1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Инерционный наддув что это

Динамический наддув: виды и принцип действия

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

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

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

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

Система инерционного
наддува

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

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

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

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

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

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

Система резонансного
наддува

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

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

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

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

Комбинированная
система наддува

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

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

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

Дышите глубже! Система впуска

Часть 2. Система подачи воздуха. Инерционный наддув и турбонаддув воздуха.

Стрелками обозначен путь воздуха во впускной системе Suzuki GSX-R600 2006

В прошлый раз мы с вами остановились на том, как топливо попадает в камеры сгорания двигателя. Однако нашим байкам нужно не только вкусно кушать, но и глубоко дышать. Вот мы сейчас и разберемся с тем, какие существуют способы доставки воздуха к двигателю.

Начнем, как водится, с основ. Двигатель мотоцикла – довольно чувствительная система, и особенно это касается потребляемого воздуха. Попадание в цилиндры пыли, грязи, песка и прочих взвешенных частиц, болтающихся в нашей атмосфере, гарантируют мотору быструю и мучительную смерть. Поэтому на пути воздушного потока, «заглатываемого» байком, устанавливается воздушный фильтр. За последние годы данный девайс претерпел значительное усложнение. На смену ранним устройствам из проволочной сетки пришли более эффективные системы из поролона, пропитываемого маслом. Также фильтр может быть выполнен из гофрированной бумаги. Бумагу пропитывают смолой, чтобы она не разбухала под воздействием воды. Гофрирование бумаги выполняется для того, чтобы получить максимальную площадь поверхности фильтрующего элемента в пределах, ограниченных размерами корпуса фильтра. Это позволяет наилучшим образом расположить отверстия в бумаге: чтобы уловить почти всю поступающую пыль, и в то же время не ограничить пропускную способность фильтра.

Воздушный фильтр из гофрированной бумаги, Yamaha R1 2001

Фильтрующие элементы любого типа требуют регулярной очистки или замены. При использовании бумажных элементов поры в бумаге все больше забиваются, сопротивление поступающему воздуху возрастает, и смесь переобогащается. Промасленная поверхность поролонового фильтра покрывается частицами пыли, и фильтр утратит способность улавливать «воздушный мусор». Образно говоря, «промыть-намылить-повторить», пока фильтр не станет чистым, а затем пропитать маслом.

Есть один тонкий момент. Большинство производителей устанавливают одноразовые бумажные воздушные фильтры. В то же время, множество тюнинговых фирм (наиболее известные – BMC и K&N) предлагают фильтры, которые подлежат регулярному обслуживанию. Перед райдером встает вопрос – покупать каждый раз оригинальные заводские фильтры, или купить какой-либо aftermarket-продукт, и вовремя проводить простое и не затратное обслуживание. Главное в этом вопросе – купить тот «воздушник», который предназначен именно для стоковой связки «система питания – выпускная система».

Россыпь воздушных фильтров от K&N

Думаю, не стоит упоминать о том, что езда на байке с грязным или давно отслужившим свой срок фильтром существенно укорачивает жизнь двигателю. Кроме того, для достижения необходимого соотношения топливовоздушной смеси пропускная способность фильтра рассчитывается в совокупности с системой питания. А это означает, что забитый или неправильно выбранный фильтр приведет к нарушениям состава топливовоздушной смеси – потеря мощности и рывки при разгоне неизбежны, так что заведите себе хорошую привычку вовремя обслуживать «дышалку» мотоцикла.

Теперь давайте поговорим о корпусе воздушного фильтра. «Подумаешь, корпус! Что в нем такого?» — спросите вы. За последний десяток-другой лет корпус превратился из простого кожуха для воздушного фильтра в неотъемлемую часть системы питания на спортивных и динамичных машинах, неразрывно работая в паре со впускной системой двигателя. Говоря по-научному, корпус выполняет функцию накопительной камеры, то есть поддерживает относительно постоянные объем и давление воздуха, сглаживая изменения давления воздуха, происходящие при смене частоты вращения двигателя, таким образом, чтобы смесеобразование не ухудшалось.


Углеволоконный корпус воздушного фильтра в сборе с воздуховодами от EVR. Ducati 848

Системы забора воздуха

Подавляющее большинство современных серийных мотоциклов не оснащается системами принудительного нагнетания воздуха, из-за больших габаритов и веса таких систем. Это на автомобиль можно поставить турбонагнетатель без каких-либо потерь – ведь пара лишних килограмм теряется на фоне колоссального притока мощности, который обеспечивает нагнетатель. Однако у конструкторов мотоциклов нет роскоши огромного пространства под капотом и относительной свободы на весах. Все, что могут сделать мотоинженеры – это максимально использовать законы физики, касающиеся динамики воздуха.


