Comment Choisir Un Turbo (Texte traduit de Garett)
Publié: Mar 03 Oct 2006, 10:28 pmTechnologie 103 (expert) de Turbo
Cet article est un peu plus technique et décrira les parties de la carte de compresseur, comment estimer le rapport de pression et le taux d'écoulement de la masse d'air pour votre moteur, et comment tracer les points sur les cartes pour aider à choisir le bon turbocompresseur. Avoir votre calculatrice à portée de la main ! !
1 La carte de compresseur :
◊ La carte de compresseur est un graphique qui décrit les performance caractéristiques d’un compresseur, y compris l'efficacité, l’intervalle d'écoulement de la masse d’air, les capacité du ((boost)) pression, et la vitesse du turbo. Ci-dessous c’est une figure qui identifie les aspects typique d’une carte de compresseur :
Rapport de pression:
Le rapport de pression (
) est défini comme pression absolue de sortie divisée par la pression absolue d'admission.
• Où :
o
= rapport de pression
o P2c = compresseur
o Pression de décharge
o P1c = pression d'admission de compresseur
• Il est important d'employer des unités de pression absolue pour P1c et P2c. Se rappeler que la pression absolue au niveau de la mer est de 14.7 psia. (dans les unités psia., cela se rapporte au « absolu »). Ceci se réfère à une pression atmosphérique normal à des conditions normal.
• La pression Gauge (en unités de psig, le g se rapporte au « Gauge ») mesurant la pression au-dessus de l'atmosphérique, ainsi une lecture de pression indiquée aux conditions atmosphériques lira zéro. Le Gauge du (boost) mesurera le pression au niveau de l’intake relativement à la pression atmosphérique, ainsi vous mesurer le pression du Gauge . C'est important quand vous déterminer le P2c. Par exemple, une lecture de 12 psig sur un Gauge de pression signifie que la pression d’air dans l’intake est de 12 psi au-dessus de la pression atmosphérique. Pour un jour à des conditions atmosphériques normal,
12 psig + 14.7 psia. = 26.7 psi de pression absolue dans l’intake
• Le rapport de pression à cette étape peut maintenant être calculé :
26.7 psia/14.7 psia = 1.82
• Cependant, ceci suppose qu'il n'y a aucun impact défavorable du filtre à air à l'admission du compresseur.
• En déterminant le rapport de pression, la pression absolue à l'admission du compresseur (P2c) est souvent MOINS que la pression ambiante, particulièrement à de haute charge. Pourquoi est-ce que c'est comme ça ? N'importe quelle restriction (provoquée par le filtre à air ou la canalisation restrictive) aura comme conséquence une « dépression, » ou la perte de pression, la remonter de la poussée d’air du compresseur doit être calculé pour déterminer le rapport de pression. Cette dépression peut être de 1 psig ou plus sur quelques intake. Dans ce cas-ci P1c dans une journée normale :
14.7psia - 1 psig = 13 psia à l'admission du compresseur
• Tenant compte du 1 psig de dépression de l’intake, le rapport de pression est maintenant :
(12 psig + 14.7 psia) /13.7 psia = 1.95.
• C'est mieux, mais si vous n'êtes pas au niveau de la mer ? Dans ce cas-ci, enlever simplement la pression atmosphérique réelle au lieu de 14.7 psi dans l’équations ci-dessus changer la pour avoir un calcul plus précis. À des altitudes plus élevées, ceci peut avoir un effet significatif sur le rapport de pression.
Par exemple, à Denver à 5000 pied d’altitude, la pression atmosphérique est en général autour 12.4 psia. Dans ce cas-ci, le calcul de rapport de pression, tenant compte de la dépression de l’intake est :
(12 psig + 12.4 psia) / (12.4 psia - 1 psig) = 2.14
Comparé au rapport de 1.82 pression a calculé plus haut, ceci à une grande différence.
• Comme vous pouvez voir dans les exemples ci-dessus, le rapport de pression dépend de beaucoup plus que juste le boost.
Taux d'écoulement de la masse d’air.
• Le taux d'écoulement de la masse d’air est la masse d'air traversant un compresseur (et le moteur !) sur une période de temps donnée et est généralement exprimé en lb/min (livres par minute). L'écoulement de la masse d’air peut être physiquement mesuré, mais dans beaucoup de cas il est suffisant d'estimer l'écoulement de la masse d’air pour choisir le turbo approprié.
• Beaucoup de gens emploient le débit volumétrique (exprimé en pieds cubes par minute, CFM ou pi3/minute) au lieu du taux d'écoulement de la masse d’air. Le débit volumétrique peut être converti en écoulement de la masse d’air multiplié par la densité d'air. La densité d'air au niveau de la mer est 0.076lb/ft3
• Quel est mon taux d'écoulement de la masse d’air? Comme règle générale, les moteur à essence turbochargé produiront de 9.5-10.5 HP (la mesure prise à la flywheel) pour chaque lb/min de flux d'air. Ainsi, un moteur avec une puissance en chevaux d’un maximum de 400HP exigera de 36-44 lb/min de flux d'air pour réaliser cette puissance. C'est juste une première approximation pour aider sur les options des turbo à choisir.
Ligne de montée subite
• La montée subite(surge) est la frontière à gauche sur la carte de compresseur. Les opératiosn à la gauche de cette ligne représente une région d'instabilité d'écoulement d’air. Cette région est caractérisée par une petite poussé à la poussée d'une manière extravagante d’air et au « crillage » du compresseur. L'opération continue dans cette région peut mener à une usure prématuré du turbo dû au chargement lourd de poussée d’air.
• La montée subite est le plus généralement expérimentée quand une des deux situations suivante existent. La premiére et la plus d'endommagable est la montée subite sous la charge. Ce qui peut être une indication que votre compresseur est trop gros. La montée subite est également généralement éprouvée quand le throttle est rapidement fermée après avoir booster. Ce qui se produira est que l'écoulement de la masse d’air sera rigoureusement réduit parce que le throttle sera fermée, mais le turbo tournera toujours et produisant toujours du boost. Ceci conduit immédiatement le point de fonctionnement loin vers la gauche de la carte du compresseur, directement dans la montée subite.
La montée subite tombera une fois que la vitesse du turbo ralentira finalement assez pour réduire la poussée et pour déplacer le point de fonctionnement de nouveau dans la région stable. Cette situation est généralement adressée en utilisant les soupapes de surpression (BOV) ou un bypass valve. Une BOV fonctionne pour mettre la pression de l’intake à l'air libre de sorte que les rampes d'écoulement de la masse d’air s’écoule tranquillement, gardant le compresseur hors de la montée subite. Dans le cas d'un bypass valve, le flux d'air est recyclé de nouveau à l'admission du compresseur.
• Un compresseur ((Ported Shroud)) (voir 2) est un dispositif qui est incorporé dans le compresseur. Il fonctionne pour déplacer la ligne de montée subite plus loin vers la gauche (voir 3) en permettant à un certain flux d'air de sortir de la roue par le trou pour garder la montée subite sans problème. Ceci fournit un intervalle utilisable additionnelle et permet à un plus grand compresseur d'être utilisé pour des conditions plus élevées d'écoulement sans risquer de mettre le compresseur dans un état dangereux de montée subite. La présence du ((Ported Shroud)) est un minime impact négatif sur l'efficacité du compresseur.
La ligne d'évacuation est la frontière droite de la carte du compresseur. Pour des cartes de Garrett, la ligne d'évacuation est typiquement définie par le point où l'efficacité chute en-dessous de 58%. Dans le cas de la baisse rapide de l'efficacité du compresseur après ce point, la vitesse du turbo sera également proche ou dépassera la limite permise. Si votre opération réelle ou prévue est au delà de cette limite, un plus grand compresseur est nécessaire.
Les lignes de vitesse du Turbo sont des lignes de vitesse constante du turbo. La vitesse du Turbo pour des points entre ces lignes peut être estimée par interpolation. À mesure que la vitesse du turbo augmente, le rapport de pression augmente et/ou l'écoulement de la masse d’air augmente. Comme indiqué ci-dessus dans la ligne d'évacuation, les lignes de vitesse du turbo sont très étroites ensemble sur le bord au loin de la carte. Une fois qu'un compresseur fonctionne après la limite de l’évacutation, la vitesse du turbo augmente très rapidement et un état de survitesse du turbo est très probable.
Les îles d'efficacité sont des régions concentrées sur la cartes qui représentent l'efficacité du compresseur à un point quelconque sur la carte. La plus petite île près du centre de la carte est la plus haute ou maximale île d'efficacité. Pendant que le turbo se fait allé, l'efficacité chute par la quantité indiquée jusqu'à la montée subite et des limites d’évacuation sont atteintes.
2. Traçage de vos données sur la carte de compresseur
Dans cette section, des méthodes pour calculer le taux d'écoulement de la masse d’air et le boost pour pouvoir rencontrer un HP voulu. Ces données seront alors employées pour choisir le compresseur et le turbocompresseur appropriés. Avoir une cible de HP à l'esprit est une partie essentielle du processus. En plus d'être nécessaire pour calculé l'écoulement de la masse d’air et le boost, un de HP est exigée pour choisir les bon injecteurs de carburant, pompe d'essence et régulateur, et d'autres éléments du moteur.
◊ Estimer le débit de masse d'air et le boost requis pour atteindre le HP voulu
Choses que vous devez savoir :
HP voulu •
Déplacement du moteur •
Maximum RPM
Condition ambiante • (la température et pression barométrique. La pression barométrique est habituellement donnée en pouces de mercure et peut être convertie en livre par pouce carré en divisant par 2)
Choses que vous devez estimer :
Efficacité volumétrique du moteur •. Nombres typiques pour l’efficacité volumétrique maximale (VE) étant dans les 95%-99% pour les 4 valves et à 88% - 95% pour les 2 valves. Si vous avez une courbe de torque pour votre moteur, vous pouvez employer ceci pour estimer le VE à de diverses vitesses de moteur. Sur un moteur bien tuné, le VE fera une pointe au maximum du torque, et ce nombre peut être employé pour mesurer le VE à d'autres vitesses de moteur. Un moteur de 4 valves aura typiquement un excédent plus élevé de VE dans sont intervalle de révolution qu’un deux-valve.
La température de l’intake •. Les compresseurs avec un rendement plus élevé donnent une température plus basse au manifold. La température du manifold de l’intercooler système sont en général entre 100 - 130 degrés F, tandis que ceux qui ne le sont pas ont des valeurs pouvant atteindre entre 175-300 degrés F.
Consommation de carburant spécifique de frein • (BSFC). BSFC décrit le taux d'écoulement de gaz requis pour produire chaque HP. Les valeurs générales de BSFC pour les moteur turbo au gaz sont entre 0.50 à 0.60 et plus haut. Les unités de BSFC sont
. Un BSFC inférieur signifie que le moteur exige moins de carburant pour produire un HP donnée. Des carburants de course et des setup agressif ont l’exigeance d’atteindre l’intervalle de BSFC décrite ci-dessus.
Pour les équations ci-dessous, nous diviserons BSFC par 60 pour convertir heures en minutes.
Pour tracer le point d'opération du compresseur, calculer d'abord le flux d'air :
Où :
• Wa = Airflowactual (lb/min)
• HP = HP voulu (flywheel)
•
= rapport air/carburant
÷
= BSFC ( ) + 60 (pour convertir des heures en minutes)
EXEMPLE :
J'ai un moteur que je voudrais utiliser pour sortir 400HP, je veux choisir un rapport air/carburant de 12 et employer un BSFC de 0.55. Placer ces nombres à la formule ci-dessus :
d'air.
Ainsi, une carte de compresseur qui a les possibilités d’au moins 44 livres par minute de capacité de flux d'air est un bon point de départ.
Noter que nulle part dans ce calcul nous avons écrit n'importe quel déplacement de moteur ou un nombre de RPM. Ceci est pour n'importe quel moteur, afin de sortir 400 HP, il doit couler environ 44 lb/min (ceci suppose que le BFSC reste constants à travers tous les types moteur).
Naturellement, un plus petit moteur exigera plus de boost ou une vitesse de moteur plus élevée afin d’être aussi efficace qu’un plus gros moteur. Ainsi combien de boost nous aurons de besoin ?
◊ calculer le manifold requis à une pression requis pour avoir le HP ou la poussé d’air voulu :
Où :
• MAPreq = pression absolue du manifold (psia) requis pour avoir le HP voulu
• Wa = Airflowactual (lb/min)
• R = constante de gaz = 639.6
• Tm = température de l’intake manifold (degrés F)
• VE = efficacité volumétrique
• N = vitesse du moteur (RPM)
• Vd = déplacement de moteur (pouces cubiques, converti des litres en CI en multipliant par 61.02, ex. 2.0 litres * 61.02 = 122 ci)
EXEMPLE :
Pour continuer l'exemple ci-dessus, considérons un moteur de 2.0 litres avec la description qui suit :
• Wa = 44 lb/min comme nous avons calculé plus haut
• Tm = 130 degrés de F
• VE = 92% à la puissance maximale
• N = 7200 T/MN
• Vd = 2.0 litres * 61.02 = 122 ci
= 41.1 psia (se rappeler, ceci est une pression absolue. Soustraire la pression atmosphérique afin d'obtenir la pression indiquée sur un Gauge (boost aka) :
41.1 psia - 14.7 psia (au niveau de la mer) = 26.4 psig de boost
Si on fait une comparaison et que l’on répète le calcul par un plus gros moteur de 5.0L (4942 cc/302 CI).
Où :
• Wa = 44 lb/min comme nous avons calculé plus haut
• Tm = 130 degrés de F
• VE = 85% à la puissance maximale (c'est une pushrod V-8)
• N = 6000 RPM
• Vd = 4.942*61.02= 302 CI
= 21.6 psia (ou 6.9 psig)
Cet exemple illustre bien la facon d'atteindre une puissance de 400HP, un plus gros moteur exige une pression plus petite au manifold mais a besoin toujours de 44lb/min de flux d'air. Ceci peut avoir un effet très significatif sur comment choisir le bon compresseur.
Avec l'écoulement de la masse d’air et la pression de la tubulure, nous sommes presque prêts à tracer les données sur la carte de compresseur. La prochaine étape est de déterminer combien de perte de pression existe entre le compresseur et la tubulure. La meilleure manière de faire ceci est de mesurer la chute de pression avec un système d'acquisition de données, mais souvent ce n'est pas pratique.
Tout dépend du débit, les caractéristiques de charge du refroidisseur d'air, la taille du piping, le nombre/et la qualité des courbes du piping, de la restriction du throttle body, etc., la chute de pression de la tuyauterie peut être estimée. Ceci peut être de 1 psi ou moins pour un système très bien conçu. Sur certaines installations restrictives d'OEM, particulièrement ceux qui ont maintenant des niveaux de flux d'air plus haut que stock, la chute de pression peuvent être de 4 psi ou plus grands.
Pour nos exemples nous supposerons qu'il y a une perte de 2 psi. Déterminant ainsi la pression de décharge du compresseur (P2c), 2 psi sera ajoutées à la pression de la tubulures calculée ci-dessus.
Où :
• P2c = pression de décharge du compresseur (psia)
MAP • = pression absolue de la tubulures (psia)
• ΔPloss = perte de pression entre le compresseur et la tubulures (psi)
Pour les moteur 2.0L :
= 43.1 psia
Pour les moteur 5.0L :
= 23.6 psia
Se rappeler notre discussion sur la dépression d'admission dans le rapport de pression plus tôt, nous avons dit qu'une valeur typique pourrait être de 1 psi, de sorte que se soit employé dans ce calcul. Pour cet exemple, supposons que nous sommes au niveau de la mer, ainsi la pression ambiante est de 14.7 psia.
Nous devrons soustraire la perte de pression de 1 psi de la pression ambiante afin de déterminer la pression d'admission du compresseur (P1).
Où :
• P 1c = pression d'admission du compresseur (psia)
• P amb = pression atmosphérique ambiante (psia)
• ΔP loss = perte de pression due au filtre à/à la tuyauterie (psi)
P1c = 14.7 - 1
= 13.7 psia
Avec ceci, nous pouvons calculer le rapport de pression ( ) en employant l'équation.
Pour les moteur 2.0L :
= 3.14
Pour les moteur 5.0L :
= 1.72
Nous avons maintenant assez d'information pour tracer ces points d’opération sur la carte de compresseur. D'abord nous essayerons un GT2860RS. Ce turbo a un 60mm, 60 trim a la roue du compresseur.
Clairement ce compresseur est trop petit, car les deux points sont placés loin vers la droite et au delà de la ligne de l'évacuation du compresseur.
Un autre candidat potentiel pourrait être le GT3076R. Ce turbo a 76mm, 56 trim a la roue du compresseur :
C'est bien mieux ; au moins les deux points sont sur la carte ! Regardons chaque point en détail.
Pour le moteur 2.0L ce point est dans un secteur très efficace de la carte, mais puisqu'il est au centre de la carte, il y aurait un souci aux niveau de la vitesse d’un moteur plus petit car il serait près ou au-dessus de la ligne de montée subite. Ceci pourrait être correct pour un powerband high-rpm-biased qui pourrait être utilisé pour de la course automobile, mais une application de rue , se serait mieux de se servir d’un compresseur différent.
Pour le moteur 5.0L, ceci ressemble à un bon powerband street-biased, avec un moteur plus petit passant par la zone du rendement le plus élevé sur la carte, il est sur de rester dégagé de la montée subite. Un sujet de préoccupation serait survitesse du turbo quand le moteur révolutionne à sa puissante maximale. Un plus gros compresseur placerait le point de fonctionnement plus près au centre de la carte et donnerait un certain avantage additionnel à un powerband high-rpm-biased. Nous regarderons un plus gros compresseur pour le 5.0L après que nous aurons trouvé quelque chose de bon pour la rue pour le moteur 2.0L.
Maintenant regardons au GT3071R, qui emploie un 71mm, 56 trim a la roue du compresseur.
Pour le moteur 2.0L, c'est un compresseur beaucoup plus de mi-gamme-orienté. Le point de fonctionnement est décalé un peu vers le côté de l’évacuation de la carte et ceci fournit la marge additionnelle de montée subite. Un moteur plus petit donnerais un rendement plus élevé et aussi aurais une exécution et réponse plus rapide.
Pour le moteur 5.0L, le compresseur est clairement trop petit et ne serait pas considéré.
Maintenant que nous sommes arrivés à un compresseur acceptable pour le moteur 2.0L, calculons à un RPM plus petit pour mettre dessus la carte pour mieux voir la sensation que la ligne de fonctionnement de moteur ressemblera. Nous pouvons calculer ceci avec la formule suivante :
Nous choisirons la vitesse du moteur à laquelle nous compterions voir le couple maximal, basée sur une expérience. Dans ce cas-ci nous choisirons 5000rpm.
Où :
• Wa = Airflowactual (lb/min)
MAP • = pression absolue de la tubulures (psia) =35.1 psia
• R = constante de gaz = 639.6
• Tm = température de l’intake manifold (degrés F) =130
• VE = efficacité volumétrique = 0.98
• N = vitesse du moteur (RPM) = 5000rpm
• Vd = déplacement du moteur (pouces cubiques, converti des litres à CI par la multiplication par 61, ex. 2.0 litres * 61 = 122 CI)
= 34.1 lb/min
La traçage de ceci sur la carte de compresseur d’un GT3071R donne les points suivants de fonctionnement.
Ceci donne une bonne représentation de la ligne de fonctionnement à ce niveau de poussée, qui est bien adapté à cette carte. Aux vitesses de moteur inférieures à 5000rpm la surpression sera inférieure, et le rapport de pression serait inférieur, pour garder le compresseur hors de la montée subite.
De retour au moteur 5.0L. Regardons avec un plus gros compresseur. Cette fois nous essayerons un GT3582R avec 82mm, 56 trim a la roue du compresseur.
Ici, comparé au GT3076R, nous pouvons voir que ce point n'est pas tout à fait dans l’évacuation et donnera meilleure exécution à haut-rpm que la roue de 76mm. Un accroissement plus gros de la taille de la roue donnerait encore une meilleure exécution à haut-rpm, mais à bas régime une réponse et manoeuvrabilité de mi-portée.
Si tout va bien ceci a donné une idée fondamentale de quels affichages de carte de compresseur et de la façon choisir un compresseur. Comme vous pouvez voir, quelques évaluations et calculs simples peuvent fournir une bonne base pour le choix de compresseur. Si les vraies données sont disponibles pour être substituées au lieu de l'évaluation, des résultats plus précis peuvent être produits.
