- Detta ämne har 39 svar, 12,245 deltagare, och uppdaterades senast för 11 år, 10 månader sedan av
TomK.
-
Inlägg
-
Gilarski
INTRO
På grund av min mediokra fantasi kom jag inte på nåt bättre namn på denna tråden 😮
Ambitionen med tråden är att lyfta diskussionen kring allmänkunskapen på motorer. Jag är absolut ingen expert i ämnet varför jag gladeligen välkommnar andras hjälp att göra tråden till intressant läsning för den som vill lära sig om motorer och hur vi kan utnyttja dem på ett optimalt vis. 🙂
Själv tänkte jag fylla på lite allt eftersom jag kommer över nåt intressant men ambitionen är att dela med mig så mycket av det lilla jag kan. Återigen, har mycket lite erfarenhet och på detta forumet vet jag det finns rävar som kan trimma bilar 🙂
Det finns oerhört många sätt att optimera motorns gång och karaktär, det är väl här jag tänkte att dialogen kommer hamna.
Den som är lika intresserad som jag kan givetvis läsa böcker och googla, men den som inte är det kan enkelt besöka tråden och säkert snappa upp ett och annat, allt eftersom vi alla fyller på med information vi vill dela med oss.
Jag har ingen direkt motorbyggarbakgrund, är ingenjör med motorintresse och har varit verksam inom fordons-branschen i över 10 år, framförallt inom produktutveckling av elektriska system och funktioner, men har även viss erfarenehet av PWT (Powertrain, dvs. motor/drivlina).
Innan jag börjar så kan man säga att alla som har intresse av bilar ofta har erfarenheter att dela med sig, sådan välkomnas här då jag tycker ibland att det är lite ‘hokus pokus’ kring hur man ökar effekten på en bil.
På detta forumet tycker jag många delar med sig väldigt öppet vad de gör för att öka effekten, vilket är kul, men det inte alltid man förstår varför resultatet blir som det blir och vad man kan göra för att ytterligare förbättra det.
Så, låt oss börja lite försiktigt:
Sedan ångmotorn kom till har man sökt mer effekt och högre hastighet. Till och börja med var det framförallt på tåg och båt sidan som man tävlade om att få till bästa/värst prestanda. När så oljan gjorde sitt intåg kring slutet av 1800-talet inleddes en ny era.
Oljans fördel var att den hade högt energi innehåll och var enklare att handskas med. Ångmotorn var stor och krävde vatten hela tiden varför den snabbt ersattes i början av 1900 talet.
Dagens moderna motor är en fyrtaktsmotor, vilket helt enkelt innebär att den arbetar i fyra takter:
1. Sug in luft/bränsle
2. Komprimera gasmixen
3. Explosion/antänd
4. Tryck ut förbrända gaserFör att åskådliggöra detta på nån form av pedagogiskt vis har jag lånat en bild från Wiki:
Mäki
Läsvärt för nybörjare!
http://sv.wikipedia.org/wiki/Lambda_1Bjuder på en basic-dragning i ämnet kompression. 🙂
Utan kompression kommer självklart ingen energi att nyttjas vid explosionen i förbränningsrummet, och ju högre kompression man har, desto bättre omvandlas energin till mekanisk rörelse. Man kan säga att hög kompression innebär bättre nyttjandegrad/verkningsgrad av bränslet.
Om man tillsätter samma mängd luft och bränsle till 2 motorer med identisk konstruktion men med olika kompression så kommer den med högre kompression svara bättre över hela registret. Genom att bränslets energi nyttjas bättre kommer även bränsleförbrukningen sjunka på motorn med den högre kompressionen.
Kompressionen i våra överladdade EJ20 ligger statiskt på 8.0:1
Med statiskt menas att vid ideela förhållanden, dvs. att kolven drar in 100% syre när den åker nedåt (vilket är långt i från fallet när man kör), samt utan laddtryck.
8.0:1 innebär att den volym syre motorn drar in komprimeras 8 gånger, så när kolven står i sitt översta läge (TDC) så har luften komprimerats till 1/8 -dels volym.
Det finns eftermarknadskolvar som åtminstone erbjuder 8.5:1 i kompression till EJ20.
Ok, så varför har EJ20 motorer så låg kompression ? Alla överladdade motorer har en stor portion dynamisk kompression. När en sugmotor arbetar så drar den in så mycket luft den kan, men inte mer än den får. Begränsnignen ligger bland annat i cylindervolymen. En 2 liters motor med 4 cylindrar sväljer 0,5 liter syre per cylinder och förbränningscykel.
