tässä mitä”puristussuhde”oikeasti tarkoittaa ja miksi sillä on merkitystä

olet kuullut termin puristussuhde aiemminkin, mutta oletko koskaan miettinyt, mitä se tarkalleen ottaen tarkoittaa? On aika selittää, mikä puristussuhde on – ja miksi jokainen autonvalmistaja on pakkomielteinen siitä kuin Graalin maljasta.

puristussuhde on kieltämättä monimutkaisempi kuin miltä aluksi näyttää. Ei auta, että se on yksi niistä termeistä, joita kuulee heiteltävän autokokouksissa ja lehdistötiedotteissa ilman sen suurempia vakavia selityksiä. Teeskentelet ymmärtäväsi sen, kun yrität tehdä vaikutuksen sirkuksessa tapaamaasi trapetsitaiteilijaan.

tiedämme, että korkea puristus on hyvä ja matala puristus huono. Tiedämme, että Mazdan Uusi Skyactiv-X ” Holy Grail ”moottori on korkea puristus, samoin Infinitin” diesel slayer ”ja Toyotan” Dynamic Force ” – sarja, jotka kaikki mainostavat enemmän tehoa ja enemmän tehokkuutta.

elämme aikakautta, jossa insinöörit eivät voi vain antaa moottorille lisää tehoa tekemällä siitä suuremman. Moottorin puristussuhteen muuttaminen alkaa olla tapa, jolla se tehdään.

(muuten, jos luet tätä ja nuuskaat, koska tiedät jo, mikä puristussuhde on, hyvä niin! Kaikki muut eivät tiedä.)

mikä määrittelee puristussuhteen on Superyksinkertainen

puristussuhde on juuri sitä, miltä se kuulostaa—suhde, jossa puristetaan suurin sylinteritilavuus pienimpään sylinteritilavuuteen. Se on sylinterin tilavuus, kun mäntä on koko matkan alas verrattuna koko matkan ylös. Se on kirjoitettu ja sanottu suhteena. Esimerkiksi moottorille, jonka puristussuhde on 9:1, voisi sanoa, että se on ”yhdeksän yhtä vastaan.”

kuvaa nyt sylinteri päässäsi. Mäntä liikkuu ylös ja alas sylinterin sisällä. Kun mäntä on alimmassa kohdassa, sitä kutsutaan pohja kuollut keskellä. Siellä sylinteritilavuus on suurin. Kun mäntä on sylinterin korkeimmalla kohdalla, sitä kutsutaan ylimmäksi kuolleeksi keskikohdaksi, ja siinä sylinterin tilavuus on pienin. Vertailu näiden kahden volyymien on, jos suhde tulee.

Jos olet visuaalinen oppija kuten minä olen, pidät tästä tekemästäni GIF-kuvasta, joka näyttää, miten nelitahtimoottori toimii. Näetkö, miten mäntä nousee puristusvoiman aikana? Ilma ja polttoaine tiivistyvät sylinteriin. Jos moottorissa on korkea puristussuhde, se tarkoittaa, että tietty määrä ilmaa ja polttoainetta sylinterissä puristetaan paljon pienempään tilaan kuin moottorissa, jonka puristussuhde on pienempi.

ja nyt esimerkkinä yksinkertaisella matematiikalla oma suosikkilajini.

Kuvittele, että sinulla on moottori, jonka sylinterin ja palotilan tilavuus on 10 cc, kun mäntä on alhaalla kuolleessa keskikohdassa. Kun imuventtiili sulkeutuu ja mäntä nousee ylös puristusvoiman aikana, se puristaa ilman ja polttoaineen seoksen yhden kuutiosenttimetrin tilaan. Moottorin puristussuhde on 10:1.

That ’ s it! Se on puristussuhde. Kokonaisleveys + puristettu tilavuus (mukaan lukien sylinterinkannen tilavuus ja kaikki sen yläpuolella oleva mäntä ”pyyhkäisee”) pelkästään puristettuun tilavuuteen.

miksi se on parempi on monimutkainen

, mutta sen ymmärtäminen, mikä puristussuhde on, on vähemmän tärkeää kuin sen ymmärtäminen, miksi välitämme siitä, tai miksi korkea puristus on sellainen pyrkimys.

paras selitys, jonka sain tähän, tuli työkaveriltani ja insinööriltäni David Tracyltä, joka sitten tavoitti apua muilta insinööreiltä ja professoreilta. Paras vastaus tuli ECR Enginesin tekniseltä johtajalta Andy Randolphilta. Hän tekee voimankäyttötutkimusta NASCARille, ja hänen selityksensä on erittäin selkeä:

maallikon näkökulmasta moottorin teho syntyy, kun palaminen kohdistaa voiman mäntään ja työntää männän alas sylinteriä laajenemisiskun aikana.

mitä suurempi mäntä on porauksessa palamisen alkaessa, sitä enemmän siihen kohdistuu voimaa.

