Турбонаддув с электроприводом, перспективы серийного применения. Турбокомпрессор с электроприводом


Электро турбина на авто. Возможно ли это? Можно ли сделать своими руками

Сегодня хочу поднять интересную тему, в принципе это логическое продолжение статьи, форсирование двигателя. Если немного забежать вперед по теме — то получается, что сейчас все турбированные двигатели используют механические компрессоры воздуха, у такого подхода есть много плюсов и много минусов. Но недавно многие компании стали задумываться над электро турбинами, которые не будут использовать отработанные газы авто, а также не будут иметь механических подключений и приводов, а нагнетать воздух будет электродвигатель, который будет «питаться» от бортовой системы …

Электро турбина на авто

ОГЛАВЛЕНИЕ СТАТЬИ

  • Принцип строения
  • Минусы электрического варианта
  • Пару слов о китайских электро турбинах + ВИДЕО
  • Можно ли сделать электро вариант своими руками
  • Задумка неплохая! Ведь можно избежать многих минусов механических систем, особенно турбин которые работают от отработанных газов, такие как:

    1) «Турбоямы»

    2) Охлаждение турбины

    3) Смазка моторным маслом

    4) Расход масла

    5) НУ и конечно же ресурс

    Если подвести черту, можно понять что механические системы, далеки от идеала. Конечно компрессоры которые работают от приводов, будут надежнее. Однако и у них есть минусы, это тот же привод который использует для работы обычный ремень, который со временем изнашивается.

    В общем, подумали разработчики и поняли, что механику можно заменить на электрику! Или нельзя?

    Принцип строения

    Нужно отметить, что сейчас некоторые немецкие производители имеют в строении своих моторов такие нагнетатели. И ставятся они как вы поняли, в системе забора воздуха. Первыми применили такие нагнетатели компании Mercedes, BMW и AUDI.

    Принцип здесь прост – ставится мощный «вентилятор», который создает давление примерно от 0,5 атмосферы (а возможно и более). Запитан от электро системы автомобиля, он нагнетает в двигатель дополнительный кислород необходимый для увеличения мощности. С настройками подачи топлива, можно добиться существенного прироста – около 20 – 30 %.

    Устройтсво

    Электро турбину стоит настраивать и на определенные обороты, например на холостых она должна работать медленнее, а на высоких оборотах соответственно быстрее. Получается чуть ли не идеальная система! Но в чем же подвох, где минусы? И знаете, они есть.

    Минусы электрического варианта

    Многие мои читатели думают — что сделать такую систему очень просто, нужно взять какой-нибудь кулер и вставить его в патрубок забора воздуха и вот оно счастье! Такие «чудо-кулеры» продаются, как правило в китайских интернет магазинах, про такие типы поговорим ниже.

    китайские варианты

    Однако ребята тут не все так просто. В нормальном (на холостых) режиме, атмосферный двигатель 1,6 литра потребляет примерно 300 – 400 литров воздуха за час работы. А на больших оборотах скажем в 4000 – 5000 умножаем эту цифру на 4 – 5, то есть 1200 – 1600 литров. Просто представите этот объем! Если вычислить минутное потребление 300/60 = 5 литров в минуту, или 20 при больших оборотах.

    Так вот – электро турбина должна увеличивать эту цифру, а не тормозить ее! Если вы поставите слабый двигатель, он не будет нагнетать нужное давление, а создаст эффект «воздушной пробки», то есть он своими лопастями будет тормозить приток воздуха в двигатель – мешать нормальному проходу.

    А теперь представьте, какой нужен электрический вариант двигателя для нагнетания такого объема! Повторюсь для повышения производительности нужно хотя бы 6 – 7 литров воздуха на холостых, и 25 на высоких и это для 1,6 литрового варианта, для больших объемов нужно больше.

    мощный вариант

    Если провести аналогию с немецкими производителями, то там применяется как минимум бесколлекторный 0,5 КВт электромотор, который вращается с бешенными оборотами, может достигать до 20 000 и его способности к давлению составляют от 1 до 5 атмосфер.

    Для более мощных автомобилей, применяются более мощные двигатели до 0,7 КВт.

    Как становится понятно штатный генератор может и не потянуть такое потребление электричества, поэтому его заменяют на более мощный, либо ставят дополнительный.

    А как известно высокое потребление энергии просто тормозит генераторы, а значит и увеличивает торможение двигателя, что скажется на его отдаче, понижается КПД.

    Однако, проведенные эксперименты выявили рост производительности, примерно на 20 – 30% это существенно. Но из-за сложности и дороговизны устройств, применение на автомобилях пока не имеет массового производства.

    Например, механические компрессоры намного дешевле и производительнее. Иногда разница в цене может достигать 5 – 7 раз.

    Пару слов о китайских электро турбинах

    Буквально 2 года назад, «автоинтернет» просто взорвался от электрических турбин из Китая. Предлагалась небольшая «штуковина», которая устанавливалась в разрыв шланга воздухозабора, которая якобы нагнетала воздух с давлением в двигатель, обещанное увеличение мощности аж до – 15%! Сам двигатель представлял из себя непонятный кулер, ни потребление электричества, ни обороты, ни прокачиваемый воздух – показателей не было. Если разобрать его даже визуально, то становится понятно — что это кулер на подобии продвинутых компьютерных, ну что он может увеличить? НИЧЕГО! Так что просто не покупаем – это РАЗВОД.

