Kompresi statis vs. Efektif: Mengapa kompresi efektif lebih tinggi tidak memerlukan gas oktan lebih tinggi?

Latar Belakang

Saya telah mencoba melakukan banyak penelitian tentang peningkatan belakangan ini karena saya berencana menjalankan pengaturan turbo moderat pada mobil harian / tugas-ringan-autox di masa depan. Saya mencoba untuk masuk ke dalam fisika hal-hal sehingga ketika saya melakukan pembangunan saya, saya tidak hanya menampar bagian dan berharap untuk yang terbaik, tetapi sebagai gantinya merancang motor untuk bekerja.

Pertanyaan

Pertanyaan utama saya adalah ini. Saya telah membaca artikel ini dan sementara itu memperdalam pemahaman saya tentang kompresi, ia meninggalkan saya dengan pertanyaan ini: Saya tahu bahwa mesin yang menjalankan rasio kompresi statis lebih tinggi membutuhkan bahan bakar oktan lebih tinggi untuk mencegah peledakan, jadi mengapa motor dengan rasio kompresi efektif yang lebih tinggi tampaknya tidak membutuhkan bahan bakar oktan lebih tinggi?

Saya biasanya mendengar tentang orang yang menjalankan pengaturan turbo dan hanya menggunakan gas pompa biasa dan tidak mengalami masalah, meskipun rasio kompresi efektif akan jauh lebih tinggi daripada kebanyakan mesin yang disedot secara alami. Sebagai contoh, pengaturan yang saya pertimbangkan adalah Honda d16a6 turbocharged, yang memiliki rasio kompresi statis 9,1: 1, dengan 10 psi boost, sehingga menghasilkan kompresi efektif sekitar 15: 1.

tl; dr: Benar . Lebih sulit untuk mengatakan berapa banyak.

Jawaban yang lebih panjang adalah yang mereka lakukan dan kompresi efektif gagal Anda sebagai perkiraan untuk efek yang sebenarnya.

Pikirkan tentang peledakan (pengapian prematur AKA dari campuran udara-bahan bakar). Biasanya kami mempertimbangkan dua penyebab: kompresi (perubahan ruang tertutup oleh silinder saat piston bergerak ke atas dan ke bawah) dan suhu (misalnya, suhu udara intake yang diukur).

Pada kenyataannya, hanya ada suhu.

Mari kita kembali ke hukum gas yang ideal :

PV = nRT

di mana Pada tekanan, Vvolume dan Tsuhu (dalam derajat Kelvin, ingat!) dan sisanya adalah konstanta menarik yang tidak berhubungan dengan diskusi ini. Kompresi menyebabkan Vnilai itu menurun dan Pmeningkat. Dalam dunia yang ideal , itu akan menjadi akhir dari itu: kompresi silinder akan menjadi proses yang 100% efisien tanpa peningkatan suhu.

Sayangnya, kita hidup di dunia nyata daripada dunia ideal. Model sederhana terbaik untuk apa yang terjadi di mesin adalah bahwa ia adalah sistem entropi konstan . Ini berarti bahwa kita dibatasi oleh rasio kapasitas panas dari gas dalam sistem. Jika kita menggunakan rasio kapasitas panas 1,3 dan rasio kompresi contoh 10: 1, kita sedang melihat perkiraan penggandaan suhu (derajat Kelvin!).

Singkatnya, kompresi membuat gas lebih panas. Mengapa ini buruk?

Pikirkan seperti ini: Anda memiliki anggaran suhu tetap untuk gas oktan tertentu. Jika Tlebih tinggi dari T_ignition, bang. Jadi, seperti yang Anda tunjukkan, Anda dapat menambahkan intercooler ke sistem, mengurangi suhu udara input.

Demikian juga, Anda dapat mengubah jumlah yang Vberubah. Ini meningkatkan jumlah kenaikan suhu yang dapat ditoleransi mesin Anda sebelum meledak.

Sekarang, menambahkan turbo pada udara masuk mengompres tekanan atmosfer normal ke sesuatu yang jauh lebih tinggi, menghasilkan perubahan konstanta lain yang sebelumnya saya singkirkan (periksa efisiensi volumetrik turbo untuk informasi lebih lanjut) dan meningkatkan suhu.

Itu memakan anggaran suhu saya. Jika saya menggunakan gas oktan yang lebih rendah, itu akan menurunkan ambang batas untuk ledakan dan, pada dorongan, saya bisa melihat kerusakan mesin.

Jadi, setelah semua itu, apa yang Anda lakukan?

1. Penelitian penelitian penelitian: jangan membangun dalam ruang hampa. Salin tata letak orang lain atau perbaiki.
2. Ukur suhu udara masuk Anda, sebelum dan sesudah turbo.
3. Temukan gas terbaik yang Anda bisa.
4. Setel komputer mesin agar mesin Anda tidak meledak.

Saat penyetelan: satu hal yang dapat dilakukan ECU adalah menambahkan bahan bakar tambahan ke dalam campuran, sehingga mendinginkan campuran. Diakui, menggunakan bahan bakar sebagai pendingin tidak kondusif untuk efisiensi absolut tetapi seharusnya tidak menjadi masalah saat berkendara di sekitar dorongan. Seperti biasa, kaki kanan kurang = lebih sedikit gas yang dihabiskan.

