정적 압축과 효과적인 압축 : 왜 효과적인 압축이 더 높은 옥탄 가스를 필요로하지 않습니까?

배경

나는 미래의 일일 / 경량-자동화 자동차에서 적당한 터보 설정을 실행할 계획이기 때문에 최근 부스트에 대한 많은 연구를 시도했습니다. 나는 물건을 물리 치기 위해 노력하고 있습니다. 내 빌드를 할 때, 나는 부품을 때리고 최고의 것을 기대하는 것이 아니라 모터가 작동하도록 엔지니어링합니다.

질문

내 주요 질문은 이것입니다. 나는 이 기사를 읽고 압축에 대한 이해가 깊어 지면서이 질문을 남겼습니다. 고정 압축 비율이 높은 엔진은 폭발을 방지하기 위해 더 높은 옥탄 연료가 필요하다는 것을 알고 있습니다. 왜 더 효과적인 압축 비율을 갖는 모터를 사용해야합니까? 더 높은 옥탄 연료가 필요하지 않은 것 같습니까?

나는 효과적인 압축비가 대부분의 자연 흡기 엔진보다 훨씬 높을지라도 터보 설정을 실행하고 단순히 정기적 인 펌프 가스를 사용하고 문제가없는 사람들에 대해 들었습니다. 예를 들어, 내가 고려한 설정은 터보 차징 된 Honda d16a6이며, 정적 압축 비율은 9.1 : 1이며 10psi의 부스트는 약 15 : 1의 효과적인 압축을 제공합니다.

tl; dr : 그렇습니다 . 얼마를 말하는 것이 더 어렵습니다.

더 긴 대답은 그들이하고 효과적인 압축이 실제 효과에 대한 근사치로 실패한다는 것입니다.

폭발 (연료-공기 혼합물의 AKA 조기 점화)을 고려하십시오. 일반적으로 압축 (피스톤이 위아래로 움직일 때 실린더로 둘러싸인 공간의 변화)과 온도 (예 : 흡입 공기의 측정 온도)의 두 가지 원인을 고려합니다.

실제로 온도 만 있습니다.

이상적인 가스 법칙 으로 돌아갑니다 .

PV = nRT

여기서 P압력은, V볼륨이며 T(도 단위 켈빈, 기억!) 온도이고 나머지는이 토론에 밀접한 관계없는 흥미 상수이다. 압축하면 해당 V값이 감소하고 P증가합니다. 에서 이상적인 세상, 즉 끝이 될 것이다 : 실린더의 압축을 승온하지 않고 100 %의 효율 프로세스 것이다.

불행히도 우리 는 이상적인 세상이 아닌 실제 세상에 살고 있습니다. 엔진에서 일어나는 일에 대한 가장 간단한 모델은 그것이 일정한 엔트로피 시스템이라는 것입니다 . 이것은 우리가 시스템에서 가스의 열용량 비율에 의해 제한됨을 의미합니다. 1.3의 열용량 비율과 10 : 1의 압축률 예를 사용하면 온도가 대략 두 배가되는 것을 볼 수 있습니다 (켈빈 온도).

간단히 말해서 압축은 가스를 더 뜨겁게 만듭니다. 그래도 왜 나쁜가요?

이런 식으로 생각하십시오 : 특정 옥탄 가스에 대한 고정 온도 예산이 있습니다. 경우 T보다 더 얻을 T_ignition, 쾅. 따라서 지적한대로 시스템에 인터쿨러를 추가하여 입력 공기 온도를 낮출 수 있습니다.

마찬가지로, 변경되는 양을 변경할 수 있습니다 V. 이것은 폭발하기 전에 엔진이 견딜 수있는 온도 증가량을 증가시킵니다.

이제 흡입 공기에 터보를 추가하면 정상 대기압이 상당히 높은 압력으로 압축되어 이전에 솔질 한 다른 상수가 변경되고 (자세한 내용은 터보 체적 효율 확인) 온도가 증가합니다.

그것은 내 온도 예산으로 먹습니다. 낮은 옥탄 가스를 사용하면 폭발 임계 값이 낮아지고 부스트하면 엔진 손상을 볼 수 있습니다.

결국, 당신은 무엇을합니까?

1. 연구 연구 연구 : 진공 상태에서 구축하지 마십시오. 다른 사람의 레이아웃을 복사하거나 개선하십시오.
2. 터보 전후의 공기 흡입 온도를 측정하십시오.
3. 당신이 할 수있는 최고의 가스를 찾으십시오.
4. 엔진이 터지지 않도록 엔진 컴퓨터를 조정하십시오.

튜닝시 : ECU가 할 수있는 한 가지는 혼합물에 연료를 추가하여 혼합물을 식히는 것입니다. 물론, 연료를 냉각제로 사용하는 것이 절대 효율성에 도움이되지는 않지만 부스트를 벗어나는 데는 문제가되지 않습니다. 항상 그렇듯이 오른쪽 발이 적을수록 가스 소비가 줄어 듭니다.

