Menus de ajuste e folhas de dinamômetro citam o boost em psi ou bar, e os números parecem pequenos ao lado da potência que produzem. A razão é simples quando se separam as duas pressões envolvidas. Os valores abaixo são física de livro para um motor a gasolina, não medições de nenhum carro em particular. Para as noções básicas de como um turbo ou um supercompressor entrega a pressão, veja o post sobre turbo e supercompressor; este aqui trata do que cada libra vale.
Pressão manométrica e razão de pressão
Um medidor de boost lê a pressão acima do ar em volta. O ar externo já pressiona com 14.7 psi (1.013 bar) ao nível do mar, então a pressão no coletor de admissão é a leitura mais 14.7. O número que importa é a razão de pressão:
razão de pressão = (14.7 + boost) ÷ 14.7
Com 10 psi, isso dá 24.7 ÷ 14.7 = 1.68. O motor não vê “10 a mais”, ele vê 68% mais pressão do que veria sem boost. No sistema métrico, a mesma soma se aplica: 1 psi é 0.0689 bar, e 1 bar é cerca de 14.5 psi.
O que uma libra vale
Um cilindro tem volume fixo, então a massa de ar nele segue a densidade, e a densidade segue a pressão absoluta quando a temperatura não muda. Um motor queima combustível na proporção do ar que tem, então, no caso ideal, a potência sobe no mesmo ritmo da razão de pressão. Somar 1 psi eleva a razão em 1 ÷ 14.7 = 0.068, o que é cerca de 6.8% mais ar por psi medido em relação ao motor sem boost.
Esses 6.8% são uma regra para as primeiras libras, e são medidos em relação à base, não ao passo anterior. Cada psi extra soma o mesmo 0.068 ao multiplicador, mas o percentual sobre o valor já aumentado diminui. Passar de 20 para 21 psi soma 0.068 a 2.36, o que é uma alta de 2.9% sobre onde você estava.
Leia como um teto. Dobrar o ar exige cerca de 14.7 psi, e 15 psi leva a 2.02. Nenhum motor entrega 3.04 vezes sua potência com 30 psi, pelos motivos abaixo.
A compressão aquece o ar
Comprimir um gás o aquece. Para um compressor ideal que não perde calor, a temperatura de saída é
T₂ = T₁ × PR^((γ − 1) ÷ γ)
com γ = 1.4 para o ar, então o expoente é 0.2857, com temperaturas em kelvin. Considere ar de admissão a 20 °C (293.15 K) e 15 psi, onde PR = 2.02:
- 2.02^0.2857 = 1.2226
- T₂ = 293.15 × 1.2226 = 358.4 K, que são 85.2 °C
Compressores reais fazem mais trabalho sobre o ar do que o ideal. Se a eficiência do compressor é η, a elevação real de temperatura é a elevação ideal dividida por η. A elevação ideal aqui é 65.2 K. Com uma eficiência assumida de 70%, a elevação é 65.2 ÷ 0.70 = 93.1 K, então o ar sai a 113.2 °C. Os 70% são uma ilustração, não um número para um compressor específico.
A densidade é proporcional à pressão dividida pela temperatura absoluta, então o ar quente é mais rarefeito do que a razão de pressão sugere: 2.02 × 293.15 ÷ 386.4 = 1.53. Of the 2.02 the pressure promised, 1.53 arrives as density, about 24% less than ideal.
O intercooler recupera parte disso
Um intercooler retira calor do ar comprimido antes de ele entrar no motor. Se ele leva a carga a 40 °C (313.15 K), a densidade a 15 psi é 2.02 × 293.15 ÷ 313.15 = 1.89, que é 23% mais do que os 1.53 sem resfriamento, com o mesmo boost. É por isso que a mesma leitura do medidor pode significar quantidades bem diferentes de ar em dois carros.
A 15 psi: razão de pressão ideal 2.02, densidade com compressor de 70% de eficiência e sem resfriamento 1.53, densidade com intercooler a 40 °C 1.89. A pressão é a mesma nos três casos. Só a temperatura muda.
Por que os ganhos reais são ainda menores
A densidade é só o primeiro limite. Ar quente e denso em um cilindro eleva a temperatura durante a compressão, e se o fim da mistura entrar em ignição sozinho antes de a chama chegar, o resultado é a detonação, um pico de pressão agudo que pode danificar os pistões. Os motores lidam com isso atrasando a ignição, adicionando combustível para resfriar a carga ou reduzindo a taxa de compressão, e cada um desses recursos abre mão de parte da potência que o ar extra poderia gerar. A entrega de combustível, a resistência das peças do motor e a aderência dos pneus impõem outros tetos sobre o que um determinado boost pode ser usado.
Então o multiplicador ideal é um guia de direção e tamanho, não uma previsão. Uma expectativa razoável é que as primeiras libras deem perto dos 6.8% cada, e as seguintes deem menos por psi, especialmente sem resfriamento.
No jogo
Pink Slip Kings lista o boost entre os valores que você pode ajustar ao sintonizar, junto com relações de marcha, redução final e rotação de largada, e tem um dinamômetro para comparar potência e torque. A página não diz como boost, calor ou detonação são modelados, então tudo acima é física do mundo real, não uma descrição das regras do jogo. Para ver como uma mudança de potência aparece em uma curva, leia a publicação sobre o gráfico do dinamômetroe para entender como o torque chega aos pneus, o post sobre RPM de largada.
Pink Slip Kings: Arrancada é um jogo de corrida de arrancada 3D com controles manuais de largada e troca de marchas, ajuste detalhado de relações de marcha, redução final, boost e rotação de largada, e um dinamômetro. Funciona offline, sem anúncios nem compras no aplicativo, e o dinheiro e os carros do jogo não podem ser comprados nem trocados por dinheiro real.