puristussuhteen kasvaessa mäntä liikkuu porauksessa ylimmässä kuolleessa keskikohdassa korkeammalla, joten paisuntavedolle on lisävoimaa (lisävoima samaan polttoainemäärään vastaa suurempaa hyötysuhdetta).

nyt pitäisi oikeastaan ymmärtää enemmän siitä, miksi sen lisäksi, miten, ja se tarkoittaa, että meidän on uskallettava termodynamiikan maailmaan.

tämän kaiken perusasia on, että suurempi puristussuhde tarkoittaa sitä, että moottori saa enemmän työtä irti samasta polttoainemäärästä. Se on hyvä teho ja myös mailia per gallona.

selittääkseen, miksi korkeampi puristussuhde tuottaa paremman hyötysuhteen, emme aio sukeltaa liian syvälle termodynamiikkaan, mutta mitä ihmettä, kastetaan vain varpaamme. Se on terveellistä ja hyväksi sielulle.

suurempi puristus tarkoittaa enemmän työtä, mutta enemmän painetta

yllä olevassa kuvassa on P-V eli Painetilavuus-Diagrammi ihanteelliselle ja tyypilliselle bensiinimoottorille. Se näyttää visuaalisesti, mitä moottorissasi tapahtuu, kun se polttaa bensiiniä.

yllä olevassa kaaviossa tuo alempi 1-2-käyrä näyttää puristusvoiman.

2-3-viiva osoittaa palamista.

ylemmässä 3-4-käyrässä näkyy laajenemisisku.

ja 4-1-viiva osoittaa lämmön hylkäämistä, kun pakoventtiili avautuu.

teknisemmin kuviossa 1-2-käyrä näyttää puristusvoiman, jossa paine (y-akseli) nousee ja tilavuus (x-akseli) laskee männän toimiessa kaasulla puristaen sitä. 2-3-viiva näyttää palamisen aikana vapautuvan lämmön, mikä nostaa nopeasti kaasun painetta ja lämpötilaa. 3-4-käyrä osoittaa tilavuuden nousevan ja paineen laskevan kaasun toimiessa männässä laajenemisiskun aikana. 4-1-viiva osoittaa lämmön hylkäämistä kaasusta ympäristöön, kun paine palaa ympäristöön poistoventtiilin avautuessa. Lopuksi Tasainen 1-5-viiva pohjassa edustaa Pakokaasun iskua ja mäntää, joka palaa lopussa ylimpään kuolleeseen keskipisteeseen.

noiden 1-2-3-4-linjojen sisällä oleva alue kuvaa, kuinka paljon moottori on tehnyt työtä. Suurempi puristussuhde tarkoittaa, että kaksi pystyviivaa tontilla siirtyy vasemmalle ja ylös, jolloin rajojen sisälle jää enemmän aluetta kuin pienemmällä puristussuhteella, ja näin työtä tehdään. Mutta kuten kuvasta näkyy, paineet olisivat suuremmat. Toisin sanoen, saisit enemmän mekaanista työtä korkean puristussuhteen moottoristasi. Kaasupulloon ja mäntään tulisi enemmän painetta palamisesta syntyvästä lämmöstä.

suurempi puristus tarkoittaa myös suurempaa lämpöhyötysuhdetta

on myös tärkeää huomata, että lämmöntuotto ja lämpöhäviö Moottorin syklin aikana liittyy hyötysuhteeseen puristussuhteen funktiona. Koko homma toimii kahden idean varassa. Ensimmäinen on se, että mitä lämpöenergiaa järjestelmään tulee, se on muunnettava joko mekaaniseksi työksi tai hukkalämmöksi. Toinen on se, että lämpöhyötysuhde on yksinkertaisesti työteho jaettuna lämpöteholla. Joten voit johtaa lämpöhyötysuhteen ja puristussuhteen välisen suhteen, kuten MIT on piirretty verkkosivulleen ja esitetty yllä. Yhtälö on tässä (nu on lämpöhyötysuhde, r on puristussuhde ja gamma on fluidin ominaisuus):

kun tietyn iskutilavuuden moottorille annetaan suurempi puristussuhde, siirretään tehokkaasti p-v-diagrammia ylös ja vasemmalle ja lisätään lämpötuloa (kuvassa QH) enemmän kuin lämpöhäviötä (QL). Toisin sanoen muutat enemmän panosenergiaasi työksi. Tässä Jason Fenske Insinööritieteestä selitti tuon puristussuhteen, lämmönsiirron ja hyötysuhteen välisen suhteen murtamista:

joka tapauksessa, pointti on se, että termodynamiikka määrää, että lämpöhyötysuhde nousee puristussuhteen myötä, kuten näette tuosta kaavasta ja yhtälöstä yllä. Se tarkoittaa lisää hevosvoimia, parempaa polttoainetaloutta, raskaampia lompakoita ja isompia hymyjä. Jos ajat hitaalla, vinkuvalla, bensaa imevällä, vanhalla, ahtamattomalla amerikkalaisella V8: lla, tiedät mitä tarkoitan.

