Чистое надувательство. Как работает турбокомпрессор

Существуют два основных типа компрессоров — с механическим приводом и «турбо». В первой конструкции необходимое давление воздуха получают за счет механической связи между коленвалом двигателя и компрессором. А в турбокомпрессоре давление воздуха обеспечивается благодаря вращению турбины потоком отработавших газов.
Наибольшего успеха в области создания приводных нагнетателей добилась американская компания Roots, созданная братьями Филандером и Френсисом Рутсами. Они запатентовали свой нагнетатель еще в 1860 году, а первым на свой бензиновый двигатель его установил Готлиб Даймлер в 1900 году. Однако в первые несколько десятилетий существования автомобиля, когда мощность моторов и скорость машин была сравнительно невысокой, необ­ходимости в компрессорах не было. Развитие этому направлению, как это часто бывает, дала война. Механические нагнетатели начали устанавливать на авиационных моторах, чтобы улучшить их скоростные характеристики.

Полученный в ходе Первой мировой войны опыт использования приводных нагнетателей решили использовать в автомобилестроении.

Мировую известность компрессорам принесла компания Mercedes-Benz, которая начала устанавливать механические нагнетатели в конце 20-х годов сначала на гоночные, а начиная с 30-х — и на серийные машины. Успехи компрессорных машин привлекли к себе внимание автопроизводителей и за океаном. В 30-е годы компрессорные модели появились у таких американских компаний, как Auburn, Cord и Duesenberg, а среди европейских брендов помимо уже упомянутого Mercedes-Benz в этой области делали свои успехи Alfa Romeo, Bentley, Bugatti, Fiat, Lancia и ряд других компаний. В настоящее время наибольшее распространение получили роторные компрессоры типа Roots и винтовые Lysholm.

Но, как у любого механизма, у механических компрессоров есть свои недостатки. Поскольку на привод компрессора расходуется энергия двигателя, однажды наступает такой момент, когда мощность, которую дает компрессор, уравнивается с мощностью, которую мотор расходует на привод компрессора.

Кроме того, системы механического наддува занимают много места, требуют наличия привода и сильно шумят.

Twin-turbo от AMG: турбины крепятся на выпускных коллекторах

Альтернативой механическому наддуву являются турбокомпрессоры.
В двигателе, оснащенном турбонаддувом, наполнение цилиндров воздухом осуществляется за счет энергии выхлопных газов. Турбокомпрессор состоит из насосного и турбинного колес, связанных при помощи оси между собой. Выходящие из цилиндров двигателя отработавшие газы имеют высокую температуру и давление. Они давят на лопатки турбинного колеса, разгоняя его. Вращаясь, оно приводит во вращение насосное колесо, которое засасывает воздух через воздушный фильтр, сжимает его и подает в цилиндры двигателя. Частота вращения турбины не зависит напрямую от оборотов двигателя и имеет некоторую инерционность, то есть сначала растут обороты двигателя, увеличивается давление отработавших газов, а затем уже увеличиваются обороты турбины и давление на впуске. Это явление называется «турбоямой».

Для устранения этой проблемы есть два конструктивно отличных решения. Первое — использование турбокомпрессора с изменяемой геометрией. В нем лопатки турбинного колеса поворачиваются под углом к набегающему потоку отработавших газов, чтобы максимально эффективно использовать их энергию. Но этот путь имеет и недостатки. Такое колесо сложнее и дороже в изготовлении и проектировании, кроме того, оно тяжелее, что увеличивает инерционность турбины, ведь, чтобы раскрутить более тяжелое колесо, требуется более высокое давление. Второй вариант — использование нескольких турбин.

В зависимости от того, каким образом в схеме подачи воздуха располагаются турбокомпрессоры, эти системы могут называться Twin-Turbo или Bi-Turbo. В первом случае воздух во все цилиндры одновременно могут подавать оба турбокомпрессора. Размещаются они в такой схеме параллельно или последовательно. Используемые турбокомпрессоры, как правило, имеют разный диаметр роторов турбины и, соответственно, различную производительность.

Турбокомпрессоры с меньшими роторами менее инертны, поэтому обеспечивают наполнение цилиндров на малых оборотах двигателя. Турбина с большим диаметром роторов активно вступает в работу на средних оборотах и выше, когда давления отработавших газов в выпускном тракте оказывается достаточно для эффективной работы этого компрессора.

Bi-Turbo — это две турбины, каждая из которых обеспечивает заполнение воздухом разных цилиндров. Обычно такая схема применяется в многоцилиндровых V-образных моторах, где каждая турбина отвечает за свой ряд цилиндров.

Кроме того, в настоящее время ради повышения эффективности работы двигателей ведущие автопроизводители применяют сложные комбинированные схемы, объединяя достоинства механических и турбонагнетателей, а также использование нескольких систем наддува.

✅ Установка компрессора на карбюраторный двигатель

Если вы неплохо разбираетесь в устройстве двигателя, то наверняка уже испытали желание улучшить мотор, установленный в автомобиле. Чаще всего владельцы «десятки», чтобы поднять мощность двигателя, используют компрессор, при этом для установки компрессора на автомобиль будет достаточно обладать минимальными познаниями в автомеханике. Впрочем, помимо установки компрессора существуют и другие способы, позволяющие значительно увеличить мощность мотора.

Важно! Ещё до того как вы займётесь доработкой двигателя, обязательно изучите хотя начальные сведения по автомеханике, чтобы перестать быть совсем «чайником». Помните, что недостаточно просто поставить один девайс на мотор и считать, что после этого всё будет в порядке. Такие кустарные доработки могут оказать негативное влияние на двигатель, вплоть до поломки.

Правила установки наддува на карбюраторный ДВС

В данной статье приведены общие правила и рекомендации по созданию и установке механического нагнетателя с приводом от коленвала на карбюраторных двигателях, на которых нагнетатель полагается располагать перед карбюратором.
1. Если давление наддува составляет более двух атмосфер, то требуется переход на более высокооктановый бензин (из -за существенного роста фактической степени сжатия). Но самодельный нагнетатель вряд ли сможет дать более двух атмосфер, так что достаточно обычной регулировки угла опережения зажигания, уменьшив его на необходимую величину. Если система зажигания снабжена вакуум-корректором угла ОЗ, то необходимо произвести его перенастройку в связи резким изменением давлений в карбюраторе.

2. Если двигатель имеет спортивные (широкие ) фазы газораспределения, то происходит существенный рост расхода топлива из-за выноса части смеси в выпускной коллектор. Так что на спортивные моторы наддув лучше не ставить, если, конечно, не планируется использовать эту машину в соревнованиях.

3. Многие считают, что наддувной двигатель — псих, не умеющий ехать на малых оборотах. На деле же максимальные обороты почти не растут, так как они определяются не столько количеством сгоревшей смеси, сколько массой поршней, шатунов, качеством исполнения впускных и выпускных трактов. Происходит весьма большое увеличение тяги, приёмистости, скорости раскрутки до максимальных оборотов, но роста последних почти не наблюдается.

4. Если после установки наддува двигатель будет эксплуатироваться в таких же режимах, что и до установки, то увеличения расхода топлива не произойдёт. Наоборот, будет достигнута некоторая экономия за счёт существенного сокращения времени разгона, преодоления подъёмов, возможности двигаться на более высокой передаче.

5. Нагнетатели весьма чувствительны к препятствиям потоку воздуха, поэтому крайне желательно произвести полировку впускного коллектора, большого диффузора карбюратора и др. деталей до зеркального блеска (сначала обточив стенки до ровной поверхности, а затем отполировав). Если полировка недоступна, то надо позаботиться об отсутствии поперечных задиров, которые будут завихрять поток. Недопустимо использовать для соединения нагнетателя с карбюратором гофрированные шланги — лучше всего использовать гладкие пластиковые трубы (например , канализационные) с плавными изгибами. Желательно увеличить площадь фильтрации воздушного фильтра (если фильтр поролоновый с масляной пропиткой или, не дай Бог, инерционный, то его желательно заменить на бумажный — нагнетатель не любит разрежения в фильтре и тем более мусора, которого инерционные фильтры на малых скоростях пропускают кучу). Перед бумажным фильтром желательно установить предочиститель из многослойной марли (НЕ ТКАНИ), пропитав его маслом.

6. Так как после установки нагнетателя будет сгорать больше смеси, то возрастает риск доискрового (калильного ) зажигания. Во избежание этого надо вкрутить хорошие свечи, например А23. Для более полного сжигания смеси желательно увеличить энергию искры, что достигается применением коммутаторов. Желательно также применять высоковольтные провода с распределённым сопротивлением (то есть без резисторов)- TESLA и др.

7. Для обеспечения достаточно богатой смеси надо НЕМНОГО увеличить диаметр топливных жиклёров, а в целях обеспечения чистоты воздуха надо загерметизировать карбюратор. В качестве уплотнителя для осей и тяг можно использовать толстые шерстяные нитки, пропитанные маслом. Для этого надо рассверлить на ¼ глубины канал, увеличив диаметр рассверленной части на 2-3 мм и уложить туда нитку. Затем это всё закрывается прокладкой для удержания нитки от осевого перемещения. Все отверстия для забора воздуха из окружающего пространства (мимо воздушного фильтра — винт качества смеси и пр.) необходимо снабдить фильтрами.

8. Колесо компрессора должно иметь достаточный размер и обороты. Например, для двигателей объёмом в 1-2 литра можно применять пылесосные агрегаты АП-600, обеспечивая их вращение с частотой, в 1,5-2 раза больше оборотов коленвала. Впрочем, для каждого сочетания «мотор -вентилятор» передаточное соотношение надо подбирать индивидуально, контролируя давление наддува, чтобы во всех режимах оно лежало в пределах 1,3-2 атм.

9. Если передаточное соотношение привода компрессора будет больше 2,5, то уже целесообразно применение интеркулера — промежуточного охладителя наддувочного воздуха. Дело в том, что на таких оборотах (15 -20 тысяч, в зависимости от оборотов коленвала) воздух уже начинает нагреваться от трения о лопатки. В результате он расширяется и массовое наполнение цилиндров падает. Интеркулер (очень похож на обычный сотовый радиатор для охлаждающей жидкости, только каналы, естественно, пошире и изгибы поплавнее) ставится после компрессора и охлаждает нагретый воздух, что, кстати, благоприятно сказывается и на температуре самого двигателя, особенно поршней, которым при установке турбины достаётся по первое число. Впрочем, никто не осудит за установку интеркулера на любой наддувный двигатель — массовое наполнение цилиндров вырастет на 10-20%, в зависимости от температуры забортного воздуха — чем она выше, тем больше толку будет от «кулера ». Только не вздумайте ставить охладитель на безнаддувный двигатель, массовое наполнение ощутимо упадет, так как интеркулер обладает приличным сопротивлением потоку.

10. Вопрос: где взять этот промежуточный охладитель? Конечно, на обычном развале эту штуку не найти, так как интеркулеры применяются в основном на турбодизелях — как грузовых, так и легковых, так что придётся его заказывать. Из отечественных автомобилей охладители имеют КамАЗ-6460, «Волги » и «Газели » с дизелем Steyr ГАЗ-5601 и… Пожалуй, из доступных вариантов всё. Впрочем, можно изготовить интеркулер самому, из оцинкованной стали, или, что ещё лучше, меди толщиной 0,5-2 мм, и труб — хоть водопроводных. Только этот процесс весьма трудоёмкий, так как требуется хороший тепловой контакт между каналами и рёбрами, что потребует хорошей пайки с использованием кислоты. Главные условия — каналов должно быть побольше, они должны быть поуже и суммарная площадь сечения каналов должна быть минимум в 1,5 раза больше сечения впускной трубы. Это необходимо для того, чтобы воздух в каналах тёк медленнее и чтобы площадь его соприкосновения со стенкой канала была больше для лучшего охлаждения. Например, при внутреннем диаметре впускной трубы 50 мм требуется интеркулер с 4 каналами, каждый диаметром около 30 мм. Вычислить необходимый диаметр каналов можно через формулу площади круга: площадь=3,14*радиус в квадрате. Переход впускной трубы в каналы должен быть максимально плавным — лучше всего сформировать разветвители из стеклоткани, пропитанной эпоксидкой. Ступеньки в каналах тоже ощутимо завихряют и подтормаживают поток, так что их нужно промазать герметиком. Нужно обеспечить хорошую продувку рёбер охладителя, иначе толку от него будет мало — лучше всего выделить ему воздухозаборник. На мотоциклах лучше всего расположить его перед двигателем, обеспечив ему хорошую продувку и защиту от грязи, чего можно достигнуть при помощи дефлекторов и воздуховодов из листового металла или той же стеклоткани, пропитанной эпоксидкой.

Можно ли наддувать в двигатель с карбюраторной системой питания

По многочисленным вопросам «как можно наддувать в карбюратор, если он работает на разряжении?», – отвечаем (речь пойдет об установочных комплектах центробежного компрессора для карбюраторных авто).

Рассмотрим принцип работы поплавкового карбюратора с постоянным сечением распылителя главной дозирующей системы (т.е. карбюратора такого типа, который устанавливался на автомобили семейства ВАЗ) на примере его простейшей модели, состоящей всего из двух частей: поплавковой и смесительной камер.

[1] топливная трубка; [2] запорная игла; [3] поплавок; [4] канал, связывающий поплавковую камеру с атмосферой; [5] дроссельная заслонка; [6] малый диффузор; [7] распылитель; [8] смесительная камера; [9] жиклер; [10] поплавковая камера

Из бензобака в поплавковую камеру [10] подается топливо, уровень которого регулируется плавающим в ней поплавком [3] , который опирается на запорную иглу [2] . По мере расхода топлива поплавок опускается вниз, игла перестает перекрывать подающую трубку [1] , и камера заполняется до уровня, когда игла снова не перекроет топливный канал – цикл повторяется, таким образом поддерживается постоянный уровень топлива. Поплавковая камера через канал [4] связана с атмосферой, т.е. в ней постоянное атмосферное давление. Из поплавковой камеры топливо поступает в смесительную камеру [8] через распылитель [7] , на входе которого стоит жиклер [9] , дозирующий уровень подаваемого топлива.

