Das 'Kompressionsverhältnis' eines Verbrennungsmotoren oder Außenverbrennungsmotors ist ein Wert, der das Verhältnis des Volumens seines Verbrennungsraums von seiner größten Kapazität bis seine kleinste Kapazität vertritt. Es ist eine grundsätzliche Spezifizierung für viele allgemeine Verbrennungsmotoren.

In einem Kolbenmotor ist es das Verhältnis zwischen dem Volumen des Zylinders und Verbrennungsraum, wenn der Kolben an der Unterseite von seinem Schlag und dem Volumen des Verbrennungsraums ist, wenn der Kolben an der Oberseite von seinem Schlag ist.

Stellen Sie einen Zylinder und seinen Verbrennungsraum mit dem Kolben an der Unterseite von seinem Schlag dar, der 1000 Cc Luft (900 Cc im Zylinder plus 100 Cc im Verbrennungsraum) enthält. Als sich der Kolben bis zur Spitze seines Schlags innerhalb des Zylinders bewegt hat, und das restliche Volumen innerhalb des Kopfs oder Verbrennungsraums auf 100 Cc reduziert worden ist, dann würde das Kompressionsverhältnis als 1000:100, oder mit der Bruchverminderung, 10:1 Kompressionsverhältnis proportional beschrieben.

Ein hohes Kompressionsverhältnis ist wünschenswert, weil es einem Motor erlaubt, mechanischere Energie aus einer gegebenen Masse von Luftkraftstoffmischung wegen seiner höheren Thermalleistungsfähigkeit herauszuziehen. Hohe Verhältnisse legen den verfügbaren Sauerstoff und die Kraftstoffmoleküle in einen reduzierten Raum zusammen mit der adiabatischen Hitze des Kompressionsverursachens besser das Mischen und die Eindampfung der Kraftstofftröpfchen. So erlauben sie vergrößerte Macht im Moment des Zündens und der Förderung der nützlicheren Arbeit von dieser Macht, indem sie das heiße Benzin zu einem größeren Grad ausbreiten.

Höhere Kompressionsverhältnisse werden jedoch Benzinmotorthema dem Motorklopfen machen, wenn tiefer oktansteuerpflichtiger Brennstoff, auch bekannt als Detonation verwendet wird. Das kann Leistungsfähigkeit reduzieren oder den Motor beschädigen, wenn Schlag-Sensoren nicht da sind, um das Timing zu verzögern. Jedoch sind Schlag-Sensoren eine Voraussetzung der OBD-II Spezifizierung verwendet 1996 Musterjahr-Fahrzeuge und neuer gewesen.

Dieselmotoren funktionieren andererseits auf dem Grundsatz des Kompressionszündens, so dass ein Brennstoff, der Autozünden widersteht, spätes Zünden verursachen wird, das auch zu Motorschlag führen wird.

Formel

Das Verhältnis wird durch die folgende Formel berechnet:

: wo

: = langweilige Zylinderangelegenheit (Diameter)

: = Kolbenschlag-Länge

: = Abfertigungsvolumen. Es ist das Volumen des Verbrennungsraums (einschließlich der Hauptdichtung). Das ist das minimale Volumen des Raums am Ende des Kompressionsschlags, d. h. wenn der Kolben oberen Totpunkt (TDC) erreicht. Wegen der komplizierten Gestalt dieses Raums wird es gewöhnlich direkt gemessen aber nicht berechnet.

Typische Kompressionsverhältnisse

Benzin (Benzin) Motor

Wegen pinging (Detonation) wird das Kompressionsverhältnis in einem Benzin oder Benzin-angetriebenem Motor gewöhnlich nicht viel höher sein als 10:1, obwohl etwas Produktion Automobilmotoren, die für den Hochleistungs-von 1955-1972 gebaut sind, hatten Kompressionsverhältnisse so hoch wie 13.0:1, der sicher auf dem hyper-dynamischen leaded dann verfügbaren Benzin laufen konnte.

Eine Technik, die verwendet ist, um den Anfall des Schlags zu verhindern, ist der hohe "Strudel"-Motor, der die Aufnahme-Anklage zwingt, eine sehr schnelle kreisförmige Folge im Zylinder während der Kompression anzunehmen, die schnelleres und mehr ganzes Verbrennen zur Verfügung stellt. Kürzlich, mit der Hinzufügung variabler Klappe-Timing- und Schlag-Sensoren, um Zünden-Timing zu verzögern, ist es möglich, Benzinmotoren mit Kompressionsverhältnissen über 11:1 zu verfertigen, der 87 (MONTAG + RON)/2 (Oktanschätzung) Brennstoff verwenden kann.

In Motoren mit einem 'Schwirren' oder 'Schlag'-Sensor und einer elektronischen Kontrolleinheit kann der CR so hoch sein wie 13:1 (2005-BMW K1200S). 1981 hat Jaguar einen Zylinderkopf veröffentlicht, der bis zu 14:1 Kompression erlaubt hat; aber hat sich 12.5:1 in Produktionsautos abgefunden. Das Zylinderkopf-Design war als der "May Meteor" Kopf bekannt; es wurde von einem schweizerischen Ingenieur Michael May entwickelt.

Mazda veröffentlicht 2012 neue Vergasermotoren unter dem Markennamen SkyActiv mit 14:1 Kompressionsverhältnis, um in allen Fahrzeugen von Mazda vor 2015 verwendet zu werden.

Motor des Benzins/Benzins mit der Druck-Aufladung

In einem aufgeladenen oder überladenen Benzinmotor wird der CR gewöhnlich an 10.5:1 oder tiefer gebaut. Das ist wegen des Turboladers/Überverdichters, der bereits die Mischung des Brennstoffs/Luft beträchtlich zusammengepresst hat, bevor es in die Zylinder eingeht.

Motor des Benzins/Benzins für das Rennen

Motorrad-Rennen-Motoren können Kompressionsverhältnisse so hoch verwenden wie 14:1, und es ist ziemlich üblich, Motorräder mit Kompressionsverhältnissen oben 12.0:1 entworfen für 86 oder 87 Oktanbrennstoff zu finden. F1 Motoren kommen näher an 17:1 (der sehr kritisch ist, um volumetrische/Brennstoff lieferte Leistungsfähigkeit um 18000 rpm zu maximieren)

Vinylalkohol und Methanol-Motoren

Vinylalkohol und Methanol können bedeutsam höhere Kompressionsverhältnisse nehmen als Benzin. Wenn sie Motoren laufen lassen, vereinigen brennendes Methanol und Vinylalkohol-Brennstoff häufig einen CR von 14.5-16:1.

Gasangetriebener Motor

In Motoren, die exklusiv auf LPG oder CNG laufen, kann der CR, wegen der höheren Oktanschätzung dieser Brennstoffe höher sein.

Dieselmotor

In einem Autozünden-Dieselmotor gibt es keine elektrische Zündkerze; die Hitze der Kompression erhebt die Temperatur der Mischung zu seinem Autozünden-Punkt. Der CR wird gewöhnlich 14:1 zu weit gehen, und Verhältnisse über 22:1 sind üblich. Das passende Kompressionsverhältnis hängt vom Design des Zylinderkopfs ab. Die Zahl ist gewöhnlich zwischen 14:1 und 16:1 für direkte Spritzenmotoren und zwischen 18:1 und 23:1 für indirekte Spritzenmotoren.

Schuld, die findet und Diagnose

Das Messen des Kompressionsdrucks eines Motors, mit einem mit der Zündkerze-Öffnung verbundenen Druckmesser, gibt eine Anzeige des Staates und Qualität des Motors. Es, gibt jedoch, keine Formel, um auf dem Zylinderdruck gestütztes Kompressionsverhältnis zu berechnen.

