Kun moottori on jo auki ja pöydällä ovat eri paksuiset kansipahvit, uudet männät ja mahdollisesti koneistettu kansi, arvaaminen tulee kalliiksi. Tämä opas moottorin puristussuhteen laskemiseen näyttää, mistä lukema oikeasti muodostuu, miten jokainen tilavuus mitataan ja miksi pelkkä männän tai kannen valmistajan ilmoittama arvo ei vielä kerro lopullista puristussuhdetta.
Puristussuhde vaikuttaa suoraan palotapahtumaan, nakutusherkkyyteen, sytytysennakkoon ja siihen, kuinka paljon ahtopainetta ja tehoa kokonaisuus kestää järkevällä marginaalilla. Se ei ole irrallinen numero. Sama 10,0:1 voi olla täysin toimiva vaparissa tai E85-turbokoneessa, mutta liian aggressiivinen toisessa kombinaatiossa, jossa palotilan muoto, nokka-akselit, välijäähdytys, polttoaine tai moottorinohjaus ovat heikompia.
Mitä staattinen puristussuhde tarkoittaa?
Staattinen puristussuhde kertoo sylinterin tilavuuden männän ollessa alakuolokohdassa suhteessa tilavuuteen männän ollessa yläkuolokohdassa. Laskennassa käytetään yhtä sylinteriä, vaikka moottorissa olisi neljä, kuusi tai kahdeksan sylinteriä.
Kaava on:
Puristussuhde = (iskutilavuus + palotilan kokonaistilavuus) / palotilan kokonaistilavuus
Iskutilavuus tarkoittaa männän liikematkan muodostamaa tilavuutta. Palotilan kokonaistilavuus taas koostuu kannen palotilasta, kansipahvin tilavuudesta, männän ja lohkon välisestä deck clearance -tilavuudesta sekä männän kupin tai laen vaikutuksesta.
Jos laskettu iskutilavuus on 500 cm³ ja yläkuolokohdan kokonaispalotila 62,5 cm³, puristussuhde on:
(500 + 62,5) / 62,5 = 9,0:1
Luku kertoo siis, kuinka moneen osaan sylinterin kokonaistilavuus puristuu mekaanisesti. Se ei ole sama asia kuin dynaaminen puristus, johon nokka-akselin imuventtiilin sulkeutumishetki vaikuttaa merkittävästi.
Moottorin puristussuhteen laskeminen alkaa mitoista
Tarvitset vähintään sylinterin porauksen, iskunpituuden, kannen palotilan tilavuuden, kansipahvin puristuneen paksuuden ja reiän halkaisijan sekä männän todellisen aseman lohkon tasoon nähden. Lisäksi tarvitset männän valmistajan ilmoittaman kupin tai laen tilavuuden. Jos moottoria on koneistettu, mittaa - älä oleta.
Sylinterin iskutilavuus lasketaan kaavalla:
Vd = π / 4 × poraus² × isku
Mitat on helpointa muuntaa senttimetreiksi, jolloin tulos tulee suoraan kuutiosenttimetreinä. Esimerkiksi 86 mm poraus on 8,6 cm ja 86 mm isku on 8,6 cm:
Vd = 3,1416 / 4 × 8,6² × 8,6 = noin 499,6 cm³
Tämä on yhden sylinterin iskutilavuus. Nelisylinterisessä moottorissa kokonaisiskutilavuus on tässä tapauksessa noin 1998 cm³, mutta puristussuhdelaskussa käytetään edelleen 499,6 cm³ lukemaa.
Kannen palotilan tilavuus
Kannen ilmoitettu palotilavuus voi olla esimerkiksi 50 cm³, mutta se on luotettava vain, jos kansi on vakiokorkuinen eikä istukoita, venttiilejä tai palotilaa ole koneistettu. Kannen oikaisu pienentää palotilaa. Isommat venttiilit, venttiilityö ja palotilan muotoilu voivat muuttaa sitä kumpaan tahansa suuntaan.