    Электрическая "улитка"

    Сейчас конечно на тех же китайских сайтах начинают появляться другие электро турбины, многие сделаны даже в форме улитки – аля механический компрессор. Но опять же нет ни показателей давления, ни потребления, ни перекачки воздуха. Думайте, прежде чем покупать. Смотрим познавательный ролик.

    Можно ли сделать электро вариант своими руками

    Гипотетически можно, причем многие такое устанавливают на свой автомобиль. Лично я также задумывался над установкой на свой авто, но цена меня остановила.

    Вам нужно решить рад пунктов:

    1) Однозначно установка мощного генератора, что на иномарку уже дорого.

    2) Мощный и компактный электромотор, желательно бесколлекторный именно он отдает большие обороты при оптимальном потреблении энергии. Лично я видел такие для компактных моделей, однако мощностью от 0,5 Квт стоит также не дешево.

    3) Крыльчатка и корпус. Также нужно сделать самому либо купить, для максимального нагнетания воздуха. Также непростая задача.

    4) Ну и конечно стабилизатор или инверторы, для питания электромотора.

    Задачи не простые, на некоторые иномарки нет мощных генераторов, так что сделать очень сложно!

    Но многие умельцы, в гараж устанавливают на свои автомобили, прирост мощности действительно можно достичь до 20 – 30 %.

    пример своими руками

    Причем многие ставят дополнительный датчик потребления воздуха в патрубок перед турбиной, он «видит» прокачиваемый объем и автоматически регулирует большую подачу топлива (подает значения в ЭБУ), для обогащения топливной смеси. Так что прошивка может и не понадобиться.

    Если подвести итог, получается – электро турбина на авто, это возможно, даже скажу больше ее можно сделать своими руками, однако не все так просто и часто «игра не стоит свеч». Ведь вам нужно переделать не только электро систему автомобиля, но и систему подачи топлива, возможно нужна прошивка ЭБУ.

    Думаю было интересно, искренне ваш АВТОБЛОГГЕР.

    avto-blogger.ru

    Турбина электрическая - как она устроена?

    Электротурбина Для более эффективной работы Вашего транспортного средства, автомобильные производители часто прибегают к системам турбонаддува. Но так ли положительно новый тип турбокомпрессора скажется на работе двигателя? Чтобы топливный расход автомобиля стал гораздо меньше, производители зачастую используют одно ключевое решение – сокращение объёма силового агрегата. Но кроме всего прочего, чтобы производительность таких двигателей оставалась на достойном уровне, обычно устанавливают турбокомпрессоры, которые управляются выхлопом и обладают задержкой, что более известна под термином «турбо лаг».

    Автомобили с турбонаддувом подвергались этой проблеме много лет подряд, что сопровождалось постоянными жалобами и недовольством со стороны владельцев. Была найдена, как казалось, панацея – одновременная установка двух турбин, что минимизировало эффект турбо ямы. Но это, увы, не стало ключевым решением.

    История электрической турбины

    Электротурбина Электрическая турбина после длительного времени разработок уже готова к массовому применению. Об этом первой заявила компания Controlled Power Technologies (CPT) из Британии. Электрический турбонагнетатель, по их словам, уже готов к массовому производству. Руководство СРТ уже подписало соглашение с фирмой Switched Reluctance Drives Limited, что займётся разработкой OEM-модуля, основанного на этой технологической базе.

    Switched Reluctance Drives займётся серийным производством электрических компрессоров. Британские разработчики, тем временем уже преуспели в создании реальных электрических компрессоров для двигателей внутреннего сгорания. Турбонагнетатель CPT будет устанавливаться на любые двигатели: атмосферные, турбированные дизельные или бензиновые.

    Компания Controlled Power Technologies разрабатывала электрическую турбину на протяжении почти восьми лет, работа над ней началась ещё в начале 21-го века. Создатели электрической турбины заявляют, что она может работать от бортовой электросети напряжением в 12 вольт, а её использование избавит двигатель от эффекта турбоямы, а также задействует нагнетатель даже в режиме низких оборотов. Особенность данной технологии заключается в использовании регенеративной энергии. Обратное давление, что ранее сбрасывалось через обводной клапан блоу офф при сбросе акселератора, теперь направляется на вращение лопастями турбины маховика, что позволяет вырабатывать энергию и заряжать аккумулятор.

    Прототип машины с электрической турбиной разработала немецкая компания AVL List. Электрический нагнетатель был адаптирован к двухлитровому бензиновому двигателю с непосредственным топливным впрыском. Такой силовой агрегат, который был установлен на Vokswagen Passat, загрязняет атмосферу очень деликатно, если так можно выразиться, всего 159 граммов на каждый километр пути, а это на целых 20 процентов меньше чем у аналогичного традиционного 2.0 TFSI с такой же мощностью, и меньше, чем у 170-сильного турбодизеля с таким же объёмом.

    Турбина электрическая Разработчики утверждают, что данная технология помогает автомобильным производителям вложиться в установленные экологические нормы, которые вступили в силу уже в этом году. Компания Controlled Power Technologies создала стартер-генератор SpeedStart с ременным приводом, который используется для работы системы Start\Stop, что отключает двигатель на кратковременных остановках, что обязательно сэкономит топливный расход в условиях движения по городу в пробках.