Wenn das nominelle Kompressionsverhältnis eines Motors gegeben wird, kann der Vorzündungszylinderdruck mit der folgenden Beziehung geschätzt werden:

wo der Zylinderdruck im Grunde toter Punkt ist, der gewöhnlich an 1 atm ist, das Kompressionsverhältnis ist, und das spezifische Hitzeverhältnis für die Arbeitsflüssigkeit ist, die ungefähr 1.4 für Luft, und 1.3 für Mischung der Methan-Luft ist.

Zum Beispiel, wenn ein Motor, der auf Benzin läuft, ein Kompressionsverhältnis 10:1 hat, ist der Zylinderdruck am oberen Totpunkt

Diese Zahl wird auch jedoch von Nocken (d. h. Klappe) Timing abhängen. Allgemein sollte der Zylinderdruck für allgemeine Automobildesigns mindestens 10 Bar, oder, grob geschätzt in Pfunden pro Quadratzoll (psi) als zwischen 15- und 20mal dem Kompressionsverhältnis, oder in diesem Fall zwischen 150 psi und 200 psi abhängig vom Nocken-Timing gleichkommen. Speziell angefertigte laufende Motoren, stationäre Motoren werden usw. Zahlen außerhalb dieser Reihe zurückgeben.

Faktoren einschließlich des späten Aufnahme-Klappe-Verschlusses (relativ betrachtet für Steuerwelle-Profile außerhalb der typischen Produktionsautoreihe, aber nicht notwendigerweise in den Bereich von Konkurrenz-Motoren) können eine irreführend niedrige Zahl von diesem Test erzeugen. Übermäßige Pleuelstange-Abfertigung, die mit der äußerst hohen Ölpumpe-Produktion verbunden ist (selten, aber nicht unmöglich) kann genug Öl wegschleudern, um die Zylinderwände mit genug Öl anzustreichen, um angemessenes Kolbenringsiegel zu erleichtern, künstlich geben einer irreführend hohen Zahl auf Motoren mit dem in Verlegenheit gebrachten Ringsiegel.

Das kann wirklich zu einem geringen Vorteil verwendet werden. Wenn ein Kompressionstest wirklich einer niedrigen Zahl gibt, und er beschlossen worden ist, dass es nicht wegen Aufnahme-Klappe-Eigenschaften des Verschlusses/Steuerwelle ist, dann kann man zwischen der Ursache differenzieren, die Siegel-Probleme der Klappe/Sitzes ist, und Siegel anrufen, indem man Motoröl in die Zündkerze-Öffnung in einer Menge bespritzt, die genügend ist, um sich über die Kolbenkrone und den Kreisumfang des Spitzenringlandes zu zerstreuen, und dadurch das erwähnte Siegel zu bewirken. Wenn ein zweiter Kompressionstest kurz danach durchgeführt wird, und das neue Lesen viel höher ist, würde es das Ringsiegel sein, das problematisch ist, wohingegen, wenn der beobachtete Kompressionstestdruck niedrig bleibt, es ein Klappe-Siegeln (oder seltener Hauptdichtung, oder Durchbruch-Kolben oder seltenerer stiller Zylinderwandschaden) Problem ist.

Wenn es einen bedeutenden (größer gibt als 10 %) Unterschied zwischen Zylindern, die eine Anzeige sein können, dass Klappen oder Zylinderkopf-Dichtungen lecken, werden Kolbenringe getragen, oder dass der Block geknackt wird.

Wenn ein Problem dann verdächtigt wird, kann ein umfassenderer Test mit einem Prüfer der Leckstelle unten die Leckstelle ausfindig machen.

Motoren von Variable Compression Ratio (VCR)

Weil Zylinderdiameter der langweiligen Angelegenheit, Kolbenschlag-Länge und Verbrennungsraum-Volumen fast immer unveränderlich sind, ist das Kompressionsverhältnis für einen gegebenen Motor fast immer unveränderlich, bis Motortragen seine Gebühr nimmt.