Воздухозаборники размещают в зоне максимального лобового давления воздуха


Прототип системы Ram-Air в 70-х годах представила компания Suzuki. В основе этой технологии лежала теория о подаче максимально возможного количества воздуха в систему впуска, с использованием скорости мотоцикла, для забора, направления и сжатия поступающего воздуха. Причем, в силу естественных причин, система работает все лучше и лучше при увеличении скорости – давление воздуха на лобовую часть байка возрастает, и охлажденный воздух через фронтальные заборники под давлением попадает в ресивер (то есть корпус воздушного фильтра). В дальнейшем Ram-Air стал применяться на спортбайках Suzuki GSX-R, под названием SRAD (Suzuki Ram Air Direct). Сейчас все системы этого типа называют Ram-Air, или системами инерционного наддува.

Читать еще:  Автозапчасти ваз в новосибирске

Aprilia Tuono 1000 — Первый стритфайтер с системой инерционного наддува

Дела будущие

Последние разработки в области «дыхания» мотоциклов касаются систем с изменяемой геометрией впускного тракта. Пока нельзя утверждать, что такая система есть в каждом дорожном мотоцикле, однако это дело времени. Так было всегда – сначала инновации применяют на топовых моделях, и если они проявят себя как жизнеспособные – удешевляют и устанавливают повсеместно. Причем, у каждого производителя свое видение развития данного направления.

Suzuki использует заслонку в корпусе воздушного фильтра, которая регулирует расход воздуха на входе в фильтр согласно частоте вращения двигателя. В диапазоне от низких до средних оборотов заслонка закрыта. В диапазоне от средних до высоких она открывается. Привод заслонки осуществляется тягой, присоединенной к диафрагме, которая работает от разрежения во впускном коллекторе. Разрежением на диафрагме управляет электромагнитный клапан, а им, в свою очередь, «рулит» электронный блок управления. Такая система регулирует параметры скорости и давления воздуха для их наилучшего соответствия всем диапазонам частот вращения двигателя.

Подход Yamaha еще более технологичен. Система под названием YCC-I (Yamaha Chip-Controlled Intake) дебютировала на YZF-R1 2007 года. Трубки впускного тракта состоят из двух частей. Сервомотор управляет верхней частью, уменьшая или увеличивая длину тракта. Роль ECU состоит в том, чтобы посылать сервомотору соответствующие инструкции, в зависимости от оборотов двигателя и степени открытия дроссельной заслонки. На низких оборотах больше времени между открытием/закрытием клапанов, поэтому верхняя и нижняя части тракта соединяются. Из-за этого волна высокого давления успевает пройти весь путь и отразиться как раз вовремя, чтобы на такте впуска воздух стремительно «всосался» в цилиндры. На высоких оборотах тракт разъединяется, и за счет этого становится короче (работает только его нижняя часть). За счет укорачивания тракта волна высокого давления успевает отразиться и «впихнуть» максимальное количество воздуха в цилиндры, несмотря на меньшее время между открытием/закрытием клапанов. Как результат – эффективное наполнение цилиндров воздухом и плавная реакция на ручку газа. В 2008 году YCC-I установили также на YZF-R6, где она еще раз доказала свою высокую эффективность.

2009 R1, низкие обороты

2009 R1, высокие обороты — верхняя часть коллектора не у дел

Эти технологии – пример остроумного мышления мотоинженеров, которое позволило мотоциклам дышать максимально эффективно, с толком используя «стихию ветра». Однако есть и более прямолинейный путь увеличения мощности.

Don’t mess with Mr. T

Если инерционный наддув (или, в случае с YCC-I – резонансный) – это разумное и эффективное решение для байка, то принудительная подача воздуха – это культ излишества. И сейчас мы с вами разберемся, почему.

Наддув и турбонаддув – два типа принудительного наполнения. Применяется для увеличения индикаторного КПД за счет нагнетания максимального количества воздуха в двигатель. Есть два способа осуществления нагнетания:

• Нагнетатель – это компрессор с непосредственным механическим приводом от двигателя.
• Турбонагнетатель – компрессор, привод которого осуществляется за счет энергии отработавших газов.