    Но наряду с исследователями из Британии, немецкие разработчики создали доступную идею, для нагнетания воздуха и причём с минимальными затратами, что стала признанной во всей Европе. Существенно эффективным способом улучшения нагнетания воздуха в двигателе является мини-турбина от компании KAMANN, которая монтируется во впускную систему. Электро турбонагнетатель от KAMANN является миниатюрной турбиной, которая выполняет роль электрической системы нагнетания воздуха, установленной в подкапотное пространство. Такой монтаж электрической турбины повышает крутящий момент мотора, в свою очередь способствуя понижению топливного расхода. Это улучшает качество выхлопных газов, уменьшая показатели углекислого газа и пролонгируя срок функционирования катализаторов, что улучшает общие скоростные характеристики автомобиля.

    Принцип работы электротурбины

    Принцип работы электрической турбины отличается от классического турбонагнетателя лишь за счёт конструкции оси, которая соединяет крыльчатки у классики. Когда турбокомпрессор достигает максимальных оборотов, контроллер включает электрический двигатель в генераторном режиме. За счёт этого предотвращается превышение пикового числа оборотов двигателя. В случаях слишком редкого понижения оборотов муфтовые соединения позволяют вращать крыльчатки независимо друг от друга, в свою очередь снижая нагрузку на подшипники.

    Плюсы и минусы электрической турбины

    Чем больше мощность, тем меньше выхлоп

    Электротурбина Многие обычные двигатели внутреннего сгорания оснащаются турбинами для того, чтобы получить большую мощность и лучшее ускорение. Они расходуют меньше топлива и следовательно загрязняют атмосферу выхлопными газами также гораздо меньше в сравнении с аналогичными агрегатами без компрессора и нагнетателя. Всё, конечно же, это производит прекрасное впечатление в теоретическом плане, но практика показывает иные результаты. Большой крутящий момент зачастую находится лишь в узком диапазоне числа оборотов двигателя. Зачастую у некоторых турбо-дизелей можно наблюдать плохой показатель ускорения, в моменты изменения положения педали акселератора мотору нужно некоторое время для увеличения мощности для необходимого ускорения. Это явление уже упоминалось в данной статье как турбо-яма».

    Экономия и быстрый отклик

    Проведя анализ рынка современных автомобилей, компания KAMANN утверждает, что к 2020 году доля автомобилей, которые будут оснащаться электрическими турбинами, будет составлять 50-60% от общего количества сошедших с конвейера автомобилей. Ими также был разработан прибор, который помогает быстрее реагировать на изменение педали акселератора и в то же время оставаться экономичным. Эти требования очень сложно реализовать в двигателе с обычной системой турбонаддува. Такая турбосистема эффективна только в пределах определённого диапазона оборотов мотора.

    Неоспоримое преимущество электрических турбин в эффективном нагнетании воздуха во всём диапазоне оборотов мотора автомобиля, даже в момент запуска двигателя, ведь нагнетаемый воздух уже находится во впускном коллекторе. В момент нагнетания воздуха, когда двигатель запускается, электрическая турбина мгновенно откликается на нажатие акселератора даже при маленькой скорости. Даже нагнетая воздух в момент переключения скоростей, Вы непрерывно будете получать дополнительную энергию для того чтобы двигаться и ускоряться.

    Турбо нагнетатель, как дополнение турбосистемы

    Электротурбина Эффективная работа большинства турбин начинается только свыше 3000 оборотов в минуту, а это означает, что крутящий момент ниже этой цифры уже не увеличивается, что не придаёт Вашему автомобилю динамичности, а двигателю мощности. Поэтому классические турбины отходят далеко в прошлое. Установка электрической турбины позволяет двигателю уже при 1200 оборотов в минуту сразу после нажатия педали газа, получать больше чистого воздуха, не затрачивая при этом необходимую энергию. В этот момент «номы» подскакивают на 12% в сравнении с классикой!

    Увеличение мощности равно экономия

    Главным преимуществом установки электрической турбины является предоставление двигателю непрерывного крутящего момента и гораздо быстрого ускорения автомобиля. Kamann Autosport сравнили автомобили с бензиновым мотором объёмом 1,4 с установленной электрической турбиной и аналогичным автомобилем но с объёмом 1,6 и без турбины. Результат был следующим: оба автомобиля выдали приблизительно одинаковую мощность и крутящий момент при том же самом топливном расходе. Следовательно эти два двигателя одинаково мощны, но первый потребляет на 10% меньше топлива! А это значит, что наряду с возросшей мощностью топливный расход совсем не увеличится!

    Электрическая турбина обделена всеми недостатками обычной турбины, а размер её гораздо меньше. Кроме очевидных преимуществ, конечно, присутствуют и недостатки. Модуль электротурбины в зависимости от производителя достаточно прожорлив, что требует монтажа дополнительного оборудования.

    Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.

    Была ли эта статья полезна?Да Нет

    auto.today

    Турбонаддув с электроприводом, перспективы серийного применения

    Свою лепту в проведение модернизации автомобильных моторов вносят и экологи, постоянно ужесточая требования к выхлопным газам. Добиться требуемых характеристик от силовой установки позволяет турбонаддув. Благодаря этому узлу в цилиндры поступает больший объем воздуха, что благоприятно сказывается на качестве сгорания подаваемого топлива. Однако классические турбокомпрессоры имеют важный недостаток, поэтому конструкторы видят будущее в производстве электрических турбин. В чем же преимущества электротурбонаддува перед традиционным устройством?

    Классическая автомобильная турбина

    turbina-classic Традиционная схема работы автомобильного турбокомпрессора выглядит достаточно просто. Выхлопные газы проходят через отсек турбины с лопастями, приводя в действие компрессор. Он захватывает воздух, нагнетая его в камеры сгорания двигателя. Острой проблемой в классической схеме является провал на малых оборотах двигателя. Явление под названием турболаг или турбояма наблюдается в самом начале ускорения, будь то первая передача или пятая. Задержка может составлять несколько секунд, после чего начинается ощутимое ускорение. Решить проблему традиционного турбонаддува пытались разными способами. Такие изобретения, как двойная улитка или небольшая турбина, использовались для борьбы с турболагом, но у них также были недостатки. Перспективная технология турбо-соединения не прошла испытаний на практике. Пока создать турбину с моментальной реакцией инженерам не удалось.

    Схема работы электротурбонаддува

    Большинство разработчиков турбокомпрессоров для автомобилей склоняются к тому, что без электрического привода в данном устройстве не обойтись. Исследуя электрокары, были определены все сильные и слабые стороны электропривода. Важно, что при нажатии на педаль акселератора незамедлительно следует реакция силового агрегата. Ярким примером становится автомобиль Toyota Prius, у которого выдающаяся динамика разгона для своего класса. Потому следует ожидать немедленной реакции от турбокомпрессора с электроприводом. Скорость реакции электромотора составляет 250 миллисекунд. Благодаря мгновенному включению компрессора расход топлива удается снизить на 10%. Электрическая турбина выглядит как простой нагнетатель, так как ей не требуется энергия выхлопных газов. Сегодня многие известные автопроизводители инвестируют значительные средства в перспективное направление.

    Разработка E-Turbo от компании Audi

    E-Turbo-audi Среди перспективных электрических турбин следует отметить разработку от Audi. Немецкий автопроизводитель представил концепт-кар Clubsport TT Turbo с двумя турбокомпрессорами. Благодаря инновационному подходу пятицилиндровый агрегат объемом 2,5 л обладает крутящим моментом в 479 Нм, а его мощность составляет 600 л. с. Одна из турбоустановок представляет собой классический автомобильный компрессор, приводящийся в действие выхлопными газами. А вторая турбина оснащена электрическим блоком с напряжением 48 В. Именно электротурбонаддув ускоряет машину сразу после нажатия на педаль газа. Такая компоновка обеспечивает концепт-кару быстрый и равномерный разгон без задержек. Принцип работы турбоустановки от Ауди показывает, что ею можно оснащать мощные силовые агрегаты при серийном изготовлении. Кстати, проект Clubsport TT Turbo является не единственным перспективным образцом компании Audi. Год назад автопроизводитель испытал электротурбину в 3-литровом дизельном агрегате V-6. Твин-турбо позволял разгонять RS5 за 4 секунды до заветной сотни, что вызывающе быстро для машин в кузове купе. Кроме рекордного ускорения в RS5 с новой турбиной, расход топлива снизился почти в 2 раза.

    Ближайшие перспективы электрических турбокомпрессоров

    Технология электрического турбонаддува, представленная компанией Audi, позволяет надеяться на появление модернизированных двигателей на серийных автомобилях. Когда это произойдет, кто станет первым производителем автомобилей с электротурбиной, пока сложно сказать. Можно с уверенностью предсказать, что Ауди будет в числе лидеров, которые начнут оснащать турбокомпрессоры электроприводом. Однако о конкретных сроках, когда автолюбители смогут оценить преимущества электротурбокомпрессора, пока никто не сообщает.

    trezvyi-voditel.su

    Как работает электрический турбонаддув?

    Электротурбонаддув приходит на смену классической автомобильной турбине

    электротурбина

    Для того чтобы выжать все возможное из автомобиля, автопроизводители прибегают к турбонаддувам двигателя, но на пути новый вид турбокомпрессора, который может изменить игру.

    Уменьшение размеров двигателя автомобиля является одним из ключевых решений, используемых автопроизводителями, чтобы уменьшить расход топлива транспортным средством (вот пример от компании Audi). Тем не менее, чтобы сокращенный в размерах двигатель обладал высокой производительностью, автокомпании, как правило, используют турбонаддув, который приводится в движение с помощью выхлопных газов (подробнее о работе турбонаддува, читайте здесь). У классической схемы работы турбонаддува имеется одна острая проблем, она приводит к задержке ответа наддува. Это явление широко известно, как турболаг. Чтобы было понятно, объясним проще, вы следуете на обгон, жмете педаль газа в пол, включается турбонаддув, но рывок автомобиля происходит лишь через пару секунд из-за так называемого турболага.

    Эта медленная реакция преследует автомобили с турбонаддувами уже многие годы и является распространенной жалобой. Такие вещи, как турбонаддув с двойной улиткой или небольшие турбины, часто используются как средство борьбы с этим отставанием, но и они не совершенны. Попытки обуздать этот недостаток при помощи, так называемой технологии турбо-соединения, о которой мы писали ранее, также, к сожалению ни к чему и не привели, не выдержав испытаний на практике. Проще говоря, очень сложно сделать двигатель с турбонаддувом с немедленной реакцией.

    Принцип работы электрического турбонаддуватурбина

    Все останется на своих местах, пока мы не начнем использовать электрические компоненты. В то время как автопроизводители со всех сторон исследовали все плюсы и минусы полностью электрических силовых установок, они пришли к выводу, что когда дело касается элеткродвигателей, то в них ответная реакция возникает моментально. Взять к примеру классический Toyota Prius, более быстрой реакции на ускорение вы не найдете ни в одном сходном по параметрам автомобиле. Конечно, электрические транспортные средства дорогие из-за размера их двигателей и батарей, и они не совсем практичны, из-за ограниченного диапазона движения. Но, невзирая на это, автопроизводители могут использовать небольшие электромоторы и компоненты в своих целях. Одним из таких случаев является питание турбокомпрессора, который ускоряет двигатель автомобиля, не полагаясь на выхлопные газы.

    Электрический двигатель реагирует мгновенно, в течение 250 миллисекунд. Используя такой механизм, можно снизить расход топлива на 10 процентов. Так как подобного рода турбокомпрессор не использует выхлопные газы, то технически он является просто нагнетателем. Для того, чтобы потребителям была ясна концепция данного механизма, его часто называют электрическим турбонаддувом.

    Компания Volkswagen и связанные с ней автомобильные бренды активно инвестируют в эту электрическую турбо технологию.

    Компания Audi демонстрирует E-Turbo

    электрический турбонаддув

    Недавно компания Audi представила свои последние разработки в мире электрических турбонаддувов вместе с концепт-каром Clubsport TT Turbo Concept, который предоставляет владельцу 600 лошадиных сил мощности и 479 Нм крутящего момента благодаря оборудованному турбонаддувами 2,5-литровому пятицилиндровому двигателю. Один турбонаддув является традиционным и приводится в движение выхлопными газами, второй турбонаддув работает с электрическим блоком.

    RS5 концептКомпания создала концепт для демонстрации потенциала электрических турбокомпрессоров, сказав тем самым, что технология готова к использованию в серийных автомобилях. 48-вольтная электрическая подсистема, которая питает электротурбонаддув,  расположена в багажнике автомобиля и по первой необходимости дает двигателю ускорение, не заставляет его ждать, как традиционный турбонаддув.

    «Турбокомпрессор с электрическим приводом обеспечивает значительные преимущества», сказал представитель компании Audi. «Он быстро и равномерно увеличивает скорость двигателя до максимального количества оборотов, без каких-либо существенных задержек».

    Такой принцип работы позволяет проектировать обычный турбонаддув конкретно для двигателей высоких мощностей – e-turbo обеспечивает мгновенный отклик и мощный спринт на низких оборотах двигателя.

    Это не первый раз, когда компания Audi показала свою заинтересованность в электрическом турбонаддуве. В прошлом году немецкий автопроизводитель добавил электротурбонаддув в 3,0-литровый дизельный двигатель V-6 твин-турбо и засунул всю эту смесь в RS5. Результатом стал вызывающе быстрый автомобиль в кузове купе, который набирает скорость от 0 до 100 км/ч всего за 4 секунды. Это делает его быстрее, чем обычный RS5 и в два раза сокращает расход топлива.

    Когда нам ожидать электрические турбонаддувы в серийных автомобилях?Audi TT Clubsport Turbo Concept

    При всех положительных отзывах, которые получает данная технология, компания Audi, по всей видимости, будет в числе первых автопроизводителей, которые используют электротурбонаддув в серийных автомобилях, но до сих пор компания не распространяется о том, когда мы сможем увидеть такие автомобили у официальных дилеров.

    zap-online.ru

    Турбонаддув. Турбокомпрессор. Турбонагнетатель.

    Турбонагнетатель производства фирмы Turbonetics,цена $5599.99Установка на двигатель турбонаддува является сегодня самым простым и относительно дешевым способом существенно поднять мощность двигателя, как бензинового, так и дизельного. Чтобы установить турбонаддув не нужно вскрывать двигатель, нужно только определиться с его производительностью, немножко места под ракушку, талант автослесаря, чтобы грамотно установить турбонаддув.

    Также необходимо определиться с типом турбо системы, которая подойдет вашему двигателю, будь то турбина с двумя ракушками, приводимая в движение горячим потоком выхлопных газов, или же турбокомпрессор с жестким ременным приводом от коленвала. У каждой системы свои преимущества и недостатки, каждая имеет разный КПД и свои особенности установки и работы. В общем установить турбину на атмосферный двигатель не очень сложно, как говорится глаза боятся, руки делают.

