В ці теплі літні дні, коли "спідометри показують +40 за Цельсієм", ми поговоримо про вплив температури повітря на роботу мотора, вплив інтеркулера на температуру повітря і вплив турбіни на нагрів інтеркулера. Десь так. Думав в який розділ запостити, вирішив що «Тюнінг» все-таки ближче.
При збільшенні температури повітря є 2 основних ефекти, які впливають на роботу мотора.
1. Підвищення температури суміші в циліндрах збільшує ризик детонації. Або, якщо висловлюватись більш технічними термінами, збільшує вимоги до октанового числа (ONR = Octane Number Requirement). Вважається, що на кожні 10°C приходиться 1 ONR. ЕБУ зменшить ймовірність детонації зменшивши кут випередження запалювання при збільшенні температури. Логічно, що це може привести до зменшенння потужності. Кожен градус кута запалювання змінює ONR на 0.5..0.75. Тобто при підвищенні температури на кожні 10 градусів цельсія нам треба буде зменшувати кут запалювання на 1.33…2.0 колінвальні градуси. Теоретично. А як насправді?
Для MY06 Forester XT, чуть спрощена схема компенсації виглядає так:
- Код: Выделить всё
Timing Compensation (Intake Temp)
Intake Air Temp, °C 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Ignition Correction .0 .0 -1.05 -2.11 -3.87 -5.98 -8.09 -8.09 -8.09 -8.09
Залежність потужності від кута запалювання описати складніше. Спробую цим графіком:
В точці MBT (Mean Brake Torque) у нас деякий кут випередження запалювання (в загальному не 0!), при якому досягається пік обертального моменту.
2. Підвищення температури при сталому тиску знижує густину повітря: буквально зменшується кількість молекул, які потрапляють в циліндри на кожному такті. А значить і потужність теж зменшується.
D2 / D1 = T1 / T2 – D1, D2 – густини (нехай в кг/м3); T1, T2 – температури (в Кельвінах)
Коефіцієнт густини, DR (Density Ratio), для деяких 2-х температур:
DR = T1(K) / T2(K)
Наприклад, якщо ми маємо деякий мотор, який при 16°С розвиває 200 к.с., то при 40°С його потужність буде:
200 * DR = 200 * (273.15 +16)/(273.15+40) = 200 * 0.92 = 184 к.с.
Чому 16°С? Це температура, при якій проводять вимірювання по нормам SAE.
Тут є одна складність: температура на впуску завжди відрізняється від температури навколишнього середовища.
Цього тижня я знайшов застосування цифровому термометру, який міряє до 250°C. Вирішив дослідити правдивість показів ІАT сенсора. Повіршивши термометр собою (було 37°C) і кип’ятком з чайника (було 98°C) я признав даний вимірювальний прилад достатньо точним для експеримента
Покази сенсора дивився за допомогою ноутбука підключеного до діагностичного роз’єма. Сенсор і термометр (термопроба була закріплена на корпусі MAF’a ) показували одну і ті ж значення +-1 градус. Температура на впуску вища температури навколишнього середовища на 5-25°C. Виглядає, так що справді холодний впуск може бути дуже корисним.
Термодинаміка турбо-систем.
{в процесі написання}
Компресор турбіни, стискаючи повітря, нагріває його. Всі знають приклад: якщо швидко накачувати колесо велосипеда, і насос і колесо нагріваються. Дехто пам’ятаючи з шкільного курсу закон Гей-Люссака і рівняння стану ідеального газу Менделеєва-Клапейрона може пояснити чому. Але для того щоб знати, наскільки нагрітим виходить повітря з турбіни, нам потрібно подивитись на фізику адіабатичного процеса.
Адіабатичний процес (грец. αδιαβατος — неперехідний) — в термодинаміці зміна стану тіла без обміну теплом з навколишнім середовищем. Його можна здійснити, проводячи стискання чи розширення тіла (наприклад, газу) дуже швидко (с)Wikipedia
Повний текст енциклопедичної статті тут:
http://uk.wikipedia.org/wiki/Адіабатичний_процес
Cp i Cv – молярні теплоємності для сталого тиску і сталого об’єму відповідно. Для двоатомного ідеального газу γ = 1.395 (в довідниках переважно 1.4). В розрахунках доводиться оперувати тільки тиском і температурою, тому рівняння стану нам набагато цікавіше в такому вигляді:
Ефективність компресора
Турбокомпресор нагріває повітря ще більше, ніж при ідеальному адіабатичному стисканні. Це пояснується тим, що крильчатка компресора стискає повітря прискорюючи і «пресуючи» молекули в напрямку виходу з компресора і молекули, які рухаються не в напрямку основного потоку буде збільшувати температуру повітря (в фізичному сенсі, температура – всього лише міра руху молекул). В деякій мірі, на нагрів повітря в компресорі впливає гаряча турбінна частина. Ефективність компресора СЕ (Compressor Efficiency), величина, яка показує наскільки нагрів повітря в турбокомпресорі більший за ідеальний адіабатичний нагрів:
CE = (∆T_adiabatic / ∆T) * 100%;
де ∆T = (T_turbo_out – T_intake); ∆T_adiabatic = T_intake * (P2/P1)^0.283 –T_intake
Виробники компресорів складають детальні компресорні карти за якими, знаючи коефіцієнт стиску і потік повітря через турбіну можна визначити теплову ефективність компресора в кожному режимі роботи.
Pressure Ratio, PR = P_out/P_in
Приклад. Існує стереотип, що потужність турбо-мотора строго пропорційна PR. В простому варіанті це вглядає так: якщо деякий мотор, який без надуву розвиває 150кс при 6000, надути ще на 1 бар то його потужність буде 300к.с. при тих же 6000об/хв. Не буде по ряду причин, але ми поглянем тільки на термодинамічну складову. В загальному, потужність пропорційна коефіцієнту густини, а не тиску. Коефіцієнт густини:
DR = (T1/T2) * (P2/P1) – температури абсолютні (в Кельвінах), тиск абсолютний (в барах).
Нехай СЕ турбокомпресора 70%, T_intake = 27C = 300K
T_turbo_out = T_intake + (T_intake/CE) * (PR^0.283 - 1)
T_turbo_out = 300 + (300/0.7)(2^0.283 - 1) = 393K = 120C
DR = (300/393) * 2.0 = 1.53
Роль Інтеркулера в турбо-моторі важко переоцінити. Зменшуючи температуру він знижує ONR і підвищує коефіцієнт густини
(...)
Підняття надуву ефективне аж до точки коли нестисливе паливо зробить гідроудар в камері згоряння 
