Esiste una relazione 1: 1 tra pressione di sovralimentazione e aumento di potenza?


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Questa domanda mi ha fatto pensare: se si dovesse installare un turbocompressore su un motore, esiste una relazione diretta tra la pressione di sovralimentazione e la quantità di potenza che ci si può aspettare?

Ad esempio: se il motore produce 100 kW di aspirazione naturale e si installa un turbo e lo si imposta per fornire un max. aumento di 0,5 bar, ci si può aspettare 150 kW max. potenza (ovvero nuova potenza erogata = potenza originale * (pressione di sovralimentazione +1))? O la relazione è più complicata?

Supponiamo che il motore sia impostato correttamente per sfruttare il turbocompressore, vale a dire che gli iniettori hanno una capacità sufficiente e che la miscela aria / carburante rimane la stessa.

Risposte:


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Preambolo

Cosa compra l'induzione forzata?

In una parola, densità .

Ricorda:

  • Per i fluidi comprimibili, la sola pressione non racconta la storia completa

    Ma pressione e temperatura insieme lo fanno.

    Il vecchio adagio di fisica "L'aria calda sale, affonda l'aria fredda" ne è un grande esempio. Aria alla stessa pressione ma densità diverse a temperature diverse.

  • 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.

    Quindi più denso = più molecole d'aria per cilindro = potenza del moar


Quindi, è il rapporto 1: 1?

No. Perché la fisica l'ha detto.

È ora di scoppiare il tuo esempio Evo con il turbocompressore con efficienza dell'85%:

  • A condizioni atmosferiche (14,7 psi, 25 ° C)

    Densità dell'aria = 1,184 kg / m ^ 3

  • Con 22 psi di boost, la densità dell'aria raddoppia:

    Condizioni di scarica turbo: 36,7 psi, 92 ° C

    Densità dell'aria = 2.413 kg / m ^ 3

Questi due punti dati da soli mostrano che un aumento di 2,5 volte della pressione ha comportato un aumento della densità del doppio.

Quindi la relazione pressione-potenza non è 1: 1.


Hmm, ma il rapporto potrebbe essere costante?

Di nuovo, la risposta è no. Perché la fisica l'ha detto.

Aumentiamo la spinta di Evo a 29,4 psi per controllare questo. Manterremo la stessa efficienza del turbocompressore (85%):

  • @ 29,4 psi boost (quindi pressione di uscita = 3x pressione di ingresso):

    Condizioni di scarica turbo = 44,1 psi, 155 ° C

    Densità dell'aria = 2,473 kg / m ^ 3

Quindi una variazione di 3 volte della pressione dell'aria ha comportato una variazione di densità di 2,08 volte . Chiaramente non lineare, soprattutto considerando il risultato ottenuto con un boost di 22 psi.


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Giusto e l'aumento della temperatura combatte anche con l'efficienza della combustione (poiché diventa troppo calda e cerca di accendersi troppo presto).
Bob Cross

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tl; dr: no, un rapporto 1: 1 è possibile solo in condizioni di laboratorio perfette immaginarie.

O la relazione è più complicata?

È un po 'più complicato ma per ragioni perfettamente comprensibili.

NOTA: Lascerò intenzionalmente intercooler e sacchi di ghiaccio dalla discussione che segue. Sono germani per favorire le discussioni, ma dovrebbero essere coperti da una domanda diversa.

Supponiamo che il motore sia impostato correttamente per sfruttare il turbocompressore, vale a dire che gli iniettori hanno una capacità sufficiente e che la miscela aria / carburante rimane la stessa.

Il presupposto mancante più importante è critico: temperatura costante.

Facciamo un passo indietro fino al nocciolo del motore: la combustione. L'aria e il carburante si stanno mescolando con un rapporto di circa 14: 1, accendendosi, espandendosi e premendo verso l'esterno per trasformare l'energia potenziale chimica in cinetica.

Ma qual è davvero quel rapporto? Confronta le molecole di aria con le molecole di combustibile. Elimina quelli sbilanciati e la reazione di combustione non è più alla massima efficienza (nota: vedremo di nuovo questa parola).

Dato questo sfondo, cosa fa boost? In teoria, è un inseritore di molecole: il tuo meccanismo di boost sta cercando di ottenere più molecole d'aria a cui il motore aggiungerà un numero maggiore di molecole di carburante. Combina quella miscela aumentata con la sua maggiore quantità di energia chimica e otterrai più energia cinetica, giusto?

Sì, ma non tanto quanto potresti pensare. Hai già incontrato la legge di Boyle . Anche. Se hai uno scooper perfetto per molecole d'aria, solo forzare quelle molecole nel motore aumenterà la loro temperatura. Il computer del motore dovrà correggere quella temperatura aggiungendo più carburante (come una sorta di liquido di raffreddamento), ritardando i tempi, ecc. Il mancato rispetto di questa temperatura porterà a mettere il motore sulla curva di detonazione che alla fine termina in un trasformazione disastrosa in un motore a combustione esterna (cioè, verranno fuori bit importanti).

La situazione peggiora. Ricordi quel perfetto meccanismo di potenziamento delle molecole? Non possibile. Ha anche un fattore di efficienza inferiore al 100%. Afferrerà l'aria e la comprimerà ma, sfortunatamente, aumenta la temperatura anche più velocemente della Legge di Boyle (l'efficienza è inferiore al 100%). Questo impegna gli altri termini della Legge: la densità dell'aria di aspirazione diminuirà con la temperatura: è più calda e ci sono meno molecole.

Il risultato di tutto questo agitare la mano sul retro è che, se sei davvero concentrato sul desiderio del 50% di potenza in più, avrai bisogno di più del 50% di aria in più e di oltre il 50% di carburante in più.

In breve, l'efficienza al 100% è il massimo teorico ma è realizzabile solo in Perfect World. Detto questo, i piccoli sistemi di boost possono avvicinarsi molto più facilmente all'1: 1 rispetto al boost elevato.


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La risposta alla domanda è fondamentalmente SÌ.

Non sono d'accordo nel modo in cui quanto sopra ha caratterizzato questo, Ur non è esattamente esattamente troppo complicato e questa è una cattiva pratica di insegnamento, per un dato volume / massa di gas a temperatura costante quindi raddoppiando la pressione dimezza il volume cioè inversamente proporzionale cioè pv = costante , quindi sostanzialmente in queste condizioni U sarebbe in grado di riempire il doppio dell'aria, il rapporto del carburante viene fissato quindi il doppio della potenza, comunque è il punto da cui iniziare, e ovviamente i rapporti non sono costanti quando si utilizza meno del 100% l'efficienza e le temperature non sono costanti, inizia comunque con il semplice mondo perfetto, quindi applica le specifiche dell'applicazione, ad es. turbolenza del flusso, a causa dello stepping di tubi in metallo / gomma, calore a causa della compressione di gas, intercooler, controllo della pressione lato freddo BOV / cancelli, E così via e così via,sbattere su un banco è tempo e denaro meglio spesi che teorizzare all'infinito, efficienza / ottimizzazione è il gioco per la maggior parte delle macchine, ottenere di più da una risorsa finita, lavoro più "utile", grazie.

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