На такте впуска, когда поршень движется вниз и впускной клапан в ГБЦ открыт, над поршнем возникает область пониженного давления. Из-за разницы между атмосферным давлением и давление над поршнем воздух заполняет цилиндр (можно считать, что воздух засасывается, но хочу акцентировать внимание именно на формулировку «разница давлений», позже мы к этому вернемся). При этом воздух проходит через смесительную камеру карбюратора, внутри которой расположен диффузор [6] , а внутрь которого выведен носик распылителя. По закону Бернулли, в диффузоре поток воздуха ускоряется, а его давление падает. Благодаря разнице давлений в поплавковой камере (как упоминалось выше, в ней давление равно атмосферному) и внутри диффузора топливо поступает (засасывается) в смесительную камеру. Таким образом количество подаваемого в двигатель топлива зависит от соотношения сечений диффузора и сечения топливного жиклера.

Что изменяется, если наддуть компрессором в двигатель через карбюратор? Да принципиально ничего. Во всех системах карбюратора, где было атмосферное давление, появляется дополнительный избыток, который дает компрессор. Если вернуться к первоначальной формулировке вопроса: «как можно наддувать в карбюратор, если он работает на разряжении?», то надо просто понять, что карбюратор работает не на разряжении, а на разнице давлений (помните, я акцентировал внимание на этом термине). И с компрессором эта разница просто увеличивается. Практически симулируется работа карбюратора в географических областях ниже уровня моря, где атмосферное давление больше. Лишь два фактора при установке компрессора являются «нестандартными»:

1. Повышенное давление только внутри карбюратора, снаружи – атмосферное, поэтому, если не обеспечивается должная герметичность между частями карбюратора, то из имеющихся щелей «потечет».

2. Поскольку в поплавковой камере давление уже выше атмосферного, то бензонасосу, подающему бензин в камеру, необходимо преодолеть избыток давления. Компрессор в пике «выдает» 0,5 бар, а штатный механический насос максимум 0,2..0,25 бар избытка относительно атмосферного давления, поэтому рекомендуется дополнительно устанавливать электрический насос низкого давления, иначе на оборотах, при которых избыточное давление от компрессора «передавит» давление топлива от насоса, топливоподача прекратится, и двигатель заглохнет.

Реальный карбюратор отличается от своей упрощенной модели, т.к. в нем есть ряд вспомогательных систем, обеспечивающих правильную топливоподачу на переходных режимах двигателя: система холостого хода, насос-ускоритель, эконостат, пусковое устройство и т.д. Но установка компрессора никак не влияет на эти системы, и не требует каких-либо других систем, поскольку рост давления, обеспечиваемый центробежным компрессором, происходит по линейному закону. Нарастание / спадание давления прямо пропорционально рабочим оборотам двигателя в конкретный момент, поскольку рабочее колесо компрессора (крыльчатка) жестко связано с коленвалом ременной передачей; нет никаких скачков и провалов, требующих дополнительных корректировок топливоподачи. Только компрессор центробежного типа способен работать в паре с «атмосферным» карбюратором, при прочих системах наддува (турбокомпрессор, компрессор Рутса или Лисхольма) такой карбюратор правильно работать не сможет.

Механический наддув двигателя своими руками: установка компрессора

Как известно, мощность любого атмосферного двигателя сильно зависит от рабочего объема, а также является в достаточной степени ограниченной физическим рабочим объемом ДВС. Если просто, а наружный воздух благодаря разрежению, которое возникает в результате движения поршней в цилиндрах.

При этом от количества поступающего воздуха напрямую зависит и количество топлива, которое можно в дальнейшем эффективно сжечь. Другими словами, чтобы сделать атмосферный двигатель мощнее, необходимо увеличивать рабочий объем цилиндров, наращивать количество цилиндров или комбинировать то и другое.

Среди нагнетателей воздуха следует выделить турбонаддув и механический компрессор. Каждое из решений имеет как свои плюсы, так и минусы, при этом установить механический нагнетатель воздуха своими руками на практике вполне может оказаться несколько проще, чем грамотно выполнить работы по установке турбонаддува. Далее мы поговорим о том, можно ли поставить компрессор на двигатель своими руками и что нужно учитывать в рамках такой инсталляции.

Какой компрессор выбрать?

В каждом отдельном случае это решается индивидуально в зависимости от наличия ресурсов и навыков работы с автомобилем у владельца машины. Если человек не обладает большим количеством денежных средств и серьёзными знаниями об устройстве двигателя ВАЗ 2107 инжектор, то лучшим выбором для него станет заводской КИТ-комплект китайского производства. В том случае, когда владелец автомобиля желает выделиться и имеет для этого финансовые возможности, время и соответствующие навыки, он может попробовать использовать компрессор от иномарки. При этом можно затратить больше денежных средств и установить данную деталь не в своём гараже, а руками опытных специалистов в автосервисе. Также следует быть готовым к тому, что установленному на инжектор б/у компрессору придётся периодически уделять внимание, чтобы его параметры совпадали с теми, которые имеет карбюратор. В противном случае можно потратить свои деньги и время впустую.

Кит-комплект на инжектор ВАЗ

Наддув двигателя механический: что нужно знать

Начнем с того, что установка любого типа нагнетателя (механический или турбонаддув) возможна как на инжекторном, так и на карбюраторном двигателе. В обоих случаях предполагается ряд доработок силового агрегата, однако установить турбину на двигатель несколько сложнее и дороже по сравнению с компрессором.

Становится понятно, что механический нагнетатель является более доступным способом повышения мощности двигателя, такое решение проще установить на мотор, причем работы можно выполнить даже самостоятельно. При этом общий принцип действия нагнетателя достаточно прост.

Устройство фактически можно сравнить с навесным оборудованием (генератор, насос ГУР или компрессор кондиционера), то есть агрегат приводится от двигателя. В результате работы механического компрессора воздух сжимается и поступает в цилиндры под давлением.

Это позволяет лучше продувать (вентилировать) цилиндры от остатков отработавших газов, в значительной степени улучшается наполнение цилиндра, количество воздуха в камере сгорания повышается, что делает возможным сжечь больше топлива и увеличить мощность двигателя.

Также компрессор имеет прямую зависимость от оборотов мотора. Чем сильнее раскручен двигатель, тем больше воздуха подается в камеры сгорания и, соответственно, увеличивается мощность. При этом нет ярко выраженного эффекта турбоямы (турболаг), который встречается на моторах с турбонаддувом. Турбояма проявляется в виде провала на низких оборотах, когда энергии выхлопа еще недостаточно для раскручивания турбины и создания необходимого давления для эффективной подачи воздуха в цилиндры.

Другими словами, все работы выполняются комплексно, что в дальнейшем позволяет форсированному силовому агрегату успешно и стабильно работать без значительного сокращения его моторесурса. Теперь давайте рассмотрим некоторые особенности такой установки.

Конструктивные особенности

Сегодня существует большое количество компрессоров, отличающихся конструктивным разнообразием. Но все нагнетатели делятся на 2 разновидности:

• Турбо – используют в качестве движущей силы выхлопные газы;
• Не турбо – движущей силой является привод.

Приводной компрессор вне зависимости от конструктивных особенностей обладает неоспоримым преимуществом. Для его установки не нужно перерабатывать стандартные системы смазки и отвода выхлопных газов.

Приводной компрессор соединяется с коленвалом, что создает эффективное взаимодействие между двигателем и нагнетателем. Особенно эта связь проявляется во время набора автомобилем скорости. Тут действует правило прямой взаимосвязи, чем выше обороты, тем быстрее вращение коленвала и нагнетателя. Такая конструкция обеспечивает минимальное проявление «турбоямы», когда автомобиль с опозданием реагирует на прибавку газа. Еще один плюс – отсутствие высокой температуры, что значительно увеличивает моторесурс агрегата и позволяет обойтись без дополнительного оборудования: турботаймеров и бустконтроллеров. Этих преимуществ нет у нагнетателей типа турбо. Купить компрессор на ВАЗ – обеспечить комфортную эксплуатацию транспортного средства и улучшить его технические характеристики.

Установка механического комперссора на двигатель: тонкости и нюансы

Начнем с того, что главной задачей является подбор механического нагнетателя, который будет соответствовать ряду требований (вес, габариты, производительность, режимы работы, особенности смазки, исполнение привода и т.д.).

Для этих целей можно приобрести компрессор от какого-либо автомобиля или же заказать готовый тюнинг-комплект для форсирования двигателя. Также отмечены случаи, когда нагнетатель изготавливался самостоятельно, однако такие самодельные решения достаточно редки, особенно на территории СНГ.

Единственным минусом можно считать относительно высокую цену проверенных предложений на рынке, тогда как более доступные по цене наборы могут иметь сомнительное качество и быстро выйти из строя.

Также не следует забывать о том, что большая мощность достигается за счет сжигания большего количества топлива. Закономерно, что выделение тепла в этом случае также сильно увеличивается, а мотор потребует более интенсивного охлаждения.

Что в итоге

Сразу отметим, что установка нагнетателя воздуха вполне возможна своими руками, особенно если речь идет об использовании готового набора под конкретный двигатель. Также с учетом вышесказанного становится понятно, что хотя увеличение мощности двигателя при помощи механического компрессора вполне можно реализовать, при этом ошибочно полагать, что достаточно будет только поставить компрессор, после чего двигатель сразу станет намного мощнее.

На самом деле, для получения ярко выраженного эффекта силовой агрегат нужно дорабатывать, причем во многих случаях достаточно серьезно (производится расточка блока для увеличения рабочего объема, затем также увеличивается ход поршня путем замены коленвала, самих поршней и шатунов, меняются клапана, распредвалы и т.д.).

Единственное, если давление наддува не выше 0.5 бара, штатную систему питания на многих авто можно не модернизировать. Также двигатель в этом случае может и вовсе не нуждаться в глубоком тюнинге. Ресурс «неподготовленного» мотора, само собой, после установки механического компрессора сократится, однако если давление наддува не будет высоким, такой двигатель вполне может нормально проработать достаточно долгий срок.

Выбор механического нагнетателя или турбокомпрессора. Конструкция, основные преимущества и недостатки решений, установка на атмосферный тюнинговый мотор.

Увеличение мощности атмосферного и турбированного двигателя. Глубокий или поверхностный тюнинг ДВС. Модификация впускной и выпускной системы. Прошивка ЭБУ.

Возможность установки турбокомпрессора на двигатель с карбюратором. Основные преимущества и недостатки турбонаддува на карбюраторном авто.

Особенности установки ГБО на мотор с турбонаддувом. Какое газобалонное оборудование лучше ставить на двигатели с турбиной. Советы и рекомендации.

Как увеличить мощность двигателя на «классических» моделях ВАЗ. Тюнинг двигателя увеличение рабочего объема, впуск, выпуск, ГБЦ. На что обратить внимание.

Форсирование двигателя. Плюсы и минусы доработки мотора без турбины. Главные способы форсирования: тюнинг ГБЦ, коленвал, степень сжатия, впуск и выпуск.

Доработки выпускной системы

Доработки выпускной системы состоят из нескольких мероприятий:

1. Установка пламегасителя.
2. Замена штатного глушителя на модель Turbo tema.
3. Для приглушения рева усовершенствованного сверхмощного мотора вваривается резонатор Гельмгольц.
4. Для глушителя добавить еще один кронштейн и еще одну фиксирующую подушку глушителя.
5. Замена штатного ресивера ресивером 128.
6. Практически все детали, которые потребуются для доработки систем и узлов автомобиля Лада Приора, входят в комплект для тюнинга двигателя.

Немного теории

Наиболее эффективно проводить подобные усовершенствования получается у того, кто имеет четкое представление о своих действиях. Для этого необходимо разбираться в теоретической части.

Итак, мощность автомобиля и расход топлива зависят от качества и степени обогащения топливно-воздушной смеси, поступающей в цилиндры, а также от ее объема.

Разумеется, объем сжигаемой смеси можно увеличить путем увеличения камеры сгорания, а также наращивания количества цилиндров. Однако оптимальных результатов это не принесет, так как двигатель становится большим и тяжелым, сильно увеличивается расход топлива. Турбонаддув решает эту проблему.

Дело в том, что обычный двигатель при работе сам себе нагнетает воздух за счет разрежения, которое создается поршнем. В турбированном силовом агрегате эту работу выполняет турбокомпрессор. При этом воздух предварительно сжимается, что позволяет закачать больший его объем. То есть, можно сжигать больший объем горючего. В результате получается возрастание мощности двигателя по отношению к объему двигателя и потребленного горючего.

Один важный момент: воздух, как известно, при сильном сжатии нагревается. Вторично он будет нагреваться при сжатии в камере сгорания. При этом возможно возникновение детонации. А, кроме того, вследствие нагрева плотность воздуха в цилиндре будет уменьшаться, из-за чего закономерно уменьшиться эффективность всей системы. Чтобы убрать эти негативные явления, применяются интеркулеры – охладители воздуха из турбины. Они представляют собой радиатор.

Обычно турбокомпрессоры устанавливались на двигатели с электронным впрыском топлива (бензин или дизель), а механические компрессоры на карбюраторные ДВС. При этом турбина на карбюраторный мотор тоже может быть установлена, однако возникают дополнительные сложности, о которых будет рассказано немного позже.

