Наддув ДВС. Системы Наддува. Лекция №3

1. Лекция № 3 Наддув ДВС. Системы Наддува (1 час) Токсичность и дымность отработавших газов. Шумоизлучение (1 час)

2. Системы наддува

Задача повышения мощности и крутящего момента двигателя была актуальна
всегда. Мощность двигателя напрямую связана с рабочим объемом цилиндров и
количеством подаваемой в них топливо-воздушной смеси. Т.е., чем больше в
цилиндрах сгорает топлива, тем более высокую мощность развивает силовой агрегат.
Однако самое простое решение — повысить мощность двигателя путем увеличения его
рабочего объема приводит к увеличению габаритов и массы конструкции. Количество
подаваемой рабочей смеси можно поднять за счет увеличения оборотов коленчатого
вала (другими словами, реализовать в цилиндрах за единицу времени большее число
рабочих циклов), но при этом возникнут серьезные проблемы, связанные с ростом
сил инерции и резким увеличением механических нагрузок на детали силового
агрегата, что приведет к снижению ресурса мотора. Наиболее действенным способом
в этой ситуации является наддув.
Представим себе такт впуска двигателя внутреннего сгорания: мотор в это время
работает как насос, к тому же весьма неэффективный — на пути воздуха находится
воздушный фильтр, изгибы впускных каналов, в бензиновых моторах — еще и
дроссельная заслонка. Все это, безусловно, снижает наполнение цилиндра. Ну а что
требуется, чтобы его повысить? Поднять давление перед впускным клапаном — тогда
воздуха в цилиндре «поместится» больше. При наддуве улучшается наполнение
цилиндров свежим зарядом, что позволяет сжигать в цилиндрах большее количество
топлива и получать за счет этого более высокую агрегатную мощность двигателя.

3. Классификация наддува ДВС

Агрегатный наддув осуществляется с помощью нагнетателя. Он подразделяется на:
механический наддув, где используется компрессор, приводимый в действие от
коленчатого вала двигателя;
турбонаддув, где компрессор (обычно центробежный) приводится турбиной,
вращаемой выхлопными газами двигателя;
наддув «Comprex», заключающийся в использовании давления отработавших
газов, действующих непосредственно на поток воздуха, подаваемого в двигатель;
электрический
наддув,
где
используется
нагнетатель,
вращаемый
электродвигателем;
комбинированный наддув объединяет несколько схем, как правило, речь идет о
совмещении механического и турбонаддува.
Безагрегатный наддув. К нему относят:
резонансный наддув (иногда называемый инерционным или акустическим),
реализуемый за счёт колебательных явлений в трубопроводах;
динамический наддув (скоростной или пассивный наддув) увеличивает давление
во впускном коллекторе за счет воздухозаборников особой формы при движении с
высокой скоростью;
рефрижерационный наддув достигается испарением в поступающем воздухе
топлива или какой-либо другой горючей жидкости с низкой температурой кипения
и большой теплотой парообразования, на автомобильных ДВС не применяется.
Отметим, что существуют некоторые разногласия в понятиях, и резонансный наддув иногда
называют динамическим. В данной статье мы под динамическим наддувом будем понимать
только увеличение давления на впуске за счет воздухозаборников особой формы.

4. Механический наддув

позволяет легко поднять мощность двигателя. Основным
элементом в такой системе является нагнетатель, приводимый непосредственно от
коленчатого вала двигателя. Механический нагнетатель способен закачивать воздух в
цилиндры при минимальных оборотах и без задержки, увеличивая давления наддува
строго пропорционально оборотам двигателя, что является важным преимуществом
подобной схемы. Однако механический наддув имеет и существенный недостаток –
он отбирает на свою работу часть мощности двигателя.
Все виды механических нагнетателей можно подразделить на объемные («Рутс»,
«Лисхольм» и др.) и центробежные.

5. Нагнетатель типа «Рутс»/«Итон»

Братья Рутс разработали свой нагнетатель еще в 1859 г.
Он относится к объёмным роторным шестерённым
машинам для подачи газовых сред. Первоначально он
использовался как вентилятор для проветривания
промышленных помещений. Конструкция его была очень
проста: две вращающиеся в противоположных
направлениях прямозубые «шестерни», помещенные в
общий кожух, перекачивают объемы воздуха от
впускного коллектора до выпускного в пространстве
между своими зубьями и внутренней стенкой корпуса.
В 1949 году другой американский изобретатель – Итон
(Eaton) – усовершенствовал конструкцию: прямозубые
«шестерни» превратились в косозубые роторы, а воздух
стал перемещаться не поперек их осей вращения, а
вдоль. Принцип работы при этом не изменился — воздух
внутри агрегата не сжимается, а просто перекачивается в
другой объем, отсюда и название — объемный
нагнетатель.
Схема работы
нагнетателя типа
«Рутс»/«Итон»

6. Нагнетатель типа «Рутс»/«Итон»

В настоящее время совершенствование нагнетателей данного типа идёт по пути
увеличения количества зубьев-лопаток, если первоначально в нагнетателе Итона
было по две лопатки на роторе, то сегодня их число достигло четырёх – «Eaton» TVS».
Увеличение числа лопаток позволяет сгладить основной недостаток нагнетателей типа
«Рутс» – неравномерность подачи воздуха, создающую пульсацию давления. Кроме
того, для тех же целей впускное и выпускное окно компрессора делают треугольным.
Эти конструктивные ухищрения позволяют добиться того, что такие компрессоры
работают достаточно тихо и равномерно. Компрессоры подобного типа имеют ещё
один существенный недостаток. При выдавливании несжатого воздуха в сжатый в
нагнетательном трубопроводе создается турбулентность, способствующая росту
температуры воздушного заряда, поэтому наряду с обычным ростом температуры от
непосредственно повышения давления происходит дополнительный нагрев. В этой
связи современные нагнетатели данного типа в обязательном порядке оснащаются
интеркулерами.
Нагнетатель «TVS»

7. Нагнетатель типа «Рутс»/«Итон»

Сегодня современные технологические возможности вывели подобные
компрессоры на очень высокий уровень производительности. Основные
преимущества нагнетателей «Рутс» заключаются в простоте конструкции (малое
количество деталей и малая скорость вращения роторов делают такие нагнетатели
очень долговечными), компактности, эффективности на малых и средних оборотах
двигателя, низком уровне шума по сравнению с центробежными компрессорами.
Механический наддув c нагнетателем «Рутс»/«Итон»

8.

Центробежный нагнетательПодобные нагнетатели получили в настоящее время наибольшее распространение,
как в виде отдельного приводного компрессора, так и главным образом в составе
турбонаддува.
Основная деталь центробежного нагнетателя – рабочее колесо, или крыльчатка. Она
имеет довольно сложную конусообразную форму. Лопатки крыльчатки играют самую
главную роль. От того, насколько правильно они спроектированы и изготовлены,
зависит результирующая эффективность всего нагнетателя. Итак, воздух, пройдя по
сужающемуся воздушному каналу в нагнетатель, попадает на радиальные лопасти
крыльчатки. Лопасти закручивают и отбрасывают его центробежной силой к
периферии кожуха, где имеется диффузор. Зачастую диффузор имеет лопатки (порой
с регулировкой угла атаки), призванные снизить потери давления.
Далее воздух выталкивается в окружной
воздушный туннель (воздухосборник), который
чаще всего имеет улиткообразную форму
(воздухосборник,
описывая
окружность,
постепенно расширяется в диаметре). Такая
конструкция создает необходимое давление
воздушного потока на выходе из нагнетателя. Дело
в том, что внутри кольца воздух поначалу движется
быстро, и его давление мало. Однако в конце
улитки русло расширяется, скорость воздушного
потока понижается, а давление увеличивается.
Центробежный нагнетатель

9. Центробежный нагнетатель

В силу самого принципа работы у центробежного нагнетателя есть один
существенный недостаток. Для эффективной работы крыльчатка должна вращаться не
просто быстро, а очень быстро. Фактически производимое центробежным
компрессором давление пропорционально квадрату скорости крыльчатки. Скорости
могут быть 40 тыс. об/мин и более, а для высоконапорных компрессоров дизелей
они приближаются к 200 тыс. об/мин. И в том случае если привод осуществляется от
двигателя посредством ременной передачи на шкив турбины, шум от такого
устройства довольно сильный. Проблема шумности и ресурса элементов привода
частично снимается введением дополнительного мультипликатора, который снижает
КПД механического нагнетателя.
Высокие рабочие обороты накладывают особые требования на качество
используемых материалов и точность изготовления (учитывая огромные нагрузки от
центробежных сил). К минусам самого принципа нагнетания можно также отнести
некоторую задержку в срабатывании. Как правило, центробежный нагнетатель дает
прибавку в мощности на довольно высоких оборотах двигателя. Сначала давление
нарастает медленно, но затем, с увеличением оборотов, довольно резко возрастает.
Эта особенность делает центробежные нагнетатели наиболее пригодными для тех
случаев, когда более важно поддержание высоких скоростей, а не интенсивность
разгона. Центробежные нагнетатели очень популярны: сравнительно низкая цена и
простота установки способствовали тому, что компрессоры этого типа почти
вытеснили другие, более дорогие и сложные типы, особенно в сфере тюнинга.
Недостатки данного типа нагнетателей известны: повышенные шум и износ,
эффективная прибавка мощности только на высоких оборотах.

10. Нагнетатели типа «Лисхольм»

Винтовой нагнетатель или нагнетатель типа «Лисхольм» («Lysholm»). Компрессоры
данного типа иногда используются для увеличения мощности двигателя. Первый в
мире винтовой нагнетатель был изготовлен и запатентован шведским инженером
Альфом Лисхольмом в 1936 г. Он также как и «Рутс» относится к роторным объёмным
нагнетателям. Два ротора с взаимодополняющими профилями захватывая
поступающий воздух, начинают взаимное встречное вращение. Порция воздуха
проталкивается вперед вдоль роторов. Роторы имеют между собой чрезвычайно
малые зазоры — это обеспечивает высокую эффективность и довольно малые потери.
Основное отличие винтового компрессора от объемных роторно-шестеренчатых
нагнетателей – наличие внутреннего сжатия, следовательно, не возникает
дополнительной турбулентности как у рутс-компрессоров. Это обеспечивает им
высокую эффективность нагнетания практически на всей шкале оборотов двигателя.
Для достижения больших значений давления может потребоваться охлаждение
корпуса компрессора.
Схема нагнетателя типа «Лисхольм»

11. Нагнетатели типа «Лисхольм»

Основные плюсы нагнетателей типа «Лисхольм»: высокая эффективность (КПД
порядка 70%), надежность и компактная конструкция. Кроме того, винтовые
компрессоры довольно тихие при правильном проектировании и изготовлении. Здесь
и кроется единственный их минус. Дело в том, что роторы этих компрессоров имеют
очень сложную форму и, как следствие, дороги. По этой причине нагнетатели
«Лисхольм» практически не встречаются в массовом автомобильном производстве.
По той же причине и компаний, производящих эти прогрессивные нагнетатели, не так
много.
Нагнетатель типа «Лисхольм»

12. Нагнетатели типа «Лисхольм»

13. Прочие типы нагнетателей

В 80-х годах прошлого столетия компания «Volkswagen» экспериментировала с довольно
необычными спиральными нагнетателями. В автомобильном применении они более известны
как «G-Lader». Сейчас это направление компанией VW свернуто. Идея спирального одноосевого
нагнетателя также очень стара. В 1905 году изобретатель Леон Креукс подал заявку на патент.
Первоначально предусмотренный в качестве паровой машины, такой нагнетатель имел два
спиральных витка, расположенных один в другом. В течение десятилетий он совершенствовался
и, в конце концов, превратился из первоначальной четырехструйной машины в восьмиструйную,
которая была оснащена двумя камерами — внутренней и внешней — по обеим сторонам с углом
разворота 180 градусов относительно друг друга. Но тогда о массовом производстве таких
нагнетателей можно было только мечтать, потому что в то время еще отсутствовали
соответствующее технологии и оборудование. Сложность производства заключалась также в том,
что изготовление деталей должно было быть максимально точным, так как любое отклонение в
структуре или качестве поверхности могло привести к значительному снижению КПД. Поэтому в
качестве нагнетательного аппарата для автомобильного двигателя спиральный нагнетатель стал
использоваться очень поздно. С середины восьмидесятых до 1992 года его серийно использовал
лишь «Volkswagen» в моделях «Polo», «Corrado», «Golf» и «Passat». Однако ряд фирм
(преимущественно немецких) продолжают производить такие компрессоры и сегодня.

14. Прочие типы нагнетателей

Также спиральный нагнетатель имеет важные преимущества: высокий КПД (75,9% у
прототипов) и низкий уровень шума, хорошее уплотнение (благодаря чему наличие
давления наддува проявлялось уже на малых оборотах) и малые потери на трение.
Поршневые нагнетатели, самая распространенная схема обычных
воздушных компрессоров в настоящее время, в автомобилях не
прижились совсем. А вот на судовых моторах они использовались
достаточно широко. Интересен метод нагнетания подпоршневым
насосом. Здесь в качестве нагнетателя используется сам поршень,
который при движении к НМТ (нижняя мертвая точка)
выталкивает находящийся под ним воздух.

15. Прочие типы нагнетателей

Следует упомянуть незаслуженно забытые в автомобилестроение шиберные, или
лопастные, нагнетатели. Это довольно простые по конструкции и принципу действия
машины. Цилиндрический корпус имеет два отверстия, как правило, растянутые во
всю длину цилиндра и находящимися на одной его стороне, т. е. не строго друг против
друга. Внутри корпуса находится ротор диаметром примерно в три четверти от
внутреннего диаметра корпуса. Ротор смещен к одной из сторон корпуса, примерно
посредине отверстий. В роторе несколько продольных канавок, в которых находятся
шиберы (лопатки).
Схема
шиберного
нагнетателя

16. Прочие типы нагнетателей

При вращении ротора благодаря заложенному конструкцией эксцентриситету и
шиберам, выдвигающимся за счет центробежных сил, воздух сперва всасывается в
одну из долей, образованных парой соседних лопаток, а затем сжимается до момента
подхода к выпускному отверстию.
Будучи качественно изготовленными, такие компрессоры нагнетали довольно
большое давление. В сравнении с рутс-компрессорами они обладали более высоким
КПД, меньше пропускали воздуха, практически не нагревали его и были менее
шумными. Да и мощности двигателя они отнимали меньше. Хорошо
сконструированный шиберный нагнетатель может быть на 50% более
производительным, нежели рутс-компрессор. В силу своей конструкции самой
большой проблемой шиберных машин были высокие фрикционные нагрузки между
шиберами и корпусом. По мере износа КПД компрессора заметно падал из-за
увеличения протечек воздуха. В связи с этой проблемой шиберные компрессоры
делали низкооборотными, но довольно габаритными. Это стало практически
непреодолимой проблемой, и шиберные компрессоры были забыты. В настоящее
время появляются новые материалы и технологии, которые делают вновь
востребованными старые технические решения и конструкции.

17. Турбонаддув

Турбокомпрессор или турбонагнетатель состоит из газовой и компрессорной турбин
посаженных на один вал. Фактически компрессорная часть – это центробежный нагнетатель.
Скорость вращения газовой турбины, благодаря энергии отработавших газов, очень высока (50100 тысяч об/мин). Компрессор засасывает и сжимает воздух, подающийся затем во впускной
трубопровод для приготовления горючей смеси. Степень сжатия приходится уменьшать и в этом
случае, однако тепловой КПД такого мотора снижается незначительно и, более того, удельный
расход топлива иногда даже падает. При высоком давлении наддува целесообразно охлаждать
воздух после компрессора до поступления в цилиндры. В бензиновых двигателях температура
воздуха в цилиндрах ограничена детонацией. Чем выше жаропрочность лопаток турбины
(предел около 1000 °С) и чем большую температуру раскаленных выхлопных газов выдерживает
этот материал, тем эффективнее работа турбонагнетателя. Нагрев выхлопных газов в дизелях
доходит до 600 °С, а в бензиновых двигателях до 1000 °С, поэтому с точки зрения долговечности
дизельная турбина дает лучшие результаты. Также увеличенный приток воздуха позволяет
дизелю хорошо справляться с обедненными смесями, воспламенение которых при высоких
температурах сжатия не вызывает никаких затруднений. Кроме того, дизели с турбонаддувом
становятся менее «жесткими» в работе. Однако при быстром и резком увеличении мощности
возникают проблемы. Из-за инерции турбокомпрессора подача воздуха отстает от подачи
топлива, поэтому сначала дизель работает на обогащенной смеси с повышенной дымностью.
Длительность этого периода зависит от момента инерции ротора турбокомпрессора, которую
сводят к минимуму увеличением оборотности при уменьшении диаметра колес турбины.
Схема турбонаддува

18. Турбонаддув

Свои особенности у турбонаддува бензиновых двигателей. Здесь, как
правило, экономия топлива достигается переходом на уменьшенный рабочий объем
двигателя (при той же или большей мощности, обеспечиваемой турбонаддувом).
Воспламенение бедных смесей бензина с воздухом происходит с трудом, поэтому
необходимо регулировать количество подаваемого воздуха (а не топлива, как на
дизеле), что особенно важно при высоких частотах вращения, когда компрессор
работает с максимальной производительностью. Существует множество способов
ограничения подачи воздуха при пиковых режимах. Рассмотрим систему
регулирования «АРС» фирмы «SAAB», в которой для регулирования давления наддува
применена электроника. За давлением наддува следит специальный клапан,
контролирующий поток отработавших газов, идущих через перепускной канал мимо
турбины. Клапан открывается при разрежении во впускном трубопроводе, величина
которого регулируется дросселированием потока воздуха между впускным
трубопроводом и входом в компрессор. Степень разрежения в перепускном клапане
зависит от положения дроссельной заслонки с электроприводом, управляемым
электронным устройством, получающим сигналы датчиков давления наддува,
детонации и частоты вращения. Датчик детонации представляет собой
чувствительный пьезоэлектрический элемент, установленный в блоке цилиндров и
улавливающий детонационные стуки. По сигналу этого датчика ограничивается
разрежение в управляющей камере перепускного клапана.

19. Турбонаддув

Система «АРС» заметно улучшает динамику автомобиля. Например, для быстрого
обгона (или разгона) в условиях интенсивного движения двигатель переводится в
режим работы с максимальным давлением наддува. При этом детонация в
относительно холодном, работавшем на частичной нагрузке двигателе не может,
естественно, возникнуть мгновенно. По истечении нескольких секунд, когда
температуры возрастут и начнут проявляться первые тревожные симптомы, по
сигналу датчика детонации управляющее устройство плавно снизит давление
наддува. Применение системы «АРС» при сохранении значений крутящего момента
двигателя по внешней характеристике поднимает степень сжатия с 7,2 до 8,5,
уменьшая давление наддува с 50 до 40 кПа при 6-8% экономии топлива.

