Kevin Cameron partage sa richesse
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Lorsqu'un mélange chimiquement correct d'essence et d'air remplissant un volume scellé est enflammé, la chaleur dégagée par la combustion élève sa pression à environ 7%. fois sa valeur de pré-combustion. Cette pression peut entraîner le piston d'un moteur à combustion interne pour produire une puissance rotative à travers une manivelle et une bielle de liaison. En comprimant le mélange avant l'allumage, on peut augmenter considérablement la pression de combustion maximale et ainsi obtenir plus de puissance à partir d'une quantité donnée de carburant.
L'allumage du mélange à pression atmosphérique (14,7 psi au niveau de la mer) nous donne 7 x 14,7 = 103 -psi, mais si nous pré-compressons la charge à 200 psi ou un peu plus avant de l'allumer, nous pouvons obtenir des pressions de pointe dans la gamme de 1000-1200 psi, ce qui augmente considérablement le couple et la puissance. Parce que la quantité de chaleur dégagée est la même dans les deux cas, tout ce que nous avons changé est la façon dont cette énergie est répartie entre le travail fourni au piston et la chaleur dégagée par l'échappement. Comme nous élevons le taux de compression d'un moteur, ce qui provoque une pression de combustion plus élevée, nous constatons que la température d'échappement diminue.
Comme nous augmentons le taux de compression d'un moteur en essayant de lui donner un couple plus élevé par la robustesse des molécules de carburant elles-mêmes. A un certain taux de compression élevé, lorsque le mélange brûle, le mélange non brûlé en avant du front de flamme qui avance est chauffé à la fois par compression et par rayonnement. Si le dernier mélange imbrûlé atteint un niveau de température critique, les collisions moléculaires deviennent suffisamment énergétiques pour rompre les atomes d'hydrogène les plus faibles du carburant. Lorsque ceux-ci se combinent avec des atomes d'oxygène de l'air dans le mélange, des fragments hautement réactifs appelés «radicaux» sont formés. Les plus importants d'entre eux sont les radicaux OH- chargés négativement. Quand leur population dans le mélange imbrûlé augmente, une nouvelle forme de combustion très violente devient possible.
La combustion normale, que les chimistes appellent «déflagration», est comme un feu de forêt; la flamme qui avance chauffe le matériau imbrûlé devant lui, élevant sa température jusqu'à son point d'allumage. Dans un mélange d'essence et d'air parfaitement chimiquement correct, cette vitesse de flamme est assez faible - de l'ordre d'un pied par seconde.
Mais quand le mélange non brûlé a été altéré pour générer une population de radicaux OH- ( appelez-les "Oh-Aitch-minus"), sa nature change à celle d'un explosif sensible. La déflagration n'est pas une explosion - sa vitesse est limitée par le temps pris par le front de la flamme pour chauffer ce qui est devant elle jusqu'à son point d'allumage. Mais dans un mélange contenant une population de radicaux générée par la chaleur, une forme de réaction beaucoup plus rapide devient possible: la «détonation» (qui dans les moteurs est aussi appelée «knock»). En faisant détoner la combustion, la réaction chimique se produit, non pas par la déflagration du chauffage progressif à l'allumage, mais par une onde de pression de réaction, se propageant à la vitesse du son locale.
Ceci forme un front de choc qui est une zone épais, à travers lequel la pression monte soudainement à la pression de réaction complète. Lorsque ce front frappe le piston ou la chambre de combustion, cela ressemble à frapper des pierres ensemble sous l'eau. Survoler la manette des gaz à grande vitesse à bas régime - trimballage - crée des conditions idéales pour la détonation - le tintement irrégulier que vous entendez.
Il faut très peu de charge de détonation pour créer de gros effets. La détonation se produit dans les dernières parties du mélange à brûler, à proximité des parois du cylindre, parce qu'ils ont été chauffés et comprimés le plus longtemps et le plus. L'onde de choc de la détonation entraîne la couche de gaz stagnant qui adhère habituellement à la surface du piston et de la chambre. Parce que cette couche limite a normalement un effet isolant puissant, lorsque la détonation a lieu, il y a une augmentation soudaine du flux de chaleur du gaz de combustion vers le piston et la tête (les coureurs sur les Yamaha TZ Yamaha ont vu une élévation mystérieuse de 5 ° C calibre de liquide de refroidissement).