Как уже было сказано, существует два типа компрессоров:

• Турбокомпрессор, работающий за счет использования энергии выхлопных газов. Отработанные газы попадают на крыльчатку и вращают ее, благодаря чему и происходит нагнетание воздуха;
• Компрессор с механическим приводом. Он работает от привода двигателя. При этом снижается КПД и возрастает расход топлива по сравнению с первым вариантом компрессора, так как механический нагнетатель отбирает часть мощности у ДВС.

Вся система, кроме самой турбины, включает в себя еще несколько важных узлов, о которых необходимо помнить при установке:

• регулировочный клапан, который поддерживает заданное давление;
• перепускной клапан, который обеспечивает возврат сжатого воздуха назад, во впускные патрубки компрессора, если дроссельная заслонка двигателя закрыта;
• стравливающий клапан, который сбрасывает сжатый воздух в атмосферу при закрытой дроссельной заслонке;
• воздушные патрубки;
• масляные патрубки (служат для смазывания и охлаждения турбины).

Сложности установки турбины на карбюраторный двигатель

• Сам процесс установки турбины во многом напоминает процедуру на инжекторном ДВС (установка интеркулера, турбокомпрессора, элементов управления турбиной и т.д.). Главные трудности связаны с карбюратором.
• Из-за того, что в цилиндры топливная смесь подается через жиклеры, когда устанавливается турбина на карбюраторный двигатель, приходится менять их на другие, большего диаметра, чтобы смесь не переобеднялась. А подобрать неродные жиклеры на карбюратор и обеспечить нормальную его работу во всех режимах очень непросто.

Большинство карбюраторов не предназначены для работы в паре с турбиной. Хотя, некоторые заводы выпускали в небольшом количестве карбюраторные двигатели, изначально оборудованные турбокомпрессорами.

• За счет того, что у турбодвигателей другая степень сжатия, чем у атмосферных, необходимо помнить о детонации и способах ее устранения. Как правило, проверенным способом является решение увеличить объем камеры сгорания. Это достигается путем установки дополнительных прокладок под головку блока цилиндров.
• Также придется отрегулировать работу системы так, что при разных оборотах двигателя давление воздуха из турбины тоже было соответствующим. В противном случае проявятся излишки или нехватка воздуха во впускном коллекторе по отношению к объему подаваемого топлива.

Это основные проблемы, с которыми придется столкнуться, устанавливая компрессор на карбюраторный мотор. Но кроме этого возможны дополнительные трудности, которые будут зависеть от модели авто, а также от режимов его эксплуатации.

Из самых главных преимуществ такой установки стоит выделить следующие:

• Уменьшение расхода топлива при грамотной эксплуатации ТС при повседневной езде. Речь идет о возможности поднять крутящий момент, что, в свою очередь, существенно снизит частоту переключения передач на пониженные в условиях городских загруженных дорог в плотном потоке. Опять-таки, это приведет к снижению расхода топлива.
• Снижение шума во время работы двигателя, так как нет необходимости крутить агрегат до высоких оборотов. Также при комплексном тюнинге имеется возможность дополнительно и весьма значительно улучшить отдачу от мотора;

Как установить компрессор на атмосферный двигатель? Пошаговое руководство

А вы знали, что установка компрессора на атмосферный двигатель нужна для повышения его мощности? Выбирая автомобиль, многие покупатели даже не задумываются над тем, какой тип двигателя установлен в облюбованной ими модели машины. А зря, поскольку это является одним из важнейших факторов, которые необходимо знать каждому автомобилисту.
В атмосферных моторах процесс подачи топлива осуществляется через инжектор или карбюратор, и используется определенный объем воздуха для приготовления топливной смеси, которая способна привести подвижные части мотора в рабочее состояние и заставить их вращаться.

У атмосферных двигателей есть несколько преимуществ перед их турбированными собратьями. Срок эксплуатации может исчисляться многими сотнями тысяч километров пробега, причем эта цифра может достигать полумиллионного показателя без необходимости ремонтировать движок. Конструктивно атмосферные двигатели настолько просты, что могут работать даже с горюче-смазочными материалами довольно низкого качества.

Ну, и, конечно же, нельзя не упомянуть о том, что если возникнет необходимость такого двигателя в ремонте, то расходы будут на порядок меньше, чем при варианте двигателя с турбонаддувом.

Выводы

Как видно, карбюраторный двигатель с турбиной имеет право на существование и может даже оказаться более выгодным по сравнению с обычным атмосферным, хотя такое переоборудование доставит хлопот и потребует серьезных переделок и денежных затрат. По понятным причинам на практике турбированные карбюраторные ДВС встречается очень редко, тем более на гражданских авто.

Также перед установкой компрессора стоит предварительно определиться с тем, в каких режимах планируется эксплуатация автомобиля: скоростная езда по трассе или обычные повседневные поездки по городу.

Еще важно подобрать и правильно настроить турбину в соответствии с рабочим объемом самого силового агрегата. Как правило, процесс настройки является не менее трудоемким, чем монтаж.

Что касается ресурса двигателя, в большинстве случаев установка наддува на атмосферный агрегат так или иначе уменьшает срок службы мотора и КПП, особенно если двигатель и трансмиссия не были для этого специально подготовлены и доработаны.

Что понадобится для установки?

Для удобства монтажа необходимо будет приобрести готовый комплект, включающий в себя сам компрессор и все нужные для установки, комплектующие, благодаря которым можно будет настроить и отрегулировать работу двигателя. Можно присмотреть данный комплект от иномарок, которые могут быть адаптированы под многие типы двигателей.

Однако установка компрессора на атмосферный двигатель иностранного производства может потребовать серьезного вмешательства в плане доработок. Тут уже не обойтись без необходимой прошивки мотора, установки интеркуллера для обеспечения нужного уровня давления, пайпинга, модернизации топливной системы, а также определенных настроек, подходящих строго для определенного типа моторов.

Поэтому такую достаточно сложную работу целесообразней будет доверить специалистам автоцентров, которые не только помогут определиться с выбором комплекта нагнетателя, идеально подходящего Вашему автомобилю, но и смогут качественно выполнить монтажно-регулировочные работы.

Компрессор или турбина что лучше выбрать для автомобиля: преимущества и недостатки этих агрегатов

В наше время очень актуально увеличивать скоростные показатели своего автомобиля. Наиболее распространённые варианты это установка компрессора или турбины: что лучше пробуем разобраться в этой статье.

Но для начала разберёмся с принципами работы, плюсами и минусами данных улучшений для двигателя.

Принцип работы компрессора

Существуют объёмные нагнетатели, они подают воздух в двигатель равными порциями независимо от скорости, что даёт преимущества на низких оборотах.

Нагнетатель

Компрессоры внешнего сжатия, очень хорошо подходят там, где требуется много воздуха на низких оборотах.

Минус, это то, что давления он сам не создаёт и может создать обратный поток. Его сжатие имеет довольно низкий КПД.

Компрессоры внутреннего сжатия довольно хороши на высоких оборотах и имеет намного меньший эффект обратного потока. Из-за высоких требований к изготовлению имеют высокую цену, а при перегреве имеют шанс заклинивания.

Динамические нагнетатели работают при достижении, определённых оборотов, но зато с большой эффективностью.

Компрессоры работают от коленчатого вала двигателя с помощью дополнительного привода. И поэтому обороты компрессора зависят от оборотов двигателя.

Видео: устройство и принцип работы винтового компрессора.

Так, переходим к турбо-наддуву, чтобы определиться, что лучше компрессор или турбина.

Принцип работы турбины

Турбина работает за счёт энергии отработавших газов.

Турбокомпрессор — это комбинирование турбины и центробежного компрессора.

Выхлопные газы с большей скоростью вращают колесо турбины на валу, а в другом конце вала находится центробежный насос, который нагнетает больше воздуха в цилиндры.

Чтобы охладить сжатый турбиной воздух, используют дополнительный радиатор — интеркулер.

Недостатки компрессора и турбины

Турбина хорошо подходит для обогащения кислородом топливной смеси. Но всё же имеет свои минусы:

• турбина — это стационарное устройство и требует полную привязку к двигателю;
• на малых оборотах она не даёт большой мощности, а только на больших способна показать всю свою мощь;
• переход с малых оборотов до высоких называется турбо — ямой, чем большую мощность имеет турбина, тем больше будет эффект турбо — ямы.

В наше время уже имеются турбины, отлично работающие на высоких и на низких оборотах двигателя, но и цена у них соответственно приличная. При выборе компрессора или турбины, многие отдают предпочтение турбо-наддуву, независимо от цены.

Что же лучше — компрессор или турбина

С компрессором намного проще при установке и эксплуатации. Работает он на низких и на высоких оборотах. Также он не требует больших усилий или затрат при ремонте, так как в отличие от турбины, компрессор независимый агрегат.

Чтобы настроить турбину, понадобится хороший специалист для настройки под топливную смесь. А что бы настроить компрессор не нужно больших усилий, или каких либо профессиональных знаний, всё настраивается топливными жиклёрами.

Помимо всего, турбо-наддув довольно сильно нагревается, из-за своей особенности, развивать очень высокие обороты.

У приводных нагнетателей (компрессор), давление не зависит от оборотов и поэтому автомобиль очень чётко реагирует на нажатие педали газа, а это довольно ценное качество, когда машина разгоняется. Ещё они очень просты в своей конструкции.

Но есть недостатки и у компрессоров, моторы оборудованные нагнетателями с механическим приводом имеют большой расход топлива и меньший КПД, в сравнении с турбиной.

Также имеются большие различия в цене. Любая мощная турбина популярного производителя будет иметь большую стоимость и будет дорога в обслуживании. И к тому же требуется для её установки, немало дополнительного оборудования. Компрессору же, нужен только дополнительный привод.

Видео: как работает турбина и компрессор.

В любом случае решать вам, что лучше компрессор или турбина, взвесьте все положительные и отрицательные качества, и сделайте правильное решение!

Загрузка…

«БЭСТАВТО» Автозапчасти для иномарок в наличии и на заказ Магнитогорск. Механический нагнетатель

Механический нагнетатель — Supercharger

Работа двигателя внутреннего сгорания (ДВС) построена на том, что топливо должно быть замешено с необходимым количеством окислителя, т. е. кислорода. Это обеспечит полное и эффективное сгорание горючей смеси и позволит достичь максимально возможной мощности. Больше сгорит – больше мощность. Кислорода в воздухе по объему всего 21%, а по массе 23% (это на уровне моря, при определенных давлении и температуре). Для нормальной работы двигателя пропорции смеси топливо–воздух принимаются приблизительно 1:14,7. Если прибавить к стандартному давлению в одну атмосферу, к примеру, еще одну, то получим в 2 раза больше воздуха, а значит, и кислорода, поступающего в цилиндры. Стало быть, мы должны получить от мотора в 2 раза больше мощности. Двигатель объемом 1,5 л при давлении наддува чуть более атмосферы практически эквивалентентрехлитровому «атмосфернику». Это, конечно, грубая арифметика, но идея именно такова. И, кстати говоря, такой прирост отнюдь не предел. Можно пойти по пути увеличения объема моторов. Больше рабочий объем цилиндра – больше топливовоздушной смеси со всеми вытекающими отсюда последствиями. Так делали американские производители. Огромные, высокообъемные моторы с неимоверным потреблением горючего, но впечатляющим крутящим моментом. В Европе, и особенно в Японии, делали маленькие, компактные и экономичные двигатели.

Но мощность, тем не менее, была также востребована покупателями автомобилей. Наверное, это была одна из причин, почему именно на старом континенте появились первые разработки нагнетателей. История В качестве первопроходцев, разработавших автомобильные двигатели с наддувом, можно упомянуть такие компании, как Mercedes-Daimler, Fiat, Sunbeam, Alfa Romeo. Сама идея принудительного нагнетания воздуха в цилиндры была предложена вскоре после изобретения самого ДВС. Уже в 1885 г. Готтлиб Даймлер получил немецкий патент на нагнетатель. Идея заключалась в том, что некий внешний вентилятор, насос или компрессор нагнетает в двигатель увеличенный заряд воздуха. В 1902 г. во Франции Луис Рено запатентовал проект центробежного нагнетателя. Было выпущено некоторое количество автомобилей, но затем все работы в данном направлении свернули. Принцип действия турбонагнетателя, работающего на энергии выхлопных газов, впервые описал и запатентовал швейцарский изобретатель Альфред Бюхи еще в 1905 г. , но и здесь технологии того времени притормозили внедрение подобных устройств. Братья Рутс разработали объемный нагнетатель еще в 1859 г. Эти роторно-шестеренчатые компрессоры теперь так и называются – компрессоры типа «roots». На автомобилях устройства подобного типа появились в 20-е годы прошлого века благодаря компании Mercedes. Винтовой компрессор был разработан в 1936 г. Патент получил Альф Лисхолм (Alf Lysholm) – главный инженер SRM (Svenska Rotor Maskiner AB). Тогдашний уровень развития технологий не способствовал распространению подобных устройств, но сейчас они довольно популярны. Были и другие типы нагнетателей. Со временем они естественным образом разделились на механические (с приводом от коленвала или другим способом) и турбо (с приводом от выхлопной системы). Последние, хоть и имеют общие корни и назначение, все же довольно обособленная ветвь развития нагнетателей. Далее в этой статье речь пойдет о нескольких основных типах механических нагнетателей.

