Наддувши для двигуна

Відео: Робота ДВС як працює турбонаддув

«ТУРБО», «КОМПРЕКС» І ПОТУЖНІСТЬ

Відео: Який двигун краще. Атмосферний двигун або турбомотор

Підвищити потужність двигуна, не збільшуючи його робочий об`єм, розмір і масу, - одна з основних інженерних задач, які доводиться вирішувати, чи йде мова про модернізацію або розробку нової конструкції. Потужність пропорціональнадавленію газів в циліндрі, а воно, у свою чергу, прямо залежить від маси сгоревшеготопліва. Окислення пального вимагає певної кількості повітря (теоретіческоесоотношеніе мас 1:15). Значить, щоб спалити більше палива, треба соответственноувелічіть масу повітряного заряду, а для цього - підвищити його щільність сжатіемі подати в циліндр під тиском вище атмосферного.

Наповнення циліндрів повітрям або горючою сумішшю під ізбиточнимдавленіем називають наддувом. Для стиснення повітря застосовують нагнітачі, пріводімиемеханіческі від колінчастого вала, або турбокомпресори, рух яким прідаетенергія відпрацьованих газів.

Мал. 1. Нагнетатель з механічним приводом типу «Рутс»: 1 - вікно для подачі стислій суміші а ціліндри- 2 - корпус прівода- 3 - лопасті- 4 фланець трубопроводу від карбюратора.

Мотори з наддувом - хороший приклад того, як автомобільний спортслужіт прискорювачем технічного прогресу: отримавши бойове хрещення в гонках, онінашлі собі місце на дорожніх машинах. Перші гоночні двигуни з механічним пріводомкомпрессора з`явилися на початку 20-х років: в 1921-му - на «Мерседесі» фірми «Даймлер» (Німеччина), слідом за ним - у Фіата і англійського «Санбіма». Розрахунок був простий: чембольше тиск наддуву, тим вище літрова потужність. І до кінця 30-х років вона достігла150-160 л. с. / л - втричі-вчетверо більше, ніж без наддуву! Трилітровий «Ауто-Укіон» 1939 року розвивав 450, а «Мерседес-Венц» того ж обсягу - 483 л. с. при тиску наддуву 1,6 і 1,97 кгс / см2 відповідно. Найбільш поширені биліоб`емние нагнітачі типу «Рутс» (рис. 1). Нерідко їх встановлювали послекарбюратора і стискали вже готову суміш.

Мал. 2. Турбокомпрессор: 1 - випускний колектор 2 - турбін »-3 - патрубок приймальні труби глушітеля- 4 - компрессор- 5 - вихід повітря у впускнойтрубопровод- 6 - перепускний клапан.

Ефект давався, однак, високою ціною. З підвищенням давленіянаддува ростуть температура і тиск суміші в кінці стиснення - це загрожує детонаціей.Чтоби уникнути її, знижують ступінь стиснення - тоді погіршується використання тепла, а значить, підвищується витрата палива. Двигун стає більш теплонапряженним- менше його довговічність, вище ймовірність поломок. Та й витрати потужності дляпрівода нагнітача зі збільшенням тиску наддуву виявляються непомірними: довоенниймотор «Мерседес-Венц» з 425л. с. на це витрачав 160.

Відео: Як працює турбіна, принцип роботи турбіни - просто про складне

Через своїх недоліків мотори з механічним приводом компрессораполучілі обмежене застосування на машинах, для яких витрата палива мав второстепенноезначеніе (найчастіше спортивних і гоночних). Більш практичний турбонаддув, которийшіроко поширився в останні роки. Тут агрегат наддуву складається з центробежнойгазовой турбіни і повітряного компресора, ротори яких укріплені на одному валу (рис. 2). Відпрацьовані гази з високою кінетичної енергією подаються з випускногоколлектора на лопатки колеса турбіни і змушують обертатися жорстко пов`язане з німколесо компресора, який стискає повітря, що надходить в циліндри.

Найважливіша перевага турбонаддува - використання енергії отработавшіхгазов і збільшення літрової потужності. Найбільший недолік -інерціонность турбокомпресора. При різкому натисканні на педаль газу його обороти неможуть зрости миттєво - значить, і необхідна потужність досягається за некоторойзадержкой. Це небажано, коли треба, скажімо, пригальмувати, а потім швидко разогнатьавтомобіль, при обгоні. У дизелі, крім того, при запізненні подачі повітря проісходітобогащеніе суміші, і не встигли окислитися частки вуглецю утворюють облакодима. Щоб зробити інерцію мінімальної, колеса турбіни і компресора роблять малогодіаметра, зате робочу частоту обертання доводять до 100 000 об / хв (часом і вище).

Важливо всіляко скоротити теплопередачу від корпусу турбіни до корпусукомпрессора, щоб уникнути підігріву, а значить, зменшення щільності воздушногозаряда. Все ж в процесі стиснення температура повітря підвищується, тому при високомдавленіі наддуву його додатково охолоджують в спеціальному радіаторі: наприклад, в гоночному моторі «Рено» - зі 150-170 ° С до 60 ° С.

Мал. 3. Схема турбонаддува двигуна «СААБ» -9000-турбо-16 »: 1 - датчик разреженія- 2 - впускний колектор 3 - датчик детонаціі- 4 - датчик-распределітельеажіганія- 5 - перепускний клапан-б - випускний колектор 7 - турбокомпресор - мікропроцесор- 9 - електромагнітний клапан-10 - радіатор охолодження наддувочноговоздуха.

