Anonim

Engelskmanden Keith Duckworth, designer af den meget succesrige Cosworth DFV Formel 1-motor, sagde, at for mange bygherrer blev fortryllet af luftstrøm, men gjorde derefter intet for at brænde al den luft, de havde stukket i cylinderen.

Da jeg var en trist gymnasiestudent, havde vi en skolemøde en gang for en besøgende showman fra General Motors. En af demoerne, han viste os, var at sætte et par dråber benzin i et plexiglasrør, der var omkring 3 meter langt, tilsluttet i den ene ende og med en tennisbold inde. Efter at have taget den åbne ende omrørt han brændstoffet i luften i røret ved at rulle en tennisbold frem og tilbage inde i den. Derefter fjernede han hætten og tennisbolden, piskede sin lighter ud og holdt den til den åbne ende.

Borrrrp var den temmelig udtrukne lyd, vi hørte, da flammen tog 2-3 sekunder at brænde sin synligt langsomme måde til rørets tilsluttede ende. Dette fortæller os, at forbrændingshastigheden i perfekt stadig benzin-luft-blanding er ca. 1 fod i sekundet. Hvis det var den egentlige forbrændingshastighed i en motorcykelmotor, kunne den endda køre?

Ved at tage en 4-tommer boring som et eksempel og antage et moderne centralt placeret tændrør, er flammekørslen 2 tommer, så ved 1 fod i sekundet har flammen brug for 1/6 af et sekund for at brænde fra tændrør til cylindervæg. Hvis vi bare trækker med ved 3.000 o / min, betyder det, at krumtapakslen fuldfører 8, 3 rotationer, mens flammen er på vej. Og hvis dette er en World Superbike Ducati V4 R, der drejer 12.000 o / min, drejer kranken 33 gange.

Det vil ikke arbejde! Vi har brug for, at flammerejsen er en brøkdel af en krumtrevolution. Og det er netop, hvad det er i motorer i den virkelige verden, hvis antændelse typisk er tidsbestemt til at skyde et sted mellem 30 og 45 grader før top dead center.

Når vi gør det aritmetiske, finder vi ud af, at flammehastigheden i faktiske motorer er 50 til 200 gange hurtigere end i det hvilende blandingseksperiment, jeg var vidne til som teenager. Hvor kommer den ekstra flammehastighed fra?

Image
Hovedet ned, bum up: World Superbike race-vinder Chaz Davies reagerer på Ducatis praksis med at bruge indtagshastighed til at generere hurtig forbrænding. Davies og holdkammerat Álvaro Bautista er henholdsvis ottende og andenplads i mesterskabet med en runde tilbage før sommerpausen. Med tilladelse fra Ducati

Det kommer fra hurtig luftbevægelse i brændstof-luftladningen, der skyldes den høje hastighed af blandingen, der trænger ind i cylinderen gennem indblæsningsventilen (erne). Når en gnist genererer en flammekerne i hurtig bevægende blanding, på den mikro-lokale skala, bevæger flammefronten sig ved den sædvanlige 1 fod pr. Sekund, men fordi den luft hvirvler og virvler op, river den flammekernen i mange strimler og spreder dem hurtigt gennem hele blandingen. Ved enormt at øge flammeområdet forbruges ladningen med en tilsyneladende flammehastighed på 50 til 200 fod pr. Sekund.

Vender vi tilbage til eksemplet med 4-tommers stempler i en motor, der drejer 12.000 o / min, hvis vi antænder blandingen ved 40 grader BTDC og forbrændingen ender omtrent 40 ATDC, det vil sige (40 + 40) / 360 i en revolution, eller 0, 22, og da en omdrejning tager 60 / 12.000 af et sekund, eller 0, 005, vi ser, at forbrænding i vores eksempel tager 0, 005 x 0, 22 eller lidt over 0, 001 sekund. Rejser 2 tommer i den tid - 2 tommer er halvdelen af ​​boringen på 4 tommer - får vi en tilsyneladende flammehastighed på 183 fod i sekundet.

RETTET: Er Dæk, der ødelægger motorcykel racing?

I en samtale med Ducati CEO Claudio Domenicali lærte jeg, at virksomhedens praksis i at bruge indtagshastighed til at generere hurtig forbrænding hovedsageligt anvender to variabler:

  1. Indgangsportstørrelse: jo mindre porten er, jo større er indtagshastigheden, der kan anvendes til jobbet med at gøre brændstof-luftblandingen så turbulent, som den skal være for at brænde hurtigt.

  2. Indtagsportens nedtrapningsvinkel: Dette fungerer som den slange, vi alle har spillet med, mens vi fyldte en spand. Hvis vandet går lige ind i spanden, roterer det vand, der samler sig der, ikke. Men når vi sigtes mod slangen mere off-center, driver strømmen vandet i rotation.

I moderne fire-ventilmotorer med flade forbrændingskamre er målet ikke at få "vandet i skovlen" til at rotere rundt om skovlens midtlinie, men at "tumle" for at skyde fra indsugningsventiler til den fjerne cylindervæg, afbøjes nedad med det, og derefter krølle sig tilbage over toppen af ​​stemplet for at rejse sig op i den nærmeste cylindervæg. Dette skaber rotation men omkring en anden akse. Når stemplet stiger til topmidlet ved komprimering, brydes denne ordnede roterende bevægelse op i mindre og mindre turbulensceller, som vil makulere og distribuere flammen fra kernen, der stammer fra tændrøret.

Nogle vil sige, "Ja, men bruger vi ikke squish til at generere hurtig ladningsbevægelse og således fremskynde flammen?"

Hurtig forbrænding i DFV reducerede den tabte varme til forbrændingskammeroverflader, hvilket efterlod mere varme og tryk for at skubbe dens stempler. Squish beskriver, hvad der sker, når en overflade på stemplet tæt (0, 030 tommer eller endda tættere) nærmer sig en matchende overflade på hovedet ved TDC og hurtigt "klemmer" ud blandingen mellem de to. Dette skaber en jet, der kan omrøre hovedblandingen. Duckworth, på vej til at opdage tumlebevægelsens kraft, forsøgte i to år at bruge squish for at opnå hurtig forbrænding i sin SCA-motor. Det ville ikke samarbejde, selv ikke kun ved 70 procent af omdrejningstallet i ovenstående Ducati-eksempel. Det tvang Duckworth til i detaljer at tænke over, hvad der var nødvendigt. I sidste ende resulterede en kombination af sådan fokuseret tanke plus eksperiment i forbrændingskammerkonceptet, der nu findes i de fleste af verdens bil-, lette lastbiler og motorcykelmotorer.

I 1967 var Duckworths DFV V-8 Formel 1-motor i stand til at udkonkurrere V-12'erne med langt mere ventilområde og spidsrpm. Hvordan? Hurtig forbrænding i DFV reducerede den tabte varme til forbrændingskammeroverflader, hvilket efterlod mere varme og tryk for at skubbe dens stempler. Duckworths almindelige fladtopede stempler samlet mindre varme end det ekstra overfladeareal for høje stempelkuppler i Matra V-12.

Duckworths tanke og arbejde er rundt omkring os.