puristussuhde tekee myös Mazdan Skyactiv-G-Moottorin kaltaisista moottoreista niin tehokkaita. Mazdan, Nissan/Infinitin ja Toyotan uusien korkean puristuksen ja muuttuvan puristuksen moottoreiden Aallon ensimmäinen Mazda on alan korkein puristussuhde juuri nyt, 14:1, minkä vuoksi se pystyy hallitsemaan korkeita polttoainetalous-ja teholukuja myös ilman turboahdinta.

miksi suurempi puristus tarkoittaa, että tarvitaan korkeampaa oktaania

miksi kaikki eivät käytä vain korkeita puristussuhteita? Korkean puristuksen takia monet suorituskykyiset moottorit tarvitsevat premium-polttoainetta eli korkeaoktaanista bensiiniä. Oktaaniluokitukset ovat, kuten tämä How Stuff Works artikkeli osoittaa, mittaus bensiinin kykyä vastustaa räjäytystä.

verrattuna kaasuun, jonka luokitus on korkea oktaani, bensiini, jonka luokitus on alhainen, syttyy todennäköisemmin itsestään korkean ilmanvarauslämpötilan ja-paineen vuoksi. Periaatteessa haluat kaasun, joka syttyy, kun haluat, ei sellaista, joka syttyy, kun et halua. Tällaista hallitsematonta palamista kutsutaan koputukseksi. Koputus on huono; se vähentää vääntömomenttia ja voi aiheuttaa korjaamatonta vahinkoa moottorillesi.

suuri puristus lisää koputusriskiä, minkä vuoksi hyvin korkeissa puristusmoottoreissa käytetään korkeaoktaanista kisakaasua tai (yleisemmin nykyään) E85: tä. Kaasuilla on taipumus kuumentua, kun niitä puristetaan, joten lisääntynyt lämmöntiheys voi johtaa polttoaineen ennenaikaiseen palamiseen ennen kuin Sytytystulppa sytyttää sen. Toistan: se on huono juttu.

Mazda joutui tekemään paljon töitä mäntä-ja pakoputkistonsa eteen lieventääkseen pumppukaasulla käyvän 14:1-moottorinsa kolkuttelua. Esimerkiksi Skyactiv-X-Moottorin männissä on reikä keskellä, jotta Mazda voisi ampua runsaasti polttoainetta syttyvän sytytystulpan ympärille muuten laihalla seoksella.

kiinnostavaa on myös se, että moottoria ei voi tehdä niin suurella puristussuhteella kuin haluaisi. Otin yhteyttä John Hoyengaan, joka on omistaja performance exhaust-ja rallikaupassa nimeltä Nameless Performance, keskustellakseni korkean puristuksen riskeistä ja hyödyistä.

John rakentaa Nissan 240SX-ralliautoa, johon hän vaihtaa SR20VE-nelisylinterisen tehden tällä hetkellä noin 250 hevosvoimaa pyörillä vain 2,0-litraisesta. Tämä on, yllättävää kyllä, ilman turboa. John kiittää vain sen erittäin korkeaa 14,5: 1 puristussuhdetta. ”On enemmän työtä tehdään puristus”, hän selitti, ” niin enemmän valtaa tehdä ilman vauhtia.”

tästä huolimatta, koska tämä on kisamoottori, hän käyttää sitä kisakaasulla tai erittäin korkeaoktaanisella E85: llä. John sanoi, että mikä tahansa yli 14,5: 1 puristussuhde saattaisi syttyä itsestään, ja se voisi ampua sauvan ulos tai pyörittää laakeria. Tätä kutsutaan ohimennen ” räjäyttämiseksi.”

siellä on raja sille, kuinka korkealle voi mennä

kysyin, että tämän takia emme näe, että ihmiset eivät juokse ympäriinsä moottoreilla, joiden puristussuhteet ovat huomattavasti suuremmat kuin nykyään. Törkeän korkeat suhdeluvut, kuten 60:1. John nauroi. Hän selitti, että metalli ei yksinkertaisesti kestä niin suurta rasitusta, ja tuollainen puristussuhde saisi asiat niin kuumiksi, että se räjäyttäisi minkä tahansa nykyisen moottorin.

tietenkään kaikki meistä eivät rakenna kisamoottoreilla varustettuja kilpa-autoja, joten puristussuhteiden muuttaminen ei ole asia, josta meidän koskaan tarvitsee olla huolissamme. Mutta olemme rentoja autonomistajia ja kvasimoottoriharrastajia, joten tämä oli selitys sille, mitä puristussuhde tarkoittaa ja miksi sillä on merkitystä. Sinun ei tarvitse enää teeskennellä, nyt tiedät, mikä se on.

mene nyt etsimään se trapetsitaiteilija ja kerro hänelle, miltä sinusta tuntuu!