Eine Ausnahme ist der experimentelle Motor von Saab Variable Compression (SVC). Dieser Motor, der von Saab Automobile entworfen ist, verwendet eine Technik, die dynamisch das Volumen des Verbrennungsraums (V) verändert, der, über die obengenannte Gleichung, das Kompressionsverhältnis (CR) ändert.

Der Zyklus-Motor von Atkinson war einer der ersten Versuche der variablen Kompression. Da das Kompressionsverhältnis das Verhältnis zwischen dynamischen und statischen Volumina des Verbrennungsraums ist, hat die Zyklus-Methode von Atkinson, die Länge des powerstroke im Vergleich zum Aufnahme-Schlag zu vergrößern, schließlich das Kompressionsverhältnis in verschiedenen Stufen des Zyklus verändert.

Dynamisches Kompressionsverhältnis

Das berechnete Kompressionsverhältnis, wie gegeben, oben, wagt, dass der Zylinder an der Unterseite vom Schlag gesiegelt wird, und dass das zusammengepresste Volumen das wirkliche Volumen ist.

Jedoch: Aufnahme-Klappe-Verschluss (den Zylinder siegelnd), findet immer nach BDC statt, der etwas von der Aufnahme-Anklage veranlassen kann, umgekehrt aus dem Zylinder durch den steigenden Kolben mit sehr niedrigen Geschwindigkeiten zusammengepresst zu werden; nur der Prozentsatz des Schlags nach dem Aufnahme-Klappe-Verschluss wird zusammengepresst. Aufnahme-Hafen-Einstimmung und das Suchen können einer größeren Masse der Anklage (an einem höheren erlauben als atmosphärischer Druck), im Zylinder gefangen zu werden, als das statische Volumen andeuten würde (Dieses "korrigierte" Kompressionsverhältnis wird das "dynamische Kompressionsverhältnis" allgemein genannt.

Dieses Verhältnis ist mit dem konservativeren (d. h., früher, bald nach BDC) Aufnahme-Nocken-Timing, und tiefer mit dem radikaleren (d. h., später, lange nach BDC) Aufnahme-Nocken-Timing höher, aber sinken Sie immer als das statische oder "nominelle" Kompressionsverhältnis.

Die wirkliche Position des Kolbens kann durch die Trigonometrie, mit der Schlag-Länge und der Pleuelstange-Länge (gemessen zwischen Zentren) bestimmt werden. Der absolute Zylinderdruck ist das Ergebnis einer Hochzahl des dynamischen Kompressionsverhältnisses. Diese Hochzahl ist ein Polywendekreis-Wert für das Verhältnis der variablen Hitze für Luft und ähnliches Benzin an der Temperaturgegenwart. Das ersetzt den Temperaturanstieg, der durch die Kompression, sowie gegen den Zylinder verlorene Hitze verursacht ist. Unter idealen (adiabatischen) Bedingungen würde die Hochzahl 1.4 sein, aber ein niedrigerer Wert, allgemein zwischen 1.2 und 1.3 wird verwendet, da sich der Betrag der verlorenen Hitze unter Motoren ändern wird, die auf dem Design, der Größe und den Materialien gestützt sind, verwendet, aber nützliche Ergebnisse zum Zwecke des Vergleichs zur Verfügung stellt. Zum Beispiel, wenn das statische Kompressionsverhältnis 10:1 ist, und das dynamische Kompressionsverhältnis 7.5:1 ist, würde ein nützlicher Wert für den Zylinderdruck (7.5) ^1.3 × atmosphärischer Druck oder 13.7 Bar sein. (× 14.7 psi auf Meereshöhe = 201.8 psi. Der auf einem Maß gezeigte Druck würde der absolute Druck weniger atmosphärischer Druck oder 187.1 psi sein.)

