Tady je to, Co Se Kompresní Poměr‘ Vlastně Znamená A Proč je To důležité

už Jste slyšeli pojem kompresní poměr dříve, ale přemýšleli jste někdy, co přesně to znamená? No, je čas přesně vysvětlit, co je kompresní poměr, a proč je každá automobilka nyní posedlá tím, jako by to byl svatý grál.

kompresní poměr je sice složitější, než se zdá na první pohled. Nepomáhá to, že je to jeden z těch termínů, které slyšíte házet kolem na setkání s auty a v tiskových zprávách bez vážného vysvětlení. Je to jedna z těch věcí, které většinou předstírat, že chápu, když se snaží udělat dojem, že hrazdě jste se setkali v cirkuse minulý víkend.

víme, že vysoká komprese je dobrá a že nízká komprese je špatná. Víme, že nový motor Mazdy Skyactiv-X „Holy Grail“ je vysoce kompresní, spolu s řadou Infiniti „diesel slayer“ a Toyota „Dynamic Force“, které propagují více energie spolu s vyšší účinností.

žijeme v době, kde inženýři prostě nemůžu dát motor větší výkon, tím je větší. Změna kompresního poměru motoru se stává tím, jak se to dělá.

(mimochodem, pokud jste čtení tohoto a frkání, protože ty už víš, co kompresní poměr, dobré pro vás! Ne všichni ostatní.)

Co Určuje Kompresní Poměr Je Super Jednoduché

kompresní poměr je přesně to, co zní jako—poměr, kde jste kompresí maximální válců objem do minimální objem válců. To je objem válce, když je píst úplně dolů ve srovnání s celou cestou nahoru. Je to napsáno a řečeno jako poměr. Například pro motor s kompresním poměrem 9:1 byste řekli, že je to “ devět ku jedné.“

nyní si představte válec v hlavě. Píst se pohybuje nahoru a dolů uvnitř tohoto válce. Když je píst v nejnižším bodě, nazývá se to dolní úvrati. Tam je největší objem válce. Když je píst v nejvyšším bodě ve válci, nazývá se to horní úvrati, a tam je objem válce nejmenší. Srovnání těchto dvou svazků je místo, odkud pochází váš poměr.

Pokud jste vizuální studenta, jako jsem já, bude se vám tento GIF jsem dělal ukazuje, jak čtyři-motor mrtvice funguje. Vidíte, jak se píst pohybuje nahoru během tohoto kompresního zdvihu? To je veškerý vzduch a palivo, které se stlačují ve válci. Pokud motor má vysoký kompresní poměr, to znamená, že daný objem vzduchu a paliva ve válci je vymačkaný do mnohem menšího prostoru, než motor s nižším kompresním poměrem.

A teď příklad s jednoduchým matematika, můj oblíbený druh.

předstírejte, že máte motor, jehož objem válce a spalovací komory je 10 ccm, když je píst ve spodní úvrati. Poté, co se sací ventil uzavře a píst stoupá během kompresního zdvihu, vytlačuje směs vzduchu a paliva do prostoru jednoho kubického centimetru. Tento motor má kompresní poměr 10: 1.

to je ono! To je kompresní poměr. Celkový zametaný objem plus stlačený objem (včetně objemu hlavy válců a všeho výše, kde píst „zametá“) do samotného stlačeného objemu.

Proč je To Lepší, Je Komplikované

Ale pochopení toho, co kompresní poměr je méně důležité, než pochopení toho, proč jsme se starat o to, nebo proč vysoká komprese je takové aspirace.

nejlepší vysvětlení, které jsem dostal v tomto pochází z mého spolupracovníka a inženýr David Tracy, která pak natáhl do jiných inženýrů a profesorů pro pomoc. Nejlepší odpověď z nich přišla od Dr. Andy Randolph, technický ředitel ECR Engines. Dělá powertrain research pro NASCAR, a jeho vysvětlení je jasné:

Z laiků perspektivy, výkon motoru je generován při spalování působí síla na píst a tlačí píst dolů válce během expanzního zdvihu.

čím vyšší je píst v otvoru při zahájení spalování, tím větší síla bude vyvíjena.

