Kompressionsrate

Statische Kompressionsverhältnis wird unter Verwendung des Zylindervolumens bestimmt, wenn sich der Kolben oben und unten in seiner Reise befindet.

Das Kompressionsrate ist das Verhältnis zwischen dem Volumen der Zylinder und Brennkammer in einem (n Verbrennungsmotor bei ihren maximalen und minimalen Werten.

Eine grundlegende Spezifikation für solche Motoren wird zwei Arten gemessen: die Statische Kompressionsverhältnis, berechnet basierend auf den relativen Volumina der Brennkammer und des Zylinders, wenn sich der Kolben an der Boden seines Hubsund das Volumen der Verbrennungskammer, wenn sich der Kolben an der Top seines Hubs.^[1]

Das Dynamisches Komprimierungsverhältnis ist eine fortgeschrittenere Berechnung, die auch Gase berücksichtigt, die während der Komprimierungsphase in den Zylinder eintreten und ausgehen.

Effekt und typische Verhältnisse

Ein hohes Kompressionsverhältnis ist wünschenswert, da ein Motor aufgrund seines höheren Verhältnisses mehr mechanische Energie aus einer bestimmten Masse von Luft -Kraftstoffmischung extrahieren kann thermischen Wirkungsgrad. Dies geschieht, weil interne Verbrennungsmotoren sind Wärmemotorenund höhere Komprimierungsverhältnisse ermöglichen es, dass die gleiche Verbrennungstemperatur mit weniger Kraftstoff erreicht wird, während ein längerer Expansionszyklus erfolgt, wodurch eine mechanische Leistung erzeugt und die Abgasemperatur gesenkt wird.

Benzinmotoren

Im Benzin (Benzin) Motoren, die in den letzten 20 Jahren in Personenwagen verwendet werden, waren die Kompressionsverhältnisse in der Regel zwischen 8: 1 und 12: 1. Mehrere Produktionsmotoren haben höhere Komprimierungsverhältnisse verwendet, darunter:

• Autos, die von 1955 bis 1972 gebaut wurden und für Hochzeiten ausgelegt warenOktan Bleibenzin, was die Komprimierungsverhältnisse bis zu 13: 1 ermöglichte.
• Einige Mazda SkyActiv Die seit 2012 veröffentlichten Motoren haben Komprimierungsverhältnisse von bis zu 16: 1.^[2][3][4] Der SkyActiv -Motor erreicht dieses Kompressionsverhältnis mit gewöhnlichem bleifreiem Benzin (95 Ron im Vereinigten Königreich) durch verbesserte Abgase (die sicherstellen, dass die Zylindertemperatur vor dem Ansaughub so niedrig wie möglich ist) zusätzlich zur direkten Injektion.
• Toyota Dynamic Force Motor hat ein Kompressionsverhältnis von bis zu 14: 1.
• Die 2014 Ferrari 458 Speciale hat auch ein Kompressionsverhältnis von 14: 1.

Wann Zwangsinduktion (z. B. a Turbolader oder Supercharger) wird verwendet, das Kompressionsverhältnis ist oft niedriger als Natürlich abgesaugte Motoren. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Turbolader/Supercharger bereits die Luft komprimiert hat, bevor sie in die Zylinder eintritt. Motoren verwenden Anschließkraftstoffeinspritzung Führen Sie normalerweise niedrigere Boost -Drücke und/oder Komprimierungsverhältnisse aus als niedrigere Boost -Drücke als direkt injiziert Motoren, weil die Einspritzung des Hafenbrennstoffs das Luft/Kraftstoff -Gemisch zusammenheizt, was zu einer Detonation führt. Umgekehrt können direkt injizierte Motoren einen höheren Schub führen, da beheizte Luft nicht explodieren, ohne dass ein Kraftstoff vorhanden ist.

Höhere Kompressionsverhältnisse können Benzinmotoren (Benzin) ausgesetzt werden Motorklopfen (Auch als "Detonation", "Pre-Annition" oder "Pinging" bekannt), wenn ein niedrigerer Kraftstoff mit niedrigerem Oktan verwendet wird.^[5] Dies kann die Effizienz verringern oder den Motor beschädigen, wenn Klopfsensoren nicht vorhanden sind, um das Zündzeitpunkt zu ändern.