В 80-х годах наблюдалось обострение интереса производителей к турбонаддуву, как к методу получения большей мощности от двигателя заданного объема. Японцы поспешили представить несколько моделей с турбонагнетателями объемом от 500 до 750 кубиков, однако они не смогли утвердить прочное направление, и за ними не последовало никаких разработок в этой области.

Турбо-восьмидесятые, Yamaha XJ650T 1980

Разрез турбонагнетателя

А работает турбонаддув так. Турбонагнетатель состоит из компактной турбины, которая приводится в действие отработавшими газами. Она вращается с очень высокой скоростью (порядка 180 000 оборотов в минуту!). На другом конце вала расположен центробежный компрессор, применяющийся для нагнетания воздуха в двигатель под давлением, намного превышающем атмосферное. При увеличении объемов воздуха, попадающего в камеры сгорания на каждом такте впуска, пропорционально увеличивается количество топлива, которое может быть подано и сожжено. Таким образом, повышается мощность. Также турбина содержит клапан с датчиком давления, предназначение которого – не допустить рост давления во впускном коллекторе выше заданного предела. В большинстве конструкций с турбонаддувом используется система впрыска топлива. ECU контролирует частоту вращения двигателя, температуру и давление наддува для обеспечения постоянной корректировки количества подаваемого топлива. Вы, наверное, уже догадались, что карбюратор не подойдет по причине необходимости соблюдения высокой точности состава смеси. Да и высокое давление будет создавать для карбов кучу технических проблем, что окончательно определяет выбор в пользу впрыска.

Мотоциклетный турбонагнетатель производства E&E

Прирост мощности, который обеспечивает установка турбины – гигантский. Он настолько огромен, что его практически нереально реализовать на обычных дорогах. Впрочем, небезызвестный Ghostrider доказал, что на шоссе можно уживаться и с 500-сильной Хаябусой, было бы желание. А главное – большая и незамутненная вера в то, что с тобой-то ничего никогда не случится, а как же…

Suzuki Hayabusa. 500 лошадиных сил и большая вера в чудо

Поэтому нормальные люди ограничивают использование турбо-байков такими местами, где они действительно приходятся к месту. Например, спринт или драг-рейсинг.

Драг-рейсинг — лучшее применение турбины

Надеюсь, вы получили представление о том, что происходит «на вдохе» вашего мотоцикла. В следующих раз разговор пойдет о «выдохе», то есть о выхлопной системе. До скорого!

Kawasaki Ninja Club Форум

инерционный наддув, что это?

  • Нравится
  • Не нравится

despot 25 Янв 2014

  • Нравится
  • Не нравится

АНДРЕЙ ХАРДИ 25 Янв 2014

Примерно что-то так,а так в инете много инфы про него

При инерционном наддуве повышение давления воздуха достигается без компрессора путем использования инерции потока воздуха во впускном трубопроводе. С этой целью применяют такой профиль кулачка распределительного вала, при котором подъем клапана в первой части такта впуска невелик. Из-за недостаточного проходного сечения клапана в цилиндре создается разрежение. Примерно в середине хода поршня впускной клапан быстро открывается и поток воздуха устремляется с большой скоростью в цилиндр. Под действием динамического напора давление в цилиндре в конце наполнения возрастает до 0,11-0,12 Мн/м2 (1,1-1,2 кгс/см2). Такое повышение давления дает возможность увеличить мощность двигателя примерно на 10-15°о при сохранении неизменным коэффициента избытка воздуха.

Инерционный наддув может быть осуществлен также путем использования резонансных явлений во впускном трубопроводе. Трубопровод подбирают такой длины, чтобы прямые и отраженные волны в нем создавали повышенное давление перед впускным клапаном в момент его закрытия. Длина трубопровода, обеспечивающего резонансный наддув, зависит от ряда факторов: числа цилиндров, числа оборотов двигателя, рабочего объема цилиндра и пр. На двигателях небольшой мощности длина впускной трубы, создающей резонансный наддув, составляет 1-2 м. На двигателях средней мощности может потребоваться впускная труба длиной 5 м и более.

Основной недостаток инерционного наддува — сравнительно небольшие пределы повышения мощности. При первом способе инерционного наддува разрежение, создаваемое во время начальной части процесса впуска, приводит к повышению механических потерь. Резонансный наддув дает наибольший эффект при определенном числе оборотов в минуту. По мере отклонения числа оборотов в минуту от оптимального эффективность наддува снижается.

