Taxa de compressão

Relação de compressão estática é determinado usando o volume do cilindro quando o pistão está na parte superior e inferior de sua viagem.

A taxa de compressão é a relação entre o volume do cilindro e a câmara de combustão em um motor de combustão interna em seus valores máximo e mínimo.

Especificação fundamental para tais motores, é medida de duas formas: a taxa de compressão estática, calculada com base nos volumes relativos da câmara de combustão e do cilindro quando o pistão está no fundo de sua curso e o volume da câmara de combustão quando o pistão está no topo de seu curso.

A taxa de compressão dinâmica é um cálculo mais avançado que também leva em consideração os gases que entram e saem do cilindro durante a fase de compressão.

Efeito e proporções típicas

Uma alta taxa de compressão é desejável porque permite que um motor extraia mais energia mecânica de uma determinada massa de mistura ar-combustível devido à sua maior eficiência térmica. Isso ocorre porque os motores de combustão interna são motores térmicos e as taxas de compressão mais altas permitem que a mesma temperatura de combustão seja alcançada com menos combustível, ao mesmo tempo em que proporciona um ciclo de expansão mais longo, gerando mais potência mecânica e diminuindo a temperatura de exaustão.

Motores a gasolina

Nos motores a gasolina (gasolina) usados em automóveis de passageiros nos últimos 20 anos, as taxas de compressão têm estado tipicamente entre 8:1 e 12:1. Vários motores de produção usaram taxas de compressão mais altas, incluindo:

• Carros construídos a partir de 1955-1972 que foram projetados para gasolina com chumbo de alto octano, o que permitiu taxas de compressão até 13:1.
• Alguns motores Mazda SkyActiv lançados desde 2012 têm razões de compressão até 16:1. O motor SkyActiv alcança esta relação de compressão com gasolina sem chumbo comum (95 RON no Reino Unido) através de melhor limpeza de gases de escape (que garante a temperatura do cilindro é o mais baixo possível antes do curso de admissão), além de injeção direta.
• Toyota dinâmica Motor de força tem uma relação de compressão até 14:1.
• A Ferrari 2014 458 Speciale também tem uma relação de compressão de 14:1.

Quando a indução forçada (por exemplo, um turbocompressor ou supercompressor) é usada, a taxa de compressão geralmente é menor do que nos motores naturalmente aspirados. Isso ocorre porque o turbocompressor/supercompressor já comprimiu o ar antes de entrar nos cilindros. Os motores que usam injeção de combustível na porta normalmente operam com pressões de reforço e/ou taxas de compressão mais baixas do que os motores com injeção direta, porque a injeção de combustível na porta faz com que a mistura ar/combustível seja aquecida em conjunto, levando à detonação. Por outro lado, os motores com injeção direta podem funcionar com maior impulso porque o ar aquecido não detonará sem a presença de combustível.

Taxas de compressão mais altas podem tornar os motores a gasolina (gasolina) sujeitos a batidas do motor (também conhecidas como "detonação", "pré-ignição" ou "ping") se for usado combustível com menor octanagem. Isso pode reduzir a eficiência ou danificar o motor se os sensores de detonação não estiverem presentes para modificar o tempo de ignição.

Motores a diesel

Os motores a diesel usam taxas de compressão mais altas do que os motores a gasolina, porque a falta de uma vela de ignição significa que a taxa de compressão deve aumentar a temperatura do ar no cilindro o suficiente para inflamar o diesel usando ignição por compressão. As taxas de compressão geralmente estão entre 14:1 e 23:1 para motores diesel de injeção direta e entre 18:1 e 23:1 para motores diesel de injeção indireta.

Na extremidade inferior de 14:1, as emissões de NOx são reduzidas ao custo de partida a frio mais difícil. O Skyactiv-D da Mazda, o primeiro motor comercial de 2013, usou injetores de combustível adaptativos, entre outras técnicas, para facilitar a partida a frio.

Outros combustíveis

A taxa de compressão pode ser maior em motores que funcionam exclusivamente com gás liquefeito de petróleo (GLP ou "propano autogás") ou gás natural comprimido, devido à maior octanagem desses combustíveis.

Os motores a querosene normalmente usam uma taxa de compressão de 6,5 ou inferior. A versão do motor a gasolina-parafina do trator Ferguson TE20 tinha uma taxa de compressão de 4,5:1 para operação em trator que vaporiza óleo com uma octanagem entre 55 e 70.

Motores de automobilismo

Os motores de automobilismo geralmente funcionam com gasolina de alta octanagem e, portanto, podem usar taxas de compressão mais altas. Por exemplo, os motores de corrida de motocicleta podem usar taxas de compressão tão altas quanto 14,7:1, e é comum encontrar motocicletas com taxas de compressão acima de 12,0:1 projetadas para combustível de 86 ou 87 octanas.

