Существует ли прямая зависимость между давлением наддува и увеличением мощности?

Ответ на вопрос в целом положительный.

Я не согласен с тем, как это охарактеризовано выше, Вы не совсем ошибаетесь, просто слишком сложны, и это плохая практика преподавания, для данного объема / массы газа при постоянной температуре затем удвоение давления вдвое уменьшает объем, т. е. обратно пропорционально, т. е. pv = постоянный, так что в принципе в этих условиях вы могли бы заправить вдвое больше воздуха, если соотношение топлива фиксировано, а затем удвоить мощность, в любом случае с этого стоит начать, и, конечно, ваши соотношения не являются постоянными, когда вы используете КПД менее 100%, а температура не постоянная, в любом случае начните с простого идеального мира, затем примените приложение особенности, например, турбулентность потока, особенно из-за переступания металлических / резиновых шлангов, нагрев из-за сжатия газа, промежуточные охладители, регулятор давления на стороне попадания холодного воздуха BOV / вентили и так далее и тому подобное, лучше потратить время и деньги на динамо-машину, чем бесконечно теоретизировать, эффективность / оптимизация - это игра для большинства машин, получение большего от ограниченного ресурса, более "полезной" работы, спасибо.

Преамбула

Что даёт принудительная индукция?

Одним словом, плотность.

Запомни:

• В случае сжимаемых жидкостей одного давления недостаточно, чтобы получить полную картину

  
  
  

  Но давление и температура вместе — да.

  
  
  

  Старая физическая поговорка «горячий воздух поднимается, холодный опускается» — отличный тому пример. Воздух имеет одинаковую плотность при одинаковом давлении, но разную плотность при разной температуре.




• Двигатель внутреннего сгорания — это объёмное устройство

  
  
  

  Это означает, что каждый раз, когда двигатель запускается и завершает цикл, в камеру(ы) сгорания поступает фиксированный объём воздуха.




• Мощность зависит от массы, а не от объёма

  
  
  

  Мощность, развиваемая двигателем, пропорциональна массе воздуха, поступающего в камеру сгорания, а не его объёму.

  
  
  

  То есть чем плотнее = тем больше молекул воздуха в цилиндре = тем больше мощность

Итак, соотношение 1:1?

Нет. Потому что так сказали физики.

Пришло время обратиться к старому доброму Evo примеру с турбокомпрессором, КПД которого составляет 85%:

• При атмосферных условиях (14,7 фунта на кв. дюйм, 25 °C)

  
  
  

  Плотность воздуха = 1,184 кг/м^3




• При давлении в 22 фунта на квадратный дюйм плотность воздуха удваивается:

  
  
  

  Условия турбонаддува: 36,7 фунтов на кв. дюйм, 92 °C

  
  
  

  Плотность воздуха = 2,413 кг/м^3

Эти два показателя сами по себе свидетельствуют о том, что при увеличении давления в 2,5 раза плотность увеличилась в 2 раза.

Таким образом, соотношение давления и мощности не равно 1:1.

Хм, но может ли это соотношение быть постоянным?

Опять же, ответ — нет. Потому что так говорит физика.

Чтобы проверить это, давайте увеличим давление наддува Evo до 29,4 фунта на квадратный дюйм. Мы сохраним тот же КПД турбокомпрессора (85 %):

• При давлении 29,4 фунта на кв. дюйм (то есть давление на выходе в 3 раза выше давления на входе):

  
  
  

  Условия турбонаддува: 44,1 фунта на кв. дюйм, 155 °C

  
  
  

  Плотность воздуха = 2,473 кг/м^3

Таким образом, изменение давления воздуха в 3 раза привело к изменению плотности в 2,08 раза. Очевидно, что зависимость не линейная, особенно если учесть результат, полученный при повышении давления на 22 фунта на квадратный дюйм.

Вкратце: нет, соотношение 1:1 возможно только в идеальных лабораторных условиях.

Или эти отношения устроены сложнее?

Это немного сложнее, но по вполне понятным причинам.

ПРИМЕЧАНИЕ. Я намеренно не упоминаю в обсуждении ниже интеркулеры и пакеты со льдом. Они важны для обсуждения, но их следует рассматривать в рамках другого вопроса.

Предположим, что двигатель настроен правильно для использования преимуществ
турбокомпрессора, то есть форсунки имеют достаточную производительность, а соотношение топлива и воздуха
остаётся неизменным.

Самое важное недостающее допущение — критическое: постоянная температура.

Давайте вернёмся к самому сердцу двигателя — процессу сгорания. Воздух и топливо смешиваются в соотношении примерно 14:1, воспламеняются, расширяются и выталкиваются наружу, превращая химическую потенциальную энергию в кинетическую.

Но что это за соотношение на самом деле? Оно сравнивает количество молекул воздуха с количеством молекул топлива. Если нарушить баланс, реакция горения перестанет быть максимально эффективной (примечание: мы ещё вернёмся к этому слову).

Учитывая это, что делает система наддува? Теоретически она добавляет молекулы: ваш механизм наддува пытается привлечь больше молекул воздуха, к которым двигатель добавит большее количество молекул топлива. Сгорите с этой обогащённой смесью, в которой содержится больше химической энергии, и вы получите больше кинетической энергии, верно?

Да, но не настолько, как вы могли бы подумать. Вы уже сталкивались с законом Бойля. Даже. Если у вас есть идеальный уловитель молекул воздуха, то простое нагнетание этих молекул в двигатель приведёт к повышению их температуры. Компьютеру двигателя придётся корректировать эту температуру, добавляя больше топлива (в качестве своего рода охлаждающей жидкости), снижая частоту вращения и т. д. Неспособность справиться с этой температурой приведёт к тому, что двигатель начнёт работать с детонацией, что в конечном счёте приведёт к катастрофическому превращению его во внешний двигатель внутреннего сгорания (то есть важные детали выйдут из строя).

Ситуация становится ещё хуже. Помните тот идеальный механизм ускорения молекул? Это невозможно. Кроме того, его коэффициент полезного действия составляет менее 100%. Он захватывает воздух и сжимает его, но, к сожалению, повышает температуру даже быстрее, чем по закону Бойля (эффективность менее 100%). Это влияет на другие условия закона: плотность всасываемого воздуха снижается с повышением температуры: он становится горячее, и в нём становится меньше молекул.

В результате всех этих приблизительных расчётов получается, что если вы действительно хотите увеличить мощность на 50 %, вам потребуется больше воздуха и больше топлива.

Короче говоря, 100-процентная эффективность — это теоретический максимум, который достижим только в идеальном мире. Тем не менее системы с небольшим ускорением могут гораздо легче приблизиться к соотношению 1:1, чем системы с высоким ускорением.