Tarkin tapa on mitata palotila buretilla tai ruiskulla, jossa on selkeä millilitramittaus. Millilitra vastaa yhtä kuutiosenttimetriä. Aseta kansi vaakasuoraan, tiivistä venttiilit kevyesti rasvalla ja käytä palotilan päällä läpinäkyvää levyä, jossa on pieni täyttöreikä. Täytä tila ohuella nesteellä ilman ilmakuplia ja kirjaa todellinen tilavuus.
Kansipahvin tilavuus
Kansipahvin tilavuus lasketaan samalla sylinterikaavalla. Käytä pahvin reiän halkaisijaa, ei sylinterin porausta, ja käytä nimenomaan puristunutta paksuutta. Monikerrosteräspahvin ilmoitettu paksuus voi olla joko vapaa tai asennettu mitta, joten varmista kumpi valmistajan datassa on kyseessä.
Kaava on:
Vpahvi = π / 4 × pahvin reiän halkaisija² × puristunut paksuus
Jos pahvin reikä on 87 mm ja puristunut paksuus 1,2 mm, tilavuus on noin 7,13 cm³ per sylinteri. Jo 0,2 mm muutos pahvin paksuudessa voi liikuttaa puristussuhdetta enemmän kuin moni arvioi, etenkin pienessä palotilassa.
Deck clearance ja männän asema
Deck clearance tarkoittaa etäisyyttä männän laesta lohkon tasoon yläkuolokohdassa. Jos mäntä jää 0,30 mm lohkon alapuolelle, kyseinen tila lisää palotilan tilavuutta. Jos mäntä tulee lohkon tason yläpuolelle, tilavuus vähenee ja kansipahvin on otettava ulostulo huomioon.
Mittaa jokainen sylinteri. Kiertokankien, kampiakselin, lohkon koneistuksen ja männän puristuskorkeuden toleranssit voivat tehdä sylinterien välille eroa. Käytä mittakelloa ja tasaista mittasiltaa, älä mittaa männän laen keskeltä vain yhdestä kohdasta, koska mäntä voi keinua porauksessa.
Deck-tilavuus lasketaan sylinterin porauksella ja mitatulla etäisyydellä. Jos 86 mm porauksessa mäntä on 0,30 mm kannen tason alapuolella, deck-tilavuus on noin 1,74 cm³.
Männän kuppi, venttiilikolot ja kupu
Männän kuppi ja venttiilikolot kasvattavat palotilan tilavuutta, joten niiden arvo lisätään laskuun. Männän kupu puolestaan vie tilavuutta palotilasta, joten sen arvo vähennetään. Tämä on yleinen merkki- ja yksikkövirhe, joka voi tehdä laskelmasta täysin väärän.
Älä sekoita männän ilmoitettua kuppitilavuutta koko männän laen geometriseen muotoon. Valmistajan ilmoitus on yleensä nettotilavuus suhteessa tasaiseen mäntään. Jos kyseessä on custom-mäntä, varmista arvo männän piirustuksesta tai mittaa se. Venttiilikolot ovat erityisen olennaisia ison noston nokissa ja tiukassa squish-rakenteessa.
Laskuesimerkki 86 x 86 mm turbomoottorista
Otetaan nelisylinterinen 86 mm porauksella ja 86 mm iskulla varustettu moottori. Yhden sylinterin iskutilavuus on 499,6 cm³. Mitatut ja valitut arvot ovat 50,0 cm³ palotila, 7,13 cm³ kansipahvi, 1,74 cm³ deck-tilavuus ja 6,0 cm³ männän kuppi.
Yläkuolokohdan palotilan kokonaistilavuus on tällöin:
50,0 + 7,13 + 1,74 + 6,0 = 64,87 cm³
Puristussuhde on:
(499,6 + 64,87) / 64,87 = 8,70:1
Tämä on laskettu staattinen puristussuhde. Jos kansi oikaistaan ja palotila putoaa esimerkiksi 48 cm³:iin, sama paketti nousee noin 8,96:1 tasolle. Muutos kuulostaa pieneltä, mutta se vaikuttaa erityisesti silloin, kun moottori on jo ahtopaineen, sytytysennakon ja polttoaineen suhteen lähellä rajaansa.
