En fonction de la conception et de la taille du système et de l'aérodynamique du véhicule, il est uniquement possible d'utiliser un refroidisseur intermédiaire pour réduire la température de l'air d'admission jusqu'à 160 ° F avant qu'il n'entre dans le plénum. Cela signifie que simplement augmenter la puissance du moteur en augmentant la pression de suralimentation n'est pas une option car cela signifierait dépasser le seuil de cliquetis.
C'est là qu'intervient la solution de la division BMW M: si de l'eau est injectée dans un fin brouillard de pulvérisation dans le plénum d'admission, il est possible de réduire la température de l'air d'admission de 80 ° F supplémentaires .
Supposons que le moteur M4 affiche en moyenne 1 500 tr / min en fonctionnement normal.
Le taux de volume d'air ingéré par le moteur à cette vitesse est:
= 2979 cc * 1500 RPM / 2 # divide by 2 because four-stroke
= 2,234,250 cc / min
= 37 liters / second
= 0.037 m3/s
Les turbos jumeaux développent 18,1 psi au pic de boost , alors estimons le boost de 4-5 psi en moyenne.
Absolute pressure at intake valve = 14.7 + 4 = 18.7 psi
En supposant une température d'air d'admission décente
Air density at 18.7 psi, 50 °C = 1.39 kg/m3
(Heureusement pour nous, il s'agit d'une configuration d'injection directe, donc les propriétés thermodynamiques de WolframAlpha pour l'air sont utiles)
En combinant deux et deux, le débit massique moyen d'air (à 100% d'efficacité volumétrique) est:
Mass air flow rate = 1.39 kg/m3 * 0.037 m3/s
= 0.0514 kg/s
(Cela pose la question: quelle efficacité volumétrique raisonnable supposer ici? Plus d'informations à ce sujet plus tard)
Combien d'énergie fait-il changer la température de l'air dans ces conditions?
Apparemment 719,5 J / (kg-K) .
Et combien d'énergie faut-il pour convertir l'eau en vapeur?
Chaleur latente de vaporisation de l'eau = 2 230 000 J / kg
C'est une quantité épique d'énergie. Il éclipse la chaleur spécifique de l'eau, qui est de 4200 J / (kg- ° C).
Alors, quel est le débit moyen d'eau requis?
@ 100% VE, l'énergie par seconde nécessaire pour changer la température de l'air de 44 ˚C est:
= m • Cv • ( T1 - T2 )
= 0.0514 • 719.5 • 44
= 1630 J
Cela ne se traduit pas par beaucoup d'eau:
Exiger un débit massique d'eau par seconde:
= Energy ÷ ( latent heat of vaporization )
= 1630 J / 2,230,000 J/kg
= 0.00073 kg
= 0.73 g
En d'autres termes, environ 44 cc / minute à 100% VE .
Si la VE réelle est de 20%, ce qui est à prévoir à mi-régime, ce chiffre chute à environ 9 cc / minute .
Selon la réponse de anonyme2, le réservoir d'eau est de 5000 cc
Donc, à 9 cc / min, le réservoir d'eau devrait durer environ 9,25 heures .
Si la vitesse moyenne du véhicule à 1500 tr / min est d'environ 45 mph, le réservoir devrait durer environ 40 heures .
L'écart 4x pourrait être dû à l'une des nombreuses hypothèses avancées. Au moins, la valeur calculée est dans le bon stade.
La quantité minimale d'eau requise pour exécuter une course de puissance secondaire raisonnable ...
serait celui dans lequel la vapeur occupe le déplacement du cylindre:
Steam required = displacement * RPM / 3 # once per three crank revs
= 2979 cc * 1500 RPM / 3
= 1,489,500 cc / min
Cela représente environ 1500 l / min, soit 0,25 m3 / s
Quelle quantité d'eau est nécessaire pour cela?
Dépend des températures de la culasse, mais en supposant 0,8 bar et 350 ° F, le taux d'expansion est d'environ 2600: 1 .
Donc le débit d'eau total requis:
= 1,489,500 cc / min ÷ 2600
= 572 cc / min
