Tỉ số nén là gì?

Tỉ lệ nén của động cơ đốt trong là thể tích bên trên pit-tông và đáy của buồng đốt (Bottom dead centre – “BDC”) đã được chia ra bởi thể tích của buồng đốt, khoảng không bên trên-pít tông (Top dead centre – ” TDC”). Vìhình dạng phức tạp của buồng đốt, thông thường bạn có thể tính toán khối lượng chất lỏng có thể được giữ lại, nó có nghĩa là tháo đầu xy-lanh ra và sau đó tới buồng đốt.

Thể tích lớn nhất được đo khi pittông ở vị trí thấp nhất trong xylanh và là thời điểm cuối của chu kỳ hút. Thể tích nhỏ nhật được đo khi pittông ở vị trí cao nhất trong xylanh và là thời điểm cuối của chu kỳ nén.

Ví dụ: Thể tích buồng đốt lớn nhất là 1000cc và nhỏ nhất là 100cc ta sẽ có: Tỉ số nén là 1000 : 100 hoặc rút gọn tỉ số là 10 : 1

Ta có công thức sau:

(Stroke * (Bore/2)² * π + Vc) / Vc  hoặc (Stroke * bore² * (π/4) + Vc ) /Vc

– Stroke (hành trình dên): là khoảng cách giữa hành trình của pít-tông từ BDC đến TDC được đo lường bằng cm.
– Bore (đường kính buồng đốt): là đường kính của xy-lanh, chia cho 2 để có được bán kính đo bằng cm và π (Pi), tỷ số toán học của chu vi hình tròn và đường kính của nó, thường là 3.14 tới 2 số thập phân, Vc là thể tích buồng đốt hay được biết như là khối lượng giải phóng khoảng không bên trên pít-tông tại TDC được đo bằng cc (cubic centimetres – phân khối)

VD:

Dựa vào thể tích buồng đốt là 18cc tỉ lệ nhiên liệu cháy, Stroke: 7cm và Bore: 6cm thì tỉ số nén sẽ là 12:1

(7cm * (6cm/2)² * 3.14 + 18cc) / 18cc = (7cm * 9 * 3.14) + 18cc) / 18cc = (197.82cc + 18cc) / 18cc = 215.82cc / 18cc = 11.99 = 12

Nếu bạn đo bore va stroke ở đơn vị mm thì chuyển đổi các con số này sang cm hay chuyển đổi Vc thành mm³

Tỉ lệ nén cao là năng lượng được phát ra và một tia lửa mạnh đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu.Điều này củng có nghĩa là sự đánh lửa trước có thể xảy ra ở  độ nén cao đó là tại sao động cơ có tỉ lệ nén cao sẽ sử dụng nhiên liệu có độ óctan cao – chỉ số óctan là thước đo của một đơn vị khả năng đốt nhiên liệu trong khi chống lại sự đánh lửa trước (pre-ignition).

Giá trị đặc trưng cho tỉ lệ nén trên động cơ xăng dầu trung bình thường không nhiều hơn 10:1. Sự tính toán bên trên  không tính tới sự tổn thất qua van nạp vào mà vẩn mở ngay sau khi BDC và thường xảy ra ở tốc độ thấp, sự tính toán này được biết như là tỉ lệ nén động. Tỉ lệ nén động  thường luôn thấp hơn mô hình tĩnh được tính bên trên và thời gian quay của máy, sự giản nỡ nhiệt và tốc độ của pít-tông, nhưng thường thì bạn chỉ cần tính toán điều này với các động cơ xe đua có hiệu suất cao.

Bạn có thể tăng thêm một chút tỉ lệ nén bằng cách sử dụng ron xy-lanh mỏng hơn và  gia công cơ khí phần thân xy-lanh giảm đi chiều cao khi đó sẽ tăng tỉ lệ nén tối thiểu. Ngoài ra thời gian chu kỳ hoạt động của van chồng lập lên nhau sẽ có một hiệu ứng trên sự nén – xe đua với tỉ lệ chồng chéo chu kỳ van mức cao th ì không hoạt động ở mức độ thấp do tỉ lệ nén thấp nhưng động cơ ở tốc độ cao sẽ nén tốt hơn với sự chồng chéo nhỏ hơn.

Động cơ cần sức nén cao để tạo áp suất cần thiết cung cấp sức mạnh đủ để quay trục tạ dên, nếu bạc pít-tông, van hoặc ron xy-lanh bị hư hỏng thì động cơ sẽ không có đủ năng lực để cung cấp áp suất yêu cầu – Điển hình khi động cơ khởi động thì khó khởi động, chạy rổ đai khó, và bị nổ lụp bụp.

Tỉ số nén càng cao thì độ sinh công của động cơ càng lớn và ngược lại do đó các kĩ sư động cơ thời kỳ sơ khai luôn muốn tăng tỉ số nén cao. Tuy nhiên, tỉ số nén cao đồng nghĩa với việc tiêu hao nhiên liệu nhiều, nhiệt độ động cơ tăng cao và lực đẩy quá nhiều làm phá vỡ cấu trúc gây hư hỏng động cơ. Biểu hiện là những tiếng kêu “lộc cộc” khi động cơ vận hành. Để đảm bảo động cơ hoạt động ổn định người ta đã đưa ra qui ước tỉ số nén không vượt quá 10 : 1 và không thấp hơn 6 : 1.

Tại sao các các loại động cơ xăng có tỉ số nén cao hơn 10 : 1?

Cùng với sự phát triển của động cơ người ta cũng phát triển kĩ thuật chế tạo nhiên liệu với mục đích duy nhất là nâng cao năng suất của động cơ bằng cách thiết kết tăng tỉ số nén nhưng vẫn bảo đảm động cơ hoạt động bền bỉ bằng cách tạo ra loại nhiên liệu có khả năng chống kích nổ cao.

Loại nhiên liệu có chỉ số octan cao sẽ thích hợp hơn với các loại động cơ có tỉ số nén cao.

Xem thêm:
1- Nguyên nhân sự kích nổ
2- Hai chỉ số octan: RON và MON