В меню настройки и протоколах стенда наддув указывают в psi или bar, и цифры кажутся маленькими рядом с создаваемой мощностью. Причина проста, если разделить два участвующих давления. Цифры ниже — учебная физика для бензинового двигателя, а не измерения какого-либо конкретного автомобиля. Основы того, как турбина или компрессор создаёт давление, см. в статье о турбине или компрессоре; эта статья о том, что стоит каждый фунт наддува.
Избыточное давление и степень повышения давления
Манометр наддува показывает давление сверх окружающего воздуха. Наружный воздух уже давит 14.7 psi (1.013 bar) на уровне моря, поэтому давление во впускном коллекторе равно показанию плюс 14.7. Важно число — степень повышения давления:
степень повышения давления = (14.7 + наддув) ÷ 14.7
При 10 psi это 24.7 ÷ 14.7 = 1.68. Двигатель видит не «на 10 больше», а на 68% больше давления, чем при нулевом наддуве. В метрических единицах та же сумма: 1 psi — это 0.0689 bar, а 1 bar — около 14.5 psi.
Что стоит один фунт наддува
Объём цилиндра фиксирован, поэтому масса воздуха в нём следует за плотностью, а плотность — за абсолютным давлением при неизменной температуре. Двигатель сжигает топливо пропорционально воздуху, поэтому в идеальном случае мощность растёт вместе со степенью повышения давления. Добавление 1 psi поднимает степень на 1 ÷ 14.7 = 0.068, что составляет примерно на 6.8% больше воздуха на каждый psi по сравнению с двигателем без наддува.
Эти 6.8% — правило для первых фунтов, и оно считается от базы, а не от предыдущей ступени. Каждый лишний psi добавляет к множителю те же 0.068, но процент сверху уже наддутой величины уменьшается. Переход с 20 на 21 psi добавляет 0.068 к 2.36, что даёт рост на 2.9% от текущего уровня.
Читайте это как потолок. Удвоение воздуха требует около 14.7 psi, и 15 psi дают 2.02. Ни один двигатель не даёт в 3.04 раза больше мощности при 30 psi по причинам ниже.
Сжатие нагревает воздух
Сжатие газа его нагревает. Для идеального компрессора без потерь тепла температура на выходе равна
T₂ = T₁ × PR^((γ − 1) ÷ γ)
при γ = 1.4 для воздуха, поэтому показатель равен 0.2857, а температуры в кельвинах. Возьмём воздух на входе 20 °C (293.15 K) и 15 psi, где PR = 2.02:
- 2.02^0.2857 = 1.2226
- T₂ = 293.15 × 1.2226 = 358.4 K, что составляет 85.2 °C
Реальные компрессоры совершают над воздухом больше работы, чем идеальный. Если КПД компрессора равен η, фактический рост температуры — это идеальный рост, делённый на η. Идеальный рост здесь 65.2 K. При допущенном КПД 70% рост равен 65.2 ÷ 0.70 = 93.1 K, поэтому воздух выходит при 113.2 °C. 70% — иллюстрация, а не цифра для какого-либо конкретного компрессора.
Плотность пропорциональна давлению, делённому на абсолютную температуру, поэтому горячий воздух тоньше, чем подсказывает степень повышения давления: 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.
Интеркулер возвращает часть потерь
Интеркулер отводит тепло из сжатого воздуха перед тем, как он попадает в двигатель. Если он охлаждает заряд до 40 °C (313.15 K), плотность при 15 psi равна 2.02 × 293.15 ÷ 313.15 = 1.89, что на 23% больше, чем 1.53 без охлаждения при том же наддуве. Поэтому одно и то же показание манометра может означать совершенно разное количество воздуха в двух автомобилях.
При 15 psi: идеальная степень повышения давления 2.02, плотность с компрессором КПД 70% и без охлаждения 1.53, плотность с интеркулером до 40 °C 1.89. Давление во всех трёх случаях одинаково. Различается только температура.
Почему реальный прирост ещё меньше
Плотность — лишь первое ограничение. Горячий и плотный воздух в цилиндре повышает температуру при сжатии, и если конец смеси загорится сам до того, как до него дойдёт пламя, возникает детонация — резкий скачок давления, который может повредить поршни. Двигатели справляются с этим, сдвигая угол зажигания, добавляя топливо для охлаждения заряда или снижая степень сжатия, и каждый из этих способов отдаёт часть мощности, которую мог дать дополнительный воздух. Подача топлива, прочность деталей двигателя и сцепление шин накладывают дальнейшие потолки на то, что можно использовать при данном наддуве.
Так что идеальный множитель — это ориентир направления и размера, а не прогноз. Разумное ожидание: первые фунты дают близко к 6.8% каждый, а дальше на psi будет меньше, особенно без охлаждения.
В игре
Pink Slip Kings В настройках среди регулируемых значений есть наддув наряду с передаточными числами, главной передачей и оборотами старта, а также есть стенд для сравнения мощности и крутящего момента. В описании не сказано, как моделируются наддув, нагрев или детонация, поэтому всё выше — реальная физика, а не описание правил игры. Чтобы понять, как изменение мощности отражается на кривой, читайте записи о динамометрической диаграмме, а о том, как крутящий момент передаётся на шины, — записи о launch RPM.
Pink Slip Kings: Drag Racing является трёхмерной игрой на драг-рейсинг с ручным стартом и переключением передач, подробной настройкой передаточных чисел, главной передачи, наддува и оборотов старта, а также стендом. Работает офлайн, без рекламы и покупок в приложении, а внутриигровые деньги и машины нельзя купить или обменять на настоящие деньги.