Cet article est un peu plus technique et décrira les parties de la carte de compresseur, comment estimer le rapport de pression et le taux d'écoulement de la masse d'air pour votre moteur, et comment tracer les points sur les cartes pour aider à choisir le bon turbocompresseur. Avoir votre calculatrice à portée de la main ! !
1 La carte de compresseur :
◊ La carte de compresseur est un graphique qui décrit les performance caractéristiques d’un compresseur, y compris l'efficacité, l’intervalle d'écoulement de la masse d’air, les capacité du ((boost)) pression, et la vitesse du turbo. Ci-dessous c’est une figure qui identifie les aspects typique d’une carte de compresseur :
Rapport de pression:
Le rapport de pression (
) est défini comme pression absolue de sortie divisée par la pression absolue d'admission.
• Où :
o
= rapport de pression
o P2c = compresseur
o Pression de décharge
o P1c = pression d'admission de compresseur
• Il est important d'employer des unités de pression absolue pour P1c et P2c. Se rappeler que la pression absolue au niveau de la mer est de 14.7 psia. (dans les unités psia., cela se rapporte au « absolu »). Ceci se réfère à une pression atmosphérique normal à des conditions normal.
• La pression Gauge (en unités de psig, le g se rapporte au « Gauge ») mesurant la pression au-dessus de l'atmosphérique, ainsi une lecture de pression indiquée aux conditions atmosphériques lira zéro. Le Gauge du (boost) mesurera le pression au niveau de l’intake relativement à la pression atmosphérique, ainsi vous mesurer le pression du Gauge . C'est important quand vous déterminer le P2c. Par exemple, une lecture de 12 psig sur un Gauge de pression signifie que la pression d’air dans l’intake est de 12 psi au-dessus de la pression atmosphérique. Pour un jour à des conditions atmosphériques normal,
12 psig + 14.7 psia. = 26.7 psi de pression absolue dans l’intake
• Le rapport de pression à cette étape peut maintenant être calculé :
26.7 psia/14.7 psia = 1.82
• Cependant, ceci suppose qu'il n'y a aucun impact défavorable du filtre à air à l'admission du compresseur.
• En déterminant le rapport de pression, la pression absolue à l'admission du compresseur (P2c) est souvent MOINS que la pression ambiante, particulièrement à de haute charge. Pourquoi est-ce que c'est comme ça ? N'importe quelle restriction (provoquée par le filtre à air ou la canalisation restrictive) aura comme conséquence une « dépression, » ou la perte de pression, la remonter de la poussée d’air du compresseur doit être calculé pour déterminer le rapport de pression. Cette dépression peut être de 1 psig ou plus sur quelques intake. Dans ce cas-ci P1c dans une journée normale :
14.7psia - 1 psig = 13 psia à l'admission du compresseur
• Tenant compte du 1 psig de dépression de l’intake, le rapport de pression est maintenant :
(12 psig + 14.7 psia) /13.7 psia = 1.95.
• C'est mieux, mais si vous n'êtes pas au niveau de la mer ? Dans ce cas-ci, enlever simplement la pression atmosphérique réelle au lieu de 14.7 psi dans l’équations ci-dessus changer la pour avoir un calcul plus précis. À des altitudes plus élevées, ceci peut avoir un effet significatif sur le rapport de pression.
Par exemple, à Denver à 5000 pied d’altitude, la pression atmosphérique est en général autour 12.4 psia. Dans ce cas-ci, le calcul de rapport de pression, tenant compte de la dépression de l’intake est :
(12 psig + 12.4 psia) / (12.4 psia - 1 psig) = 2.14
Comparé au rapport de 1.82 pression a calculé plus haut, ceci à une grande différence.
• Comme vous pouvez voir dans les exemples ci-dessus, le rapport de pression dépend de beaucoup plus que juste le boost.
Taux d'écoulement de la masse d’air.
• Le taux d'écoulement de la masse d’air est la masse d'air traversant un compresseur (et le moteur !) sur une période de temps donnée et est généralement exprimé en lb/min (livres par minute). L'écoulement de la masse d’air peut être physiquement mesuré, mais dans beaucoup de cas il est suffisant d'estimer l'écoulement de la masse d’air pour choisir le turbo approprié.
• Beaucoup de gens emploient le débit volumétrique (exprimé en pieds cubes par minute, CFM ou pi3/minute) au lieu du taux d'écoulement de la masse d’air. Le débit volumétrique peut être converti en écoulement de la masse d’air multiplié par la densité d'air. La densité d'air au niveau de la mer est 0.076lb/ft3
• Quel est mon taux d'écoulement de la masse d’air? Comme règle générale, les moteur à essence turbochargé produiront de 9.5-10.5 HP (la mesure prise à la flywheel) pour chaque lb/min de flux d'air. Ainsi, un moteur avec une puissance en chevaux d’un maximum de 400HP exigera de 36-44 lb/min de flux d'air pour réaliser cette puissance. C'est juste une première approximation pour aider sur les options des turbo à choisir.
Ligne de montée subite
• La montée subite(surge) est la frontière à gauche sur la carte de compresseur. Les opératiosn à la gauche de cette ligne représente une région d'instabilité d'écoulement d’air. Cette région est caractérisée par une petite poussé à la poussée d'une manière extravagante d’air et au « crillage » du compresseur. L'opération continue dans cette région peut mener à une usure prématuré du turbo dû au chargement lourd de poussée d’air.
