MOTO PHYSICS: ALLES WAT U MOET WETEN OVER HOGE COMPRESSIE ZUIGERS 

Het verhogen van de compressie in uw motor moet een weloverwogen beslissing zijn. Het is belangrijk om eerst te begrijpen welke effecten hoge compressie heeft, de anatomie van een zuiger met hoge compressie en welke toepassingen doorgaans het meeste voordeel opleveren. Door Paul Olesen

Zuigers met hoge compressie zijn een veel voorkomende upgrade voor crossmotoren en andere motorfietsen, maar compressie oplopen is niet altijd gunstig. MXA bekijkt welke effecten hogere compressie heeft, ontwerpt zuigers met hoge compressie en welke factoren moeten worden aangepakt bij het overwegen om er een toe te voegen.

Of je nu aan het racen bent of op zoek bent naar betere prestaties op het parcours, er zijn een overvloed aan prestatie-upgrades die je kunt overwegen om het vermogen van je machine te vergroten. Zuigerfabrikanten, zoals JE Pistons, bieden zuigers met hoge compressie voor veel toepassingen, maar er zijn belangrijke voor- en nadelen waarmee u rekening moet houden wanneer u beslist of een zuiger met hoge compressie geschikt is voor uw toepassing. We zullen bekijken wat een toenemende compressieverhouding doet en welke effecten dit heeft op de motor, gedetailleerd hoe zuigers met hoge compressie worden gemaakt en een algemeen overzicht geven van welke toepassingen baat kunnen hebben bij het gebruik van een zuiger met hoge compressie.

ER ZIJN GRENZEN AAN HOE VEEL HET MENGSEL KAN WORDEN SAMENGEPERST VÓÓR VERBRANDING. ALS DE TEMPERATUUR VAN HET MENGSEL TE VEEL STIJGT VOORDAT DE BOUGIE WORDT AANGEBRACHT, KAN HET MENGSEL ZELF ONTSTEKEN.

Hoe beïnvloedt een verhoogde compressieverhouding de motorprestaties? Om te begrijpen hoe het verhogen van de compressieverhouding de prestaties beïnvloedt, moeten we beginnen met te begrijpen wat er met het brandstof / luchtmengsel op de compressieslag gebeurt. Tijdens de compressieslag wordt het brandstof / luchtmengsel gecomprimeerd en als gevolg van thermodynamische wetten neemt het gecomprimeerde mengsel toe in temperatuur en druk. In vergelijking met de compressie van een voorraadverhouding, wordt het brandstof / lucht-mengsel meer gecomprimeerd, wat resulteert in verhoogde temperatuur en druk vóór de verbranding.

Door een hogere compressie, zoals bij deze JE-zuiger, kan een grotere hoeveelheid brandstof / luchtmengsel met succes worden verbrand, wat uiteindelijk resulteert in meer vermogen dat wordt geproduceerd tijdens de arbeidsslag.

Ontploffing en voorontsteking kunnen de cilinderdruk en -temperatuur doen stijgen, waardoor schade en putjes op de zuigerkroon ontstaan. Het resulterende vermogen dat uit de verbrandingsgebeurtenis kan worden gehaald, is sterk afhankelijk van de temperatuur en druk van het brandstof/luchtmengsel voorafgaand aan de verbranding. De temperatuur en druk van het mengsel vóór de verbranding beïnvloeden de piekcilinderdruk tijdens de verbranding, evenals de piektemperatuur in de cilinder. Om thermodynamische redenen zal een stijging van de piekcilinderdruk en -temperatuur tijdens de verbranding resulteren in een verhoogde mechanische efficiëntie, de extractie van meer werk en een groter vermogen tijdens de arbeidsslag. Samenvattend kan worden gezegd dat hoe meer het brandstof/luchtmengsel kan worden gecomprimeerd vóór de verbranding, des te meer energie er uit kan worden gehaald.