    Для начала типы систем турбонаддува:Турбокомпрессор с жестким приводом от коленвала напоминает по принципу работы масляный насос двигателя. Небольшие роторы турбокомпрессора имеют лопасти,скошенные под определенным углом, что позволяет им за счет высоких оборотов валов турбокомпрессора эффективно подавать воздух и создавать давление. К слову на основе этой технологии турбонаддува создано много моделей воздушных компрессоров, которые используются на производствах и особенно строителями. Часто такую систему называют лепестковый наддув, потому, что лопасти роторов турбокомпрессора похожи на лепестки. Такая система наддува будет постоянно создавать давление при заведенном двигателе, в этом заключается преимущество - отсутствие турбоямы. Довольно часто такую схему наддува применяют на оппозитных моторах. Но, как всегда есть одно но, давление,  создаваемое турбокомпрессором постоянно и одинаково и не зависит от оборотов коленвала, то есть, на низких оборотах двигателю нужно меньше воздуха и компрессор работает на низких оборотах но, давление создает, за счет малого потребления воздуха, когда же обороты коленвала возрастут, скорость вращения роторов турбокомпрессора тоже возрастает, возрастает и количество подаваемого воздуха, и опять же возрастает расход подаваемого воздуха, то есть как ни крути, а давление будет постоянным и одинаковым. Турбокомпрессор с ременным приводом.Турбонагнетатель, приводимый в движение от скорости горячих выхлопных газов на сегодняшний день является самым распространенным типом системы наддува. Его популярность заключается в его эффективности и надежности. КПД такого турбонагнетателя составляет в среднем около 70%, что очень неплохо. Принцип работы основан на разницах температур выхлопных газов и подаваемого в цилиндры воздуха. Температура воздуха, который подается в цилиндры как правило немного выше температуры воздуха окружающей среды (нагревается пока проходит через систему турбонаддува), температура же выхлопа доходит до 600-1000С, немало, а все газы как и большинство веществ на нашей планете при нагреве имеют свойство расширяться и увеличиваться в объёме. Получается в цилиндры поступает одно количество воздуха, а выходит гораздо больше, и чем больше газов попадет на крыльчатку турбины, тем быстрее она будет вращаться, а спаренная с ней крыльчатка наддува нагонит еще больше воздуха в цилиндры, чем больше воздуха попадет в цилиндры, тем больше может сгореть топлива, чем больше топлива сгорит, тем выше будет удельная мощность выдаваемая двигателем. Такой вот замкнутый круг. Но опять же обороты регулируются количеством подаваемого топлива и воздуха соответственно. Как было сказано выше температура выхлопных газов может достигать 1000С, которые разогревают турбину и поэтому в большинстве своем ракушки турбонаддува выполнены одна из аллюминия, так как этот металл имеет отличные теплообменные свойства, т.е. легко охлаждается, а вторая половина, та что наиболее подвержена температурным нагрузкам выполнена из особого сплава чугуна и стали. В общем обороты вала такого турбонагнетателя могут достигать 300 000 об/мин. Чтобы создать такой механизм, износо и жаростойкий, который будет работать десятилетиями, нужны дорогостоящие материалы и технологии, от того турбонагнетатель имеет такую цену (читайте также - "почему двигатель идет в разнос").Турбонагнетатель двигателя Wartsila-Sulzer RTA96-CВсе тоже свойство газов нашей атмосферы при нагреве расширяться, поставило перед разработчиками еще одну задачу. Атмосферный воздух, нагнетаемый хоть турбокомпрессором, хоть турбонагнетателем нагревается от сжатия (когда создается давление в системе впускных коллекторов) и от деталей самой системы турбонаддува, то есть, воздух, нагревшись расширился, при этом его объём увеличился,но количество содержащегося в нем кислорода осталось прежним. Один умный дядька ломая голову над тем чтобы еще придумать для улучшения показателей двигателя, чтобы не выгнали его с работы за безделие, просек эту тему и придумал интеркулер.Он придумал охлаждать воздух с помощью этого интеркулера. Холодный воздух имеет большую плотность нежели горячий, и поэтому несет в себе больше кислорода, а чем больше кислорода, тем лучше проходит реакция горения.И всё же, что такое интеркулер?- интеркулер (с англ. -"промежуточный охладитель") - это воздушный радиатор, который охлаждает воздух на пути в цилиндры и дополнительно выполняет роль рессивера, только и всего.Совершенно не случайно турбонагнетатели устанавливают на многие современные двигатели,будь то малолитражка или белазовский дизель-генератор Cummins QSK 78, на котором установлено целых шесть турбонагнетателей, даже самый большой в мире двигатель имеет турбонаддув. Установка турбонаддува является способом получить дополнительную мощность, и снизить количество вредных веществ в выхлопных газах за счет полного сгорания топлива.{webplayer width=680 height=400 type=youtube video=http://www.youtube.com/watch?v=d7JP7ElZycQ }

    yamotorist.ru

    Турбокомпрессор — Энциклопедия журнала "За рулем"

    Турбокомпрессор работает под воздействием потока горячих отработавших газов, вращающих его ротор с частотой 150–230 тысяч об/мин. В этих условиях даже небольшое нарушение работы приводит к его повреждению.

