Tại sao chúng ta cần làm mát không khí sau khi nó rời khỏi một bộ tăng áp?

Khi chúng ta đang sử dụng một bộ tăng áp để nén không khí đi vào, không khí sẽ nóng hơn. Thông thường, không khí nóng này được làm mát bằng cách sử dụng bộ trộn khí trước khi truyền vào động cơ.

Lý do đằng sau việc làm mát không khí này là gì?

Tại sao chúng ta không thể truyền nó dưới dạng không khí nóng, vì bên trong động cơ, không khí sẽ bị nén và làm nóng nó lên?

engine turbocharger intercooler

— nivass balu
nguồn

tl; dr

Để chống kích nổ (trong động cơ SI)
Để tăng sức mạnh / hiệu quả

Chi tiết

Có một vài yếu tố quan trọng tại đây.

Kích nổ động cơ là một mối quan tâm thực sự cho động cơ SI

Một động cơ đánh lửa có nhiều khả năng gặp phải đánh lửa sớm (còn gọi là gõ hoặc kích nổ) với không khí nóng hơn. Trong thực tế, các tính toán trong ví dụ dưới đây có thể cho thấy đây là lý do chính tại sao việc xen kẽ là một ý tưởng tốt như vậy.
Không khí nóng tăng, không khí lạnh

Trong vật lý nói, không khí nóng ít đậm đặc hơn không khí lạnh. Điều này có nghĩa là thể tích chiếm 1 kg không khí nóng lớn hơn thể tích chiếm 1 kg không khí lạnh.
Động cơ đốt trong là một thiết bị thể tích

Điều này ngụ ý là mỗi khi động cơ quay và hoàn thành một chu kỳ, thể tích không khí được đưa vào buồng đốt được cố định.
Công suất phụ thuộc vào khối lượng chứ không phải khối lượng

Công suất do động cơ phát triển tỷ lệ thuận với khối lượng không khí được đưa vào buồng đốt và không phải là thể tích của nó. Nhiều phân tử không khí = nhiều tiếng nổ hơn.

Lý do tại sao các bộ tăng áp (hoặc bất kỳ thiết bị cảm ứng cưỡng bức nào khác) được sử dụng là để tăng sức mạnh và / hoặc hiệu quả của động cơ IC. Ở cấp độ buồng đốt, điều này đạt được bằng cách tăng lượng phân tử không khí có trong quá trình đốt cháy.

Bộ tăng áp đạt được điều này bằng cách điều áp không khí đến. Một sản phẩm phụ không mong muốn của quá trình nén này là không khí đi ra nóng và ít đậm đặc hơn.

Nếu không khí nóng này được đưa vào buồng đốt, thì khả năng phát nổ của động cơ là lớn hơn.

Bằng cách làm mát không khí thông qua một bộ điều khiển, hoạt động của động cơ sẽ an toàn hơn kể từ khi tiếng gõ động cơ giảm.

Như một phần thưởng bổ sung, không khí trở nên đặc hơn một chút, cho phép có nhiều phân tử không khí hơn trong quá trình đốt cháy.

Ví dụ tiền thưởng

Đây là một trong những câu hỏi mà con số có thể nói lớn hơn lời nói :

Diễn đàn chỉ ra rằng một cổ phiếu Mitsubishi Evo X có khả năng tạo ra mức tăng 22 psi ở tốc độ RPM tầm trung.

Ở mực nước biển, các điều kiện đầu vào turbo như sau:

Air pressure @ turbo inlet      = 14.7 psi

Assumed inlet air temperature   = 25 °C
  => air density @ turbo inlet  = 1.184 kg/m^3

Giả sử hiệu suất của bộ tăng áp 85%, các tính toán kỹ thuật ¹ sẽ mang lại nhiệt độ xả gần tới 92 ° C:

Air pressure @ turbo outlet     = 14.7 + 22
                                = 36.7 psi 
Air density @ 36.7 psi, 92 °C   = 2.41 kg/m^3

Nếu chúng ta không quan tâm đến việc kích nổ, giá trị mật độ đầu ra trông khá ngon - nó nhiều hơn gấp đôi so với đầu vào.

