ブースト圧とパワー増加の間に1:1の関係はありますか?


8

この質問は私に考えさせられました:エンジンにターボチャージャーを取り付けるとしたら、ブースト圧と期待できる出力量の間に直接的な関係はありますか?

例:エンジンが100 kWを自然吸気する場合、ターボを取り付けて最大を提供するように設定します。0.5 barのブースト、最大150 kWを期待できますか。パワー(すなわち、新しいパワー出力=元のパワー*(ブースト圧+1))?それとも関係はもっと複雑ですか?

エンジンがターボチャージャーを利用するように正しく設定されているとしましょう。

回答:


8

前文

強制誘導は何を買うのですか?

つまり、密度

覚えておいてください:

  • 圧縮性流体の場合、圧力だけでは十分な説明がありません

    しかし、圧力と温度は一緒に変化ます。

    「熱気が上昇し、冷気が沈む」という古い物理学の格言は、この良い例です。同じ圧力の空気でも、異なる温度で異なる密度。

  • 内燃機関は容積測定装置です

    これが意味することは、エンジンが回転してサイクルが完了するたびに、燃焼室に入る空気の量が固定されるということです。

  • パワーは体積ではなく質量に依存

    エンジンが発生する出力は、燃焼室に流入する空気の量ではなく、燃焼室に流入する空気の量に比例します。

    密度が高い=シリンダーあたりの空気分子が多い=モアーパワー


では、比率は1:1ですか?

いいえ。物理学がそう言ったからです。

85%効率のターボチャージャーを使用して、旧式のEvoの例を説明する時間:

  • 大気条件(14.7 psi、25°C)で

    空気密度= 1.184 kg / m ^ 3

  • 22 psiのブーストにより、空気密度は2倍になります。

    ターボ放電条件:36.7 psi、92°C

    空気密度= 2.413 kg / m ^ 3

これら2つのデータポイントだけでも、圧力が2.5倍に増加すると密度が2倍に増加したことを示しています。

したがって、圧力とパワーの関係は1:1ではありません。


うーん、でも比率は一定でしょうか?

繰り返しますが、答えはノーです。物理学がそう言ったからです。

これを確認するために、Evoのブーストを29.4 psiに上げましょう。同じターボチャージャー効率(85%)を維持します。

  • @ 29.4 psiブースト(出口圧力=入口圧力の3倍):

    ターボ放電条件= 44.1 psi、155°C

    空気密度= 2.473 kg / m ^ 3

したがって、気圧の3倍の変化は2.08倍の密度変化をもたらしました。特に22 psiのブーストで得られた結果を考慮すると、明らかに線形ではありません。


2
正しく、温度の上昇燃焼の効率と戦います(高温になりすぎて、すぐに点火しようとするため)。
ボブ・クロス

7

tl; dr:いいえ、1:1の比率は架空の完全な実験室条件でのみ可能です。

それとも関係はもっと複雑ですか?

少し複雑ですが、完全に理解できる理由があります。

注:以下の説明では、意図的にインタークーラーと氷のバッグを除外しています。彼らは議論を後押しするために緊密ですが、別の質問の下でカバーされるべきです。

エンジンがターボチャージャーを利用するように正しく設定されているとしましょう。

最も重要な欠落仮定は、一定の温度という重要な仮定です。

エンジンの中核、つまり燃焼までバックアップしてみましょう。空気と燃料は約14:1の比率で混合し、点火、膨張、外向きに押して化学ポテンシャルエネルギーを動的にします。

しかし、その比率は本当に何ですか?空気の分子と燃料の分子を比較します。それらのバランスを崩すと、燃焼反応はもはやピーク効率ではありません(注:この単語をもう一度見ます)。

その背景を考えると、ブーストは何をしますか?理論的には、これは分子挿入器です。ブーストメカニズムは、エンジンが追加する燃料分子の数を増やす空気分子を得ようとしています。増加した量の化学エネルギーでその増強された混合物を燃焼すると、より多くの運動エネルギーが得られますよね?

はい、あなたが思うほどではありません。あなたはすでにボイルの法則遭遇しました。でも。あなたが完璧な空気分子スクーパーを持っている場合、それらの分子をエンジンに押し込むだけで温度が上昇します。エンジンコンピュータは、燃料を(一種のクーラントとして)追加し、タイミングを遅らせるなどして、その温度を補正する必要があります。この温度に対処できないと、エンジンがノッキングカーブになり、最終的には外的な燃焼エンジンへの悲惨な変化(すなわち、重要なビットが出てくるでしょう)。

ひどくなる。その完璧な分子スクープブーストメカニズムを覚えていますか?ありえない。また、100%未満の効率係数もあります。空気をつかんで圧縮しますが、残念ながらボイルの法則よりも速く温度が上昇します(効率は100%未満です)。これは、法則の他の条件に関係します。吸入空気の密度は温度とともに低下します。どちらの温度も高く、分子も少なくなります。

封筒のこのように手を振った結果、50%以上の電力を必要とすることに本当に集中している場合、50%以上の空気と50%以上の燃料が必要になります。

つまり、100%の効率は理論上の最大値ですが、Perfect Worldでのみ達成可能です。とはいえ、小さなブーストシステムは、高ブーストよりも1:1にはるかに簡単に近づけることができます。


0

質問への回答は基本的にYESです。

私は上記がこれを特徴付けた方法で同意しません、Urは正確に非常に複雑で間違いはなく、これは教育実践としては不十分です。一定の温度で所定の体積/質量のガスの場合、圧力を2倍すると体積が半分になります、つまり反比例しますなので、基本的にこれらの条件下では、Uは2倍の空気を詰め込むことができます。燃料比は固定され、出力が2倍になります。とにかくそれが出発点です。もちろん、使用率が100%未満の場合、比率は一定ではありません。効率と温度は一定ではありません。とにかく単純な完璧な世界から始めて、次にアプリケーションの仕様を適用します。等々それをダイノにぶつけることは、時間とお金を無限に理論化するよりも費やすことです。効率性/最適化はほとんどのマシンにとってのゲームであり、有限のリソースからより多くの「有用な」作業を得ることができます。

弊社のサイトを使用することにより、あなたは弊社のクッキーポリシーおよびプライバシーポリシーを読み、理解したものとみなされます。
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.