Quando stiamo usando un turbocompressore per comprimere l'aria in entrata, l'aria diventa più calda. Di solito questa aria calda viene raffreddata utilizzando un interrefrigeratore prima che venga passato al motore.
Qual è la ragione dietro il raffreddamento di quest'aria?
Perché non possiamo passarlo come aria calda, poiché all'interno del motore l'aria verrà compressa che lo riscalderà comunque?
Risposte:
Ci sono alcuni fattori importanti in gioco qui.
La detonazione del motore è una vera preoccupazione per i motori SI
Un motore ad accensione comandata ha maggiori probabilità di subire un'accensione prematura (ad esempio colpi o detonazioni) con aria più calda. In effetti, i calcoli nell'esempio seguente possono mostrare che questa è la ragione principale per cui l'intercooler è una buona idea.
L'aria calda sale, l'aria fredda affonda
In fisica, l'aria calda è meno densa dell'aria fredda. Ciò significa che il volume occupato da 1 kg di aria calda è maggiore del volume occupato da 1 kg di aria fredda.
Il motore a combustione interna è un dispositivo volumetrico
Ciò implica che ogni volta che il motore gira e completa un ciclo, il volume di aria che viene ammesso nelle camere di combustione viene fissato.
La potenza dipende dalla massa, non dal volume
La potenza sviluppata dal motore è proporzionale alla massa d'aria ammessa nella camera di combustione e non al suo volume. Più molecole d'aria = più botto.
Il motivo per cui vengono utilizzati i turbocompressori (o qualsiasi altro dispositivo a induzione forzata) è quello di aumentare la potenza e / o l'efficienza del motore IC. A livello della camera di combustione, ciò si ottiene aumentando la quantità di molecole d'aria presenti durante la combustione.
Il turbocompressore raggiunge questo obiettivo pressurizzando l'aria in ingresso. Un sottoprodotto indesiderato di questo processo di compressione è che l'aria in uscita è calda e meno densa.
Se l'aria calda viene immessa così com'è nella camera di combustione, la probabilità di detonazione del motore è maggiore.
Raffreddando l'aria tramite un interrefrigeratore, il funzionamento del motore risulta più sicuro poiché i colpi del motore sono ridotti.
Come ulteriore vantaggio, l'aria diventa leggermente più densa, consentendo a più molecole d'aria di essere presenti durante la combustione.
Questa è una di quelle domande in cui i numeri possono parlare più delle parole :
I forum indicano che un Mitsubishi Evo X di serie è in grado di generare un incremento di 22 psi a RPM di fascia media.
A livello del mare, le condizioni di ingresso del turbo sono le seguenti:
Air pressure @ turbo inlet = 14.7 psi
Assumed inlet air temperature = 25 °C
=> air density @ turbo inlet = 1.184 kg/m^3
Supponendo che l'85% di efficienza del turbocompressore, i calcoli ingegneristici 1 produrranno una temperatura di scarico vicino a 92 ° C:
Air pressure @ turbo outlet = 14.7 + 22
= 36.7 psi
Air density @ 36.7 psi, 92 °C = 2.41 kg/m^3
Se non fosse per il fatto che ci preoccupiamo della detonazione, il valore della densità di uscita sembra piuttosto gustoso - è più del doppio di quello dell'ingresso.
Ma guarda cosa succede quando facciamo passare l'aria di scarico calda attraverso un intercooler.
Supponiamo un calo di pressione di 1 psi e che l'aria si raffreddi fino a 70 ° C:
Air density @ 35.7 psi, 70 °C = 2.50 kg/m^3
Nonostante il fatto che perdiamo una spinta preziosa attraverso l'intercooler, l'effetto di raffreddamento finisce per aumentare la densità di oltre il 3%, quindi ora l'aria è più densa e, soprattutto, più sicura dal punto di vista del detonazione / detonazione del motore.
1 - Ho elaborato un calcolo davvero meraviglioso per questo, che questo margine è troppo stretto per contenere
In breve, ci sono due motivi:
Nel secondo caso, ciò significa che è necessario modificare la quantità di anticipo del tempo di accensione nel tentativo di impedire l'esplosione della miscela. Ti costerà energia perché non stai sparando il cilindro nel momento preciso necessario per un'erogazione ottimale della potenza. Stai perdendo energia E peggiori i consumi di carburante.
Oltre all'intercooling, un altro modo per raffreddare l'aria che entra nel cilindro è quello di iniettare una miscela di acqua / metanolo O ossido di azoto (in questo caso chiamato un sistema NO2 a bassa pressione o a rilascio lento perché viene utilizzato per raffreddare carica, non direttamente per aumentare la potenza) insieme alla miscela aria / carburante. Questa è una tattica preferita dei proprietari di Subaru perché queste auto odiano l'aria calda e i rapporti aria / carburante più snelli (più potenti) e il raffreddamento aggiuntivo ti aiuta a eseguire miscele aria / carburante più snelle e tempi ottimali.