Hier is Wat de Compressie Ratio’ Eigenlijk Betekent En Waarom Het belangrijk

u hebt de term compressieverhouding eerder gehoord, maar hebt u zich ooit afgevraagd wat het precies betekent? Het is tijd om uit te leggen wat de compressieverhouding is, en waarom elke autofabrikant er nu geobsedeerd door is alsof het de Heilige Graal is.

compressieverhouding, toegegeven, is ingewikkelder dan het lijkt op het eerste. Het helpt niet dat het een van die termen die je hoort krijgen gegooid rond op auto bijeenkomsten en in persberichten zonder veel serieuze uitleg. Het is een van die dingen die je meestal doet alsof je begrijpt terwijl je probeert indruk te maken op die trapeze artiest die je vorig weekend in het circus ontmoette.

we weten dat hoge compressie goed is, en dat lage compressie slecht is. We weten dat Mazda ‘ s nieuwe Skyactiv-X “Holy Grail” motor is hoge compressie, samen met Infiniti ‘ s “diesel slayer” en Toyota ‘ s “Dynamic Force” serie die alle adverteren meer macht samen met meer efficiëntie.

we leven in een tijdperk waarin ingenieurs niet zomaar een motor meer vermogen kunnen geven door hem groter te maken. Het veranderen van de compressieverhouding van een motor wordt hoe het moet.

(Trouwens, als je dit leest en snuift omdat je al weet wat de compressieverhouding is, goed voor je! Niet iedereen doet dat.)

wat compressieverhouding definieert is Super eenvoudig

een compressieverhouding is precies wat het klinkt—een verhouding waarbij je het maximale cilindervolume comprimeert in het minimale cilindervolume. Dat is het volume van de cilinder als een zuiger helemaal naar beneden is vergeleken met helemaal naar boven. Het is geschreven en gezegd als een verhouding. Bijvoorbeeld, voor een motor met een 9: 1 compressieverhouding, zou je zeggen dat het “negen tegen een.”

beeld nu een cilinder in je hoofd in. De zuiger beweegt op en neer in die cilinder. Als de zuiger op het laagste punt staat, dan heet dat het onderste dode Midden. Daar is het cilindervolume het grootst. Als de zuiger zich op het hoogste punt in de cilinder bevindt, wordt dat het bovenste dode Midden genoemd, en dat is waar het cilindervolume het kleinst is. De vergelijking van deze twee delen is waar uw verhouding vandaan komt.

Als u een visuele leerling bent zoals ik, zult u deze GIF die ik heb gemaakt leuk vinden en laten zien hoe een viertaktmotor werkt. Zie je hoe de zuiger omhoog beweegt tijdens die compressieslag? Dat is alle lucht en brandstof die in de cilinder wordt samengeperst. Als een motor een hoge compressieverhouding heeft, betekent dit dat een bepaald volume lucht en brandstof in de cilinder in een veel kleinere ruimte wordt geperst dan een motor met een lagere compressieverhouding.

en nu voor een voorbeeld met eenvoudige wiskunde, mijn favoriete soort.

doe alsof je een motor hebt met een cilinderinhoud en verbrandingskamer van 10 cc wanneer de zuiger zich in het midden van de bodem bevindt. Nadat de inlaatklep sluit en de zuiger stijgt tijdens de compressieslag, knijpt het lucht-en brandstofmengsel in de ruimte van een enkele kubieke centimeter. Deze motor heeft een compressieverhouding van 10: 1.

dat is het! Dat is compressieverhouding. Totaal geveegd volume plus gecomprimeerd volume (inclusief het volume van de cilinderkop en alles daarboven waar de zuiger “veegt”) in gecomprimeerd volume alleen.

Why It ’s Better is Complicated

maar begrijpen wat compressieverhouding is is minder belangrijk dan begrijpen waarom we er om geven, of waarom hoge compressie zo’ n aspiratie is.

De beste uitleg die ik kreeg kwam van mijn collega en ingenieur David Tracy, die vervolgens contact opnam met andere ingenieurs en professoren voor hulp. Het beste antwoord kwam van Dr. Andy Randolph, technisch directeur bij ECR Engines. Hij doet powertrain research voor NASCAR, en zijn uitleg is super duidelijk:

vanuit het perspectief van een leek wordt het motorvermogen gegenereerd wanneer verbranding een kracht uitoefent op de zuiger en de zuiger naar beneden duwt tijdens de expansieslag.

hoe hoger de zuiger in de boring is wanneer de verbranding begint, hoe meer kracht zal worden uitgeoefend.

naarmate de compressieverhouding toeneemt, beweegt de zuiger hoger in de boring in het bovenste dode Midden, vandaar dat er extra kracht is voor de expansieslag (extra kracht voor dezelfde hoeveelheid brandstof is gelijk aan een hoger rendement).

nu moeten we echt meer begrijpen over het waarom naast het hoe, en dat betekent dat we ons in het domein van de thermodynamica moeten wagen.

Het fundamentele punt van dit alles is dat een hogere compressieverhouding betekent dat de motor meer werk krijgt van dezelfde hoeveelheid brandstof. Dat is goed voor de macht en ook mijlen per gallon.

om uit te leggen waarom een hogere compressieverhouding een betere efficiëntie oplevert, gaan we niet te diep in de thermodynamica duiken, maar wat maakt het uit, laten we onze tippy toes erin dompelen. Het is gezond en goed voor de ziel.

hogere compressie betekent meer werk maar meer druk

de afbeelding hierboven toont een P-V, of Druk-Volume, diagram voor een ideale en typische benzinemotor. Het laat zien, visueel, wat er gaande is in je motor als het benzine verbrandt.

in het bovenstaande diagram toont de onderste 1-2 curve de compressieslag.

de 2-3 lijn toont verbranding.

de bovenste 3-4-kromme toont de expansiestreek.

en de 4-1 lijn toont warmteafstoting wanneer de uitlaatklep opengaat.

om meer technisch te zijn, toont de 1-2 kromme in het diagram de compressieslag waarin de druk (y-as) stijgt en het volume (x-as) daalt terwijl de zuiger op het gas werkt, het knijpt. De 2-3 lijn toont de warmte die vrijkomt bij verbranding, waardoor de druk en temperatuur van het gas snel toenemen. De 3-4 curve toont het volume stijgen en druk dalen als het gas werkt op de zuiger tijdens de expansie slag. De 4-1 lijn toont warmteafstoting van het gas naar de omgeving als de druk terugkeert naar de omgeving met de uitlaatklep open. Tot slot de vlakke 1-5 lijn op de bodem vertegenwoordigt de uitlaatslag en zuiger terug te keren naar de top dood centrum aan het einde.

het gebied binnen deze 1-2-3-4 regels geeft aan hoeveel werk door de motor wordt gedaan. Hogere compressieverhouding betekent dat de twee verticale lijnen op de plot naar links en omhoog zullen bewegen, waardoor meer ruimte binnen de grenzen blijft dan met een lagere compressieverhouding, en dus werk wordt gedaan. Maar zoals je kunt zien op dat diagram, zou je een hogere druk raken. Anders gezegd, je zou eindigen met meer mechanisch werk van uw hoge compressieverhouding Motor. Je zou meer druk krijgen in de cilinder en op je zuiger door de warmte-invoer van verbranding.

hogere compressie betekent ook meer thermische efficiëntie

Het is ook belangrijk op te merken dat de warmte-invoer en het warmteverlies tijdens de cyclus van uw motor betrekking hebben op de efficiëntie als functie van compressieverhouding. Het hele ding werkt op twee ideeën. De eerste is dat de warmte-energie die het systeem binnenkomt, moet worden omgezet in mechanische arbeid of afvalwarmte. De tweede is dat thermische efficiëntie is gewoon de werkoutput gedeeld door de warmte-input. Dus dan kunt u de relatie tussen thermische efficiëntie en compressieverhouding afleiden, zoals mit uitgezet op de webpagina en hierboven weergegeven. De vergelijking is hier (nu is thermische efficiëntie, r is compressieverhouding, en gamma is een eigenschap van de vloeistof):

Als u een motor van een bepaalde verplaatsing een hogere compressieverhouding, u effectief verschuiven van de P-V diagram omhoog en naar links, en verhoog de warmte-input (QH in het diagram) meer dan warmteverlies (QL). Anders gezegd, Je zet meer van je input energie om in werk. Hier is Jason Fenske van Engineering uitgelegd het afbreken van die relatie tussen compressieverhouding, warmteoverdracht en efficiëntie:

hoe dan ook, het punt is dat thermodynamica dicteert dat thermische efficiëntie gaat omhoog met compressieverhouding, zoals je kunt zien door die grafiek en vergelijking hierboven. En dat betekent meer pk, beter brandstofverbruik, zwaardere portefeuilles en grotere glimlachen. Rijd elke trage, piepende, gaszuigende, oude lage compressie Amerikaanse V8 en je begrijpt wat ik bedoel.

compressieverhouding is ook wat motoren zoals Mazda ‘ s Skyactiv-G motor zo efficiënt maakt. De eerste van een golf van nieuwe high-compressie en variabele-compressie motoren van Mazda, Nissan / Infiniti en Toyota, De Mazda heeft de hoogste compressieverhouding in het bedrijf op dit moment, op 14: 1, dat is de reden waarom het kan beheren hoge brandstofverbruik en macht cijfers zelfs zonder een turbocompressor.

waarom hogere compressie betekent dat u een hoger octaan

nodig hebt waarom gebruikt niet iedereen gewoon hoge compressieverhoudingen? Nou, hoge compressie is de reden waarom veel van de prestaties motoren moeten premium brandstof, of hoog-octaan benzine. Octaan ratings zijn, zoals dit How Stuff Works artikel wijst, een meting van het vermogen van de benzine om detonatie te weerstaan.

vergeleken met gas met een hoog octaangetal, is de kans groter dat benzine met een laag octaangetal automatisch ontbrandt als gevolg van hoge luchtvullingstemperaturen en-drukken. Eigenlijk wil je het gas dat ontbrandt wanneer je dat wilt, niet het soort dat ontbrandt wanneer je dat niet wilt. Dat soort ongecontroleerde verbranding heet kloppen. Kloppen is slecht; het vermindert koppel en kan onherstelbare schade aan uw motor veroorzaken.

Hoge compressie verhoogt uw risico op kloppen, dat is de reden waarom zeer hoge compressie motoren draaien hoog octaan race gas of (vaker nu) E85. Gassen hebben de neiging om op te warmen als ze gecomprimeerd zijn, zodat de verhoogde warmtedichtheid kan leiden tot de brandstof voortijdig verbranden voordat de bougie ontbrandt. Om te herhalen: dat is slecht.

Mazda moest veel werk doen aan zijn zuiger – en uitlaatontwerp om het kloppen op zijn 14:1-motor die op pompgas liep, te beperken. De zuigers in een Skyactiv – x motor, bijvoorbeeld, hebben een holte in het midden, zodat Mazda om te schieten een uitbarsting van rijke brandstof rond de ontsteken bougie in een anders mager mengsel en, ja, er is een reden waarom dit was niet een gemakkelijke technologie te ontwikkelen.

wat ook interessant is, is dat je niet zomaar een engine kunt maken met zo ‘ n hoge compressieverhouding als je wilt. Ik nam contact op met John Hoyenga, een eigenaar van de performance exhaust and rally shop Nameless Performance, om te praten over de risico ‘ s en voordelen van hoge compressie.

John bouwt een Nissan 240SX rally auto waarin hij een SR20VE viercilinder, momenteel ongeveer 250 PK op de wielen van slechts 2,0 liter. Dit is, verrassend, zonder turbo. Alles wat John te danken heeft is de zeer hoge 14.5:1 compressieverhouding. “Er is meer werk gedaan door compressie,” legde hij uit, ” dus hoe meer macht zal maken zonder boost.”

Dat gezegd zijnde, omdat dit een race motor, hij draait het met race gas of extreem hoge octaan E85. John zei dat alles boven 14.5:1 compressieverhouding het risico van zelfontbranding zou lopen, en het kon een staaf uitschieten of een lager laten draaien. Dit is wat terloops wordt aangeduid als “opblazen.”

er is een limiet aan hoe hoog je kunt gaan

Ik vroeg of dit is waarom we niet zien dat mensen niet rondrennen met motoren die aanzienlijk hogere compressieverhoudingen hebben dan alles wat we vandaag zien. Obsceen hoge ratio ‘ s, zoals 60:1. John lachte. Hij legde uit dat metaal gewoon niet kan weerstaan zulke hoge niveaus van stress, en een compressieverhouding als dat zou dingen zo heet dat het zou blazen elke huidige Motor.

natuurlijk bouwen we niet allemaal raceauto ‘ s met racemotoren, dus het veranderen van compressieverhoudingen is niet iets waar we ons ooit zorgen over hoeven te maken. Maar we zijn casual auto-eigenaren en quasi-motor liefhebbers, dus dit was een verklaring voor wat compressieverhouding betekent en waarom het er toe doet. Je hoeft niet meer te doen alsof, je weet nu wat het is.

nu, ga en vind die trapeze artiest en vertel hem hoe je je voelt!