¿Existe una relación 1: 1 entre la presión de impulso y el aumento de potencia?

Esta pregunta me hizo pensar: si tuviera que instalar un turbocompresor en un motor, ¿existe una relación directa entre la presión de refuerzo y la cantidad de potencia que puede esperar?

Por ejemplo: si el motor produce 100 kW de aspiración natural, e instala un turbo y lo configura para proporcionar un máximo. impulso de 0.5 bar, ¿puede esperar 150 kW máx. potencia (es decir, nueva potencia de salida = potencia original * (presión de refuerzo +1))? ¿O es la relación más complicada?

Supongamos que el motor está configurado correctamente para aprovechar el turbocompresor, es decir, los inyectores tienen suficiente capacidad y la mezcla de combustible / aire sigue siendo la misma.

Preámbulo

¿Qué compra la inducción forzada?

En una palabra, densidad .

Recuerda:

• Para fluidos compresibles, la presión por sí sola no cuenta la historia completa

  Pero la presión y la temperatura juntas sí.

  El viejo adagio de la física "el aire caliente sube, el aire frío se hunde" es un gran ejemplo de esto. Aire a la misma presión pero con diferentes densidades a diferentes temperaturas.

• El motor de combustión interna es un dispositivo volumétrico.

  Lo que esto implica es que cada vez que el motor gira y completa un ciclo, se fija el volumen de aire que ingresa a la cámara o cámaras de combustión.

• La potencia depende de la masa, no del volumen.

  La potencia desarrollada por el motor es proporcional a la masa de aire admitida en la cámara de combustión y no a su volumen.

  Entonces más denso = más moléculas de aire por cilindro = poder de moar

Entonces, ¿es la relación 1: 1?

No. Porque la física lo dijo.

Es hora de romper el viejo ejemplo de Evo con el turbocompresor de 85% de eficiencia:

• En condiciones atmosféricas (14.7 psi, 25 ° C)

  Densidad del aire = 1.184 kg / m ^ 3

• Con 22 psi de impulso, la densidad del aire se duplica:

  Condiciones de descarga turbo: 36.7 psi, 92 ° C

  Densidad del aire = 2.413 kg / m ^ 3

Estos dos puntos de datos solo muestran que un aumento de 2.5x en la presión produjo un aumento de 2x en la densidad.

Entonces, la relación presión-poder no es 1: 1.

Hmm, pero ¿podría ser constante la relación?

De nuevo, la respuesta es no. Porque la física lo dijo.

Aumentemos el impulso del Evo a 29.4 psi para verificar esto. Mantendremos la misma eficiencia del turbocompresor (85%):

• @ 29.4 psi boost (entonces presión de salida = 3x presión de entrada):

  Condiciones de descarga turbo = 44.1 psi, 155 ° C

  Densidad del aire = 2.473 kg / m ^ 3

Entonces, un cambio de 3x en la presión del aire resultó en un cambio de densidad de 2.08x . Claramente no es lineal, especialmente considerando el resultado obtenido con un aumento de 22 psi.

tl; dr: no, una relación 1: 1 solo es posible en condiciones imaginarias de laboratorio perfectas.

¿O es la relación más complicada?

Es un poco más complicado pero por razones perfectamente comprensibles.

NOTA: Estoy dejando intencionalmente intercoolers y bolsas de hielo fuera de la discusión a continuación. Son pertinentes para impulsar las discusiones, pero deberían abordarse bajo una pregunta diferente.

Supongamos que el motor está configurado correctamente para aprovechar el turbocompresor, es decir, los inyectores tienen suficiente capacidad y la mezcla de combustible / aire sigue siendo la misma.

La suposición faltante más importante es crítica: temperatura constante.

Retrocedamos hasta el núcleo del motor: la combustión. El aire y el combustible se mezclan en una proporción de aproximadamente 14: 1, encendiéndose, expandiéndose y presionando hacia afuera para convertir la energía química potencial en cinética.

Pero, ¿cuál es esa proporción realmente? Compara las moléculas de aire con las moléculas de combustible. Elimínelos y la reacción de combustión ya no alcanza la máxima eficiencia (nota: volveremos a ver esta palabra).

Teniendo en cuenta estos antecedentes, ¿qué hace boost? En teoría, es un insertador de moléculas: su mecanismo de impulso está tratando de obtener más moléculas de aire a las que el motor agregará un mayor número de moléculas de combustible. Combina esa mezcla aumentada con su mayor cantidad de energía química y obtendrás más energía cinética, ¿verdad?

Sí, pero no tanto como podrías pensar. Ya te has topado con la Ley de Boyle . Incluso. Si tiene una cuchara de molécula de aire perfecta, solo forzar esas moléculas al motor aumentará su temperatura. La computadora del motor tendrá que corregir esa temperatura agregando más combustible (como una especie de refrigerante), retardando el tiempo, etc. Si no se maneja esta temperatura, el motor se pondrá en la curva de detonación que finalmente terminará en un transformación desastrosa en un motor de combustión externa (es decir, saldrán bits importantes).

Se pone peor. ¿Recuerdas ese mecanismo de impulso de recogida de moléculas perfecto? Imposible. También tiene un factor de eficiencia inferior al 100%. Tomará aire y lo comprimirá, pero, desafortunadamente, aumenta la temperatura aún más rápido que la Ley de Boyle (la eficiencia es inferior al 100%). Esto involucra los otros términos de la Ley: la densidad del aire de admisión disminuirá con la temperatura: es más caliente y hay menos moléculas.

El resultado de todo este movimiento de la mano del sobre es que, si realmente está enfocado en querer un 50% más de energía, necesitará más del 50% de aire y más del 50% más de combustible.

En resumen, el 100% de eficiencia es el máximo teórico, pero solo se puede lograr en Perfect World. Dicho esto, los sistemas de impulso pequeño pueden acercarse mucho más a 1: 1 más fácilmente que el impulso alto.

La respuesta a la pregunta es básicamente SÍ.

No estoy de acuerdo en la forma en que lo anterior ha caracterizado esto, Ur no está mal exactamente, es demasiado complicado y esta es una práctica de enseñanza deficiente, para un volumen / masa de gas dado a temperatura constante y luego duplicar la presión reduce a la mitad el volumen, es decir, inversamente proporcional, es decir, pv = constante Básicamente, en estas condiciones, U podría llenar el doble de aire, la proporción de combustible se fijaría y luego duplicar la potencia, de todos modos ese es el lugar para comenzar, y por supuesto, sus proporciones no son constantes cuando usa menos del 100% eficiencia y las temperaturas no son constantes, de todos modos comience con el mundo perfecto simple y luego aplique los detalles de la aplicación, por ejemplo, turbulencia de flujo, especialmente debido al paso de la manguera de metal / goma, calor debido a la compresión de gas, intercoolers, BOV / compuertas de control de presión del lado frío, y así sucesivamente y así sucesivamente,golpearlo en un banco de pruebas es mejor gastar tiempo y dinero que teorizar sin cesar, la eficiencia / optimización es el juego para la mayoría de las máquinas, obtener más de un recurso finito, más trabajo 'útil', gracias.