Annath

Статическое и эффективное сжатие: почему более эффективное эффективное сжатие не требует более высокого октанового газа?


Двигатель Представление Октан Компрессия Турбокомпрессор Авто

Задний план


В последнее время я пытаюсь сделать много исследований, связанных с повышением, потому что в будущем я планирую запустить умеренную турбоустановку на моем ежедневном / легком автомобильном автомобиле. Я пытаюсь проникнуть в физику вещей, так что, когда я делаю свою сборку, я не просто ударяю по частям и надеюсь на лучшее, но вместо этого создаю двигатель для работы.

Вопрос


Мой главный вопрос - это. Я читал эту статью, и хотя это углубляло мое понимание сжатия, это оставляет мне этот вопрос: я знаю, что для двигателей с более высоким коэффициентом статического сжатия требуется более высокое октановое топливо для предотвращения детонации, поэтому почему двигатели с более высокими эффективными коэффициентами сжатия по-видимому, не требуют более высоких октановых топлив?

Я обычно слышу о людях, которые работают с турбонаддувом и просто используют обычный насос и не испытывают никаких проблем, хотя эффективная степень сжатия будет намного выше, чем у большинства атмосферных двигателей. Например, установка, которую я рассматривал, будет Honda d16a6 с турбонаддувом, которая имеет коэффициент статического сжатия 9,1: 1 с 10 psi повышения, что дает примерно 15: 1 эффективное сжатие.

Annath
Я мог бы ответить на свой вопрос здесь, но мне пришла в голову одна мысль. Будет ли это потому, что большинство установок с турбонаддувом используют какой-то интеркулер, снижая температуру всасываемого заряда?

Bob Cross♦
вам понадобится более высокое октановое топливо для этого двигателя. Смотрите на мой очень длинный ответ, почему. Настроенный должным образом, вы должны быть в порядке над основной премией (93 октаны, где я живу).

Anonymous
Боб. Я не думаю, что когда-либо видел, объяснил так хорошо. Очень приятное качество.

Ответы


Bob Cross

tl; dr: Они делают. Труднее сказать, сколько.

Более длинный ответ заключается в том, что они делают и что эффективное сжатие терпит неудачу в качестве приближения для реальных эффектов.

Подумайте о детонации (преждевременное воспламенение топливно-воздушной смеси AKA). Обычно мы рассматриваем две причины: сжатие (изменение пространства, закрытого цилиндром при перемещении поршня вверх и вниз) и температуры (например, измеренная температура всасываемого воздуха).

В действительности, есть только температура.

Давайте вернемся к закону идеального газа :

 PV = nRT 

где P - давление, V - объем, а T - температура (в градусах Кельвина, помните!), а остальные - интересные константы, не связанные с этим обсуждением. Сжатие приводит к уменьшению значения V и увеличению P В идеальном мире это было бы концом: сжатие цилиндра было бы 100% эффективным процессом без повышения температуры.

К сожалению, мы живем в реальном, а не в идеальном мире. Лучшая простая модель того, что происходит в двигателе, состоит в том, что это система постоянной энтропии . Это означает, что мы ограничены отношением теплоемкости газов в системе. Если мы используем коэффициент теплоемкости 1,3 и примерную степень сжатия 10: 1, мы рассматриваем приблизительное удвоение температуры (градусы Кельвина!).

Короче говоря, сжатие делает газы более горячими. Почему это плохо?

Подумайте об этом так: у вас есть фиксированный температурный бюджет для определенного октанового газа. Если T становится выше T_ignition , bang. Таким образом, как вы указываете, вы можете добавить в систему интеркулер, уменьшив температуру входного воздуха.

Аналогично, вы можете изменить сумму, которую V изменяет. Это увеличивает количество повышения температуры, которое ваш двигатель может выдержать до детонации.

Теперь добавление турбины на всасывающем воздухе сжимает нормальное атмосферное давление на что-то значительно выше, что приводит к изменению тех других констант, которые я ранее отмахнулся (для получения более подробной информации см. Объемный объем турбокомпрессора) и увеличивает температуру.

Это съедает мой температурный бюджет. Если бы я использовал более низкий октановый газ, это снизило бы порог для детонации, и, при повышении, я мог бы смотреть на повреждение двигателя.

Итак, после всего этого, что вы делаете?

  1. Научно-исследовательские исследования: не строить в вакууме. Скопируйте макеты других людей или улучшите их.
  2. Измерьте температуру воздуха, до и после турбонаддува.
  3. Найдите лучший газ, который вы можете.
  4. Настройте компьютер двигателя, чтобы ваш двигатель не взорвался.

При настройке: одно, что ECU может сделать, это добавить дополнительное количество топлива в смесь, тем самым охлаждая смесь. По общему признанию, использование топлива в качестве хладагента не способствует абсолютной эффективности, но не должно быть проблемой при движении вокруг буйка. Как всегда, менее правая нога = меньше газа.

Все вышесказанное обсуждается в книге Turbocharging от Corky Bell Maximum Boost - очень интересное чтение для таких выдающихся людей, как я.

После некоторого времени спустя : я только заметил конкретный вопрос о 9.1 статической степени сжатия, поддерживающей 10 psi boost. Например, мой WRX работает 8: 1 при давлении около 13,5 фунтов на квадратный дюйм, поэтому на первый взгляд кажется, что 9: 1 с 10 psi.

Давайте посмотрим на одно из более разумно разумных уравнений для эффективной степени сжатия (что, как мы отметили, все еще является приближением довольно сложной термодинамики):

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

Где ECR является «эффективной степенью сжатия», а CR - «статической степенью сжатия» (с которой вы начали с добавления повышения). boost измеряется в фунтах на квадратный дюйм (фунты на квадратный дюйм). Помните, что цель этого уравнения состоит в том, чтобы рассказать нам, возможна ли наша предлагаемая установка, и сможет ли она работать на газе, который я могу купить на улицах против гоночной трассы.