• La montée subite est le plus généralement expérimentée quand une des deux situations suivante existent. La premiére et la plus d'endommagable est la montée subite sous la charge. Ce qui peut être une indication que votre compresseur est trop gros. La montée subite est également généralement éprouvée quand le throttle est rapidement fermée après avoir booster. Ce qui se produira est que l'écoulement de la masse d’air sera rigoureusement réduit parce que le throttle sera fermée, mais le turbo tournera toujours et produisant toujours du boost. Ceci conduit immédiatement le point de fonctionnement loin vers la gauche de la carte du compresseur, directement dans la montée subite.
La montée subite tombera une fois que la vitesse du turbo ralentira finalement assez pour réduire la poussée et pour déplacer le point de fonctionnement de nouveau dans la région stable. Cette situation est généralement adressée en utilisant les soupapes de surpression (BOV) ou un bypass valve. Une BOV fonctionne pour mettre la pression de l’intake à l'air libre de sorte que les rampes d'écoulement de la masse d’air s’écoule tranquillement, gardant le compresseur hors de la montée subite. Dans le cas d'un bypass valve, le flux d'air est recyclé de nouveau à l'admission du compresseur.
• Un compresseur ((Ported Shroud)) (voir 2) est un dispositif qui est incorporé dans le compresseur. Il fonctionne pour déplacer la ligne de montée subite plus loin vers la gauche (voir 3) en permettant à un certain flux d'air de sortir de la roue par le trou pour garder la montée subite sans problème. Ceci fournit un intervalle utilisable additionnelle et permet à un plus grand compresseur d'être utilisé pour des conditions plus élevées d'écoulement sans risquer de mettre le compresseur dans un état dangereux de montée subite. La présence du ((Ported Shroud)) est un minime impact négatif sur l'efficacité du compresseur.
La ligne d'évacuation est la frontière droite de la carte du compresseur. Pour des cartes de Garrett, la ligne d'évacuation est typiquement définie par le point où l'efficacité chute en-dessous de 58%. Dans le cas de la baisse rapide de l'efficacité du compresseur après ce point, la vitesse du turbo sera également proche ou dépassera la limite permise. Si votre opération réelle ou prévue est au delà de cette limite, un plus grand compresseur est nécessaire.
Les lignes de vitesse du Turbo sont des lignes de vitesse constante du turbo. La vitesse du Turbo pour des points entre ces lignes peut être estimée par interpolation. À mesure que la vitesse du turbo augmente, le rapport de pression augmente et/ou l'écoulement de la masse d’air augmente. Comme indiqué ci-dessus dans la ligne d'évacuation, les lignes de vitesse du turbo sont très étroites ensemble sur le bord au loin de la carte. Une fois qu'un compresseur fonctionne après la limite de l’évacutation, la vitesse du turbo augmente très rapidement et un état de survitesse du turbo est très probable.
Les îles d'efficacité sont des régions concentrées sur la cartes qui représentent l'efficacité du compresseur à un point quelconque sur la carte. La plus petite île près du centre de la carte est la plus haute ou maximale île d'efficacité. Pendant que le turbo se fait allé, l'efficacité chute par la quantité indiquée jusqu'à la montée subite et des limites d’évacuation sont atteintes.
2. Traçage de vos données sur la carte de compresseur
Dans cette section, des méthodes pour calculer le taux d'écoulement de la masse d’air et le boost pour pouvoir rencontrer un HP voulu. Ces données seront alors employées pour choisir le compresseur et le turbocompresseur appropriés. Avoir une cible de HP à l'esprit est une partie essentielle du processus. En plus d'être nécessaire pour calculé l'écoulement de la masse d’air et le boost, un de HP est exigée pour choisir les bon injecteurs de carburant, pompe d'essence et régulateur, et d'autres éléments du moteur.
◊ Estimer le débit de masse d'air et le boost requis pour atteindre le HP voulu
Choses que vous devez savoir :
HP voulu •
Déplacement du moteur •
Maximum RPM
Condition ambiante • (la température et pression barométrique. La pression barométrique est habituellement donnée en pouces de mercure et peut être convertie en livre par pouce carré en divisant par 2)
Choses que vous devez estimer :
Efficacité volumétrique du moteur •. Nombres typiques pour l’efficacité volumétrique maximale (VE) étant dans les 95%-99% pour les 4 valves et à 88% - 95% pour les 2 valves. Si vous avez une courbe de torque pour votre moteur, vous pouvez employer ceci pour estimer le VE à de diverses vitesses de moteur. Sur un moteur bien tuné, le VE fera une pointe au maximum du torque, et ce nombre peut être employé pour mesurer le VE à d'autres vitesses de moteur. Un moteur de 4 valves aura typiquement un excédent plus élevé de VE dans sont intervalle de révolution qu’un deux-valve.
La température de l’intake •. Les compresseurs avec un rendement plus élevé donnent une température plus basse au manifold. La température du manifold de l’intercooler système sont en général entre 100 - 130 degrés F, tandis que ceux qui ne le sont pas ont des valeurs pouvant atteindre entre 175-300 degrés F.
Consommation de carburant spécifique de frein • (BSFC). BSFC décrit le taux d'écoulement de gaz requis pour produire chaque HP. Les valeurs générales de BSFC pour les moteur turbo au gaz sont entre 0.50 à 0.60 et plus haut. Les unités de BSFC sont
. Un BSFC inférieur signifie que le moteur exige moins de carburant pour produire un HP donnée. Des carburants de course et des setup agressif ont l’exigeance d’atteindre l’intervalle de BSFC décrite ci-dessus.
Pour les équations ci-dessous, nous diviserons BSFC par 60 pour convertir heures en minutes.
Pour tracer le point d'opération du compresseur, calculer d'abord le flux d'air :
Où :
• Wa = Airflowactual (lb/min)
• HP = HP voulu (flywheel)
•
= rapport air/carburant
÷
= BSFC ( ) + 60 (pour convertir des heures en minutes)
EXEMPLE :
J'ai un moteur que je voudrais utiliser pour sortir 400HP, je veux choisir un rapport air/carburant de 12 et employer un BSFC de 0.55. Placer ces nombres à la formule ci-dessus :
d'air.
Ainsi, une carte de compresseur qui a les possibilités d’au moins 44 livres par minute de capacité de flux d'air est un bon point de départ.
Noter que nulle part dans ce calcul nous avons écrit n'importe quel déplacement de moteur ou un nombre de RPM. Ceci est pour n'importe quel moteur, afin de sortir 400 HP, il doit couler environ 44 lb/min (ceci suppose que le BFSC reste constants à travers tous les types moteur).
Naturellement, un plus petit moteur exigera plus de boost ou une vitesse de moteur plus élevée afin d’être aussi efficace qu’un plus gros moteur. Ainsi combien de boost nous aurons de besoin ?
◊ calculer le manifold requis à une pression requis pour avoir le HP ou la poussé d’air voulu :
Où :
• MAPreq = pression absolue du manifold (psia) requis pour avoir le HP voulu
• Wa = Airflowactual (lb/min)
• R = constante de gaz = 639.6
• Tm = température de l’intake manifold (degrés F)
• VE = efficacité volumétrique
• N = vitesse du moteur (RPM)
• Vd = déplacement de moteur (pouces cubiques, converti des litres en CI en multipliant par 61.02, ex. 2.0 litres * 61.02 = 122 ci)
EXEMPLE :
Pour continuer l'exemple ci-dessus, considérons un moteur de 2.0 litres avec la description qui suit :
• Wa = 44 lb/min comme nous avons calculé plus haut
• Tm = 130 degrés de F
• VE = 92% à la puissance maximale
• N = 7200 T/MN
• Vd = 2.0 litres * 61.02 = 122 ci
= 41.1 psia (se rappeler, ceci est une pression absolue. Soustraire la pression atmosphérique afin d'obtenir la pression indiquée sur un Gauge (boost aka) :
41.1 psia - 14.7 psia (au niveau de la mer) = 26.4 psig de boost
Si on fait une comparaison et que l’on répète le calcul par un plus gros moteur de 5.0L (4942 cc/302 CI).
Où :
• Wa = 44 lb/min comme nous avons calculé plus haut
• Tm = 130 degrés de F
• VE = 85% à la puissance maximale (c'est une pushrod V-8)
• N = 6000 RPM
• Vd = 4.942*61.02= 302 CI
= 21.6 psia (ou 6.9 psig)
Cet exemple illustre bien la facon d'atteindre une puissance de 400HP, un plus gros moteur exige une pression plus petite au manifold mais a besoin toujours de 44lb/min de flux d'air. Ceci peut avoir un effet très significatif sur comment choisir le bon compresseur.
Avec l'écoulement de la masse d’air et la pression de la tubulure, nous sommes presque prêts à tracer les données sur la carte de compresseur. La prochaine étape est de déterminer combien de perte de pression existe entre le compresseur et la tubulure. La meilleure manière de faire ceci est de mesurer la chute de pression avec un système d'acquisition de données, mais souvent ce n'est pas pratique.
Tout dépend du débit, les caractéristiques de charge du refroidisseur d'air, la taille du piping, le nombre/et la qualité des courbes du piping, de la restriction du throttle body, etc., la chute de pression de la tuyauterie peut être estimée. Ceci peut être de 1 psi ou moins pour un système très bien conçu. Sur certaines installations restrictives d'OEM, particulièrement ceux qui ont maintenant des niveaux de flux d'air plus haut que stock, la chute de pression peuvent être de 4 psi ou plus grands.
Pour nos exemples nous supposerons qu'il y a une perte de 2 psi. Déterminant ainsi la pression de décharge du compresseur (P2c), 2 psi sera ajoutées à la pression de la tubulures calculée ci-dessus.
Où :
• P2c = pression de décharge du compresseur (psia)
MAP • = pression absolue de la tubulures (psia)
• ΔPloss = perte de pression entre le compresseur et la tubulures (psi)
Pour les moteur 2.0L :
= 43.1 psia
Pour les moteur 5.0L :
= 23.6 psia
Se rappeler notre discussion sur la dépression d'admission dans le rapport de pression plus tôt, nous avons dit qu'une valeur typique pourrait être de 1 psi, de sorte que se soit employé dans ce calcul. Pour cet exemple, supposons que nous sommes au niveau de la mer, ainsi la pression ambiante est de 14.7 psia.