Semua hal di atas dibahas dalam buku Turbocharging Corky Bell Maximum Boost - bacaan yang sangat menghibur bagi orang-orang culun seperti saya.

Menindaklanjuti beberapa waktu kemudian : Saya baru saja melihat pertanyaan spesifik tentang 9,1 rasio kompresi statis menjalankan 10 psi dorongan. Sebagai contoh, WRX saya berjalan 8: 1 pada sekitar 13,5 psi sehingga, pada permukaannya, 9: 1 dengan 10 psi tampaknya dapat dicapai.

Mari kita lihat salah satu persamaan yang lebih masuk akal untuk rasio kompresi efektif (yang, seperti yang kami catat, masih merupakan perkiraan termodinamika yang cukup kompleks):

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

Di mana ECR"rasio kompresi efektif" dan CR"rasio kompresi statis" (apa yang Anda mulai sebelum menambahkan dorongan). boostdiukur dalam psi (pound per inci persegi). Ingat, tujuan dari persamaan ini adalah untuk memberi tahu kami apakah pengaturan yang kami usulkan layak atau tidak dan apakah akan dapat berjalan dengan bahan bakar yang dapat saya beli di jalan versus pacuan kuda.

Jadi, gunakan mobil saya sebagai contoh:

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

Dengan menggunakan persamaan ini, implikasinya adalah bahwa rasio kompresi efektif saya adalah sekitar 11: 1 pada boost puncak. Itu dalam batas dari apa yang dapat Anda harapkan untuk menjalankan motor aspirasi normal dengan gas pompa (93 oktan). Dan, buktinya, mobil saya berjalan pada 93 oktan dengan baik.

Jadi, mari kita lihat pengaturan yang dimaksud:

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

Seperti yang dikutip dalam referensi, 12: 1 benar-benar sejauh yang Anda bisa dengan mobil jalan sehingga pengaturan ini masih berada dalam batas-batas itu.

Untuk kelengkapan, kita harus perhatikan bahwa ada juga persamaan ECR lain yang berkeliaran di internet yang menghilangkan akar kuadrat. Ada dua masalah dengan fungsi itu:

1. Pertama, itu akan menghasilkan ECR untuk mobil saya 15: 1. Itu agak konyol: Saya bahkan tidak mau menyalakan motor seperti itu dengan gas jalanan.

2. ECR toh merupakan perkiraan: jawaban sebenarnya untuk pertanyaan "berapa banyak dorongan yang bisa saya jalankan?" berasal dari faktor kritis seperti suhu udara masuk dan efisiensi kompresor. Jika Anda menggunakan perkiraan, jangan gunakan yang yang langsung memberi Anda jawaban yang tidak berguna (lihat poin 1).

Salah satu alasan bahwa pengaturan turbo dengan kompresi efektif yang setara lebih memaafkan gas oktan lebih rendah daripada pengaturan kompresi statis adalah karena Anda tidak berada pada rasio kompresi sepanjang waktu. Ambil honda itu, misalnya. Pada rasio statis 9: 1, Anda dapat menjalankan 87 oktan sepanjang hari selama Anda tidak mendorongnya. Ketika Anda mulai mendorong beberapa dorongan ke tenggorokannya, sensor ketukan akan padam dan mesin HARUS merespons dengan berbagai cara - mungkin memotong bahan bakar, percikan, atau penghambat waktu, yang akan memaksa dorongan turun (bukan yang saya rekomendasikan).

Dalam kasus kompresi statis, bahkan ketika Anda hanya mencoba untuk idle atau mengemudi dengan baik, Anda masih akan menggunakan gas oktan lebih rendah dari yang dibutuhkan. Ini akan berlaku untuk supercharger tanpa kopling juga, tidak ada tombol "off" atau "Saya mengemudi dengan baik". Anda dikunci ke dalam rasio kompresi yang lebih tinggi.

Sekali lagi, untuk tidak merekomendasikan praktik ini, saya memiliki turbo 2.2L Ford Probe 2.2L, dan dengan dorongan penuh (~ 21psi) dan rasio kompresi statis 7,8: 1, saya tidak akan pernah berani mencoba mencapainya dengan apa pun kecuali 93 oktan. Namun, kadang-kadang pada perjalanan panjang saya akan mengisi dengan 87 oktan dan mengatur pengontrol boost saya di 7psi atau lebih rendah, dan tidak mendapatkan aktivitas sensor ketukan dicatat. Sekalipun saya tidak menurunkan boost controller, Anda bisa 'mengendarai mobil bagus' jika Anda ingin mengambil risiko (tapi godaannya agak kuat). Saya bisa mendapatkan 36MPG dari 87 oktan ketika saya baik untuk itu (cukup ekonomis). Saya membandingkannya dengan 427hp 4.6L V8 supercharged ayah saya mendapat 12MPG ketika Anda baik untuk itu, 8MPG ketika Anda tidak, dan Anda tidak memiliki pilihan selain premium.

Selain jawaban yang bagus dari @ Bob:

Ada beberapa trik yang dapat digunakan untuk meringankan masalah:

• Sensor ketukan untuk mendeteksi peledakan prematur (dan menyesuaikan tekanan pendorong). Misalnya Saab APC memungkinkan penggunaan bahan bakar oktan lebih aman.

• Menyuntikkan air untuk mendinginkan ruang pembakaran (bukan bahan bakar yang berlebihan)

• Termometer luar per silinder (dan injeksi / pengapian berurutan)