静的圧縮と効果的な圧縮：なぜより高い効果的な圧縮は、より高いオクタン価のガスを必要としないのですか？

バックグラウンド

私は最近、ブーストに関する多くの研究をしようとしています。なぜなら、将来的には、デイリー/小型デューティーの自動車で適度なターボ設定を実行することを計画しているからです。私は物事の物理学に取り組み、ビルドを行うときに、単に部品を叩いて最高のものを望んでいるだけでなく、モーターが機能するようにエンジニアリングしています。

質問

私の主な質問はこれです。私はこの記事を読んでおり、圧縮の理解を深めていますが、この質問に残ります：より高い静的圧縮比を実行するエンジンは爆発を防ぐためにより高いオクタン燃料を必要とするので、なぜより高い有効圧縮比のモーターがより高いオクタン価の燃料を必要としないようですか？

通常、ターボ圧縮機を運転し、通常のポンプガスを使用し、問題のない人々について話を聞きます。たとえ、有効な圧縮比は、ほとんどの自然吸気エンジンよりもはるかに高くなります。例えば、私が考えていたセットアップは、ターボ圧縮されたホンダd16a6であり、9.1：1の静的圧縮比を持ち、10 psiのブーストで、およそ15：1の有効圧縮を与えます。

tl; dr：そうです。どれだけ伝えるのが難しいのです。

より長い答えは、実際の効果の近似として、効果的な圧縮が失敗しているということです。

デトネーション（燃料と空気の混合物の早期点火）について考えてください。通常、2つの原因を考えます：圧縮（ピストンが上下に移動するときのシリンダーで囲まれた空間の変化）および温度（たとえば、吸気の測定温度）。

実際には、温度しかありません。

理想的なガスの法則に戻りましょう。

PV = nRT

どこPが圧力でVあり、体積でTあり、温度であり（ケルビン単位で、覚えておいてください！）、残りはこの議論とは関係のない興味深い定数です。圧縮により、そのV値は減少およびP増加します。理想的な世界では、それはそれの終わりであろう：シリンダの圧縮が温度上昇することなく、100％効率的な方法であろう。

残念ながら、私たちは理想的な世界ではなく、実際の世界に住んでいます。エンジンで何が起こっているかについての最も簡単なモデルは、それが一定のエントロピーのシステムであることです。これは、システム内のガスの熱容量比によって制限されることを意味します。1.3の熱容量比と10：1の圧縮比の例を使用する場合、温度が約2倍になることを確認しています（ケルビン！）。

要するに、圧縮はガスを高温にします。なぜこれが悪いのですか？

このように考えてください。特定のオクタンガスに対して一定の温度バジェットがあります。をT超える場合T_ignition、強打。したがって、指摘しているように、システムにインタークーラーを追加して、入力空気温度を下げることができます。

同様に、変化する量をV変更できます。これにより、エンジンが爆発する前に許容できる温度上昇量が増加します。

現在、吸気にターボを追加すると、通常の大気圧がかなり高い値に圧縮され、以前ブラシオフした他の定数が変化し（詳細についてはターボ体積効率を確認）、温度が上昇します。

それは私の温度の予算に食い込んでいます。低オクタン価のガスを使用すると、爆発のしきい値が低くなり、ブースト時にエンジンの損傷を調べることができます。

だから、すべての後、あなたは何をしますか？

1. リサーチリサーチリサーチ：真空で構築しないでください。他の人のレイアウトをコピーするか、改善します。
2. ターボ前後の吸気温度を測定します。
3. あなたができる最高のガスを見つけてください。
4. エンジンが爆発しないようにエンジンコンピューターを調整します。

チューニング時：ECUでできることの1つは、混合物に燃料を追加して、混合物を冷却することです。確かに、燃料をクーラントとして使用することは絶対的な効率を助長するものではありませんが、ブーストを避けて走行する場合は問題になりません。いつものように、右足が少ない=使用するガスが少ない。

上記のすべてについては、Corky BellのTurbochargingブックMaximum Boostで説明されています。これは、私のようなオタクな人にとって非常に面白い読み物です。

しばらく後のフォローアップ：私は、9.1 psiのブーストを実行する9.1の静的圧縮比に関する特定の質問に気づきました。例として、私のWRXは約13.5 psiで8：1を実行するので、一見すると10 psiで9：1を達成できるようです。

有効な圧縮比について、ほぼ間違いなく賢明な方程式の 1つを見てみましょう（これは、前述のとおり、かなり複雑な熱力学の近似値です）。

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

どこでECR「有効圧縮比」で、CR（あなたがブーストを追加する前に開始したものを）「静的圧縮率」です。 boostpsi（ポンド/平方インチ）で測定されます。この方程式の目標は、提案されたセットアップがまったく実行可能であるかどうか、そして路上で競馬場で購入できるガスで実行できるかどうかを伝えることです。

だから、例として私の車を使用して：

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

この式を使用すると、ピークブースト時の有効な圧縮率は約11：1になります。これは、通常吸入されるモーターをポンプガス（93オクタン）で作動させることが期待できる範囲内です。そして、存在の証明として、私の車は93オクタンで正常に動作します。

それでは、問題のセットアップを見てみましょう。

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

参考文献に引用されているように、12：1は実際には路面電車で行くことができる範囲であるため、この設定はこれらの制限内に収まります。

完全を期すために、平方根を省略するインターネット上をさまよう別のECR方程式もあることに注意する必要があります。その機能には2つの問題があります。

1. まず、私の車のECRは15：1になります。それは少しばかげている：私は街頭のガスでそのようなモーターを始動させたくさえないだろう。

2. とにかくECRは近似値です。「どれだけブーストを実行できますか？」という質問に対する本当の答えです。吸気温度やコンプレッサー効率などの重要な要因から導き出されます。近似値を使用している場合、すぐに役に立たない答えを与えるものを使用しないでください（ポイント1を参照）。

同等の有効圧縮を備えたターボ設定が静的圧縮設定よりも低オクタン価ガスを許容する理由の1つは、常にその圧縮比になっていないことです。そのホンダを例にとってみましょう。9：1の静的比率では、ブーストをかけない限り、1日中87オクタンを実行できます。スロートを押し下げると、ノックセンサーがオフになり、エンジンはさまざまな方法で応答する必要があります-燃料のカット、スパーク、タイミングの遅らせなど、ブーストを強制的に下げる必要があります（推奨しません）。

静的圧縮の場合、単にアイドル状態にしたり、うまく運転しようとしても、必要以上に低いオクタンガスで事前爆発します。これはクラッチレスのスーパーチャージャーにも当てはまり、「オフ」スイッチや「うまく運転している」というメリットはありません。その高い圧縮率に縛られています。

繰り返しになりますが、私は270hpのフォードプローブ2.2Lターボを使用しましたが、フルブースト（〜21psi）および7.8：1の静的圧縮比で、93オクタン以外で到達しようとはしませんでした。しかし、長い旅行では時々87オクタンで一杯になり、ブーストコントローラーを7psi以下に設定し、ノックセンサーのアクティビティを記録しませんでした。ブーストコントローラーを下げなかったとしても、それを危険にさらしたい場合は「いい感じで運転する」ことができます（しかし、誘惑はかなり強いです）。87オクタンから36MPGを得ることができました（良かったです）。父のスーパーチャージされた427hp 4.6L V8は、あなたがそれに慣れているときは12MPG、そうでないときは8MPGになり、プレミアム以外の選択肢はないことを比較します。

@Bobによる良い答えに加えて：

問題を緩和するために使用できるいくつかのトリックがあります。

• 早期爆発を検出する（およびブースト圧力を調整する）ノックセンサー。例えば、Saab APCは低オクタン価燃料の安全な使用を可能にします。

• （過剰な燃料の代わりに）水を噴射して燃焼室を冷却する

• シリンダーごとの排気温度計（および連続噴射/点火）