Nhưng hãy nhìn những gì xảy ra khi chúng ta chạy luồng khí nóng này thông qua một bộ điều khiển.

Giả sử áp suất giảm 1 psi và không khí được làm mát xuống 70 ° C:

Air density @ 35.7 psi, 70 °C = 2.50 kg/m^3

Mặc dù thực tế là chúng ta mất đi sự tăng cường quý giá thông qua bộ điều khiển, hiệu ứng làm mát kết thúc tăng mật độ hơn 3%, vì vậy bây giờ không khí đặc hơn, và quan trọng hơn, an toàn hơn từ quan điểm kích nổ / nổ động cơ.

¹ - _{Tôi đã thực hiện một tính toán thực sự tuyệt vời cho điều này, mà biên độ này quá hẹp để chứa}

— Trả tiền
nguồn

Câu trả lời tuyệt vời, súc tích và thực tế.

— dotancohen

Một cách khác để xem xét điều này: phương trình khí nói rằng để tăng mật độ không khí, bạn có thể tăng áp suất và / hoặc giảm nhiệt độ. Có giới hạn về áp suất mà bộ tăng áp và động cơ có thể tạo / xử lý, do đó việc giảm nhiệt độ trông giống như một kế hoạch.

— Steve Jessop

@SteveJessop - Điểm tuyệt vời: D

— Psᴛᴇʀ2

Thật tốt khi nhận ra rằng bạn không cần phải làm mát không khí sau khi tăng áp. Nhiều, nhiều chiếc xe đã chạy mà không có một chiếc trước khi họ nhận ra có một chiếc là lý tưởng hơn. Hầu hết các xe từ nhà máy không đi kèm với một.

— Psᴛᴇʀ2

để đặt nó thậm chí đơn giản hơn, nhiều không khí hơn = nhiều oxy hơn.

— You_Shall_Not_Pass

Nói tóm lại, có hai lý do:

Không khí mát hơn đậm đặc hơn, do đó bạn nhận được nhiều năng lượng hơn từ cùng áp suất tăng vì bạn có thể phun thêm nhiên liệu cùng một lúc.
Không khí nóng hơn sẽ làm cho hỗn hợp không khí / nhiên liệu phát nổ sớm (hỗn hợp cần đốt cháy với tốc độ không đổi, vào đúng thời điểm chính xác. Nó không nên "nổ").

Trong trường hợp thứ hai, điều này có nghĩa là bạn phải thay đổi số lượng thời gian đánh lửa trước trong nỗ lực ngăn chặn hỗn hợp phát nổ. Nó sẽ tiêu tốn năng lượng của bạn vì bạn không bắn xi lanh vào thời điểm chính xác cần thiết để cung cấp năng lượng tối ưu. Bạn đang mất năng lượng VÀ bạn nhận được mức tiêu thụ nhiên liệu tồi tệ hơn.

Ngoài việc làm mát, một cách khác để làm mát không khí đi vào xi lanh là bơm hỗn hợp nước / metanol HOẶC Nitric Oxide (trong trường hợp này được gọi là hệ thống NO2 áp suất thấp hoặc giải phóng chậm vì nó được sử dụng để làm mát sạc, không trực tiếp để tăng sức mạnh) cùng với hỗn hợp không khí / nhiên liệu. Đây là một chiến thuật ưa thích của chủ sở hữu Subaru vì những chiếc xe này ghét không khí nóng và tỷ lệ không khí / nhiên liệu nhẹ hơn (mạnh hơn) và làm mát bổ sung giúp bạn chạy hỗn hợp không khí / nhiên liệu gọn hơn và thời gian tối ưu.

— Thuyền trưởng Kenpachi
nguồn