点火時期と空燃比の説明

この記事では、空燃比と点火時期が馬力にどのように、またなぜ影響するのかという、よく議論されているトピックに光を当てます。

そして、これが私たちがそれを行う方法です...

まず、ハードデータが必要になります。テスト車両を使用して、シャーシ ダイナモで 3 回のパワーランを実行します。これら 3 回のパワーランでは、目標空燃比以外は何も変更しません。

そのデータをダイナモ画面に表示して、エンジンに供給される燃料の量だけを変更した場合のパフォーマンスの違いを分析します。

次に、さらに 3 回のダイナモ運転を行いますが、今回は空燃比を一定に保ち、点火時期を 2 度変更します。

空燃比と馬力

ここでは、空燃比以外は何も変更せずに、連続して 3 つのダイナモを実行しています。

パワーゲインがいかに圧倒的であるかに注目してください。 3 つの完全に異なる空燃比は、ほぼ同じ出力を生成しました。

それでは、すべてが同じ出力を生み出すのに、なぜ空燃比について大騒ぎする必要があるのでしょうか。より実際的には、エンジンの目標空燃比はどのくらいでしょうか?

これを理解するには、空燃比と馬力の関係をもう少し深く掘り下げる必要があります。

それはすべて相対的なものです

ダイノグラフに表示されることは、出力がエンジンに投入する燃料の量と非常に緩やかにしか関係していないため、少し直観に反しているように思えます。このエンジンを運転してまったく同じ出力を生み出すことができる空燃比の範囲はかなり広いと考えて間違いありません。

確かに、私たちが富裕層側に行きすぎると、権力を失い始めるでしょう。おそらく点火プラグも汚れ、オイルに燃料も混入し始めるだろう。

エンジンをリーンアウトし始めると、同様の結果が得られます。パワーは失われ始めますが、点火プラグを汚したりエンジンオイルを薄めたりするのではなく、最終的にはピストンを溶かし、致命的なエンジン故障を引き起こすことになります。

注: テスト車に搭載されているようなターボエンジンでは、馬力の低下が見られる前に、エンジンをフルパワーで傾けて損傷する危険性があるレベルに達する可能性があります。私たちの言葉を信じて、家では試しないでください。

一方、エンジン内部では…

点火プラグが点火する直前に、空気と燃料の混合物が発生し、「燃焼」と呼ばれる化学反応が起きようとしています。

燃焼により熱が発生します。加熱された空気は膨張しますが、燃焼室では空気は下へしか膨張する方法がありません。なぜダウンするのですか？燃焼室内に可動するものは 1 つだけあり、それがピストンです。燃焼の化学反応が起こると、シリンダー内でより多くの空気と燃料が結合し、より多くの熱が発生します。

最終的には、ピストンをボア内に押し込むのに十分な圧力が発生します。ここから、ピストンはロッドに接続され、ロッドはクランクに接続され、クランクは…バーンアウトに接続されます。

燃焼の化学

燃焼の過程を詳しく見てみましょう。他の化学反応と同様に、反応を完全に完了させるためには、成分の特定の比率が存在します。どの成分も過剰に摂取しても使用されません。

私たちのエンジンの場合、化学反応を完了するために必要な 2 つの成分は空気と燃料です。ただし、これら 2 つの構成要素のうちの 1 つである空気は限られています。なぜ？エンジンに詰めることのできる空気の量には限界があります (体積効率に関する記事をまだ読んでいない場合は、今すぐ読んでください。体積効率とは、エンジンにどれだけの空気を詰め込めるかがすべてであるためです)。

したがって、燃焼反応に利用できる空気の量は一定であり、ECU を使用して、その入ってくる空気に見合ったエンジンに投入する必要がある燃料の量を計算します。

化学量論的AFR

ガソリンの化学に戻ると、完全な化学反応のためにエンジンに供給すべき燃料の理想的な量は、質量でおよそ空気 14.7 対燃料 1 です。これを私たちはこう呼んでいます 理論空燃比。燃料 1 に対して空気が正確に 14.7 の割合でエンジンに供給すると、空気と燃料の両方が燃焼の化学反応で完全に使い果たされます。

もちろん、これを 15 ポンドのブーストと 8000 RPM で実行すると、エンジンが忘れ去られ、昼食にピストンを食べてしまう可能性が高いことは経験からわかっています。しかし、もう少し燃料を投入して、空気 12.5 対燃料 1 の割合でエンジンを作動させれば、エンジンは何十万マイルも快適に作動し、まったく同じ馬力を発生します。

しかし、ここで興味深いことがあります。どちらの場合も、エンジンは同じ馬力を発生しているため、同じ量の熱を発生しているはずです。では、なぜ一方の AFR では内部が溶解し、もう一方の AFR では溶解しないのでしょうか?