Dieselmotoren

Dieselmotoren Verwenden Sie höhere Komprimierungsverhältnisse als Benzinmotoren, da das Fehlen einer Zündkerze bedeutet, dass das Kompressionsverhältnis die Lufttemperatur im Zylinder ausreichend erhöhen muss, um den Diesel mithilfe zu entzünden Kompressionszündung. Die Komprimierungsverhältnisse liegen häufig zwischen 14: 1 und 23: 1 für Direktinjektionsmotoren und zwischen 18: 1 und 23: 1 für Indirekte Injektion Dieselmotoren.

Andere Kraftstoffe

Das Kompressionsverhältnis kann in Motoren, die ausschließlich auf Läufen laufen Flüssiggas (LPG oder "Propanautogas") oder komprimiertes Erdgas, aufgrund der höheren Oktanbewertung dieser Kraftstoffe.

Kerosin Motoren verwenden normalerweise ein Kompressionsverhältnis von 6,5 oder niedriger. Das Benzin-Paraffin-Motor Version des Ferguson TE20 Der Traktor hatte ein Kompressionsverhältnis von 4,5: 1 für den Betrieb Traktoröl verdampfen Öl mit einem Oktanzahl Zwischen 55 und 70.^[6]

Motorsport -Motoren

Motorsport Motoren laufen oft mit hohem Oktanz -Benzin und können daher höhere Komprimierungsverhältnisse verwenden. Zum Beispiel können Motorrad -Rennmotoren die Komprimierungsverhältnisse von 14,7: 1 verwenden, und es ist üblich, Motorräder mit Kompressionsverhältnissen über 12,0: 1 zu finden, die für 86 oder 87 Oktanbrennstoff ausgelegt sind.

Ethanol und Methanol können signifikant höhere Kompressionsverhältnisse als Benzin einnehmen. Rennmotoren brennen Methanol und Ethanolbrennstoff häufig ein Kompressionsverhältnis von 14: 1 bis 16: 1 haben.

Mathematische Formel

In einem Kolbenmotordas statische Kompressionsverhältnis (${\ displayStyle cr}$) ist das Verhältnis zwischen dem Volumen der Zylinder und Verbrennungskammer, wenn der Kolben am Boden seines Hubsund das Volumen der Verbrennungskammer, wenn sich der Kolben an der Top seines Hubs.^[7] Es wird daher durch die Formel berechnet^[8]

${\ displayStyle {cr} = {\ frac {v_ {d}+v_ {c}} {v_ {c}}}}$

Wo:

${\ displayStyle v_ {d}}$ = Verschiebungsvolumen. Dies ist das Volumen im Zylinder, der vom Kolben vom Beginn des Kompressionsschlags bis zum Ende des Hubs verdrängt wurde.

${\ displayStyle v_ {c}}$ = Clearance -Volumen. Dies ist das Volumen des Raums im Zylinder am Ende des Kompressionshubs.

${\ displayStyle v_ {d}}$ kann durch die geschätzt werden Zylindervolumen Formel

${\ displayStyle v_ {d} = {\ tfrac {\ pi} {4}} b^{2} s}$

Wo:

${\ displayStyle B}$ = Zylinder Bohrung (Durchmesser)

${\ displayStyle S}$ = Kolben streicheln Länge

Wegen der komplexen Form von ${\ displayStyle v_ {c}}$ Es wird normalerweise direkt gemessen. Dies erfolgt häufig durch Füllen des Zylinders mit Flüssigkeit und dann das Volumen der verwendeten Flüssigkeit.

Variable -Komprimierungsverhältnis -Motoren

Die meisten Motoren verwenden ein festes Komprimierungsverhältnis, jedoch a Variabler Komprimierungsverhältnis Der Motor kann das Kompressionsverhältnis während des Betriebs des Motors einstellen. Der erste Produktionsmotor mit einem variablen Komprimierungsverhältnis wurde 2019 eingeführt.

Das variable Komprimierungsverhältnis ist eine Technologie, um das Komprimierungsverhältnis eines internen Verbrennungsmotors während des Betriebs des Motors anzupassen. Dies wird getan, um zu erhöhen Kraftstoffeffizienz während unter unterschiedlichen Lasten. Variable Komprimierungsmotoren ermöglichen es, dass das Volumen über dem Kolben in der obersten toten Mitte geändert wird.^[9]

Höhere Belastungen erfordern niedrigere Verhältnisse, um die Leistung zu erhöhen, während niedrigere Lasten höhere Verhältnisse benötigen, um den Effizienz zu erhöhen, d. H. Für den geringeren Kraftstoffverbrauch. Für die Automobilanlage muss dies erfolgen, da der Motor als Reaktion auf die Last- und Fahranforderungen ausgeführt wird.

Das 2019 Infiniti QX50 ist das erste im Handel erhältliche Auto, das einen variablen Komprimierungsverhältnis verwendet.

Beziehung zum Druckverhältnis

Kompressionsverhältnis gegenüber dem Druckverhältnis für Luft

Basierend auf den Annahmen, die Adiabatische Komprimierung wird ausgeführt (d. H. Dass dem zusammengedrückten Gas keine Wärmeenergie geliefert wird und dass jeder Temperaturanstieg ausschließlich auf die Kompression zurückzuführen ist) und dass Luft a ist Perfektes Gasdie Beziehung zwischen dem Kompressionsverhältnis und Gesamtdruckverhältnis ist wie folgt:

Diese Beziehung leitet sich aus der folgenden Gleichung ab:

${\ displayStyle p_ {1} v_ {1}^{\ gamma} = p_ {2} v_ {2}^{\ gamma} \ rightarrow {\ frac {p_ {2} {p_ {1}} = \ \ \} links ({\ frac {v_ {1}} {v_ {2}}} \ rechts)^{\ gamma}}$

wo ${\ displayStyle \ gamma}$ ist der Verhältnis spezifischer Wärme (Luft: ungefähr 1,4)

In den meisten internen Verbrennungsmotoren im realen Leben ändert sich jedoch das Verhältnis spezifischer Erwärmungen mit der Temperatur und dass signifikante Abweichungen vom adiabatischen Verhalten auftreten werden.

Dynamisches Komprimierungsverhältnis

Das Statische Kompressionsverhältnis oben diskutiert - berechnet ausschließlich auf dem Zylinder- und Verbrennungskammervolumina - berücksichtigt keine Gase, die während der Komprimierungsphase in den Zylinder eintreten oder ausgehen. In den meisten Automotoren erfolgt der Verschluss des Ansaugventils (der den Zylinder versiegelt) während der Kompressionsphase (d. H. Nach Bottomer Mitte, BDC), was dazu führen kann, dass einige der Gase durch das Einlassventil zurückgedrängt werden. Andererseits, Anschlussanschluss -Tuning und Scavenging kann dazu führen, dass eine größere Menge an Gas im Zylinder eingeschlossen wird als das statische Volumen. Das Dynamisches Komprimierungsverhältnis Berücksichtigt diese Faktoren.

Das dynamische Komprimierungsverhältnis ist mit konservativerer Aufnahme höher Nockenwellenzeitpunkt (d. H. Kurz nach BDC) und niedriger mit radikalerem Timing der Nockenwellen (d. H. Später nach BDC).^[10] Unabhängig davon ist das dynamische Kompressionsverhältnis immer niedriger als das statische Kompressionsverhältnis.

Der absolute Zylinderdruck wird verwendet, um das dynamische Komprimierungsverhältnis unter Verwendung der folgenden Formel zu berechnen:

$oder$

wo ${\ displayStyle \ gamma}$ ist ein polytropisch Wert für die Verhältnis spezifischer Wärme Für die Verbrennungsgase bei den vorhandenen Temperaturen (dies kompensiert den durch Kompression verursachten Temperaturanstieg sowie den an den Zylinder verlorenen Wärme)

Unter idealen (adiabatischen) Bedingungen würde das Verhältnis spezifischer Wärme 1,4 betragen, aber ein niedrigerer Wert, der im Allgemeinen zwischen 1,2 und 1,3 verwendet wird, wird die Menge an verlorenen Wärme zwischen den Motoren basierend auf Design, Größe und Materialien variiert. Wenn das statische Komprimierungsverhältnis beispielsweise 10: 1 beträgt und das dynamische Komprimierungsverhältnis 7,5: 1 beträgt, wäre ein nützlicher Wert für den Zylinderdruck 7,5^1.3 × atmosphärischer Druck oder 13,7Bar (relativ zum atmosphärischen Druck).

Die beiden Korrekturen für das dynamische Kompressionsverhältnis beeinflussen den Zylinderdruck in entgegengesetzte Richtungen, jedoch nicht in gleicher Stärke. Ein Motor mit hohem statischen Kompressionsverhältnis und verspätetem Ansaugventilverschluss hat ein dynamisches Kompressionsverhältnis, das einem Motor mit niedrigerer Komprimierung, aber früherem Aufnahmeventilverschluss ähnelt.

Siehe auch

• Mittlerer wirksamer Druck

Verweise