위의 모든 내용은 Corky Bell의 Turbocharging book Maximum Boost에 나와 있습니다. 나 같은 괴짜 사람들에게 매우 재미있는 책입니다.

얼마 후 추적 : 10psi의 부스트를 실행하는 9.1 정적 압축 비율에 대한 특정 질문을 발견했습니다. 예를 들어, 내 WRX는 약 13.5psi에서 8 : 1을 실행하므로 10psi의 9 : 1은 달성 가능한 것으로 보입니다.

효과적인 압축비에 대해 더 논란의 여지가있는 방정식 중 하나를 살펴 보자 (여기서 언급했듯이 여전히 상당히 복잡한 열역학의 근사치 임).

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

ECR"유효 압축 비율"은 어디에 CR있으며 "정적 압축 비율"(부스트를 추가하기 전에 시작한 것)입니다. boostpsi (제곱 인치당 파운드)로 측정됩니다. 이 방정식의 목표는 제안 된 설정이 가능한지 여부를 알려주고 거리에서 레이스 트랙에서 구입할 수있는 가스를 사용할 수 있다는 것을 기억하십시오.

그래서, 내 차를 예로 사용하면 :

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

이 방정식을 사용하면 내 효과적인 압축 비율이 피크 부스트에서 약 11 : 1이라는 의미가 있습니다. 그것은 펌프 가스 (93 옥탄)로 정상적으로 흡입되는 모터를 작동시킬 것으로 예상되는 범위 내에 있습니다. 그리고 존재의 증거로, 내 차는 93 옥탄에서 잘 돌아갑니다.

문제의 설정을 살펴 보겠습니다.

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

참고 문헌에서 언급했듯이 12 : 1은 실제로 거리 차와 함께 갈 수있는 한 약 이므로이 설정은 여전히 ​​그 한계 내에 있습니다.

완벽을 기하기 위해 인터넷 주위를 제곱근을 생략하는 또 다른 ECR 방정식도 있습니다. 이 기능에는 두 가지 문제가 있습니다.

1. 첫째, 15 : 1의 자동차에 대한 ECR이 발생합니다. 그것은 약간 우스운 일이다. 나는 거리 가스로 그런 모터를 시작하고 싶지도 않을 것이다.

2. 어쨌든 ECR은 근사치입니다. "얼마나 많은 부스트를 실행할 수 있습니까?" 흡입 공기 온도 및 압축기 효율과 같은 중요한 요소에서 파생됩니다. 근사값을 사용하는 경우 즉시 쓸모없는 답변을 제공하는 것을 사용하지 마십시오 (포인트 1 참조).

유효 압축을 사용하는 터보 설정이 정적 압축 설정보다 낮은 옥탄 가스를 더 많이 사용하는 이유 중 하나는 항상 압축 비율에 있지 않기 때문입니다. 예를 들어 그 혼다를 가져 가라. 9 : 1 정적 비율에서는 부스트를 누르지 않는 한 하루 종일 87 옥탄을 실행할 수 있습니다. 목구멍을 높이기 시작하면 노크 센서가 꺼지고 엔진이 연료, 스파크 또는 지연 시간을 줄이는 등 여러 가지 방식으로 반응해야합니다.

정적 압축 사례의 경우, 유휴 상태이거나 멋지게 운전하려고 할 때도 여전히 요구 사항보다 낮은 옥탄 가스를 미리 폭발시킬 것입니다. 이것은 클러치리스 과급기에도 적용되며, "끄기"스위치 나 "잘 운전하고 있습니다"라는 이점이 없습니다. 압축률이 더 높습니다.

연습을 권장하지 않기 위해 270hp Ford Probe 2.2L 터보를 사용했으며 최대 부스트 (~ 21psi) 및 7.8 : 1 정적 압축 비율로 93 옥탄 이외의 다른 것에 도달하려고 시도하지 않았습니다. 그러나 때로는 긴 여행에서 87 옥탄을 채우고 부스트 컨트롤러를 7psi 이하로 설정하고 노크 센서 활동을 기록하지 않았습니다. 내가 부스트 컨트롤러를 낮추지 않더라도 위험을 감수하고 싶다면 '좋은 운전'을 할 수 있습니다 (그러나 유혹은 다소 강합니다). 내가 그것에 좋을 때 87 옥탄 중 36MPG를 얻을 수있었습니다 (아주 경제적). 나는 아버지의 과급 된 427hp 4.6L V8과 잘 어울릴 때 12MPG, 그렇지 않을 때 8MPG, 프리미엄 이외의 옵션이없는 것을 비교합니다.

@Bob의 좋은 답변 외에도 :

문제를 완화하는 데 사용할 수있는 몇 가지 트릭이 있습니다.

• 조기 폭발 감지 및 부스트 압력 조정을위한 노크 센서. 예를 들어 Saab APC를 사용하면 낮은 옥탄 연료를 안전하게 사용할 수 있습니다.

• 연소실을 식히기 위해 물 을 주입 함 (과도한 연료 대신)

• 실린더 당 흡기 온도계 (및 순차적 인젝션 / 점화)