Existe-t-il une relation 1: 1 entre la pression de suralimentation et l'augmentation de puissance?

Cette question m'a fait réfléchir: si vous deviez installer un turbocompresseur sur un moteur, y a-t-il une relation simple entre la pression de suralimentation et la puissance que vous pouvez attendre?

Par exemple: si le moteur fait 100 kW à aspiration naturelle, et que vous installez un turbo et le réglez pour fournir un max. boost de 0,5 bar, pouvez-vous vous attendre à 150 kW max. (c.-à-d. nouvelle puissance de sortie = puissance d'origine * (pression de suralimentation +1))? Ou la relation est-elle plus compliquée?

Supposons que le moteur soit correctement configuré pour profiter du turbocompresseur, c'est-à-dire que les injecteurs ont une capacité suffisante et que le mélange carburant / air reste le même.

Préambule

Qu'achète l'induction forcée?

En un mot, la densité .

Rappelles toi:

• Pour les fluides compressibles, la pression seule ne raconte pas toute l'histoire

  Mais la pression et la température font ensemble .

  Le vieil adage de la physique «l'air chaud monte, l'air froid coule» en est un excellent exemple. Air à la même pression mais à des densités différentes à des températures différentes.

• 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 et non 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.

  Donc plus dense = plus de molécules d'air par cylindre = puissance de moar

Alors, est le rapport 1: 1?

Non. Parce que la physique l'a dit.

Il est temps d'éclater l' exemple d' Evo avec le turbocompresseur à 85% d'efficacité:

• Aux conditions atmosphériques (14,7 psi, 25 ° C)

  Densité de l'air = 1,184 kg / m ^ 3

• Avec 22 psi de boost, la densité de l'air double:

  Conditions de décharge du turbo: 36,7 psi, 92 ° C

  Densité de l'air = 2,413 kg / m ^ 3

Ces deux points de données montrent à eux seuls qu'une augmentation de 2,5x de la pression a entraîné une augmentation de 2x de la densité.

La relation pression-puissance n'est donc pas 1: 1.

Hmm, mais le rapport pourrait-il être constant?

Encore une fois, la réponse est non. Parce que la physique l'a dit.

Augmentons le boost de l'Evo à 29,4 psi pour vérifier cela. Nous conserverons le même rendement du turbocompresseur (85%):

• @ 29,4 psi boost (donc pression de sortie = 3x pression d'entrée):

  Conditions de décharge du turbo = 44,1 psi, 155 ° C

  Densité de l'air = 2,473 kg / m ^ 3

Ainsi, un changement de pression d'air de 3 fois a entraîné un changement de densité de 2,08 fois . Clairement non linéaire, surtout si l'on considère le résultat obtenu avec un boost de 22 psi.

tl; dr: non, un rapport de 1: 1 n'est possible que dans des conditions de laboratoire parfaites imaginaires.

Ou la relation est-elle plus compliquée?

C'est un peu plus compliqué mais pour des raisons parfaitement compréhensibles.

REMARQUE: je laisse intentionnellement les refroidisseurs intermédiaires et les sacs de glace hors de la discussion ci-dessous. Ils sont utiles pour stimuler les discussions, mais devraient être traités sous une autre question.

Supposons que le moteur soit correctement configuré pour profiter du turbocompresseur, c'est-à-dire que les injecteurs ont une capacité suffisante et que le mélange carburant / air reste le même.

L'hypothèse manquante la plus importante est critique: la température constante.

Revenons au cœur du moteur: la combustion. L'air et le carburant se mélangent à un rapport d'environ 14: 1, s'enflamment, se dilatent et se pressent vers l'extérieur pour transformer l'énergie potentielle chimique en cinétique.

Mais quel est vraiment ce ratio? Il compare les molécules d'air aux molécules de carburant. Déséquilibrez-les et la réaction de combustion ne sera plus au maximum de son efficacité (note: nous allons revoir ce mot).

Dans ce contexte, que fait le boost? En théorie, c'est un outil d'insertion de molécules: votre mécanisme de boost essaie d'aller chercher plus de molécules d'air auxquelles le moteur ajoutera un nombre accru de molécules de carburant. Combinez ce mélange augmenté avec sa quantité accrue d'énergie chimique et vous obtiendrez plus d'énergie cinétique, non?

Oui, mais pas autant qu'on pourrait le penser. Vous avez déjà rencontré la loi de Boyle . Même. Si vous avez un scooper de molécules d'air parfait, le simple fait de forcer ces molécules dans le moteur va augmenter leur température. L'ordinateur du moteur va devoir corriger cette température en ajoutant plus de carburant (comme une sorte de liquide de refroidissement), en retardant le calage, etc. transformation désastreuse en moteur à combustion externe (c'est-à-dire que des morceaux importants sortiront).

Ça s'empire. Rappelez-vous que le mécanisme de boost de scooping molécule parfaite? Pas possible. Il a également un facteur d'efficacité inférieur à 100%. Il va saisir l'air et le comprimer mais, malheureusement, il augmente la température encore plus rapidement que la loi de Boyle (l'efficacité est inférieure à 100%). Cela engage les autres termes de la loi: la densité de l'air d'admission diminuera avec la température: il est à la fois plus chaud et il y a moins de molécules.

Le résultat de tout ce mouvement de la main du dos de l'enveloppe est que, si vous êtes vraiment concentré sur vouloir 50% plus de puissance, vous aurez besoin de plus de 50% autant d'air et de plus de 50% de carburant.

En bref, une efficacité de 100% est le maximum théorique mais n'est réalisable que dans Perfect World. Cela dit, les petits systèmes de suralimentation peuvent se rapprocher de 1: 1 plus facilement que les surpressions élevées.

La réponse à la question est essentiellement OUI.

Je ne suis pas d'accord sur la manière dont cela a été décrit ci-dessus, vous n'avez pas tort exactement trop compliqué et c'est une mauvaise pratique d'enseignement, pour un volume / masse de gaz donné à température constante, puis doubler la pression réduit de moitié le volume, c'est-à-dire inversement proportionnel, c'est-à-dire pv = constant , donc fondamentalement dans ces conditions, U serait capable de remplir deux fois plus d'air, le rapport de carburant étant fixe puis le double de puissance, de toute façon c'est le point de départ, et bien sûr vos rapports ne sont pas constants lorsque vous utilisez moins de 100% l'efficacité et les températures non constantes, commencez de toute façon par le monde parfait simple, puis appliquez les spécificités de l'application, par exemple la turbulence de débit, en particulier en raison du pas de tuyau en métal / caoutchouc, la chaleur due à la compression du gaz, les refroidisseurs intermédiaires, le contrôle de la pression du côté froid n BOV / portes, et ainsi de suite,frapper sur un dyno, c'est du temps et de l'argent mieux dépensés que de théoriser sans fin, l'efficacité / optimisation est le jeu pour la plupart des machines, tirer le meilleur parti d'une ressource finie, un travail plus `` utile '', merci.