Итак, используя мой автомобиль в качестве примера:

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

Используя это уравнение, подразумевается, что моя эффективная степень сжатия составляет около 11: 1 при пиковой нагрузке. Это находится в пределах того, что вы могли ожидать, чтобы запустить двигатель с наддувом с газовым насосом (93 октаны). И, доказательство существования, мой автомобиль действительно работает на 93 октане просто отлично.

Итак, давайте посмотрим на эту установку:

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

Как указано в ссылке, 12: 1 действительно касается того, насколько вы можете пойти с уличным автомобилем, чтобы эта установка все еще была в этих пределах.

Для полноты мы должны отметить, что есть еще одно уравнение ECR, которое блуждает по интернету, которое не имеет квадратного корня. Есть две проблемы с этой функцией:

  1. Во-первых, это привело бы к ECR для моей машины 15: 1. Это немного смешно: я даже не хотел бы запускать такой двигатель с уличным газом.

  2. В любом случае, ECR является приблизительным: реальный ответ на вопрос о том, «сколько я могу запустить?» происходит от критических факторов, таких как температура всасываемого воздуха и эффективность компрессора. Если вы используете приближение, не используйте тот, который немедленно дает вам бесполезные ответы (см. Пункт 1).

Annath
+1 Это именно то, что я искал, спасибо! Это многое объясняет.

Bob Cross♦
@ Энн, пожалуйста.

DucatiKiller♦
@BobCross Моя зависть к этому ответу светло-зеленая, а не лесная зеленая ... но тем не менее зеленая. Похоже, гофастер думает, что это тоже колени пчелы. Фандом должен быть тяжело для вас. :-)

sweber
Ehm ... Если вы уменьшаете V в своем уравнении, T также должно уменьшаться, чтобы поддерживать равенство, если все остальное является постоянным! Но есть также давление p , которое увеличится больше, чем V уменьшается. Вот почему T действительно увеличивается. (Даже формула T_1/T_2=V_2/V_1 не является правильной, поскольку она предполагает p=const ). Здесь у вас адиабатический процесс с T_1/T_2=(V_2/V_1)^(κ-1) где κ - (полу) постоянная порядка 1.3. Однако то, что вы пишете о V и T , абсолютно верно, давая общий отличный ответ (+1).

Bob Cross♦
@sweber ничего себе, ты совершенно прав. Интересно, какой проект этого ответа позволил мне сделать равенство в неравенстве. Конечно, давление не является постоянным, или двигатель вообще не работает. Переписывая эту часть прямо сейчас.

Ehryk

Одной из причин того, что турбо-установка с эквивалентным эффективным сжатием является более прощающим для низкооктанового газа, чем статическая настройка сжатия, заключается в том, что вы все время не находитесь в таком коэффициенте сжатия. Возьмите, к примеру, honda. При статическом соотношении 9: 1 вы можете запускать 87 октанов весь день, пока вы не нажимаете на него никакого повышения. Когда вы начнете подталкивать некоторый импульс к горлу, датчики детонации исчезнут, и двигатель СЛЕДУЕТ ответить различными способами - возможно, сократить время горения топлива, искры или замедления, что должно заставить ускорить (не то, что я рекомендую).

В случае статического сжатия, даже когда вы просто пытаетесь простоять или управляете красиво, вы все равно будете препонировать на октановом газе с более низким, чем требуется. Это также относится к безмоторным нагнетателям, нет переключателя «выключен» или «я хорошо управляю». Вы заперты в этом более высоком коэффициенте сжатия.

Опять же, чтобы не рекомендовать эту практику, у меня был 270-сильный Ford Probe 2.2L turbo, а при статическом коэффициенте сжатия (~ 21psi) и 7.8: 1 я бы никогда не посмел попытаться достичь его на чем-либо, кроме 93 октанов. Тем не менее, иногда при длительных поездках я заполнял октановым числом 87 и устанавливал свой контроллер будильника на 7psi или ниже и не регистрировал активность датчика детонации. Даже если бы я не опускал контроллер бустеров, вы можете просто «сгонять», если хотите рискнуть (но искушение довольно сильное). Я смог получить 36MPG из 87 октанов, когда мне было приятно с ним (довольно экономично). Я сравниваю, что с наддувом моего 427hp 4.6L V8 моего отца получает 12MPG, когда вам это нравится, 8MPG, когда вы этого не делаете, и у вас нет возможности ничего, кроме премии.

Bob Cross♦
«Когда вы начнете подталкивать некоторый импульс к горлу, датчики детонации исчезнут, и двигатель СЛЕДУЕТ ответить разными способами» - верно, вы надеетесь, что реактивная система обнаружит симптом и отреагирует вовремя, чтобы предотвратить катастрофический ущерб Проблема заключается в том, что он просто не будет работать вовремя для некоторого ненулевого процента ситуаций.

Ehryk
О, я согласен с 120%, и я дважды ввожу, что я не рекомендую делать это - однако, почему вы можете «уйти» с более низким октановым газом в турбо / некоторых наддувом, которые вы не могли бы сделать в статическом коэффициенте сжатия настроить.

jkj

В дополнение к хорошему ответу @Bob:

Есть некоторые трюки, которые можно использовать для облегчения проблемы:

  • Датчик детонации для обнаружения преждевременных детонаций (и регулировки давления наддува). Например, Saab APC позволяет безопасно использовать низкооктановые топлива.

  • Впрыскивание воды для охлаждения камер сгорания (вместо избыточного топлива)

  • На баллонные термостаты (и последовательный впрыск / зажигание)

For advertisement and collaboration please email answer.adv@gmail.com