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Rapporto di compressione: che effetto ha sul motore?

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Tradotto con l'aiuto dell'intelligenza artificiale dal nostro articolo originale (fonte: autoride.io)

Il rapporto di compressione è una delle caratteristiche fondamentali di un motore a combustione a pistoni, che indica il rapporto di volume del cilindro tra il pistone in basso e il pistone nel punto morto superiore.

Il rapporto di compressione è quindi il rapporto tra l'intero volume di lavoro del cilindro e il volume dello spazio di compressione. In altre parole, il rapporto tra il volume della miscela aspirata nel cilindro e il volume della miscela compressa nel cilindro.

Sommario

Calcolo del rapporto di compressione

Il calcolo del rapporto di compressione differisce per un motore a pistoni alternativi e un motore a pistoni rotanti.

Calcolo del rapporto di compressione per un motore con movimento rettilineo alternativo del pistone:

εk = (VK + VZ) : VK

Spiegazione delle variabili:

  • εk – rapporto di compressione
  • VK – spazio/volume di compressione
  • VZ – volume corsa

Il pistone nel cilindro esegue il movimento alternativo. Mentre la posizione più lontana del suo movimento dall'albero motore è chiamata punto morto superiore, e la posizione meno lontana del suo movimento dall'albero motore è chiamata punto morto inferiore.

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Lo spazio tra il punto morto inferiore e superiore è chiamato volume sistolico. Il volume della corsa dipende dal diametro dell'alesaggio del cilindro e dalla corsa del pistone. Lo spazio nel cilindro quando il pistone si trova nel punto morto superiore è chiamato spazio di compressione.

Calcolo del rapporto di compressione per un motore a pistoni rotanti:

In questi motori, il rapporto di compressione è definito come il rapporto tra il volume più grande e quello più piccolo dello spazio di lavoro durante la rotazione del pistone.

εk = V1 : V2

Spiegazione delle variabili:

  • εk – rapporto di compressione
  • V1 - il volume più grande dell'area di lavoro
  • V2 - il volume più piccolo dell'area di lavoro

In che modo il rapporto di compressione influisce sul motore?

In un classico motore a combustione a pistoni, il rapporto di compressione è costante ed è sempre un compromesso tra diverse modalità di guida. Tuttavia, alcuni motori possono modificare agevolmente il rapporto di compressione in base al carico.

Un tale motore può quindi funzionare con un rapporto di compressione elevato a basso carico e, viceversa, con un rapporto di compressione basso a carico elevato.

A carichi elevati, è consigliabile che il rapporto di compressione sia basso e quindi evitare detonazioni. A bassi carichi, dovrebbe essere più alto per la migliore efficienza del motore possibile. Maggiore è il rapporto di compressione, maggiore è la compressione della miscela prima dell'accensione.

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Il rapporto di compressione influenza fondamentalmente:

  • L'efficienza ottenibile del motore a combustione interna e quindi anche la sua potenza e coppia
  • Emissioni del motore
  • Consumo di carburante

Svantaggi di un aumento del rapporto di compressione:

  • Può verificarsi un'autoaccensione prematura del carburante (combustione per detonazione), specialmente all'interno dei motori a benzina
  • Le parti del motore si usurano maggiormente nel tempo rispetto a un rapporto di compressione inferiore, quindi un tale motore deve essere dotato di parti più durevoli, che sono molto più costoso (parti in ceramica e titanio)

Misurazione della pressione di compressione

La misurazione delle pressioni di compressione dei cilindri è un metodo che fornisce informazioni accurate sulle condizioni del motore. La pressione di compressione viene misurata utilizzando un misuratore di compressione. Prima di misurare la pressione di compressione, il motore viene riscaldato alla temperatura di esercizio per definire i giochi tra il pistone e il cilindro.

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Il misuratore di compressione è avvitato nella testata al posto della candela. Successivamente, il motore viene portato su di giri utilizzando lo starter mentre la gas è completamente aperta (pedale dell'acceleratore completamente premuto). La pressione di compressione è indicata sull'ago del misuratore di compressione, che registra la pressione massima raggiunta.

La pressione di compressione è la pressione massima raggiungibile al termine della fase di compressione del motore quando la miscela non è ancora in combustione. L'entità della pressione di compressione dipende dal rapporto di compressione, dal regime del motore, dal grado di riempimento dei cilindri e dalla tenuta della camera di combustione. Tutti questi parametri, ad eccezione della tenuta della camera di combustione, sono invariati e sono determinati dalla progettazione del motore.

Se durante la misurazione si riscontra che uno dei cilindri non raggiunge il valore specificato dal produttore, ciò indica una perdita nella camera di combustione. È inoltre fondamentale che la pressione di compressione di tutti i cilindri sia la stessa.

Cosa causa pressioni di compressione inferiori?

  • fasce elastiche usurate o danneggiate
  • cilindro motore usurato
  • testata danneggiata o incrinata
  • guarnizione danneggiata sotto la testata
  • valvola danneggiata
  • molla valvola danneggiata
  • sede valvola usurata

Se le camere di combustione sono in ordine, la differenza massima delle pressioni di compressione sui singoli cilindri è fino a 1 bar (0,1 MPa). Le pressioni di compressione vanno da 1,0 a 1,2 MPa per i motori a benzina e da 3,0 a 3,5 MPa per i motori diesel.

Quali sono i valori normali per il rapporto di compressione di un motore?

Per evitare la detonazione (autoaccensione prematura del carburante), il rapporto di compressione non è superiore a 10:1 per i motori a benzina. Tuttavia, i motori con un sensore di combustione a detonazione, un'unità di controllo elettronica e altri dispositivi possono raggiungere un rapporto di compressione fino a 14:1.

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Nei motori a benzina turbocompressi, il rapporto di compressione è di circa 8,5:1 perché parte della compressione della sostanza di lavoro avviene nel turbocompressore. I motori diesel hanno un rapporto di compressione di 20:1 o anche superiore perché funzionano secondo il principio che il carburante iniettato si accende dal calore della compressione.

Questo è il motivo per cui il rapporto di compressione dei motori diesel deve essere superiore a quello dei motori a benzina. Il carico delle pressioni nel cilindro del motore limita il rapporto di compressione del motore diesel.

Video di Jason da Engineering Explained che spiega il rapporto di compressione: