Você já ouviu o termo taxa de compressão antes, mas você já se perguntou exatamente o que isso significa? Bem, está na hora de explicar exactamente qual é a taxa de compressão, e porque é que todos os fabricantes estão agora obcecados com ela como se fosse o Santo Graal.
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taxa de compressão, reconhecidamente, é mais complicado do que parece no início. Não ajuda que é um desses Termos que você ouve ser jogado em carro encontros e em comunicados de imprensa sem muita explicação séria. É uma daquelas coisas que finges entender quando tentas impressionar o trapezista que conheceste no circo no fim-de-semana passado.
sabemos que a compressão alta é boa, e que a compressão baixa é má. Sabemos que o novo motor Skyactiv-X “Holy Grail” da Mazda é de alta compressão, juntamente com a série “diesel slayer” da Infiniti e a série “Dynamic Force” da Toyota que todos anunciam mais poder, juntamente com mais eficiência.
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vivemos numa idade em que os engenheiros não podem apenas dar mais potência ao motor tornando-o maior. Mudar a taxa de compressão de um motor está se tornando como ele é feito.
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(a propósito, se estiver a ler isto e a snifar Porque já sabe o que é a taxa de compressão, é bom para si! Nem toda a gente sabe.)
What Defines Compression Ratio Is Super Simple
a compression ratio is exactly what it sounds like-a ratio where you’re compressing the maximum cylinder volume into the minimum cylinder volume. Este é o volume do cilindro quando um pistão é todo o caminho para baixo em comparação com todo o caminho até o topo. Está escrito e dito como uma proporção. Por exemplo, para um motor com uma taxa de compressão 9:1, você diria que é “nove para um.”
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now picture a cylinder in your head. O pistão move-se para cima e para baixo dentro daquele cilindro. Quando o pistão está no ponto mais baixo, chama-se centro morto inferior. É onde o volume do cilindro é maior. Quando o pistão está no ponto mais alto dentro do cilindro, isso é chamado de centro morto superior, e é onde o volume do cilindro é menor. A comparação destes dois volumes é de onde a sua proporção vem.
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Se você é um aprendiz visual como eu sou, você vai gostar deste GIF que eu fiz mostrando como um motor de quatro tempos funciona. Vês como o pistão se move durante a compressão? É todo o ar e combustível que se comprimem no cilindro. Se um motor tem uma alta taxa de compressão, isso significa que um determinado volume de ar e combustível no cilindro está sendo espremido em um espaço muito menor do que um motor com uma menor taxa de compressão.
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E agora por exemplo com matemática simples, o meu tipo favorito.finge que tens um motor cujo volume de cilindro e câmara de combustão é de 10 cc quando o pistão está no centro morto. Depois que a válvula de admissão fecha e o pistão sobe durante o curso de compressão, ele aperta a mistura de ar e combustível para o espaço de um único centímetro cúbico. Este motor tem uma taxa de compressão de 10: 1.
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é isso aí! É a taxa de compressão. Volume total varrido mais volume comprimido (incluindo o volume da cabeça do cilindro e tudo acima onde o pistão “varre”) em volume comprimido sozinho.
Why It’s Better Is Complicated
But understanding what compression ratio is less important than understanding why we care about it, or why high compression is such an aspiration.
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a melhor explicação que recebi nisto veio do meu colega de trabalho e engenheiro David Tracy, que depois contactou outros engenheiros e professores para obter ajuda. A melhor resposta veio do Dr. Andy Randolph, Director Técnico da ECR Engines. Ele faz powertrain pesquisa para a NASCAR, e a sua explicação é muito clara:
a Partir de um leigos perspectiva, a potência do motor é gerado quando a combustão exerce uma força sobre o pistão e empurra o pistão para baixo do cilindro durante a expansão de um avc.quanto mais alto o pistão estiver no furo quando a combustão começar, mais força será exercida.
à medida que aumenta a taxa de compressão, o pistão se move mais alto no diâmetro no centro morto superior, portanto, há força adicional para o curso de expansão (força adicional para a mesma quantidade de combustível Igual A maior eficiência).