    Об­щие све­де­ния

    Мощ­ность, раз­ви­ва­е­мая пор­ш­не­вым дви­га­те­лем вну­т­рен­не­го сго­ра­ния, за­ви­сит от на­пол­не­ния ци­лин­д­ров го­рю­чей сме­сью. С уве­ли­че­ни­ем ча­с­то­ты вра­ще­ния ко­лен­ча­то­го ва­ла мощ­ность до­сти­га­ет мак­си­маль­ной ве­ли­чи­ны1, а за­тем на­чи­на­ет па­дать. Это свя­за­но с тем, что с рос­том ско­ро­сти воз­душ­но­го по­то­ка на­пол­не­ние умень­ша­ет­ся из-за уве­ли­че­ния со­про­тив­ле­ния впу­ск­но­го тру­бо­про­во­да. Для улуч­ше­ния мощ­но­ст­ных ха­рак­те­ри­с­тик мо­то­ров ис­поль­зу­ют над­дув.Над­дув — на­гне­та­ние воз­ду­ха в ци­лин­д­ры дви­га­те­ля для уве­ли­че­ния их на­пол­не­ния го­рю­чей сме­сью. Из­бы­точ­ное дав­ле­ние вы­ше ат­мо­сфер­но­го по­лу­ча­ют с по­мо­щью раз­лич­ных на­гне­та­те­лей (ком­прес­со­ров), что поз­во­ля­ет по­вы­сить мощ­ность мо­то­ра2 при тех же га­ба­ри­тах и мас­се. Ком­прес­со­ры с ме­ха­ни­че­с­ким при­во­дом от ко­лен­ча­то­го ва­ла дви­га­те­ля тре­бу­ют до­пол­ни­тель­ных за­трат топ­ли­ва и име­ют ог­ра­ни­чен­ное при­ме­не­ние.Тур­бо­ком­прес­со­ры при­во­дят­ся в дей­ст­вие не­ис­поль­зу­е­мой энер­ги­ей от­ра­бо­тав­ших га­зов. Они по­лу­чи­ли в на­сто­я­щее вре­мя на­и­боль­шее рас­про­ст­ра­не­ние, так как не тре­бу­ют до­пол­ни­тель­но­го рас­хо­да топ­ли­ва в от­ли­чие от ком­прес­со­ров с ме­ха­ни­че­с­ким при­во­дом. Тур­бо­ком­прес­со­ры, как пра­ви­ло, снаб­жа­ют­ся ох­ла­ди­те­лем.Ох­ла­ди­тель над­ду­воч­но­го воз­ду­ха ус­та­нав­ли­ва­ет­ся на вы­хо­де из тур­бо­ком­прес­со­ра для умень­ше­ния тем­пе­ра­ту­ры го­рю­чей сме­си и уве­ли­че­ния ее плот­но­с­ти. При этом по­вы­ша­ет­ся на­пол­не­ние ци­лин­д­ров, сни­жа­ет­ся теп­ло­вая на­груз­ка на де­та­ли дви­га­те­ля и умень­ша­ет­ся со­дер­жа­ние окис­лов азо­та в от­ра­бо­тав­ших га­зах3.

    Турбокомпрессор 1.jpg

    Ус­т­рой­ст­во тур­бо­ком­прес­со­ра вклю­ча­ет в се­бя три ос­нов­ные ча­с­ти — кор­пус тур­би­ны, кор­пус под­шип­ни­ков с ро­то­ром в сбо­ре и кор­пус ком­прес­со­ра.

    Турбокомпрессор1 — Корпус подшипников;2 — Турбинное колесо;3 — Перепускной клапан;4 — Корпус турбины;5 — Масляные каналы;6 — Вал ротора;7 — подшипник скольжения;8 — компрессорное колесо;9 — корпус компрессора;10 — пневмопривод перепускного клапана

    • Кор­пу­са тур­би­ны и ком­прес­со­ра в оби­хо­де на­зы­ва­ют “улит­ки”. Тур­бин­ный кор­пус свя­зан с вы­пу­ск­ным, а ком­прес­сор­ный — с впу­ск­ным тру­бо­про­во­да­ми.
    • В кор­пу­се под­шип­ни­ков ус­та­нов­лен ро­тор в сбо­ре, пред­став­ля­ю­щий со­бой вал, на ко­то­ром же­ст­ко за­креп­ле­ны тур­бин­ное и ком­прес­сор­ное ко­ле­са с ло­па­с­тя­ми. Ро­тор вра­ща­ет­ся на под­шип­ни­ках сколь­же­ния. Они сма­зы­ва­ют­ся и ох­лаж­да­ют­ся мо­тор­ным мас­лом, по­сту­па­ю­щим из си­с­те­мы смаз­ки дви­га­те­ля. Для сни­же­ния тем­пе­ра­ту­ры кор­пу­са в нем мо­гут быть пре­ду­с­мо­т­ре­ны ка­на­лы по­да­чи ох­лаж­да­ю­щей жид­ко­с­ти.

    Ог­ра­ни­че­ние дав­ле­ния над­ду­ва осу­ще­ств­ля­ют с це­лью за­щи­тить дви­га­тель от пе­ре­груз­ки.Пе­ре­пу­ск­ной кла­пан, уп­рав­ля­е­мый пнев­ма­ти­че­с­ким при­во­дом, при оп­ре­де­лен­ной ве­ли­чи­не дав­ле­ния над­ду­ва на­прав­ля­ет часть от­ра­бо­тав­ших га­зов в об­ход тур­би­ны.

    Турбокомпрессор 2.jpg

    По­во­рот­ные ло­пат­ки, ус­та­нов­лен­ные в кор­пу­се тур­би­ны не­ко­то­рых ком­прес­со­ров, поз­во­ля­ют из­ме­нять ее про­ход­ное се­че­ние и со­от­вет­ст­вен­но дав­ле­ние над­ду­ва.

    Турбокомпрессор с изменяемым проходным сечением корпуса турбины:1 — турбинное колесо2 — поворотные лопатки

    Ра­бо­та тур­бо­ком­прес­со­ра про­ис­хо­дит под воз­дей­ст­ви­ем по­то­ка от­ра­бо­тав­ших га­зов, вра­ща­ю­щих тур­бин­ное ко­ле­со и вал ро­то­ра. Ус­та­нов­лен­ное на том же ва­лу ком­прес­сор­ное ко­ле­со на­гне­та­ет воз­дух во впу­ск­ной тру­бо­про­вод. На не­ко­то­рых ре­жи­мах ра­бо­ты мо­то­ра про­яв­ля­ют се­бя осо­бен­но­с­ти тур­бо­над­ду­ва.

