Nén tĩnh so với hiệu quả: Tại sao nén hiệu quả cao hơn không yêu cầu khí có chỉ số octan cao hơn?


29

Lý lịch


Gần đây tôi đã cố gắng thực hiện nhiều nghiên cứu về việc tăng tốc vì tôi dự định chạy một thiết lập turbo vừa phải trên chiếc xe tự động hàng ngày / hạng nhẹ của mình trong tương lai. Tôi đang cố gắng đi sâu vào vật lý của mọi thứ để khi tôi thực hiện bản dựng của mình, tôi không chỉ vỗ vào các bộ phận và hy vọng điều tốt nhất, mà thay vào đó là chế tạo một động cơ để hoạt động.

Câu hỏi


Câu hỏi chính của tôi là này. Tôi đã đọc bài viết này và trong khi nó hiểu sâu hơn về nén, nó cho tôi câu hỏi này: Tôi biết rằng các động cơ chạy với tỷ lệ nén tĩnh cao hơn đòi hỏi nhiên liệu có chỉ số octan cao hơn để ngăn chặn phát nổ, vậy tại sao động cơ có tỷ số nén hiệu quả cao hơn dường như không cần nhiên liệu có chỉ số octan cao hơn?

Tôi thường nghe về những người chạy các thiết lập turbo và chỉ đơn giản là sử dụng khí bơm thông thường và không gặp sự cố, mặc dù tỷ lệ nén hiệu quả sẽ cao hơn nhiều so với hầu hết các động cơ hút khí tự nhiên. Chẳng hạn, thiết lập mà tôi đang xem xét sẽ là một chiếc Honda d16a6 tăng áp, có tỷ lệ nén tĩnh 9,1: 1, với 10 psi tăng tốc, mang lại hiệu quả nén khoảng 15: 1.


2
Tôi có thể đang trả lời câu hỏi của riêng tôi ở đây, nhưng một ý nghĩ chỉ xảy ra với tôi. Điều này có thể là do hầu hết các thiết lập tăng áp sử dụng một số loại intercooler, làm giảm nhiệt độ phí nạp?
Annath

2
bạn sẽ cần nhiên liệu có chỉ số octan cao hơn cho động cơ đó. Xem câu trả lời dài của tôi cho lý do tại sao. Điều chỉnh đúng, bạn sẽ ổn với phí bảo hiểm chính (93 octan nơi tôi sống).
Bob Cross

Bob. Tôi không nghĩ tôi từng thấy giải thích tốt như vậy. Chất lượng rất tốt thưa ngài.

Câu trả lời:


30

tl; dr: Họ làm. Nó chỉ khó hơn để nói bao nhiêu.

Câu trả lời dài hơn là họ làm và việc nén hiệu quả đang khiến bạn thất bại như một sự gần đúng cho các hiệu ứng thực tế.

Hãy suy nghĩ về sự kích nổ (AKA đánh lửa sớm của hỗn hợp nhiên liệu-không khí). Thông thường chúng tôi xem xét hai nguyên nhân: nén (sự thay đổi trong không gian được bao quanh bởi xi lanh khi piston di chuyển lên và xuống) và nhiệt độ (ví dụ: nhiệt độ đo được của khí nạp).

Trong thực tế, chỉ có nhiệt độ.

Hãy quay trở lại tất cả các cách để luật khí lý tưởng :

PV = nRT

ở đâu Plà áp suất, Vlà thể tích và Tlà nhiệt độ (tính bằng độ Kelvin, hãy nhớ!) và phần còn lại là các hằng số thú vị không phải là nguyên nhân của cuộc thảo luận này. Nén làm cho Vgiá trị đó giảm và Ptăng. Trong một thế giới lý tưởng , đó sẽ là kết thúc của nó: nén xi lanh sẽ là một quá trình hiệu quả 100% mà không cần tăng nhiệt độ.

Thật không may, chúng ta sống trong một thực tế chứ không phải là một thế giới lý tưởng. Mô hình đơn giản tốt nhất cho những gì xảy ra trong động cơ là nó là một hệ thống entropy không đổi . Điều này có nghĩa là chúng ta bị hạn chế bởi tỷ lệ dung lượng nhiệt của các khí trong hệ thống. Nếu chúng ta sử dụng tỷ lệ công suất nhiệt là 1,3 và tỷ lệ nén ví dụ là 10: 1, chúng ta đang xem xét việc nhân đôi nhiệt độ xấp xỉ (độ Kelvin!).

Nói tóm lại, nén làm cho khí nóng hơn. Tại sao điều này là xấu, mặc dù?

Hãy nghĩ về nó theo cách này: bạn có một ngân sách nhiệt độ cố định cho một loại khí octan nhất định. Nếu Tđược cao hơn T_ignition, bang. Vì vậy, khi bạn chỉ ra, bạn có thể thêm một bộ điều khiển vào hệ thống, giảm nhiệt độ không khí đầu vào.

Tương tự như vậy, bạn có thể thay đổi số lượng Vthay đổi. Điều này làm tăng mức tăng nhiệt độ mà động cơ của bạn có thể chịu đựng trước khi kích nổ.