  • Нравится
  • Не нравится

despot 25 Янв 2014

Примерно что-то так,а так в инете много инфы про него

При инерционном наддуве повышение давления воздуха достигается без компрессора путем использования инерции потока воздуха во впускном трубопроводе. С этой целью применяют такой профиль кулачка распределительного вала, при котором подъем клапана в первой части такта впуска невелик. Из-за недостаточного проходного сечения клапана в цилиндре создается разрежение. Примерно в середине хода поршня впускной клапан быстро открывается и поток воздуха устремляется с большой скоростью в цилиндр. Под действием динамического напора давление в цилиндре в конце наполнения возрастает до 0,11-0,12 Мн/м2 (1,1-1,2 кгс/см2). Такое повышение давления дает возможность увеличить мощность двигателя примерно на 10-15°о при сохранении неизменным коэффициента избытка воздуха.

Инерционный наддув может быть осуществлен также путем использования резонансных явлений во впускном трубопроводе. Трубопровод подбирают такой длины, чтобы прямые и отраженные волны в нем создавали повышенное давление перед впускным клапаном в момент его закрытия. Длина трубопровода, обеспечивающего резонансный наддув, зависит от ряда факторов: числа цилиндров, числа оборотов двигателя, рабочего объема цилиндра и пр. На двигателях небольшой мощности длина впускной трубы, создающей резонансный наддув, составляет 1-2 м. На двигателях средней мощности может потребоваться впускная труба длиной 5 м и более.

Основной недостаток инерционного наддува — сравнительно небольшие пределы повышения мощности. При первом способе инерционного наддува разрежение, создаваемое во время начальной части процесса впуска, приводит к повышению механических потерь. Резонансный наддув дает наибольший эффект при определенном числе оборотов в минуту. По мере отклонения числа оборотов в минуту от оптимального эффективность наддува снижается.

спасибо, понял чо такое наддув а у меня такая херня есть нет? вот в чем вопрос теперь

Воздушный “компресс”. Что нужно знать о современных видах наддува

Рассматриваем основные виды наддува, которые применяют на современенных ДВС: турбина, компрессор, электронагнетатель.

За долгие годы такие термины, как турбина, наддув, компрессор, нагнетатель, успели плотно войти в обиход практически любого автолюбителя. Давайте разберемся, для чего в цилиндры нужно “вдувать” воздух под давлением и какие устройства для этого вообще используют.

Не секрет, что для работы ДВС нужно закачать смесь из топлива и воздуха в каждый цилиндр, а затем воспламенить ее, чтобы произошел микровзрыв, который, в свою очередь, толкнет поршень и запустит циклический процесс. Как же увеличить отдачу? Да просто устроить взрыв помощней. А вот тут нюанс: если топлива мы можем подать сколько угодно, то вот закачать больше воздуха можно только при помощи специального нагнетателя наддува.

Турбонаддув

Самым популярным и простым таким устройством является классический турбонагнетатель, работающий за счет энергии выхлопных газов. Он состоит из двух частей (“улиток”), внутри которых на одном валу стоят две крыльчатки: турбинная в “горячей” части (контактирует с отработавшими газами) и компрессорная в отдельном “холодном” корпусе. Турбинное колесо вращается за счет энергии выхлопных газов двигателя, раскручивая тем самым крыльчатку компрессорного колеса. Вот оно, в свою очередь, всасывает в “холодный” корпус разреженный воздух, сжимает его и направляет прямиком в цилиндры: чем больше обороты мотора, тем выше давление на впуске. Если же воздуха образуется в избытке, то специальный клапан стравливает лишнюю порцию в атмосферу (“блоу-офф“) или направляет его обратно на впуск (“байпас“).

Вроде бы получается, что увеличивать давление наддува с турбиной на выхлопных газах можно до бесконечности: поставил здоровенный нагнетатель и получил большую порцию сжатого воздуха. Но не так все просто. Ведь большая турбина имеет широкие каналы и крыльчатку, которую можно раскрутить только на высоких оборотах мотора. А маленький нагнетатель, наоборот, на низких оборотах работает отменно, но на высоких просто не успевает прокачивать через себя большую порцию воздуха. Именно поэтому автомобильные инженеры “играют” с размерами улиток, устанавливают сразу несколько турбин (большую и маленькую) и используют разные хитрые конструкции, чтобы обеспечить компромисс — хорошую тягу турбомотора во всем диапазоне оборотов без задержек и турбоямы. К слову, последним именуют так называемый провал в работе наддувного двигателя на низких оборотах, когда турбина еще не получает достаточно отработавших газов, чтобы раскрутиться и добавить двигателю дополнительных “лошадок”.

