Iată ce înseamnă de fapt”raportul de compresie”și de ce contează

ați auzit termenul de raport de compresie înainte, dar v-ați întrebat vreodată exact ce înseamnă? Ei bine, este timpul să explicăm exact ce este raportul de compresie și de ce fiecare producător auto este acum obsedat de el ca și cum ar fi Sfântul Graal.

raportul de compresie, desigur, este mai complicat decât pare la început. Nu ajută faptul că este unul dintre acei termeni pe care îi auziți aruncându-se la întâlnirile cu mașina și în comunicatele de presă fără prea multe explicații serioase. Este unul dintre acele lucruri pe care te prefaci că le înțelegi în timp ce încerci să-l impresionezi pe trapezistul pe care l-ai întâlnit la circ weekendul trecut.

știm că compresia ridicată este bună și că compresia scăzută este rea. Știm că noul motor Mazda Skyactiv-X „Holy Grail „are o compresie ridicată, împreună cu seria” diesel slayer „a Infiniti și seria” Dynamic Force ” a Toyota, care promovează mai multă putere împreună cu mai multă eficiență.

trăim într-o epocă în care inginerii nu pot da doar un motor mai multă putere de a face mai mare. Schimbarea raportului de compresie al unui motor devine modul în care se face.

(apropo, dacă citiți acest lucru și sforăind pentru că știți deja ce raportul de compresie este, bun pentru tine! Nu toți ceilalți o fac.)

ceea ce definește raportul de compresie este foarte simplu

un raport de compresie este exact ceea ce sună—un raport în care comprimați volumul maxim al cilindrului în volumul minim al cilindrului. Acesta este volumul cilindrului atunci când un piston este tot drumul în jos în comparație cu tot drumul până la partea de sus. Este scris și a spus ca un raport. De exemplu, pentru un motor cu un raport de compresie 9:1, ați spune că este „nouă la unu.”

acum imaginați-vă un cilindru în cap. Pistonul se mișcă în sus și în jos în interiorul acelui cilindru. Când pistonul este în punctul cel mai de jos, se numește centrul mort de jos. Acolo volumul cilindrului este cel mai mare. Când pistonul se află în cel mai înalt punct din cilindru, acesta se numește centrul mort superior și acolo volumul cilindrului este cel mai mic. Comparația acestor două volume este de unde provine raportul dvs.

Dacă sunteți un elev vizual ca mine, veți dori acest GIF am făcut arată cum funcționează un motor în patru timpi. Vezi cum se mișcă pistonul în timpul cursei de compresie? Asta e tot aerul și combustibilul care se comprimă în cilindru. Dacă un motor are un raport de compresie ridicat, înseamnă că un anumit volum de aer și combustibil din cilindru este stors într-un spațiu mult mai mic decât un motor cu un raport de compresie mai mic.

și acum pentru un exemplu cu matematica simplu, tipul meu preferat.

pretindeți că aveți un motor al cărui volum al cilindrului și al camerei de ardere este de 10 CMC atunci când pistonul este în centrul mortului inferior. După ce supapa de admisie se închide și pistonul se ridică în timpul cursei de compresie, acesta stoarce amestecul de aer și combustibil în spațiul unui singur centimetru cub. Acest motor are un raport de compresie de 10: 1.

asta e! Acesta este raportul de compresie. Volumul total măturat plus volumul comprimat (inclusiv volumul chiulasei și tot ceea ce se află deasupra locului în care pistonul „mătură”) numai în volum comprimat.

De ce este mai bine este complicat

dar înțelegerea raportului de compresie este mai puțin importantă decât înțelegerea de ce ne pasă de el sau de ce compresia ridicată este o astfel de aspirație.

cea mai bună explicație am primit în acest a venit de la colegul meu și inginer David Tracy, care apoi a ajuns la alți ingineri și profesori pentru ajutor. Cel mai bun răspuns dintre acestea a venit de la Dr.Andy Randolph, Director Tehnic la ECR Engines. El face cercetări de propulsie pentru NASCAR, iar explicația sa este foarte clară:

Din perspectiva laicilor, puterea motorului este generată atunci când arderea exercită o forță asupra pistonului și împinge pistonul în jos pe cilindru în timpul cursei de expansiune.

cu cât pistonul este mai mare în gaură atunci când începe arderea, cu atât va fi exercitată mai multă forță.