Bây giờ, việc thêm một tuabin vào khí nạp sẽ nén áp suất khí quyển bình thường lên mức cao hơn đáng kể, dẫn đến thay đổi các hằng số khác mà trước đây tôi đã loại bỏ (kiểm tra hiệu suất thể tích turbo để biết thêm thông tin) và tăng nhiệt độ.

Điều đó ăn vào ngân sách nhiệt độ của tôi. Nếu tôi sử dụng khí có chỉ số octan thấp hơn, điều đó sẽ làm giảm ngưỡng phát nổ và, khi tăng tốc, tôi có thể xem xét thiệt hại động cơ.

Vì vậy, sau tất cả những điều đó, bạn làm gì?

  1. Nghiên cứu nghiên cứu nghiên cứu: không xây dựng trong chân không. Sao chép bố cục của người khác hoặc cải thiện chúng.
  2. Đo nhiệt độ khí nạp của bạn, trước và sau turbo.
  3. Tìm khí tốt nhất mà bạn có thể.
  4. Điều chỉnh máy tính động cơ để giữ cho động cơ của bạn không nổ tung.

Khi điều chỉnh: một điều ECU có thể làm là thêm nhiên liệu bổ sung vào hỗn hợp, từ đó làm mát hỗn hợp xuống. Phải thừa nhận rằng, sử dụng nhiên liệu làm chất làm mát không có lợi cho hiệu quả tuyệt đối nhưng không nên là vấn đề khi lái xe ra khỏi khu vực tăng tốc. Như mọi khi, ít chân phải = ít xăng hơn.

Tất cả những điều trên được thảo luận trong cuốn sách Tăng tốc tối đa của Corky Bell - một bài đọc rất thú vị cho những người lập dị như tôi.

Theo dõi một thời gian sau : Tôi chỉ nhận thấy câu hỏi cụ thể về tỷ lệ nén tĩnh 9.1 chạy 10 psi tăng. Ví dụ, WRX của tôi chạy 8: 1 với khoảng 13,5 psi, vì vậy, trên mặt của nó, 9: 1 với 10 psi dường như có thể đạt được.

Chúng ta hãy xem xét một trong những phương trình hợp lý hơn cho tỷ lệ nén hiệu quả (như chúng tôi đã lưu ý, vẫn là một xấp xỉ của nhiệt động lực học khá phức tạp):

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

Đâu ECRlà "tỷ lệ nén hiệu quả" và CRlà "tỷ lệ nén tĩnh" (những gì bạn đã bắt đầu trước khi thêm boost). boostđược đo bằng psi (pound mỗi inch vuông). Hãy nhớ rằng, mục tiêu của phương trình này là cho chúng tôi biết liệu thiết lập được đề xuất của chúng tôi có khả thi hay không và liệu nó có thể chạy bằng xăng mà tôi có thể mua trên đường so với đường đua hay không.

Vì vậy, sử dụng xe của tôi làm ví dụ:

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

Sử dụng phương trình này, hàm ý là tỷ lệ nén hiệu quả của tôi là khoảng 11: 1 khi tăng cực đại. Đó là trong giới hạn của những gì bạn có thể mong đợi để chạy một động cơ hút bình thường với khí bơm (93 octan). Và, bằng chứng là sự tồn tại, chiếc xe của tôi chạy trên 93 octan tốt.

Vì vậy, chúng ta hãy nhìn vào các thiết lập trong câu hỏi:

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

Như được trích dẫn trong tài liệu tham khảo, 12: 1 thực sự là khoảng cách bạn có thể đi với một chiếc xe đường phố để thiết lập này vẫn sẽ nằm trong những giới hạn đó.

Để hoàn thiện, chúng ta nên lưu ý rằng còn có một phương trình ECR khác đi lang thang trên internet mà bỏ qua căn bậc hai. Có hai vấn đề với chức năng đó:

  1. Đầu tiên, điều đó sẽ dẫn đến một ECR cho chiếc xe của tôi là 15: 1. Điều đó hơi vô lý: Tôi thậm chí sẽ không muốn khởi động một chiếc xe máy như thế với khí ga.

  2. ECR dù sao cũng là một xấp xỉ: câu trả lời thực sự cho câu hỏi "tôi có thể tăng bao nhiêu?" được lấy từ các yếu tố quan trọng như nhiệt độ khí nạp và hiệu suất máy nén. Nếu bạn đang sử dụng một xấp xỉ, đừng sử dụng một câu trả lời ngay lập tức cho bạn câu trả lời vô dụng (xem điểm 1).