Nous devrons soustraire la perte de pression de 1 psi de la pression ambiante afin de déterminer la pression d'admission du compresseur (P1).
Où :
• P 1c = pression d'admission du compresseur (psia)
• P amb = pression atmosphérique ambiante (psia)
• ΔP loss = perte de pression due au filtre à/à la tuyauterie (psi)
P1c = 14.7 - 1
= 13.7 psia
Avec ceci, nous pouvons calculer le rapport de pression (
) en employant l'équation.
Pour les moteur 2.0L :
= 3.14
Pour les moteur 5.0L :
= 1.72
Nous avons maintenant assez d'information pour tracer ces points d’opération sur la carte de compresseur. D'abord nous essayerons un GT2860RS. Ce turbo a un 60mm, 60 trim a la roue du compresseur.
Clairement ce compresseur est trop petit, car les deux points sont placés loin vers la droite et au delà de la ligne de l'évacuation du compresseur.
Un autre candidat potentiel pourrait être le GT3076R. Ce turbo a 76mm, 56 trim a la roue du compresseur :
C'est bien mieux ; au moins les deux points sont sur la carte ! Regardons chaque point en détail.
Pour le moteur 2.0L ce point est dans un secteur très efficace de la carte, mais puisqu'il est au centre de la carte, il y aurait un souci aux niveau de la vitesse d’un moteur plus petit car il serait près ou au-dessus de la ligne de montée subite. Ceci pourrait être correct pour un powerband high-rpm-biased qui pourrait être utilisé pour de la course automobile, mais une application de rue , se serait mieux de se servir d’un compresseur différent.
Pour le moteur 5.0L, ceci ressemble à un bon powerband street-biased, avec un moteur plus petit passant par la zone du rendement le plus élevé sur la carte, il est sur de rester dégagé de la montée subite. Un sujet de préoccupation serait survitesse du turbo quand le moteur révolutionne à sa puissante maximale. Un plus gros compresseur placerait le point de fonctionnement plus près au centre de la carte et donnerait un certain avantage additionnel à un powerband high-rpm-biased. Nous regarderons un plus gros compresseur pour le 5.0L après que nous aurons trouvé quelque chose de bon pour la rue pour le moteur 2.0L.
Maintenant regardons au GT3071R, qui emploie un 71mm, 56 trim a la roue du compresseur.
Pour le moteur 2.0L, c'est un compresseur beaucoup plus de mi-gamme-orienté. Le point de fonctionnement est décalé un peu vers le côté de l’évacuation de la carte et ceci fournit la marge additionnelle de montée subite. Un moteur plus petit donnerais un rendement plus élevé et aussi aurais une exécution et réponse plus rapide.
Pour le moteur 5.0L, le compresseur est clairement trop petit et ne serait pas considéré.
Maintenant que nous sommes arrivés à un compresseur acceptable pour le moteur 2.0L, calculons à un RPM plus petit pour mettre dessus la carte pour mieux voir la sensation que la ligne de fonctionnement de moteur ressemblera. Nous pouvons calculer ceci avec la formule suivante :
Nous choisirons la vitesse du moteur à laquelle nous compterions voir le couple maximal, basée sur une expérience. Dans ce cas-ci nous choisirons 5000rpm.
Où :
• Wa = Airflowactual (lb/min)
MAP • = pression absolue de la tubulures (psia) =35.1 psia
• R = constante de gaz = 639.6
• Tm = température de l’intake manifold (degrés F) =130
• VE = efficacité volumétrique = 0.98
• N = vitesse du moteur (RPM) = 5000rpm
• Vd = déplacement du moteur (pouces cubiques, converti des litres à CI par la multiplication par 61, ex. 2.0 litres * 61 = 122 CI)
= 34.1 lb/min
La traçage de ceci sur la carte de compresseur d’un GT3071R donne les points suivants de fonctionnement.
Ceci donne une bonne représentation de la ligne de fonctionnement à ce niveau de poussée, qui est bien adapté à cette carte. Aux vitesses de moteur inférieures à 5000rpm la surpression sera inférieure, et le rapport de pression serait inférieur, pour garder le compresseur hors de la montée subite.
De retour au moteur 5.0L. Regardons avec un plus gros compresseur. Cette fois nous essayerons un GT3582R avec 82mm, 56 trim a la roue du compresseur.
Ici, comparé au GT3076R, nous pouvons voir que ce point n'est pas tout à fait dans l’évacuation et donnera meilleure exécution à haut-rpm que la roue de 76mm. Un accroissement plus gros de la taille de la roue donnerait encore une meilleure exécution à haut-rpm, mais à bas régime une réponse et manoeuvrabilité de mi-portée.
Si tout va bien ceci a donné une idée fondamentale de quels affichages de carte de compresseur et de la façon choisir un compresseur. Comme vous pouvez voir, quelques évaluations et calculs simples peuvent fournir une bonne base pour le choix de compresseur. Si les vraies données sont disponibles pour être substituées au lieu de l'évaluation, des résultats plus précis peuvent être produits.
- 7) / 100 = a/r ratio
merci pour les infos les mecs 