Твинскрольная турбина

Так выглядит турбонагнетатель твинскрольного типа. Красный канал — помогает турбине “раздуваться” с низких оборотов, а желтый — эффективен на «верхах».

Одним из видов компромиссного наддува можно назвать турбину типа Twin Scroll. Она имеет двойную “горячую” часть, внутри которой есть пара параллельных каналов разного диаметра. Каждый из них соединен со своей половиной цилиндров и воспринимает от них персональную порцию выхлопных газов для раскрутки единой крыльчатки турбинного колеса: одна доза выхлопов вращает турбинное колесо на низких оборотах (за счет узкого сечения канала первого “горячего” контура), а другая — подает выхлоп в более крупную улитку, которая эффективно работает на повышенных оборотах. В основном твинскрольные нагнетатели нашли применение на малообъемных современных двигателях, где важно получать оптимальный подхват при любой частоте вращения мотора, а также экономить вес и место под капотом. Из недостатков твинскрольной турбины можно отметить сложность конструкции, дороговизну и низкую эффективность работы на высоких оборотах из-за ограничений размера горячей части.

Турбина с изменяемой геометрией

Специальные активные лопатки вокруг крыльчатки «горячей» части турбины, позволяют нагнетателю эффективно работать практически во всем диапазоне оборотов двигателя. В народе такое устройство наддува называют «супертурбиной».

Самым совершенным видом традиционного наддува, который применяется на автомобилях, можно назвать турбокомпрессор с изменяемой геометрией рабочей части (Variable Geometry Turbocharger). Называется он так, поскольку имеет подвижные лопатки вокруг крыльчатки “горячей улитки”. В зависимости от оборотов двигателя специальный электропривод меняет их угол атаки, имитируя маленькую и большую турбины: на низких оборотах лопатки делают впускной канал “горячки” узким, помогая турбинному колесу быстрее раскрутиться, а по мере увеличения оборотов двигателя тракт приоткрывается, чтобы турбина могла получать необходимую для эффективного наддува порцию выхлопных газов. В отличие от твинскрольного нагнетателя турбокомпрессор с изменяемой геометрией может одинаково эффективно работать на всех уровнях оборотов. Поначалу такой тип наддува устанавливали только на турбодизели, поскольку те выделяют меньше тепла, которое компрессор с изменяемой геометрией не любит. Сейчас же турбину VNT научились использовать и на бензиновых двигателях, в частности, на моторе высокофорсированного спорткара Porsche 911 Turbo.

Механический нагнетатель

Еще до того, как начали применять энергию отработавших газов, для наддува использовали механический нагнетатель (чаще всего его называют просто компрессором или “суперчарджером”). В классическом виде это устройство представляет собой корпус, в котором продолговатые роторы-лопасти расположены параллельно друг другу и соединены ременным приводом с коленчатым валом двигателя. Воздух, проходящий между этими винтообразными роторами, сжимается и направляется в цилиндры.

Основное преимущество механического нагнетателя над традиционной турбиной — давление наддува присутствует даже на холостых оборотах двигателя и растет прямо пропорционально частоте вращения коленвала. Вот поэтому турбоямы у двигателей с компрессором попросту не бывает. Плюс стоит отметить звук: так как отработавшие газы в процессе наддува не участвуют, звучание двигателя не искажается и сохраняет свой первозданный вид.

Впрочем, не так все прекрасно, поскольку механический нагнетатель отбирает львиную долю мощности у двигателя (порой до 30%) и гораздо тяжелее турбины, а сам наддув с ростом оборотов получается неравномерным (высокая эффективность достигается только на высоких частотах). Именно поэтому в наше время компрессоры наддува — вещь немного устаревшая и на серийных автомобилях встречается редко. Сейчас моторы c механическими нагнетателями можно встретить на некоторых моделях Toyota, Land Rover, Cadillac и Audi, которые имеют под капотом объемные двигатели (более двух литров).

Различают три вида механических нагнетателей: кулачковый (типа Roots), винтовой (Lysholm) и центробежный. В первых двух для сжатия всасываемого воздуха используются специальные продолговатые роторы-лопасти (у кулачкового их два, у винтового — один), а в последнем типе за это отвечает холодная часть традиционного турбокомпрессора.

Электрический наддув

В эпоху развития электрокаров и различных электронных систем грех не использовать электрическую тягу и для наддува. Конструкция электрического нагнетателя проста: электромотор, который питается от аккумулятора, соединен с валом “холодной” компрессорной части классической турбины. По сути, такая конструкция — идеальный источник нагнетаемого воздуха, поскольку в любой момент может обеспечить максимальное давление на впуске.

