Статичне проти ефективного стиснення: Чому для більш високої ефективної компресії не потрібно вищий октановий газ?


29

Фон


Останнім часом я намагаюся зробити багато досліджень щодо підвищення, тому що в майбутньому я планую запустити помірний режим турбо на своєму щоденному / легкому автомобілі. Я намагаюся вникнути у фізику речей, щоб, коли я займаюся складанням, я не просто ляпав деталі і сподівався на найкраще, а натомість створив мотор для роботи.

Питання


Моє головне питання таке. Я читав цю статтю, і хоча це поглиблює моє розуміння стиснення, це залишає мене таким питанням: я знаю, що двигуни, які працюють із вищим коефіцієнтом статичної стиснення, потребують вищих октанових палив для запобігання детонації, тому чому мотори мають більш високі ефективні коефіцієнти стиснення. не здається, вимагають вищих октанових палив?

Зазвичай я чую про людей, які працюють у турбо-установках і просто використовують звичайний насосний газ і не мають проблем, хоча ефективний коефіцієнт стиснення був би набагато вищий, ніж у більшості двигунів з природним напором. Наприклад, установка, яку я розглядав, була б Honda D16a6 з турбонаддувом, який має статичний коефіцієнт стиснення 9,1: 1, з 10-фунтовим прискоренням, що дає ефективність стиснення приблизно 15: 1.


2
Я можу відповісти на власне запитання тут, але мені просто прийшла думка. Це буде тому, що більшість установок з турбонаддувом використовують якусь інтеркулер, знижуючи температуру впускного заряду?
Аннат

2
для цього двигуна вам знадобиться більше октанового палива. Дивіться мою надзвичайно довгу відповідь, чому. Налаштований належним чином, вам слід добре впорядкувати преміум-класу (93 октани, де я живу).
Боб Хрест

Боб. Я не думаю, що я коли-небудь бачив пояснення так добре. Дуже гарна якість, сер.

Відповіді:


30

tl; dr: Вони роблять. Просто важче сказати, скільки.

Більш довга відповідь полягає в тому, що вони роблять, і що ефективне стиснення не дає змоги вам як наближення до фактичних ефектів.

Подумайте про детонацію (передчасне розпалювання паливно-повітряної суміші AKA). Зазвичай ми розглядаємо дві причини: стиснення (зміна простору, що міститься в циліндрі, коли поршень рухається вгору і вниз) і температури (наприклад, вимірювана температура вхідного повітря).

Насправді є лише температура.

Повернемося до закону про ідеальний газ :

PV = nRT

де Pтиск, Vоб'єм і Tтемпература (у градусах Кельвіна, пам’ятайте!), а решта - цікаві константи, які не переживають цю дискусію. Стиснення призводить Vдо зменшення та Pзбільшення цього значення. В ідеальному світі це було б кінцем: стиснення циліндра було б 100% ефективним процесом без підвищення температури.

На жаль, ми живемо в реальному, а не в ідеальному світі. Найкраща проста модель для того, що відбувається в двигуні - це система постійної ентропії . Це означає, що ми обмежені співвідношенням теплоємності газів у системі. Якщо ми використовуємо коефіцієнт теплоємності 1,3 та приклад коефіцієнта стиснення 10: 1, ми дивимось на приблизне подвоєння температури (градуси Кельвіна!).

Коротше кажучи, стиснення робить гази гарячішими. Чому це погано?

Подумайте про це так: у вас є фіксований бюджет температури для певного октанового газу. Якщо Tвиходить вище T_ignition, брязкайте. Отже, як ви вказуєте, ви можете додати в систему інтеркулер, зменшуючи температуру вхідного повітря.

Так само ви можете змінити суму, яка Vзмінюється. Це збільшує кількість підвищення температури, яке ваш двигун може переносити перед детонацією.

Тепер додавання турбо на впускне повітря стискає нормальний атмосферний тиск до чогось значно вищого, що призводить до зміни тих інших констант, які я попередньо очистив (перевіряйте об'ємну ефективність турбо для отримання додаткової інформації) та збільшує температуру.