På en överladdad motor så kommer motorn agera på samma vis som i sugmotorfallet men med en viktig skillnad, man TVINGAR in luft i förbrännigs-rummet. Genom att tvinga in luft i förbränningsrummet ökar man mängden syre som sedan komprimeras, därmed ökar man den dynamiska kompressionen till kanske 12,5:1 när snurran ger som mest.
Ok, men vad händer vid 13 eller 14 i kompressionsförhållande? Jo, nu börjar man tangera gränsen för knackning, dvs. det sker en okontrollerad antändning av bränslet i förbränningsrummet.
Stop, stop säger nån, man kan stävja detta. Jepp, genom att använda ett bränsle som har högre oktantal. Ett bränsle med högre oktantal har samma energiinnehåll som ett lägre oktantal, men, det självantänds inte lika lätt.
Eftersom E85 har högre självantändingspunkt än 95 oktanigt kan man med högre kompression (öka laddet).
Hur ökar man enkelt kompressionen då ?
Finns flera sätt men vi kan kika på formeln först:
Kompression erhålls genom att räkna fram:
(pi/4)* cylinderdiameter*cylinderdiamter*slaglängd + volym syre ovan kolven vid TDC
———————————————————————————————-
volym syre ovan kolven vid TDCMan kan alltså öka kompressionen genom att:
1. Öka cylindervolymen (Bore -> större kolvdiameter)
2. Öka slaglängd på kolven -> stroka motorn
3. Minska volymen uppe i toppen, t.ex plana toppen1 och 2 är mer omfattande. Båda innebär att man inte bara ökar kompressionen, man ökar också motorns volym.
En moderna SAAB med E85 i tanken och turbo kör på ~11,0:1 i statisk kompression, dvs. den svarar oerhört mycket rappare än en EJ20 på låga varv. En BMW M3 av nyare sort är som bekant sugis och kör med ‘statisk’ kompression kring 12-12,5 !!!
Detta med kompression är ett av de områden som man inom motorutvcklingen jobbar oerhört hårt med, då detta inte bara ökar effekt och sänker bränsleförbrukning, man kan även ha mindre motorer men få ut ordentligt med effekt per liter.
Ok, klockan är mycket nu 😮 Jag tänkte fortsätta med kompressions grunderna imorgon, men fyll gärna på om ni vill 🙂
Okej, här kommer lite mera i ämnet kompression.
Formeln i förra inlägget är väldigt basic skall tilläggas. Det är inte helt enkelt att beräkna volymen ovanför kolven då det beror på packningens storlek och tjocklek, ventilernas form, formen på kolvens ovansida samt själva ‘kammarens’ form uppe i topplocket.
Om man nu inte vill öka kolvens storlek eller längden på kolven slag så är det uppe i toppen man behöver jobba. Ovanför kolven finns en viss luftvolym, denna kan man enkelt minska genom att t.ex plana toppen eller välja tunnare packning. Genom att minska luftvolymen kommer man öka kompressionen.
Genom att t.ex välja en tunnare packning skulle man kunna öka kompressionen med säg 0,5-1, dvs. till kanske 9.0:1. Dock måste man säkerställa att ventilerna inte knackar i kolven när den är i TDC 😮
Man kan säga att det är i toppen det händer, om man inte vill ändra motorn i botten så att säga.
Jag backar lite i diskussionen till ‘hög kompression’. Vid hög kompression kommer förvisso bränslets energi nyttjas bättre, men när gasen komprimeras hårdare så kommer mera värme att avges. Denna värme bidrar till att temperaturen i förbränningsrummet höjs under kompressionsfasen.
När värmen blir tillräckligt hög kommer gasen att okontrollerat självantända varpå knackning uppstår.
För att stävja knackning kan man till exempel använda bränslen som har högre oktantal, dvs. är svårare att antända. Man kan även använda kallare stift, dessa leder bort värmen ur förbränningsrummet bättre och minskar risken för självantändning.
En av de vanligaste sätten att undvika självantändning är att pytsa in mera bränsle än det som förbrukas.