Электрокомпрессор Valeo, который устанавливается на двигатель от Audi SQ7, питается от 48 вольтовой батареи, а крыльчатка раскручивается до 70 000 об/мин всего за 250 миллисекунд (глазом моргнуть не успеешь).

Из-за многочисленных трудностей по части бесперебойного питания устройства, на серийные автомобили электротурбину начали ставить только с недавнего времени. В частности, впервые она появилась на “заряженном” кроссовере Audi SQ7, который оснащен 435-сильным четырехлитовым турбодизелем. Электронагнетатель на этом моторе “надувает” воздух в цилиндры только на низких оборотах, а дальше подключаются в работу две классические турбины. Такая схема позволяет получить 900 Нм крутящего момента уже в диапазоне от 1000 (!) до 3 250 об/мин.

Кстати, в автоспорте тоже используют электрическую турбину, но немного для других нужд. Система MGU-H (устаравливается на силовые установки современных болидов Формулы-1) представляет собой электрическое устройство на валу классического турбокомпрессора, которое при необходимости помогает держать турбокомпрессор раскрученным, чтобы в первую очередь избавится от турболага (не путать с турбоямой) — так называемой задержки между нажатием педали газа и попаданием наддувного воздуха в двигатель.

Составные схемы наддува

В погоне за максимальной эффективностью турбодвигателей автомобильные инженеры применяют схемы с несколькими турбинами, а порой даже смешивают вместе разные системы наддува. И все это ради одной цели — получить в одном “коктейле” как можно больше преимуществ и избавится от недостатков.

Отдельного обсуждения заслуживает система Twin turbo или просто — двойной турбонаддув. Все его разновидности можно разбить на три типа (двухступенчатый, параллельный и последовательный), каждый из которых подбирается инженерами для конкретного мотора с учетом его конструкции, характеристик и режимов работы.

Двойной параллельный турбонаддув

Самая простая и популярная схема Twin Turbo представляет собой пару одинаковых турбин, каждая из которых подключена к своей половине цилиндров. Оба турбокомпрессора работают параллельно и отдельно друг от друга, но надувают воздух в единый впускной коллектор.

Бензиновый V-образный двигатель с двойным параллельным наддувом. Оба нагнетателя расположены в развале блока цилиндров для улучшения отклика на нажатие педали акселератора.

За счет того, что каждая турбина раскручивается от “своих” цилиндров, параллельная схема наддува работает линейно практически во всем диапазоне оборотов, создавая эффект атмосферного двигателя большего объема. Данный вид турбонаддува можно встретить на большинстве V-образных двигателях (BMW N74 V12 TwinPower Turbo или Mercedes-Benz M278 V8 Biturbo), где нагнетатели чаще всего устанавливаются в развале блока цилиндров для более быстрого отклика турбомотора на нажатие педали газа. Причем на более современных моторах (например, BMW S63TU от X5 M) обе турбины могут быть твинскрольного типа.

Последовательный Twin turbo

Следующая система также имеет два идентичных турбонагнетателя, но подключены они к одному каналу и включаются по очереди, друг за другом. Одна турбина работает постоянно, а вторая активируется электроникой при определенных условиях (нагрузка на двигатель, частота вращения коленвала, положение педали газа и т.д.). Когда блок управления дает команду включить вторую турбину, специальная заслонка открывается и два нагнетателя работают вместе.

При двойном последовательном наддуве сначала работает только один нагнетатель, а потом к нему присоединяется второй по команде электронных «мозгов». Также стоит обратить внимание на промежуточный охладитель (интеркулер), который применяется на моторах с турбонаддувом и необходим для охлаждения воздуха после его сжатия (холодный воздух имеет более высокую плотность и эффективность)

Правда, бывает, что двумя турбонагнетателями некоторые автопроизводители не ограничиваются. В частности, компания BMW несколько лет назад установила на свой дизельный мотор сразу три турбины, а двигатели Bugatti Veyron (W16 на восемь литров) и вовсе имеют целый квартет из турбонагнетателей.

Двухступенчатый турбонаддув

Данный схема агрегатного наддува является наиболее сложной и в то же время самой эффективной. Тут две турбины разного размера установлены последовательно (большая идет следом за маленькой), а процессом наддува руководят специальные перепускные клапана. Сначала отработавшими газами раскручивается малая турбина, обеспечивающая тягу двигателя на “низах”, а большой нагнетатель параллельно просто пропускает через себя газы и сжатый воздух, находясь в “боевой” готовности.

ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ НАДДУВ;

К газодинамическому наддуву относят способы повышения плотности заряда на впуске за счёт использования:

· кинетической энергии воздуха, движущегося относительно приемного устройства, в котором она при торможении потока преобразуется в потенциальную энергию давления – скоростной наддув;

· волновых процессов во впускных трубопроводах – Инерционный или динамический наддув.

В термодинамическом цикле двигателя без наддува начало процесса сжатия происходит при давлении p, (равному атмосферному). В термодинамическом цикле поршневого двигателя с газодинамическим наддувом начало процесса сжатия происходит при давлении pk , вследствие повышения давления рабочего тела вне цилиндра от p до pk. Это связано с преобразованием кинетической энергии и энергии волновых процессов вне цилиндра в потенциальную энергию давления.

Одним из источников энергии для повышения давления в начале сжатия может быть энергия набегающего потока воздуха, что имеет место при движении самолета, автомобиля и др. средств. Соответственно наддув в этих случаях называют скоростным.

Скоростной наддув основан на аэродинамических закономерностях преобразования скоростного напора потока воздуха в статическое давление. Конструктивно он реализуется в виде диффузорного воздухозаборного патрубка, направленного навстречу потоку воздуха при движении транспортного средства. Теоретически повышение давления Δpk=pkp зависит от скорости cн и плотности ρ набегающего (двигающегося) потока воздуха

(2.1)

Скоростной наддув находит применение в основном на самолетах с поршневыми двигателями и спортивных автомобилях, где скорости движения больше 200 км/ч (56 м/с).

Следующие разновидности газодинамического наддува двигателей основаны на использовании инерционных и волновых процессов во впускной системе двигателя.

Инерционный или динамический наддув имеет место при относительно большой скорости движения свежего заряда в трубопроводе cтр. В этом случае уравнение (2.1) принимает вид

, (2.2)

где ξт – коэффициент, учитывающий сопротивления движению газа по длине и местные.

Реальная скорость cтр потока газа во впускных трубопроводах, во избежание повышенных аэродинамических потери и ухудшения наполнения цилиндров свежим зарядом, не должна превышать 30…50 м/с.

Периодичность процессов в цилиндрах поршневых двигателей является причиной колебательных динамических явлений в газовоздушных трактах. Эти явления могут быть использованы для существенного улучшения основных показателей двигателей (литровой мощности и экономичности.

Инерционные процессы всегда сопровождаются волновыми процессами (колебаниями давления), возникающими в результате периодического открытия и закрытия впускных клапанов системы газообмена, а также возвратно-поступательного движения поршней.

На начальном этапе впуска во впускном патрубке перед клапаном создается разрежение, и соответствующая волна разрежения, достигая противоположного конца индивидуального впускного трубопровода, отражается волной сжатия. Путем подбора длины и проходного сечения индивидуального трубопровода можно добиться прихода этой волны к цилиндру в наиболее благоприятный момент перед закрытием клапана, что позволит существенно увеличить коэффициент наполнения , а следовательно, крутящий момент Me двигателя.

На рис. 2.1. приведена схема настроенной впускной системы. Через впускной трубопровод, минуя дроссельную заслонку, воздух поступает в приемный ресивер, а из него– впускные трубопроводы настроенной длины к каждому из четырех цилиндров.

На практике это явление использовано в зарубежных двигателях (рис. 2.2), а также отечественных двигателях для легковых автомобилей с настроенными индивидуальными впускными трубопроводами (например, двигатели ЗМЗ), а также на дизеле 2Ч8,5/11 стационарного электрогенератора, имеющего один настроенный трубопровод на два цилиндра.

Наибольшая эффективность газодинамического наддува имеет место при длинных индивидуальных трубопроводах. Давление наддува зависит от согласования частоты вращения двигателя n, длины трубопровода Lтр и угла

запаздывания закрытия впускного клапана (органа) φa. Эти параметры связаны зависимостью

, (2.3)

где – местная скорость звука; k =1,4 – показатель адиабаты; R = 0,287 кДж/(кг∙град.); T – средняя температура газа за период наддува.