Etanol e metanol podem ter taxas de compressão significativamente mais altas do que a gasolina. Motores de corrida que queimam metanol e etanol geralmente têm uma taxa de compressão de 14:1 a 16:1.

Fórmula matemática

Em um motor de pistão, a relação de compressão estática (CRNão. CR) é a razão entre o volume do cilindro e da câmara de combustão quando o pistão está na parte inferior do seu curso, e o volume da câmara de combustão quando o pistão está no topo do seu curso. É, portanto, calculado pela fórmula

CR= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =VD+VcVcNão. Não. {V_{d}+V_{c}}{V_{c}}}}}}}}

Onde:

VDNão. V_{d}} = volume de deslocamento. Este é o volume dentro do cilindro deslocado pelo pistão desde o início do curso de compressão até o final do curso.

VcNão. V_{c}} = volume de folga. Este é o volume do espaço no cilindro deixado no final do curso de compressão.

VDNão. V_{d}} pode ser estimado pela fórmula do volume do cilindro

VD= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =D D 4b)2SNão. V_{d}={tfrac {pi }{4}}b^{2}

Onde:

b)Não. = furo do cilindro (diâmetro)

SNão. = comprimento do curso de pistão

Devido à forma complexa de VcNão. V_{c}} geralmente é medido diretamente. Isso é feito frequentemente pelo enchimento do cilindro com líquido e, em seguida, medindo o volume do líquido usado.

Mecanismos de taxa de compressão variável

A maioria dos motores usa uma taxa de compressão fixa, no entanto, um motor de taxa de compressão variável é capaz de ajustar a taxa de compressão enquanto o motor está em operação. O primeiro motor de produção com taxa de compressão variável foi introduzido em 2019.

Taxa de compressão variável é uma tecnologia para ajustar a taxa de compressão de um motor de combustão interna enquanto o motor está em operação. Isso é feito para aumentar a eficiência do combustível sob cargas variáveis. Os motores de compressão variável permitem que o volume acima do pistão no ponto morto superior seja alterado.

Cargas mais altas requerem proporções mais baixas para aumentar a potência, enquanto cargas mais baixas precisam de proporções mais altas para aumentar a eficiência, ou seja, para reduzir o consumo de combustível. Para uso automotivo, isso precisa ser feito quando o motor estiver funcionando em resposta à carga e às demandas de direção.

O 2019 Infiniti QX50 é o primeiro carro disponível comercialmente que usa um motor de taxa de compressão variável.

Taxa de compressão dinâmica

A taxa de compressão estática discutida acima - calculada apenas com base nos volumes do cilindro e da câmara de combustão - não leva em consideração quaisquer gases que entram ou saem do cilindro durante a fase de compressão. Na maioria dos motores automotivos, o fechamento da válvula de admissão (que veda o cilindro) ocorre durante a fase de compressão (ou seja, após o ponto morto inferior, BDC), o que pode fazer com que alguns dos gases sejam empurrados de volta pela válvula de admissão. Por outro lado, o ajuste e a limpeza da porta de admissão podem fazer com que uma quantidade maior de gás fique presa no cilindro do que o volume estático sugeriria. A taxa de compressão dinâmica é responsável por esses fatores.

A taxa de compressão dinâmica é maior com um tempo de comando de válvulas de admissão mais conservador (ou seja, logo após o BDC) e menor com um tempo de comando de válvulas de admissão mais radical (ou seja, mais tarde após o BDC). Independentemente disso, a taxa de compactação dinâmica é sempre menor que a taxa de compactação estática.

A pressão absoluta do cilindro é usada para calcular a taxa de compressão dinâmica, usando a seguinte fórmula:

Pcilindro do cilindro do cilindro do cilindro do cilindro= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =Patmosférico× × CRγ γ Não. P_{text{cylinder}}=P_{text{aosphere}}times {text{CR}}^{gamma)

Onde? γ γ - Sim. é um valor politrópico para a proporção de calores específicos para as gases de combustão nas temperaturas presentes (isso compensa o aumento de temperatura causado pela compressão, bem como o calor perdido para o cilindro)

Em condições ideais (adiabáticas), a proporção de calores específicos seria de 1,4, mas um valor menor, geralmente entre 1,2 e 1,3 é usado, pois a quantidade de calor perdido varia entre os motores com base no projeto, tamanho e materiais usados. Por exemplo, se a taxa de compressão estática for 10:1 e a taxa de compressão dinâmica for 7,5:1, um valor útil para a pressão do cilindro seria 7,5^1,3 × pressão atmosférica ou 13,7 bar (relativo a pressão atmosférica).

As duas correções para taxa de compressão dinâmica afetam a pressão do cilindro em direções opostas, mas não em força igual. Um motor com alta taxa de compressão estática e fechamento tardio da válvula de admissão terá uma taxa de compressão dinâmica semelhante a um motor com compressão mais baixa, mas fechamento anterior da válvula de admissão.