Om man kör med bensin kommer allt bränsle förbrännas om man tillför 14,7 gånger mera luft än bränsle, vad vi till vardags kallar Lambda=1
Lambda=1 innebär helt enkelt att vi har den optimala förbränningen, då allt bränsle ‘förbrukas’ tack vare reaktionen med syre.
När man gasar på rejält stressar man motorn ytterligare genom att kolven rör sig fortare (högre varvtal), vilket bidrar till ökad värme pga friktion. Man ställer även om tändningen på grund av att kolven rör sig fortare per tidsenhet vid högt var jämfört med lågt varv. Så för att undvika hög värmeutveckling i förbrännigsrummet kommer man tillåta att allt bränsle inte förbränns, istället används det som kylmedel. Man fetar helt enkelt på så Lambda åker ner till kanske 0,8.
Det fina med t.ex E85 är att det även har en kylande effekt då det innehåller alkohol, ett faktum som bland annat Koenigsegg utnyttjat för att öka effekten och kompressionen i sina motorer.
Kvarnis
En viktig grej nu när du börjar blanda AFR och lambda är att det är ajabaja 😉 😀
Om man håller sig till lambda så kommer det alltid vara lambda 1 som är optimal för bränning, och runt lambda 0.86 för max effekt på ett bra bränsle
E85,Metanol eller race soppa spelar ingen roll.Dock för Vpower och soppa med lägre oktan så kommer man måste sänka lambda ner till 0.82-0.78 för att undvika spikningar.
Eiiiiik
Kanske lite OT, men kollade min bil med OBD II uttaget för någon dag sen. Den visade att den hade AFR 11,3 på full last.
Vad säger detta egentligen? 🙂Fråga nr:2 – Hur väl stämmer uppgifterna man får från OBD II? Tydligen om jag räknade om det lätt säger bilen att jag laddar 1.3.
Vad laddar en STi Original? 🙂En viktig grej nu när du börjar blanda AFR och lambda är att det är ajabaja 😉 😀
Om man håller sig till lambda så kommer det alltid vara lambda 1 som är optimal för bränning, och runt lambda 0.86 för max effekt på ett bra bränsle
E85,Metanol eller race soppa spelar ingen roll.Dock för Vpower och soppa med lägre oktan så kommer man måste sänka lambda ner till 0.82-0.78 för att undvika spikningar.
Jamen underbart, lite real-life input, tack Kvarnis 🙂
Lambdasensorn jämför syremängden som finns i avgaserna mot det som finns i luften utanför så att säga, och vid en viss nivå, ja då signalerar sensorn värdet 1. Detta sker då normalt när inga syreatomer finns i avgaserna (optimal förbränning).
Jag vet att jag blir lite djup nu men jag vill gärna förstå (typisk ingenjör :rolleyes: ) hur det kan anses vara ok att ha överskott av oförbränt bränsle, det kommer ju inte att förbrännas utan bara kyla, det syre som normalt reagerar saknas (underskott av syre genererar Lambda under 1)
Lågt lambda -> mycket överskott av soppa -> bättre kylning ->mer effekt utan knackning kanske. Och, eftersom E85 och andra ballare bränslen som du nämner har en kylande effekt i sig så behöver man inte ha lika stort överskott av dessa bränslen som med t.eV Power, som kyler sämr i sig och därmed behöver man fetta på ytterligare.
Tänkte även dra lite kring Intercoolerns effekt inom kort, och det faktum att den kyler luften -> mer effekt.
Hursom, jättekul att inte bara jag babbalar på i denna tråden 🙂
Kanske lite OT, men kollade min bil med OBD II uttaget för någon dag sen. Den visade att den hade AFR 11,3 på full last.
Vad säger detta egentligen? 🙂Fråga nr:2 – Hur väl stämmer uppgifterna man får från OBD II? Tydligen om jag räknade om det lätt säger bilen att jag laddar 1.3.
Vad laddar en STi Original? 🙂Min lilla erfarenhet säger att du har fet blandning, vilket är högst normalt vid last. Som sagt, den feta blandningen är till för att kyla av förbränningsrummet. AFR på bensin är normalt lite lägre än på E85, har för mig jag sett AFR på ~10 i bensinare men 11,3 kan inte vara helt fel.
OBD 2 är oerhört hårt styrt och stämmer inte informationen måste en felkod sättas för felet ifråga, annars riskerar biltillverkaren skadestånd.
Koffe
Är absolut ingen expert på sånt här så jag tycker tråden är rätt kul!