Подача повітря пропорційна частоті обертання компрессора.Когда вона близька до максимальної, подачу і, відповідно, тиск наддуву огранічіваютвелічіной, яка залежить від детонаційної стійкості двигуна, міцності його деталейі, звичайно, області застосування. Практично це роблять двома шляхами: перепускаютотработавшіе гази повз турбіни, тим самим знижуючи обертів компресора, або стравліваютізбиток стисненого повітря. Останній спосіб кращий, оскільки при бистромсбрасиваніі і додаванні газу затримка в спрацьовуванні турбокомпресора меньше.В серійних моторах легкових машин тиск наддуву рідко перевищує 0,8 кгс / см2, в гоночних - досягає 4-4,5 кгс / см2.

У двигуні СААВ клапаном перепуску управляє мікропроцессорпо сигналам від датчиків наддуву, детонації і частоти обертання (рис. 3). Для обгонаможно швидко досягти максимального тиску наддуву, оскільки в двигуні, работавшемс частковим навантаженням, детонація не виникає миттєво. Через кілька секунд, коли вона з`явиться, комп`ютер по сигналу датчика знизить тиск повітря.

Наддувши дозволяє, не збільшуючи об`єму двигуна і расходатопліва, отримати істотну надбавку потужності і крутного моменту, пріспособітьодін і той же базовий мотор до особливостей різних модифікацій автомобіля. Прічемдіапазон зміни параметрів досить широкий.

Хоча вплив інерційності турбонагнетателя можна, як бачимо, зменшити, все ж інженерів не залишає думка про приводних компресорах. Адже онілішени цього недоліку і, крім того, допомагають збільшити потужність і крутний моментном середніх оборотах, коли подача турбокомпресора відносно невелика. Орігінальнийкомпрессор зі спіралевидним ротором випробувала фірма «Фольксваген» (рис. 4). Онвесьма компактний, не відбирає багато потужності.

Наводиться він клиновим ременем від носка колінчастого вала, а ексцентрічноедвіженіе ротора надає кривошип, що обертається коротким зубчастим ременем. З таким нагнетателемі охолоджувачем потужність 1300-кубового мотора збільшили з 75до 115 л. с. - на 53%. Відзначають рівномірність роботи компресора і помірний расходтопліва.

Мал. 4. Нагнетатель зі спіралевидним ротором: 1 - вікно дляіода атмосферного повітря-2 - нерухома стоїка корпусу-3 - ротор- 4 -камера стиснення-5 - вікно для виходу стисненого повітря.

Відео: Тюнінг: Ваз 2107 (турбо) 250 к.с

Більш складна і дорога система «Компрекс» (рис. 5). Її основа-лопатевої ротор, який отримує рух від колінчастого вала і обертається втроебистрее його. На привід витрачається близько 2% потужності. Повітря стискається давленіемотработавшіх газів в каналах ротора, утворених його лопатями і корпусом.

Відбувається це в такий спосіб. При обертанні ротора його каналипоочередно з`єднуються з випускним і впускним трубопроводами. Коли відкриється окно2, хвиля тиску рушить по випускного трубопроводу 1 і направить в канал ротораотработавшіе гази. Хвиля досягла кінця трубопроводу - відкривається вікно 4, і воздухіз каналу, стиснений відпрацьованими газами, виштовхується в трубопровід. Але ще дотого, як відпрацьовані гази прийдуть до лівого кінця ротора, закриється спочатку окно2, потім вікно 4. Канал з розташованими в ньому під тиском відпрацьованими газами зобох сторін замкнутий стінками корпусу.

В процесі подальшого обертання ротора цей канал підійде кокні 3, через яке гази підуть в випускний трубопровід. Одночасно вони подсасиваютв вікно 5 свіже повітря. Заповнюючи канал, він охолоджує ротор. Минувши вікна 3 і 5, канал зі свіжим повітрям знову виявляється закритий стінками і готовий до следующемуціклу.

«Компрекс» відомий більше 40 років, але не застосовувався на автомобілях, оскільки такий наддув можливий у вузькому діапазоні оборотів двигуна. Однак онлішен нестачі турбонаддува - інерційності, забезпечує великий крутний моментном низьких частотах обертання. Тому до ідеї «Компрекса» повернулася недавно швейцарскаяфірма «Броун і Бовери», багато в чому її вдосконаливши. «Феррарі» не без успехаіспитивал такий наддув на гоночних моторах формули 1.

Мал. 5. Нагнетатель «Компрекс»: 1 - випускний трубопровід-2, 3 - вікна дня відпрацьованих газів-4 - вікна для подачі стисненого повітря-5 - вікна для свіжого повітря-б - патрубок подачі атмосферного повітря-7 - впускнойтрубопровод- 8 - колінчастий вал.

Прагнучи використовувати переваги наддуву в усьому діапазонеработи двигуна, фірма «Лянча» (Італія) оснастила мотор спеціальної спортівноймодіфікаціі «Дельта-С4» приводним нагнітачем «Рутс», дія якого сказиваетсяна малих і середніх оборотах, і турбокомпресором, який відіграє основну роль навпаки, близьких до максимальної потужності.

У нашому автомобілебудуванні поки використовується тільки турбонаддувним двигунах вантажних і позашляхових машин МАЗ, КрАЗ, БелАЗ. Двигуни з наддувомдля легкових машин все ще залишаються експериментальними. Тим часом за кордоном уженакоплен багатий досвід в цій області. Так, використовуючи турбонаддув для малолітражнихдізелей, роблять модифікації легкових автомобілів, за динамічними якостями не уступающіемашінам з бензиновими моторами.

М. Демидов