Oppervlaktebehandelingen kunnen de zuigerkop en ringgroeven beschermen tegen mogelijke schade veroorzaakt door hoge cilinderdruk en temperatuur. JE's EN-beplating kan de levensduur verlengen in een race-build met hoge compressie.

Er zijn echter grenzen aan de mate waarin het mengsel kan worden samengeperst voordat het wordt verbrand. Als de temperatuur van het mengsel te veel stijgt voordat de bougie wordt ontstoken, kan het mengsel automatisch ontbranden, wat vaak voorontsteking wordt genoemd. Een andere schadelijke verbrandingstoestand die kan optreden, wordt detonatie genoemd. Detonatie vindt plaats wanneer de resterende gassen spontaan ontbranden nadat de bougie is ontstoken. Beide omstandigheden leggen een zware mechanische belasting op de motor, omdat de cilinderdruk veel hoger is dan waarvoor de motor is ontworpen, wat de topcomponenten kan beschadigen en de prestaties negatief kan beïnvloeden.

WANNEER DE FIETS MET LAGE SNELHEID, IN STRAKKE OMSTANDIGHEDEN OF MET VEEL KOPPELING GEBRUIKT WORDT, KAN DE MOTOR NEGATIEF BEÏNVLOED WORDEN DOOR DE INBOUW VAN EEN HOGE COMPRESSIE ZUIGER.

Nu we begrijpen welke veranderingen optreden tijdens de verbranding om meer vermogen te leveren, kunnen we kijken welke andere effecten deze veranderingen hebben op de motor. Omdat de cilinderdruk wordt verhoogd, wordt de motor meer belast. De hoeveelheid extra spanning die wordt geïntroduceerd, is grotendeels afhankelijk van de algehele motoropstelling. Omdat de verbrandingstemperaturen stijgen met een hogere compressieverhouding, moet de motor ook meer warmte afvoeren. Indien niet adequaat beheerd, kunnen verhoogde temperaturen de levensduur van hoogwaardige componenten verkorten.

Zuigers met hoge compressie verhogen de belasting van de werkende structuur van de motor, inclusief de ringen, de zuiger zelf en de lagers van de bovenste eindstang.

Vaak kunnen aanvullende wijzigingen worden aangebracht om de bijwerkingen van het verhogen van de compressieverhouding te helpen verminderen. Om het risico van voorontsteking en detonatie te helpen verminderen, kan het gebruik van brandstof met een hoger octaangetal voordelig zijn - denk aan racegas. Het veranderen van de verbrandingsgebeurtenis door de hoeveelheid brandstof te verhogen (het mengsel rijker te maken) en het ontstekingstijdstip te veranderen, kan ook helpen - denk groter en vertraagt ​​de ontsteking. Het verbeteren van het koelsysteem kan een effectieve manier zijn om de extra warmte die wordt gegenereerd door de verbranding tegen te gaan - denk aan grotere radiatoren, oliekoelers, Boyesen-waterpompen of hogedrukradiatordoppen. Door de motor uit te rusten met een krachtige koppeling, kan de slip en slijtage van de koppeling worden verminderd, wat kan optreden als gevolg van het toegenomen vermogen - denk aan Hinson of Rekluse.

Een hogere compressie wordt gewoonlijk bereikt door het koepelvolume te vergroten in combinatie met verhoogde kenmerken en diepe klepzakken, zoals bij deze JE-zuiger.

