her er hvad ‘kompressionsforhold’ faktisk betyder, Og hvorfor det betyder

du har hørt udtrykket kompressionsforhold før, men har du nogensinde spekuleret på, hvad det betyder? Nå er det tid til at forklare præcis, hvad kompressionsforhold er, og hvorfor hver bilproducent nu er besat af det som om det var den hellige gral.

kompressionsforhold er ganske vist mere kompliceret end det forekommer i starten. Det hjælper ikke, at det er et af de udtryk, du hører at blive kastet rundt på bilmøder og i pressemeddelelser uden meget seriøs forklaring. Det er en af de ting, som du for det meste foregiver at forstå, mens du prøver at imponere den trapesartist, du mødte på cirkuset i sidste uge.

Vi ved, at høj kompression er god, og at lav kompression er dårlig. “Holy Grail” motor er høj kompression, sammen med Infiniti ‘ s “diesel slayer” og Toyotas “Dynamic Force” – serie, der alle reklamerer for mere kraft sammen med mere effektivitet.

vi lever i en tid, hvor ingeniører ikke bare kan give en motor mere kraft ved at gøre den større. Ændring af en Motors kompressionsforhold bliver, hvordan det gøres.

(forresten, hvis du læser dette og fnyser, fordi du allerede ved, hvad kompressionsforhold er, godt for dig! Ikke alle andre gør.)

hvad definerer kompressionsforhold er Super simpelt

et kompressionsforhold er præcis, hvad det lyder som—et forhold, hvor du komprimerer det maksimale cylindervolumen i det mindste cylindervolumen. Det er cylinderens volumen, når et stempel er helt ned i forhold til helt op til toppen. Det er skrevet ud og sagt som et forhold. For eksempel for en motor med et 9:1 kompressionsforhold, vil du sige, at det er “ni til en.”

forestil dig nu en cylinder i dit hoved. Stemplet bevæger sig op og ned inde i cylinderen. Når stemplet er på det laveste punkt, kaldes det nederste dødpunkt. Det er her cylindervolumenet er størst. Når stemplet er på det højeste punkt i cylinderen, kaldes det øverste dødcenter, og det er her cylindervolumen er mindste. Sammenligningen af disse to bind er, hvor dit forhold kommer fra.

Hvis du er en visuel lærer som jeg er, kan du lide denne GIF, jeg lavede, der viser, hvordan en firetaktsmotor fungerer. Se hvordan stemplet bevæger sig op under det kompressionsslag? Det er alt luften og brændstoffet, der bliver komprimeret i cylinderen. Hvis en motor har et højt kompressionsforhold, betyder det, at et givet volumen luft og brændstof i cylinderen presses ind i et meget mindre rum end en motor med et lavere kompressionsforhold.

og nu for et eksempel med simpel matematik, min favorit slags.

Lad som om du har en motor, hvis cylinder-og forbrændingskammervolumen er 10 cc, når stemplet er i bunden dødcenter. Når indsugningsventilen lukker og stemplet stiger op under kompressionsslaget, klemmer det luft-og brændstofblandingen ind i rummet på en enkelt kubikcentimeter. Denne motor har et kompressionsforhold på 10: 1.

det er det! Det er kompressionsforhold. Samlet fejet volumen plus komprimeret volumen (inklusive cylinderhovedets volumen og alt ovenfor, hvor stemplet “fejer”) i komprimeret volumen alene.

hvorfor det er bedre er kompliceret

men at forstå, hvad kompressionsforhold er, er mindre vigtigt end at forstå, hvorfor vi bryr os om det, eller hvorfor høj kompression er sådan en ambition.

den bedste forklaring, jeg fik i dette, kom fra min kollega og ingeniør David Tracy, som derefter nåede ud til andre ingeniører og professorer for at få hjælp. Det bedste svar fra dem kom fra Dr. Andy Randolph, teknisk direktør hos ECR Engines. Han laver drivlinjeforskning for NASCAR, og hans forklaring er superklar:

fra en lægmands perspektiv genereres motorkraft, når forbrænding udøver en kraft på stemplet og skubber stemplet ned i cylinderen under ekspansionsslaget.

jo højere stemplet er i boringen, når forbrændingen begynder, desto mere kraft vil blive udøvet.

