Как холодная и сухая погода влияет на мощность двигателя?

Ключевым параметром эффективности является количество молекул O2 на единицу объёма. Таким образом, на меньшей высоте, где воздух плотнее, на единицу объёма приходится больше молекул O2, чем на большой высоте.

Важно отметить, что водяной пар не насыщает воздух кислородом, необходимым для процесса горения, поэтому он фактически уменьшает количество кислорода на единицу объёма. Это всё равно что увеличить количество азота или другого газа, который не способствует процессу горения.

Турбокомпрессор или другой нагнетатель снижает плотность воздуха, увеличивая количество молекул O2 на единицу объёма. Воздушный фильтр с ограниченной пропускной способностью создаёт перепад давления, в результате чего давление в коллекторе снижается (из-за потерь потока в фильтре), что приводит к уменьшению количества молекул O2 на единицу объёма.

В конечном счёте мощность зависит от количества топлива, которое можно эффективно сжечь за единицу времени. Для сжигания большего количества топлива необходим кислород. Вода вытесняет кислород. При более низких температурах плотность кислорода на единицу объёма увеличивается.

В середине 1960-х, когда мне было 17 лет, я ездил на старом двухтактном мотоцикле Sun 1935 года выпуска. Я жил в той части Великобритании, где зимой в определённое время года очень влажно. (пронизывающий холодный густой туман) Я заметил, что на этой конкретной дороге, по которой я часто ездил, мой мотоцикл разгонялся на 7 миль в час быстрее зимними ночами, когда опускался густой туман. В любом случае, меня это заинтриговало, и я отправился в университетскую библиотеку, где прочитал, что во время Второй мировой войны некоторые британские истребители были оснащены системой впрыска воды. Если пилоту нужно было выйти из очень сложной ситуации в бою с нацистским самолётом, он мог нажать кнопку «вода», и струя водяного тумана попадала в систему подачи топлива в карбюраторе самолёта (чтобы он мог быстро набрать скорость). С уважением, Родерик

Ну, всё, что я могу сказать по этому поводу, это то, что я живу в центральном Квинсленде, летом у нас в среднем от 35 до 42 градусов, а зимой, скажем так (ранним утром), в среднем от 3 до 18 градусов. Если не идёт дождь, то 90 % года здесь очень сухо. По сути, погода как в пустыне... Когда жарко, то ЖАРКО! Когда холодно, то ХОЛОДНО! Но очень сухо. Всё, что я могу сказать, — это то, что ранним утром, когда воздух свежий, отзывчивость и крутящий момент просто потрясающие... Летнее утро. Но в разгар дня я отчётливо замечаю, что моя машина становится довольно вялой. Так что, исходя из моего опыта, могу сказать, что сухой холодный воздух всегда лучше.

Мой автомобиль с турбонаддувом всегда страдал от детонации / запаздывания зажигания и наддува в летнюю жару. Как только я установил консервативную систему впрыска воды (две форсунки, одна перед интеркулером, а другая в изгибе корпуса дроссельной заслонки), детонация полностью исчезла при любых оборотах и нагрузках. Я мог использовать полный наддув (максимальный для моего турбонаддува) даже в летнюю жару при температуре выше 32 °C. «Бесплатная» мощность, и никаких проблем. Установить его было не сложнее, чем большинство других тюнинговых комплектов, например для закиси азота. Пара форсунок, нейлоновая трубка, источник воды, переключатель или активатор давления наддува, подключение к аккумулятору — и готово. Я, конечно, большой поклонник впрыска воды, он действительно меняет ситуацию, относительно безопасен и дешев по сравнению с просто увеличением подачи топлива или впрыском закиси азота. :) На моем модернизированном турбодвигателе мне не нравилось, что компьютер снижал давление наддува, когда воздух на впуске был горячим. Проблема решена.

Есть ещё один фактор, связанный с влажностью: водяной пар сильно расширяется и сжимается при изменении температуры, поэтому его присутствие в камере сгорания увеличивает давление при взрыве.

Мой друг экспериментировал с системой впрыска воды в свой (карбюраторный) автомобиль, пока учился на инженера. Он говорил, что расход топлива и мощность стали выше, но систему было сложно настроить, и ей требовалась собственная система управления (ещё один карбюратор только для воды), поэтому он сдался.

Если понижение температуры окружающей среды сопровождается дождём или повышенной влажностью, вы также получите этот эффект бесплатно, так как воздух и вода уже смешаны за вас :-D

Вы абсолютно правы. Я помню, как несколько лет назад комментатор «Формулы-1» упомянул, что из-за утренних холодов время прохождения круга у гонщиков улучшилось на целых 1 секунду, а это много для «Формулы-1».