20. Турбонаддув

В последнее время совершенствование концепций наддува идет по пути создания
регулирующих систем для повышения крутящего момента при низких оборотах
двигателя, а также снижения инерционности. Существует несколько способов
решения данной проблемы:
• применение турбины с изменяемой геометрией;
• использование двух параллельных турбонагнетателей;
• использование двух последовательных турбонагнетателей;
• комбинированный наддув.
Турбина с изменяемой геометрией обеспечивает оптимизацию потока
отработавших газов за счет изменения площади входного канала. Турбины с
изменяемой геометрией нашли широкое применение в турбонаддуве дизельных
двигателей, к примеру турбонаддув двигателя «TDI» от «Volkswagen».

21. Турбонаддув

Система с двумя параллельными турбонагнетателями (система «biturbo»)
применяется в основном на мощных V-образных двигателях (по одному на каждый
ряд цилиндров). Принцип работы системы основан на том, что две маленькие
турбины обладают меньшей инерцией, чем одна большая.

22. Турбонаддув

При установке на двигатель двух последовательных турбин (система «twin-turbo»)
максимальная производительность системы достигается за счет использования
разных турбонагнетателей на разных оборотах двигателя.

23. Турбонаддув

Комбинированный наддув объединяет механический и турбонаддув. На низких
оборотах коленчатого вала двигателя сжатие воздуха обеспечивает механический
компрессор. С ростом оборотов подхватывает турбонагнетатель, а механический
компрессор отключается. Примером такой системы является двойной наддув
двигателя «TSI» от «Volkswagen».
После отказа от карбюраторов и переходе на электронный впрыск топлива
особенно эффективным стал турбонаддув на бензиновых двигателях. Здесь уже
достигнута впечатляющая топливная экономичность.
В целом же, следует признать, что турбонаддув, увеличивая тепловые и
механические нагрузки, заставляет вводить в конструкцию ряд упрочненных узлов,
усложняющих двигатель как в производстве, так и при техническом обслуживании.

24. Наддув «Comprex»

Также не хотелось оставить без внимания такой интересный способ наддува как
«Компрекс» («Comprex»), разработанный фирмой «Браун энд Бовери» (Швейцария)
заключающийся в использовании давления отработавших газов, действующих
непосредственно на поток воздуха, подаваемого в двигатель. Получаемые при этом
показатели двигателя такие же, как и в случае использования турбокомпрессора, но
турбина и центробежный нагнетатель, для изготовления и балансировки которых
требуются специальные материалы и высокоточное оборудование, отсутствуют.

25. Наддув «Comprex»

Главная деталь в системе «Компрекс» — это лопастный ротор, вращающийся в
корпусе с частотой вращения, втрое большей частоты вращения коленчатого вала
двигателя. Ротор установлен в корпусе на подшипниках качения и приводится в
движение клиновым или зубчатым ремнем от коленчатого вала. Привод компрессора
типа «Компрекс» потребляет не более 2% мощности двигателя. Агрегат «Компрекс»
не является компрессором в полном смысле слова, поскольку его ротор имеет только
каналы, параллельные оси вращения. Эта система наддува является единственным
выпущенным большой партией нагнетателем с волновым обменником давления. Он,
как и механический нагнетатель, приводится в действие от распределительного вала,
но использует полученную энергию лишь для синхронизации частоты вращения
ротора с частотой вращения распределительного вала двигателя, а сжимает воздух
энергия отработавших газов. Ротор имеет каналы параллельные оси его вращения,
где поступающий в двигатель воздух сжимается давлением отработавших газов.
Торцовые зазоры ротора гарантируют распределение отработавших газов и воздуха
по каналам ротора. На внешнем контуре ротора расположены радиальные пластины,
имеющие небольшие зазоры с внутренней поверхностью корпуса, благодаря чему
образуются каналы, закрытые с обеих сторон торцовыми крышками.

26. Наддув «Comprex»

В правой крышке имеются окна: а — для подачи отработавших газов от двигателя в
корпус агрегата и г — для отвода отработавших газов из корпуса в выпускной
трубопровод и далее — в атмосферу. В левой крышке имеются окна: б — для подачи
сжатого воздуха в двигатель и д — для подвода свежего воздуха в корпус из впускного
трубопровода е. Перемещение каналов при вращении ротора вызывает их
поочередное соединение с выпускным и впускным трубопроводами двигателя.
При открывании окна а возникает ударная
волна давления, которая со скоростью звука
движется к другому концу выпускного
трубопровода и одновременно направляет в
канал ротора отработавшие газы, не смешивая
их с воздухом. Когда эта волна давления
достигнет
другого
конца
выпускного
трубопровода, откроется окно б и сжатый
отработавшими газами воздух в канале ротора
будет вытолкнут из него в трубопровод в к
двигателю. Однако еще до того, как
отработавшие газы в этом канале ротора
приблизятся к его левому концу, закроется
сначала окно а, а затем окно б, и этот канал
ротора с находящимися в нем под давлением
отработавшими газами с обеих сторон будет
закрыт торцовыми стенками корпуса.

27. Наддув «Comprex»

При дальнейшем вращении ротора этот канал с отработавшими газами подойдет к
окну г в выпускной трубопровод и отработавшие газы выйдут в него из канала. При
движении канала мимо окон г выходящие отработавшие газы эжектируют через
окна д свежий воздух, который, заполняя весь канал, обдувает и охлаждает ротор.
Пройдя окна г и д, канал ротора, заполненный свежим воздухом, вновь закрывается с
обеих сторон торцовыми стенками корпуса и, таким образом, готов к следующему
циклу.
Описанный цикл весьма упрощен в сравнении
с происходящим в действительности и
осуществляется лишь в узком диапазоне
частоты вращения двигателя. Здесь кроется
причина того, что известный уже в течение
долгого времени этот способ наддува
практически не применяется в автомобилях.
«Comprex» был серийно использован в
дизельных моделях двух знаменитых марок:
«Opel»
в
2,3-литровом
«Senator»
и
«Mazda»
626»
в
2,0-литровом
четырехцилиндровом моторе. Но «Opel» ставил
компрекс-нагнетатели на свои модели всего год
(до 1986 года), в отличие от компании «Mazda»,
которая поставляла свои двигатели с компрекснаддувом до 1996 года, пока в июне 1997 года
он окончательно не был снят с программы
производства.

28. Наддув «Comprex»

Свое преимущество компрекс-нагнетатель проявляет уже на низких оборотах
двигателя, так как при этом ему вполне достаточно и малого объема отработавших
газов для того, чтобы получить высокую степень сжатия. В этом и заключается важное
отличие от турбонагнетателя, количество отработавших газов в котором находится в
прямой зависимости от привода компрессора. Также применение агрегата наддува
«Компрекс» вместо турбокомпрессора снижает шум двигателя, так как он работает
при более низкой частоте вращения.

29. Электрический наддув

Система электрического наддува разрабатывалась фирмой «Controlled Power
Technologies» (в настоящий момент вошла в состав подразделения силовых агрегатов
компании «Valeo») в течение трех лет.
В отличие от турбонаддува, где центробежный нагнетатель приводят в действие
выхлопные газы, или механического наддува, где нагнетатель связан с коленчатым
валом двигателя, в системах с электрическим наддувом нагнетатель вращается
электромотором. Обычно подобные системы являются комбинированными, так как
использование электрического и турбонаддува совместно даёт существенный
выигрыш, позволяя избежать турбоямы на низких оборотах двигателя.
Система электрического наддува
«Controlled Power Technologies»
Она совмещает в одном устройстве
электрический и турбонагнетатель.

30. Электрический наддув

Компания «Audi» недавно представила систему электрического наддува,
работающую по схеме, отличной от схемы «Controlled Power Technologies». Система
«Audi» (на рис. ниже) использует двойной наддув: обычная турбина работает на
средних и высоких оборотах, а электрическая — на малых, исключая турбояму.
В «Audi» собираются снабдить электрическим наддувом собственные дизельные
моторы. На заводе компании уже собран пробный образец трехлитрового V6 TDI с
подобным
двойным
наддувом.
В
системе
задействован
компактный
электродвигатель, способный быстро раскрутить турбину до высоких скоростей.
Возникновение дополнительного потребителя никак не должно отразиться на общем
уровне энергопотребления, так как потери на раскрутку турбины перекроются при
помощи системы рекуперации.
Система электрического наддува
«Audi».

31. Электрический наддув

Внимание к электрическому наддуву в последнее время проявляют также компании
«Ricardo», «Ford» и «BMW». Последняя недавно получила патент на электротурбину
собственной конструкции, а компания «Ford» работает совместно с «Controlled
Powertrain Technologies» и «Valeo» над трёхцилиндровым двигателем «Hyboost» с
электронаддувом. «Valeo» станет первым поставщиком комплектующих, который
предложит на рынок целый спектр электрических нагнетателей.
На рынке тюнинга существуют и так называемые осевые электрические нагнетатели,
которые, как правило, входят в систему динамического наддува (читайте ниже).
Движение воздуха в них осуществляется в осевом направлении. Один или пара
последовательных либо параллельных вентиляторов с электромоторчиком, будучи
установленными в воздушном тракте, проталкивают воздух вдоль себя назад, в
фильтр или уже после него во впускной коллектор. Если такая система преодолевает
хотя бы сопротивление фильтрующих элементов, эффект уже неплохой.
Система электрического наддува
«Audi».

32. Резонансный наддув (инерционный наддув)

Другое интересное решение, которое фактически не является искусственным
методом нагнетания воздуха, — система резонансного наддува. Идея основана на том
факте, что приходы волн сжатия к впускному клапану и волн разрежения к
выпускному клапану способствуют продувке и очистке камеры сгорания от
отработавших газов.
Система резонансного наддува

33. Резонансный наддув (инерционный наддув)

В первом случае нужно просто поймать волну сжатия, а именно так ведет себя
воздух во впускном коллекторе при работе двигателя: чередование приливов и
отливов. С изменением оборотов амплитуда этих колебаний меняется. И для того,
чтобы поймать волну сжатия, необходимо менять длину впускного коллектора.
Поначалу конструкторы пошли по довольно примитивному по смыслу, но довольно
сложному по воплощению пути: несколько воздуховодов разной длины и клапана,
открывающие тот или иной канал. В настоящее время эта идея нашла свое логическое
воплощение в устройствах впускного коллектора переменной длины. Например,
компания «BMW» применяет устройство, которое обеспечивает изменение длины
впускного тракта. Разумеется, это не полноценная замена наддуву, но определенная
выгода от этого есть. Давление наддува, создаваемое за счет колебаний напора
воздушного потока, находится в диапазоне от 5 до 20 миллибар. Для сравнения: с
помощью турбонаддува или механического наддува можно получить значения в
диапазоне между 750 и 1200 миллибар. Плюсом системы резонансного наддува
является то, что энергия мотора на ее привод практически не затрачивается.

34. Резонансный наддув (инерционный наддув)

Во втором случае энергию отработавших газов частично применяют для улучшения
наддува двигателя, используя возникающие колебания их давления уже в выпускном
трубопроводе. Использование колебаний давления состоит в том, что после
открывания клапана в трубопроводе возникает ударная волна давления, со скоростью
звука проходящая до открытого конца трубопровода, отражающаяся от него и
возвращающаяся к клапану в виде волны разрежения. За время открытого состояния
клапана волна может несколько раз пройти по трубопроводу. При этом важно, чтобы
к фазе закрывания выпускного клапана к нему пришла волна разрежения,
способствующая очистке цилиндра от отработавших газов и продувке его свежим
воздухом. Каждое разветвление трубопровода создает препятствия на пути волн
давления, поэтому наиболее выгодные условия использования колебаний давления
создаются в случае индивидуальных трубопроводов от каждого цилиндра, имеющих
равные длины на участке от головки цилиндра до объединения в общий трубопровод.

35. Динамический наддув (скоростной или пассивный наддув)

Система динамического наддува (также называемого скоростным или пассивным
наддувом) увеличивает давление на впуске двигателя. Рост давления во впускном
коллекторе достигается за счет воздухозаборников особой формы, которые при
увеличении скорости движения начинают буквально загонять воздух в двигатель.
Заметный эффект от пассивного наддува начинает проявляться при больших
скоростях движения (более 150 км/ч), поэтому на обычных автомобильных двигателях
система динамического наддува встречается крайне редко, но иногда применяется на
спортивных мотоциклах и автомобилях, а также широко используется для наддува
поршневых авиационных двигателей. Нередко пассивный наддув объединяют с
другими видами наддува, делая воздухозаборник соответствующей формы.

36. Динамический наддув (скоростной или пассивный наддув)

На «тюнингованных» автомобилях часто выводят впускной тракт на капот или в
решетку радиатора, т. е. в зону максимального давления, чем имитируют систему
динамического наддува (ниже на рисунке приведена подобная система). Почему
имитируют? Потому что пассивный наддув, как уже было написано выше, начинает
работать только на высоких скоростях. Также при подобном «тюнинге» ставят «фильтр
нулевого сопротивления», который плохо справляется с очисткой поступающего
воздуха, что приводит к усиленному износу двигателя.
Динамический наддув
«Тюнинг». Впускной тракт
выведен вместо фары.

37. Динамический наддув (скоростной или пассивный наддув)

Разновидность динамического наддува. Внутри патрубка системы установлена
крыльчатка, благодаря инертности (поэтому некоторые и наывают такой наддув
«инерционным») вращения которой возникает завихрение поступающего воздуха, что
обеспечивает его максимально быстрое проникновение в камеры сгорания и более
полное их наполнение топливо-воздушной смесью. В общем, ерунда полная, на
которую ведутся горе-тюнеры.
Преимуществом динамического наддува является то, что это самый дешевый способ
относительно остальных.
«Инерционный» наддув

38. Характеристики агрегатов наддува

39. Характеристики агрегатов наддува

40. Промежуточное охлаждение воздуха и его значение

Интеркулер — промежуточный охладитель наддувочного воздуха, представляющий
собой теплообменник (воздуховоздушный, водовоздушный), чаще радиатор для
охлаждения наддувочного воздуха. В основном используется в двигателях с системой
турбонаддува.
Устройство предназначено для извлечения тепла из воздушного потока, который
нагревается при сжатии в компрессоре. Существует много критериев, которыми
руководствуются при создании интеркулера. Основные среди них — это
максимальный отвод тепла, минимальные потери давления наддува, увеличения
инерции
потока.

41. Методы регулирования систем наддува

В силу различия характеристик поршневых и лопаточных машин при увеличении
частоты вращения двигателя частота вращения ротора ТК возрастает в степени
1,3. ..1,5, а это приводит к получению недостаточной величины давления наддува на
малых частотах вращения и чрезмерно высокой на больших. В результате на малых
частотах вращения из-за недостатка воздуха снижается мощность, а у дизелей при
отсутствии антикорректора подачи топлива по давлению наддува ухудшается
экономичность и возрастают выбросы сажи. На высоких частотах вращения при
высоком давлении наддува из-за увеличения потерь на трение и газообмен также
ухудшается экономичность и возрастают максимальные давления сгорания, что может
привести к поломке двигателя. Кроме того, поскольку у транспортных двигателей ТК,
как правило, настраивается на промежуточную частоту вращения, на крайних частотах
вращения его КПД снижается, что дополнительно ухудшает экономичность на этих
режимах. потока.
Чтобы обеспечить более благоприятное изменение давления наддува и высокую
экономичность двигателя в широком диапазоне рабочих режимов, применяют
регулирование турбонаддува, при котором различными методами достигают
увеличения давления наддува на малых частотах вращения и (или) уменьшения на
больших. Желательно также уменьшать давление наддува на малых нагрузках.
Необходимость регулирования турбонаддува возрастает с увеличением номинальной
частоты вращения двигателя и степени его форсирования турбонаддувом.

42. Методы регулирования систем наддува

Регулирование может быть внешним и внутренним. Внешнее регулирование осуществляется
вне ТК. Это может быть дросселирование воздуха или газа на входе и выходе из компрессора и
турбины (позволяет ограничить давление наддува, но при этом заметно ухудшается
экономичность). Можно настраивать ТК на номинальный режим работы двигателя, а на малых
частотах вращения и нагрузках искусственно подкручивать ротор либо струей масла,
подающегося на специальную турбину, либо путем подачи топлива и воздуха в дополнительную
камеру сгорания перед турбиной (система «Гипербар»). На режимах работы двигателя, где
используются такие методы регулирования, ухудшается его экономичность. Применяется также
перепуск части воздуха после компрессора и части газа, минуя турбину. Последний способ
регулирования (рис. 13.2) применяется наиболее широко. Перепуск газа конструктивно прост,
надежен, не приводит к ухудшению экономичности двигателя на режимах, не требующих
регулирования (при закрытом перепускном клапане; рис. 13.3).
Методы внутреннего
Рис. 13.3. Схема перепуска газа: 1 – цилиндр;
2 – мембрана; 3 – пружина; 4 – перепускной
клапан; 5 – турбина; 6 – компрессор
регулирования
турбины:
а – поворотные
лопатки в диффузоре
компрессора и
направляющем
аппарате турбины;
б – подвод газа к
колесу по одному или
двум каналам;
в – поворотный диск с
язычком;
г – поворотные
заслонки на выходе из
входного патрубка

43. Токсичность и дымность отработавших газов.

Влияние нагрузки (а) и частоты вращения (б) на токсичность ОГ четырехтактных
двигателей

44. Шумность ДВС

Классификация источников шума двигателя внутреннего сгорания
ТПА- топливная аппаратура

Наддув двигателя внутреннего сгорания | Тепловые машины жд

Подробности

Категория: Инфо

• тяга

Содержание материала

• Тепловые машины жд
• Обратимость термодинамических
• Компрессорные машины
• Конструкции поршневых
• Компрессорные установки
• Лопаточные компрессоры
• Центробежные компрессоры
• Осевые компрессоры
• Сравнение компрессоров
• Вентиляторы
• Органическое топливо
• Смазочные материалы
• Котельные установки
• Топочные устройств
• Конструкции котлов
• Экономайзеры
• Паровые турбины
• Конструкции турбин
• Газотурбинные установки
• Конструкция газотурбинных
• ДВС
• Наддув ДВС
• Топливо для дизелей
• Смесеобразование для дизелей
• Характеристика работы дизелей
• Регулирование частоты
• Двигатели низкого сжатия
• Конструкция двигателей
• Газораспределительный механизм
• Система смазки
• Охлаждение двигателя
• Системы впуска газов
• Проектирование двигателей

Страница 22 из 33

§ 8-6. Наддув двигателя
Наиболее эффективным способом увеличения литровой мощности, получившим широкое распространение, является повышение среднего индикаторного давления с помощью наддува.
Наддувом называется процесс принудительного нагнетания воздуха в цилиндр двигателя с некоторым избыточным давлением с целью увеличения плотности воздуха, заполняющего цилиндр. Это позволяет повысить количество топлива, сжигаемого в цилиндре за один цикл, вследствие чего увеличиваются среднее индикаторное давление и мощность двигателя.
Например, при давлении наддувочного воздуха (1,4-1,6) 105 Н/м² мощность двигателя при том же рабочем объеме цилиндров и частоте вращения коленчатого вала возрастает в 1,4—1,5 раза. Дальнейшее повышение мощности двигателя достигается повышением давления наддувочного воздуха и уменьшением его температуры.

