Ich habe in letzter Zeit versucht, viel über Boost zu recherchieren, weil ich vorhabe, in Zukunft ein moderates Turbo-Setup auf meinem täglichen / leichten Autox-Auto zu fahren. Ich versuche, in die Physik der Dinge einzudringen, damit ich bei meinem Bau nicht nur Teile aufsetze und auf das Beste hoffe, sondern stattdessen einen Motor konstruiere, der funktioniert.
Meine Hauptfrage ist folgende. Ich habe diesen Artikel gelesen und obwohl er mein Verständnis der Kompression vertieft hat, lässt er mich mit dieser Frage zurück: Ich weiß, dass Motoren mit einem höheren statischen Kompressionsverhältnis Kraftstoffe mit höherer Oktanzahl benötigen, um eine Detonation zu verhindern. Warum also Motoren mit höheren effektiven Kompressionsverhältnissen? scheinen keine Kraftstoffe mit höherer Oktanzahl zu benötigen?
Ich höre normalerweise von Leuten, die Turbo-Setups betreiben und einfach normales Pumpgas verwenden und keine Probleme haben, obwohl das effektive Verdichtungsverhältnis viel höher wäre als bei den meisten Saugmotoren. Zum Beispiel wäre das Setup, das ich in Betracht gezogen habe, ein Honda d16a6 mit Turbolader, der ein statisches Kompressionsverhältnis von 9,1: 1 mit 10 psi Boost hat, was ihm eine effektive Kompression von ungefähr 15: 1 verleiht.
tl;dr: Das tun sie. Es ist nur schwieriger zu sagen, wie viel.
Die längere Antwort lautet, dass dies der Fall ist und dass eine effektive Komprimierung Sie als Annäherung an die tatsächlichen Effekte im Stich lässt.
Denken Sie an Detonation (auch bekannt als vorzeitige Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches). Normalerweise betrachten wir zwei Ursachen: Kompression (die Änderung des vom Zylinder umschlossenen Raums bei der Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens) und Temperatur (z. B. gemessene Temperatur der Ansaugluft).
In Wirklichkeit gibt es nur die Temperatur.
Kommen wir zurück zum idealen Gasgesetz :
PV = nRT
wo Pist Druck, VVolumen und TTemperatur (in Grad Kelvin, denken Sie daran!) und der Rest sind interessante Konstanten, die für diese Diskussion nicht relevant sind. Die Komprimierung bewirkt, dass dieser VWert abnimmt und Pzunimmt. Im Idealfall wäre damit Schluss: Die Verdichtung des Zylinders wäre ein 100 % effizienter Vorgang ohne Temperaturerhöhung.
Leider leben wir eher in einer realen als in einer idealen Welt. Das beste einfache Modell für das, was im Motor passiert, ist, dass es sich um ein System konstanter Entropie handelt . Dies bedeutet, dass wir durch das Wärmekapazitätsverhältnis der Gase im System eingeschränkt sind. Wenn wir ein Wärmekapazitätsverhältnis von 1,3 und ein beispielhaftes Kompressionsverhältnis von 10:1 verwenden, sehen wir eine ungefähre Verdoppelung der Temperatur (Grad Kelvin!).
Kurz gesagt, Kompression macht Gase heißer. Warum ist das aber schlimm?
Stellen Sie sich das so vor: Sie haben ein festes Temperaturbudget für ein bestimmtes Oktangas. Wenn es Thöher wird als T_ignition, bang. Wie Sie bereits betont haben, können Sie dem System einen Ladeluftkühler hinzufügen, wodurch die Eingangslufttemperatur gesenkt wird.
Ebenso können Sie den Betrag ändern, der sich Vändert. Dies erhöht den Temperaturanstieg, den Ihr Motor tolerieren kann, bevor er explodiert.