1
+1 Đây chính xác là những gì tôi đang tìm kiếm, cảm ơn! Điều đó giải thích rất nhiều.
Annath

@BobCross Sự ghen tị của tôi cho câu trả lời này là màu xanh lá cây nhạt, không phải màu xanh lá cây ... nhưng dù sao cũng là màu xanh lá cây. Có vẻ như gofaster nghĩ rằng đó cũng là đầu gối của con ong. Fandom phải khó cho bạn. :-)
DucatiKiller

1
Ehm ... Nếu bạn giảm Vtrong phương trình của bạn, Tcũng phải giảm, để duy trì sự bình đẳng nếu mọi thứ khác là không đổi! Nhưng cũng có áp lực p, sẽ tăng thêm mà V giảm. Đây là lý do tại sao Tthực sự tăng. (Ngay cả công thức T_1/T_2=V_2/V_1không phải là công thức đúng, vì nó giả định p=const). Bạn có một quá trình đoạn nhiệt ở đây với T_1/T_2=(V_2/V_1)^(κ-1)nơi κlà một (bán) liên tục theo thứ tự là 1,3. Tuy nhiên, những gì bạn viết về VThoàn toàn chính xác, đưa ra một câu trả lời tổng thể tuyệt vời (+1).
sweber 30/03/2016

@sweber wow, bạn hoàn toàn đúng. Tôi tự hỏi dự thảo nào của câu trả lời này cho phép tôi biến sự bình đẳng thành bất bình đẳng. Tất nhiên áp lực không phải là một hằng số hoặc động cơ sẽ không hoạt động. Viết lại phần đó ngay bây giờ.
Bob Cross

5

Một trong những lý do mà một thiết lập turbo với độ nén hiệu quả tương đương sẽ dễ tha thứ cho khí có chỉ số octan thấp hơn so với thiết lập nén tĩnh là vì bạn không ở tỷ lệ nén đó mọi lúc. Lấy chiếc honda đó chẳng hạn. Ở tỷ lệ tĩnh 9: 1, bạn có thể chạy 87 octan cả ngày miễn là bạn không đẩy bất kỳ mức tăng nào vào nó. Khi bạn bắt đầu đẩy một số tăng giảm xuống cổ họng, các cảm biến tiếng gõ sẽ tắt và động cơ NÊN phản ứng theo nhiều cách khác nhau - có thể cắt giảm nhiên liệu, tia lửa hoặc trì hoãn thời gian, điều này sẽ buộc tăng tốc (không phải tôi khuyên bạn nên làm vậy).

Trong trường hợp nén tĩnh, ngay cả khi bạn chỉ cố gắng nhàn rỗi hoặc lái xe một cách độc đáo, bạn vẫn sẽ được định trước về khí octan thấp hơn yêu cầu. Điều này cũng sẽ áp dụng cho các bộ siêu nạp không ly hợp, không có công tắc "tắt" hoặc "Tôi đang lái xe tốt". Bạn đang bị khóa trong tỷ lệ nén cao hơn đó.

Một lần nữa, không khuyến nghị thực hành, tôi đã có một động cơ Ford thăm dò 2.2L 270 mã lực, và ở mức tăng hoàn toàn (~ 21psi) và tỷ lệ nén tĩnh 7,8: 1, tôi sẽ không bao giờ dám thử tiếp cận nó trên bất cứ thứ gì ngoài 93 octan. Tuy nhiên, đôi khi trong các chuyến đi dài, tôi sẽ lấp đầy 87 octan và đặt bộ điều khiển tăng tốc của mình ở mức 7psi hoặc thấp hơn, và không nhận được bất kỳ hoạt động cảm biến gõ nào được ghi lại. Ngay cả khi tôi không hạ thấp bộ điều khiển tăng tốc, bạn vẫn có thể 'lái xe đẹp' nếu muốn mạo hiểm (nhưng sự cám dỗ khá mạnh mẽ). Tôi đã có thể có được 36MPG trong số 87 octan khi tôi thấy nó tốt (khá kinh tế). Tôi so sánh với động cơ V8 4.6L tăng áp 427 mã lực của cha tôi đạt 12MPG khi bạn đẹp với nó, 8MPG khi bạn không và bạn không có tùy chọn nào khác ngoài cao cấp.


'Khi bạn bắt đầu đẩy một số lực đẩy xuống cổ họng, các cảm biến tiếng gõ sẽ tắt và động cơ NÊN phản ứng theo nhiều cách khác nhau "- đúng, bạn đang hy vọng rằng một hệ thống phản ứng sẽ phát hiện ra triệu chứng và phản ứng kịp thời để ngăn chặn thiệt hại thảm khốc. Vấn đề là nó sẽ không hoạt động kịp thời trong một số phần trăm khác không của các tình huống.
Bob Cross

Ồ, tôi đồng ý 120% và tôi đã đưa ra hai lần tôi không khuyên bạn nên làm điều này - tuy nhiên, đó là lý do tại sao bạn có thể 'thoát khỏi' với khí octan thấp hơn trong turbo / một số thiết lập tăng áp mà bạn không thể ở tỷ lệ nén tĩnh thiết lập.
Ehryk

4

Ngoài câu trả lời hay của @Bob:

Có một số thủ thuật có thể được sử dụng để giảm bớt vấn đề:

  • Một cảm biến gõ để phát hiện các vụ nổ sớm (và điều chỉnh áp lực tăng). Ví dụ Saab APC cho phép sử dụng an toàn các nhiên liệu có chỉ số octan thấp hơn.

  • Tiêm nước để làm mát buồng đốt (thay vì nhiên liệu quá mức)

  • Mỗi nhiệt kế exthaust xi lanh (và tiêm / đánh lửa tuần tự)

Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.