Центробежный нагнетатель

Подобные нагнетатели в тюнинге получили в настоящее время наибольшее распространение. По своей конструкции они наиболее близки к турбонаддуву, поскольку имеют одинаковый принцип нагнетания воздуха. Разняться лишь способы привода. Работа осуществляется следующим образом: 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. Так создается необходимый подпор для накачки цилиндров «спрессованной атмосферой». 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 тысяч об/мин и более, а для высоконапорных компрессоров дизелей они приближаются к цифре 200 тыс. об/мин. И поскольку привод осуществляется от коленвала посредством ременной передачи на шкив турбины, шум от такого устройства довольно сильный. Хотя многим именно этот характерный свист греет душу. Появились даже обманки, имитирующие звучание работающей турбины. Проблема шумности и ресурса элементов привода частично снимается введением дополнительного мультипликатора. Здесь стоит упомянуть интересное решение компании Powerdyne. Внутри единого корпуса нагнетателя располагается дополнительная повышающая ременная передача. Она не требует обслуживания, смазки и рассчитана на пробег более 80 тыс. км. Это позволяет уменьшить передаточное число внешней, основной ременной передачи, чем снизить ее рабочие нагрузки. 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, хотя нужно отметить, что эта задержка не столь заметна, как у турбонагнетателей. И еще одно замечание. Как правило, центробежный нагнетатель дает прибавку 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. Как было отмечено выше, центробежные нагнетатели очень популярны. Сравнительно низкая цена и, самое главное, простота установки способствовали тому, что компрессоры этого типа почти вытеснили другие, более дорогие и сложные типы. Особенно в сфере тюнинга. В настоящее время центробежные нагнетатели производятся рядом компаний. Вот лишь самые известные из них: Paxton Automotive, Powerdyne Automotive, ATI ProCharger, RK Sport, Vortech. Нагнетатели большинства производителей доступны и у нас, в России.

Турбо – Автомобили – Коммерсантъ

&nbspТурбо

       В двух предыдущих номерах рассматривались системы питания двигателей. При этом речь шла, в основном, о подаче бензина. В этой статье речь пойдет о втором, не менее важном компоненте топливо-воздушной смеси — о воздухе. И об устройствах для увеличения его подачи в двигатель.

       Задача повышения мощности и крутящего момента двигателя была актуальна всегда. Самое простое решение — увеличить рабочий объем: чем больше сгорает топлива, тем выше мощность. Однако при этом существенно увеличиваются габариты и масса конструкции.
       Альтернативный подход — оставить рабочий объем двигателя прежним, но подавать в единицу времени больше топлива. Увеличить подачу бензина несложно, особенно, в системах впрыска. Но при этом для сохранения состава топливной смеси необходимо пропорционально увеличить и количество подаваемого в двигатель воздуха. Возможности двигателя самостоятельно всасывать воздух ограничены, поэтому не обойтись без специального устройства, повышающего давление и, следовательно, количество воздуха на впуске. Эти устройства обычно называют нагнетателями или компрессорами.
       
Механический нагнетатель
       Механические нагнетатели применялись в автомобильных двигателях еще в 30-е годы, тогда их чаще всего называли компрессорами. Сейчас этот термин обычно относят к турбокомпрессорам, о которых речь пойдет ниже. Конструкций механических нагнетателей довольно много, и интерес к ним разработчики проявляют до сих пор. На рисунках 1—4 представлены схемы некоторых устройств, принцип работы которых не требует дополнительных пояснений.
       Есть конструкции и не совсем обычные. Одна их них — волновой нагнетатель Comprex (рис. 5) — принадлежит фирме Asea-Brown-Boweri. Ротор этого компрессора имеет аксиально расположенные камеры, или ячейки. При вращении ротора в ячейку поступает свежий воздух, после чего она подходит к отверстию в корпусе, через которое в нее попадают горячие отработавшие газы двигателя. При их взаимодействии с холодным воздухом образуется волна давления, фронт которой, движущийся со скоростью звука, вытесняет воздух в отверстие впускного трубопровода, к которому ячейка за это время успевает подойти. Поскольку ротор продолжает вращаться, отработавшие газы в это отверстие попасть не успевают, а выходят в следующее по ходу ротора. При этом в ячейке образуется волна разряжения, которая всасывает следующую порцию свежего воздуха и т. д.
       Нагнетатель Comprex уже опробован несколькими автомобильными производителями, а Mazda использует его на одном из своих серийных двигателей с 1987 года.
       Еще одна не совсем обычная конструкция — это спиральный, или G-образный (по форме буквы G, напоминающей спираль) нагнетатель. Идея запатентована еще в начале столетия, но из-за технических и производственных проблем на выпуск такого нагнетателя долго никто не решался. Первой, в 1985 году была фирма Volkswagen, которая применила его на двигателе купе Polo (1,3 л, 113 л. с.). В 1988 году появился более мощный нагнетатель G60, которым в течение нескольких лет комплектовались двигатели Corrado и Passat (1,8 л, 160 л. с.,), а Polo G40 выпускался вплоть до прошлого года.
       Схематично (рис. 6) конструкцию G-образного нагнетателя можно представить в виде двух спиралей, одна из которых неподвижна и является частью корпуса. Вторая — вытеснитель — расположена между витками первой и закреплена на валу с эксцентриситетом в несколько миллиметров. Вал приводится от двигателя ременной передачей с отношением около 1:2.
       При вращении вала внутренняя спираль совершает колебательные движения и между неподвижной (корпус) и обегающей (вытеснитель) спиралями образуются серпообразные полости, которые движутся к центру, перемещая воздух от периферии и подавая его в двигатель под небольшим давлением. Количество перемещаемого воздуха зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя.
       Система имеет сравнительно высокий (около 65%) КПД. Трущихся частей почти нет, поэтому износ деталей незначителен. Установленный на двигателе Polo нагнетатель G40 (40 и 60 в маркировке нагнетателей Volkswagen — это ширина спиральных камер в миллиметрах) имеет внутреннюю степень сжатия 1,0; максимальное давление наддува составляет 0,72 бар. При номинальной частоте вращения ротора 10200 об./мин. за один оборот подается 566 см куб. воздуха, т. е. почти 6000 л/мин.
       Схема управления механическим нагнетателем довольно проста (рис. 7). При полной нагрузке заслонка перепускного трубопровода закрыта, а дроссельная открыта — весь поток воздуха поступает в двигатель. При работе с частичной нагрузкой дроссельная заслонка закрывается, а заслонка трубопровода открывается — избыток воздуха возвращается на вход нагнетателя.
       Входящий в схему охладитель наддувочного воздуха (Intercooler) является почти непременной составной частью всех, не только механических, систем наддува. При сжимании воздух, как известно, нагревается, а его плотность и, соответственно, количество кислорода в единице объема уменьшаются. Больше кислорода — лучше сгорание и выше мощность. Поэтому перед подачей в двигатель сжатый нагнетателем воздух проходит через охладитель, где его температура снижается.
       Преимущества спирального нагнетателя, как и большинства компрессоров с механическим приводом: достаточно большой крутящий момент и повышенная мощность двигателя при низких оборотах, быстрая, практически мгновенная реакция на нажатие педали газа. Недостатки: относительная сложность и нетехнологичность конструкции, большие потери в приводе.
       
Турбокомпрессор
       Более широко на современных автомобильных двигателях применяются турбокомпрессоры. Они более технологичны в изготовлении, что окупает ряд присущих им недостатков.
       Турбокомпрессор отличается от вышеописанных конструкций прежде всего схемой привода (рис. 8). Здесь используется ротор с лопатками — турбина, которая вращается потоком отработавших газов двигателя. Турбина, в свою очередь, вращает размещенный на том же валу компрессор, выполненный в виде колеса с лопатками.
       Выбранная схема привода (газовая вместо механической) определяет основные недостатки турбокомпрессора. При низкой частоте вращения двигателя количество отработавших газов невелико, соответственно, эффективность работы компрессора невысока. Кроме того, турбонаддувный двигатель, как правило, имеет т. н. «турбояму» — замедленный отклик на увеличение подачи топлива. Вам нужно резко ускориться — вдавливаете педаль газа в пол, а двигатель некоторое время думает и лишь потом подхватывает. Объяснение простое — требуется время на раскрутку турбины, которая вращает компрессор. На рис. 9 показана реакция нагнетателей различных типов на увеличение числа оборотов двигателя. Приведенные кривые относятся к дизелю, но их характер сохраняется и для бензинового двигателя. Хорошо видно, что самую медленную реакцию имеет турбокомпрессор, волновой нагнетатель реагирует быстрее, механический нагнетатель срабатывает практически мгновенно.
       Избавиться от указанных недостатков конструкторы пытаются разными способами. В первую очередь, снижением массы вращающихся деталей турбины и компрессора. Ротор современного турбокомпрессора настолько мал, что легко умещается на ладони. Легкий ротор повышает эффективность компрессора при низких оборотах двигателя: например, у 2,0 л турбодвигателя SAAB 9000 уже при 1500 об./мин. увеличение крутящего момента за счет наддува составляет 20%. Легкий ротор, кроме того, обладает меньшей инерционностью, что позволяет турбокомпрессору быстрее раскручиваться при нажатии педали газа и уменьшает «турбояму».
       Снижение массы достигается не только конструкцией ротора, но и выбором для него соответствующих материалов. Поиск новых материалов для турбин ведется многими фирмами. Основная сложность — высокая температура отработавших газов. Преуспели больше всего в этой области, пожалуй, японцы — они уже давно занимаются керамикой для двигателей внутреннего сгорания. Монолитная турбина, изготовленная из спеченного карбида кремния, при той же механической прочности весит в 3 раза меньше обычной и, соответственно, обладает гораздо меньшей инерцией. Кроме того, в случае разрыва ротора разлетающиеся осколки будут много легче — это дает возможность сделать корпус компрессора более тонким и компактным. А недавно конструкторам Nissan впервые в мировой практике удалось создать крыльчатку нагнетателя из пластмассы. Из какой — неизвестно, но говорят, получилась очень легкая.
       Избавиться от недостатков турбокомпрессора позволяет не только уменьшение инерционности ротора, но и применение дополнительных, иногда довольно сложных схем управления давлением наддува. Основные задачи при этом — уменьшение давления при высоких оборотах двигателя и повышение его при низких. Одна задача решается довольно легко: избыточное давление наддува на высоких частотах вращения уменьшается, как правило, с помощью перепускного клапана.
       Другая задача сложнее. Полностью решить все проблемы можно было бы использованием турбины с изменяемой геометрией, например, с подвижными (поворотными) лопатками, параметры которой можно менять в широких пределах. Такие турбины широко применяются в авиации и других областях техники. Но в крошечном роторе автомобильного компрессора механизм поворота лопаток разместить трудно.
       Один из упрощенных способов — применение регулятора скорости потока отработавших газов на входе в турбину. В турбокомпрессоре Garrett VAT 25, который более подробно будет рассмотрен ниже, для этого используется подвижная заслонка.
       Схема управления давлением наддува 2,0 и 2,3 литровых двигателей SAAB 9000 показана на рис. 10. Называется она APC — Automatic Performance Control. Система APC во всех режимах работы двигателя поддерживает давление наддува на максимально допустимом уровне, не доводя двигатель до детонации. Для этого использован датчик (knock sensor), по сигналу которого при возникновении детонации блок управления открывает установленный в турбине перепускной клапан, и часть отработавших газов направляется в обход турбинного колеса, что снижает давление наддува и устраняет детонацию. Помимо этого датчика в систему APC входят также и другие, измеряющие частоту вращения двигателя, нагрузку, температуру и октановое число используемого топлива — этими параметрами определяется порог детонации.
       Использование APC позволило не только повысить степень сжатия 2,0 л двигателя до 9, но и сделало возможным использование топлива с низким октановым числом — до 91.
       
Топливная экономичность
       Повышение мощности двигателя, достигается ли оно увеличением его рабочего объема или применением наддува, неизбежно влечет за собой увеличение расхода топлива. Теоретически КПД двигателей с наддувом несколько выше, чем атмосферных, поэтому удельный (на единицу мощности) расход топлива у них должен быть ниже. На практике же за счет потерь при переходных процессах он получается примерно таким же.
       Конечно, и с турбодвигателем можно ехать относительно экономично, но тогда зачем он нужен? Поэтому сегодня конструкторы пытаются решить непростую задачу: уменьшить расход топлива при сохранении высокой мощности. Попробуем рассмотреть разные подходы к этой проблеме, предложенные, например, инженерами Audi и Peugeot.
       Одним из путей повышения экономичности двигателя, как известно, является увеличение степени сжатия. Но в двигателях с наддувом есть ограничение: наддув увеличивает компрессию, что приводит к возникновению детонации, особенно на высоких оборотах. Поэтому степень сжатия приходится искусственно снижать: в современном атмосферном двигателе она составляет около 10, а в двигателе с наддувом обычно не превышает 8.
       Конструкторам Audi удалось в определенной степени это ограничение преодолеть: в 5-цилиндровом 20-клапанном двигателе Audi S2 и Audi S4 объемом 2,2 л и мощностью 230 л. с. степень сжатия доведена до 9,3 — это для турбомотора необычно много. Результат: средний расход топлива при 90 км/ч — 7,5 л, в городе — 14 л/100 км. Двигатель пришел со спортивной Audi 200. Созданный на этой же основе мотор Avant RS2 также имеет довольно высокую степень сжатия — 9, но при таком же объеме развивает мощность 315 л. с. (за счет изменения параметров наддува). В то же время расход топлива в городе составляет лишь 14,5 л/100 км.
       Упоминавшийся выше турбированный 4-цилиндровый двигатель нового SAAB 9000 объемом 2,0 л тоже имеет степень сжатия 9. Мощность поменьше: 165 л. с., но и расход топлива на трассе менее 7, а в городе — около 12 л/100 км.
       Сравните эти параметры, например, с данными для Porsche 968 Turbo S. Спортивная машина, на экономию топлива особого внимания не обращали. Рабочий объем 3 л, 4 цилиндра 2 клапана/цилиндр, степень сжатия 8, мощность 305 л. с., расход топлива в городе — не менее 18 л/100 км.
       Поскольку конструкторы Audi для увеличения экономичности пошли по пути повышения степени сжатия, они смогли ограничиться турбокомпрессором вполне традиционной конструкции: К24 фирмы ККК (Kuhle, Kopp und Kausch). Схема управления наддувом тоже традиционная — избыточное давление при высоких оборотах ограничивается перепускным клапаном. Габариты К24 невелики, а параметры выбраны исходя из получения высокого крутящего момента на низких оборотах. Уже при 1950 об./мин. двигатель достигает своего максимального крутящего момента (350 Нм), который сохраняется до 3000 об./мин. Кривая момента достаточно плоская: 90% его величины расположены в диапазоне частот вращения 2300—5200 об. /мин. Несмотря на простоту схемы управления, «турбояма» у указанного двигателя не ощущается.
       Конструкторы Peugeot выбрали другой подход. Новый 4-цилиндровый 16-клапанный двигатель Peugeot 405 Т16 имеет традиционную для турбодвигателей низкую степень сжатия 8. Но на нем использован довольно хитрый компрессор VAT 25 фирмы Garrett (не путать с VAT 69 — это совсем из другой области!). Применительно к компрессору сокращение VAT — это турбина с изменяемой площадью, или сечением (Variable Area Turbine). На входе отработавших газов в корпус турбины имеется подвижная заслонка с пневматическим приводом (рис. 11). На малых оборотах двигателя заслонка находится в прикрытом положении, уменьшая сечение канала, по которому проходит поток отработавших газов, поэтому даже при малом их объеме скорость потока получается достаточно высокой и обеспечивает необходимую частоту вращения турбины. При увеличении частоты вращения двигателя заслонка открывается, увеличивая проходное сечение — количество отработавших газов возрастает и, соответственно, повышается давление наддува. Поскольку VAT — решение упрощенное, и не в полной мере обеспечивает регулировку, перепускной клапан в схеме управления давлением наддува пришлось сохранить.
       Получилось, в целом, неплохо. Своего максимального крутящего момента 288 Нм двигатель Peugeot достигает при 2600 об./мин., и это значение сохраняется до 4500 об./мин. При этом 90% величины момента расположены в диапазоне 2300—5200 об./мин. При объеме 2,0 литра двигатель развивает мощность 200 л. с. (5000 об./мин.), а расход топлива в городе составляет менее 12 л/100 км.
       