Les gens qui espéraient que l'utilisation d'une sonde de température des gaz d'échappement et d'une jauge les sauveraient de la détonation sont déçus, car lorsque la détonation commence, la température des gaz d'échappement tombe . Ca a du sens. Si la destruction de la couche limite par une onde de choc laisse pénétrer plus de chaleur dans les surfaces du piston et de la chambre, il reste moins de chaleur dans les gaz d'échappement. Ce fait vient directement du dyno, pas de n'importe quelle théorie!
La résistance du carburant à la rupture à température de cette façon est quantifiée en tant que "numéro d'octane" (ON). Plus le ON est élevé, plus la résistance du carburant à la détonation est élevée. En général, plus la molécule est compacte, plus elle résiste à l'écrasement pour former ces horribles radicaux OH qui conduisent à la détonation. Nous constatons donc que les longues molécules de carburant à chaîne linéaire - comme celles du n-heptane - sont très facilement démontables et frappent comme des fous, alors que des formes à chaîne ramifiée plus compactes - comme le triptane - conservent plus longtemps leurs atomes d'hydrogène. Sont également compris dans cette catégorie compacte les composés cycliques, ou "aromatiques", tels que le benzène, le toluène et le xylène. Lorsque, en 1977, le retrait progressif du plomb tétraéthylique ON-booster des essences à moteur a ralenti, les mélangeurs de combustible ont essayé de récupérer une partie de ce mélange en ajoutant jusqu'à 40% d'aromatiques au carburant. Le retrait du plomb était motivé par le fait qu'il empoisonnait les convertisseurs catalytiques d'échappement réduisant les émissions et que les gaz d'échappement plombifères réduisaient l'intelligence des enfants urbains.
Notez que ON n'a aucun lien avec le contenu énergétique des carburants. L'augmentation de la puissance des carburants d'une puissance plus élevée peut être obtenue uniquement en utilisant le taux de compression plus élevé que ces carburants peuvent tolérer.
Le fonctionnement des essieux moteurs sans plomb actuels détruirait rapidement tous les moteurs haute puissance. Pourtant, les moteurs de motocyclettes modernes peuvent utiliser en toute sécurité des taux de compression aussi élevés que 12 ou un peu plus parce que la combustion rapide dans ces moteurs consomme le mélange air-combustible avant que le chauffage de la charge ne provoque une détonation suffisante. le plomb ou TEL (qui est désespérément toxique) était un agent antidétonant presque magique dans l'essence. Il fonctionnait en étant un catalyseur à taux négatif pour la création de radicaux OH. Un gramme par gallon a eu un grand effet, mais le deuxième gramme a eu beaucoup moins, et ainsi de suite. En essence d'aviation de guerre, jusqu'à 6 grammes de TEL par gallon ont été utilisés. Son produit de combustion, l'oxyde de plomb, produisait parfois des gaz d'échappement de couleur crème qui striaient les fuselages des chasseurs en régime de croisière pauvre (opération à la puissance de combat, trop riche pour le refroidissement de la charge). aujourd'hui, utilisez les termes «détonation» et «pré-allumage» comme s'ils voulaient dire la même chose. Ils ne. La détonation se produit
après l'étincelle d'allumage
, dans la partie la plus comprimée et la plus chauffée de la charge air-combustible, à proximité de la paroi du cylindre, à la toute fin d'une combustion par ailleurs normale. C'est pourquoi les dommages dus à la détonation de la lumière prennent la forme d'une érosion rugueuse des bords du piston Le préallumage est ce qu'il dit - allumage de la charge carburant-air avant
> l'étincelle d'allumage. Parce que cela oblige le moteur à comprimer une charge brûlante chaude (habituellement le pré-allumage se produit près du centre inférieur), le centre de la couronne du piston chauffe rapidement parce qu'il est le plus éloigné de la paroi du cylindre. Ce chauffage adoucit le piston, sa couronne s'affaisse et est finalement perforée par la pression La détonation endommage initialement les bords du piston, mais le pré-allumage pousse le centre du piston à s'effondrer. relateddel
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