Турбонаддув двигателей внутреннего сгорания

24-03-2011 00:26
18315
Рейтинг:
 
6
 
Голосов 8
Размер шрифта: A A A A

Прикрепленное изображение

Автомобильные конструкторы были всегда озабочены проблемой повышения мощности моторов. Из законов физики следует, что мощность двигателя напрямую зависит от количества сжигаемого топлива за один рабочий цикл. То есть возникает некий закон: чем больше топлива мы сжигаем, тем больше мощность: но для горения топлива необходим кислород, (поясняю) в цилиндрах сгорает не топливо, а топливно-воздушная смесь. Для бензиновых двигателей на одну часть топлива полагается 13–15 частей воздуха — в зависимости от состава горючего, режима работы и прочих факторов. Воздуха требуется весьма много. Если мы увеличим подачу топлива (это не проблема), нам также придётся значительно увеличить и подачу воздуха. Обычный двигатель засасывают его самостоятельно из-за разницы давлений в цилиндре и в атмосфере. Зависимость прямая — чем больше объём цилиндра, тем больше кислорода в него попадёт на каждом цикле. Но есть способ загнать в тот же объём……. больше воздуха! Это тубонаддув!

Существуют три вида наддува бензиновых двигателей:

  • резонансный наддув
  • газотурбинный наддув
  • с помощью объемного нагнетателя

Разницы между этими методами существенная , хотя, несмотря на конструкцию, конечная цель у наддува одна — повысить крутящий момент и, соответственно, мощность.

Резонансный наддув

 Прикрепленное изображение

Резонансный наддув в большинстве случаев реализовывается на двигателях с распределенным впрыском топлива.

 Поясню:

Распределенный впрыск иногда его называют многоточечьный или инжекторный это по сути одно и тоже, так  называется потому, что для каждого цилиндра топливо впрыскивается отдельной форсункой то есть  во впускном коллекторе, напротив каждого цилиндра стоят инжекторы (форсунки) которые по команде компьютера производят впрыск определенной порции топлива в участок впускного коллектора возле своего цилиндра перед впускным клапаном, сколько цилиндров столько и инжекторов.

Задача резонансного наддува при частоте 3.000 — 3.500 об/мин обеспечить повышенное давление смеси перед впускным клапаном в момент его открытия за счет использования частоты колебаний смеси во впускном коллекторе. Между тем повышенное давление необходимо вовсе не постоянно - достаточно, чтобы оно поднялось в момент закрытия клапана и "догрузило" цилиндр дополнительной порцией смеси. Для кратковременного повышения давления вполне "подходит" волна сжатия, гуляющая по впускному трубопроводу при работе мотора. При этом достаточно лишь рассчитать длину самого трубопровода, чтобы волна, несколько раз отразившись от его концов, пришла к клапану в нужный момент.

Как правило, объем ресивера и определяет достаточно узкий диапазон работы такого наддува. В принципе, существуют многокамерные ресиверы, но это отдельная тема.

Теория (по крайней мере, при объяснении "на пальцах") проста, а вот воплощение ее требует немалой изобретательности: клапан при разных оборотах коленчатого вала открыт неодинаковое время, а потому для использования эффекта резонансного наддува требуются впускные трубопроводы переменной длины! И такие моторы были созданы - со специальными заслонками, открывающими воздуху тот или иной путь. Пик популярности этого решения пришелся на середину 80-х, а затем производители, видимо, решили: зачем морочить голову, если уже есть и более производительный турбонаддув, и управляющая им электроника? В последнее время сообщений о новых двигателях с резонансным наддувом почти не поступает...

Газотурбинный турбонаддув

Прикрепленное изображение

Прикрепленное изображение

В начале 1900-х годов швейцарский инженер Альфред Буши впервые представил прототип компрессора, работающего на энергии выхлопных газов, далее эта идея получила большое развитие. Сейчас это уже высокопроизводительные газотурбинные нагнетатели, которые устанавливаются на многие модели автомобилей,.

При работе двигателя с турбонаддувом выхлопные газы подаются в турбину, где отдают часть своей энергии, раскручивая ротор турбокомпрессора, и затем поступают через приемную трубу в глушитель.

На одном валу с лопаточным колесом турбины находится колесо компрессора, который засасывает воздух из воздушного фильтра, повышает его давление на 30-80% (в зависимости от степени наддува) и подает в двигатель.

В один и тот же литраж (объем) двигателя поступает большее по весу количество рабочей смеси и, следовательно, обеспечивается достижение на 20-50% большей мощности, а за счет использования энергии выхлопных газов повышается КПД двигателя и снижается удельный расход топлива на 5-20%.

Явное достоинство: повышение КПД и экономичности мотора при этом наддув  достаточно требователен к системе смазки так как колесу турбину вращается со скоростями около 10000 об\ мин, высокая температура нагрева самой турбины до 1000С отработанными газами- в связи с этим  применяются специальные подшипники, и специальные марки сталей из которых изготовляются составные части компрессора  , необходимо исключать попадание воды на корпус и составные части. - инерционность: "вдавил" резко газ и ждеш пока мотор наберет обороты, увеличится давление выхлопных газов, раскрутится турбина, с ней крыльчатка нагнетателя - и наконец, "пойдет" воздух. Но с этим явлением, именуемым "турбо-яма" научились бороться...В связи с этим высока  стоимоть.

Механический нагнетатель

Прикрепленное изображение

Механический компрессор был изобретен братьями Рутс и применялся  в автомобильных двигателях еще в 30-е годы.

При механическом наддуве нагнетатель приводится в действие непосредственно от коленчатого вала двигателя. Как правило, оба агрегата жестко связаны друг с другом, к примеру через ременный привод. Здесь главное в том, что обороты нагнетателя/компрессора жестко связаны с оборотами коленвала.

Механический компрессор хорош своей нетребовательностью к качеству масла, надежностью и способностью не отставать от скорости вращения коленвала.

К минусам относятся  значительные габариты и нагрузка на двигатель

УДК 301.01.87 Елин В.В


  • 01-04-2011 23:29
    BN6
    2

    RomiRes, спасибо, исправлю.

  • 01-04-2011 22:45
    RomiRes
    1

    Исправьте опечатку в названии статьи "Турбонаддув двигателей внутреннего сгорания".