Overboost
       Как правило, турбонаддувные двигатели имеют устройство Overboost, срабатывающее при резком нажатии на педаль газа и дополнительно повышающее давление наддува и максимальный крутящий момент двигателя (примерно на 10%). Это необходимо при резких ускорениях, например, при обгоне.
       На Audi с компрессором К24 включение этого режима достигается, в общем, традиционно: при резком и полном открытии дроссельной заслонки срабатывает электронный блок управления, который быстро закрывает регулировочный клапан давления наддува. Весь поток отработавших газов направляется через турбину, давление наддува дополнительно увеличивается — Overboost. В этом режиме уже при 2100 об./мин. крутящий момент двигателя достигает 380 Нм.
       Конструкторы Peugeot поступили по-другому. У компрессора Garrett VAT 25 (рис. 11) эффект Overboost достигается за счет того, что заслонка в корпусе турбины быстро откидывается в направлении турбинного колеса, резко увеличивая проходное сечение и, соответственно, поступающее количество отработавших газов. Крутящий момент двигателя 405 Т16 в этом режиме повышается до 318 Нм при 2400 об./мин.
       Повышенный крутящий момент сохраняется в течение ограниченного времени: у Audi — 16 секунд, у Peugeot — 45 секунд, что почти идеально для выполнения обгонов. Чтобы не уродовать двигатель, режим Overboost не действует, если частота вращение двигателя превышает 6000 об./мин. (Audi) или если включена 1-я передача (Peugeot).
       
Во что обходится наддув
       Бесплатным, как известно, бывает только ветер в камышах. За повышение мощности двигателей с наддувом приходится платить. И не только увеличением расхода топлива. Повышаются требования к его качеству — для большинства турбированных двигателей требуются бензины с октановым числом 96—98. Несмотря на то, что поршни, кольца, головки и шатуны усилены, ресурс двигателя ощутимо снижается, тем в большей степени, чем выше давление наддува. Можно считать, что в среднем ресурс двигателя с турбокомпрессором не превышает 100 тыс. км, а ресурс самого компрессора составляет около 10 тыс. часов. У механических нагнетателей он выше — около 25 тыс. часов. Для системы смазки турбокомпрессора требуются специальные масла, выдерживающие высокие температуры и частоты вращения более 100 000 об./мин. Температура в турбинной части компрессора доходить до 1000°С, поэтому его подшипники требуют дополнительного водяного охлаждения. Все изложенное для потребителя выливается в довольно значительное увеличение стоимости автомобиля и его обслуживания.
       Для бензиновых двигателей массовых моделей наддув вряд ли можно считать удачным способом повышения мощности. Volkswagen, например, в этом году отказался от упоминавшегося выше наддувного двигателя на Polo. Более перспективными, особенно с точки зрения топливной экономичности, видимо, можно считать такие направления, как многоклапанная техника, совершенствование систем впрыска, переобеднение смеси и ее послойное распределение в цилиндрах.
       Бензиновые двигатели с турбонаддувом — это, пожалуй, удел дорогих, со спортивным характером автомобилей. Maserati, например, может позволить себе выпускать все двигатели с системой наддува, да еще не с одним, а с двумя турбокомпрессорами — на V-образных двигателях. Такую конструкцию называют Twin Turbo. Запомнить легко — как Twin bed в гостинице. Иногда название трансформируется в Biturbo, что сути дела не меняет: турбокомпрессоры стоят параллельно и каждый обслуживает свою секцию цилиндров.
       Такой автомобиль, как правило, могут приобрести немногие. Правда, при нынешней российской налоговой политике, когда приходится платить пошлину с объема двигателя, некоторые могут предпочесть турбированный вариант, благо они все еще имеются в каталогах большинства производителей. Дело вкуса. И денег. Кстати Mercedes-Benz и BMW, продукция которых у нас столь популярна, не имеют сегодня ни одного серийного бензинового турбодвигателя.
       С экономической, экологической, да и многих других точек зрения весьма привлекательно выглядят турбированные дизели. Но об этом в следующий раз.
       
       Виталий Струговщиков
       

Наддув, нагнетатели и немного истории

Автор: Владимир Егоров Источник: icarbio.ru 60384 9 Готтлиб Даймлер Наддув начал использоваться на практике, как только конструкторы определили важнейший автомобильный приоритет – высокую удельную мощность при возможно меньших габаритах мотора. Первым нагнетателем, появившемся на автомобильном двигателе (если не считать самых ранних поршневых компрессоров), стал принудительный или механический нагнетатель типа «Рутс» («Roots»), хорошо зарекомендовавший себя в промышленности. Это произошло в 1885 году [1], когда Готтлиб Даймлер запатентовал нагнетатель собственной конструкции, работавший по принципу нагнетателя братьев Рутс. В 1902 г. во Франции Луис Рено запатентовал проект центробежного нагнетателя, а уже в 1911 г. принцип действия турбонагнетателя, работающего на энергии выхлопных газов, впервые описал и запатентовал швейцарский изобретатель Альфред Бюхи. Наддув Повышение давления воздуха при впуске в двигатель внутреннего сгорания с целью увеличения количества подаваемого топлива и, соответственно, мощности снимаемой с единицы объёма двигателя. Нагнетатель (компрессор) Механизм для сжатия и подачи газов под давлением. Однако быстрое решение задачи (литровая мощность действительно заметно увеличилась) оказалось не таким удачным, как представлялось вначале. Существенно возросший приток тепла, который несли отработавшие газы, преждевременно выводил из строя выпускные клапаны, поршни и систему охлаждения. Несоответствие конструкции и применявшихся материалов задержало развитие наддува на автомобиле. Истребитель «SPAD» S.XIII» Следующий шаг сделали авиационные двигателисты. Первым авиационным двигателем с механическим наддувом считается двухтактный ротативный двигатель «Мюррей-Вильята», на самолёте с которым в 1910 г. был установлен рекорд высоты в 5200 м. В 1918 г., на один из истребителей «SPAD» S.XIIIC» был установлен турбонаддувный агрегат «Рато» («Rateau»), который не дал преимуществ самолёту (в связи с недостатками его конструкции и недостаточной для привода турбины мощностью авиадвигателя первых модификаций «Испано-Сюиза» 8-й серии). Но уже в том же году турбонаддувным агрегатом «Рато» был оснащен более мощный чем «Испано-Сюиза» двигатель «Либерти» L-12», а в 1920 г. биплан «Lepere» с этим двигателем поднялся на рекордную по тем временам высоту - 10092 м. Важные исследования, проведенные совместно с металлургами, позволили наладить выпуск поршней, клапанов и подшипников, отвечавших более жестким требованиям. В итоге, наддув всерьез и надолго прижился в авиации. Внедрению систем наддува не в небесах, а на земле помог автомобильный спорт, где требовались мощные и легкие моторы. Первыми разработали спортивные двигатели с наддувом «Daimler» (1921 г.), «Sunbeam» и «FIAT» (1922 г.). Именно итальянский гоночный «FIAT», выиграв в 1923 г. Большой приз Европы, открыл список побед системы-новинки. В следующем, 1924 г. компрессорные «Alfa Romeo» и «Daimler» завоевали, соответственно, Большой приз автомобильного клуба Франции и первое место в гонках Тарга Флорио в Италии. Уже первые нагнетатели повышали мощность на 50-70%. Например, у 2-литрового двигателя «Delage» после введения наддува мощность возросла со 125 до 190 л.с., т.е. на 52%! Рассмотрим явление наддува подробнее. Так как подача необходимого количества топлива технических затруднений не вызывает, то мощность двигателя зависит, главным образом, от поступающей в цилиндры за единицу времени массы воздуха. Этот показатель, в свою очередь, связан с рабочим объемом мотора, частотой вращения коленчатого вала (предел здесь — допустимое значение средней скорости поршня) и объемным КПД (коэффициентом наполнения). Стало быть, при заданных условиях увеличить массу воздуха, проходящего через цилиндры, можно только через наддув. Нагнетая воздух в цилиндр принудительно, на современном двигателе можно без особых проблем получить 25%-ную прибавку к мощности, а с интеркулером мощность можно удвоить. Высокая температура и давление подаваемого в цилиндры воздуха может привести к тому, что в конце такта сжатия, когда поршень спрессует в цилиндре и так уже сжатую топливо-воздушную смесь, ее температура и давление могут оказаться настолько высокими, что это вызовет преждевременную ее детонацию – это явление очень опасно для бензинового двигателя, так как ведёт к его катастрофическому износу. Дабы избежать подобных проблем, можно перейти на более высокооктановые сорта топлива, но чаще всего этого оказывается мало. При достаточно больших значениях давления приходится производить декомпрессию, т.е. снижать степень сжатия. «Mercedes-Benz» 540K» Сниженная же степень сжатия отрицательно влияла на КПД и экономичность. В итоге приводные нагнетатели рекомендовались лишь для крайних случаев. В инструкции 1937 г. для легкового автомобиля «Mercedes-Benz» 540K» (на этой модели, кстати, карбюратор дополняли специальные клапаны, включавшиеся одновременно с компрессором) говорилось: «Включайте компрессор (при 1000 оборотов в минуту) только в случае острой необходимости, например, для быстрого проезда перекрестков, ускоренных разгонов, преодоления коротких крутых подъемов и т.д. Продолжительность работы мотора с компрессором не должна превышать 1 минуту, а при достижении 3400 об/мин отключите систему немедленно». Несмотря на попытки «Lancia», «Volkswagen», «General Motors» в 70-80-е годы усовершенствовать нагнетатели, приводные компрессоры постепенно сошли со сцены. Сейчас они применяются в основном различными тюнинг-ателье и гаражными «умельцами» для форсирования двигателей и очень редко стоят на серийных автомобилях. Крупные автопроизодителям используют нагнетатели в том случае, когда необходимо создать ряд двигателей разной мощности без существенной переделки конструкции базового двигателя. Самая современная система с принудительным нагнетателем, установленная на моделях «Mercedes-Benz» С- и Е-класса практически не отличается от распространённых в 20-30-е годы роторно-шестеренчатых компрессоров типа «Рутс». Двигатель рабочим объемом 2,3 л комплектуется механическим компрессором фирмы «Eaton», усовершенствованной версией «Рутс» — винтообразных лопастей уже не две, а три или четыре. Привод осуществляется поликлиновыми ремнями от коленчатого вала двигателя. Особое покрытие лопастей, уменьшив трение, значительно улучшило КПД механизма. Подключается компрессор уже не водителем, а специальным электромагнитным сцеплением и только тогда, когда требуется резкое увеличение мощности. Степень сжатия уменьшена до 8,8. Четырехцилиндровый двигатель рабочим объемом 2,3 л развивает с компрессором 193 л.с. вместо 150 л.с. при 5400-5500 об/мин. Крутящий момент увеличивается с 220 до 270 Нм при 3750-3800 об/мин. У нас в стране опыт применения механических нагнетателей на легковых автомобилях ограничился единичными экземплярами гоночных машин в 40-50-е годы. Значительно более широкое распространение в мире получил наддув с турбонагнетателем, т.е. нагнетателем, приводимым турбиной, действующей на отработавших газах. Ниже приведена классификация видов 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 двигателях 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. Механический наддув 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. На видео ниже экстремальный трицикл «Rocket 2» с механическим наддувом. Все виды механических нагнетателей можно подразделить на объемные («Рутс», «Лисхольм» и др.) и центробежные. Нагнетатель типа «Рутс»/«Итон» Схема работы нагнетателя 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. Нагнетатель «TVS» 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» [2]. 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. Механический наддув c нагнетателем «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. Центробежный нагнетатель Центробежный нагнетатель Подобные 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. 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. Нагнетатели типа «Лисхольм» Схема нагнетателя типа «Лисхольм» Следует также рассказать о винтовом нагнетателе или нагнетателе 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. Нагнетатель 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. 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. 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. Схема шиберного нагнетателя 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). 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. Турбонаддув Схема турбонаддува 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 (50-100 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. 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. 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. 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». 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. При установке на двигатель двух последовательных турбин (система «twin-turbo») максимальная производительность системы достигается за счет использования разных турбонагнетателей на разных оборотах двигателя. 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. 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. Схема системы «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. 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. 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 [3]. 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 компрекс-наддувом до 1996 года, пока в июне 1997 года он окончательно не был снят с программы производства. 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. 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. 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. Система электрического наддува «Audi» 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. 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. 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 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. 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. Внешняя скоростная характеристика Внешняя скоростная характеристика двигателя гоночного автомобиля «Порше». Скорость звука не зависит от частоты вращения двигателя, поэтому во всем ее диапазоне чередуются благоприятные и неблагоприятные с точки зрения наполнения и очистки цилиндров условия режима работы. На кривых мощности двигателя Ne и его среднего эффективного давления pe это проявляется в виде «горбов», что хорошо видно на рис. справа, где изображена внешняя скоростная характеристика двигателя гоночного автомобиля фирмы «Порше». Колебания давления используют также и во впускном трубопроводе: приход волны давления к впускному клапану, особенно в фазе его закрывания, способствует продувке и очистке камеры сгорания. Если с общим выпускным трубопроводом соединяется несколько цилиндров двигателя, то число их должно быть не более трех, а чередование работы — равномерным с тем, чтобы выпуск отработавших газов из одного цилиндра не перекрывал и не влиял на процесс выпуска из другого. У рядного четырехцилиндрового двигателя два крайних цилиндра обычно объединяются в одну общую ветвь, а два средних цилиндра — в другую. У рядного шестицилиндрового двигателя эти ветви образованы соответственно тремя передними и тремя задними цилиндрами. Каждая из ветвей имеет самостоятельный вход в глушитель, или на некотором расстоянии от него ветви объединяются, и организуется их общий ввод в глушитель. 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. 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. «Инерционный» 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. Последнее обновление 15.11.2012 Опубликовано 22. 08.2010 Читайте также Сноски ↺ По другим данным он запатентовал сам принцип использования наддува на автомобиле. ↺ О нагнетателе «TVS» на сайте компании «Eaton». ↺ Описание работы системы «Comprex» дано по книге Мацкерле Ю. «Современный экономичный автомобиль» (книга есть в библиотеке сайта). Комментарии