Men vän av ordning måste ändå fråga sig hur detta går till…då signalerar sensorn värdet 1. Detta sker då normalt när inga syreatomer finns i avgaserna (optimal förbränning).
Samt
underskott av syre genererar Lambda under 1
Hur kan man nånsin ha ett större underskott än 0 syre i avgaserna? 🙂
Mvh
KoffeÄr absolut ingen expert på sånt här så jag tycker tråden är rätt kul!
Men vän av ordning måste ändå fråga sig hur detta går till…Samt
Hur kan man nånsin ha ett större underskott än 0 syre i avgaserna? 🙂
Mvh
KoffeFullt förstålig fråga, vill minnas jag kollade upp detta en gång i tiden men har ej svaret i huvudet, så jag måste återkomma såvida ingen annan kan förklara detta.
Min lilla erfarenhet säger att du har fet blandning, vilket är högst normalt vid last. Som sagt, den feta blandningen är till för att kyla av förbränningsrummet. AFR på bensin är normalt lite lägre än på E85, har för mig jag sett AFR på ~10 i bensinare men 11,3 kan inte vara helt fel.
OBD 2 är oerhört hårt styrt och stämmer inte informationen måste en felkod sättas för felet ifråga, annars riskerar biltillverkaren skadestånd.
Men det låter ju bra! 🙂
Hellre att det är åt det hållet tycker jag!
Vill ju inte spika sönder Kvarnis fina motor 😉Rätt smarta dom där prylarna faktiskt. Kopplar in en liten dosa till OBD 2, som sen skickar all information till din telefon i realtid. Där kan du dra in alla mätare du vill kolla värdet på, insugstemp, oljetemp, AFR, laddtryck mm.mm 😀
Funkar en sån bra är det ju hur skönt som helst att kunna slippa alla fula mätare..
Nu har jag läste på lite om Lambda sensorn, det var inte helt enkelt att få svar på allt, men här kommer ett försöka att sprida lite ljus 🙂
Lambda sensorn monterades för första gången i en bil under tidigt 70 tal, på en Volvo 240/260 (olika uppgifter) California modell. Varför Californien, jo det är där som de hårdaste avgaskraven i världen kommer från. De tillsatte redan 1967 en organisation kallad CARB (California Air Resources Board) vars uppgift var att säkerställa stadens luftkvalitet, framförallt då genom att kräva hårda avgaskrav för att bilarna över huvud taget skulle få säljas i Californien.
Lambda sensorn mäter mängden syreatomer i avgaserna. I luften/atmosfären finns 21% syreatomer, detta värde används som referens.
Sensorn i sig fungerar som ett litet batteri som på kemisk väg genererar en spänning som återkopplas till motorstyr.
Nåväl, mängden syreatomer (O2) som finns i atmosfären jämförs som sagt med den mängd som finns i avgaserna. Efter mycket detektivarbete fann jag att Bosch uppger att en O2 halt kring 3-4% anses vara lean (för lite soppa) medan om man mäter 0% så är det rich (mycket soppa). Med ovan resonemang bör Stoichiometriskt ligga kring 2% syre (O2) uppmätt i avgaserna.
Bosch har stor erfarenhet av att tillverka motorstyr så siffrorna ovan torde vara en bra hint.
Med Stoichiometriskt avses att allt bränsle förbrukats vid förbränningen, inte som jag tidigare skrev, alla syreatomer förbrukats :o. När detta sker kommer således sensorn kommunicera en viss spänning, vilket motsvarar Lambda=1.
Lambda är alltid 1 vid en Stoichiometrisk förbränning, oavsett vilket bränsle som används, medan AFR är nåt annat (varierar mellan olika bränslen).
Ok, så nu vet vi att Lambda sensorn mäter återstående mängd syre atomerna i avgaserna. Det finns en balans (som Kvarnis nämnde) mellan Lambda 1, optimal effekt respektive optimal bränsleförbrukning, se nedan.
Vi har nu skrapat på ytan över vissa delar i vad som påverkar motorns prestanda. Personligen har jag för avsikt att fördjupa mig i ovan ämnen allt eftersom jag lär mig lite mera, återigen, alltid kul om nån annan vill dela med sig av sina erfarenheter/kompetens 🙂
Nåväl, som jag tidigare skrev så är en av motorns begränsningar för att nå hög effekt just knackningar. Dessa kan stävjas genom högre oktantal, kallare stift, mer bränsle (överskott av bränsle) som kyler, samt låg kompression (som dock är negativt för motorns verkningsgrad).
