Quel est le taux de compression d'un moteur à combustion interne
L'une des caractéristiques de conception importantes d'un moteur à combustion interne à piston est le taux de compression. Ce paramètre affecte la puissance du moteur à combustion interne, son efficacité, ainsi que la consommation de carburant. Pendant ce temps, peu de gens ont une véritable idée de ce que l'on entend par degré de compression. Beaucoup de gens pensent que ce n'est qu'un synonyme de compression. Bien que ce dernier soit lié au degré de compression, ce sont des choses complètement différentes.
Pour comprendre la terminologie, vous devez comprendre comment le cylindre de l'unité motrice est disposé et comprendre le principe de fonctionnement du moteur à combustion interne. Le mélange combustible est injecté dans les cylindres, puis il est comprimé par un piston se déplaçant du point mort bas (PMB) au point mort haut (PMH). Le mélange comprimé à un certain point près du TDC s'enflamme et brûle. Le gaz en expansion effectue un travail mécanique, poussant le piston dans la direction opposée - au BDC. Reliée au piston, la bielle agit sur le vilebrequin en le faisant tourner.
L'espace délimité par les parois intérieures du cylindre du PMB au PMH est le volume de travail du cylindre. La formule mathématique du déplacement d'un cylindre est la suivante :
Vₐ = πr²s
où r est le rayon de la section intérieure du cylindre ;
s est la distance entre le PMH et le PMB (longueur de la course du piston).
Lorsque le piston atteint le PMH, il reste encore un peu d'espace au-dessus. C'est la chambre de combustion. La forme de la partie supérieure du cylindre est complexe et dépend de la conception spécifique. Par conséquent, il est impossible d'exprimer le volume Vₑ de la chambre de combustion avec une seule formule.
Évidemment, le volume total du cylindre Vₒ est égal à la somme du volume utile et du volume de la chambre de combustion :
Vₒ = Vₐ+Vₑ
Et le taux de compression est le rapport du volume total du cylindre au volume de la chambre de combustion :
ε = (Vₐ+Vₑ)/Vₑ
Cette valeur est sans dimension, et en fait elle caractérise l'évolution relative de la pression depuis le moment où le mélange est injecté dans le cylindre jusqu'au moment de l'allumage.
Il ressort de la formule qu'il est possible d'augmenter le taux de compression soit en augmentant le volume utile du cylindre, soit en réduisant le volume de la chambre de combustion.
Pour divers moteurs à combustion interne, ce paramètre peut différer et être déterminé par le type d'unité et les caractéristiques de sa conception. Le taux de compression des moteurs à combustion interne à essence modernes est compris entre 8 et 12, dans certains cas, il peut atteindre jusqu'à 13 ... 14. Pour les moteurs diesel, il est plus élevé et atteint 14 ... 18, cela est dû aux particularités du processus d'allumage du mélange diesel.
Et en ce qui concerne la compression, il s'agit de la pression maximale qui se produit dans le cylindre lorsque le piston passe du PMB au PMH. L'unité SI internationale de pression est le pascal (Pa/Pa). Les unités de mesure telles que le bar (bar) et l'atmosphère (at / at) sont également largement utilisées. Le rapport unitaire est :
1 à = 0,98 bar ;
1 bar = 100 000 Pa
Outre le degré de compression, la composition du mélange combustible et l'état technique du moteur à combustion interne, en particulier le degré d'usure des pièces du groupe cylindre-piston, affectent la compression.
Avec une augmentation du taux de compression, la pression des gaz sur le piston augmente, ce qui signifie qu'en fin de compte, la puissance augmente et le rendement du moteur à combustion interne augmente. Une combustion plus complète du mélange améliore les performances environnementales et contribue à une consommation de carburant plus économique.
Cependant, la possibilité d'augmenter le taux de compression est limitée par le risque de détonation. Dans ce processus, le mélange air-carburant ne brûle pas, mais explose. Le travail utile n'est pas fait, mais les pistons, les cylindres et les pièces du mécanisme à manivelle subissent de graves chocs, entraînant leur usure rapide. La température élevée pendant la détonation peut provoquer l'épuisement des soupapes et de la surface de travail des pistons. Dans une certaine mesure, l'essence avec un indice d'octane plus élevé aide à faire face à la détonation.
Dans un moteur diesel, la détonation est également possible, mais là, elle est causée par un réglage incorrect de l'injection, de la suie sur la surface intérieure des cylindres et d'autres raisons non liées à un taux de compression accru.