Механический нагнетатель — чарджер

Для увеличения мощности двигателя используют не только турбины, но и механически нагнетатели воздуха — чарджеры. Назначение и особенности использования подобны турбинам. Основное отличие составляет  способ привода крыльчатки компрессора. В отличии от турбонаддува, в котором для вращения крыльчатки используется «бесплатная» энергия движения выхлопных газов, в чарджере (charger) используется ременный привод от коленвала, реже шестереночный. В этом кроются все плюсы и минусы использования механического нагнетателя.

Основной плюс установки чарджера на автомобиль — постоянная прибавка в мощности во всем диапазоне оборотов работы двигателя, без турбоям и лагов, которые присущи системам с турбонаддувом.

Но для привода нагнетателя требуется приводящее устройство, которое посредством ременной или шестереночной передачи передает энергию на шкив чарджера вращая его. Т.к. чаще всего вращение передается от коленвала, значит часть энергии двигателя тратится на создание давления и эффективность системы и прирост мощности уменьшается. Видимо, по этой причине  все большее число автопроизводителей устанавливают на серийные автомобили двигатели с турбонаддувом.

Есть несколько разновидностей чарджеров: центробежные, нагнетатели Рутса (roots), нагнетатели типа Лисхольм, каждые из которых обладает определённой степенью эффективности, однако принцип действия у них схожий. В движение их приводит коленчатый вал, в их структуре присутствует одна или несколько крыльчаток, вращающихся и создающих давление.

Центробежный нагнетатель — по большому счету это турбина, в которой вместо горячей части шкив, а холодная часть идентичная. Ввиду схожести конструкции крыльчатка должна вращаться с очень высокой скоростью, подобно скоростям в турбине, 100-200 тыс. об./мин. это накладывает очень высокие требования к точности изготовления всех деталей и к качеству смазки вращающихся деталей. Зато отсутствует проблема сильного нагрева элементов за счет прохождения горячих выхлопных газов. Данный вид нагнетателей имеет небольшой «лаг», он значительно меньше чем у турбины, но присутствует из-за того, что чтобы создать ощутимое давление необходимо раскрутить крыльчатку, а т.к. она приводится в движение ременной передачей от коленвала, то на малых оборотах эффективность небольшая.

 

Нагнетатели Рутса — чаще всего овальный корпус с парой роторов, которые  имеют специальную форму и вращаются в разные стороны. Роторы и корпус имеют небольшой зазор, чтобы не было механических повреждений. При вращении роторов воздух порциями поступает в нагнетательный трубопровод, который имеет конический вид. Воздух, проходя по трубопроводу такой формы сжимается, увеличивается скорость и давление и далее он под давление поступает во впускной коллектор и камеры сгорания.  Такой тип нагнетателя имеет существенный недостаток из-за  своего строения и принципа работы. Т.к. между стенками корпуса и роторами, а так же между самими роторами, имеется расстояние, то при увеличении давления в нагнетательном трубопроводе воздух начинает просачиваться обратно и настигает предел наддува, чем выше создаваемое давление в трубопроводе тем меньше становится КПД самого нагнетателя. Это технологическая особенность и никакими подгонками и повышением точности изготовления отдельных частей это не исправить.  В истории есть примеры, когда количество роторов было более двух и это снижало потерю КПД при увеличении давления, но заканчивалось все тем, что сил затраченных на работу такого нагнетателя тратилось больше чем он создавал прибавку к мощности. Еще одной особенностью работы такой системы служит нагрев воздуха в следствии турбулентности на границе несжатого и сжатого воздуха в нагнетательном трубопроводе. Поэтому нагнетатели Рутса обязательно устанавливают с промежуточным охладителем воздуха.

При всех особенностях нагнетатели данного типа получили наибольшее распространение за счет высокой эффективности на малых и средних оборотах работы двигателя. Именно нагнетатели Рутса можно встретить на серийных автомобилях марки Ford, GM, DaimlerChrysler.

Винтовой нагнетатель — или нагнетатель Лисхольма. По своему строению напоминает компрессор Рутса, но вместо роторов особой формы имеет два шнека, подобно мясорубочному шнека, который входят в зацепление. Встречное вращение приводит к тому, что порция воздуха зажимается шнеками и проталкивается вперед. За счет очень маленьких зазором между роторами и стенками корпуса достигается высокая эффективность и уменьшенные потери давления. В отличии от предыдущего типа компрессоров, Лисхольмы не греют так сильно воздух и очень тихо работают. Но достаточно сложная конструкция и очень высоки требования к минимизации зазоров между шнеками и между корпусом делают такие компрессоры достаточно не бюджетным решением на пути увеличения мощности.

Механика дизельного воздушного компрессора: как это работает?

Итак, вы всегда хотели знать, как работают воздушные компрессоры с дизельным двигателем — в частности, о плюсах и минусах и преимуществах использования этих невероятных машин.

Одно из наиболее распространенных применений воздушных компрессоров — это крупное оборудование — все, от сверл до гвоздей, шлифовальных машин, краскопультов, шлифовальных машин и даже степлеров. До того, как появились современные воздушные компрессоры, у нас были только большие и сложные системы ремней и колес.

Сегодня они повсюду, от маленьких моделей, которые большинство людей держит в своих сараях для инструментов, до колоссальных машин на заводах.

Если вам интересно узнать, как они работают и как они могут помочь вам в повседневной жизни, вы попали в нужное место — читайте дальше, чтобы узнать все, что вам нужно знать.

Анатомия дизельных воздушных компрессоров

Проще говоря, воздушные компрессоры работают так, как кажется. Сначала они забирают воздух и сжимают его до меньшего объема.Как только это происходит, вновь сжатый воздух нагнетается в резервуар для хранения. Когда в баллоне достигается максимальное давление, компрессор выключается, и вы можете использовать воздух внутри.

Компоненты, которые вы найдете внутри компрессоров, обычно очень похожи:

• Двигатель
• Впускной клапан
• Клапан выпускной
• Насос для фактического сжатия воздуха
• Резервуар

Не все компрессоры поставляются с резервуарами для хранения, но большинство более крупных моделей имеют.Поэтому, если модель не является особенно портативной, имеет смысл использовать резервуар для хранения.

Как работают дизельные воздушные компрессоры?

В воздушных компрессорах используется вытеснение воздуха. Это просто означает, что воздух сжимается, когда его заталкивают в камеру. Смещение также подразделяется на положительное и динамическое смещение.

Положительное смещение

Это наиболее распространенный метод, который важно понимать в инженерии. Воздух втягивается в камеру, и объем камеры уменьшается для сжатия воздуха.

Динамическое смещение

Этот метод просто означает, что вращающиеся лопасти нагнетают воздух в камеру. Движение лопастей очень быстро создает давление в камере и создает большие объемы сжатого воздуха.

Типы дизельных воздушных компрессоров

В этой статье мы рассмотрим два основных типа воздушных компрессоров.

Вращающийся винт

Винтовые компрессоры

обычно используются в промышленности и бывают разных размеров.Два винта вращаются внутри мотора в противоположных направлениях. Это движение создает вакуум, который втягивает воздух. Воздух, втянутый в резьбу винтов, сжимается и, наконец, выходит через выпускной клапан.

Поршневой компрессор (поршневые воздушные компрессоры)

Поршневые воздушные компрессоры

работают за счет использования поршней для сжатия поступающего воздуха. Впускной клапан (иногда называемый всасывающим клапаном) подает воздух в цилиндр. Обычно у них есть резервуар для хранения воздуха — это снижает износ и повышает эффективность.

Большинство дизельных компрессоров имеют поршневой привод и входят в состав автономного блока, в котором двигатель и компрессор расположены рядом друг с другом.

Ротационные (пластинчатые) компрессоры

Работают с поворотными лопатками разных размеров. При вращении вала в камеры засасывается воздух.

ступеней сжатия

Одноступенчатый

Это зависит от типа используемого компрессора, но в большинстве поршневых компрессоров используется одноступенчатый цикл. Это означает, что воздух сжимается за один такт двигателя.

Двухступенчатый

В двухступенчатом цикле один поршень сжимает воздух перед его перемещением в другую, меньшую камеру, которая сжимает воздух еще больше. Такие компрессоры при работе выделяют много тепла и обычно должны охлаждать воздух между циклами.

Регуляторы

Регуляторы

работают за счет уменьшения или увеличения давления, выходящего из выпускного клапана. Регулятор толкает пружину, которая ограничивает клапан, уменьшая давление. Обычно это делается для создания надлежащего давления, необходимого для работы вашего инструмента.

Переносимость

Дизельный воздушный компрессор действительно хорошо себя зарекомендовал в портативности. Обычно они устанавливаются на колесную систему и могут буксироваться практически любым транспортным средством. Они созданы для работы в любых климатических условиях и могут использоваться в течение нескольких часов или дней без каких-либо проблем. Пока у вас есть и масло, и дизельное топливо, ваш компрессор будет продолжать работать.

Так много вариантов

Еще одна область, в которой блистают портативные дизельные компрессоры, — это адаптируемость.Существует почти бесконечное количество дополнений, которые вы можете сделать, чтобы расширить область применения вашего компрессора, в том числе:

• Входные фильтры для очень запыленного входящего воздуха
• Воздухонагреватели (для нагрева охлажденного воздуха — предотвращает попадание влаги)
• Воздухоохладители (для охлаждения сжатого воздуха)
• Адаптер фаркопа
• Устройство холодного пуска (для пуска в очень холодных регионах)

Функции безопасности

Есть также несколько бесценных функций безопасности. Если вы используете компрессор в зоне с легковоспламеняющимися элементами, вам следует приобрести искрогаситель для предотвращения взрывов.

Дизельные компрессоры работают так же, как и традиционные электрические модели, но с преимуществом дизельной мощности и отсутствия зависимости от электричества.

Дизельные двигатели

Как мы упоминали выше, каждый компрессор содержит какой-то двигатель, который приводит в действие насос. В случае воздушного компрессора дизельного двигателя двигатель обычно подключается непосредственно к самому компрессору.Некоторые системы соединяют дизельный двигатель с серией тяг и ремней, которые помогают регулировать двигатель.

Обычно воздушный компрессор, работающий на дизельном топливе, имеет простую систему управления. Очень отличается от более крупных и сложных стационарных моделей, которые вы можете увидеть в заводских цехах. Метод управления двигателем обычно механический и привязан к самому компрессору.

Для управления им используется простая кнопка пуска и останова (а иногда и кнопка загрузки / разгрузки).

Найдите идеальный воздушный компрессор для вас

Теперь, когда вы понимаете основы работы дизельных воздушных компрессоров, вы сможете понять, какой из них вам нужен.

Ознакомьтесь с нашим каталогом новых и бывших в употреблении воздушных компрессоров, чтобы узнать, что подойдет вам. Или, если вам нужна дополнительная информация, взгляните на наш обзор воздушного компрессора Ingersoll Rand

.

eCompressors: руководство по компрессорам будущего

12 марта 2019 г. | Статья

.

Внедрение гибридных и электромобилей находится на подъеме, и хотя они могут не появляться в вашей мастерской в ​​течение нескольких лет, хорошо быть готовыми.