Нагнетание осуществляется воздуходувкой, установленной на двигателе. Для привода воздуходувки используется энергия выпускных газов, поступающих в газовую турбину, соединенную с воздуходувкой.  

Воздуходувка может иметь привод от вала двигателя. В первом случае наддув называется газотурбинным, во втором — с механическим приводом.
Схема газотурбинного наддува показана на рис. 8-11. Выпускные газы по трубам 1 поступают на лопатки газовой турбины 2, укрепленной на одном валу с воздуходувкой 3. При вращении колеса турбины в воздуходувке происходит всасывание воздуха и его сжатие до давления, несколько превышающего атмосферное. Сжатый воздух по трубе 4 через впускные клапаны 5 поступает в цилиндр двигателя.
Газотурбинный наддув является саморегулирующимся, так как производительность воздуходувки, соединенной с газовой турбиной, определяется мощностью турбины.

Мощность же турбины зависит от температуры и давления выпускных газов.
При увеличении внешней нагрузки на двигатель необходимо повышение его мощности; для этого в цилиндр впрыскивается увеличенная доза топлива, сжигание которого требует увеличения количества воздуха. Возрастающие при этом температура и давление выпускных газов повышают частоту вращения колеса турбины, что автоматически увеличивает производительность воздуходувки. Саморегулируемость газотурбинного наддува является весьма важным положительным качеством.

Рис. 8-11. Схема устройства газотурбинного наддува

Рис. 8-12. Изменение удельного расхода топлива в зависимости от мощности, развиваемой двигателем
В случае газотурбинного наддува давление отработанных газов в цилиндре в такте выпуска составляет около 1,2 · 10+5 Н/м

2 против (1,07—1,1) 105 Н/м² у двигателей без наддува. Поэтому увеличение потерь из-за присоединенной турбины по сравнению с возросшей мощностью двигателя является пренебрежимо малой величиной. Присоединение деталей наддува не повышает и удельную массу двигателя. Например, у двигателей мощностью 300—700 кВт при 740—830 об/мин турбокомпрессор, трубопроводы и др. увеличивают массу двигателя примерно на 3%, но благодаря возрастающей мощности двигателя его масса, приходящаяся на единицу мощности, снижается примерно на 15—20%.
Потери на трение при увеличении мощности двигателя повышаются на очень малую величину, поэтому механический к. п. д. двигателя увеличивается, а удельный расход топлива уменьшается (рис. 8-12).
Для двухтактного двигателя применение газотурбинного наддува затрудняется из-за условий пуска. В начале пуска выпускные газы имеют низкую температуру и не обладают достаточным количеством тепловой энергии для получения мощности турбины, необходимой для работы воздуходувки. Поэтому в двухтактном двигателе осуществляется наддув с приводом от коленчатого вала двигателя.
На рис. 8-13, а изображена схема наддува с механическим приводом воздуходувки 1 от вала двигателя 2 через редуктор 3. Вследствие потерь энергии на трение в механизме привода воздуходувки механический к. п. д. двигателя в этом случае меньше примерно на 5%, чем у двигателя с газотурбинным наддувом.
Нагнетание воздуха при давлении, не превышающем 1,5 · 106 Н/м², называется наддувом низкого давления. 

Рис. 8-13. Схема наддува с механическим приводом
Для получения наддува повышенного давления до (3-3,6) 105 Н/м² турбина соединяется с воздуходувкой, сжимающей газ в нескольких ступенях, или же применяется комбинированный наддув с частичным использованием энергии выпускных газов по схеме, показанной на рис.

8-13, б.
В этом случае начальное сжатие воздуха осуществляется в газотурбовоздуходувке 1, вторичное — в воздуходувке 2, вал которой соединен через зубчатки 3 с коленчатым валом 4 двигателя. Воздух до поступления в цилиндр охлаждается в теплообменнике 5, установленном непосредственно перед цилиндром или между газотурбовоздуходувкой 1 и приводным нагнетателем 2.
Отечественные дизели имеют абсолютное давление наддува (1,32-3,63) 106 Н/м².
Влияние наддува на индикаторный процесс двигателя рассматривается в § 8-24.

Количество энергии, вносимой в цилиндр двигателя, определяется теплотой сгорания используемого топлива. Однако только часть теплоты, выделяющейся при сгорании, преобразовывается в полезную механическую работу. Значительная доля ее отводится от двигателя в виде потерь.

Наибольшее количество теплоты теряется в воду, охлаждающую двигатель, и уносится с отработавшими газами. Часть тепловой энергии теряется вследствие химической неполноты сгорания топлива и радиации в окружающую среду.
Отдельные потери определяются расчетным путем или на основании экспериментальных данных, полученных при испытании двигателя: q1 — теплота, полезно используемая; q2 — теплота, уносимая охлаждающей водой; q3 — теплота, уносимая отработавшими газами;

Рис 8-15. Тепловой баланс двигателя высокого сжатия
потери от химической неполноты сгорания; q5 — остаточный член теплового баланса (радиация, часть потерь на трение).
Сумма теплоты, полезно использованной, и всех потерь равна теплоте сожженного топлива q, поэтому уравнение теплового баланса двигателя записывается в следующем виде:
q = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 кДж/кг.
Ниже приводятся величины основных составляющих теплового баланса (в %):
Тепло, полезно использованное . .32—40
Потери с охлаждающей водой . . .33—30
Потери с отработавшими газами . .30—23
Потери от химической неполноты сгорания и прочие потери        5—7
Итого . . 100
Приведенные цифры относятся к номинальной мощности двигателя, рис. 8-15 показано изменение абсолютной и относительной величин составляющих теплового баланса в зависимости от мощности, развиваемой двигателем.
Устройство газотурбинного наддува является средством частичного использования теплоты отработавших газов. Учитывая значительные потери теплоты с охлаждающей водой и отработавшими газами, принимаются меры к использованию ее в нагревательных устройствах. На тепловозе теплом охлаждающей воды в зимнее время обогревается кабина машиниста.
Крупные стационарные двигатели снабжаются котлами-утилизаторами, в которых используется теплота отработавших газов для получения горячей воды или пара для бытовых и технологических нужд.

• << Назад
• Вперёд >>

• Назад
• Вперёд

Последние публикации

Близкие публикации:

• Подтягивание вагонов
• Использование присадок к маслам на тепловозах
• Применение линейных двигателей
• Автоматическое регулирование мощности
• Автоматическое регулирование температуры воды и масла

© 2009-2022 — lokomo.

ru, железные дороги.

Преимущества и недостатки систем импульсного наддува и наддува при постоянном давлении газов перед турбиной

Первоначально преимущества импульсного наддува были столь значительными, что наддув при постоянном давлении га­зов перед турбиной, за исключением особых случаев, например при последовательном включении механического компрессора и турбонагнетателя, практически не применялся. Это было свя­зано со сравнительно низкими тогда к. п. д. турбокомпрессоров, а также в связи с низкими степенями наддува, т. е. с низкими давлениями наддува, которые в процессе развития повышались лишь постепенно. Чем выше степень повышения давления в ком­прессоре и к. п. д. турбокомпрессора, тем большими преимуще­ствами обладает наддув при постоянном давлении газов перед турбиной. В связи с этим в настоящее время этот способ находит все более широкое применение. Сопоставление расчета импульс­ного наддува и наддува при постоянном давлении газов перед турбиной.

Для двигателя наддув при постоянном давлении газов перед турбиной имеет следующие преимущества.

1. Более простую конструкцию трубопровода и поэтому бо­лее дешевый выпускной коллектор, лучшие возможности размещения трубопроводов, особенно при V-образной компоновке двигателя.

2. Меньшую работу, затрачиваемую поршнем на выталки­вание газов, так как импульс давления на выпуске быстро умень­шается и не отражается от малого сечения соплового аппарата турбины. Вследствие этого достигается несколько лучший расход топлива при высоких средних эффективных давлениях.

3. Более равномерные параметры наддува независимо от числа цилиндров и более равномерное распределение воздуха по отдельным цилиндрам и при неблагоприятных для импульс­ного наддува числах цилиндров (5, 7 или 10). Следствием этого является более равномерная тепловая напряженность.

Недостатками системы наддува при постоянном давлении га­зов перед турбиной для двигателя являются следующие.

1. Равенство между давлением наддува и противодавлением достигается намного позднее, т. е. при более высоком среднем давлении, чем в случае импульсного наддува, вследствие чего при частичных нагрузках имеет место обратный поток газов.

2. Необходимый для продувки перепад давления несколько ниже и на режиме полной мощности, так как здесь давление в выпускном коллекторе во время периода продувки не опу­скается ниже средней величины, что имеет место при импульсном наддуве. Поэтому подача воздуха в цилиндр (при одинаковом перекрытии клапанов) за счет большего его количества, идущего на продувку, будет меньше.

3. Двигатель обладает худшей приемистостью по двум причинам: а) при частичных нагрузках энергия выпускных газов, подводимая к турбине, меньше из-за отсутствия пиков давления. Заполнение выпускного коллектора большого объема требует большего времени; б) содержание остаточных газов в цилиндре вследствие заброса газов из выпускного коллектора особенно увеличивается при частичных нагрузках и низкой частоте вращения. В связи с этим при заданном давлении наддува умень­шается наполнение цилиндра воздухом, скорее достигается гра­ница дымления и умень­шается избыток мощно­сти, необходимый для разгона.

4. Меньший расход воз­духа обусловливает не­сколько повышенную тем­пературу выпускных газов. Отметим, однако,  недостаток часто компенсируется бо­лее высоким к. п. д. турбокомпрессора при равномерном подводе газа.

Для турбокомпрессора использование системы наддува с турбиной по­стоянного давления дает только^; преимущества и практически никаких не­достатков. К этим пре­имуществам в основном относятся:

1) большая пропускная способность соплового ап­парата турбины, к которо­му газ подводится при постоянном давлении, вследствие чего турбина имеет меньшие размеры;

2) малое возбуждение колебаний лопаток (коле­бания тем больше, чем на большее количество под­водов разделен газоподводящий корпус турбины) и в связи с этим меньшая вероятность появления по­ломок лопаток;

3) отсутствие гироско­пических моментов, воз­никающих при импульсном подводе газа и вызывающих нежела­тельные нагрузки на подшипники;

4) более высокий к. п. д. газовой турбины без импульсного или изменяющегося парциального подвода газа.

На рис. 8.5 сравнивается изменение некоторых рабочих па­раметров 14-цилиндрового V-образного двигателя с импульсным наддувом и с наддувом при постоянном давлении газов перед турбиной. Примечательным является более низкий [примерно па 6 г/(кВт•ч)] расход топлива в случае применения системы наддува при постоянном давлении газов перед турбиной; при этом следует иметь в виду, что при названном числе цилиндров у двигателя особенно сильно проявляются недостатки, прису­щие импульсному наддуву.

Решающим для применения способа наддува при постоянном давлении газов перед турбиной является ответ на вопрос, прием­лема ли худшая приемистость двигателя для данной области его использования. Для автомобильных двигателей, требующих хо­рошей приемистости, этот способ наддува неблагоприятен, а для судовых рациональность применения наддува при постоянном давлении газов является дискутабельной. Чем меньше отношение мощности двигателя к ускоряемым массам, тем скорее можно пренебречь хорошей приемистостью. При этом время, необходи­мое для разгона двигателя, играет небольшую роль по сравне­нию с затратами времени, требуемыми для разгона всей си­стемы.

Не случайно наддув при постоянном давлении газов перед турбиной на крупных двухтактных двигателях нашел примене­ние намного раньше и используется значительно чаще, чем на четырехтактных двигателях. Это объясняется следующими обстоя­тельствами.

1. На двухтактных двигателях преимущество этого способа наддува по сравнению с импульсным сказывается уже при низ­ких значениях среднего эффективного давления.

2. При пуске, на малых нагрузках и низких частотах враще­ния (т. е. на режимах, где преимущества импульсного наддува неоспоримы) на двухтактных двигателях, как правило, приме­няется вспомогательное устройство, компенсирующее недоста­точную подачу воздуха на этих режимах.

3. На крупных двигателях приводятся в движение и разго­няются большие массы. Этот разгон в большей степени зависит от фактической полной мощности двигателя, чем от времени, затрачиваемого на достижение полной мощности.

Инерционный наддув что это | Хитрости Жизни

Содержание

Наддув — принудительное повышение давления воздуха выше текущего уровня атмосферного в системе впуска двигателя внутреннего сгорания, приводящее к увеличению плотности и массы воздуха в камере сгорания перед тактом рабочего хода, что, согласно правилу стехиометрической горючей смеси для конкретного типа мотора, позволяет сжечь больше топлива, а значит увеличить крутящий момент (и мощность, соответственно) при сравнимой частоте вращения. В широком смысле, повышение удельной/литровой мощности ДВС при текущем уровне атмосферного давления и есть основная цель наддува. Буквальным следствием этой технической особенности стало одно из ранних применений наддува для компенсации высотного падения мощности в авиационных маршевых ДВС.

Также, наддув есть любого рода создание повышенного давления в принципе. Существуют понятия наддува кабин высотных и космических летательных аппаратов для создания подходящих для людей условий, наддува баков гидросистем для предотвращения вспенивания рабочей жидкости и т. д.

Возможен агрегатный наддув и безагрегатный наддув.

Содержание

Агрегатный наддув [ править | править код ]

Под агрегатным подразумевается наддув, создание которого обеспечивается неким агрегатом. Фактически, таковых агрегатов в технике всего три — турбонагнетатель, приводной нагнетатель, нагнетатель с электрическим приводом. Первый работает от энергии выхлопных газов и состоит из газовой турбины и компрессора. Второй работает от непосредственного привода с коленвала двигателя и состоит из механической передачи и компрессора. Третий работает от электропривода и состоит из высокооборотного электромотора и компрессора. Вообще, компрессор входит в состав любого агрегата наддува, вследствие чего, такие термины как турбокомпрессор, приводной компрессор и компрессор с электрическим приводом являются синонимами вышеупомянутым трём и правомерны к использованию. Конструкция компрессора может быть универсальна для любого агрегата, хотя обычно в турбонагнетателе и нагнетателе с электрическим приводом используются лопастные центробежные компрессоры, а в приводном нагнетателе — роторные компрессоры. Сам термин «агрегатный наддув» практически никогда не используется, и таковым в речевом обиходе применительно к
ДВС считается просто любой наддув, если иное не оговорено особо.

Особенность и преимущества агрегатного наддува (турбонаддува, в первую очередь) в том, что таковой позволяет получать сверхвысокие давления на впуске в ДВС — вплоть до 5 Бар — что даёт в итоге примерно кратное давлению наддува повышение удельной мощности на отдельных режимах работы. Всережимного увеличения мощности посредством одного типа агрегата наддува достичь сложно в силу разных причин (либо для этого требуется сильное механическое усложнение конструкции нагнетателя) поэтому часто на ДВС применяются комбинированные системы, состоящие, например, из турбонагнетателя и приводного нагнетателя, или турбонагнетателя и нагнетателя с электрическим приводом.

Также в авиации для компенсации высотного падения мощности маршевых поршневых двигателей на многомоторных самолётах были исторические попытки применения группового агрегатного наддува, обеспечивающего дополнительное снабжение маршевых двигателей воздухом на больших высотах. Основой этой системы был отдельный мотор-компрессор, состоявший из одного двигателя, аналогичного маршевому, и объёмного компрессора, дополненный системой воздуховодов к каждому маршевому двигателю. Пример — тяжёлый бомбардировщик Пе-8.

Агрегатный наддув применяется как на четырёхтактных ДВС, так и на двухтактных ДВС, поршневых и роторно-поршневых, работающих практически по любому термодинамическому циклу (циклу Отто, циклу Дизеля, прочих). Однако к газотурбинным двигателям термин «агрегатного наддува» в русскоязычном инженерно-техническом лексиконе обычно не применяется, несмотря на обязательное наличие компрессора в составе таких двигателей. Важным следствием применения агрегатного наддува является снижение удельного расхода топлива (в граммах на л. с. за час).

Безагрегатный наддув [ править | править код ]

К безагрегатному наддуву относят:

• динамический (ранее называемый инерционным, резонансным, акустическим), при котором эффект достигается за счёт колебательных явлений во впускном и/или выпускном трубопроводах;
• скоростной, применяемый на поршневых авиационных двигателях на высотах больше расчётной и при скоростях более 500 км/ч;
• рефрижерационный, достигаемый испарением в поступающем воздухе топлива или какой-либо другой горючей жидкости с низкой температурой кипения и большой теплотой парообразования.

Всё большее распространение на транспортных двигателях внутреннего сгорания получает динамический наддув, который при несущественных изменениях в конструкции трубопроводов приводит к повышению коэффициента наполнения до η v = 0 , 92 − 0 , 96 <displaystyle eta _=0,92-0,96> в широком диапазоне изменения частоты вращения двигателя. Увеличение η v <displaystyle eta _> при наддуве позволяет форсировать дизель по энергетическим показателям в случае одновременного увеличения цикловой подачи топлива или улучшить экономические показатели при сохранении мощностных (при той же цикловой подаче топлива). Динамический наддув повышает долговечность деталей цилиндро-поршневой группы благодаря более низким тепловым режимам при работе на бедных смесях.

для настоящих автомобилистов

С уществует два способа повышения мощности двигателя. Первый — повышение объема камеры сгорания. Но в условиях постоянно ужесточающийся экологических требований к двигателям внутреннего сгорания, этот метод в настоящее время практически не используется. Второй метод повышения мощности сводится к принудительному увеличению количества горючей смеси, то есть к наддуву. Поэтому сейчас, наддув является основным средством повышения мощности в современных автомобилях. Вот о том, какими бывают процессы наддува в двигателе, мы и поговорим в этой статье.

Процессы наддува

Мощность двигателя пропорциональна массовому расходу воздуха, который, в свою очередь, пропорционален плотности воздуха. Рабочий объем и частота вращения коленчатого вала двигателя могут быть увеличены за счет пред­варительного сжатия воздуха перед поступле­нием его в цилиндры двигателя, т. е. путем так называемого наддува. Коэффициент наддува соответствует увеличению плотности нагнетаемого воздуха по сравнению с атмосферным давлением (в двигателях без наддува воздух поступает под атмосферным давлением).

С точки зрения термодинамики наилучшие результаты могли бы быть получены в процессе изотермического сжатия, однако это технически недостижимо. На практике оптимальным процессом является адиабатиче­ское сжатие; при этом увеличение плотности воздуха сопровождается потерями.

Коэффициент наддува в бензиновых двигателях ограничивается возникновением детонации, а в дизельных двигателях — максимально допустимым пиковым давлением в цилиндре. Поэтому двигатели с наддувом обычно имеют более низкие степени сжатия, чем двигатели без наддува той же мощности.