Il est possible de forcer l'ensemble existant en augmentant le volume utile des cylindres ou le taux de compression. Mais ici, il est important de ne pas en faire trop et de tout calculer soigneusement avant de se précipiter tête baissée dans la bataille. Des erreurs peuvent entraîner un tel déséquilibre dans le fonctionnement de l'unité et des détonations que ni l'essence à indice d'octane élevé ni le réglage du calage de l'allumage ne seront utiles.
Il ne sert à rien de forcer un moteur qui a initialement un taux de compression élevé. Le coût de l'effort et de l'argent sera assez important et l'augmentation de puissance sera probablement insignifiante.
L'objectif souhaité peut être atteint de deux manières - en alésant les cylindres, ce qui augmentera le volume de travail du moteur à combustion interne, ou en fraisant la surface inférieure (culasse).
Alésage de cylindre
Le meilleur moment pour cela est quand vous devez percer les cylindres de toute façon.
Avant d'effectuer cette opération, vous devez sélectionner les pistons et les segments pour la nouvelle taille. Il ne sera probablement pas difficile de trouver des pièces pour les dimensions de réparation de ce moteur à combustion interne, mais cela n'augmentera pas sensiblement le volume de travail et la puissance du moteur, car la différence de taille est très faible. Il est préférable de rechercher des pistons et des segments de plus grand diamètre pour les autres unités.
Vous ne devez pas essayer d'aléser les cylindres vous-même, car cela nécessite non seulement des compétences, mais également un équipement spécial.
Finalisation de la culasse
Le fraisage de la surface inférieure de la culasse réduira la longueur du cylindre. La chambre de combustion, partiellement ou totalement située dans la tête, va devenir plus courte, ce qui signifie que le taux de compression va augmenter.
Pour des calculs approximatifs, on peut supposer que la suppression d'une couche d'un quart de millimètre augmentera le taux de compression d'environ un dixième. Un réglage plus fin donnera le même effet. Vous pouvez également combiner l'un avec l'autre.
N'oubliez pas que la finalisation de la tête nécessite un calcul précis. Cela évitera un taux de compression excessif et une détonation incontrôlée.
Forcer un moteur à combustion interne de cette manière est lourd d'un autre problème potentiel - raccourcir le cylindre augmente le risque que les pistons rencontrent les soupapes.
Entre autres choses, il sera également nécessaire de réajuster le calage des soupapes.
Mesure du volume de la chambre de combustion
Pour calculer le taux de compression, vous devez connaître le volume de la chambre de combustion. La forme interne complexe rend impossible le calcul mathématique de son volume. Mais il existe un moyen assez simple de le mesurer. Pour ce faire, le piston doit être réglé au point mort haut et, à l'aide d'une seringue d'un volume d'environ 20 cm³, verser de l'huile ou un autre liquide approprié par le trou de la bougie jusqu'à ce qu'il soit complètement rempli. Comptez le nombre de cubes que vous avez versés. Ce sera le volume de la chambre de combustion.
Le volume de travail d'un cylindre est déterminé en divisant le volume du moteur à combustion interne par le nombre de cylindres. Connaissant les deux valeurs, vous pouvez calculer le taux de compression en utilisant la formule ci-dessus.
Une telle opération peut être nécessaire, par exemple, pour passer à une essence moins chère. Ou vous devez revenir en arrière en cas d'échec du forçage du moteur. Ensuite, pour revenir à leurs positions d'origine, un joint de culasse épaissi ou une nouvelle culasse est nécessaire. En option, utilisez deux entretoises ordinaires, entre lesquelles un insert en aluminium peut être placé. En conséquence, la chambre de combustion augmentera et le taux de compression diminuera.
Une autre façon consiste à retirer une couche de métal de la surface de travail des pistons. Mais une telle méthode sera problématique si la surface de travail (en bas) a une forme convexe ou concave. La forme complexe de la tête de piston est souvent réalisée pour optimiser le processus de combustion du mélange.
Sur les ICE de carburateur plus anciens, le déforçage ne pose pas de problèmes. Mais le contrôle électronique des moteurs à combustion interne à injection modernes après une telle procédure peut se tromper dans le réglage du calage de l'allumage, puis une détonation peut se produire lors de l'utilisation d'essence à faible indice d'octane.