pe măsură ce crește raportul de compresie, pistonul se deplasează mai sus în alezaj în centrul mortului superior, prin urmare există o forță suplimentară pentru cursa de expansiune (forța suplimentară pentru aceeași cantitate de combustibil este egală cu o eficiență mai mare).

acum, noi chiar ar trebui să înțeleagă mai multe despre De ce, în plus față de cum, și asta înseamnă că vom avea să se aventureze în domeniul termodinamicii.

punctul de bază al acestui lucru este că un raport de compresie mai mare înseamnă că motorul obține mai multă muncă din aceeași cantitate de combustibil. Asta e bine pentru putere și, de asemenea, mile pe galon.

pentru a explica de ce un raport de compresie mai mare produce o eficiență mai bună, nu ne vom scufunda prea adânc în termodinamică, dar ce naiba, hai să ne scufundăm degetele de la picioare. Este sănătos și bun pentru suflet.

compresie mai mare înseamnă mai multă muncă, dar mai multă presiune

imaginea de mai sus arată o diagramă P-V sau presiune-volum pentru un motor pe benzină ideal și tipic. Arată, vizual, ce se întâmplă în motorul dvs. în timp ce arde benzină.

în diagrama de mai sus, că mai mică 1-2 curba arată Cursa de compresie.

linia 2-3 arată arderea.

curba superioară 3-4 arată Cursa de expansiune.

și linia 4-1 arată respingerea căldurii atunci când supapa de evacuare se deschide.

pentru a fi mai tehnic, în diagramă curba 1-2 arată Cursa de compresie în care presiunea (axa y) crește și volumul (axa x) scade pe măsură ce pistonul funcționează pe gaz, strângându-l. Linia 2-3 arată căldura eliberată în timpul arderii, crescând rapid presiunea și temperatura gazului. Curba 3-4 arată creșterea volumului și scăderea presiunii pe măsură ce gazul funcționează pe piston în timpul cursei de expansiune. Linia 4-1 arată respingerea căldurii de la gaz la împrejurimi pe măsură ce presiunea revine la ambient cu deschiderea supapei de evacuare. În cele din urmă, linia plată 1-5 de pe partea inferioară reprezintă Cursa de evacuare și pistonul revenind la centrul mort de sus la capăt.

zona din acele 1-2-3-4 linii reprezintă cât de mult de lucru făcut de motor. Raportul de compresie mai mare înseamnă că cele două linii verticale de pe complot se vor deplasa spre stânga și în sus, lăsând mai multă suprafață în limite decât cu un raport de compresie mai mic și, astfel, se lucrează. Dar, după cum puteți vedea pe acea diagramă, ați atinge o presiune mai mare. Altfel spus, ai termina cu mai multă muncă mecanică de la motorul cu raport de compresie ridicat. Ați obține mai multă presiune în cilindru și pe pistonul dvs. de la aportul de căldură de la combustie.

compresie mai mare înseamnă, de asemenea, mai multă eficiență termică

de asemenea, este important să rețineți că aportul de căldură și pierderea de căldură în timpul ciclului motorului dvs. se referă la eficiența în funcție de raportul de compresie. Totul funcționează pe două idei. Primul este că orice energie termică intră în sistem trebuie transformată fie în muncă mecanică, fie în căldură reziduală. Al doilea este că eficiența termică este pur și simplu ieșirea de lucru împărțită la intrarea de căldură. Deci, atunci puteți obține relația dintre eficiența termică și raportul de compresie, cum ar fi MIT reprezentat pe pagina sa web și prezentat mai sus. Ecuația este aici (nu este eficiența termică, R este raportul de compresie și gamma este o proprietate a fluidului):

pe măsură ce oferiți unui motor cu o anumită deplasare un raport de compresie mai mare, schimbați efectiv diagrama P-V în sus și spre stânga și creșteți aportul de căldură (QH în diagramă) mai mult decât pierderea de căldură (QL). Altfel spus, transformi mai mult din energia ta de intrare în muncă. Aici e Jason Fenske de Inginerie a explicat de rupere în jos că relația dintre raportul de compresie, transferul de căldură și eficiență:

oricum, ideea este că termodinamica dictează că eficiența termică merge în sus cu raportul de compresie, după cum puteți vedea de faptul că graficul și ecuația de mai sus. Și asta înseamnă mai mulți cai putere, economie de combustibil mai bună, portofele mai grele și zâmbete mai mari. Conduceți orice lent, respirație șuierătoare, supt de gaz, vechi cu compresie scăzută American V8 și veți ști ce vreau să spun.

raportul de compresie este, de asemenea, ceea ce face motoare ca motorul Mazda Skyactiv-G atât de eficient. Primul dintr-un val de noi motoare cu compresie ridicată și cu compresie variabilă de la Mazda, Nissan/Infiniti și Toyota, Mazda are cel mai mare raport de compresie din afaceri chiar acum, la 14:1, motiv pentru care poate gestiona economia de combustibil ridicată și cifrele de putere chiar și fără turbocompresor.

