Curva de par en los modernos motores de gasolina turboalimentados

¿Cómo pueden los motores de gasolina turboalimentados modernos tener mesetas de par constante en un amplio rango de rpm? ¿La relación matemática entre par y potencia todavía se mantiene aquí? Esto se ve totalmente diferente de un motor normalmente aspirado donde el par y la potencia aumentan gradualmente.

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El par motor producido es una función de la cantidad de aire ingerido y la relación aire / combustible combinada en los cilindros, combinada con variables 'estáticas' como la relación de compresión, diámetro interior / carrera, diseño del cigüeñal, longitud de admisión, perfil de leva , tamaño de admisión y escape, etc.

Con todos los demás parámetros ahora estáticos (no variables) una vez que el motor está construido y ensamblado, y con la ECU controlando la cantidad de combustible agregado a la mezcla (relación aire / combustible), en los motores de gasolina, el torque producido en ese motor ahora es casi en su totalidad en función del flujo de aire. Más aire en los cilindros = más torque, menos aire en los cilindros = menos torque (hablando de masa aquí, no de volumen).

Aspiración natural (no variable)

Debido a esto, en un motor de combustión interna de aspiración no variable de leva no variable aspirado naturalmente, habrá una (y solo una) RPM a la cual el flujo alcanzará un pico, según el perfil de la leva y la longitud de admisión (una joroba en el grafico). Puede sintonizar dónde ocurre este pico con varias levas y cabezales y tamaños de válvula, pero solo hay uno. (nota: esto excluye la longitud de admisión variable y los sistemas de levas variables, ver más abajo)

Aspiración natural (cámara variable y / o admisión)

Con perfiles de levas variables, puede haber dos o más picos (o incluso una configuración continuamente variable en teoría) donde cada perfil de levas o longitud de admisión distinta experimenta el flujo máximo (mayor carga de masa en los cilindros). Esto puede variar la elevación, la duración o ambas válvulas. Ejemplos de esto son el VTEC de Honda , el VVT-i de Toyota , conocido genéricamente como sincronización variable de válvulas .

La longitud de admisión también se puede variar además o en lugar del perfil de la leva, para obtener máximos locales adicionales (aunque generalmente más pequeños) a lo largo del gráfico (sub-picos). Ejemplos de esto son el VRIS de Mazda , el colector de admisión variable de VW en el VR6 , el YCC-I de Yamaha

Inducción forzada (regulada)

Ahora, consideremos la inducción forzada. Con un compresor capaz (ya sea sobrealimentador o turbocompresor), será capaz de una carga de masa variable a través del rango de RPM. Por varias razones, las válvulas de derivación / descarga, las compuertas de desecho, los embragues y dispositivos similares limitan la cantidad a un valor conocido, generalmente basado en la presión (por ejemplo, 21 psi). A esta presión, si podemos asumir una temperatura constante (que no podemos en la práctica), eso produciría una masa de aire teóricamente constante que ingresa a los cilindros con un impulso suficiente. Con una masa de aire establecida y una ECU que inyecta una cantidad correspondiente de combustible, el motor producirá una cantidad constante de torque .

Cada evento de detonación experimentará la presión de expansión de esa cantidad establecida de masa de aire y combustible, y su línea de torsión se vuelve plana a medida que se forza 21 psi de aire a través de la admisión presurizada de manera constante (a diferencia del consumo variable de aspiración natural). Esto no será 'plano' cuando el compresor no pueda producir más presión que la cantidad regulada, lo que sucederá tanto cuando el compresor no gire lo suficientemente rápido (demasiado bajo de RPM) como cuando la cantidad de aire fluya por el motor requiere a una RPM es mayor de lo que el compresor puede proporcionar (demasiado alto de RPM).

Inducción forzada (no regulada)

Ahora, en teoría, si los componentes de su motor se construyen en exceso para manejar mucho más torque del que necesitarían, de lo contrario, podría eliminar el sistema de desecho / embrague y desregular la presión máxima, permitiendo esencialmente que las características de flujo del compresor definan cualquier pico. podría producirse, hasta que el compresor esté tan fuera de su eficiencia que esté calentando la carga de aire (y por lo tanto expandiéndola) tanto que esté causando la detonación, haciendo que los componentes fallen o reduciendo la masa de aire efectiva incluso con una presión más alta , o alguna combinación de los mismos.

Inducción Forzada - Teoría vs Práctica

También tenga en cuenta que hay una gran diferencia entre un gráfico de dinamómetro 'teórico', con líneas perfectamente planas / suaves, y un gráfico de dinamómetro 'verdadero' como en la práctica. Incluso con un sistema de inducción forzada perfectamente regulado a una presión establecida (21 psi en el ejemplo anterior, 7.5psi en el gráfico a continuación), habrá ligeras variaciones debido a las características de temperatura y flujo del sistema de admisión y leva a varias RPM, que puede conducir a laderas y pequeños picos / valles en la región 'plana'.

¿Por qué par plano?

Sería posible, en teoría, introducir restricciones variables artificiales en un motor de aspiración natural para producir los mismos resultados, pero sería un desperdicio. Alternativamente, si pudieras diseñar un sistema perfecto de leva y admisión continuamente variable, tal vez ese sistema podría (en teoría) alcanzar una masa de aire constante y, por lo tanto, una curva plana.

La razón por la cual la regulación de la presión se realiza con inducción forzada generalmente tiene que ver con restricciones de diseño, como el precio por sobre construir los componentes para manejar el pico de torque corto, incluyendo posiblemente todo, desde el tamaño del inyector de combustible hasta la metalurgia del pistón y el vástago, y el golpe correspondiente eso se tomará en fiabilidad para obtener ganancias muy pequeñas.

caballos de fuerza = (par * RPM) / 5252 siempre.

Por lo general, los motores tienen que aspirar aire y combustible para que solo puedan aspirar en una cantidad óptima en un rango determinado. Con un turbo estás forzando el aire, por lo que el motor puede generar más torque en un rango más amplio. Si hay un par máximo que el fabricante desea establecer (para el límite de par en la transmisión / transmisión), pueden establecer un límite de refuerzo para que haya una línea de par plana. Shelby hizo esto con el GLHS, hicieron un par máximo en un rango de 2000 RPM.

Ese no es un gráfico realista de par plano. Debería parecerse más a lo siguiente en el mundo real:

Aunque usted encontrará que el par de potencia v es válido si aplica el cálculo en cualquier punto de la banda de RPM.