Anonim

У клипном мотору са унутрашњим сагоревањем са паљењем, смеша гориво-ваздух нормално гори попут шумског пожара: Топлина напредног пламена подиже температуру неизгореног материјала испред њега довољно да га запали. Инжињери и хемичари ову врсту горуће дефлаграције називају.

У ненормалним околностима, делови неизгорене мешавине горива и ваздуха могу се хемијски изменити топлотом тако да се унутар ње може појавити ненормалан и силовит облик сагоревања - детонација. У детонацији, сагоревање се одвија у врло танкој зони која је дебљина свега неколико молекула, а покреће се кораком притиска који се јавља у тој зони, а то је ударни талас. Како напредује овај талас велике брзине, компресија која се јавља унутар њега довољно је снажна да покрене сагоревање и није потребно прогресивно загревање. Ово је детонациони талас.

Снага у клипном мотору испоручује се експанзијом гаса за сагоревање високог притиска на клип. За максималну снагу желимо да сагоревање достигне вршни притисак баш као што клип значајно убрзава према доле при ходу снаге. Достизање вршног притиска пре него што то троши енергију губитком топлоте који настаје што дуже врели, високотлачни гас се налази између клипа и главе мотора. Достизање вршног притиска касније смањује и сам вршни притисак, јер се клип, померајући се даље, смањује притисак изнад њега експанзијом.

По правилу, изгарање у клипном мотору је углавном усредсређено на ТДЦ. Ако за најбољи обртни момент требамо поставити паљење на искрење на 35 степени БТДЦ, сагоревање се наставља отприлике исто време након ТДЦ-а, при чему целокупни догађај сагоревања износи око 70 степени. При 10.000 о / мин то је отприлике 0, 001 секунде. Иако људи случајно називају изгарање у моторима као "експлозију", то није. То је глатко прогресивно горење при малој брзини од 50 до 150 стопа у секунди. Насупрот томе, динамит реагује на 8.800 фпс, а савременији експлозиви попут ПБКС-а или ХМКС-а сагоревају при скоро 30.000 фпс.

ПОВЕЗАНО: Расклопне осовине, вентили и други испрекидани механизми

Што је спорије сагоревање, што раније морамо подесити време искрења да бисмо постигли вршни притисак управо кад клип започне значајно кретање. То ствара два проблема. Један је да што дуже ограничимо топле гасове високог притиска између клипа и главе, више топлине ћемо изгубити од тих гасова и мање нето снаге можемо доћи до радилице (нестала енергија иде у систем за хлађење мотора). Друга поента је да иако је однос компресије однос запремине изнад клипа на БДЦ и запремине изнад клипа на ТДЦ, у стварним моторима велики део наелектрисања горива и ваздуха сагорева док је клип прилично удаљен од ТДЦ-а, било пре или после.

Да видимо шта то значи у бројевима. Ако је нашем мотору са компресијом 12: 1 потребно паљење на 35 степени БТДЦ, тада смеша која гори тачно на крају сагоревања гори не при 12: 1, већ у 6: 1. Ако је, попут Иамахине пет вентила ФЗР750, нашем мотору је потребно паљење на 45 степени БТДЦ, а затим мешавина која сагорева на крају сагоревања (када се клип спустио кроз 18 процената свог хода) сагорева при још нижем омјеру компресије од 4, 7: 1. И, у екстремном случају одређених тркачких мотора којима је потребно паљење на 60 степени БТДЦ, тада задњи крај сагоревања делује на врло ниском омјеру компресије од 3, 6: 1 (јер се при 60 АТДЦ клип већ помакнуо кроз 30 посто своје снаге удар).

Смеша која се сагорева на ТДЦ-у ствара максимални притисак, али што се касније сагорева, што се даље клип померао и нижи допринос притиска те смеше са касним изгоревањем.

Зашто нас брига у ком односу компресије се смеша сагорева? Занима нас јер је правило палца за процену вршног притиска 100 пута веће од компресије. Кладите се да желимо већи притисак сагоревања, јер то је оно што ствара снагу кроз клипове да окреће радилицу. Али као што видимо из горе наведеног, што је спорије наше сагоревање, то више смеша гориво-ваздух сагорева при нижим односима компресије, јер је клип већ прешао велику раздаљину у свом енергетском ходу. Смеша која се сагорева на ТДЦ-у ствара максимални притисак, али што се касније сагорева, што се даље клип померао и нижи допринос притиска те смеше са касним изгоревањем.

То су разлози зашто је Кеитх Дуцквортх-ов мотор ДФВ Формуле 1 из 1967. године могао да даје више снаге и убрзава теже од конкуренције мотора са више цилиндара и већом површином вентила који раде при већим обртајима. Док је споро изгарање у конкурентским моторима присиљавало да подеси паљење на 45 или више степени БТДЦ, Дуцквортх-овом ДФВ-у је требало само 27 БТДЦ при највећем закретном моменту јер је његово сагоревање било тако брзо. С обзиром да је краће време ограничавао свој топли гас за сагоревање, пре него што је избацивао струју експанзијом (ударни удар клипа), ДФВ је претрпео мање губитка топлоте од гаса за сагоревање, остављајући већи притисак да покрене својих осам клипа. Пошто је више његове смеше гориво-ваздух сагорело ближе максималној компресији на ТДЦ-у, притисак који је првобитно настао изгарањем био је већи.

Како је Дуцквортх постигао тако брзо сагоревање? Видио је да високе куполе клипа које користе други грађевинари за постизање велике компресије у коморама са дубоким сагоревањем ометају брзо ширење пламена. Стога је створио прилично плитку комору за сагоревање изнад углавном сувог плишаног клипа. Између њих се налазио отворени волумен у којем турбулентно кретање набоја може произвести врло брзо сагоревање. Брзо сагоревање, смањујући време које је на располагању за губитак топлоте, слало је више снаге у клипове, а мање у расхладне и издувне системе. Резултат је била већа снага од одређене количине сагореног горива. То је већа ефикасност.

Зашто не убрзати сагоревање још више? Постоје механичка ограничења колико сигурно можемо убрзати сагоревање. Харри Рицардо открио је да брзина пораста притиска већа од 40 пси по степену радилице чини да се мотори осећају непријатно. Чак и брже сагоревање, попут оне која се назива детонацијом, може изазвати брзи квар делова као што су клипови и лежајеви радилице.