Existe uma relação 1: 1 entre pressão de aumento e aumento de potência?

Essa pergunta me fez pensar: se você instalasse um turbocompressor em um motor, existe uma relação direta entre a pressão de sobrealimentação e a quantidade de potência que você pode esperar?

Por exemplo: se o motor aspirar 100 kW naturalmente, e você instalar um turbo e configurá-lo para fornecer uma potência máxima. impulso de 0,5 bar, você pode esperar 150 kW máx. potência (ou seja, nova potência = potência original * (pressão de aumento +1))? Ou o relacionamento é mais complicado?

Vamos supor que o motor esteja configurado corretamente para aproveitar o turbocompressor, ou seja, os injetores têm capacidade suficiente e a mistura combustível / ar permanece a mesma.

Preâmbulo

O que a indução forçada compra?

Em uma palavra, densidade .

Lembrar:

• Para fluidos compressíveis, a pressão por si só não conta a história completa

  Mas pressão e temperatura juntas .

  O velho ditado da física "o ar quente sobe, o ar frio afunda" é um ótimo exemplo disso. Ar na mesma pressão, mas densidades diferentes a diferentes temperaturas.

• O motor de combustão interna é um dispositivo volumétrico

  O que isso implica é que, toda vez que o motor gira e completa um ciclo, o volume de ar que é admitido na (s) câmara (s) de combustão é fixo.

• O poder depende da massa, não do volume

  A potência desenvolvida pelo motor é proporcional à massa de ar admitida na câmara de combustão e não ao seu volume.

  Mais denso = mais moléculas de ar por cilindro = potência moar

Então, a proporção é de 1: 1?

Não. Porque a física disse isso.

Hora de começar o velho exemplo do Evo com o turbocompressor de 85% de eficiência:

• Em condições atmosféricas (14,7 psi, 25 ° C)

  Densidade do ar = 1,184 kg / m ^ 3

• Com 22 psi de impulso, a densidade do ar dobra:

  Condições de descarga turbo: 36,7 psi, 92 ° C

  Densidade do ar = 2,413 kg / m ^ 3

Somente esses dois pontos de dados mostram que um aumento de 2,5x na pressão produziu um aumento de 2x na densidade.

Portanto, a relação pressão-poder não é 1: 1.

Hmm, mas poderia a proporção ser constante?

Mais uma vez, a resposta é não. Porque a física disse isso.

Vamos aumentar o Evo para 29,4 psi para verificar isso. Manteremos a mesma eficiência do turbocompressor (85%):

• Aumento de 29,4 psi (portanto, pressão de saída = 3x pressão de entrada):

  Condições de descarga turbo = 44,1 psi, 155 ° C

  Densidade do ar = 2.473 kg / m ^ 3

Portanto, uma alteração de 3x na pressão do ar resultou em uma alteração de densidade de 2,08x . Claramente não linear, especialmente considerando o resultado obtido com um aumento de 22 psi.

tl; dr: no, uma proporção de 1: 1 só é possível em perfeitas condições imaginárias de laboratório.

Ou o relacionamento é mais complicado?

É um pouco mais complicado, mas por razões perfeitamente compreensíveis.

NOTA: Estou intencionalmente deixando intercoolers e sacos de gelo fora da discussão abaixo. Eles são adequados para impulsionar discussões, mas devem ser abordados sob uma pergunta diferente.

Vamos supor que o motor esteja configurado corretamente para aproveitar o turbocompressor, ou seja, os injetores têm capacidade suficiente e a mistura combustível / ar permanece a mesma.

A suposição que falta mais importante é crítica: temperatura constante.

Vamos voltar até o núcleo do motor: a combustão. O ar e o combustível estão se misturando a uma proporção de aproximadamente 14: 1, acendendo, expandindo e pressionando para fora para transformar a energia potencial química em cinética.

Mas qual é realmente essa proporção? Compara as moléculas do ar com as moléculas do combustível. Desequilibre-os e a reação de combustão não está mais no pico de eficiência (nota: veremos essa palavra novamente).

Dado esse cenário, o que o boost faz? Em teoria, é um insersor de molécula: seu mecanismo de impulso está tentando obter mais moléculas de ar às quais o motor adicionará um número maior de moléculas de combustível. Combine essa mistura aumentada com sua quantidade aumentada de energia química e você obterá mais energia cinética, certo?

Sim, mas não tanto quanto você imagina. Você já encontrou a Lei de Boyle . Até. Se você tem uma scooper de molécula de ar perfeita, apenas forçá-las a entrar no motor aumentará a temperatura delas. O computador do motor precisará corrigir essa temperatura adicionando mais combustível (como uma espécie de líquido de arrefecimento), retardando o tempo, etc. Não conseguir lidar com essa temperatura levará o motor à curva de batida que eventualmente termina em um transformação desastrosa em um motor de combustão externa (isto é, bits importantes serão lançados).

Fica pior. Lembra-se daquele mecanismo perfeito para impulsionar a escavação de moléculas? Não é possivel. Ele também possui um fator de eficiência inferior a 100%. Ele pega o ar e o comprime, mas, infelizmente, aumenta a temperatura ainda mais rapidamente do que a Lei de Boyle (a eficiência é inferior a 100%). Isso envolve os outros termos da lei: a densidade do ar de admissão cairá com a temperatura: é mais quente e há menos moléculas.

O resultado de todo esse aceno manual do envelope é que, se você estiver realmente focado em querer 50% mais energia, precisará de mais de 50% de ar e de 50% de combustível.

Em suma, 100% de eficiência é o máximo teórico, mas só é possível no Perfect World. Dito isto, pequenos sistemas de impulso podem chegar muito mais perto de 1: 1 com mais facilidade do que o aumento alto.

A resposta à pergunta é basicamente SIM.

Eu discordo da maneira como o descrito acima caracterizou isso, você não está errado exatamente muito complicado e isso é uma prática ruim de ensino, para um determinado volume / massa de gás em temperatura constante e, em seguida, dobrar a pressão reduz pela metade o volume, ou seja, inversamente proporcional, ou seja, pv = constante , então, basicamente nessas condições, você poderá fornecer o dobro de ar, a proporção de combustível sendo fixada e o dobro da potência, de qualquer maneira, esse é o ponto de partida. É claro que suas proporções não são constantes quando você usa menos de 100% a eficiência e a temperatura não são constantes; de qualquer maneira, comece com o mundo perfeito simples e aplique as especificações da aplicação, por exemplo, turbulência do fluxo esp devido ao pisar nas mangueiras de metal / borracha, calor devido à compressão de gás, intercoolers, controle de pressão lateral fria e fria BOV / portões, e assim por diante,bater em um dinamômetro significa tempo e dinheiro melhor gastos do que teorizar infinitamente, eficiência / otimização é o jogo para a maioria das máquinas, obtendo mais de um recurso finito, um trabalho mais "útil", obrigado.