Jetzt komprimiert das Hinzufügen eines Turbos zur Ansaugluft den normalen atmosphärischen Druck auf etwas deutlich Höheres, was zu einer Änderung der anderen Konstanten führt, die ich zuvor abgebürstet habe (siehe volumetrische Effizienz des Turbos für weitere Informationen) und die Temperatur erhöht.
Das nagt an meinem Temperaturbudget. Wenn ich Gas mit niedrigerer Oktanzahl verwenden würde, würde dies die Schwelle für die Detonation senken, und beim Aufladen könnte ich einen Motorschaden in Betracht ziehen.
Also, was machst du nach all dem?
Zum Tuning: Eine Sache, die das Steuergerät kann, ist, dem Gemisch zusätzlichen Kraftstoff hinzuzufügen und dadurch das Gemisch abzukühlen. Zugegebenermaßen ist die Verwendung von Kraftstoff als Kühlmittel der absoluten Effizienz nicht förderlich, sollte aber beim Herumfahren aus dem Boost kein Problem darstellen. Wie immer, weniger rechter Fuß = weniger Gasverbrauch.
All dies wird in Corky Bells Turbocharging-Buch Maximum Boost besprochen – eine sehr unterhaltsame Lektüre für Geek-Leute wie mich.
Einige Zeit später nachfassen: Ich habe gerade die spezielle Frage zum statischen Kompressionsverhältnis von 9,1 mit 10 psi Boost bemerkt. Als Beispiel läuft mein WRX 8:1 bei etwa 13,5 psi, also scheint 9:1 mit 10 psi auf den ersten Blick erreichbar zu sein.
Schauen wir uns eine der wohl vernünftigeren Gleichungen für das effektive Verdichtungsverhältnis an (die, wie wir angemerkt haben, immer noch eine Annäherung an eine ziemlich komplexe Thermodynamik ist):
ECR = sqrt((boost+14.7)/14.7) * CR
Wo ECRist das "effektive Kompressionsverhältnis" und CRdas "statische Kompressionsverhältnis" (womit Sie vor dem Hinzufügen von Boost begonnen haben). boostwird in psi (Pfund pro Quadratzoll) gemessen. Denken Sie daran, das Ziel dieser Gleichung ist es, uns zu sagen, ob unser vorgeschlagenes Setup überhaupt machbar ist und ob es mit Benzin betrieben werden kann, das ich auf der Straße oder auf der Rennstrecke kaufen kann.
Am Beispiel meines Autos:
ECR = sqrt((13.5 + 14.7) / 14.7) * 8 = sqrt(1.92) * 8 = 11.08
Aus dieser Gleichung ergibt sich, dass mein effektives Kompressionsverhältnis bei Spitzenverstärkung etwa 11:1 beträgt. Das liegt im Rahmen dessen, was Sie erwarten können, um einen normalen Saugmotor mit Pumpgas (93 Oktan) zu betreiben. Und, Beweis durch Existenz, mein Auto läuft auf 93 Oktan ganz gut.
Schauen wir uns also das betreffende Setup an:
ECR = sqrt((10 + 14.7) / 14.7) * 9.1 = sqrt(1.68) * 9.1 = 11.79
Wie in der Referenz zitiert, ist 12:1 wirklich so weit, wie Sie mit einem Straßenauto fahren können, also würde dieses Setup immer noch innerhalb dieser Grenzen liegen.
Der Vollständigkeit halber sollten wir anmerken, dass es auch eine andere ECR-Gleichung gibt, die im Internet herumwandert und die Quadratwurzel weglässt. Es gibt zwei Probleme mit dieser Funktion:
Erstens würde das für mein Auto einen ECR von 15:1 ergeben. Das ist ein bisschen lächerlich: Ich würde so einen Motor nicht einmal mit Straßengas starten wollen.
ECR ist sowieso eine Annäherung: die wirkliche Antwort auf die Frage „Wie viel Boost kann ich fahren?“ wird von kritischen Faktoren wie Ansauglufttemperatur und Kompressoreffizienz abgeleitet. Wenn Sie eine Annäherung verwenden, verwenden Sie keine, die Ihnen sofort nutzlose Antworten gibt (siehe Punkt 1).
Vin Ihrer Gleichung
Tabnehmen, müssen Sie auch abnehmen, um die Gleichheit beizubehalten, wenn alles andere konstant ist! Aber es gibt auch den Druck
p, der stärker ansteigt, als V abnimmt. Aus diesem Grund
Tsteigt tatsächlich. (Auch die Formel
T_1/T_2=V_2/V_1ist nicht die richtige, wie sie vermuten lässt
p=const). Sie haben hier einen adiabatischen Prozess, bei
T_1/T_2=(V_2/V_1)^(κ-1)dem
κeine (Halb-) Konstante in der Größenordnung von 1,3 ist. Was Sie jedoch schreiben,
Vist
Tabsolut richtig und gibt insgesamt eine großartige Antwort (+1).Einer der Gründe, warum ein Turbo-Setup mit der äquivalenten effektiven Kompression Benzin mit niedriger Oktanzahl besser verzeiht als ein Setup mit statischer Kompression, ist, dass Sie nicht die ganze Zeit über dieses Kompressionsverhältnis haben. Nehmen Sie zum Beispiel diese Honda. Bei einem statischen Verhältnis von 9:1 können Sie den ganzen Tag 87 Oktan laufen lassen, solange Sie keinen Schub darauf geben. Wenn Sie anfangen, etwas Schub in den Hals zu drücken, gehen die Klopfsensoren aus und der Motor SOLLTE auf verschiedene Weise reagieren - vielleicht den Kraftstoff abschneiden, den Zündfunken oder das Timing verzögern, was den Schub nach unten zwingen sollte (nicht, dass ich es empfehle).
Im Fall der statischen Kompression werden Sie, selbst wenn Sie nur versuchen, im Leerlauf zu laufen oder gut zu fahren, immer noch mit Gas mit niedrigerer Oktanzahl als erforderlich vordetonieren. Dies würde auch für kupplungslose Kompressoren gelten, es gibt keinen "Aus" -Schalter oder "Ich fahre gut" -Vorteil. Sie sind an dieses höhere Komprimierungsverhältnis gebunden.
Um die Praxis nicht zu empfehlen, hatte ich einen 270 PS starken Ford Probe 2,2-Liter-Turbo, und bei vollem Ladedruck (~ 21 psi) und einem statischen Verdichtungsverhältnis von 7,8: 1 würde ich es niemals wagen, zu versuchen, ihn mit etwas anderem als 93 Oktan zu erreichen. Auf langen Fahrten füllte ich jedoch manchmal mit 87 Oktan und stellte meinen Boost-Controller auf 7 psi oder weniger ein, und es wurde keine Aktivität des Klopfsensors protokolliert. Auch wenn ich den Boost-Regler nicht abgesenkt habe, kann man einfach „schön fahren“, wenn man es riskieren will (aber die Versuchung ist ziemlich groß). Ich konnte 36 MPG aus 87 Oktan herausholen, als ich nett dazu war (ziemlich sparsam). Ich vergleiche das mit dem aufgeladenen 427 PS starken 4,6-Liter-V8 meines Vaters, der 12 MPG bekommt, wenn Sie nett dazu sind, 8 MPG, wenn Sie es nicht sind, und Sie haben nur die Wahl zwischen Premium.
Zusätzlich zur guten Antwort von @Bob:
Es gibt einige Tricks, die verwendet werden können, um das Problem zu lindern:
Ein Klopfsensor zur Erkennung vorzeitiger Detonationen (und Anpassung des Ladedrucks). Beispielsweise ermöglicht Saab APC die sichere Verwendung von Kraftstoffen mit niedrigerer Oktanzahl.
Einspritzen von Wasser zur Kühlung der Brennräume (anstelle von überschüssigem Kraftstoff)
Abgasthermometer pro Zylinder (und sequentielle Einspritzung / Zündung)
Annath
Bob Cross
Benutzer16042