Puristussuhde: Mikä vaikutus sillä on moottoriin?
Puristussuhde on yksi mäntäpolttomoottorin perusominaisuuksista, joka ilmaisee sylinterin tilavuussuhteen pohjassa olevan männän ja yläkuolokohdan männän välillä.
Puristussuhde on siis sylinterin koko työtilavuuden suhde puristustilan tilavuuteen. Toisin sanoen sylinteriin imetyn seoksen tilavuuden ja sylinteriin puristetun seoksen tilavuuden välinen suhde.
Sisältö
Puristussuhteen laskeminen
Puristussuhteen laskenta eroaa mäntämäntämoottorin ja pyörivän mäntämoottorin osalta.
Puristussuhteen laskeminen moottorille, jossa on suoraviivainen edestakaisen männän liike:
εk = (VK + VZ) : VK
Muuttujien selitys:
- εk – puristussuhde
- VK – puristustila/tilavuus
- VZ – iskutilavuus
Sylinterin mäntä suorittaa edestakaisen liikkeen. Sen liikkeen kauimmaista sijaintia kampiakselista kutsutaan ylemmäksi kuolleeksi pisteeksi ja vähiten kaukaisinta sen liikkeen sijaintia kampiakselista kutsutaan alemmaksi kuolleeksi pisteeksi.
Iskutilavuus: mikä se on ja mikä sen määrää?
Ala- ja yläkuolokohdan välistä tilaa kutsutaan iskutilavuudeksi. Iskun tilavuus riippuu sylinterin reiän halkaisijasta ja männän iskusta. Sylinterissä olevaa tilaa, kun mäntä on yläkuolokohdassa, kutsutaan puristustilaksi.
Puristussuhteen laskeminen pyörivälle mäntämoottorille:
Näissä moottoreissa puristussuhde määritellään työtilan suurimman ja pienimmän tilavuuden suhteeksi männän kierroksen aikana.
εk = V1 : V2
Muuttujien selitys:
- εk – pakkaussuhde
- V1 – työtilan suurin tilavuus
- V2 – työtilan pienin tilavuus
Miten puristussuhde vaikuttaa moottoriin?
Klassisessa mäntäpolttomoottorissa puristussuhde on vakio ja se on aina kompromissi eri ajomuotojen välillä. Jotkut moottorit voivat kuitenkin muuttaa puristussuhdetta tasaisesti kuormituksen mukaan.
Tällainen moottori voi siis toimia suurella puristussuhteella alhaisella kuormituksella ja päinvastoin pienellä puristussuhteella suuren kuormituksen aikana.
Suurilla kuormituksilla on suositeltavaa, että puristussuhde on pieni ja siten estetään räjähdyksiä. Pienillä kuormilla sen tulisi olla korkeampi parhaan mahdollisen moottorin hyötysuhteen saavuttamiseksi. Mitä suurempi puristussuhde on, sitä suurempi on seoksen puristus ennen sytytystä.
Moottorin teho ja vääntömomentti: Kumpi näistä parametreista on tärkeämpi?
Puristussuhde vaikuttaa olennaisesti:
- Polttomoottorin saavutettavissa oleva hyötysuhde ja siten myös teho ja vääntömomentti
- Moottorin päästöt
- Polttoaineen kulutus
Suurennetun puristussuhteen haitat:
- Polttoaineen ennenaikainen itsesyttyminen (räjähdyspoltto) voi tapahtua erityisesti bensiinimoottoreissa
- Moottorin osat kuluvat ajan myötä enemmän kuin pienemmällä puristussuhteella, joten tällainen moottori on varustettava kestävämmillä osilla, jotka ovat paljon kalliimpia (keraamiset ja titaaniset osat)
Puristuspaineen mittaus
Sylinterin puristuspaineiden mittaus on menetelmä, joka antaa tarkat tiedot moottorin kunnosta. Puristuspaine mitataan puristusmittarilla. Ennen puristuspaineen mittaamista moottori lämmitetään käyttölämpötilaan männän ja sylinterin välisten välysten määrittämiseksi.
Moottorin männät: miten ne toimivat?
Puristusmittari ruuvataan sylinterinkanteen sytytystulpan sijaan. Tämän jälkeen moottoria pyöritetään käynnistimellä kaasun ollessa täysin auki (kaasupoljin täysin painettuna). Puristuspaine näkyy puristusmittarin neulassa, joka tallentaa korkeimman saavutetun paineen.
Puristuspaine on suurin saavutettavissa oleva paine moottorin puristustahdin lopussa, kun seos ei vielä pala. Puristuspaineen suuruus riippuu puristussuhteesta, moottorin kierrosluvusta, sylinterien täyttöasteesta ja palotilan tiiviydestä. Kaikki nämä parametrit polttokammion tiiviyttä lukuun ottamatta ovat muuttumattomia ja ne määräytyvät moottorin rakenteen mukaan.
Jos mittauksen aikana havaitaan, että yksi sylintereistä ei saavuta valmistajan ilmoittamaa arvoa, tämä tarkoittaa vuotoa palotilassa. On myös tärkeää, että kaikkien sylinterien puristuspaine on sama.
Mikä aiheuttaa alhaisempia puristuspaineita?
- kulunut tai vaurioitunut männänrengas
- kulunut moottorisylinteri
- vaurioitunut tai murtunut sylinterinkansi
- vaurioitunut tiiviste sylinterinkannen alla
- vaurioitunut venttiili
- vaurioitunut venttiilin jousi
- kulunut venttiilin istukka
Jos palokammiot ovat kunnossa, suurin puristuspaineero yksittäisissä sylintereissä on enintään 1 bar (0,1 MPa). Puristuspaineet vaihtelevat 1,0 - 1,2 MPa bensiinimoottoreilla ja 3,0 - 3,5 MPa dieselmoottoreilla.
Mitkä ovat moottorin puristussuhteen normaalit arvot?
Räjähdyksen (polttoaineen ennenaikainen itsesyttyminen) estämiseksi puristussuhde ei ole suurempi kuin 10:1 bensiinimoottoreissa. Kuitenkin moottorit, joissa on räjähdyspolttoanturi, elektroninen ohjausyksikkö ja muut laitteet, voivat saavuttaa puristussuhteen jopa 14:1.
Moottorin nakuttaminen: mikä se on ja kuinka estää se?
Turboahdetuissa bensiinimoottoreissa puristussuhde on noin 8,5:1, koska osa työaineen puristamisesta tapahtuu turboahtimessa. Dieselmoottoreiden puristussuhde on 20:1 tai jopa korkeampi, koska ne toimivat periaatteella, että ruiskutettu polttoaine syttyy puristuslämmöstä.
Tästä syystä dieselmoottoreiden puristussuhteen on oltava suurempi kuin bensiinimoottoreiden. Moottorin sylinterin paineista aiheutuva kuormitus rajoittaa dieselmoottorin puristussuhdetta.