Следует помнить о некоторых существенных отличиях, одно из которых — назначение системы кондиционирования, которая в гибридных и электрических автомобилях охлаждает не только кабину, но и аккумулятор, питающий автомобиль. «Это другой подход для СТО, которые занимаются кондиционированием гибридных или электромобилей. Если кондиционер выходит из строя в «нормальной» машине, вы все равно можете ехать и просто открыть окно. Но если кондиционер в электромобиле выйдет из строя, он не запустится, поскольку это создает угрозу безопасности: аккумулятор становится слишком горячим », — объясняет Ричард Гроот, специалист по кондиционерам в DENSO AM.Понятно, что в будущем производительность системы A / C будет становиться все более важной, и эта статья призвана дать представление о важнейшем компоненте, eCompressor, а также предложить несколько полезных советов по обслуживанию.

Что такое электронный компрессор и как он работает?

Обычные компрессоры приводятся в движение ременным приводом двигателя, однако электромобили не имеют двигателей с ременным приводом, поэтому требуется другой тип компрессора.

Электронный компрессор DENSO состоит из следующих компонентов:

• Секция компрессора — содержит компрессор спирального типа для всасывания, сжатия и выпуска хладагента.
• Мотор — для привода компрессора. Бесщеточный тип постоянного тока, в котором в качестве ротора используется постоянный магнит, а в качестве статора — катушка.
• Инвертор — для привода двигателя. Инвертор преобразует постоянный ток (DC) от высоковольтной аккумуляторной батареи в переменный ток (AC) для двигателя. Кроме того, ЭБУ кондиционера подает сигналы скорости вращения компрессора в инвертор через ЭБУ высокого напряжения для управления скоростью вращения электрического компрессора.
• Маслоотделитель — компрессорное масло может снизить эффективность охлаждения, поэтому для отделения масла от холодильного цикла используется сепаратор для улучшения охлаждающей способности кондиционера.

Электродвигатель работает при высоком напряжении 200 В или выше и охлаждается хладагентом, так как при работе он выделяет тепло. Для изоляции электродвигателя и корпуса компрессора используется компрессорное масло с высокими изоляционными свойствами.

DENSO производит серийные электронные компрессоры с 2003 года и первой в мире объединила инвертор и компрессор в один компонент. В последних поколениях электронных компрессоров DENSO инвертор размещается на одной линии с двигателем, что делает конструкцию легче и тоньше, что позволяет сэкономить больше места под капотом.

Преимущества экономии топлива и многое другое

Конструкция электронного компрессора DENSO имеет ряд преимуществ для гибридных и электромобилей:

• Регулируемая скорость вращения, что способствует экономии энергии. Ричард объясняет: «Когда вы управляете скоростью электрического компрессора, вы также контролируете потребление энергии. Чем меньше энергии вы используете для привода компрессора, тем больше энергии вы можете использовать для привода гибридного или электрического транспортного средства, поэтому дальность полета вашего транспортного средства увеличится, если eCompressor будет обеспечивать высокую производительность при низких оборотах. ”
• Кроме того, из-за своего небольшого размера eCompressor DENSO потребляет меньше энергии, что расширяет диапазон литий-ионных аккумуляторов.
• Внутренний электродвигатель eCompressor позволяет кондиционеру продолжать работать, даже когда гибридный или электрический двигатель работает на холостом ходу или выключен. «Электрокомпрессор работает независимо от двигателя. Компрессор всегда приводится в действие электродвигателем, поэтому, когда гибридный или электрический двигатель не работает, eCompressor может работать.«Это дает значительное преимущество перед автомобилями, работающими на традиционном топливе, поскольку поддерживает прохладную температуру в салоне.
• Меньше шума: новейшая конструкция от DENSO тише предыдущих моделей, сохраняя при этом ту же охлаждающую способность. Это обеспечивает комфортную среду, в которой пассажирам не нужно слушать ненужный шум.

Работа с электронными компрессорами

Безопасность прежде всего

Безопасность имеет первостепенное значение при работе с высоким электрическим напряжением, поэтому важно защитить автомобиль и себя. Ричард подчеркивает важность обеспечения безопасности: «Перед работой с высоковольтной системой необходимо принять некоторые меры предосторожности — помните, что компрессор приводится в действие высоковольтной аккумуляторной батареей. Выходное напряжение составляет 200-400 вольт и более, вы не можете просто поменять компрессоры. Перед работой вы должны отсоединить аккумуляторную батарею от автомобиля, и для этого необходимо принять меры предосторожности ».

Правильное масло

Важно обращать внимание на тип масла, используемого в электронном компрессоре, поскольку он (обычно) отличается от масла, используемого в компрессорах с механическим приводом.Рекомендуется использовать ND-Oil 11, поскольку оно обладает высокими изоляционными свойствами и защищает электродвигатель.

«Здесь может пойти не так, мы видим примеры мастерских, где механики не знают о различных типах используемых масел, и они смешивают масло, и компрессор может выйти из строя. Если вы используете неподходящее масло, это может вызвать короткое замыкание и вывести из строя электродвигатель компрессора », — описывает Ричард. Если вы используете УФ-краситель, убедитесь, что вы используете правильный тип УФ-красителя с допуском SAE. Любой другой (дешевый) УФ-краситель может создать проблемы с изоляционной частью компрессорного масла.

Заправка

Не забудьте свой заправочный автомат для кондиционеров. «Обычно машина для заправки кондиционеров, которую используют большинство мастерских, может работать только с одним типом масла, поэтому помните об этом при обслуживании гибридных или электромобилей». На рынке существуют различные решения для решения этой проблемы, например, машины, которые имеют внутреннюю программу «промывки», так что вы можете без проблем менять масло. Однако Ричард рекомендует иметь отдельные инструменты для гибридных и электромобилей для дополнительного спокойствия.

Техническое обслуживание крайне важно

eCompressor герметично закрыт, поэтому нет уплотнения вала или потенциального риска утечки хладагента в наружный воздух. Это означает, что утечка хладагента меньше по сравнению с компрессором с механическим приводом. Тем не менее, это не означает, что гибридные или электрические автомобили не нуждаются в обслуживании кондиционеров. Подробную информацию см. В руководстве производителя автомобиля. «Убедитесь, что хладагент находится на нужном уровне, проблемы начинаются, когда в системе заканчивается хладагент или когда хладагент достигает критического уровня, поскольку это обычно приводит к отказу компрессора», — советует Ричард.

Каким будет будущее?

Как и все технологии, электронные компрессоры и системы кондиционирования в гибридных и электрических транспортных средствах будут только развиваться со временем, поэтому мастерским необходимо постоянно обновлять свои знания, чтобы иметь возможность поддерживать их. Многие изменения будут связаны с одной из самых сложных задач электромобилей: расширением диапазона. Из-за высокого уровня энергопотребления система кондиционирования воздуха существенно влияет на дальность полета, и есть возможности для улучшения. В будущих системах может использоваться комплексный подход к проектированию для экономии компонентов и оптимизации компоновки, экономии места и веса. Функции комплексного и прогнозирующего управления улучшат энергоэффективность и будут способствовать расширению ассортимента.

По мнению Ричарда, «будущее будет выглядеть совершенно иначе, потому что система кондиционирования воздуха станет больше похожа на систему управления температурным режимом; речь идет не только об охлаждении салона и аккумулятора, но также о системе обогрева и эффективности. Через 10-15 лет диагностировать проблемы с системами теплоэнергетики будет непросто из-за их сложности.Еще одна причина оставаться в курсе изменений и следить за тем, что может произойти дальше.

Вернуться к обзору

Компрессор с приводом от двигателя для поддержания давления в салоне самолета

В коммерческих и военных самолетах необходимо поддерживать заданные уровни давления, воздушного потока, температуры и влажности в салоне самолета — независимо от высоты полета и скорости самолета. Чтобы удовлетворить эти требования, некоторое количество воздушного потока обычно удаляется из выпускного отверстия, расположенного в секции компрессора главного двигателя, и давление воздуха регулируется до заданного уровня (с помощью устройства потери давления), прежде чем он попадет в кабину. .Лучший и более эффективный способ поддерживать микроклимат в салоне во всех условиях эксплуатации самолета — это использовать специальный компрессор, приводимый в действие главным двигателем. И система отвода воздуха из главного двигателя, и компрессор с приводом от двигателя (EDC) нуждаются в системе контроля окружающей среды для поддержания температуры и влажности в салоне.

Существенные преимущества EDC заключаются в обеспечении необходимого давления и массового расхода в более широком диапазоне условий полета, не прибегая к устройству потери давления, которое ухудшает рабочий цикл двигателя.EDC состоит из одноступенчатого центробежного компрессора, приводимого в действие встроенным редуктором, и оснащен регулируемыми направляющими лопатками на входе, которые могут регулировать давление и поток одновременно. Электронная система управления регулирует график соотношения давлений компрессора, чтобы удовлетворить потребности в потоке воздуха и давлении в широком диапазоне условий окружающей среды, а также рабочих скоростей, которые напрямую зависят от скорости турбовинтового двигателя.

EDC в настоящее время используется на турбовинтовых самолетах за счет отключения дополнительной коробки передач, но он также может приводиться в движение электрическим или гидравлическим двигателем.В системе стравливания компрессора главного двигателя воздушный поток обычно отводится из компрессорной секции через одно или два места стравливания, а давление стравливания приблизительно пропорционально давлению окружающей среды. Чем выше высота, тем ниже давление воздуха, забираемого компрессором. Это приводит как к ограничениям производительности, так и к штрафам за цикл двигателя, как показано в таблице ниже.

Система удаления воздуха из главного двигателя

Между высотами 1 и 2 воздух отбирается из выпускного отверстия A, и его давление снижается до необходимого уровня с помощью энергосберегающего устройства для снижения давления. На высоте 2 воздух, доступный в выпускном отверстии A, примерно равен требуемому давлению, поэтому устройство для снижения давления не требуется. Однако система не может создать давление в кабине на большей высоте.

Между высотой 2 и максимумом воздух удаляется из выпускного отверстия B, а его давление снижается до необходимого уровня. Если двигатель оборудован только одним выпускным отверстием (порт B), потери в цикле двигателя еще больше.

Компрессор с приводом от двигателя EDC может независимо регулировать воздушный поток и давление.Например, между высотами 0 и 1 не требуется герметизация кабины, хотя поток воздуха все еще необходим со скоростью от 5 до 20 куб. Футов в минуту на человека.

Concepts NREC разработала полные системы EDC для самолетов, позволяющие им летать выше и нести большую полезную нагрузку. В качестве модифицированного устройства EDC был разработан для установки в строго ограниченном пространстве (и в неблагоприятных условиях эксплуатации) гондолы авиационного двигателя. Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации.

(PDF) МОЩНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ПОТЕРИ ПРИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ВОЗДУШНОГО КОМПРЕССОРА ВЛИЯНИЕ ПОРШНЕВОЙ ГРУППЫ

Саша Милоевич, Радивое Пешич, Драган Таранович, Александар Давинич

490

Экспериментальный стенд на испытании компрессора

использование ACACA ProtocolTM 2000.Протокол определяет стандартную процедуру испытаний для измерения

подачи атмосферного воздуха и рабочего объема насоса.

Благодарность

Работа является результатом исследования в рамках проекта TR 35041, финансируемого

Министерством науки и технологического развития Республики Сербия.

СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

[1] Европейская комиссия. Climate Action, из

https://ec.europa.eu/clima/policies/transport/vehicles/heavy_en, по состоянию на

2 марта 2019 г.

[2] Милоевич, С. (2016). Реконструкция существующих городских автобусов на дизельном топливе для проезда

на водороде. Журнал прикладной инженерии Letters, vol. 1, вып. 1, стр. 16-23.

[3] Скручаны, Т., Милоевич, С., Семанова, Ш., Чехович, Т., Фиглус, Т., Сынак, Ф.

(2018). Энергоэффективность электрической энергии как тяги на транспорте.

Транспортная техника и технологии, об. XIV, нет. 2, стр. 9-14.

[4] Милоевич, С., Скручаны, Т., Милошевич, Х., Станоевич, Д., Пантич, М., Стоянович, Б.

(2018). Альтернативные приводные системы и экологически чистые общественные перевозки

Пассажирский транспорт. Журнал прикладной инженерии Letters, vol. 3, вып. 3, стр. 105-

113.

[5] Милоевич С., Пешич Р. (2011). Автобусы КПГ для чистого и экономичного города

Транспорт. Журнал «Мобильность и механика транспортных средств» (MVM), вып. 37, нет. 4, стр. 57-71.

[6] Пешич Р., Милоевич С. Эффективность и экологические характеристики дизельного двигателя VCR

.Журнал Автомобильные технологии, вып. 14, вып. 5, стр. 675-681.

[7] Милоевич С. (2017). Устойчивое использование природного газа в качестве моторного топлива в городских автобусах

: преимущества и ограничения. Журнал прикладной инженерной науки, вып. 15,

нет. 1, стр. 81-88.

[8] Нинкович, Д., Таранович, Д., Милоевич, С., Пешич, Р. (2013). Моделирующий клапан

Динамика и поток в поршневых компрессорах. Журнал «Мобильность и транспортное средство»

Механика (МВМ), т.39, нет. 3, стр. 47-63.

[9] Пешич Р. (2004). ASMATA – Замена деталей из автомобильной стали на алюминий

. Журнал «Мобильность и механика транспортных средств» (MVM), Special Edition, vol. 30.

[10] Кеннеди, М., Хоппе, С., Эссер, Дж. (2012). Покрытие поршневого кольца снижает трение двигателя бензина

. MTZ Motortechnische Zeitschrift, vol. 73, нет. 5, стр. 40-43.

[11] Милоевич, С., Пешич, Р., Таранович, Д. (2015). Трибологические принципы

Конструирование поршневых машин.Журнал Трибология в промышленности, вып. 37,

нет. 1, стр. 13-19.

[12] Таранович, Д., Нинкович, Д., Давинич, А., Пешич, Р., Глишович, Й., Милоевич, С.

(2017). Клапанная динамика поршневых компрессоров для автотранспортных средств. Tehnički

Vjesnik, vol. 24, вып. 2, стр. 314-319.