Це відповідає моєму температурному бюджету. Якби я використовував газ нижчого октану, це знизило б поріг детонації і, при посиленні, я міг би подивитися на пошкодження двигуна.

Отже, зрештою, що ти робиш?

  1. Дослідницькі дослідження: не будуйте у вакуумі. Скопіюйте макети інших людей або вдосконаліть їх.
  2. Виміряйте температуру споживання повітря до та після турбо.
  3. Знайдіть найкращий газ, який можете.
  4. Налаштуйте комп'ютер двигуна, щоб ваш двигун не підірвав.

Що стосується настройки: одне, що ECU може зробити, це додати в суміш додаткове паливо, тим самим охолоджуючи суміш. Правда, використання палива в якості теплоносія не сприяє абсолютній ефективності, але не повинно бути проблемою, коли їздити з-під поштовху. Як завжди, менше права нога = менше витраченого газу.

Все вищесказане обговорюється в книзі " Максимальний прискорений турбонаддув" Коркі Белла - дуже захоплююче прочитання для прихильних людей, як я.

Через деякий час : Я щойно помітив конкретне запитання про 9,1 коефіцієнт статичного стиснення, що працює на 10 фунт / кв. Дюйм. Як приклад, мій WRX працює 8: 1 зі швидкістю 13,5 фунт / кв.дюйм, тому на його обличчі 9: 1 з 10 фунт / кв.дюйм здається досяжним.

Давайте розглянемо одне з більш доцільно розумних рівнянь для ефективного коефіцієнта стиснення (яке, як ми зазначали, все ще є наближенням досить складної термодинаміки):

ECR = sqrt((boost+14.7)/14.7) * CR 

Де ECR"ефективний коефіцієнт стиснення" і CR"коефіцієнт статичної компресії" (з чого ви почали, перш ніж додавати прискорення). boostвимірюється в фунтах фунта (фунтів на квадратний дюйм). Пам'ятайте, мета цього рівняння полягає в тому, щоб сказати нам, чи запропонована нами установка взагалі можлива і чи зможе вона працювати на газі, який я можу придбати на вулиці проти іподрому.

Отже, використовуючи мою машину як приклад:

ECR = sqrt((13.5 + 14.7) / 14.7) * 8 = sqrt(1.92) * 8 = 11.08

Використовуючи це рівняння, наслідком є ​​те, що мій ефективний коефіцієнт стиснення становить приблизно 11: 1 при максимальному підвищенні. Це в межах того, що ви можете розраховувати на роботу мотора з нормальним напором і насосним газом (93 октану). І, підтверджуючи існування, моя машина справді працює на 93 октані.

Отже, давайте подивимось на цю інсталяцію:

ECR = sqrt((10 + 14.7) / 14.7) * 9.1 = sqrt(1.68) * 9.1 = 11.79

Як зазначається в посиланні, 12: 1 насправді приблизно настільки далеко, як ви можете їхати з вуличним автомобілем, так що ця установка все ще буде в цих межах.

Для повноти слід зазначити, що існує ще одне рівняння ECR, яке блукає по Інтернету, що опускає квадратний корінь. З цією функцією є дві проблеми:

  1. По-перше, це призвело б до ЕЦП для мого автомобіля 15: 1. Це трохи смішно: я навіть не хотів би заводити такий двигун вуличним газом.

  2. ECR - це все-таки наближення: реальна відповідь на питання "скільки можна збільшити?" походить від критичних факторів, таких як температура впускного повітря та ефективність компресора. Якщо ви використовуєте наближення, не використовуйте той, який негайно дає вам марні відповіді (див. Пункт 1).