Når kompressionsforholdet stiger, bevæger stemplet sig højere i boringen ved det øverste dødpunkt, hvorfor der er yderligere kraft til ekspansionsslaget (yderligere kraft for den samme mængde brændstof svarer til højere effektivitet).

nu skal vi virkelig forstå mere om hvorfor ud over hvordan, og det betyder, at vi bliver nødt til at vove os ind i termodynamikens rige.

det grundlæggende punkt i alt dette er, at et højere kompressionsforhold betyder, at motoren får mere arbejde ud af den samme mængde brændstof. Det er godt for magt og også miles per gallon.

for at forklare, hvorfor et højere kompressionsforhold giver bedre effektivitet, vil vi ikke dykke for dybt ned i termodynamikken, men hvad fanden, lad os bare dyppe vores tippy tæer ind. Det er sundt og godt for sjælen.

højere kompression betyder mere arbejde, men mere tryk

billedet ovenfor viser et P-V-eller Trykvolumen-diagram for en ideel og typisk bensinmotor. Det viser visuelt, hvad der foregår i din motor, da den brænder brændstof.

i diagrammet ovenfor viser den nedre 1-2 kurve kompressionsslaget.

linjen 2-3 viser forbrænding.

den øverste 3-4 kurve viser ekspansionsslaget.

og 4-1-linjen viser varmeafvisning, når udstødningsventilen åbnes.

for at være mere teknisk viser diagrammet 1-2-kurven kompressionsslaget, hvor trykket (y-aksen) stiger og volumen (h-aksen) falder, når stemplet virker på gassen og klemmer det. 2-3-linjen viser den varme, der frigives under forbrændingen, hvilket hurtigt øger gasens tryk og temperatur. 3-4-kurven viser volumen stigende og trykfald, da gassen virker på stemplet under ekspansionsslaget. 4-1-linjen viser varmeafvisning fra gassen til omgivelserne, når trykket vender tilbage til omgivelserne, når udstødningsventilen åbnes. Endelig repræsenterer den flade 1-5 linje i bunden udstødningsslag og stempel, der vender tilbage til det øverste dødcenter i slutningen.

området inden for disse 1-2-3-4 linjer repræsenterer, hvor meget arbejde der udføres af motoren. Højere kompressionsforhold betyder, at de to lodrette linjer på plottet bevæger sig til venstre og op, hvilket efterlader mere område inden for grænserne end med et lavere kompressionsforhold, og dermed udføres arbejde. Men som du kan se på det diagram, ville du ramme et højere tryk. Sagt på en anden måde, du vil ende med mere mekanisk arbejde fra din motor med højt kompressionsforhold. Du får mere tryk i cylinderen og på dit stempel fra varmeindgangen fra forbrænding.

højere kompression betyder også mere termisk effektivitet

det er også vigtigt at bemærke, at varmeindgangen og varmetabet under motorens cyklus vedrører effektiviteten som en funktion af kompressionsforholdet. Det hele fungerer på to ideer. Den første er, at uanset hvilken varmeenergi der kommer ind i systemet, skal omdannes til enten mekanisk arbejde eller spildvarme. Det andet er, at termisk effektivitet simpelthen er arbejdsudgangen divideret med varmeindgangen. Så så kan du udlede forholdet mellem termisk effektivitet og kompressionsforhold, som MIT plottet på sin hjemmeside og vist ovenfor. Ligningen er her (nu er termisk effektivitet, r er kompressionsforhold, og gamma er en egenskab af væsken):

som du giver en motor med en bestemt forskydning et højere kompressionsforhold, du skifter effektivt p-v-diagrammet op og til venstre og øger varmeindgangen (KH i diagrammet) mere end varmetab (kl). Sagt på en anden måde, du forvandler mere af din inputenergi til arbejde. Her er Jason Fenske of Engineering forklaret at nedbryde forholdet mellem kompressionsforhold, varmeoverførsel og effektivitet:

alligevel er punktet, at termodynamikken dikterer, at termisk effektivitet går op med kompressionsforhold, som du kan se ved det plot og ligning ovenfor. Og det betyder mere hestekræfter, bedre brændstoføkonomi, tungere tegnebøger og større smil. Kør enhver træg, hvæsende, gassugende, gammel amerikansk V8 med lav kompression, og du ved hvad jeg mener.