    Тур­бо­яма

    "Тур­бо­яма” (тур­бо­лаг)” — за­держ­ка уве­ли­че­ния обо­ро­тов и мощ­но­с­ти дви­га­те­ля при рез­ком на­жа­тии на пе­даль ак­се­ле­ра­то­ра (“га­за”). Эф­фект свя­зан с инер­ци­он­но­с­тью си­с­те­мы — тре­бу­ет­ся вре­мя, что­бы ус­ко­рив­ший­ся по­ток вы­хлоп­ных га­зов рас­кру­тил тур­би­ну. Ос­нов­ной спо­соб ус­т­ра­не­ния — сни­же­ние раз­ме­ров и мас­сы вра­ща­ю­щих­ся де­та­лей для об­лег­че­ния их бы­ст­ро­го рас­кру­чи­ва­ния. Од­на­ко это ве­дет к сни­же­нию про­из­во­ди­тель­но­сти тур­бо­ком­прес­со­ра и для со­хра­не­ния не­об­хо­ди­мо­го да­в­ле­ния над­ду­ва при­хо­дит­ся уве­ли­чи­вать ча­с­то­ту вра­ще­ния ро­то­ра или при­ме­нять кор­пус тур­би­ны с из­ме­ня­е­мым про­ход­ным се­че­ни­ем.

    Тур­бо­под­хват

    “Тур­бо­под­хват” воз­ни­ка­ет при уве­ли­че­нии обо­ро­тов и ско­ро­сти дви­же­ния вы­хлоп­ных га­зов по­сле пре­одо­ле­ния “тур­бо­ямы”. Вслед­ст­вие это­го рез­ко уве­ли­чи­ва­ет­ся дав­ле­ние над­ду­ва, со­зда­ва­е­мо­го тур­бо­ком­прес­со­ром и, со­от­вет­ст­вен­но, мощ­ность дви­га­те­ля. Что­бы ис­клю­чить пе­ре­груз­ку де­та­лей кри­во­шип­но-ша­тун­но­го ме­ха­низ­ма и де­то­на­цию4 (в бен­зи­но­вых дви­га­те­лях), не­об­хо­ди­мо та­кое же рез­кое ог­ра­ни­че­ние дав­ле­ния над­ду­ва.На­и­бо­лее эф­фек­тив­ный спо­соб ус­т­ра­не­ния этих не­до­стат­ков — ос­на­ще­ние со­вре­мен­ных тур­бо­ком­прес­со­ров эле­к­трон­ной си­с­те­мой уп­рав­ле­ния.

    Ре­ко­мен­да­ции

    Экс­плу­а­ти­руя ав­то­мо­биль с тур­бо­ком­прес­со­ром, же­ла­тель­но ори­ен­ти­ро­вать­ся на сле­ду­ю­щие пра­ви­ла.

    • Нель­зя глу­шить дви­га­тель на по­вы­шен­ных обо­ро­тах, сна­ча­ла сле­ду­ет пе­рей­ти на хо­ло­с­той ход на 3–5 ми­нут, и толь­ко по­сле это­го ос­та­но­вить мо­тор.
    • Пе­ред тем как тро­нуть­ся с ме­с­та, обя­за­тель­но дать дви­га­те­лю по­ра­бо­тать на хо­ло­с­том хо­ду ми­ни­мум 30 се­кунд.
    • Не­об­хо­ди­мо свое­вре­мен­но ме­нять мо­тор­ное мас­ло, мас­ля­ный и воз­душ­ный филь­т­ры, ис­поль­зуя толь­ко ре­ко­мен­до­ван­ные ав­то­за­во­дом для дан­но­го дви­га­те­ля с тур­бо­над­ду­вом. У ав­то­мо­би­лей с про­бе­гом свы­ше 150 тыс. км та­кая за­ме­на ре­ко­мен­ду­ет­ся че­рез 5–7 тыс.км.
    • Сле­ду­ет пе­ри­о­ди­че­с­ки про­во­дить ди­а­гно­с­ти­ку дви­га­те­ля. При этом спе­ци­а­ли­с­ты осо­бое вни­ма­ние об­ра­ща­ют на ре­гу­ли­ров­ку топ­лив­ной ап­па­ра­ту­ры, си­с­те­мы за­жи­га­ния в бен­зи­но­вых мо­то­рах и ис­прав­ность вен­ти­ля­ции кар­те­ра.

    1 Двигатель развивает максимальную мощность при определенной частоте вращения, именуемой “обороты максимальной мощности”.2 В отличие от “наддувных”, двигатели без наддува иногда называют “атмосферные”.3 Некоторые из окислов азота являются токсичными и даже канцерогенными.

    wiki.zr.ru

    Наддув, нагнетатели и немного истории

    Нагнетатель «TVS»Автор: Владимир ЕгоровИсточник: icarbio.ruКоличество просмотров 46345 Количество комментариев 9 Готтлиб Даймлер
    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»
    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»
    «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»
    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»
    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»
    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
    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»
    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»
    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
    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
    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»
    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»
    Электрический наддув
    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»
    Электрический наддув «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
    Резонансный наддув

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

    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».
    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
    Динамический наддув
    «Тюнинг». Впускной тракт выведен вместо фары.
    «Инерционный» наддув
    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 15.11.2012Опубликовано 22.08.2010

    Читайте также

    Сноски

    1. ↺ По другим данным он запатентовал сам принцип использования наддува на автомобиле.
    2. ↺ О нагнетателе «TVS» на сайте компании «Eaton».
    3. ↺ Описание работы системы «Comprex» дано по книге Мацкерле Ю. «Современный экономичный автомобиль» (книга есть в библиотеке сайта).

    Комментарии

    icarbio.ru


    Смотрите также