Механическая часть двигателя | EricTheCarGuy

Видео о двигателях, поиск и устранение причин низкого потребления топлива 06 ноя

Я потратил много времени на разговоры о системах, которые управляют подачей топлива в ваш двигатель.Мы еще ничего не сказали о механической целостности вашего двигателя, а должны. Все вышеупомянутые системы не имеют смысла, если у вашего двигателя есть механические проблемы. По моему опыту, механическая часть двигателя часто упускается из виду при диагностике. Не должно быть. Если у вашего двигателя есть механическая проблема, никакие детали или датчики, которые вы бросите на него, не решат ее. В конце концов, это сердце системы.

Обзор рекомендуемых инструментов и расходных материалов для этой сборки

Одним из самых простых тестов, которые вы можете выполнить для оценки механической целостности двигателя, является испытание на сжатие.Этот тест измеряет способность двигателя всасывать и сжимать воздух. По правде говоря, ваш двигатель — не что иное, как воздушный компрессор. Если он не может делать это эффективно, он не будет работать правильно, и от этого пострадает экономия топлива.

Вот видео о тестировании сжатия, которое поможет вам в этом процессе.

Испытание на сжатие дает вам приблизительную оценку. Чтобы определить источник проблемы со сжатием, вы должны затем выполнить тест на утечку.Тест на утечку почти точно скажет вам, где происходит потеря сжатия, если у вас есть потеря сжатия. Да, у меня действительно есть видео о тестировании на утечку.

Инструменты / расходные материалы для этой сборки:

Перегорание компрессора — в чем виноват?

Распространенные причины перегорания двигателя компрессора и способы их предотвращения

При надлежащем техническом обслуживании компрессор HVAC / R может прослужить дольше ожидаемого срока службы.Однако любой компрессор со временем исчерпает свой срок службы. Если компрессор необходимо заменить, технический специалист должен определить причину неисправности перед установкой нового компрессора. Это чрезвычайно важно, потому что, если проблема, вызвавшая первоначальную поломку, не будет решена, это также может повлиять на замену компрессора.

Отказ компрессора может быть вызван множеством различных проблем. Перегорание двигателя — одно из них. Перегорание двигателя, также называемое перегоранием компрессора, представляет собой особый тип отказа, который обычно возникает из-за высоких температур в обмотках двигателя.Температуры, превышающие максимально допустимые для классов изоляции, ускорят деградацию изоляции обмоток. Недостаточная изоляция между обмотками двигателя часто приводит к коротким замыканиям и перегоранию двигателя.

Предотвращаемые причины перегрева и перегорания двигателя компрессора

Знание наиболее распространенных виновников перегрева и перегорания двигателя, а также действий, которые можно предпринять для снижения риска отказа, может помочь вам продлить срок службы двигателя компрессора.Накопление тепла в двигателе может происходить из-за определенных факторов, например:

• Неправильное охлаждение — Три условия, которые могут привести к перегреву двигателя, включают: запуск двигателя при неправильном значении тока; непрерывно работающий двигатель, рассчитанный на работу в прерывистом режиме с рабочим циклом или ниже его; и эксплуатации двигателя при высоких температурах окружающей среды. Для двигателей внутреннего компрессора высокие температуры окружающей среды обычно возникают в результате перегрева компрессора. Некоторыми частыми причинами перегрева компрессора являются отсутствие внешнего охлаждения, плохая вентиляция, короткие циклы, низкое давление всасывания, высокое давление напора, отсутствие смазки, чрезмерный износ и электрические проблемы.Если какой-либо из этих факторов препятствует правильному охлаждению двигателя между циклами, он будет становиться все более горячим с каждым циклом.

• Чрезмерное трение — Чрезмерное трение между компонентами часто является результатом сочетания несоосности и вибрации. Хотя все электродвигатели производят вибрацию при вращении, двигатель, который не выровнен, может генерировать более высокий уровень вибрации. Это может вызвать ряд механических проблем, включая деградацию подшипников, поломку болтов и износ соединительных блоков.Компоненты, которые начинают изнашиваться, могут вызвать чрезмерное трение, что приведет к дополнительной нагрузке на двигатель. Помимо снижения эффективности двигателя, эта дополнительная нагрузка приведет к тому, что двигатель будет потреблять чрезмерный ток и перегреваться.
• Размер двигателя неподходящий для данного приложения — Двигатель компрессора должен иметь правильный размер для рабочего цикла, который он будет выполнять в каждом приложении. Если двигатель слишком мал, он не сможет достаточно быстро рассеивать тепло. Это приведет к его перегреву.И наоборот, двигатель увеличенного размера будет работать с более низким крутящим моментом. В результате он потребляет больше энергии, что снижает его эффективность и увеличивает риск перегрева. Чтобы убедиться, что конкретный двигатель подходит для применения, важно, чтобы номинальная мощность двигателя соответствовала ожидаемой нагрузке.
• Электрическая перегрузка — Условия электрической перегрузки могут быть вызваны коротким замыканием проводов, источником высокого или низкого напряжения, из-за которого двигатель потребляет больше тока для поддержания своего крутящего момента.Поскольку двигатель вынужден потреблять больше тока, чем его обмотки могут эффективно и безопасно передавать, условия перегрузки могут привести к перегреву двигателя и повреждению изоляции обмотки.
• Короткий цикл — Короткий цикл происходит, когда двигатель компрессора многократно включается и выключается. Поскольку двигатель потребляет больше тока во время запуска, чем во время работы, короткие циклы могут увеличить потребление энергии. Кроме того, запуск двигателя до того, как он сможет рассеять тепло, выделяющееся при запуске, еще больше увеличит его температуру.Короткие циклы также могут привести к большему количеству запусков в час, чем максимальный предел, рекомендованный производителем. Все это может значительно сократить срок службы двигателя вашего компрессора.
• Электрические проблемы — Электрические проблемы, такие как скачки напряжения, обрыв фазы и дисбаланс напряжения, являются непредсказуемыми событиями, которые обычно происходят внезапно и имеют большое влияние на двигатели компрессора, потенциально вызывая перегрев.

Несколько других причин перегорания двигателя компрессора включают низкое сопротивление изоляции, влажность в окружающей среде, неправильную смазку, коррозию внутри двигателя, а также слабые механические и электрические соединения.

Самый простой способ обеспечить правильную работу двигателя компрессора и предотвратить проблемы, описанные выше, — это регулярное обслуживание систем HVAC / R квалифицированными специалистами. Лицензированные профессионалы могут легко выявлять и устранять проблемы системы HVAC / R до того, как они разрушат важные компоненты. Компрессоры HVAC / R также могут быть оснащены модулями защиты двигателя, которые не только предотвращают повреждение двигателя, но также обеспечивают оптимальную эффективность и минимальное прерывание работы.

The Compressor — Блог аэрокосмической техникиБлог аэрокосмической техники

В этом посте будет обсуждаться конструкция компрессоров реактивных двигателей, ведущая к определению ориентировочных рабочих параметров.Для двигателей меньшего размера используются центробежные (CF) компрессоры, поскольку они более эффективно справляются с меньшими расходами и более компактны, чем осевые компрессоры. Однако осевые компрессоры обладают преимуществом меньшей передней площади для данного расхода, могут работать с более высокими расходами и, как правило, имеют более высокий КПД, чем компрессоры CF. Для более крупных турбин, используемых на гражданских самолетах, наиболее подходящими будут компрессор и турбина осевого типа. Ранние осевые компрессоры были способны повышать давление в зоне входа примерно в 5 раз, в то время как современные турбовентиляторные двигатели имеют соотношение давлений более 30: 1.

Схема осевого компрессора низкого давления ТРД Olympus BOl.1. (Фото: Википедия)

Поскольку давление повышается в направлении потока через компрессор, существует острая опасность разделения пограничных слоев на лопатках компрессора, когда они сталкиваются с этим неблагоприятным градиентом давления. Когда это происходит, производительность компрессора резко падает, и говорят, что компрессор глохнет. По этой причине сжатие распределяется по большому количеству ступеней компрессора, так что меньшие приращения давления на каждой ступени позволяют инженерам получить большую общую степень сжатия без остановки.Ступень состоит из ряда вращающихся лопастей, называемых ротором , и ряда неподвижных лопастей, называемых статором . Каждый из этих рядов может состоять из 30-100 отдельных лопаток, и между входом для воздуха и выходом компрессора может быть до 20 ступеней. Роль лопастей ротора заключается в ускорении поступающего воздуха с целью увеличения кинетической энергии жидкости. Затем через статоры жидкость замедляется, и, как следствие, давление жидкости увеличивается.По мере увеличения давления и плотности на каждой ступени общая скорость потока поддерживается относительно постоянной за счет уменьшения высоты лопастей от ступени к ступени. Таким образом, компрессор сужается от входа к выходу.

В попытке уменьшить количество ступеней компрессора для более компактного двигателя цель проектировщика состоит в том, чтобы максимально увеличить степень сжатия на каждой ступени. Степень сжатия ступени R определяется следующим выражением:

Где — изоэнтропический КПД ступени, T ₀₁ — общая (застойная) температура, U частота вращения компрессора, C _a осевая скорость жидкости, c _p — коэффициент скрытого плавления при постоянном давлении, а b ₁ и b ₂ угол передней и задней кромки лопасти ротора относительно осевого направления потока.

Схема осевого компрессора. (Фото: Википедия)

Степень сжатия на каждой ступени может быть увеличена до максимума за счет увеличения скорости вращения компрессора U , угла, на который жидкость поворачивается поперек лопастей ротора, tan b ₁ –tan b ₂ и осевой скорости жидкость , C, _, , , через компрессор. Однако степень этих трех параметров ограничена.

1. Скорость конца лезвия и, следовательно, U ограничена соображениями напряжения в основании. Если предполагается, что вентилятор имеет постоянную площадь поперечного сечения, то центробежное напряжение в основании определяется выражением

.

Где U _t — скорость вершины, — это плотность лезвия, а отношение r _r / r _t называется отношением длины ножки к вершине лезвия. Чтобы предотвратить отсоединение лопастей от ступицы и разрушение двигателя, это корневое напряжение не должно превышать определенного предела прочности.Видно, что корневое напряжение пропорционально квадрату скорости вращения компрессора и уменьшается по мере того, как длина лопаток становится короче. Поскольку лопатки первого компрессора имеют наибольшую длину, они ограничивают максимальную скорость вращения кончиков и, следовательно, КПД компрессора. Поэтому обычно компрессор разделяют на конфигурации с двумя или тремя золотниками, такие как большой вентилятор, компрессоры среднего и высокого давления, которые вращаются с тремя разными скоростями.Таким образом, вентилятор большого диаметра может вращаться на более низких скоростях для удовлетворения ограничений по напряжению, в то время как компрессор высокого давления с более короткими лопастями может вращаться на более высоких скоростях.

Однако скорость вращения вентилятора обычно ограничивается более строгими соображениями напряжения. В турбовентиляторном двигателе вентилятор большого диаметра в передней части двигателя действует как одноступенчатый компрессор. В современных турбовентиляторных двигателях вентилятор разделяет поток, при этом большая часть воздуха попадает в обводной канал к движущему соплу, и только небольшая часть попадает в активную зону.Высокие нагрузки на корни, вызываемые длинными лопастями вентилятора, часто усугубляются ударами птиц. По механическим причинам часто используется нижний предел отношения корня к верхушке, равный 0,35. Поток, падающий на вентилятор, также имеет очень высокое число Маха, поскольку крейсерская скорость гражданского самолета обычно составляет около M = 0,83. Сверхзвуковой поток неизбежно заканчивается ударной волной, что приводит к увеличению давления и энтропии над лопатками компрессора. Ударные волны снижают эффективность лопаток компрессора, поскольку они возмущают поток по профилю, что приводит к отрыву пограничного слоя.Кроме того, эти ударные волны могут вызывать нежелательные вибрации лопастей вентилятора, которые еще больше снижают эффективность компрессора и увеличивают шум. Поэтому из соображений эффективности, снижения шума и ограничения повреждений от ударов птиц скорость вращения вентилятора ограничена, обычно относительное число Маха 1,6 считается верхним пределом.

2. Осевая скорость C _a должна быть максимальной, чтобы оптимизировать степень сжатия и уменьшить площадь передней части двигателя.Подобно аргументу, приведенному выше, осевая скорость обычно ограничивается эффектами сжимаемости сверхзвукового потока. По мере того как давление, статическая температура и, следовательно, скорость звука возрастают от ступени к ступени, эффекты сжимаемости ухудшаются на первых ступенях. На первом этапе воздух поступает в осевом направлении так, что, добавляя ортогональные векторы скорости U и C _a , мы получаем V ² = U ² + C _a ² где V — скорость относительно лезвия.В современных двигателях V может находиться в околозвуковой области с довольно большими потерями. В этом отношении двухконтурные двигатели имеют то преимущество, что компрессор низкого давления вращается с меньшей скоростью, что снижает проблему сжимаемости.

3. Угол поворота жидкости поперек лопастей ротора b ограничен ростом пограничных слоев. Лопасти компрессора — это крылья, которые действуют так же, как крылья самолета.Следовательно, когда угол атаки или изгиб аэродинамической поверхности увеличивается для увеличения вращения вектора скорости потока, отрицательный градиент давления на поверхности всасывания увеличивается, пока в какой-то момент пограничный слой не разделится. Поскольку пограничный слой разделяет эффективный угол поворота b , уменьшается, так что общее повышение давления на ступени уменьшается.

Пределы U , C _a и b ₁ — b ₂ все накладывают ограничения на максимальное отношение давлений, которое может быть достигнуто в осевом компрессоре.Типичные примеры: U ≈ 350 м / с , C _a = 200 м / с , b ₁ — b ₂ <45 °.

Лопатки компрессора

обычно довольно тонкие и изготавливаются из легких металлических сплавов, таких как алюминий и титан.