Динамический наддув

На процессы газообмена оказывает влияние не только установка фаз газораспределения, но и геометрия впускных и выпускных каналов. Движение поршня на такте всасывания при открытии впускного клапана создает волну всасывания, которая отражается от открытого конца впускного трубопровода и возвращается к впускному клапану в виде волны давления. Эти волны давления могут быть использованы Для увеличения массового расхода воздуха на впуске. Кроме геометрии впускного трубопро­вода интенсивность этого эффекта наддува, основанного на газодинамике, также зависит от величины оборотов двигателя.

Инерционный наддув

В системах инерционного наддува каждый цилиндр снабжен отдельным впускным каналом определенной длины, обычно соединяю­щимся с общей камерой. По этим впускным каналам волны давления могут распространяться независимо друг от друга (рис. «Принцип инерционного наддува» ). Длины отдельных впускных каналов адапти­рованы к установке фаз газораспределения таким образом, чтобы в желаемом диапазоне оборотов двигателя за счет волны давления, проходящей через открытый впускной клапан, достигалось увеличение массы заряда.

В то время как длина каналов должна быть адаптирована к диапазону оборотов двигателя, диаметры каналов должны быть согласованы с рабочим объемом цилиндра. В системе впуска, показанной на рисунке «Принцип изменения геометрии впускного трубопровода«, возможно переключение между двумя системами каналов различной длины. Переклю­чающий клапан или заслонка закрывается в нижнем диапазоне оборотов двигателя, и всасываемый воздух поступает в цилиндры через более длинные впускные трубопро­воды. При высоких оборотах переключаю­щий клапан открыт, и воздух поступает через короткий впускной трубопровод.

Наддув с использованием специально настроенных впускных каналов (резонансный наддув)

При определенных оборотах двигателя возникает резонанс колебаний газа во впускном трубопроводе, вызванных возвратно поступательным движением поршня, что создает дополнительный эффект наддува.

При таком варианте наддува короткие трубопроводы соединяют группы цилиндров двигателя с резонансными ресиверами с такими же интервалами, как промежутки между вспышками в цилиндрах (рис. «Принцип наддува с использованием специально настроенных впускных каналов» ).

Эти ресиверы сообщаются с атмосферой или общей камерой посредством специально отрегули­рованных трубок и резонаторов Гельмгольца. Длина и диаметр трубопроводов опреде­ляются диапазоном оборотов двигателя, в котором должен возникать эффект допол­нительного резонансного наддува (рис. «Повышение коэффициента наполнения цилиндра зарядом при помощи динамического наддува» ).

Впускные трубопроводы с изменяемой геометрией

Поскольку эффект динамического наддува зависит от режима работы (величины оборотов) двигателя, изменяемая геометрия впускного трубопровода позволяет получить практически идеальную кривую крутящего момента. Регулируемые системы могут быть реализованы посредством изменения длины впускных каналов за счет переключения между системами каналов различной длины или диаметра, попеременного перекрытия отдельных каналов в системах с несколькими наборами впускных каналов или пере­ключения между различными впускными объемами. Эти переключения могут осущест­вляться электрическими или электропневматическими клапанами или заслонками.

Механический наддув

В механических системах наддува привод нагнетателя осуществляется непосредственно от двигателя внутреннего сгорания (см. «Нагнетатели» ). При этом нагнетатель и двигатель внутреннего сгорания механически соединены друг с другом. Применяются механические объемные нагнетатели (компрессоры) различных конструкций (нагнетатели Roots, спиральные нагнетатели) и гидрокинетические компрессоры (например, радиальные компрессоры).

До настоящего времени коленчатый вал и вал нагнетателя соединяются с фиксиро­ванным передаточным отношением. Для привода нагнетателя могут использоваться механические или электромагнитные муфты. Давление наддува регулируется при помощи перепускного устройства с регулирующей заслонкой (регулятора давления наддува).

Преимущества механического наддува:

• Нагнетатель установлен на холодной стороне двигателя;
• Компоненты нагнетателя не оказывают влияния на работу системы выпуска отра­ботавших газов;
• Нагнетатель мгновенно реагирует на изменение нагрузки.

Недостатки механического наддува:

• Мощность, требуемая для привода нагнетателя, отбирается от полезной мощности двигателя, что вызывает повышение расхода топлива;
• Приемлемый уровень шума может быть достигнут только посредством специальных мер;
• Сравнительно большой объем и вес системы;
• Нагнетатель должен быть установлен на уровне приводного ремня

Турбонаддув с использованием отработавших газов

В системах турбонаддува с использованием отработавших газов некоторая часть энергии отработавших газов преобразуется в механи­ческую энергию, необходимую для привода нагнетателя при помощи турбины (турбонаг­нетателя отработавших газов). Таким образом, этот процесс использует некоторую часть энтальпии, которая на безнаддувных двигателях остается неиспользованной. Однако эти си­стемы вызывают увеличение противодавле­ния отработавших газов. Для сжатия воздуха в таких системах используются исключительно гидрокинетические компрессоры.

Рис. «Сравнение кривых мощности и крутящего момента двигателей без наддува и с турбонаддувом»

Турбонагнетатели отработавших газов обычно применяются для создания высокого давления наддува даже при низких частотах вращения коленчатого вала двигателя. Другими словами, турбина турбонагнетателя рассчитана на среднюю частоту вращения. При этом следует учитывать, что при высоких частотах вращения давление наддува может возрастать до уров­ней, которые вызовут чрезмерные нагрузки на двигатель. Поэтому турбина снабжается пере­пускным клапаном, который при определенной частоте вращения начинает пропускать часть потока отработавших газов мимо турбины. При этом энергия этих отработавших газов остается неиспользованной. Значительно более удовлет­ворительные результаты (т.е. высокое давление наддува в нижнем диапазоне оборотов и в то же время возможность избежать перегрузки в верхнем диапазоне) могут быть получены при использовании турбонагнетателя с изменяемой геометрией турбины (VTG). В этих системах за счет изменения положения направляющих ло­паток осуществляется регулирование сечения потока и угла атаки рабочих лопаток (и, таким образом, давления отработавших газов, посту­пающих на турбину) (см. «Турбо­нагнетатели»).

Преимущества турбонаддува с использованием отработавших газов:

• Значительное увеличение выходной мощ­ности на литр рабочего объема;
• Значительное снижение расхода топлива по сравнению с двигателями без наддува равной мощности;
• Снижение содержания токсичных продук­тов в отработавших газах;
• Сравнительно небольшой занимаемый объем;
• Может быть использован совместно с си­стемами рециркуляции отработавших га­зов низкого давления.

Недостатки турбонаддува с использованием отработавших газов:

• Установка турбокомпрессора в тракте с «горячими» отработавшими газами требует применения термостойких материалов;
• Повышенная тепловая инерция в системе выпуска отработавших газов;
• Без принятия дополнительных мер сравни­тельно низкий пусковой крутящий момент в случае установки на двигателях с малым рабочим объемом.

Специальные виды турбонаддува

В электрифицированных системах турбонаддува используется дополнительный электродвигатель, приводящий во вращение турбонагнетатель при отсутствии потока отработавших газов. Преиму­щество такой системы заключается в обеспече­нии турбонаддува в переходных режимах работы двигателя и при низких частотах вращения. Эти системы пока что не нашли применения в серий­ном производстве автомобилей ввиду их большой сложности и высокой потребляемой электриче­ской мощности. Применение электрифицирован­ных систем турбонаддува позволит значительно уменьшить занимаемый системой объем.

Еще один специальный вид турбонаддува — системы турбонаддува с использованием энер­гии волн сжатия, которые пока что не нашли применения в серийном производстве. Принцип действия основан на отражении волн сжатия во вращающемся секционном роторе (см. «Нагне­татели и турбонагнетатели»). Основным преи­муществом является очень высокое быстродей­ствие, обеспечивающее быстрое нарастание крутящего момента в переходных режимах. Од­нако применение таких систем связано с высо­кими затратами, а необходимость в отдельном приводе создает проблему нахождения соответ­ствующего свободного пространства.

Диаграмма объемного расхода

Картина зависимости работы нагнетателя от характеристик двигателя наглядно иллюстри­руется диаграммой «давление-объемный расход» (рис. «Графики зависимости степени повышения давления в нагнетателе от объемного расхода для объемного нагнетателя с принудительным приводом и турбокомпрессора» ), на которой степень повы­шения давления в нагнетателе π_с соотносится с объемным расходом V.

Особенно иллюстративны графики для недросселированных четырехтактных двига­телей (дизельных), поскольку они содержат наклонные прямые линии (характеристики массового расхода двигателей), которые отра­жают возрастание объемного расхода воздуха по мере того, как степень повышения давле­ния

р₁ — давление наружного воздуха

р₂ — давление наддува; возрастает при постоянной частоте вращения двигателя.

Диаграмма демонстрирует степень повы­шения давления при постоянных частотах вращения нагнетателя для нагнетателя с принудительным приводом и турбоком­прессора.

Только механические нагнетатели, у кото­рых производительность пропорциональна их частоте вращения, пригодны для двига­телей автомобилей. Это нагнетатели с при­нудительным приводом конструкции Roots. Турбокомпрессоры с механическим приво­дом непригодны.

Система рециркуляции отработавших газов

Система внешней рециркуляции отработавших газов (EGR) является эффективным средством снижения температуры в камере сгорания. Го­рячие отработавшие газы отводятся и охлажда­ются в охладителе системы EGR до температуры ниже 150 °С. Затем они смешиваются со све­жим воздухом и подаются в камеру сгорания. Уменьшение количества кислорода в свежей смеси и высокая теплоемкость рециркулирую­щих отработавших газов вследствие наличия в них составляющих Н₂O и СO₂ приводит к обра­зованию зоны горения, температура в которой, в зависимости от скорости рециркуляции от­работавших газов, снижена на несколько сотен градусов Цельсия. Благоприятными эффектами являются снижение содержания в выбросах ок­сидов азота NO_х, а также снижение тепловых потерь и температуры компонентов цилиндра. Основной целью является снижение содержа­ния в отработавших газах токсичных продуктов.

Проблема, которую необходимо решить, заключается в транспортировке отработав­ших газов к стороне впуска свежего воздуха. Системы рециркуляции отработавших газов обычно применяются на двигателях с тур­бонаддувом. При этом имеют место два раз­личных подхода (рис. «Система рециркуляции отработавших газов (система EGR)» ). В случае системы рециркуляции отработавших газов низкого давления отработавшие газы отбираются по­сле прохождения через турбину, охлаждаются и снова подаются в воздушный компрессор. В случае системы рециркуляции отработавших газов высокого давления, которая, в частно­сти, предотвращает загрязнение компрессора и воздействие на него высоких тепловых на­грузок, рециркуляция отработавших газов осуществляется через сторону высокого дав­ления. При этом между сторонами впуска и выпуска должен поддерживаться надлежащий перепад давления, иначе возникает ухудшение условий протекания цикла заряда. Иногда ис­пользуются также флаттерные клапаны, т.е. клапаны, воспринимающие пульсации давления и открывающиеся только в случае превышения определенного порога давления на стороне выпуска отработавших газов.

Применение системы EGR

Системы EGR низкого давления уже нашли применение на легковых и коммерческих автомобилях и продолжают совершенство­ваться. Их привлекательными особенностями являются меньший неблагоприятный перепад давления (разность давлений на выходе из турбины и на входе воздушного компрессора). Однако, во избежание загрязнения компрессора такие системы требуют установки впускного фильтра твердых частиц. Следует также отметить более высокие тепловые нагрузки, которым подвергается компрессор.

Когда работает поршень по тактам впуск-выпуск, то на моменте
впуска (открытия) клапана происходит сильное сдавливание, которое отражается на
впускном трубопроводе, в итоге происходит сильное сжатие и колебание. Именно
эти колебания и можно пустить на благое дело, чтобы цилиндр как можно больше
наполнялся воздухом, взято это из физики и относится к динамическим свойствам
воздуха. Собственно, это было началом для изобретения турбонаддува и вообще
наддува.

В случае двигателя одноточечного впрыска или же двигателя
карбюраторного типа, если вы желаете повысить забор воздуха, то лучше
использовать отдельные патрубки одинаковой длины, желательно не делать их
длинными.

Однако многоточечный впрыск работает совсем по-другому и
возможностей в этом случае гораздо больше. В отличие от предыдущей системы,
многоточечный делает впрыск топлива через форсунку практически перед самим
цилиндром, топливо при этом попадает на впускные клапана. Особенность в том,
что впускной трубопровод пропускает только воздух, который и обогащает
впрыснутое топливо.

Благодаря такой конструкции, есть возможность разнообразить
систему впускного трубопровода, потому что на трубопроводе топливо не остается
и это позволяет преобразовать его так, как наиболее удобно. Именно поэтому
многоточечные системы намного удобнее, распределение и обогащение топливной
смеси происходит без проблем и в нужном количестве.

Система инерционного
наддува

Для систем с многоточечным впрыском был придуман инерционный
наддув, который представляет собой несколько резонаторных патрубков (3)
соединенных вместе посредством сборной камеры(2). В данной системе сам наддув
происходит и зависит от диаметра резонаторных патрубков и от частоты вращения
коленвала.

На рисунке 1 отображена система инерционного наддува, здесь
под цифрой 1 обозначена дроссельная заслонка, (2) — это сборная камера, (3) —
резонаторный патрубок, (4) — цилиндр.

Что касается резонаторных патрубков, то длина и правильный
диаметр можно рассчитать по такой схеме. Необходимо чтобы при достижении края
патрубка, волна, которая отразится и через открытый впускной клапан пойдет
обратно, соответствовала необходимому объему в соответствии с вращением коленвала,
при этом произойдет максимальное наполнение цилиндра. Так вот, чтобы достичь
наиболее эффективного результата при высоких оборотах коленвала, нужно
использовать резонансные патрубки большего диаметра, но при этом покороче.

Интересная дилемма, как же можно сделать так, чтобы
динамический наддув был одинаково эффективен, в каком бы режиме ни работал
агрегат. После недолгих размышлений конструкторы создали впускной трубопровод,
который способен изменять геометрию самостоятельно в зависимости от того, в
каком режиме работает двигатель. Это делается посредством заслонок, которые
расположены по длине впускного коллектора, и на определенном месте такая
заслонка создаст преграду.

На рисунке 2 можно увидеть, как изменяется геометрия
впускного трубопровода при наддуве.

Отсюда видно, что когда коленный вал работает на малых
оборотах, то заслонка закрывается, из-за чего воздух идет по другому пути,
т.е. через более длинный резонирующий патрубок. Если обороты коленвала
высокие, в этом случае заслонка открывается, в итоге воздух проходит через
короткий и широкий патрубок. Благодаря такому разнообразию и возможности
автоматического перенаправления воздуха, двигатель может по максимум наполнять
цилиндры воздухом, что в свою очередь повышает эффективность крутящего момента.

Система резонансного
наддува

Когда поршень проходит точку от верха вниз на определенной
частоте коленвала в коллекторе происходят уже известные нам резонансные
колебания, соответственно, увеличивается давление и сам эффект наддува. Чтобы
был возможен эффект резонансного наддува, цилиндры одного ряда соединяются
короткими патрубками и объединяются с камерой резонанса. Эти камеры соединены с
открытой атмосферой посредством впускных труб, смотрите рисунок 3, в итоге это
все сходится в одну сборную камеру. Благодаря этому устанавливается порядок в
открытии и закрытии процессов наддува во всех граничащих рядом цилиндрах.

На рисунке 3 отображена система резонансного наддува. Под
цифрой (1) обозначена дроссельная заслонка, (2) сборная камера, цифрой (3)
отмечен резонансный впускной трубопровод, (4) это резонансная камера, (5)
короткий патрубок, (6) непосредственно цилиндр.

Так же, как и в предыдущем случае, чтобы достичь
максимальных результатов резонансного наддува, делаются расчеты диаметра и
длины патрубков, при этом необходимо учитывать обороты коленвала, плюс учесть
диаметр и длину резонансных камер.

Независимо от высоких или низких оборотов коленвала, чтобы
получить максимальный эффект резонансного наддува, как и в предыдущем случае с
инерционным наддувом используется уже известная система патрубков впускного
трубопровода, с автоматически изменяемой геометрией. В данном случае, когда
резонансная заслонка открывается, автоматически идет подключение к
дополнительному резонансному трубопроводу, соответственно колебания системы
впуска меняются, как итог цилиндры максимально наполняются воздухом при низких
оборотах коленвала.

Комбинированная
система наддува

Стоит сказать, что кроме двух выше перечисленных систем,
есть комбинированная система, которая соответственно совместила обе системы,
резонансную и инерционную.

На рисунке 4 хорошо видно, что из себя представляет комбинированная
система наддува.

Когда обороты коленвала высокие можно запускать отдельно
инерционный наддув, в этом случае как видите заслонка (7) открывается и
получается камера, в которой расположены короткие резонирующие патрубки.
Примечательно, что такой отдельный вариант инерционного наддува имеет очень
высокую частоту колебаний. Когда обороты падают до низких или средних, то
заслонка (7) автоматически перекрывается, получается система резонансного
наддува.

SPbPU EL — Агрегаты наддува ДВС. Расчет турбокомпрессора для наддува ДВС: учебное пособие

 

Title: Агрегаты наддува ДВС. Расчет турбокомпрессора для наддува ДВС: учебное пособие Creators: Сидоров Анатолий Алексеевич; Симонов Анатолий Михайлович Organization: Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого Imprint: Санкт-Петербург: Изд-во Политехн. ун-та, 2015 Electronic publication: Санкт-Петербург, 2017 Collection: Учебная и учебно-методическая литература; Общая коллекция Subjects: Двигатели внутреннего сгорания — Наддув UDC: 621.431.052(075.8) Document type: Tutorial File type: PDF Language: Russian DOI: 10. 18720/SPBPU/2/i17-151 Rights: Доступ по паролю из сети Интернет (чтение, печать) Record key: RU\SPSTU\edoc\38949 Allowed Actions: – Action ‘Read’ will be available if you login or access site from another network Group: Anonymous Network: Internet

Annotation

Учебное пособие соответствует государственному образовательному стандарту дисциплины «Агрегаты наддува двигателей» по направлению подготовки бакалавров 13. 03.03 «Энергетическое машиностроение»(профиль «Двигатели внутреннего сгорания»). Пособие предназначено для выполнения самостоятельной курсовой работы студентами на основе излагаемой методики газодинамического расчета центробежного компрессора, осевой и радиально-осевой турбин. Особое внимание уделено обоснованию исходных данных для расчета турбокомпрессоров и оценке и выбору основных параметров рабочего процесса и проточных частей компрессора и турбины. Рекомендуется для студентов четвертого курса Института энергетики и транспортных систем СПбПУ дневной, очно-заочной, заочной форм обучения, изучающих двигатели внутреннего сгорания в рамках подготовки бакалавров.

Document access rights

	Network		User group		Action
	ILC SPbPU Local Network		All
	External organizations N2		All
	External organizations N1		All
	Internet		Authorized users SPbPU
	Internet		Authorized users (not from SPbPU)
	Internet		Anonymous

Usage statistics

Избыточное давление.

Всё про наддув

14 августа 2014, Статьи

Всё про современные системы наддува

Наддув — самый доступный и простой способ увеличить мощность двигателя внутреннего сгорания. Теория проста: чтобы выросла отдача, нужно сжечь как можно больше топлива. Но для его горения необходим ещё и воздух. И если «налить» в цилиндры сколько угодно топлива проще простого (качай себе и качай мощным насосом), то с воздухом дело обстоит сложнее — для него тоже нужен своеобразный насос. И роль такого агрегата в двигателях играют нагнетатели. Вне зависимости от его типа, оснащённый наддувом двигатель обладает большей мощностью и крутящим моментом, чем аналогичный атмосферник. Почему это возможно, какие существуют конструкции и какие побочные эффекты имеет наддув? Рассказываем в нашей справке по современным системам.

История наддува

Впервые техническая идея загнать в автомобильный двигатель больше воздуха с помощью энергии вращения коленвала пришла в голову Готтлибу Даймлеру в 1885 году, а в 1905 году швейцарец Альфред Бюхи получил патент на аналогичную систему, работающую уже от энергии выхлопных газов. Но до реализации этих решений в автомобилях прошло некоторое время — первый серийный легковой автомобиль «наддули» с помощью приводного нагнетателя в 1921 году — им стал Mercedes-Benz. Турбонагнетатели же стали получать распространение в авиационных двигателях 1920-х годов, так как там было особенно важно справляться с потерей мощности по мере набора высоты, где плотность воздуха становится меньше. Вскоре газовые нагнетатели нашли своё применение и в грузоперевозках — прибавка в крутящем моменте оказалась для дизелей судов и локомотивов очень кстати. Первой легковушкой с турбонагнетателем под капотом стало купе-хардтоп Oldsmobile Jetfire с 215-сильным V8.

Вскоре турбина появилась и на Chevrolet Corvair Corsa (расположенный сзади 6-цилиндровый оппозитник воздушного охлаждения с наддувом был лишь одним из необычных технических решений этой экзотической машины), а после подоспели и европейцы в лице Porsche (911 Turbo в 1975 году) и Saab (99 Turbo 1978 года). А вот с наддувным дизельным седаном всех опередил производитель из Старого Света — в 1978 году появилась версия 300SD лимузина Mercedes-Benz W116. Вскоре дизельные автомобили приобрели в Европе огромную популярность, а турбонаддув стал неотъемлемой частью конструкции легкового дизеля. Существуют и грузовые дизели с приводными нагнетателями, но по ряду технологических причин эта схема не получила широкого распространения в автомобилестроении.

Какие существуют виды наддува

К механическим видам наддува (обычно под наддувом понимаются именно механические схемы) относят приводной компрессор и турбокомпрессор. Приводной нагнетатель, как правило, располагается вдоль блока рядного двигателя или в развале V-образного блока и приводится от коленвала с помощью ременной передачи, прессуя воздух парой винтовых роторов или крыльчаткой. Турбина же приводится в действие вылетающими из цилиндров в коллектор под большим давлением выхлопными газами и утрамбовывает воздух на впуске крыльчаткой. Обычно турбина находится сразу за выпускным коллектором или непосредственно интегрирована в него — как, например, в современных моторах группы Volkswagen.

Отдельно можно выделить эксперименты производителей с электротурбинами. Они не отбирают мощность у двигателя и лишены газовой турбоямы, так как колесо компрессора вращает электромотор. Впрочем, к этой схеме у производителей до сих пор остаётся немало вопросов, и подробнее об этом можно прочитать в нашем материале Audi завтрашнего дня. Кроме механического, существует ещё безагрегатный наддув. Так называют повышение давления на впуске с помощью сочетания скорости движения и особой формы и размеров впускных патрубков. Избыточное давление такого типа является мерой дополнительного форсирования преимущественно спортивных атмосферных двигателей. Примером заводской реализации такой схемы может служить впускной тракт хэтчбека Porsche Panamera в особой версии GTS.

Как устроен турбонагнетатель

Конструкция турбонагнетателя проста: на едином валу находятся две крыльчатки, каждая из которых вращается в своём корпусе, называемом в народе «улитка». Одну крыльчатку (в так называемой горячей улитке) вращает поток выхлопных газов, а связанная с ней единой осью вторая крыльчатка в холодной части крутится и трамбует во впускной тракт забираемый с улицы воздух. Таким образом, чем выше обороты работы двигателя, тем больше он вырабатывает газов и тем больше воздуха впоследствии получает. Идеальный замкнутый круг с бесконечным потенциалом повышения мощности?

Но всё не так просто. Во-первых, шатунно-поршневая группа каждого мотора рассчитана на определённые нагрузки, и превышение их приведёт к разрушению двигателя. Во избежание бесконтрольного роста давления наддува в горячей части нагнетателя предусмотрена специальная калитка-клапан под названием «вейстгейт» (в переводе — клапан для излишков), которая открывается с помощью пневматики или сервопривода при достижении пикового расчётного давления в системе. В результате «лишние» газы просто идут в обход турбинного колеса прямиком в выхлопной тракт и не раскручивают компрессор сверх меры. Как правило, в моторах есть и ещё одна страховка от «передува» — при превышении критического порога давления блок управления двигателем ограничивает увеличение подачи топлива на безопасной отметке, и мотор перестаёт производить слишком много выхлопных газов.

Эта анимация наглядно показывает как устроен и работает классический турбонагнетатель

Но в защите нуждается не только поршневая группа, но и сам турбокомпрессор. Представьте, что он уже «надул» много сжатого воздуха во впускной трубопровод, а водитель внезапно закрыл дроссель — ударившись в такое препятствие, сжатый воздух направится искать себе другую дорогу и обязательно найдёт её в противоположном направлении, где находится только что спрессовавшее его колесо компрессора. Возникающая в таком случае на крыльчатку нагрузка называется помпаж и воздействует на турбонагнетатель самым деструктивным образом. Для стравливания излишнего воздуха в районе впускного патрубка или интеркулера в систему встраивается ещё один перепускной клапан, который отправляет воздух обратно на впуск перед турбокомпрессором (тогда клапан называется байпасным) или в атмосферу (блоу-офф-клапан). Последняя разновидность «перепускников» как раз и порождает чихающие, свистящие и шипящие звуки тюнингованных автомобилей с турбонаддувом, которые можно услышать на улицах.

Ещё одна проблема уже эксплуатационного характера заключается в том, что на малых оборотах поток газов слишком мал, чтобы раскрутить вал турбокомпрессора для создания сколько-нибудь существенного давления и получения дополнительной мощности — в народе такая ситуация называется «турбоямой». Поэтому конструкторы систем наддува тщательно подбирают размеры «холодной» и «горячей» крыльчаток в зависимости от объёма двигателя и желаемого характера тяги. Например, в спортивной Audi Sport quattro турбина имеет огромную горячую часть и небольшую холодную, поэтому, чтобы раскрутить такой нагнетатель, нужно выйти на высокие обороты (3500-4000 об/мин и выше), но зато потом следует очень резкий бескомпромиссный подхват. А в современном гражданском Mini Countryman (мы совсем недавно ездили на обновлённой модели) с небольшим моторчиком объёмом 1,6 литра нагнетатель маленький, но зато легко раскручивается с минимальных оборотов, что удобно в городских условиях.

Чтобы понизить порог наддува, когда турбина создаёт избыточное давление, и сократить зону турбоямы, создатели турбокомпрессоров используют различные конструктивные ухищрения. Самые распространённые из них — крыльчатка с изменяемой геометрией и твинскролльная горячая «улитка». TwinScroll предусматривает два параллельных, но разного размера и формы канала для выхлопных газов в едином корпусе улитки — газы в каждый из каналов попадают от своей группы цилиндров, но крутят единое турбинное колесо. Его лопатки выполнены таким образом, что одинаково эффективно воспринимают импульсы из обоих каналов.

Из-за различной геометрии каналов и достигается хорошая тяга одновременно и на низких, и на средних и высоких оборотах, а отсутствие столкновения и завихрения потоков газов от разных групп цилиндров улучшает газодинамические свойства системы. Турбины же с изменяемой геометрией имеют специальные, приводимые актуатором, подвижные лопатки-заслонки, которые в разных положениях позволяют менять форму газового канала в горячей улитке (упрощённо — в разное время имитируют маленькую и большую турбину) и таким образом максимально эффективно в конкретный момент времени направлять на турбинное колесо поток выхлопных газов.

Принцип работы турбины с изменяемой геометрией можно изучить на примере дизельного нагнетателя компании Holset

Как устроен механический нагнетатель

В отличие от питающегося «бесплатными» выхлопными газами турбокомпрессора, механический нагнетатель приводится в движение энергией вращающегося коленвала. Соответственно, чтобы получить дополнительную мощность, двигатель сначала часть мощности отдаёт, поэтому КПД такого решения ниже. Но, тем не менее, производители не спешат отказываться от приводных нагнетателей, потому как они наделяют автомобиль моментальной тягой с самых низких оборотов — понятие турбоямы к приводным компрессорам практически неприменимо. Конструкция предусматривает ременную, цепную или реже передачу иного типа, которая вращает вал нагнетателя от коленвала мотора. Аналогично турбокомпрессору, нагнетатель прессует воздух и отправляет его под избыточным давлением во впускной коллектор. Наиболее похожий на турбокомпрессор вид приводного нагнетателя — центробежный. Он трамбует воздух аналогичным турбинным колесом, но приводится оно не выхлопными газами, а механически.

Эта анимация компании Eaton – одного из ведущих производителей компрессоров Roots-типа — объясняет принцип работы такого нагнетателя

Но самым первым компрессором, который применил в автомобилестроении Готлиб Даймлер, стал агрегат типа Roots, названный по имени своих создателей-братьев — изначально они разработали устройство для промышленных нужд. Такой нагнетатель представляет собой собранные в едином корпусе и находящиеся своими лопастями-кулачками в зацеплении два продолговатых ротора, которые своим вращением по направлению друг к другу захватывают и прокачивают воздух во впускной коллектор. Третья разновидность компрессоров — винтовые типа Lysholm — перекачивают и сжимают воздух с помощью сверлообразных несимметричных роторов, которые находятся в зацеплении. Благодаря уменьшающимся по направлению к выходу из компрессора воздушным камерам между шнеками осуществляется внутреннее сжатие воздуха, что обеспечивает большую в сравнении с Roots-нагнетателями эффективность системы. Аналогично газотурбинным схемам, развиваемое механическими компрессорами давление регулируется с помощью клапанов или муфт.

Комбинированные схемы агрегатного наддува

Как только системы наддува стали использоваться массово, инженеры стали думать над повышением их эффективности. Для борьбы с турбоямой, помимо вышеупомянутого твинскролльного наддува, используется схема с двумя последовательно дующими нагнетателями: это может быть маленькая турбина для низких оборотов в сочетании с большой для средних и высоких (так называемая архитектура твинтурбо; пример — Subaru Legacy в кузове BE/BH) или симбиоз приводного компрессора для низких оборотов и турбокомпрессора для средних и высоких. Последним прославилась компания Volkswagen со своим мотором 1.4 Twincharger, который обеспечивал плавный рост давления, но вместе с тем из-за сложности конструкции доставлял немало хлопот по части надёжности и обслуживания.

Однако две турбины одного мотора не обязательно отличаются размерами и работают последовательно: во многих современных наддувных моторах цилиндры условно делятся на две группы, и каждая из них обслуживается своим собственным нагнетателем. Однако инженерные изыскания порой порождают и более экзотические варианты: например, в новом трёхлитровом супердизеле BMW (381 л.с./740 Н•м) — три турбины! На низких оборотах работает первая маленькая турбина с изменяемой геометрией, на средних оборотах в дело включается большой нагнетатель, а на высоких прокачивать воздух в цилиндры помогает третий небольшой турбокомпрессор. Результат — водитель трёхлитровой машины ощущает под капотом литров так пять, да ещё и как будто с механическим нагнетателем, практически без турбоямы и лага. Ещё одна схема, пока не нашедшая серийного применения — электрическая турбина в качестве помощника обычному газовому компрессору, мы упоминали о ней выше.

На этой анимации компании BMW представлена схема работы нагнетателей первого в мире легкового двигателя с тремя турбинами

Охлаждение воздуха

Так как воздух в процессе прохождения через нагнетатель спрессовывается и соприкасается с горячими деталями агрегата, он нагревается и сам. Тёплый воздух имеет меньшую плотность, а порог разрушающей мотор детонации при использовании горячего воздуха становится ниже. Вот почему можно ощутить, что в жару автомобиль с наддувным двигателем «не едет» — в условиях недостатка воздуха (по сравнению с идеальными условиями) система управления двигателем готовит меньше горючей смеси, ограничивая до нужного соотношения и подачу топлива. Поэтому для охлаждения воздуха между нагнетателем и впускным коллектором в системах наддува предусмотрен промежуточный охладитель или, иными словами, интеркулер. Он представляет собой теплообменник (то есть радиатор), через который по пути в камеру сгорания проходит весь нагнетаемый воздух. По конструкции интеркулеры делятся на системы вида: «воздух-воздух» и «воздух-вода».

Первые дешевле в производстве, легче и в целом компактнее, но менее эффективны и дают меньшую гибкость в компоновке моторного отсека. Охлаждение наддувного воздуха осуществляется в них посредством попадающего на рёбра интеркулера набегающего воздуха через воздухозаборники переднего бампера (фронтальное расположение, например, у Mitsubishi Lancer Evolution и вообще у большинства современных автомобилей) или капота (Subaru Impreza WRX, Toyota Caldina GT-T и прочие автомобили с «ноздрёй» над мотором). Интеркулер же типа «воздух-вода» остужает воздух с помощью циркулирующей по встроенному контуру жидкости, имеющей отдельно вынесенный радиатор охлаждения. Такая система обеспечивает меньшую длину впускного тракта, а значит, и меньший турболаг, а также позволяет более гибко выбирать месторасположение кулера. Среди её минусов — повышенная сложность и масса конструкции, а соответственно и цена такого решения.

Пять мифов о турбонаддуве

Миф 1. Наддув снижает надёжность, турбины всё время ломаются

Пожалуй, это миф номер один, и доля правды в нём есть. Это связано с тем, что двигатель с наддувом имеет более сложную конструкцию, больше деталей и сложнее в проектировании, а значит — при прочих равных, — шанс, что в нём что-то сломается, выше, чем в случае с атмосферником. Однако конструктивные просчёты случаются и в безнаддувных моторах, поэтому удачная модель турбодвигателя не уступит в надёжности другому такому же удачному атмосфернику. Конечно, внутренние нагрузки в наддувных моторах выше, но каждый двигатель проектируется инженерами с учётом этих особенностей, поэтому все необходимые детали турбо- или компрессорного мотора изначально усилены. Сам по себе нагнетатель достаточно надёжен, но вследствие неправильной эксплуатации или конструктивных просчётов может выйти из строя, как и любая другая деталь. Даже если это случилось, то специализированные сервисы способны отремонтировать агрегат: для большинства современных моделей выпускаются запасные части и ремкомплекты, а точные измерения, необходимые для ремонта нагнетателя, вполне доступны квалифицированным мастерам. Резюме по мифу номер один: нагнетатель не является каким-либо особенно слабым звеном наддувного двигателя, а если его поломка и произошла, этот узел вполне поддаётся восстановлению или замене.

Миф 2. Автомобиль с наддувом потребляет больше топлива

Отчасти верно, но это касается, в основном, механических нагнетателей. Современные же турбированные двигатели создаются в основной своей массе именно с целью экономии топлива, так как в экономичном режиме вождения мотор с меньшим, чем у атмосферника сопоставимой мощности, рабочим объёмом потребляет меньше топлива, а в случае необходимости наддув даёт возможность распоряжаться существенной мощностью. Иными словами, много топлива расходуется только тогда, когда это действительно необходимо в соответствии с условиями движения. Повсеместный переход производителей на турбомоторы — лишнее тому подтверждение, ведь такое решение позволяет выпускать автомобили с более скромными показателями среднего расхода, а значит, и платить меньше обусловленных экологическим законодательством пошлин. Резюме по мифу номер два: современный автомобиль с турбонаддувом — это экономично.

Миф 3. Чем больше турбина, тем лучше

Размер нагнетателя — понятие, которое невозможно описать каким-то одним параметром. Это всегда совокупность размеров деталей компрессора, которые определяют его характеристики и совместимость системы с конкретным двигателем. В случае с турбокомпрессором основными и определяющими являются размеры и форма холодной и горячей частей, а производительность механического нагнетателя определяется габаритами винтовых элементов и соотношением диаметров приводных шкивов. Простой пример: если заменить турбину на автомобиле гольф-класса на узел от более объёмного мотора, то производимых компактным двигателем выхлопных газов может не хватить для эффективного раскручивания турбинного колеса, а значит, и компрессорная «холодная» крыльчатка не создаст нужного давления в системе. Некоторые турбокомпрессоры большего размера всё-таки помогут существенно увеличить мощность небольшого мотора, но доступна она будет только в узком диапазоне высоких оборотов, что удобно для трассы, но оборачивается чудовищной турбоямой в городе. Резюме по мифу номер три: размер нагнетателя требует инженерных расчётов и должен соответствовать параметрам двигателя и планируемым условиям эксплуатации автомобиля.

Миф 4. Владеть автомобилем с наддувом хлопотнее, чем обычным

В последние годы турбированные двигатели получили такое распространение, что далеко не все владельцы в курсе самого факта наличия нагнетателя под капотом. Разве владелице ярко-оранжевого Audi Q3 интересно, что шильдик TFSI на крышке багажника означает турбомотор? В эксплуатации современные автомобили с наддувом не требуют никаких особенных действий — нужно просто заливать соответствующее качественное топливо (не ниже 95 бензина в большинстве случаев и строго 98 для отдельных высокофорсированных моделей) и вовремя проходить регламентное обслуживание. Автомобили 10-20-летней давности с наддувными двигателями требовали более частого техобслуживания, однако сейчас у большинства производителей наддувные версии требуется загонять на сервис с той же регулярностью, что и атмосферные. Это стало возможным благодаря совершенствованию конструкции моторов, а также появлению новых видов масел.

Старые автомобили с наддувными моторами также боялись резкого глушения после «отжига» — детали турбины продолжали в таком случае вращаться по инерции, а подача масла уже прекращалась, что вело к повышенному износу. Для защиты механизма либо применялось устройство под названием турбо-таймер, которое давало поработать двигателю минуту-другую и затем автоматически его глушило, либо водитель сам ждал пару минут, прежде чем остановить мотор после активной поездки. Современные двигатели ничего подобного не требуют, так как система смазки турбокомпрессора рассчитана на такие условия. К примеру, на турбомоторах Volkswagen предусмотрена отдельная помпа, которая прокачивает через нагнетатель холодный антифриз после выключения зажигания. Резюме по мифу номер четыре: следите за качеством топлива и вовремя посещайте сервис — и можете не вдаваться в детали конструкции. Впрочем, это справедливо для любого автомобиля.

Миф 5. Наддув включается и отключается на определённых оборотах

Нагнетатель — это агрегат, который, как правило, всегда активен с самого момента запуска двигателя. Равно как с первым оборотом коленвала начинают вращаться приводящие механический компрессор шкивы, так даже на холостых оборотах мотор выделяет выхлопные газы, которые через горячую крыльчатку слегка вращают ось турбокомпрессора. Поэтому нагнетатель работает всегда, но вот быть эффективным начинает только с определённого момента. Порог, с которого нагнетатель создаёт избыточное давление, в каждой системе индивидуален, а рост давления может происходить быстро или медленно, но всегда относительно плавно. Резюме по мифу 5: нагнетатель не работает по принципу «вкл-выкл», а степень его участия в наполнении цилиндров воздухом зависит от оборотов двигателя. Исключение составляют системы, где присутствует более одного нагнетателя — в таких схемах обычно предусмотрено электронное управление потоками воздуха, и в зависимости от условий работы мотора специальные актуаторы и клапаны задействуют в нужный момент тот или иной компрессор.

Перспективы развития систем наддува

В настоящее время наблюдается всеобщая тенденция перехода на твинскролльные турбонагнетатели вкупе с уменьшением рабочего объёма двигателей. Эта схема практически не имеет недостатков: такой турбокомпрессор выходит на рабочее давление уже на низких оборотах и успешно «дует» вплоть до высоких. Таким образом, он успешно заменяет приводной нагнетатель в деле обеспечения тяги с самых низов, но при этом имеет более высокий коэффициент полезного действия и все преимущества традиционной турбины. А ровный, без «турбоям» и ярких подхватов, характер тяги делает вождение автомобилей с такими двигателями простым занятием для самого широкого круга водителей. Иной раз даже мы, откатавшие сотни разных машин журналисты, не сразу можем распознать наличие под капотом турбины. Но и приводные нагнетатели не потеряли окончательно своей актуальности. Во-первых, верность им сохраняют производители, для которых беспощадная тяга с самых низов является фирменной чертой характера. Типичный пример — компания Jaguar, чей 5-литровый V8 с механическим нагнетателем своей тягой и звуком пленил немало водительских сердец. Хотя тенденция неумолима: даже компания-первопроходец в области легкового приводного наддува, Mercedes-Benz, в последние годы совершила резкий переход на более эффективную турбокомпрессорную схему.

А во-вторых, компрессоры хороши для использования в… гибридах! Когда нужно состыковать тягу двигателя внутреннего сгорания и электромотора, более прогнозируемым и легко настраиваемым нагнетателем по словам инженеров некоторых автомобильных компаний является всё же механический. Один из примеров — Porsche Panamera S E-Hybrid, который мы недавно протестировали вместе с электрокаром Tesla Model S, а о ещё одном примере такой схемы мы расскажем вам уже на следующей неделе. Наконец, уменьшение рабочего объёма двигателя. Именно широкое распространение нагнетателей дало возможность производителям сделать моторы более компактными, лёгкими, малообъёмными и не жертвовать при этом мощностью. Такая игра идёт на всех уровнях легкового автопрома: взять хотя бы моторчики Fiat MultiAir (0,9 л) или Ford EcoBoost (1,0 л) для компактов, ещё недавно смехотворный для гольф-класса объём в 1,2 литра (например, Volkswagen TSI), распространённую ныне формулу «два-ноль-турбо» для автомобилей среднего класса, наддувные трёхлитровые «шестёрки» для больших седанов бизнес-сегмента и турбированные V8, которые пришли на смену атмосферным монстрам V10 и V12 в суперкарах.

Автор: Дмитрий Ласьков
Фотографии и иллюстрации компаний-производителей, из архива редакции и www.oldcarbrochures.com

Дмитрий Ласьков

Продолжение темы

Все новости

27 сентября 2022До и после: 5 обновленных домиков на колесах, в которых жить — одно удовольствие

23 сентября 2022Кто может не платить транспортный налог

7 января 2022Почему мощность измеряют в лошадиных силах?

30 ноября 2021Как обслуживать автомобиль, чтобы ничего не потерять при продаже

16 ноября 2021Можно ли смешивать разные моторные масла?

Как работает механический центробежный нагнетатель – x-engineer.

org

Максимальный крутящий момент и мощность, развиваемые двигателем внутреннего сгорания, зависят, среди прочего, от количества топлива, которое может быть сожжено в цилиндрах. Чем выше количество сожженного топлива, тем выше давление в цилиндре, тем выше крутящий момент (мощность) двигателя. Количество топлива, которое можно сжечь внутри двигателя, ограничено количеством воздуха (кислорода), доступного для горения. Это означает, что даже если мы впрыснем в двигатель большое количество топлива без необходимого количества воздуха (кислорода), топливо останется несгоревшим, а двигатель потеряет производительность и увеличит выбросы выхлопных газов.

В безнаддувном двигателе внутреннего сгорания, также называемом атмосферным двигателем, воздух всасывается в цилиндры за счет всасывания, когда поршень движется к нижней мертвой точке (НМТ) и создает объем в цилиндрах. При этом массовый расход воздуха зависит от дросселирования впускного коллектора, а давление воздуха всегда меньше атмосферного (1 бар/атм).

Для двигателя с фиксированным объемом (рабочим объемом) путем сжатия всасываемого воздуха до большей плотности, чем у атмосферного воздуха, перед входом в цилиндры мы увеличим выходной крутящий момент (мощность) двигателя. Это основная цель двигатель с наддувом . Таким образом, двигатель с наддувом представляет собой двигатель внутреннего сгорания, который использует сжатый воздух перед впуском цилиндра, чтобы увеличить крутящий момент и выходную мощность .

При сжатии всасываемого воздуха его плотность увеличивается, а это означает, что при том же объеме для сгорания доступно больше молекул кислорода. Это означает, что можно впрыскивать больше топлива и, следовательно, получать более высокое давление сгорания, что приводит к более высокому крутящему моменту и мощности двигателя.

Изображение: Увеличение крутящего момента двигателя за счет наддува

Существует несколько методов сжатия всасываемого воздуха двигателя:

• турбонаддув отработавших газов
• механический наддув
• волновой наддув

Турбонаддув подробно объясняется следующие статьи:

• Как работает турбонаддув
• Как работают турбокомпрессоры
• Турбокомпрессоры Twin-scroll
• Турбокомпрессор с изменяемой геометрией (VGT)

В нагнетателях с механическим приводом компрессор приводится в действие непосредственно двигателем. Это означает, что компрессор механически соединен с коленчатым валом через шестерню или ремень и получает мощность от двигателя для сжатия всасываемого воздуха.

В зависимости от метода сжатия воздуха нагнетатели с механическим приводом подразделяются на две основные категории:

• центробежные нагнетатели
• объемные нагнетатели

В этой статье речь пойдет о центробежных нагнетателях с механическим приводом .

Механический центробежный нагнетатель использует принцип потока и принцип импульса для сжатия всасываемого воздуха. В основном он состоит из компрессорного колеса (крыльчатки), которое установлено на валу и приводится в движение двигателем через зубчатую передачу или ременную передачу.

Изображение: Схема механического центробежного наддува
Авторы и права: [5]

Атмосферный воздух всасывается крыльчаткой (компрессором) через фильтр и сжимается до более высокого давления. Перед поступлением в двигатель (цилиндры) всасываемый воздух охлаждается, что еще больше увеличивает его плотность. Холодный плотный воздух означает, что в двигатель можно впрыскивать больше топлива, что создает больший крутящий момент (мощность) на коленчатом валу. Давление наддува зависит от оборотов двигателя, чем выше обороты крыльчатки (двигателя), тем выше давление сжатого воздуха.

Поскольку мощность, необходимая для вращения компрессора, берется непосредственно от двигателя, а не от выхлопных газов, как в случае турбонагнетателя, недостатком является то, что нагнетатель увеличивает паразитные нагрузки на двигатель. Преимущество заключается в том, что нет передачи температуры от выхлопных газов к сжатому воздуху, что приводит к более высокой плотности всасываемого воздуха по сравнению с турбонаддувом.

 

Изображение: Принцип работы центробежного нагнетателя
Предоставлено: ProCharger

Простейший привод центробежного нагнетателя использует ремень, соединенный с коленчатым валом через два шкива. Однако этот простой и эффективный метод ограничивает работу нагнетателя, поскольку выходное давление напрямую связано с частотой вращения двигателя. Существуют также более продвинутые концепции, такие как нагнетатели с приводом от вариатора Torotrak V-charge, в которых используются полные тороидальные вариаторы для управления скоростью крыльчатки независимо от скорости двигателя. Этот метод позволяет лучше контролировать функцию давления наддува в рабочей точке двигателя (частота вращения и крутящий момент).

Еще одно преимущество нагнетателя по сравнению с турбонагнетателем заключается в том, что масса всасываемого воздуха увеличивается примерно прямо пропорционально частоте вращения двигателя и, следовательно, потребности двигателя в воздухе. В случае нагнетателя, поскольку его диапазон работы не ограничивается помпажем компрессора (как в случае турбокомпрессора), возможна гораздо более широкая область работы компрессора. Кроме того, имея прямое механическое соединение с двигателем, реакция на внезапную потребность в давлении воздуха на впуске происходит намного быстрее.

Изображение: двигатель Ford Mustang с центробежным нагнетателем
Кредит: Procharger

1. Воздушный фильтр
2. Центробежный нагнетатель
3. Intercloer
4. Crankshall Superbress
5. 121212222.shipless
.shipless . Speerner .shipless Superbress .shipless .shipless .shipless .shiply .shiply .shipless Superbress . Набор. принцип потока, его общая эффективность высока, а также имеет лучшее соотношение между размерами и объемным расходом по сравнению с другими нагнетателями с механическим приводом.

Нагнетатель с механическим приводом может работать со скоростью до 100000 об/мин и выше. Это означает, что при прямом приводе от двигателя ему нужны довольно значительные передаточные числа. Преобразование первой скорости осуществляется на шкивах (при ременном приводе) с соотношением скоростей около 2: 1. Преобразование второй скорости осуществляется внутри корпуса компрессора с помощью фиксированного простого набора шестерен или планетарного набора роликов (шестерни). Внутреннее передаточное число может достигать 15:1. Это дает общее преобразование скорости примерно 30:1, что при частоте вращения двигателя 2000 об/мин соответствует частоте вращения крыльчатки 60000 об/мин.

Производительность нагнетателя измеряется функцией его давления наддува . Повышение давления на 1,2 бара означает, что нагнетатель увеличил давление всасываемого воздуха в 1,2 раза выше атмосферного давления (1 бар). Это означает, что абсолютное давление во впускном коллекторе после компрессора составляет 2,2 бар. Давление наддува непостоянно, оно зависит от скорости вращения крыльчатки, чем быстрее вращается крыльчатка, тем выше давление наддува.

Изображение: Компоненты центробежного нагнетателя
Кредит: ProCharger

1. корпус компрессора (Volute)
2. Райбор
3. аэрационный масляный насос
4. Подшипники
5. Шкив набрать воздух в небольшой корпус компрессора (улитка) . Когда воздух выходит из крыльчатки, он движется с высокой скоростью при низком давлении. Этот высокоскоростной воздух низкого давления направляется через диффузор, который преобразует воздушный поток таким образом, чтобы он был высокого давления и низкой скорости. Затем воздух подается в двигатель, где дополнительный поток воздуха (вызванный повышенным давлением) дает двигателю возможность сжигать больше топлива и иметь более высокий уровень сгорания. Это приводит к более быстрому и отзывчивому автомобилю из-за большей эффективности двигателя.

   Крыльчатка является основным вращающимся компонентом нагнетателя и компонентом, создающим наддув воздуха. Крыльчатка нагнетает воздух в нагнетатель и создает давление, которое напрямую преобразуется в положительное давление во впускном коллекторе, также известное как давление наддува. Рабочее колесо должно выдерживать высокие рабочие температуры и быть достаточно прочным, чтобы постоянно работать при высоких оборотах двигателя.

   Конструкция корпуса компрессора в форме улитки является уникальной чертой центробежных нагнетателей. Этот корпус компрессора, технически известный как коллектор, предназначен для сбора воздушного потока и подачи его в выходную трубу. Хотя корпуса компрессоров могут быть изготовлены из самых разных металлов или сплавов, обычно они формируются или отливаются из алюминия. Алюминий обычно используется для корпусов/улитков нагнетателя из-за сочетания прочности, веса и устойчивости к коррозии. После того, как корпус отлит, его подвергают механической обработке, чтобы он соответствовал конструкции рабочего колеса. При сборке нагнетателя корпус крепится к трансмиссии с помощью крепежных болтов или ленточных хомутов.

   Между рабочим колесом и улиткой расположен диффузор . После крыльчатки на пути потока диффузор отвечает за преобразование кинетической энергии (высокой скорости) газа в давление путем постепенного замедления (диффузии) скорости газа.

   Наряду с передаточным отношением, полученным с помощью системы (ременного) привода, также требуется повышающая передача , чтобы получить скорость рабочего колеса, необходимую для создания желаемого наддува. Кроме того, трансмиссия содержит подшипники для поддержки валов, прикрепленных к внутренним шестерням. Подшипники используются во всей системе, чтобы обеспечить плавное движение деталей и уменьшить трение и износ. Все подшипники центробежного нагнетателя должны выдерживать постоянное высокоскоростное движение.

   Простейшие формы трансмиссии нагнетателя используют набор простых шестерен или набор планетарных роликов (шестерней) . Существуют и более сложные конструкции, например наддувы с приводом от вариатора Torotrak V-charge, в которых используются тороидальные трансмиссии 9.0008, чтобы изменить общее передаточное число функции нагнетателя рабочей точки двигателя (скорость и крутящий момент).

   Image: Centrifugal superchargers with planetary rollers Credit: Rotrex	Image: Rotary drive system with planetary rollers Credit: Rotrex
   Image: Centrifugal supercharger with planetary rollers transmission Credit: HKS

   1. pulley
   2. front housing
   3. input ring
   4. roller
   5. compressor housing
   6. spindle
   7. compressor wheel
   8. rear housing

   Torotrak’s V-charge is a mechanically driven centrifugal supercharger, with a variable ratio traction drive . Тороидальная трансмиссия, действующая как бесступенчатая трансмиссия (CVT), способна изменять передаточное число от минимального (0,28) до максимального (2,8) менее чем за 400 мс. Он имеет гидравлическую систему привода малой мощности, которая потребляет менее 20 Вт при изменении передаточного отношения.

   . ременный привод от двигателя с передаточным числом шкивов 2,5:1. Кроме того, выход тороидального вариатора проходит через планетарный набор роликов с передаточным числом 12,5:1. Комбинация ременного шкива, тороидальной передачи и планетарного набора роликов обеспечивает минимальное передаточное число 8,75:1 и максимальное передаточное отношение 87,5:1.

   Надлежащая смазка необходима для продолжительной работы центробежного нагнетателя. Высокая скорость, необходимая нагнетателю для создания наддува, требует соответствующей смазки для всех движущихся частей. В центробежных нагнетателях используется несколько методов смазки. В некоторых конструкциях для смазки нагнетателя используется моторное масло. В закрытых (автономных) системах смазка представляет собой маловязкое синтетическое масло, специально разработанное для использования на высоких скоростях. Смазочное масло распределяется по трансмиссии через маслоотражатель/насос.

   Изображение: Схема охлаждения нагнетателя
   Кредит: Масляная канистр гамбургера

   1. масляная канистр
   2. масляный фильтр
   3. Центрифугальный нагнетатель
   4. Охладитель масла

   Centrifal Super Chargers Small Portion. . КПД имеет как механический (потребляемая мощность), так и тепловой (нагрев сжатого воздуха) факторы. Более высокая эффективность означает, что нагнетатель потребляет меньше энергии от питающего его двигателя и производит меньше тепла. В моторном отсеке выделяется значительное количество тепла, и некоторые конструкции нагнетателей позволяют передавать значительную часть тепла от двигателя и других компонентов к нагнетателю. Это, в свою очередь, позволяет передавать дополнительное тепло воздуху, сжимаемому внутри нагнетателя, что эффективно снижает эффективность.

   В заключение подведем итоги целей наддува :

   • для заданного размера двигателя (рабочего объема), наддув увеличивает крутящий момент и выходную мощность (например, 2,0-литровый безнаддувный (NA) двигатель имеет пиковую мощность 110 кВт. , в то время как 2,0-литровый двигатель с наддувом имеет пиковую мощность 140 кВт)
   • для двигателя уменьшенного размера (меньший рабочий объем), с меньшим расходом топлива и выбросами выхлопных газов, наддув поддерживает тот же уровень мощности и крутящего момента двигателя (например, 1,2-литровый двигатель с наддувом имеет такой же крутящий момент и выходную мощность, что и 1,6-литровый двигатель NA (атмосферный)

   Обычно нагнетатели используются в высокопроизводительных двигателях. Для нагнетателей с фиксированным передаточным отношением их общее передаточное отношение должно правильно соответствовать карте воздушного потока компрессора с используемой частотой вращения двигателя. Это означает, что передаточное число ременного шкива и внутреннее передаточное число трансмиссии необходимо выбирать в зависимости от частоты вращения двигателя и там, где требуется пиковое давление наддува.

   Изображение: Ременной привод нагнетателя
   Предоставлено: ProCharger

   1. центробежный нагнетатель
   2. резиновый ремень
   3. шкив коленчатого вала

   Низкие скорости приводят к меньшей мощности наддува воздуха, а необходимость высокой скорости для создания высоких уровней наддува является одним из недостатков центробежного нагнетателя. Ускорение на холостом ходу приводит к низкому давлению наддува из-за низких оборотов двигателя. Для достижения очень высоких скоростей вращения крыльчатки (выше 40000 об/мин), необходимых для значительного давления наддува, необходима комбинация меньшего шкива на ременном приводе нагнетателя по сравнению с коленчатым валом.

   Центробежные нагнетатели отличаются высокой гибкостью в отношении места установки, что делает их популярными для использования на вторичном рынке. Они могут быть размещены до или после корпуса дроссельной заслонки. Выпускная трубка может использоваться для подачи сжатого воздуха либо к впускному отверстию двигателя, либо к промежуточному охладителю, вместо того, чтобы прикрепляться непосредственно к впускному коллектору.

   Центробежные нагнетатели имеют минимальную теплопередачу из-за их низкой степени внутреннего сжатия. Этот высокий тепловой КПД приводит к увеличению прироста мощности по сравнению с нагнетателями объемного типа.

   По сравнению с турбонагнетателями центробежные нагнетатели с механическим приводом имеют более быструю реакцию во времени благодаря механической связи с коленчатым валом двигателя.

   Помните, что в четырехтактных двигателях внутреннего сгорания центробежные нагнетатели с механическим приводом используются для увеличения крутящего момента и выходной мощности двигателя на единицу рабочего объема .

   Ссылки

   [1] Bosch Automotive Handbook, 9-е издание, Wiley, 2014.
   [2] T.K. Garrett et al, The Motor Vehicle, 13th Edition, Butterworth-Heinemann, 2001.
   [3] Джон Б. Хейвуд, Основы двигателя внутреннего сгорания, McGraw-Hill, 1988.
   [4] Уиллард В. Пулкрабек, Инженерные основы двигателя внутреннего сгорания, Прентис Холл, 1997.
   [5] Константин Д. Ракопулос , Эвангелос Г. Джакумис, Работа дизельного двигателя в переходных режимах — принципы работы и анализа моделирования, Springer, 2009.
   [6] Клаус Молленхауэр, Гельмут Чоке, Справочник по дизельным двигателям, Springer — Bosch, 2010.
   [7] Николас Гуднайт, Кирк ВанГелдер, Производительность автомобильного двигателя, Jones & Bartlett Learning, 2019 г..
   [8] Сэм Акехерст, Нагнетатель с приводом от вариатора с V-образным зарядом Torotrak — средство сокращения размеров?, Университет Бата, 2017.

   Кто изобрел нагнетатель и как он изменился?

   Любой, у кого в жилах течет бензин, ценит радость нагнетателей, но кто несет ответственность за их изобретение и применение в автомобилях?

   Напомнить позже

   LS3 V8 с наддувом в Vauxhall VXR8 Bathurst

   Нагнетатель — одно из величайших изобретений, когда-либо украшавших наше любимое королевство автолюбителей. Он увеличивает мощность и крутящий момент, не ограничивает обороты двигателя, а на полном ходу нагнетатель может звучать апокалиптически хорошо. Конечно, есть недостатки, но мы любим их всей душой.

   Нагнетатели работают, сжимая воздух, поступающий в цилиндры двигателя, нагнетая больше молекул воздуха в камеры сгорания, которые затем можно смешивать с большим количеством топлива для значительного повышения общей мощности. Механически приводимые в движение коленчатым валом с помощью ремней, шестерен или цепей, они вращаются со скоростью, напрямую связанной с оборотами двигателя, поэтому задержка отсутствует. Они просто позволяют машине бить вас по почкам еще сильнее.

   1932 Alfa Romeo 6C 1750 Supercharged Grand Sport

   Так откуда взялся нагнетатель, это благословение бензиновых небес? Записи показывают, что некий Дж. Джонс из Бирмингема в английском Уэст-Мидлендсе выпустил прототип нагнетателя в 1848 или 1849 году. Это было то, что позже стало известно как тип Рутса после того, как братья Рутс добились успеха в конструкции; американцы, которые запатентовали его как воздушный насос для доменных печей.

   Что касается автомобилей, то именно Готлиб Даймлер, как и многие другие вещи, впервые получил в 1885 году патент на наддув двигателя внутреннего сгорания. Он использовал конструкцию Roots в двигателе с наддувом, который в конечном итоге вышел из строя в 1900 году, что сделало эту конструкцию старейшим из типов, которые до сих пор используются в четырехтактных двигателях. Другие опередили его в производстве с первым двухтактным двигателем в 1878 году.

   1935 Frazer Nash одноместный с двойным наддувом

   Нагнетатели типа Рутса имеют то преимущество, что они лучше всего создают избыточное давление во впускном коллекторе, т.е. при работе, при малых оборотах двигателя. Обычно нагнетатель типа Рутса может достигать максимального крутящего момента при 2000 об/мин, поэтому исторически это была хорошая конструкция для практичных дорожных автомобилей.

   Также в 1878 году Генрих Кригар из Германии запатентовал винтовой нагнетатель. Позже в том же году он разработал более совершенные конструкции, но современные технологии просто не могли изготовить этот новый «скрученный» винт.

   Mazda MX-5

   с наддувом Винтовые нагнетатели сжимают воздух внутри корпуса нагнетателя, а не во впускном отверстии. Они очень хорошо подходят для подачи больших объемов воздуха в двигатели большей мощности. Как и модели Roots, они были объемными, что делало их хорошими даже на низких оборотах, но их производство было дорогим. Однако они имели меньшую утечку воздуха и меньшие паразитные потери, чем тип Roots. Они также выглядят особенно круто.

   Некий Луи Рено из Франции разработал центробежный нагнетатель в 1902 году до того, как небольшая компания под названием Mercedes фактически запустила нагнетатели для серийных автомобилей. В 1921 году в паре двигателей мощностью 6/25/40 л. с. и 10/40/65 л.с. впервые на открытом рынке использовались воздуходувки типа Рутса.

   Если у вас есть VXR8 Bathurst, вы будете делать многое из этого

   . С течением времени нагнетатели стали более понятными. Стало общепризнанным, что более крупный нагнетатель, работающий на более низкой скорости, будет более эффективным, чем меньший и более быстрый — до определенного момента. Их использование в автомобилях расширилось, и через 19Европейские бренды 20-х и 30-х годов очень любили привязывать воздуходувки к своим двигателям.

   Со временем нагнетатель попал в авиацию, помогая быстро развивающимся истребителям 1930-х и 1940-х годов преодолевать проблемы, связанные с разреженным воздухом на большой высоте. После Второй мировой войны их популярность в автомобилях немного пошла на убыль, особенно в Европе, где нормальная аспирация была наиболее распространена до появления турбонаддува.

   В США больше любят мгновенную и чрезвычайно приятную подачу мощности нагнетателя, и он по-прежнему является предпочтительным средством повышения мощности большого V8 для многих американских тюнеров и даже для самих автопроизводителей.

   Нагнетатель практически не изменился. Более поздние более прочные и могут перекачивать больше воздуха, более надежно, при более высоких оборотах двигателя, и человеческое понимание того, как их использовать, продвинулось вперед, но это классический случай «если он не сломался..»

   Есть много жизни осталось в технике. В конце концов, Dodge построил легендарного и, к сожалению, недолговечного Demon на основе Hemi V8 с сильным наддувом, и вотумы доверия не намного выше.

   Нагнетатель: определение, функции, типы, работа, схема

   Нагнетатель — еще одно изобретение поршневых двигателей внутреннего сгорания для повышения их эффективности работы. Это воздушный компрессор, который увеличивает давление или плотность воздуха, поступающего в камеру сгорания двигателя для чрезмерной работы.

   Как известно, от камеры сгорания с помощью топливно-воздушной смеси автомобильный двигатель получает свое механическое движение. Таким образом, добавление нагнетателя для увеличения давления воздуха, поступающего в камеру, также увеличивает количество смешиваемого и сжигаемого топлива, что приводит к высокой производительности двигателя.

   Читайте: Понимание масляного насоса двигателя

   В этой статье вы познакомитесь с определением, функциями, типами, принципом работы и полной схемой нагнетателей. Вы также познакомитесь с термином твинчарджер, а также сходствами и различиями наддува и турбонаддува. Итак,

   Содержание

   • 1 Что такое нагнетатель?
   • 2 Типы нагнетателя
   • 3 Принцип работы нагнетателя
     • 3.1 Подпишитесь на нашу рассылку новостей
   • 4 Сходство и разница между нагнетателем и турбогенгерным устройством
     • 4. 1 Twinarging
   • 5 Преимущества и недостатки нагнетателей
     • .
   Что такое нагнетатель?

   Нагнетатель представляет собой компонент с механическим приводом, который используется в поршневых двигателях для подачи сжатого воздуха во впускной коллектор с помощью воздушного компрессора или воздуходувки. Высокое давление увеличивает уровень воздуха, поступающего в цилиндр во время такта впуска.

   Нагнетатели позволяют двигателю сжигать больше топлива и выполнять больше работы, так как каждый впускной цикл двигателя получает больше кислорода. Эти силовые компоненты приводятся в действие механически с помощью шестерни, ремня, вала или цепи, соединенных с коленчатым валом двигателя.

   Здесь другой компонент имеет больше преимуществ, чем нагнетатель, он называется турбонагнетателем. Хотя эта часть известна как нагнетатель, поэтому ее называют турбонагнетателем или турбонаддувом. Он предлагает мощность с помощью турбины, которая приводится в действие выхлопными газами, полученными в конце такта сгорания.

   Итак, одним из отличий нагнетателя от турбокомпрессора является их источник питания. Нагнетатель приводится в действие коленчатым валом двигателя, а турбокомпрессор приводится в действие отработанными выхлопными газами, образующимися в процессе сгорания.

   Основная функция нагнетателя, как и других наддувных устройств в двигателях, заключается в увеличении количества воздуха, поступающего во впускной коллектор. Это позволяет двигателю сжигать больше топлива и выполнять больше работы, следовательно, увеличивается мощность.

   Типы нагнетателей

   Ниже приведены различные типы нагнетателей, используемых для увеличения мощности автомобильных двигателей:

   Центробежные нагнетатели: эти нагнетатели довольно легко встраиваются в модернизированные установки послепродажного обслуживания. В нем используется центробежный нагнетатель с переменным передаточным отношением, который содержит бесступенчатый привод шкива, установленный на обычном компрессоре.

   Заводские нагнетатели на V-образных двигателях обычно упаковываются в долину V-образного сечения, что позволяет использовать более длинную, низкую и узкую упаковку.

   Нагнетатели Roots: Нагнетатели Roots являются наиболее популярными типами. В их конструкции есть два вращающихся в противоположных направлениях вала с выступами, которые нагнетают воздух через валы. Как правило, воздух входит в верхнюю часть устройства и выходит через нижнюю часть.

   Двухвинтовые нагнетатели: эти типы нагнетают воздух с одного конца на другой конец турбонагнетателя.

   Прочтите: Общие сведения о системе мокрого и сухого масляного картера

   Принцип работы нагнетателя

   Я буду объяснять, как работают нагнетатели трех основных доступных типов, включая центробежные, корневые и двухвинтовые. Их отличие в том, как они нагнетают воздух во впускной коллектор двигателя.

   В нагнетателях центробежного типа используется крыльчатка, которая всасывает воздух, в то время как в нагнетателе типа «Корень» и двухвинтовом нагнетателе используются другие зацепляющие кулачки. Все они получают мощность вращения от коленчатого вала двигателя. и они повышают двигатель на различном уровне.

   Нагнетатель Рутса — самая старая версия, запатентованная в 1860 году Филандером и Фрэнсисом Рутсом для вентиляции шахтных стволов. Проект был представлен автомобильному двигателю в 1900 Готлиба Даймлера.

   При работе сцепляющиеся лопасти корневого нагнетателя вращаются, заставляя воздух задерживаться в кармане между лопастями. Воздух находится между стороной наполнения и стороной нагнетания. большое количество воздуха поступает во впускной коллектор и скапливается, создавая положительное давление.

   Нагнетатель Рутса расположен в верхней части двигателя из-за его больших размеров. Это наименее эффективный из трех типов, потому что они увеличивают вес автомобиля. Кроме того, они перемещают воздух дискретными импульсами, а не плавным и непрерывным потоком.

   Подпишитесь на нашу рассылку новостей

   Посмотрите видео, чтобы лучше понять работу нагнетателей Рута:

   Сходства и различия между нагнетателем и турбокомпрессором

   Сходство между турбонагнетателем и нагнетателем рабочая мощность двигателя. Оба имеют компрессор, который нагнетает воздух во впускной коллектор двигателя. Так вот, двухкомпонентное имеет такое же назначение на автомобильных двигателях.

   Разница между двумя компонентами заключается в том, что нагнетатели используют механическую энергию для вращения своего компрессора. Эта мощность передается от коленчатого вала с помощью шестерни, ремня или цепи. В случае турбокомпрессоров мощность вырабатывается из выхлопных газов, вырабатываемых в цикле сгорания. Компонент также является нагнетателем, но источник питания отличает их.

   Теперь вопрос, что лучше, турбо или нагнетатель?

   Оба этих оборудования можно использовать для экономии топлива и увеличения мощности. И у них обоих есть свои преимущества и ограничения. Турбокомпрессоры используют свободную энергию, которая полностью испаряется в атмосферу, но вместо этого газ используется для питания детали. Ведущая турбина увеличивает противодавление выхлопных газов, что создает некоторую нагрузку на двигатель. ну и приложенная нагрузка меньше по сравнению с нагнетателем.

   Механическая нагрузка, которую нагнетатели оказывают на транспортное средство, намного выше из-за большого и тяжелого нагнетателя, который они содержат. Эти воздуходувки потребляют 900 лошадиных сил коленчатого вала при общей мощности двигателя 7500 лошадиных сил.

   Преимущество нагнетателя в том, что двигатель разгоняется почти мгновенно, в отличие от турбонагнетателей, которые имеют некоторую задержку отклика. Двигатель ждет, пока выхлопных газов не будет достаточно, чтобы турбокомпрессор мог его поднять. Вот почему нагнетатель все еще используется. Большинство производственных компаний не могут тратить драгоценную мощность на воздуходувки, поэтому они в основном используют турбины.

   Читать Что нужно знать о двигателях с турбонаддувом

   Двойной наддув

   Двойной наддув — это термин, используемый для транспортных средств, которые включают в себя как нагнетатель с ременным приводом, так и турбонагнетатель с приводом от выхлопных газов. В его конструкции имеется сложный ряд перепускного клапана в системе впуска и выпуска, а также электромагнитная муфта. При этом на малых оборотах двигателя наддув будет получаться от нагнетателя.

   Буст выводится обеими системами в середине диапазона оборотов. На самых высоких оборотах система отключается от нагнетателя и изолируется связанный с ним воздуховод. Добавление обеих систем устраняет их недостатки. Наконец, давайте быстро рассмотрим преимущества и недостатки наддува.

   Преимущества и недостатки нагнетателей
   Преимущества:

   Ниже приведены преимущества нагнетателя в поршневом двигателе:

   • Отличное распыление топлива
   • Улучшенная топливно-воздушная смесь
   • Более высокая выходная мощность
   • Улучшенные чистящие средства
   • Хорошие характеристики крутящего момента во всем диапазоне
   • Плавное и полное сгорание
   • Можно использовать топливо с плохим качеством воспламенения
   • Меньше дыма выхлопных газов
   • Повышен механический КПД
   • Улучшенный холодный пуск
   • Быстрое ускорение автомобиля
   • Быстрое отражение повышения мощности.

   Читать Что нужно знать о шатуне

   Недостатки:

   Несмотря на преимущества устройства наддува, все же существуют некоторые ограничения. Ниже приведены недостатки нагнетателя:

   • Увеличена нагрузка по газу
   • Увеличение потерь тепла из-за повышенной турбулентности
   • Потребность двигателя в коллинге высока
   • Повышенная тепловая нагрузка
   • Высокая склонность к детонации в двигателях SI.

   В заключение отметим, что нагнетатель — еще одно замечательное устройство, используемое в автомобильных двигателях для повышения его рабочей мощности. Мы определили нагнетатель как механические компоненты, которые используются в поршневых двигателях для подачи сжатого воздуха во впускной коллектор. Мы также увидели его функцию, типы, работу и т. д.

   Прочитайте все, что вам нужно знать о карбюраторе

   Я надеюсь, что вы найдете статью интересной, если это так, проверьте больше постов ниже, чтобы получить больше знаний. Пожалуйста, не забудьте поделиться этим постом с другими студентами технических вузов. Спасибо!

   Автомобили с наддувом — Как работает нагнетатель

   Сердце большинства современных автомобилей, двигатель внутреннего сгорания, значительно продвинулся вперед за свою столетнюю историю.

   В этой серии статей описываются некоторые ключевые инновации в технологии двигателей, а затем рассматриваются альтернативы двигателю внутреннего сгорания. На этой неделе, как работает нагнетатель.

   Ознакомьтесь с другими деталями этой серии

   Технологии сквозь время: впрыск топлива
   Технологии во времени: турбонаддув
   Технологии во времени: регулировка фаз газораспределения
   Технологии во времени: водородные топливные элементы

   Потребность в мощности

   3

   3

   3

   Mercedes 6/25/40 HP 1923 года был первым в мире серийным автомобилем с нагнетателем.

   Есть много способов увеличить мощность двигателя. Самый очевидный метод — просто увеличить рабочий объем за счет увеличения площади горючей поверхности за счет добавления большего количества цилиндров. Однако у этого есть свои недостатки с точки зрения повышенного расхода топлива, веса и более крупного двигателя, что может отрицательно сказаться на плавности хода и управляемости. Другой вариант – увеличить количество топлива, поступающего в камеру сгорания. Добавление большего количества топлива приводит к большему взрыву и, следовательно, к увеличению мощности.

   Для полного сжигания топлива и предотвращения отходов двигателю требуется определенное количество воздуха. Это называется отношением воздуха к топливу или стехиометрическим соотношением и зависит от типа используемого топлива. Например, для бензина требуется от 13 до 15 частей воздуха на одну часть бензина, в зависимости от его октанового числа. Таким образом, добавление большего количества топлива в камеру сгорания само по себе не увеличит мощность двигателя, а скорее сделает соотношение воздуха и топлива «обогащенным». Количество воздуха, поступающего в камеру, также должно быть пропорционально увеличено, чтобы поддерживать идеальное соотношение воздух / топливо. .

   Нагнетатели — это один из способов увеличить приток воздуха в камеру сгорания.

   Как они работают?

   По сути, нагнетатели работают как воздушные компрессоры. Ремень или цепь соединяют коленчатый вал двигателя с ротором нагнетателя, обеспечивая мощность, необходимую для работы компрессора.

   На сегодняшний день существует три основных типа нагнетателей, использующих этот фундаментальный принцип, а именно: Рутс, двухвинтовой и центробежный.

   Нагнетатель типа Рутса

   Нагнетатели типа Рутса просты, но выполняют свою работу.

   Нагнетатель типа Рутса — старейшее применение этой технологии, изобретенное Филандером и Фрэнсисом Рутсом в 1860 году, первоначально для подачи воздуха в доменные печи, в которых плавилось железо. Нагнетатель Рутса работает через пару роторов, которые на высокой скорости подают воздух во впускное отверстие. Поскольку порт содержит большее количество воздуха, он сжимается. В свою очередь, это позволяет впрыскивать большее количество топлива в камеру сгорания (и, таким образом, генерировать большую мощность).

   Нагнетатели типа Рутса обычно ассоциируются с «горячими» автомобилями.

   Нагнетатели Рутса часто устанавливаются в верхней части двигателя, что дает характерный выступающий воздухозаборник, которым славятся автомобили типа «хот-род».

   Двухвинтовой нагнетатель

   Изображение предоставлено: HowStuffWorks.

   Основное отличие двухвинтовых нагнетателей заключается в способе и месте сжатия воздуха. Вместо того, чтобы воздух сжимался во впускном отверстии (как в нагнетателе Рутса), двухвинтовой нагнетатель сжимает воздух внутри самого корпуса нагнетателя.

   Двухвинтовой нагнетатель в отсеке Camaro SS. (Изображение предоставлено Camaro5. com)

   Два винтовых ротора всасывают и сжимают воздух перед подачей его в двигатель.

   Центробежный нагнетатель

   Центробежный нагнетатель может предлагать выгодную упаковку.

   Центробежные нагнетатели, возможно, являются самой уникальной конструкцией нагнетателя. Вместо пары роторов воздух всасывается крыльчатым вентилятором.

   Центробежный нагнетатель в отсеке Nissan 350Z. (Изображение предоставлено ProCharger)

   В принципе это похоже на то, как обычный бытовой вытяжной вентилятор всасывает пар или дым. В автомобиле с наддувом эта крыльчатка вращается с очень высокой скоростью, часто превышающей 50 000 об/мин. В то время как это заставляет воздух втягиваться с высокой скоростью, центробежные силы сжимают и замедляют воздух, когда он покидает корпус.

   Нагнетатели сегодня

   Высокопроизводительные автомобили Jaguar, такие как новый XE Project 8 SV, по-прежнему используют нагнетатели для увеличения мощности.

   Сегодня самые доступные и популярные автомобили оснащены турбонагнетателями, а не нагнетателями в качестве средства выработки дополнительной мощности, отчасти из-за большей экономии топлива, которую обеспечивает турбонаддув. Однако некоторые автопроизводители продолжают использовать нагнетатель для своих автомобилей с высокими характеристиками. Jaguar, например, использует высокопроизводительные варианты F-Type и XE с нагнетателем, в то время как Volvo использует как турбонаддув, так и наддув для своих новых двигателей Drive-E в таких моделях, как S9.0 и новый XC60.

   Новые двигатели Volvo Drive-E оснащены как турбонаддувом, так и наддувом, что позволяет извлекать большую мощность из небольшого рабочего объема.

   Считаете ли вы, что нагнетатели должны исчезнуть или у них есть что предложить? Расскажите, что вы думаете в комментариях ниже.

   Турбокомпрессор против нагнетателя | Основы GoMechanic

   В этом очередном выпуске #GoMechanicBasics мы подробно обсуждаем турбокомпрессор и нагнетатель.

   Читайте также: Карбюратор против впрыска топлива | GoMechanic Basics

   Что такое система принудительного впуска в автомобиле?

   Система принудительной индукции преодолевает ограничения атмосферного давления, нагнетая большое количество воздуха в цилиндры сгорания. Турбокомпрессоры представляют собой разновидность системы принудительной индукции. Они сжимают воздух, поступающий в двигатель; таким образом, в цилиндрах может быть сожжено много топлива и воздуха, и в результате мощность увеличивается почти на 50%.

   В чем разница между нагнетателем и турбокомпрессором в автомобиле?

   Говоря простыми словами, нагнетатели представляют собой устройства повышения давления, которые подают воздух под высоким давлением в двигатель. Нагнетатель приводится в действие самой мощностью двигателя, а мощность передается через шкив и ремень.

   Турбокомпрессор — это разновидность нагнетателя. Это газовый компрессор (в частности, выхлопных газов), который используется для наддува двигателя внутреннего сгорания (например, автомобильного двигателя). Использование турбокомпрессора заключается в увеличении мощности за счет увеличения плотности воздуха, поступающего в двигатель.

   Компрессор турбонагнетателя приводится в движение турбиной, которая приводится в движение выхлопными газами двигателя. Это отличается от нагнетателя, который приводится в действие механическим шкивом. Турбонаддув хорошо знаком с дизельными двигателями по той причине, что они очень хорошо подходят для турбонаддува. Точная мощность двигателя и отношение мощности к весу могут быть заметно увеличены за счет турбонаддува.

   Каковы преимущества нагнетателя?
   • Мощность с нагнетателем подается быстро и мгновенно
   Нагнетатели
   • обеспечивают прирост мощности без лагов (например, турбо лага).
   Нагнетатели
   • просты в установке и потребляют мощность от двигателя.
   • Подходит для двигателей внутреннего сгорания с меньшим рабочим объемом.
   Каковы преимущества турбокомпрессора?
   • Турбокомпрессор использует турбину и компрессор, установленные на одном валу.
   • Турбокомпрессор не отбирает мощность у двигателя, поэтому нет механического сопротивления
   • Турбокомпрессор использует выбрасываемые выхлопные газы для приведения в движение турбины.
   Турбокомпрессоры
   • лучше всего подходят для двигателей большего объема.
   Что лучше, турбокомпрессор или нагнетатель?

   Турбокомпрессор и нагнетатель; каждому свое, будь то турбокомпрессор или нагнетатель. Обе эти системы индукции имеют цель выполнить. Обе эти системы работают для того, чтобы выжать из двигателя внутреннего сгорания максимальную мощность и крутящий момент. Однако производители автомобилей определили, что турбокомпрессор выигрывает у нагнетателя с относительным отрывом не по мощности, а по обеспечению наилучшей топливной экономичности.

   Как для нагнетателей, так и для турбонагнетателей важной частью конструкции является охлаждение воздуха, поступающего в двигатель. Сжатие воздуха повышает его температуру; таким образом, обычно используется промежуточный охладитель для снижения температуры воздуха между насосом и двигателем.

   Можно ли использовать турбокомпрессор и нагнетатель? Двойной наддув (нагнетатель+турбокомпрессор) Ford Mustang

   Да, использование турбонагнетателя в тандеме с нагнетателем вполне возможно. Фактически, гоночные автомобили используют двойной наддув (турбокомпрессор + нагнетатель) для увеличения мощности как в диапазоне низких, так и в диапазоне высоких оборотов.

   Однако в автомобилях с бензиновым двигателем возможна двойная зарядка. Автомобили с дизельным двигателем имеют ограничения по созданию высокого крутящего момента при низких оборотах.

   Сколько лошадиных сил добавляет нагнетатель?

   При использовании нагнетателей мощность и крутящий момент двигателя значительно увеличиваются в диапазоне от 70% до 80%. Поскольку нагнетатель развивает обороты двигателя, эффективность использования топлива также увеличивается. Это быстрый и эффективный способ повысить производительность автомобиля.

   Сколько лошадиных сил добавляет турбонагнетатель?

   Установка турбонагнетателя может увеличить мощность и крутящий момент на 20-30%. В некоторых ситуациях это может даже увеличить мощность до 50 % от пиковой мощности двигателя.

   Что такое турбо лаг?

   Турбо-лаг определяется как время, которое проходит между нажатием педали акселератора и ощущением прилива крутящего момента от двигателя с турбонаддувом. По сути, турболаг — это время, которое требуется турбонагнетателю, чтобы набрать воздух, раскрутить его и обеспечить приток мощности к двигателю. Очень часто встречается в дизельных автомобилях с турбонаддувом (например, 1.3 DDis Maruti Suzuki).

   Нагнетатель вреден для вашего двигателя?

   Нагнетатель повышает производительность автомобиля за счет создания давления воздуха в двигателе, что позволяет сжигать больше топлива и, в свою очередь, вырабатывать больше энергии. Кроме того, турбина нагнетателя может быть преобразована в турбокомпрессор, что обеспечивает более высокие рабочие характеристики по сравнению с нагнетателем.

   Может ли нагнетатель увеличить расход топлива?

   Нагнетатели могут увеличить пиковую мощность двигателя до 80 %, что делает их пригодными для гонок, буксировки тяжелых грузов или просто для того, чтобы добавить удовольствия от обычного вождения. Нагнетатель может потреблять до 20% выходной мощности двигателя (из-за механического сопротивления). Но только потому, что нагнетатель может обеспечить увеличение мощности до 80%, мы считаем, что это справедливый компромисс.

   Можно ли турбонаддувом или наддувом любой автомобильный двигатель?

   Да, вы можете, вы можете добавить в автомобиль послепродажную систему нагнетателя, но учтите! это может быть безумно дорого и, возможно, неразумное вложение, если вы думаете установить нагнетатель в эконом-хэтчбек или седан С-сегмента.

   Нагнетатели бывают трех основных конфигураций: корневая, двухвинтовая и центробежная. Нагнетатели, как правило, являются стандартным оборудованием для многих типов гоночных автомобилей, где все зависит от скорости, и в некоторых случаях они не будут разрешены для использования на дорогах общего пользования.

   Какие машины есть в Индии с турбокомпрессором?

   Вот некоторые индийские автомобили с турбонаддувом:

   • Tata Nexon
   • Фольксваген Поло GT TSI.
   • Марути Сузуки Балено
   • Болт Тата
   • Тата Зест
   • Фиат Линеа Т-Джет
   • Форд Экоспорт
   • Фольксваген Венто TSI
   Какие машины есть в Индии с нагнетателем?

   Нагнетатели редко встречаются на индийских дорогах и используются только в дорогих роскошных или экзотических автомобилях таких марок, как Mercedes Benz, Jaguar, Range Rover и т. д.

   Вам может понравиться Легкосплавные диски против стальных дисков | Основы GoMechanic

   Ограничения нагнетателя с волной давления

   Одним из основных направлений повышения эффективности двигателя внутреннего сгорания наряду со снижением выбросов является наддув, т. е. создание значительного наддува для входящего воздуха для горения. Турбокомпрессоры чаще всего используются для этой задачи, но другой выгодной альтернативой, использующей энергию выхлопных газов, является нагнетатель волны давления (PWS).

   1.

   Введение

   Нашу нынешнюю жизнь довольно сложно представить без некоторых средств, облегчающих нашу деятельность, таких как компьютеры и их приложения, устройства связи и, прежде всего, современный транспорт. Их положительное влияние на нашу жизнь и психику значительно, но также и их «побочные эффекты». Поэтому ученые ищут решения, чтобы потворствовать этим негативным последствиям, особенно тем, которые имеют долгосрочные последствия, такие как парниковый эффект на нашей планете. Основным элементом, ответственным за эту последнюю проблему, является двуокись углерода, в значительных количествах выбрасываемая транспортным сектором. Таким образом, автомобильные конструкторы заинтересованы в производстве автомобилей с двигательными установками с меньшим количеством выбросов, помимо улучшенных характеристик. Несмотря на то, что у большинства автопроизводителей наблюдается тенденция к выпуску электрических или гибридных моделей, автомобили, оснащенные двигателями внутреннего сгорания, еще долгие годы сохранят лидирующие позиции на рынке.

   Одним из основных направлений повышения эффективности двигателя внутреннего сгорания наряду со снижением выбросов является наддув, т. е. создание значительного наддува для входящего воздуха для горения. Турбокомпрессоры чаще всего используются для этой задачи, но другой выгодной альтернативой, использующей энергию выхлопных газов, является нагнетатель волны давления (PWS).

   Первоначально разработанный в 1920-х годах как теплообменник давления, PWS привлек внимание производителей автомобилей, в основном в 1980-х», войдя затем в тень раздора. В последнее время возобновился интерес к изменению классической геометрии или использованию технологии волн давления в других различных приложениях.

   2. Выбросы

   В конце 1970-х годов Агентство по охране окружающей среды (EPA) своим Отделом технологии контроля выбросов провело оценочные испытания в Лаборатории выбросов автотранспортных средств EPA и сообщило результаты испытаний, проведенных на автомобиле Mercedes-Benz 220 D. двигатель с наддувом модифицированный Comprex CX-125 ^[1] по сравнению со стандартным 240 D Mercedes-Benz с такими же характеристиками, как у модели 220 D. Тесты были нацелены на выбросы, расход топлива и производительность. Первым преимуществом Comprex было время разгона 220 D-CX по сравнению со стандартным 240 D, которое составляло 18 с от 0 до 60 миль в час (0–100 км/ч) по сравнению с 25,5 с для 240 D. Тесты на экономию топлива проводились в соответствии с двумя процедурами: Федеральный тест (FTP) и Тест на экономию топлива на шоссе (HFET). По уровню выбросов оба автомобиля показали одинаковые результаты ^[1] :

   · Сводные результаты FTP:

   • 0,16 г/км УВ для 220 D-CX и 0,13 г/км УВ для 240 D, ниже, чем Федеральный обязательный стандарт выбросов 1978 г. (FSES). ) 0,25 г/км,
   • 0,84 г/км CO для 220 D-CX и 0,72 г/км CO для 240 D, ниже, чем FSES 1978 г., составляющий 2,1 г/км,
   • 0,86 г/км NOx для 220 D-CX и 0,96 г/км NOx для 240 D, ниже, чем FSES 1977 г. , равного 1,24 г/км, но выше, чем FSES 1978 г., равного 0,25 г/км,
   • 252 г/км CO ₂ для 220 DCX и 254 г/км CO ₂ для стандартного 240 D;

   · Результаты HFTP были следующими:

   • 0,07 г/км УВ для 220 D-CX и 0,06 г/км УВ для 240 D,
   • 0,47 г/км CO для 220 D-CX и 0,41 г/км CO для 240 D,
   • 0,75 г/км NOx для 220 D-CX и 0,90 г/км NOx для 240 D,
   • 184 г/км CO ₂ для 220 D-CX и 194 г/км CO ₂ для стандартного 240 D.

   Испытания показали, что по HC и CO двигатель с наддувом Comprex имеет более высокие выбросы, а по выбросам CO ₂ и NOx модель 220 D-CX показала более низкие значения по сравнению со стандартной моделью 240D от Mercedes-Benz.

   Кроме того, в 1980 году Агентство по охране окружающей среды сообщило о результатах испытаний, проведенных на автомобиле Opel Rekord с 2,3-литровым дизельным двигателем с наддувом Comprex CX-112 ^[2] . Максимальная мощность двигателя составляла 62 кВт при частоте вращения 4100 об/мин. Средние измеренные выбросы при переключении передач на скорости 15, 25 и 40 миль в час (24, 40 и 64 км/ч) составили (значения, преобразованные из г/миля в г/км):

   • Согласно FTP Массовые выбросы: 0,28 г/км HC, 1,025 г/км CO, 206,3 г/км CO ₂ , 0,60 г/км NOx, 0,17 г/км твердых частиц, из которых ~3,4% сульфатных частиц;
   • В соответствии с процедурой HFET Mass Emissions: 0,068 г/км HC, 0,36 г/км CO, 244 151,6 г/км CO ₂ , 0,41 г/км NOx, 0,085 г/км твердых частиц, из которых ~5,2% сульфатных частиц.

   Эти результаты показали, что выбросы были ниже принятых пределов 1978 или 1982 правила. Кроме того, автомобили демонстрировали хорошую реакцию на полную и частичную нагрузку с плавным ускорением, хорошей управляемостью и приемлемым уровнем шума ^[2] .

   В начале 1990-х годов в ETH Zurich было проведено важное исследование Comprex. Некоторые из них указали на снижение выбросов для двигателей с наддувом PW Comprex. Amstutz ^[3] предложил использовать Comprex в качестве «клапана рециркуляции отработавших газов», изучая эффекты регулирования скорости рециркуляции газов. Таким образом, при регулируемом значении коэффициента избытка воздуха 1,9для дизельного двигателя Daimler-Benz OM 602, 2,5 л, выбросы Nox были снижены до значения 65% от регламентированного предельного значения US 83/87 (0,62 г/км), HC и CO остались ниже предельных значений. (0,25 г/км HC и 2,1 г/км CO), при этом температура выхлопных газов увеличилась, благоприятная для каталитического нейтрализатора, а выбросы частиц были на 32% ниже предельного значения (0,124 г/км), а расход остался прежним. без изменений.

   Сравнительное исследование, опубликованное в 2009 г. ^[4] более низкие выбросы NOx и сажи для дизельного двигателя 493ZQ, 4 рядного цилиндра и степени сжатия 17,5 с наддувом Comprex CX-102, по сравнению с тем же дизельным двигателем с классическим турбонаддувом. Лей и др. ^[4] показал значительно более низкие выбросы для двигателя с наддувом PWS с выбросами NOx менее 200 частей на миллион, когда выбросы двигателя с турбонаддувом находятся в пределах 900–1400 частей на миллион, а сажа составляет 0,5–4 FSN по сравнению с выбросами сажи с турбонаддувом, которые варьируются в пределах 4…6 FSN ^[4] . Эта разница может быть связана с эффектом рециркуляции отработавших газов внутри каналов PWS, который снижает температуру сгорания в цилиндрах двигателя, что оказывает большое влияние на образование NOx.

   3. Шум

   Шум является одним из недостатков ПВС, так как обычный Comprex работает в широком диапазоне скоростей, до 24 000 об/мин, что издает известный «свист», проникающий тип шума в узкая полоса частот, лежащая в слышимой зоне. Уровень шума зависит в основном от количества каналов и их секций ^[5] . Снижение этого шума было сложной задачей; одним из адаптированных решений было нарушение симметрии ячеек ротора или использование нескольких рядов каналов ^[5] или неравномерных секций каналов ^[6] . Кроме того, поскольку современные PWS могут работать в очень узком диапазоне скоростей, можно эффективно применять меры по шумоподавлению.

   В 1985 году профессор Берхтольд ^[7] сообщил о снижении шума примерно на 10 дБ при использовании литого ротора с ячейками переменной ширины и о разнице от 5 до 15 дБ между роторами с двумя рядами ячеек по сравнению с ротором. с одиночным расположенным в шахматном порядке рядом ячеек, в зависимости от частот шума. Пик интенсивности шума составил около 85 дБ на частоте 500 Гц, в то время как более низкие результаты были зарегистрированы на высоких частотах (58 дБ на частоте 16 кГц).

   4. Расход топлива

   Оценочные испытания, проведенные в 1975 году в Лаборатории выбросов автотранспортных средств Агентства по охране окружающей среды США ^[1] на двигателе Mercedes-Benz 220 D с наддувом CX-125 и стандартном двигателе Mercedes-Benz 240 D. лучших значений расхода топлива для 220 D-CX:

   • 9,43 л/100 км для 220 D-CX и 9,52 для 240 D в сумме;
   • 8,2 л/100 км для 220 D-CX и 8,7 л/100 км для 240 D для шоссейного расхода топлива.

   В 1980 году были проведены испытания модифицированного Opel Rekord объемом 2,3 л с Comprex CX-112 ^[8] Расход топлива в стрессовых условиях во время ездовых циклов составил 30,0 миль на галлон (7,84 л/100 км) для City Test и 38,8 миль на галлон (6,06 л). /100 км) для дорожных испытаний (проведенных в соответствии с правилами США), демонстрирующих удовлетворительную экономию топлива.

   Исследования и отчеты конца 80-х и начала 90-х годов ^{[9] [10] [11] [12] [13]} показывают удельный расход топлива для двигателей с наддувом Comprex следующим образом ( Рисунок 1 ):

   Рисунок 1. Сравнительный удельный эффективный расход топлива двигателей легковых автомобилей ( слева ) и двигателей грузовых автомобилей ( справа )—(1984–1990 гг.).

   • Для легковых автомобилей наименьшее зарегистрированное значение составило 270 г/кВтч при 2000 об/мин для двигателя Mazda 626 2,0 л или 220 г/кВтч при 2000 об/мин для быстрого дизельного двигателя VW.

   Изображение: Torotrak V-Зарядка CVT-управляемого Supercharger Кредит: Torotrak

   Изображение: Torotrak V-charge Spearcies and Speeds : Credt: Torotrak 3