットを厚くするか、新しいヘッドが必要です。 オプションとして、XNUMX つの通常のスペーサーを使用し、その間にアルミニウム製インサートを配置できます。 その結果、燃焼室が大きくなり、圧縮比が低下します。

別の方法は、ピストンの作動面から金属の層を取り除くことです。 しかし、作業面（底面）が凸状または凹状の場合、このような方法は問題になります。 ピストンクラウンの複雑な形状は、混合気の燃焼プロセスを最適化するためにしばしば作られます。

古いキャブレター ICE では、デフォーシングは問題を引き起こしません。 しかし、このような手順の後の最新の噴射内燃エンジンの電子制御は、点火時期の調整を間違える可能性があり、低オクタン価ガソリンを使用するとデトネーションが発生する可能性があります。