kompressionsforhold er også det, der gør motorer som Skyactiv-G-motoren så effektiv. Den første af en bølge af nye motorer med høj kompression og variabel kompression fra Nissan/Infiniti og Toyota har det højeste kompressionsforhold i branchen lige nu klokken 14:1, Hvorfor den kan styre høj brændstoføkonomi og effekttal selv uden en turbolader.

hvorfor højere kompression betyder, at du har brug for højere oktan

hvorfor bruger ikke alle bare høje kompressionsforhold? Nå, høj kompression er grunden til, at mange præstationsmotorer har brug for premium brændstof eller højoktanbrændstof. Oktan ratings er, som dette Hvordan ting fungerer artiklen påpeger, en måling af bensinens evne til at modstå detonation.

sammenlignet med gas med en høj oktantal er gas, der har en lav oktantal, mere tilbøjelige til at antænde automatisk på grund af høje luftladningstemperaturer og-tryk. Dybest set vil du have den gas, der antændes, når du vil have den, ikke den slags, der antændes, når du ikke vil have den. Den slags ukontrolleret forbrænding kaldes Banking. Knocking er dårlig; det reducerer drejningsmoment og kan forårsage uoprettelig skade på din motor.

høj kompression øger din risiko for at banke, hvorfor meget høje kompressionsmotorer kører højoktan race gas eller (mere almindeligt nu) E85. Gasser har tendens til at varme op, når de komprimeres, så den øgede varmetæthed kan føre til, at brændstoffet forbrændes for tidligt, før tændrøret antænder det. For at gentage: det er dårligt.

Masda var nødt til at gøre en masse arbejde med sit stempel-og udstødningsdesign for at afbøde Banking på sin 14:1-motor, der kører på pumpegas. Stemplerne i en Skyactiv-motor har for eksempel et hulrum i midten for at give mulighed for at skyde en burst af rig brændstof omkring tændrøret i en ellers magert blanding, og ja, der er en grund til, at dette ikke var en nem teknologi at udvikle.

det, der også er interessant, er, at du ikke bare kan lave en motor med et så højt kompressionsforhold, som du vil. Jeg nåede ud til John Hoyenga, en ejer i performance udstødning og rally shop Nameless Performance, at chatte om risici og fordele ved høj kompression.

John bygger en Nissan 240S rallybil, hvor han bytter en SR20VE firecylindret, der i øjeblikket laver omkring 250 hestekræfter ved hjulene fra kun 2,0 liter. Dette er overraskende uden turbo. Alt John skal takke er dets meget høje 14.5:1 kompressionsforhold. “Der er mere arbejde udført af kompression, “forklarede han,” så jo mere magt vil gøre uden boost.”

når det er sagt, fordi dette er en racemotor, kører han den med racegas eller ekstremt højoktan E85. John sagde, at alt over 14,5: 1 kompressionsforhold ville risikere automatisk tænding, og det kunne skyde en stang ud eller dreje et leje. Dette er det, der tilfældigt kaldes ” at sprænge.”

der er en grænse for, hvor højt du kan gå

Jeg spurgte, om det er derfor, vi ikke ser, at folk ikke kører rundt med motorer, der har signifikant højere kompressionsforhold end noget, vi ser i dag. Uanstændigt høje forhold, som 60: 1. John grinede. Han forklarede, at metal simpelthen ikke kan modstå så høje niveauer af stress, og et kompressionsforhold som det ville køre tingene så varmt, at det ville sprænge enhver nuværende motor.

selvfølgelig bygger vi ikke alle racerbiler med racemotorer, så ændring af kompressionsforhold er ikke noget, vi nogensinde skal bekymre os om. Men vi er afslappede bilejere og kvasi-motorentusiaster, så dette var en forklaring på, hvad kompressionsforhold betyder, og hvorfor det betyder noget. Du behøver ikke at falske det længere, du ved nu, hvad det er.

gå nu og find den trapesartist og fortæl ham, hvordan du har det!