Miksi nokka-akseli, ahtopaine ja polttoaine muuttavat tulkintaa?
Staattinen puristussuhde on mekaaninen lähtöarvo. Todellinen sylinteripaine riippuu myös siitä, milloin imuventtiili sulkeutuu. Pitkäkestoisella nokalla osa seoksesta voi virrata takaisin imusarjaan männän aloittaessa puristusliikkeen, jolloin dynaaminen puristus jää pienemmäksi kuin vastaavalla vakionokalla.
Siksi pelkkä staattinen suhde ei kerro, sopiiko moottori tietylle ahtopaineelle. Turbokoneessa ratkaisevat myös turbon tehokkuusalue, imuilman lämpö, välijäähdytin, pakopaine, palotilan ja squish-alueen toiminta, polttoaineen oktaaniluku tai etanolipitoisuus sekä sytytys- ja knock control -strategia. Link ECU- tai ECUMaster-ohjaus antaa työkalut hallita sytytystä, seosta, ahtopainetta ja suojatoimintoja, mutta se ei korjaa väärin mitoitettua mekaanista kokonaisuutta.
Korkeampi puristussuhde voi parantaa alavääntöä, kaasunvastetta ja hyötysuhdetta. Vastapainona nakutusmarginaali pienenee bensiinillä, ja säädön, jäähdytyksen sekä polttoainejärjestelmän vaatimukset kasvavat. E85 antaa usein enemmän pelivaraa, mutta edellyttää riittävää polttoainekapasiteettia, oikeita antureita ja toimivaa Flex Fuel -kalibrointia, jos käytetään vaihtelevia seoksia.
Tarkista myös squish ennen kuin valitset pahvin
Kansipahvin paksuutta ei pidä valita vain puristussuhdeluvun perusteella. Männän ja kannen välinen squish- tai quench-etäisyys vaikuttaa seoksen liikkeeseen, palonopeuteen ja männän sekä kannen mekaaniseen turvamarginaaliin. Liian suuri välys heikentää yleensä palotapahtumaa. Liian pieni välys voi johtaa kosketukseen kierroksilla, lämpölaajenemisen aikana tai kiertokangen venyessä.
Sopiva tavoite riippuu moottorista, kierrosluvusta, kiertokangista, männistä, käyttötarkoituksesta ja siitä, kuinka tarkasti koneistus on tehty. Ratamoottorissa tai korkeilla kierroksilla käytettävässä turbokoneessa ei kannata kopioida internetistä yhtä yleispätevää millilukua. Mittaa männän ulostulo ja rakenna välys koko paketin todellisten mittojen perusteella.
Yleisimmät virheet puristussuhdelaskussa
Virhe syntyy tavallisesti siitä, että laskelmaan otetaan nimellismitat mutta moottori kootaan koneistetuista osista. Kansi on saatettu oikaista useamman kerran, lohko dekata, kampiakseli vaihtaa eri iskuun tai männät valita toiselle kiertokangelle. Myös kansipahvin vapaan paksuuden käyttäminen puristuneen paksuuden sijasta vääristää tulosta.
Toinen tavallinen virhe on laskea koko moottorin iskutilavuus ja verrata sitä yhden sylinterin palotilaan. Molempien lukujen on oltava samalta sylinteriltä. Kolmas virhe on jättää männän venttiilikolot tai kupu huomioimatta, tai käyttää niiden etumerkkiä väärin.
Kirjaa mittaukset sylinterikohtaisesti rakennuspaperiin: poraus, deck, palotila, pahvi ja männän tilavuus. Jos sylinterien välillä on eroa, laske puristussuhde jokaiselle erikseen. Näin tiedät, onko kyse hyväksyttävästä koneistustoleranssista vai asiasta, joka pitää korjata ennen lopullista kokoonpanoa.
Kun mitat ovat paperilla ennen kannen lopullista kiristystä, kansipahvin, männän ja kannen koneistuksen valinta perustuu dataan eikä toiveeseen. Se on halpa työvaihe verrattuna siihen, että moottoria joudutaan avaamaan ensimmäisten dynovetojen jälkeen.