Jako kompresní poměr zvyšuje, píst se pohybuje vyšší v otvoru v horní úvrati, proto je zde další síly pro expanzní zdvih (další síly pro stejné množství paliva se rovná vyšší účinnost).

Nyní, měli bychom pochopit, více o tom proč, kromě, jak, a to znamená, že budeme muset pustit do oblasti termodynamiky.

základním bodem toho všeho je, že vyšší kompresní poměr znamená, že motor získává více práce ze stejného množství paliva. To je dobré pro energii a také míle na galon.

vysvětlit, proč vyšší kompresní poměr vede k vyšší účinnosti, nebudeme ponořit příliš hluboko do termodynamiky, ale co, pojďme stačí ponořit naše tippy prsty. Je to zdravé a dobré pro duši.

Vyšší Komprese Znamená Více Práce, Ale Větší Tlak

výše uvedený obrázek ukazuje P-V, nebo Tlak-Objem, diagram pro ideální a typické benzínový motor. Vizuálně to ukazuje, co se děje ve vašem motoru, když spaluje benzín.

ve výše uvedeném diagramu ukazuje dolní křivka 1-2 kompresní zdvih.

řádek 2-3 ukazuje spalování.

horní 3-4 křivka ukazuje expanzní zdvih.

a řádek 4-1 ukazuje odmítnutí tepla, když se výfukový ventil otevře.

, Aby se více technické, v diagramu 1-2 křivka ukazuje kompresního zdvihu, v němž tlak (osa y) stoupá a objemu (osa x) kapky jako píst funguje na plyn, mačkat to. Linka 2-3 ukazuje teplo uvolněné během spalování, rychle zvyšuje tlak a teplotu plynu. Křivka 3-4 ukazuje nárůst objemu a pokles tlaku, protože plyn pracuje na pístu během expanzního zdvihu. Linka 4-1 ukazuje odvod tepla z plynu do okolí, když se tlak vrací do okolního prostředí s otevřením výfukového ventilu. Nakonec plochá čára 1-5 na dně představuje zdvih výfuku a píst, který se na konci vrací do horní úvrati.

oblast v rámci těchto 1-2-3-4 řádky představuje, kolik práce motoru. Vyšší kompresní poměr znamená, že dvě svislé čáry na pozemku se bude pohybovat doleva a nahoru, takže více prostoru v mezích, než s nižší kompresní poměr, a tím i práce. Ale jak vidíte na tomto diagramu, dostali byste vyšší tlak. Jinak byste skončili s více mechanickou prací z vašeho motoru s vysokým kompresním poměrem. Ve válci a na pístu byste měli větší tlak ze vstupu tepla ze spalování.

Vyšší Komprese Také Znamená Větší Tepelné Účinnosti

je také důležité si uvědomit, že tepelný příkon a tepelné ztráty během cyklu motoru týká účinnost jako funkce kompresního poměru. Celá věc funguje na dvou nápadech. První je, že jakákoli tepelná energie, která vstupuje do systému, musí být přeměněna na mechanickou práci nebo odpadní teplo. Druhým je, že tepelná účinnost je jednoduše pracovní výkon dělený tepelným příkonem. Takže pak můžete odvodit vztah mezi tepelnou účinností a kompresním poměrem, jako MIT vynesené na jeho webové stránce a zobrazené výše. Rovnice je zde (nu je tepelné účinnosti, r je kompresní poměr, a gama je vlastnost kapaliny):

Jak dát motor z určité posunutí vyšší kompresní poměr, efektivně posun v P-V diagramu nahoru a doleva, a zvýšení tepelného příkonu (Qh v diagramu) více než tepelné ztráty (Ql). Jinak řečeno, přeměňujete více své vstupní energie na práci. Tady je Jason Fenske Inženýrství Vysvětlil rozepisovat, že vztah mezi kompresní poměr, přenos tepla a účinnost:

Každopádně jde o to, že termodynamiky říká, že tepelná účinnost stoupá s kompresním poměrem, jak můžete vidět, že děj a rovnice výše. A to znamená více koňských sil, lepší spotřebu paliva, těžší peněženky a větší úsměvy. Řiďte jakýkoli pomalý, sípání, sání plynu, starý americký V8 s nízkou kompresí a budete vědět, co tím myslím.

