Der starke Unterschied zwischen den beiden Ansätzen wird offensichtlich. Sie sind wirklich Größenordnungen voneinander entfernt :
Abhängig von der Konstruktion und Größe des Systems sowie der Aerodynamik des Fahrzeugs kann die Ansauglufttemperatur mit einem Ladeluftkühler nur um 160 ° F gesenkt werden, bevor sie in den Luftraum eintritt. Dies bedeutet, dass ein einfaches Erhöhen der Motorleistung durch Erhöhen des Ladedrucks keine Option ist, da dies ein Überschreiten der Klopfschwelle bedeuten würde.
Hier setzt die Lösung der BMW M Division an: Wenn Wasser in einem feinen Sprühnebel in die Ansaugkammer eingespritzt wird, kann die Temperatur der Ansaugluft um weitere 30 ° C gesenkt werden .
Nehmen wir an, dass der M4-Motor im regulären Betrieb eine durchschnittliche Drehzahl von 1500 U / min hat.
Die vom Motor bei dieser Drehzahl aufgenommene Luftmenge beträgt:
= 2979 cc * 1500 RPM / 2 # divide by 2 because four-stroke
= 2,234,250 cc / min
= 37 liters / second
= 0.037 m3/s
Die Zwillingsturbos entwickeln bei maximaler Beschleunigung 18,1 psi. Lassen Sie uns also eine durchschnittliche Beschleunigung von 4 bis 5 psi veranschlagen.
Absolute pressure at intake valve = 14.7 + 4 = 18.7 psi
Unter der Annahme einer anständigen Ansauglufttemperatur
Air density at 18.7 psi, 50 °C = 1.39 kg/m3
(Zum Glück handelt es sich um eine Direkteinspritzung, daher sind die thermodynamischen Eigenschaften von WolframAlpha für Luft nützlich.)
Wenn zwei und zwei kombiniert werden, beträgt der durchschnittliche Luftmassenstrom (bei 100% volumetrischem Wirkungsgrad):
Mass air flow rate = 1.39 kg/m3 * 0.037 m3/s
= 0.0514 kg/s
(Dies wirft die Frage auf: Was ist hier ein angemessener volumetrischer Wirkungsgrad anzunehmen? Mehr dazu später)
Wie viel Energie bewirkt es, dass sich die Luft unter diesen Bedingungen erwärmt?
Anscheinend 719,5 J / (kg-K) .
Und wie viel Energie wird benötigt, um Wasser in Dampf umzuwandeln?
Latente Verdampfungswärme von Wasser = 2.230.000 J / kg
Das ist eine epische Menge an Energie. Es speichert die spezifische Wärme des Wassers, die 4200 J / (kg- ° C) beträgt.
Wie hoch ist der durchschnittliche Wasserdurchsatz?
Bei 100% VE beträgt die Energie pro Sekunde, die erforderlich ist, um die Lufttemperatur um 44 ° C zu ändern:
= m • Cv • ( T1 - T2 )
= 0.0514 • 719.5 • 44
= 1630 J
Das bedeutet nicht viel Wasser:
Wassermengenstrom pro Sekunde benötigen:
= Energy ÷ ( latent heat of vaporization )
= 1630 J / 2,230,000 J/kg
= 0.00073 kg
= 0.73 g
Mit anderen Worten, ungefähr 44 cm³ / Minute bei 100% VE .
Wenn die reale VE 20% beträgt, was bei Teillast zu erwarten ist, sinkt diese Zahl auf etwa 9 cm³ / Minute .
Laut anonymous2 beträgt der Wassertank 5000 ccm
Bei 9 cc / min sollte der Wassertank also ungefähr 9,25 Stunden halten .
Wenn die durchschnittliche Fahrzeuggeschwindigkeit bei 1500 U / min etwa 45 Meilen pro Stunde beträgt, sollte der Tank ungefähr 40 Stunden halten .
Die 4x-Diskrepanz könnte auf eine der vielen getroffenen Annahmen zurückzuführen sein. Zumindest der berechnete Wert befindet sich im richtigen Baseballstadion.
Die Mindestmenge an Wasser, die erforderlich ist, um einen angemessenen sekundären Krafthub auszuführen ...
wäre eine, bei der Dampf den Hubraum des Zylinders einnimmt:
Steam required = displacement * RPM / 3 # once per three crank revs
= 2979 cc * 1500 RPM / 3
= 1,489,500 cc / min
Das sind ungefähr 1500 l / min oder 0,25 m3 / s
Wie viel Wasser wird dafür benötigt?
Abhängig von den Zylinderkopftemperaturen, aber unter der Annahme von 0,8 bar und 350 ° F beträgt das Expansionsverhältnis ungefähr 2600: 1 .
Also Gesamtwasserdurchfluss erforderlich:
= 1,489,500 cc / min ÷ 2600
= 572 cc / min