Lorsque nous utilisons un turbocompresseur pour comprimer l'air entrant, l'air devient plus chaud. Habituellement, cet air chaud est refroidi à l'aide d'un refroidisseur intermédiaire avant de passer au moteur.
Quelle est la raison du refroidissement de cet air?
Pourquoi ne pouvons-nous pas le passer sous forme d'air chaud, car à l'intérieur du moteur, l'air sera comprimé, ce qui le chauffera de toute façon?
Réponses:
Il y a quelques facteurs importants en jeu ici.
La détonation des moteurs est une véritable préoccupation pour les moteurs SI
Un moteur à allumage commandé est plus susceptible de subir un allumage prématuré (cognement ou détonation) avec de l'air plus chaud. En fait, les calculs de l'exemple ci-dessous peuvent montrer que c'est la principale raison pour laquelle le refroidissement intermédiaire est une si bonne idée.
L'air chaud monte, l'air froid coule
En physique, l'air chaud est moins dense que l'air froid. Cela signifie que le volume occupé par 1 kg d'air chaud est supérieur au volume occupé par 1 kg d'air froid.
Le moteur à combustion interne est un appareil volumétrique
Cela implique que chaque fois que le moteur tourne et termine un cycle, le volume d'air admis dans la ou les chambres de combustion est fixe.
La puissance dépend de la masse, pas du volume
La puissance développée par le moteur est proportionnelle à la masse d'air admise dans la chambre de combustion et non à son volume. Plus de molécules d'air = plus de bruit.
La raison pour laquelle des turbocompresseurs (ou tout autre dispositif à induction forcée) sont utilisés est d'augmenter la puissance et / ou l'efficacité du moteur à circuit intégré. Au niveau de la chambre de combustion, cela est réalisé en augmentant la quantité de molécules d'air présentes lors de la combustion.
Le turbocompresseur y parvient en pressurisant l'air entrant. Un sous-produit indésirable de ce processus de compression est que l'air sortant est chaud et moins dense.
Si cet air chaud est envoyé tel quel dans la chambre de combustion, la probabilité de détonation du moteur est plus grande.
En refroidissant l'air via un refroidisseur intermédiaire, le fonctionnement du moteur est plus sûr car le cognement du moteur est réduit.
En prime, l'air devient légèrement plus dense, permettant à plus de molécules d'air d'être présentes pendant la combustion.
C'est l'une de ces questions où les chiffres peuvent parler plus fort que les mots :
Les forums indiquent qu'un Mitsubishi Evo X d'origine est capable de générer un boost de 22 psi à un régime moyen.
Au niveau de la mer, les conditions d'entrée du turbo sont les suivantes:
Air pressure @ turbo inlet = 14.7 psi
Assumed inlet air temperature = 25 °C
=> air density @ turbo inlet = 1.184 kg/m^3
En supposant une efficacité du turbocompresseur de 85%, les calculs techniques 1 donneront une température de refoulement proche de 92 ° C:
Air pressure @ turbo outlet = 14.7 + 22
= 36.7 psi
Air density @ 36.7 psi, 92 °C = 2.41 kg/m^3
Sans la détonation, la valeur de la densité de sortie semble plutôt savoureuse - elle est plus du double de celle de l'entrée.
Mais regardez ce qui se passe lorsque nous faisons passer cet air de refoulement chaud à travers un refroidisseur intermédiaire.
Supposons une baisse de pression de 1 psi et que l'air soit refroidi à 70 ° C:
Air density @ 35.7 psi, 70 °C = 2.50 kg/m^3
Malgré le fait que nous perdions un précieux coup de pouce grâce au refroidisseur intermédiaire, l'effet de refroidissement finit par augmenter la densité de plus de 3%, donc maintenant l'air est plus dense et, plus important encore, plus sûr du point de vue du cognement / détonation du moteur.
1 - J'ai élaboré un calcul vraiment merveilleux pour cela, que cette marge est trop étroite pour contenir
Bref, il y a deux raisons:
Dans le deuxième cas, cela signifie que vous devez modifier la quantité d'avance du calage de l'allumage afin d'empêcher le mélange d'exploser. Cela vous coûtera de l'énergie car vous ne tirez pas le cylindre au moment précis nécessaire pour une alimentation optimale. Vous perdez de l'énergie ET votre consommation de carburant diminue.
En plus du refroidissement intermédiaire, une autre façon de refroidir l'air entrant dans le cylindre consiste à injecter soit un mélange eau / méthanol OU de l'oxyde nitreux (dans ce cas, appelé un système NO2 à basse pression ou à libération lente car il est utilisé pour refroidir le charge, pas directement pour augmenter la puissance) à côté du mélange air / carburant. C'est une tactique préférée des propriétaires de Subaru parce que ces voitures détestent l'air chaud et les rapports air / carburant plus maigres (plus puissants) et le refroidissement supplémentaire vous aident à exécuter des mélanges air / carburant plus maigres et un timing optimal.