De ce compresie mai mare înseamnă că aveți nevoie de octan mai mare

De ce nu toată lumea utilizează doar rapoarte de compresie ridicate? Ei bine, compresia ridicată este motivul pentru care o mulțime de motoare de performanță au nevoie de combustibil premium sau benzină cu cifră octanică ridicată. Evaluările octanice sunt, așa cum subliniază articolul Cum funcționează lucrurile, o măsurare a capacității benzinei de a rezista detonării.

în comparație cu gazul cu o cifră octanică ridicată, benzina care are o cifră octanică scăzută este mai probabil să se aprindă automat din cauza temperaturilor și presiunilor ridicate de încărcare a aerului. Practic, vrei gazul care se aprinde când vrei, nu cel care se aprinde când nu vrei. Acest tip de combustie necontrolată se numește bătaie. Baterea este rea; reduce cuplul și poate provoca daune ireparabile motorului.

compresia ridicată crește riscul de a bate, motiv pentru care motoarele cu compresie foarte mare rulează gaz de cursă cu cifră octanică ridicată sau (mai frecvent acum) E85. Gazele tind să se încălzească atunci când sunt comprimate, astfel încât densitatea crescută a căldurii ar putea duce la arderea prematură a combustibilului înainte ca bujia să-l aprindă. Pentru a reitera: asta e rău.

Mazda a avut de a face o mulțime de muncă pentru a pistonului și de evacuare de proiectare pentru a atenua bate pe 14:1 motorul care rulează pe pompa de gaz. Pistoanele unui motor Skyactiv-X, de exemplu, au o cavitate în mijloc, pentru a permite Mazda să tragă o explozie de combustibil bogat în jurul bujiei de aprindere într-un amestec altfel slab și, da, există un motiv pentru care aceasta nu a fost o tehnologie ușor de dezvoltat.

ceea ce este, de asemenea, interesant este că nu puteți face doar un motor cu un raport de compresie la fel de mare cum doriți. Am ajuns la John Hoyenga, un proprietar de la evacuare de performanță și rally Shop Nameless Performance, pentru a discuta despre riscurile și beneficiile de compresie de mare.

John construiește o mașină de raliu Nissan 240SX în care schimbă un SR20VE cu patru cilindri, realizând în prezent aproximativ 250 de cai putere la roți de la doar 2,0 litri. Acest lucru este, surprinzător, fără turbo. Tot ce trebuie să mulțumească John este raportul său de compresie foarte mare de 14,5:1. „Există mai multă muncă făcută prin compresie”, a explicat el, „astfel încât mai multă putere va face fără impuls.”

acestea fiind spuse, pentru că acesta este un motor de curse, el îl rulează cu gaz de curse sau cu octan extrem de ridicat E85. John a spus că orice raport de compresie de peste 14,5: 1 ar risca autoaprinderea și ar putea trage o tijă sau să rotească un rulment. Aceasta este ceea ce se numește ocazional „suflare.”

există o limită la cât de mare puteți merge

am întrebat dacă acesta este motivul pentru care nu vedem că oamenii nu rulează cu motoare care au raporturi de compresie semnificativ mai mari decât orice vedem astăzi. Raporturi obscen de mari, cum ar fi 60:1. John a râs. El a explicat că metalul pur și simplu nu poate rezista la niveluri atât de ridicate de stres, iar un raport de compresie ca acesta ar rula lucrurile atât de fierbinți încât ar arunca în aer orice motor curent.

desigur, nu toți construim mașini de curse cu motoare de curse, astfel încât modificarea raporturilor de compresie nu este ceva de care trebuie să ne facem griji. Dar suntem proprietari de mașini casual și pasionați de cvasi-motoare, așa că aceasta a fost o explicație pentru ce înseamnă raportul de compresie și de ce contează. Nu mai trebuie să te prefaci, acum știi ce este.

acum, du-te și găsește acel trapezist și spune-i cum te simți!