De compressiehoogte kan ook worden vergroot, waardoor de afstand tussen het midden van de penboring en de kroon van de zuiger groter wordt. Laten we even kijken welke overwegingen worden gemaakt bij het ontwerpen van een zuiger met hoge compressie. Zuigers met hoge compressie worden doorgaans gemaakt door koepelvolume aan de zuigerkroon toe te voegen, waardoor het spelingsvolume in het bovenste dode punt (BDP) wordt verkleind. In sommige gevallen is dit moeilijk te doen, afhankelijk van de vorm van de verbrandingskamer, de grootte van de kleppen of de hoeveelheid kleplift. Bij het ontwerpen van de koepel is het essentieel om te kiezen voor gladde koepelontwerpen. Gladde koepels hebben, in tegenstelling tot agressievere geribbelde ontwerpen, de voorkeur omdat deze laatste kunnen resulteren in hete plekken op de zuigerkroon, wat kan leiden tot voorontsteking. Een andere veel voorkomende ontwerpoptie is het vergroten van de compressieafstand, dat is de afstand van het midden van de polspenboring tot de kruin van de zuiger. Bij deze benadering wordt de squish-speling, de speling tussen de zuiger en de kop, verkleind.

Van links naar rechts: zuigers met een compressieverhouding van 13.0:1, 13.5:1 en 14.0:1, allemaal voor een YZ250F. Let op de verschillen in het volume en het ontwerp van de zuigerkoepel.

Een overzicht op hoog niveau van welke toepassingen kunnen profiteren van een verhoogde compressieverhouding kan nuttig zijn bij het beoordelen of een upgrade met hoge compressie een goede keuze is voor uw machine. Aangezien het verhogen van de compressieverhouding het vermogen en de warmteafgifte verhoogt, realiseren toepassingen die profiteren van het extra vermogen en de extra warmte aankunnen, de grootste prestatiewinst. Aan de andere kant kunnen toepassingen waarbij de fiets met lage snelheid, in krappe omstandigheden of met veel koppelingsgebruik wordt bereden, negatief worden beïnvloed door de  opname van een hogedrukzuiger. Houd er rekening mee dat deze uitspraken generalisaties zijn en dat elke engine anders reageert op verhoogde compressieverhoudingen.

Gelukkig, als u overweegt de compressieverhouding van uw motor te verhogen door gebruik te maken van een zuiger met hoge compressie, zijn veel aftermarket-ontwerpen getest en geoptimaliseerd voor specifieke motoren en brandstofoctaangetallen. De meeste zuigerfabrikanten bieden bijvoorbeeld zuigers met stapsgewijs verhoogde compressieverhoudingen, zodat u een opstelling kunt gebruiken die het beste bij u past. JE-zuigers met hoge compressie voor offroad-fietsen zijn bijvoorbeeld algemeen verkrijgbaar met een compressieverhouding van 0.5. Als de compressieverhouding van een motor 13.0: 1 is, zijn er waarschijnlijk opties van 13.5: 1 en 14.0: 1, zodat u een weloverwogen beslissing kunt nemen over hoeveel compressie u ten goede komt op basis van uw machine en het type rit.

Zelfs als voorraadcompressie beter is voor uw toepassing, kunnen de gesmede constructie, sterkere rokontwerpen en efficiëntere kroonontwerpen van aftermarket-zuigers nog steeds zorgen voor verbeterde prestaties en duurzaamheid.

Als de prestaties voldoende zijn bij de compressieverhouding van een motor, zijn er nog steeds verbeteringen in efficiëntie en duurzaamheid die kunnen worden gemaakt met een gesmede zuiger. Gesmede zuigers hebben een beter uitgelijnde korrelstroom van de legering dan gegoten zuigers, waardoor een sterker onderdeel ontstaat dat beter bestand is tegen de belasting van de motor. Naast gesmeed materiaal kunnen verbeteringen worden aangebracht in ontwerpen met pistonrok-stijl om de sterkte te vergroten ten opzichte van standaardontwerpen, zoals bij JE's FSR-ontwerpen. Zuigerontwerpers richten zich ook vaak op koepelontwerp op standaard compressiezuigers, waarbij ze soepelheid over klepontlastingen, randen en andere kroonkenmerken toepassen om de vlamgang te verbeteren, hotspots te verminderen en uiteindelijk de efficiëntie van de motor te verhogen.