熱を感じる

すべては余分な燃料にかかっています。実際に追加した燃料は燃焼室を内側から冷却し、エンジンがリーンになりすぎたときにピストンが溶ける原因となる過剰な熱の蓄積を防ぎました。

私たちが「リーンすぎる」と言うとき、「理論値 14.7 のリーン」を意味するのではなく、エンジン損傷を引き起こすポイントのリーンのことを指します。これは、ターボまたはスーパーチャージャー付きエンジンでは 14.7:1 よりはるかに手前です。

したがって、馬力は熱を生成することによって生成されると結論付けることができますが、生成する熱が多ければ多いほど、燃焼室を冷却するためにより多くの燃料を追加する必要があります。

これがまさに、ソフトウェアで目標空燃比マップを見ると、RPM が増加するにつれて目標がより豊かになり、マニホールド圧力がより豊かになる理由です。

熱をより頻繁に生成するため、RPM が増加するとより豊かになります。マニホールド圧力はエンジンに流入する空気の量を表すため、マニホールド圧力が増加すると濃くなります。

はっきり見える

ダイノグラフに戻りましょう。 3 回の実行はすべて空燃比が異なりますが、出力はすべて同じです。これは理にかなっています。なぜなら、これらの各運転に同じ量の空気を入れていることがわかっているので、燃焼反応からこの量のパワーを生成することしか期待できないからです。

これらの運転における唯一の違いは、エンジンの内部燃焼室の温度です。これらを測定できれば、燃焼室内の温度が、燃焼室内の温度を下げすぎて実際にパワーが失われるところまで下がっていることがわかります。ここで重要なのは、どの空燃比がエンジンの寿命、燃費、メンテナンス間隔の最適なバランスを実現するかを知ることです。

注意: テストカーのようなターボ エンジンでは、注意が必要です。フルパワーでは、エンジンは最高のパフォーマンスを維持しながら、可能な限り濃い空燃比にする必要があります。これは、エンジン負荷と RPM が減少するにつれて、より希薄な混合気へと移行します。

点火時期と馬力

デモンストレーションの 2 番目の部分では、車をさらに数回実行しますが、今回は空燃比には触れず、代わりに点火時期を変更します。

ダイノグラフは、わずか 2 度のタイミングシフトが出力パワーに大きな変化を引き起こすことを明確に示しています。ここでの 2 つの実行の差は 20kW でした。同じ空燃比と同じブーストを維持しながら。

それはどうして起こるのでしょうか？発生する熱が多かれ少なかれなく、反応で同じ量の空気と燃料が存在する場合、なぜより多くの電力を生み出すのでしょうか?これを理解するには、化学から物理学に移行する必要があります。

身体を鍛えましょう

エンジンの回転アセンブリは、そのすべての部品が動いているため、まさにそのように呼ばれます。正確に言うと回転しています。クランクシャフトがさらに回転するときに同じ量の圧力をクランクシャフトに加えると、同じ力でより多くのてこの作用が得られるため、これは重要です。

ここで注意しなければならないのは、燃焼は即座には起こらないということです。点火プラグに火をつけると、火は一定の時間をかけて燃え広がります。その間、クランクシャフトは回転し、ピストンは下降します。点火時期を設定するときは、その遅れを考慮する必要があります。

これが、RPM が増加するにつれて、点火タイミング マップをより早く開始し、火が広がって TDC 後の同じ角度でピーク シリンダー圧力を生成するのに十分な時間を与えて、最大の機械的利点を生み出す必要がある理由です。クランク。

点火タイミングに関しては非常に多くの競合要因が存在するため、ダイナモを使用せずに点火タイミングを正確にマップする信頼できる方法は実際にはありません。動的環境において、スパークの開始が早いか遅いかによって多かれ少なかれ機械的利点がもたらされたかどうかについて、リアルタイムのフィードバックを実際に受け取ることができる必要があります。

しかし、ダイノグラフは、同じ量の空気と同じ量の燃料（したがって同じ量の熱を発生する）を使用して、より機械的な利点が得られる時間にスパークイベントを移動するだけで、より多くのパワーを得ることができたことを明確に示しています。 。

評決

すべてのインターネット フォーラムで「点火時期と AFR のどちらがより重要ですか?」という質問が寄せられています。そして、私たちの 2 つの実験のダイノグラフを見ただけで、点火時期に問題があると考えるのも無理はありません。しかし、ビデオを見てこの記事を最後まで読んだ人なら、それがもう少し複雑であることが理解できるでしょう。

真実は、目的が異なるため、どちらも同様に重要であるということです。空燃比は熱管理に使用され、エンジンが動作するのに適切な量の熱を生成するようにするためにあります。点火タイミングは、エンジンのサイクル内の機械的利点を最適化し、より効率的にパワーを生成するために使用されます。