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Trouver une réponse de mécanique
Existe-t-il une relation 1:1 entre la pression de suralimentation et l'augmentation de puissance ?
Question
Cette question m'a fait réfléchir : si vous installiez un turbocompresseur sur un moteur, existe-t-il une relation directe entre la pression de suralimentation et la puissance à laquelle vous pouvez vous 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. puissance (c'est-à-dire nouvelle puissance de sortie = puissance d'origine * (pression de suralimentation +1)) ? Ou la relation est-elle plus compliquée ?
Supposons que le moteur soit correctement réglé pour profiter du turbocompresseur, c'est-à-dire que les injecteurs aient une capacité suffisante, et que le mélange carburant/air reste le même.
Réponse acceptée
Préambule
Qu'est-ce que l'induction forcée achète ?
En un mot, la densité< /em>.
Rappel :
Pour les fluides compressibles, la pression seule ne dit pas toute l'histoire< /em>
Mais la pression et la température ensemble le font.
Le vieil adage de la physique « l'air chaud monte, l'air froid descend » est un excellent exemple de cela. Air à la même pression mais à des densités différentes à des températures différentes.
Le moteur à combustion interne est un appareil volumétrique
Ce que cela implique, c'est qu'à chaque fois que le moteur tourne et termine un cycle, le volume d'air qui est admis dans la (les) chambre(s) de combustion est fixe.
- < p>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 son volume.
Donc plus dense = plus de molécules d'air par cylindre = puissance moar
Alors, le rapport est-il 1:1 ?< /h2>
Non. Parce que la physique le dit.
Il est temps de sortir ye olde Evo exemple avec le turbocompresseur à 85 % d'efficacité :
Dans des 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 à eux seuls montrent 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 de 1 :1.
Hmm, mais le rapport pourrait-il être constant ?
Encore une fois, la réponse est non. Parce que la physique le dit.
Montons le boost de l'Evo à 29,4 psi pour vérifier cela. Nous maintiendrons le même rendement du turbocompresseur (85 %) :
@ 29,4 psi de suralimentation (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
Donc un changement 3x de la pression atmosphérique a entraîné un changement de densité de 2,08x. Clairement pas linéaire, surtout compte tenu du résultat obtenu avec un boost de 22 psi.
Réponse populaire
tl;dr : non, un rapport 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 en dehors de la discussion ci-dessous. Ils sont pertinents pour stimuler les discussions mais devraient être traités sous une autre question.
Supposons que le moteur est configuré correctement pour tirer parti du turbocompresseur, c'est-à-dire que les injecteurs ont une capacité suffisante , et le mélange carburant/air reste le même.
L'hypothèse manquante la plus importante est une hypothèse critique : une température constante.
Revenons jusqu'au coeur 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 n'est plus à son maximum d'efficacité (note : nous allons revoir ce mot).
Compte tenu de ce contexte, à quoi sert le boost ? En théorie, c'est un inséreur 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. Brûlez ce mélange augmenté avec sa quantité accrue d'énergie chimique et vous obtiendrez plus d'énergie cinétique, n'est-ce pas ?
Oui, mais pas autant que vous ne le pensez. Vous avez déjà rencontré la loi de Boyle. Même. Si vous avez un scooper parfait pour les molécules d'air, le simple fait de forcer ces molécules dans le moteur augmentera 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. Ne pas gérer cette température conduira à mettre le moteur sur la courbe de cliquetis qui se termine finalement par un transformation désastreuse en moteur à combustion externe (c'est-à-dire que des morceaux importants en sortiront).
C'est de pire en pire. Vous vous souvenez de ce mécanisme d'amplification parfait de la récupération des molécules ? 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 vite que la loi de Boyle (le rendement est inférieur à 100%). Cela engage les autres termes de la Loi : la densité de l'air d'admission va baisser avec la température : il fait à la fois plus chaud et il y a moins de molécules.
Le résultat de tout ce mouvement de main du dos de l'enveloppe est que, si vous êtes vraiment concentré à vouloir 50 % de puissance en plus, vous aurez besoin de plus de 50 % d'air en plus et de plus de 50 % de carburant en plus.
En bref, une efficacité de 100 % est le maximum théorique mais n'est réalisable que dans Perfect World. Cela dit, les petits systèmes de boost peuvent se rapprocher beaucoup plus de 1:1 plus facilement que les boosts élevés.
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La réponse à la question est fondamentalement OUI.
Je ne suis pas d'accord sur la manière dont ce qui précède a caractérisé cela, vous n'avez pas tort exactement, juste trop compliqué et c'est une mauvaise pratique d'enseignement, pour un volume / une masse de gaz donné à température constante alors doubler la pression divise par deux le volume c'est-à-dire inversement proportionnel c'est-à-dire pv=constant, donc fondamentalement dans ces conditions U serait capable de mettre deux fois plus d'air dedans, le ratio de carburant étant fixe alors doubler la puissance, de toute façon c'est l'endroit pour démarrez, et bien sûr vos rapports ne sont pas constants lorsque vous utilisez moins de 100% d'efficacité et que les températures ne sont pas constantes, commencez de toute façon par le monde parfait simple, puis appliquez les spécificités de l'application, par exemple les turbulences d'écoulement, en particulier en raison du pas de tuyau en métal/caoutchouc, de la chaleur due à la compression du gaz, aux refroidisseurs intermédiaires, au contrôle de pression du côté froid BOV / gates, etc., le frapper sur un banc est du temps et de l'argent mieux dépensés que de théoriser sans fin, l'efficacité / l'optimisation est le jeu pour la plupart des machines, obtenir plus d'une ressource finie, plus de travail « utile », merci.