Статическая и эффективная компрессия: почему более высокая эффективная компрессия не требует бензина с более высоким октановым числом?

В последнее время я пытался провести много исследований по наддуву, потому что в будущем я планирую использовать умеренную турбонастройку на своем автомобиле для повседневных/легких условий эксплуатации. Я пытаюсь проникнуть в физику вещей, поэтому, когда я делаю свою сборку, я не просто накладываю детали и надеюсь на лучшее, а вместо этого проектирую двигатель, чтобы он работал.

Мой главный вопрос заключается в следующем. Я читал эту статью , и хотя она углубила мое понимание компрессии, она оставила меня с таким вопросом: я знаю, что двигатели, работающие с более высокой статической степенью сжатия, требуют топлива с более высоким октановым числом для предотвращения детонации, так почему же двигатели с более высокой эффективной степенью сжатия кажется, не требует топлива с более высоким октановым числом?

Я обычно слышу о людях, использующих турбоустановки и просто использующих обычный насосный газ и не испытывающих никаких проблем, даже несмотря на то, что эффективная степень сжатия будет намного выше, чем у большинства безнаддувных двигателей. Например, установка, которую я рассматривал, была бы Honda d16a6 с турбонаддувом, которая имеет статическую степень сжатия 9,1: 1, с наддувом 10 фунтов на квадратный дюйм, что дает эффективное сжатие примерно 15: 1.

Боб Кросс

tl;dr: Они делают. Только сложно сказать сколько.

Более длинный ответ заключается в том, что они это делают, и что эффективное сжатие не дает вам приближения к реальным эффектам.

Подумайте о детонации (она же преждевременное воспламенение топливно-воздушной смеси). Обычно мы рассматриваем две причины: компрессию (изменение пространства внутри цилиндра при движении поршня вверх и вниз) и температуру (например, измеренную температуру всасываемого воздуха).

На самом деле есть только температура.

где P давление, V объем и T температура (помните, в градусах Кельвина!), а остальные — интересные константы, которые не имеют отношения к данному обсуждению. Сжатие заставляет это V значение уменьшаться и P увеличиваться. В идеальном мире на этом бы все и закончилось: сжатие цилиндра было бы на 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 с постоянной энтропией . Это означает, что мы ограничены коэффициентом теплоемкости газов в системе. Если мы используем коэффициент теплоемкости 1,3 и примерную степень сжатия 10:1, мы наблюдаем приблизительное удвоение температуры (градусы Кельвина!).

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

Подумайте об этом так: у вас есть фиксированный температурный баланс для газа с определенным октановым числом. Если T становится больше, чем T_ignition , удар. Итак, как вы указываете, вы можете добавить в систему интеркулер, снизив температуру воздуха на входе.

Точно так же вы можете изменить сумму, которая V изменяется. Это увеличивает величину повышения температуры, которую может выдержать ваш двигатель перед детонацией.

Теперь добавление турбонаддува на впускном воздухе сжимает нормальное атмосферное давление до значительно более высокого, что приводит к изменению тех других констант, которые я ранее отбросил (для получения дополнительной информации проверьте объемную эффективность турбонаддува), и увеличивает температуру.

Это съедает мой температурный бюджет. Если бы я использовал газ с более низким октановым числом, это снизило бы порог детонации, а при наддуве я мог бы увидеть повреждение двигателя.

Итак, после всего этого, что вы делаете?

1. Исследования исследования исследования: не стройте в вакууме. Скопируйте макеты других людей или улучшите их.
2. Измерьте температуру воздуха на впуске до и после турбины.
3. Найдите лучший газ, который вы можете.
4. Настройте компьютер двигателя, чтобы ваш двигатель не взорвался.

О настройке: одна вещь, которую может сделать ЭБУ, это добавить дополнительное топливо в смесь, тем самым охладив смесь. По общему признанию, использование топлива в качестве охлаждающей жидкости не способствует абсолютной эффективности, но не должно быть проблемой при движении без наддува. Как всегда, меньше правой ноги = меньше расход газа.

Все вышеперечисленное обсуждается в книге Корки Белла о турбонаддуве « Максимальное ускорение » — очень интересное чтение для гиков вроде меня.

Некоторое время спустя я заметил конкретный вопрос о статической степени сжатия 9,1 при наддуве 10 фунтов на квадратный дюйм. Например, мой WRX работает 8:1 при давлении около 13,5 фунтов на квадратный дюйм, поэтому, на первый взгляд, 9:1 при 10 фунтов на квадратный дюйм кажется достижимым.

Давайте посмотрим на одно из наиболее разумных уравнений для эффективной степени сжатия (которое, как мы уже отмечали, по-прежнему является приближением довольно сложной термодинамики):

Где ECR «эффективная степень сжатия» и CR «статическая степень сжатия» (то, с чего вы начали, прежде чем добавлять наддув). boost измеряется в psi (фунтах на квадратный дюйм). Помните, цель этого уравнения состоит в том, чтобы сказать нам, осуществима ли вообще предлагаемая нами установка и сможет ли она работать на бензине, который я могу купить на улице, а не на гоночной трассе.

Итак, на примере моей машины:

Используя это уравнение, следует, что моя эффективная степень сжатия составляет около 11: 1 при пиковом наддуве. Это в пределах того, что вы могли бы ожидать от двигателя без наддува с бензиновым насосом (октановое число 93). И, доказательство существованием, моя машина прекрасно работает на 93-м октановом числе.

Итак, давайте посмотрим на рассматриваемую установку:

Как указано в справке, 12: 1 на самом деле настолько далеко, насколько вы можете продвинуться с уличным автомобилем, поэтому эта настройка все еще будет в этих пределах.

Для полноты следует отметить, что есть еще одно уравнение ECR, которое бродит по Интернету и не включает квадратный корень. Есть две проблемы с этой функцией:

Во-первых, это привело бы к ECR для моей машины 15:1. Это немного смешно: я бы даже не хотел заводить такой мотор на уличном газе.

ECR в любом случае является приблизительным: реальный ответ на вопрос «сколько наддува я могу запустить?» зависит 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).