Kompresní poměr je také to, co dělá motory Mazda Skyactiv-G motor tak efektivní. První z vlny nových high-komprese a variabilní-kompresní motory Mazda, Nissan/Infiniti a Toyota, Mazda má nejvyšší kompresní poměr v podnikání právě teď, v 14:1, což je důvod, proč to může spravovat vysoká spotřeba paliva a hodnoty výkonu i bez turbodmychadla.

proč vyšší komprese znamená, že potřebujete vyšší Oktan

proč všichni nepoužívají vysoké kompresní poměry? Studna, vysoká komprese je důvod, proč mnoho výkonných motorů potřebuje Prémiové palivo, nebo vysokooktanový benzín. Oktanové hodnocení je, jak tento článek upozorňuje, měřením schopnosti benzínu odolat detonaci.

ve srovnání s plynem s vysokým oktanovým číslem je benzín s nízkým oktanovým číslem pravděpodobnější, že se automaticky vznítí kvůli vysokým teplotám a tlakům vzduchu. V podstatě chcete plyn, který se vznítí, když chcete, ne ten, který se vznítí, když to nechcete. Tento druh nekontrolovaného spalování se nazývá klepání. Klepání je špatné; snižuje točivý moment a může způsobit nenapravitelné poškození motoru.

Vysoká komprese zvyšuje riziko klepání, což je důvod, proč velmi vysoká komprese motorů vysoké oktanové závod plynu nebo (častěji teď) E85. Plyny mají tendenci se zahřívat, když jsou stlačeny, takže zvýšená hustota tepla by mohla vést k předčasnému spálení paliva před zapálením zapalovací svíčky. Zopakovat: to je špatné.

Mazda museli udělat hodně práce, aby jeho píst a výfuk design pro zmírnění klepou na 14:1, motor běží na čerpadlo plynu. Písty v Skyactiv-X motor, například, mají dutiny ve středu, aby pro Mazda střílet výbuch bohaté paliva po zapálení svíčky v jinak chudé směsi a ano, tam je důvod, proč to nebylo jednoduché techniky pro rozvoj.

zajímavé je také to, že nemůžete jen tak vyrobit motor s tak vysokým kompresním poměrem, jak chcete. Natáhl jsem se k Johnu Hoyengovi, majitel v obchodě performance exhaust and rally bezejmenný výkon, povídat si o rizicích a výhodách vysoké komprese.

John staví rally auto Nissan 240SX, do kterého vyměňuje čtyřválec SR20VE, v současné době dělá asi 250 koňských sil na kolech z pouhých 2,0 litru. To je překvapivě bez turbo. Jediné, co John musí poděkovat, je jeho velmi vysoký kompresní poměr 14.5: 1. „Komprese dělá více práce,“ vysvětlil, “ takže čím více energie bude bez zvýšení.“

to bylo řečeno, protože se jedná o závodní motor, běží s závodním plynem nebo extrémně vysokým oktanem E85. John řekl, že cokoli nad kompresním poměrem 14.5: 1 by riskovalo automatické zapálení a mohlo by vystřelit tyč nebo roztočit ložisko. To je to, co se nedbale označuje jako “ vyhodit do povětří.“

Tam je Limit Na to, Jak Vysoko Můžete Jít

ptal jsem se, jestli to je důvod, proč nechceme vidět, že lidé nejsou pobíhají s motory, které mají výrazně vyšší kompresní poměr, než cokoliv, co vidíme dnes. Obscénně vysoké poměry, třeba 60: 1. John se zasmál. Vysvětlil, že kov prostě nemůže odolat takové vysoké úrovně stresu, a kompresní poměr jako, že by běh věcí tak horké, že by do povětří všechny aktuální motor.

samozřejmě, ne všichni z nás se staví závodní auta závodní motory, takže měnit kompresní poměr není něco, co jsme nikdy muset starat o to. Ale jsme příležitostní majitelé automobilů a nadšenci kvazimotorů, takže to bylo vysvětlení toho, co kompresní poměr znamená A proč na tom záleží. Už to nemusíte předstírat, nyní víte, co to je.

nyní jděte a najděte toho trapézového umělce a řekněte mu, jak se cítíte!