1
+1 Це саме те, що я шукав, дякую! Це багато що пояснює.
Аннат

@BobCross Моя заздрість до цієї відповіді - світло-зелена, не лісова зелена ... але все-таки зелена. Схоже, гофастер думає, що це і коліна бджоли. Випадки повинні бути важкими для вас. :-)
DucatiKiller

1
Ем ... Якщо ви зменшите Vрівняння, Tдоводиться також зменшуватися, щоб підтримувати рівність, якщо все інше постійне! Але є і тиск p, який збільшиться більше, ніж зменшиться V. Ось чому Tнасправді зростає. (Навіть формула T_1/T_2=V_2/V_1не є правильною, як це передбачається p=const). Ви маєте тут адіабатичний процес, T_1/T_2=(V_2/V_1)^(κ-1)де κє (напів) константа в порядку 1,3. Однак те, про що ви пишете, Vі Tабсолютно правильно, даючи загальну чудову відповідь (+1).
пір

@sweber вау, ви абсолютно праві. Цікаво, який проект цієї відповіді дозволив мені зробити рівність у нерівності. Звичайно тиск не є постійним, або двигун взагалі не працюватиме. Перепишіть цю частину прямо зараз.
Боб Хрест

5

Однією з причин того, що турбонастройка з еквівалентним ефективним стисненням більше прощає низькооктановий газ, ніж установка статичного стиснення, - це те, що ти весь час не перебуваєш у такому співвідношенні стиснення. Візьмемо, наприклад, цю хонду. При статичному співвідношенні 9: 1 ви можете виконувати 87 октанів цілий день, доки не натискаєте на нього жодного прискорення. Коли ви почнете натискати на прискорене горло, датчики стукання вимкнуться, і двигун повинен відповідати різними способами - можливо, різанням палива, іскрою або затримкою, що може змусити прискорити подачу (не те, що я рекомендую).

У випадку статичного стиснення, навіть коли ви просто намагаєтесь простоювати або їздити на приводі, ви все ще будете переробляти на октановий газ, який не вимагається. Це стосується і беззмінних нагнітачів, також немає вимикача "вимкнення" або "я гарно їду". Ви заблоковані в тому, що вище коефіцієнт стиснення.

Знову ж таки, щоб не рекомендувати цю практику, у мене був турбін Ford Probe 2.2L з турбонаддувом 270 к.с., а при повному збільшенні (~ 21psi) та статичному коефіцієнті стиснення 7,8: 1 я ніколи не наважувався б намагатися досягти цього на чому-небудь, крім 93 октану. Однак іноді на тривалих поїздках я б поповнив 87 октаном і встановив би свій регулятор підсилення в 7psi або нижче, і не отримував жодної активності датчика стуку. Навіть якщо я не опустив регулятор підсилення, ви можете просто «добре приїхати», якщо хочете ризикувати (але спокуса досить сильна). Мені вдалося отримати 36MPG з 87 октану, коли мені це було приємно (досить економно). Я порівнюю це з моїм батьком на 4,6 л 4,8 л V8 отримує 12 МПГ, коли вам це приємно, 8 МПГ, коли ви не є, і у вас немає нічого іншого, крім премії.


"Коли ви почнете натискати на прискорене горло, датчики стукання вимкнуться, і двигун повинен відповідати різними способами" - правильно, ви сподіваєтесь, що реактивна система вчасно виявить симптом і вчасно відреагує, щоб запобігти катастрофічній шкоді. Проблема полягає в тому, що він просто не збирається працювати в часі для деяких ненульових відсотків ситуацій
Боб Крос

О, я погоджуюся на 120%, і я вкладаю двічі, я не рекомендую робити це - проте, чому ви можете "піти" з меншим октановим газом у турбо / деяких установках з наддувом, які вам не вдалося статичним коефіцієнтом стиснення налаштування.
Егрик

4

Окрім хорошої відповіді від @Bob:

Є кілька хитрощів, які можна використати для полегшення проблеми:

  • Датчик стуку для виявлення передчасних детонацій (та регулювання напорного тиску). Наприклад, APC Saab дозволяє безпечно використовувати паливо з нижчим октаном.

  • Впорскування води для охолодження камер згоряння (замість зайвого палива)

  • На циліндричні термометри вихлопу (і послідовне впорскування / запалювання)

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.