Ok, så varför är det så viktigt med kall luft? Kall luft tar upp mindre volym än varmluft, och om man har en fast volym att fylla så innebär detta att man får in mera luft och därmed syre, om luften är kall. Ju mer luft man lyckas trycka in i i förbränningsrummet, desto mera bränsle behöver man pytsa in för att få en balanserad (Stochumetrisk) förbränning -> mer energi frigörs vid explossionen -> mer effekt 🙂
Ok, så för att optimera förutsättningarna för ökad effekt kommer nästa fantastiska uppfinning, nämligen intercoolern 😎
Det hela handlar om att när man trycker ihop luften så bildas det friktion mellan atomerna i luften/bränslet -> högre värme i förbränningsrummet -> svårare att trycka in mera luft. Det är av denna anledningen som en bil kan gå bättre med större Intercooler men samma laddtryck, man får helt enkelt in mera syre vid samma laddtryck på grund av att luften är kallare och utgör inte lika stort motstånd så att säga.
Ordet Intercooler härstammar från flygmotorbranschen, där man använde ett kylelement emellan (inter) varje kompressor för att höja lufttrycket in till motorn. Faktum är att när man höjde trycket så lyckades man förvisso tvinga in mera syre men eftersom luften även blev varmare av själva kompressionsprocessen fick man problem med knackningar, så effektökningen blev relativt marginell innan man kom på trickat att kyla ner densamma mellan (inter) varje kompressions-steg.
Jag skall vara tydlig här, det är alltså främst kompressorn/turbons arbete med att komprimera luften som ökar dess temperatur.
Självklart beror detta på hur mycket man komprimerar luften, men syftet med Intercoolern är i vart fall att ‘kompensera’ för den temperatur ökning som kompressorn/turbon resulterar i när densamma komprimerar luften. Även värmen, framförallt, från turboaggregaten medför att lufttemperaturen höjs. Avgasena och därmed turbon kan bli ~800-1000 grader på avgassidan, vilket givetvis påverkar insugssidans temperatur.
En annan viktig aspekt på Intercoolerns betydelse är att sänkt temperatur i förbränningsrummet är bra för de ingående komponenterna såsom kolva och kolvringar, som annars stressas/åldras snabbare, vilket resulterar i material-utmattning -> motorras 🙁
En Intercooler har främst 2 egenskaper, dess förmåga att avleda värme samt dess ‘luftmotstånd’. När det gäller förmågan att leda bort värme så är denna intimt kopplad till den effektiva ytan som exponeras mot den omkringliggande luften, denna ‘yta’ kallar vi celler.
I bilden ovan syns cellerna samt mellan dem luftkanaler som den trycksatta luften färdas i. Värmen från luften vill man alltså leda bort så det är viktigt att cellerna är i gott skick. En modern intercooler har en verkningsgrad kring 70%, best case uppåt 80%. En vattenkyld Intercooler har 10-20% lägre verkningsgrad. Med 80% verkningsgrad menas att luftens temperatur skulle kunna kylas från 100 grader till 20 grader vid rätt förutsättningar (utetemp, luftström etc).
Jag har sett siffror kring 40 grader i temperatursänkning på en frontmonterad intercooler. ‘Normalt’ ligger den komprimerade insugstempen runt 150 grader(när man laddar på), innan den kyls ned via Intercoolern.
Här är en bild från ett test FORGE gjort på en av sina Intercoolers. I detta testet ser man att utluftens temperatur är ungefär 15 grader lägre med deras Intercooler jämfört med orginal (i detta fallet en Mitsubishi Colt CZT)
Den andra egenskapen en Intercooler har är dess förmåga att låta luften passera obehindrat. Siffrorna varierar endel, de beror även på vilket tryck man åker runt med men säg ett tryckfall om 1 PSI (0,06 bar). Det skiljer inte speciellt mycket mellan en stor Intercooler och en mindre. Tryckfallet beror främst på storleken på luftkanalerna mellan cellerna samt hur gavlarna är utformade med tillhörande rör.
Dags att sova lite, skriver lite mera i veckan 😮
LegacyLarsa
Intressant!
Nu kanske man börjar förstå vad kvarnis i bland pratar om.. 😉/Larsa
- Du måste vara inloggad för att svara på detta ämne.