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Agora, nós realmente deve entender mais sobre o qual além de como, o que significa que nós vamos ter para se aventurar no reino da termodinâmica.
o ponto básico de tudo isso é que uma maior taxa de compressão significa que o motor está recebendo mais trabalho a partir da mesma quantidade de combustível. Isso é bom para o poder e também milhas por galão.
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Para explicar por que uma maior taxa de compressão produz uma melhor eficiência, nós não estamos indo para mergulhar muito fundo em termodinâmica, mas que diabos, vamos mergulho nossos tippy dedos. É saudável e bom para a alma.
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Compressão Mais elevada Significa Mais Trabalho, Mas Mais Pressão
A imagem acima mostra um P-V, ou de Pressão-Volume, diagrama por um ideal e típica de motores a gasolina. Ele mostra, visualmente, o que está acontecendo em seu motor enquanto queima gasolina.
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no diagrama acima, a curva inferior 1-2 mostra o curso de compressão.
a linha 2-3 mostra combustão.
a curva superior 3-4 mostra o curso de expansão.
e a linha de 4-1 mostra rejeição de calor quando a válvula de escape abre.para ser mais técnico, no diagrama a curva 1-2 mostra o curso de compressão em que a pressão (eixo y) sobe e o volume (eixo x) cai enquanto o pistão trabalha no gás, apertando-o. A linha 2-3 mostra o calor libertado durante a combustão, aumentando rapidamente a pressão e a temperatura do gás. A curva 3-4 mostra o aumento de volume e queda de pressão como o gás funciona no pistão durante o curso de expansão. A linha 4-1 mostra a rejeição do calor do gás para o ambiente à medida que a pressão retorna ao ambiente com a válvula de escape abrindo-se. Finalmente, a linha plana 1-5 na parte inferior representa o curso de escape e pistão retornando ao centro morto no final.
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a área dentro dessas linhas 1-2-3-4 representa o quanto trabalho feito pelo motor. Maior taxa de compressão significa que as duas linhas verticais no gráfico se moverão para a esquerda e para cima, deixando mais área dentro dos limites do que com uma menor taxa de compressão, e assim o trabalho está sendo feito. Mas como você pode ver nesse Diagrama, você atingiria uma pressão maior. Dito de outra forma, você acabaria com mais trabalho mecânico do seu motor de alta taxa de compressão. Estarias a ter mais pressão no cilindro e no pistão a partir da entrada de calor da combustão.
Maior Compressão Também Significa Mais Eficiência Térmica
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também É importante notar que a entrada de calor e a perda de calor durante o ciclo do seu motor relaciona-se com a eficiência como uma função da taxa de compressão. Tudo funciona com duas ideias. A primeira é que qualquer que seja a energia térmica que entra no sistema deve ser convertida em trabalho mecânico ou calor residual. A segunda é que a eficiência térmica é simplesmente a saída de trabalho dividida pela entrada de calor. Então você pode derivar a relação entre eficiência térmica e taxa de compressão, como o MIT plotado em sua página web e mostrado acima. A equação é aqui (nu é a eficiência térmica, r é a taxa de compressão, e gamma é uma propriedade do fluido):
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Como você dá um motor de um certo deslocamento de uma maior taxa de compressão, você efetivamente mudar o P-V do diagrama para cima e para a esquerda, e aumentar a entrada de calor (Qh no diagrama), mais do que a perda de calor (Ql). Por outras palavras, estás a transformar mais da tua energia de entrada em trabalho. Aqui está Jason Fenske da Engenharia explicou quebrando essa relação entre a relação de compressão, transferência de calor e eficiência:
de qualquer forma, o ponto é que a termodinâmica dita que a eficiência térmica sobe com a relação de compressão, como você pode ver por esse gráfico e equação acima. E isso significa mais potência, melhor economia de combustível, carteiras mais pesadas e sorrisos maiores. Conduz qualquer V8 americano lento, ofegante, sugador de gás e de baixa compressão e vais perceber o que quero dizer.
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taxa de compressão também é o que torna os motores como o motor Skyactiv-G da Mazda tão eficiente. A primeira de uma onda de novos motores de alta compressão e de compressão variável Mazda, Nissan / Infiniti e Toyota, O Mazda tem a maior taxa de compressão no negócio agora, em 14:1, que é por isso que ele pode gerenciar alta economia de combustível e números de potência, mesmo sem um turbocompressor.
por que maior compressão significa que você precisa de maior octano
Por que todo mundo simplesmente não usa altas taxas de compressão? Bem, alta compressão é por isso que muitos motores de desempenho precisam de combustível premium, ou gasolina de alta octana. As classificações de octanas são, como este artigo de como as coisas funcionam, uma medida da capacidade da gasolina para resistir à detonação.
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em comparação com o gás com uma elevada taxa de octanas, a gasolina com uma baixa taxa de octanas é mais provável de auto-inflamar devido a altas temperaturas e pressões de ar. Basicamente, queremos o gás que acende quando queremos, não o gás que acende quando não queremos. Esse tipo de combustão descontrolada chama-se bater à porta. Bater é ruim; reduz o torque e pode causar danos irreparáveis ao seu motor.
alta compressão aumenta o risco de bater, razão pela qual os motores de compressão muito alta correm gás de corrida de octanas ou (mais comumente agora) E85. Os Gases tendem a aquecer quando são comprimidos, por isso o aumento da densidade de calor pode levar ao combustível a arder prematuramente antes que a vela de ignição o Acenda. Para reiterar: isso é mau.
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Mazda teve que fazer um monte de trabalho para o seu pistão e projeto de escape para mitigar bater em seu 14:1 motor funcionando em gás de bomba. Os pistons em um motor Skyactiv-X, por exemplo, têm uma cavidade no meio, para permitir que a Mazda para atirar uma explosão de combustível rico em torno da ignição da vela de ignição em uma mistura de outra forma magra e, sim, há uma razão pela qual esta não era uma tecnologia fácil de desenvolver.
O que também é interessante é que você não pode simplesmente fazer um motor com uma taxa de compressão tão alta quanto você quer. Contactei o John Hoyenga, um proprietário da performance exhaust and rally shop Nameless Performance, para falar sobre riscos e benefícios da alta compressão.
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John está construindo um carro de rali Nissan 240SX em que ele está trocando um SR20VE de quatro cilindros, atualmente fazendo cerca de 250 cavalos nas rodas de apenas 2,0 litros. Isto é, surpreendentemente, sem turbo. Tudo o que John tem a agradecer é a sua elevada taxa de compressão de 14.5:1. “Há mais trabalho feito por compressão”, explicou ele, ” assim, quanto mais energia vai fazer sem impulso.”
dito isto, porque este é um motor de corrida, ele está executando-o com gás de corrida ou octanas extremamente altas E85. John disse que qualquer coisa acima de 14.5: 1 taxa de compressão correria o risco de auto-ignição, e poderia disparar uma haste ou girar um rolamento. Isto é o que é casualmente referido como “explodir”.”
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há um limite para o quão alto você pode ir
perguntei se é por isso que não vemos as pessoas não estão correndo em torno de motores que têm taxas de compressão significativamente mais altas do que qualquer coisa que vemos hoje. Rácios obscenamente altos, como 60: 1. O John riu-se. Ele explicou que o metal simplesmente não pode suportar níveis tão altos de estresse, e uma taxa de compressão como essa iria fazer as coisas tão quentes que iria explodir qualquer motor atual.
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é claro que nem todos nós estamos construindo carros de corrida com motores de corrida, por isso alterar as taxas de compressão não é algo que nós nunca temos que se preocupar. Mas somos proprietários de automóveis casuais e quase-entusiastas do motor, então esta foi uma explicação para o que a taxa de compressão significa e por que isso importa. Já não precisas de fingir, agora sabes o que é. agora, vai procurar o trapezista e diz-lhe como te sentes!
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escritor em Jalopnik e consumidor de muitas massas.