Кроме того, интеркулер охлаждает воздух, делая его более плотным, что, в свою очередь, увеличивает мощность. Таким образом, ваша теория подтверждается автомобильной промышленностью.

Имейте в виду, что, когда люди начинают вытворять безумные вещи с турбодвигателями, они иногда добавляют комплекты для впрыска воды, которые распыляют мелкодисперсный водяной туман в камере сгорания, чтобы поглощать тепло и ещё больше увеличивать плотность, а также предотвращать катастрофические поломки. Другие тюнеры могут использовать более богатую топливную смесь, чтобы использовать избыток топлива для поглощения тепла. Это топливо расходуется впустую, поэтому теоретически в цилиндр можно впрыскивать практически любую жидкость, если она не мешает сгоранию или смазке. Учитывая это, я думаю, что холодный влажный воздух может быть лучше, чем холодный сухой.

Мои знания ограничиваются турбобензиновыми двигателями, поэтому, если что-то не относится к атмосферным или дизельным двигателям, дайте мне знать.

Вкратце: холодный сухой воздух существенно влияет на мощность двигателя. Это можно подтвердить экспериментами на любом современном автомобиле.

Я могу назвать две научные причины, по которым это может происходить:

1. Повышенная плотность воздуха




2. Пониженная влажность

Да, да. Вы уже на полпути к цели.

Давайте совершим небольшое путешествие в мир упрощённых теоретических моделей.

1. Двигатель работает на молекулах кислорода.


2. Плотность воздуха определяет, с каким количеством молекул кислорода нам приходится работать.


3. Следовательно, мы хотим максимально увеличить плотность воздуха.

В вашем примере у нас есть две переменные, которые мы можем изменить в нашей теоретической модели: температура и влажность. Вторая переменная быстро сбивает с толку, когда мы понимаем, что влажность влияет на теплоёмкость воздуха. Это запутанное понятие (тепло, температура — разве это не одно и то же?!) пока вы не осознаете, что удельная теплоёмкость почти так же важна, как масса: чем выше удельная теплоёмкость вещества, тем сложнее изменить его температуру.

Практический пример: включите газовую плиту на максимум. Положите руку прямо над конфоркой. Обратите внимание на то, как быстро вы получаете ожог первой степени: воздух над конфоркой нагревается очень быстро. Поставьте на ту же конфорку пятигаллонную кастрюлю с водой (эй, для приготовления пива нужно много воды!). Опустите руку в кастрюлю до самого дна (не касаясь его). Обратите внимание, что вы находитесь на том же расстоянии от конфорки, что и раньше, но не обжигаетесь! Вода обладает более высокой удельной теплоёмкостью и гораздо медленнее меняет температуру.

Итак, это было весело. Почему нас это волнует? Нас это волнует, потому что, если вы пытаетесь максимизировать плотность, вы начинаете с этого уравнения закона идеального газа:

Где

• T = температура


• rho = плотность


• гамма = отношение удельных теплоёмкостей (при постоянном давлении / при постоянном объёме)

... вот только вы вдруг понимаете, что это уже не идеальный газ: гамма не является константой, поскольку вы меняете влажность. Посмотрите на первые две строки таблицы удельной теплоёмкости, там приведены два примера для воздуха, которые похожи на те, что вы предлагаете. Теплоёмкость при постоянном давлении сильно меняется от строки к строке, в основном из-за увеличения влажности: влажность 40,85 % соответствует содержанию водяного пара 1,16 %. Если вы посмотрите на график ниже, то увидите то, что мы и предполагали: удельная теплоёмкость воды намного выше, чем у воздуха, и всё это в конечном счёте возвращает нас к тому факту, что более влажный воздух приводит к снижению полезной плотности кислорода для работы нашего двигателя.

.. глубокий вдох ...

И что с того? Почему высоконастроенные двигатели не ломаются, когда воздух становится холодным и сухим? Почему я могу ездить на своём турбированном автомобиле зимой на уровне моря и в горах (ну, мы называем их горами) влажным летом?

Если коротко, то бортовой компьютер довольно умен. Он не оперирует теоретическими моделями. У него гораздо больше датчиков, измеряющих множество параметров, которые я проигнорировал выше. В результате он не пытается найти правильные значения, соответствующие модели: он настраивает параметры двигателя, а затем отслеживает результаты. Следовательно, он эффективно выполняет численное приближение всего вышеперечисленного, которое:

A. Обеспечивает бесперебойную работу вашего автомобиля, позволяя максимально увеличить пробег и мощность.

Б. Не взрывается в зимний день.