Die zwei Korrekturen für das dynamische Kompressionsverhältnis betreffen Zylinderdruck in entgegengesetzten Richtungen, aber nicht in der gleichen Kraft. Ein Motor mit dem hohen statischen Kompressionsverhältnis und späten Aufnahme-Klappe-Verschluss wird einen DCR ähnlichen einem Motor mit der niedrigeren Kompression, aber dem früheren Aufnahme-Klappe-Verschluss haben.

Zusätzlich hat sich der Zylinderdruck entwickelt, wenn ein Motor läuft, wird höher sein als das, das in einem Kompressionstest aus mehreren Gründen gezeigt ist.

• Die viel höhere Geschwindigkeit eines Kolbens, wenn ein Motor gegen das Kröpfen läuft, erlaubt weniger Zeit für den Druck, vorbei an den Kolbenringen ins Kurbelgehäuse zu verbluten.
• ein laufender Motor ist Überzug die Zylinderwände mit viel mehr Öl als ein Motor, der an niedrigem RPM gekröpft wird, der dem Siegel hilft.
• die höhere Temperatur des Zylinders wird höheren Druck schaffen, wenn sie gegen einen statischen Test, sogar einen Test laufen wird, der mit dem Motor in der Nähe von der Betriebstemperatur durchgeführt ist.
• Ein laufender Motor hört nicht auf, Luft & Brennstoff in den Zylinder zu nehmen, wenn der Kolben BDC erreicht; die Mischung, die in den Zylinder während des Grundstrichs hineilt, entwickelt Schwung und geht kurz weiter, nachdem das Vakuum aufhört (in derselben Rücksicht, dass schnell das Öffnen einer Tür einen Entwurf schaffen wird, der weitergeht, nachdem die Bewegung der Tür aufhört). Das wird genannt suchend. Aufnahme-Einstimmung, Zylinderkopf-Design, Klappe-Timing und Auspuffeinstimmung bestimmen, wie effektiv ein Motor sucht.

Kompressionsverhältnis gegen das gesamte Druck-Verhältnis

Kompressionsverhältnis und gesamtes Druck-Verhältnis werden wie folgt zueinander in Beziehung gebracht:

Der Grund für diesen Unterschied besteht darin, dass Kompressionsverhältnis über die Volumen-Verminderung definiert wird:

:

während Druck-Verhältnis als die Druck-Zunahme definiert wird:

:.

Im Rechnen des Druck-Verhältnisses nehmen wir an, dass eine adiabatische Kompression ausgeführt wird (d. h. dass keine Hitzeenergie dem Benzin geliefert wird, das wird zusammenpresst, und dass jeder Temperaturanstieg allein wegen der Kompression ist). Wir nehmen auch an, dass Luft ein vollkommenes Benzin ist. Mit jenen zwei Annahmen können wir die Beziehung zwischen Änderung des Volumens und Änderung des Drucks wie folgt definieren:

:

\frac {P_2} {P_1} = \left (\frac {V_1} {V_2} \right) ^\\Gamma </Mathematik>

wo das Verhältnis der spezifischen Hitze für Luft (etwa 1.4) ist.

Die Werte im Tisch werden oben mit dieser Formel abgeleitet. Bemerken Sie, dass in Wirklichkeit sich das Verhältnis der spezifischen Hitze mit der Temperatur ändert, und dass bedeutende Abweichungen vom adiabatischen Verhalten vorkommen werden.

Siehe auch

• Haben Sie wirksamen Druck vor
• Gesamtes Druck-Verhältnis - ein nah zusammenhängendes Verhältnis für Düsenantriebe

Referenzen

Links

• "Hier Kommt Hoch Kompression Motoren" 1949 hoch hat über Artikel in der Populären Wissenschaft mit Fotos und Schnittzeichnungen ausführlich berichtet
• Variabler Kompressionsmotor
• Nocken-Timing gegen die Kompressionsverhältnis-Analyse
• Das Rechnen des Kompressionsverhältnisses ändert sich mit Motormodifizierungen