Волновые и инерционные процессы могут обеспечивать заметное увеличение заряда в цилиндр при больших открытиях клапана или в виде повышения дозарядки в такте сжатия. Реализация эффективного газодинамического наддува возможна только для узкого диапазона частоты вращения двигателя. Сочетание фаз газораспределения и длины впускного трубопровода должно обеспечивать наибольший коэффициент наполнения. Такой подбор параметров называют настройкой впускной системы.Она позволяет увеличить мощность двигателя на 25…30%. Для сохранения эффективности газодинамического наддува в более широком диапазоне частот вращения коленчатого вала могут быть использованы различные способы, в частности:

· применение трубопровода с изменяемой длиной lтр (например, телескопического);

· переключение с короткого трубопровода на длинный;

· автоматическое регулирование фаз газораспределения и др.

Однако применение газодинамического наддува для форсирования двигателя связано с определенными проблемами. Во-первых, не всегда имеется возможность рационально скомпоновать достаточно протяженные настроенные впускные трубопроводы. Особенно это трудно сделать для низкооборотных двигателей, поскольку с уменьшением частоты вращения длина настроенных трубопроводов увеличивается. Во-вторых, фиксированная геометрия трубопроводов дает динамическую настройку лишь в некотором, вполне определенном диапазоне скоростного режима работы.

Для обеспечения эффекта в широком диапазоне применяют плавную или ступенчатую регулировку длины настроенного тракта при переходе с одного скоростного режима на другой. Ступенчатое регулирование с помощью специальных клапанов или поворотных заслонок считается более надежным и успешно применяется в автомобильных двигателях многих зарубежных фирм. Чаще всего используют регулирование с переключением на две настроенные длины трубопровода (рис. 2.3).

В положении закрытой заслонки соответствующему режиму до 4000 мин -1 , подача воздуха из впускного ресивера системы осуществляется по длинному пути (см. рис. 2.3). В результате (по сравнению с базовым вариантом двигателя без газодинамического наддува) улучшается протекание кривой крутящего момента по внешней скоростной характеристике (на некоторых частотах от 2500 до 3500 мин -1 крутящий момент возрастает в среднем на 10…12 %). С повышением частоты вращения n > 4000 мин -1 подача переключается на короткий путь и это позволяет увеличить мощность Ne на номинальном режиме на 10 %.

Существуют и более сложные всережимные системы. Например, конструкции с трубопроводами, охватывающими цилиндрический ресивер с поворотным барабаном, имеющим окна для сообщения с трубопроводами (рис. 2.4). При повороте цилиндрического ресивера 1 против хода часовой стрелки длина трубопровода увеличивается и наоборот, при повороте по часовой стрелке – уменьшается. Однако реализация этих способов значительно усложняет конструкцию двигателя и снижает его надежность.

В многоцилиндровых двигателях с обычными трубопроводами эффективность газодинамического наддува снижается, что обусловлено взаимным влиянием процессов впуска в различные цилиндры. На автомобильных двигателях впускные системы «настраивают» обычно на режим максимального крутящего момента для повышения его запаса.

Эффект газодинамического наддува можно также получить соответствующей «настройкой» выпускной системы. Этот способ находит применение на двухтактных двигателях.

Для определения длины Lтр и внутреннего диаметра d (или проходного сечения) настраиваемого трубопровода необходимо проводить расчеты с использованием численных методов газовой динамики, описывающих нестационарное течение, совместно с расчетом рабочего процесса в цилиндре. Критерием при этом является прирост мощности,

крутящего момента или снижение удельного расхода топлива. Эти расчеты весьма сложны. Более простые методы определения Lтр и d основаны на результатах экспериментальных исследований.

В результате обработки большого числа экспериментальных данных для выбора внутреннего диаметра d настраиваемого трубопровода предлагается следующая зависимость:

(2.4)

где (μFщ)max – наибольшее значение эффективной площади проходного сечения щели впускного клапана. Длина Lтр настраиваемого трубопровода может быть определена по формуле:

(2.5)

Заметим, что применение разветвленных настроенных систем типа общая труба – ресивер — индивидуальные трубы оказалось весьма эффективным в сочетании с турбонаддувом.

Источники:

http://portalvaz.ru/dinamicheskij-nadduv-vidy-i-princip-dejstviya/
http://motocafe.ru/zheleznyj-ceh-teorija/1707-sistema-podachi-vozduha-innercionnyj-nadduv-i-turbonadduv-vozduha.html
http://www.ninjaclub.ru/forum/topic/22012-inertcionnyj-nadduv-chto-eto/
http://autorambler.ru/razborka/vozdushnyy-kompress-chto-nuzhno-znat-o-sovremennyh-vidah-nadduva.htm
http://studopedia.su/11_38522_gazodinamicheskiy-nadduv.html

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector