АНАТОМИЯ НАДУВАТЕЛЬСТВА
АНАТОМИЯ НАДУВАТЕЛЬСТВА
КОНСТРУКЦИИ: СИСТЕМЫ НАДДУВА
1-ые опыты в этой области проводили еще в конце XIX века. А в 1920-х появились «живые» эталоны – на гоночных и Подвескаивных автомобилях начали устанавливать нагнетатели с механическим приводом от мотора.
Невзирая на почетный возраст, такие агрегаты наддува используют и сейчас. Но еще больше популярны устройства, в каких компрессор приводится не от коленчатого вала, а энергией отработавших газов, крутящих колесо турбины. Последнее, обычно, устанавливают на одном валу с колесом компрессора, потому заглавие агрегата – «турбокомпрессор» – звучит полностью разумно.
Нескончаемая МЕХАНИКА?
Из конструкций, которые воспользовались фуррором в первой трети прошедшего столетия, сейчас более всераспространены роторные нагнетатели типа «Рутс». В их порция воздуха проталкивается лопастями роторов к впускному коллектору.
Достоинства и недочеты механических устройств обоснованы их жесткой связью с валом мотора. Конкретно из-за нее движок и механический компрессор всегда согласованы, независимо от режимов работы мотора. Но, нагнетая свежайший заряд в цилиндры, механические агрегаты отымают мощность у мотора, что ведет к увеличению, а не понижению расхода горючего.
Ранее механические компрессоры в главном устанавливали на движки огромного объема для роста их мощности. Сейчас, напротив, их почаще ставят на относительно маленькие моторы и настраивают так, чтоб они улучшали продувку цилиндров, снижая токсичность выхлопа и повышая КПД поршневой части. Уже при малозначительном приросте лошадиных сил такового мотора его удельный (отнесенный к мощности) расход горючего может снизиться.
С турбонаддувом ситуация схожая… но с точностью до напротив. Главные свойства мотора, включая мощность, вращающий момент и расход горючего, от установки турбокомпрессора приметно выигрывают. Но конструкторам приходится потрудиться, чтоб согласовать работу самого мотора с агрегатом наддува и преодолеть вызванный форсировкой рост концентрации окислов азота в выхлопе. Малость забегая вперед, скажем, что решение первой трудности принудило инженеров изобретать разные методы управления системой наддува, а борьба со вторым злом породила рециркуляцию отработавших газов – достаточно необычную на 1-ый взор функцию возврата их части назад в цилиндр.
Любые нагнетатели помогают значительно поднять вращающий момент мотора и, что еще важнее, достигнуть от него более прибыльной нагрузочной свойства. Так, движок «Мерседес-Бенц» объемом 2,3 л развивает 280 Н.м уже при 2500 об/мин и сохраняет данную величину до 4800 об/мин.
Германская компания – одна из пионеров использования нагнетателей, держится «классики» до сего времени, хотя, очевидно, повсевременно ее улучшает. К примеру, роторы компрессора «Рутс» принудили крутиться с частотой выше 12 000 об/мин, ранее казавшейся мистической. Для покрытия таких роторов используют особенные полимеры, дозволяющие очень уменьшить зазор меж ними, а означает, и перетечки воздуха в обход роторов. В итоге даже на низких оборотах отдача мотора улучшается более чем на 30%.
Возможность действенной работы на малых оборотах для механических нагнетателей очень принципиальна – ведь конкретно тут давно было одно из слабеньких мест. Одна из главных обстоятельств – уже упомянутые перетечки воздуха в компрессоре, тем огромные, чем меньше скорость вращения лопастей. Сказывается и дополнительная нагрузка на движок. Ведь мощность мотора на малых оборотах и так мала, а его еще принуждают компрессор крутить. Кстати, чтоб понизить энергопотери на привод, используют магнитное сцепление, которое включает агрегат в работу исключительно в действенном спектре оборотов коленчатого вала и отключает на «холостом ходу».
МОЩНОСТЬ… ИЗ ВОЗДУХА
Хотя турбокомпрессор изобрели еще в 1905 году, его обширное применение началось только многие годы спустя. Базу агрегата турбонаддува составляет вал, на который с одной стороны надето колесо турбины, с другой – компрессора. Турбина, используя энергию отработавших газов, раскручивает общий вал, а совместно с ним и компрессор, который посылает свежайший заряд (для дизеля – воздух, для бензинового мотора – воздух либо топливовоздушную смесь) в цилиндры.
Разумеется, производительность компрессора находится в зависимости от того, в каких критериях трудится турбина. Если шофер давит на акселератор, в цилиндры подается много горючего – энергия отработавших газов высока и компрессору хватает сил для работы. Но стоит педаль отпустить – агрегат остается на голодном пайке и, когда от него вновь потребуют отдачи, может забастовать. Вот и выходит, что движок в режиме добавления нагрузки дымит и «проваливается в турбояму».
Чтоб совладать с переходными режимами, колесо турбины наращивают – тогда оно лучше будет раскручиваться выхлопными газами и никакой «ямы» не будет. Но появляется другая опасность: когда мотор выйдет на обычный режим, турбина будет предлагать в распоряжение компрессора очень огромную мощность. Как быть? Агрегат наддува пичкают системой управления, способной согласовать способности турбины и потребности компрессора.
Турбокомпрессоры в особенности эффективны на дизелях, так как у их выше степень сжатия и давление отработавших газов. Совершенно не так давно компания «Опель» представила для этих моторов новый увлекательный агрегат, а поточнее, систему наддува. Тут две турбины работают по хитрецкой переменной схеме. Когда коленчатый вал крутится со скоростями до 1800 об/мин, клапан в выпускном коллекторе подключает к работе малый турбокомпрессор высочайшего давления – до 3,2 бар. При огромных оборотах клапан откроет газам доступ к второму компрессору.
До 3000 об/мин оба агрегата работают параллельно, а контролируемый электроникой клапан плавненько меняет соотношение объемов отработавших газов, подаваемых к той либо другой турбине. Большой компрессор при всем этом сжимает воздух, повышая давление на входе в малый. В конце концов, когда движок выходит на обороты выше 3000, работает только большой агрегат, а небольшой «отдыхает».
Конструкцию отработали на дизельном движке объемом 1,9 л для концепт-кара « Опель Вектра ОРС». Таковой турбонаддув позволил поднять мощность до 156 кВт/212 л. с., а вращающий момент достигнул 400 Н.м! Впечатляющие 85 кВт/112 л. с. с литра – пока рекорд для дизелей. Наивысшую скорость машины пришлось принудительно ограничить 250 км/ч, разгон до сотки занимает 6,5 с, а средний расход горючего всего 6 л/100 км!
НЕТ ПРЕДЕЛА «НАДУВАТЕЛЬСТВУ»
Любой из подвидов наддувных агрегатов равномерно зарастает новыми сверхтехнологичными устройствами. Пример – интеркулер, он же промежный охладитель.
Так как при сжатии воздух греется, его плотность понижается. Это мешает компрессору «накачать» в цилиндры столько свежайшего заряда, сколько он на теоретическом уровне способен. Соответственно качество газообмена и КПД мотора оказываются не настолько высоки, как могли бы быть. Чтоб избежать этого недоразумения, после компрессора воздух пропускают через особый радиатор (обычно, дюралевый), по конструкции аналогичный тому, что стоит в охлаждающей системе. Время от времени для понижения температуры наддувочного воздуха употребляют охлаждающую жидкость, а иногда – другой поток воздуха, набегающий при движении машины. Промежный охладитель, либо по-английски интеркулер, не только лишь наращивает мощность мотора, да и понижает термические нагрузки, уменьшает выбросы окислов азота и расход горючего.
Конструкции с 2-мя турбоагрегатами из экспериментальных машин уже переселились в серийные. На массивных современных V-образных моторах, к примеру, «Майбаха» «запараллелены» два малогабаритных турбонагнетателя. Любая из турбин приводится выхлопными газами от «своей» группы цилиндров и резвее реагирует на нажатие педали акселератора.
Поочередные схемы включения употребляют, когда на выходе турбины нужно получить давление выше 3,5 бар, что очень трудно достигнуть одним агрегатом наддува. Воздух прогоняют поначалу через нагнетатель низкого давления, потом он «дожимается» малогабаритным турбокомпрессором высочайшего давления и только позже попадает в движок. В эту цепочку обычно включают два промежных охладителя.
Для грузовых моторов огромного литража используют, хотя пока достаточно изредка, так именуемый турбокомпаунд. 1-ый турбокомпрессор работает как обычно. А воздух, подаваемый вторым, «докручивает» коленчатый вал мотора. По таковой схеме действуют, к примеру, моторы «Скания».
1-ые турбины с изменяемой геометрией направляющего аппарата появились еще в 1950-х. Соблазн просто объясним: такую турбину значительно проще адаптировать к работе в широком спектре оборотов. Лопатки направляющего аппарата поворачивают особые кулачки с пневмоприводом, а в ближайшее время – управляемые электроникой.
Конструкторы без утомились продолжают поиск новых решений. Так как температура отработавших газов современных движков иногда превосходит 1300°С, возникают роторы из прочной керамики, теплостойкой и легкой.
В наиблежайшие годы системы наверное усовершенствуют. Механические нагнетатели, родившиеся практически 100 годов назад, не сдают позиций. Ведь современные технологии позволяют делать «классические» компрессоры с точностью часовых устройств. Резервы турбонаддува и подавно не исчерпаны. Так что «надувательство» будет длиться, пока живой сам бензиновый двигатель.
КОНСТРУКЦИИ: СИСТЕМЫ НАДДУВА
1-ые опыты в этой области проводили еще в конце XIX века. А в 1920-х появились «живые» эталоны – на гоночных и Подвескаивных автомобилях начали устанавливать нагнетатели с механическим приводом от мотора.
Невзирая на почетный возраст, такие агрегаты наддува используют и сейчас. Но еще больше популярны устройства, в каких компрессор приводится не от коленчатого вала, а энергией отработавших газов, крутящих колесо турбины. Последнее, обычно, устанавливают на одном валу с колесом компрессора, потому заглавие агрегата – «турбокомпрессор» – звучит полностью разумно.
Нескончаемая МЕХАНИКА?
Из конструкций, которые воспользовались фуррором в первой трети прошедшего столетия, сейчас более всераспространены роторные нагнетатели типа «Рутс». В их порция воздуха проталкивается лопастями роторов к впускному коллектору.
Достоинства и недочеты механических устройств обоснованы их жесткой связью с валом мотора. Конкретно из-за нее движок и механический компрессор всегда согласованы, независимо от режимов работы мотора. Но, нагнетая свежайший заряд в цилиндры, механические агрегаты отымают мощность у мотора, что ведет к увеличению, а не понижению расхода горючего.
Ранее механические компрессоры в главном устанавливали на движки огромного объема для роста их мощности. Сейчас, напротив, их почаще ставят на относительно маленькие моторы и настраивают так, чтоб они улучшали продувку цилиндров, снижая токсичность выхлопа и повышая КПД поршневой части. Уже при малозначительном приросте лошадиных сил такового мотора его удельный (отнесенный к мощности) расход горючего может снизиться.
С турбонаддувом ситуация схожая… но с точностью до напротив. Главные свойства мотора, включая мощность, вращающий момент и расход горючего, от установки турбокомпрессора приметно выигрывают. Но конструкторам приходится потрудиться, чтоб согласовать работу самого мотора с агрегатом наддува и преодолеть вызванный форсировкой рост концентрации окислов азота в выхлопе. Малость забегая вперед, скажем, что решение первой трудности принудило инженеров изобретать разные методы управления системой наддува, а борьба со вторым злом породила рециркуляцию отработавших газов – достаточно необычную на 1-ый взор функцию возврата их части назад в цилиндр.
Любые нагнетатели помогают значительно поднять вращающий момент мотора и, что еще важнее, достигнуть от него более прибыльной нагрузочной свойства. Так, движок «Мерседес-Бенц» объемом 2,3 л развивает 280 Н.м уже при 2500 об/мин и сохраняет данную величину до 4800 об/мин.
Германская компания – одна из пионеров использования нагнетателей, держится «классики» до сего времени, хотя, очевидно, повсевременно ее улучшает. К примеру, роторы компрессора «Рутс» принудили крутиться с частотой выше 12 000 об/мин, ранее казавшейся мистической. Для покрытия таких роторов используют особенные полимеры, дозволяющие очень уменьшить зазор меж ними, а означает, и перетечки воздуха в обход роторов. В итоге даже на низких оборотах отдача мотора улучшается более чем на 30%.
Возможность действенной работы на малых оборотах для механических нагнетателей очень принципиальна – ведь конкретно тут давно было одно из слабеньких мест. Одна из главных обстоятельств – уже упомянутые перетечки воздуха в компрессоре, тем огромные, чем меньше скорость вращения лопастей. Сказывается и дополнительная нагрузка на движок. Ведь мощность мотора на малых оборотах и так мала, а его еще принуждают компрессор крутить. Кстати, чтоб понизить энергопотери на привод, используют магнитное сцепление, которое включает агрегат в работу исключительно в действенном спектре оборотов коленчатого вала и отключает на «холостом ходу».
МОЩНОСТЬ… ИЗ ВОЗДУХА
Хотя турбокомпрессор изобрели еще в 1905 году, его обширное применение началось только многие годы спустя. Базу агрегата турбонаддува составляет вал, на который с одной стороны надето колесо турбины, с другой – компрессора. Турбина, используя энергию отработавших газов, раскручивает общий вал, а совместно с ним и компрессор, который посылает свежайший заряд (для дизеля – воздух, для бензинового мотора – воздух либо топливовоздушную смесь) в цилиндры.
Разумеется, производительность компрессора находится в зависимости от того, в каких критериях трудится турбина. Если шофер давит на акселератор, в цилиндры подается много горючего – энергия отработавших газов высока и компрессору хватает сил для работы. Но стоит педаль отпустить – агрегат остается на голодном пайке и, когда от него вновь потребуют отдачи, может забастовать. Вот и выходит, что движок в режиме добавления нагрузки дымит и «проваливается в турбояму».
Чтоб совладать с переходными режимами, колесо турбины наращивают – тогда оно лучше будет раскручиваться выхлопными газами и никакой «ямы» не будет. Но появляется другая опасность: когда мотор выйдет на обычный режим, турбина будет предлагать в распоряжение компрессора очень огромную мощность. Как быть? Агрегат наддува пичкают системой управления, способной согласовать способности турбины и потребности компрессора.
Турбокомпрессоры в особенности эффективны на дизелях, так как у их выше степень сжатия и давление отработавших газов. Совершенно не так давно компания «Опель» представила для этих моторов новый увлекательный агрегат, а поточнее, систему наддува. Тут две турбины работают по хитрецкой переменной схеме. Когда коленчатый вал крутится со скоростями до 1800 об/мин, клапан в выпускном коллекторе подключает к работе малый турбокомпрессор высочайшего давления – до 3,2 бар. При огромных оборотах клапан откроет газам доступ к второму компрессору.
До 3000 об/мин оба агрегата работают параллельно, а контролируемый электроникой клапан плавненько меняет соотношение объемов отработавших газов, подаваемых к той либо другой турбине. Большой компрессор при всем этом сжимает воздух, повышая давление на входе в малый. В конце концов, когда движок выходит на обороты выше 3000, работает только большой агрегат, а небольшой «отдыхает».
Конструкцию отработали на дизельном движке объемом 1,9 л для концепт-кара « Опель Вектра ОРС». Таковой турбонаддув позволил поднять мощность до 156 кВт/212 л. с., а вращающий момент достигнул 400 Н.м! Впечатляющие 85 кВт/112 л. с. с литра – пока рекорд для дизелей. Наивысшую скорость машины пришлось принудительно ограничить 250 км/ч, разгон до сотки занимает 6,5 с, а средний расход горючего всего 6 л/100 км!
НЕТ ПРЕДЕЛА «НАДУВАТЕЛЬСТВУ»
Любой из подвидов наддувных агрегатов равномерно зарастает новыми сверхтехнологичными устройствами. Пример – интеркулер, он же промежный охладитель.
Так как при сжатии воздух греется, его плотность понижается. Это мешает компрессору «накачать» в цилиндры столько свежайшего заряда, сколько он на теоретическом уровне способен. Соответственно качество газообмена и КПД мотора оказываются не настолько высоки, как могли бы быть. Чтоб избежать этого недоразумения, после компрессора воздух пропускают через особый радиатор (обычно, дюралевый), по конструкции аналогичный тому, что стоит в охлаждающей системе. Время от времени для понижения температуры наддувочного воздуха употребляют охлаждающую жидкость, а иногда – другой поток воздуха, набегающий при движении машины. Промежный охладитель, либо по-английски интеркулер, не только лишь наращивает мощность мотора, да и понижает термические нагрузки, уменьшает выбросы окислов азота и расход горючего.
Конструкции с 2-мя турбоагрегатами из экспериментальных машин уже переселились в серийные. На массивных современных V-образных моторах, к примеру, «Майбаха» «запараллелены» два малогабаритных турбонагнетателя. Любая из турбин приводится выхлопными газами от «своей» группы цилиндров и резвее реагирует на нажатие педали акселератора.
Поочередные схемы включения употребляют, когда на выходе турбины нужно получить давление выше 3,5 бар, что очень трудно достигнуть одним агрегатом наддува. Воздух прогоняют поначалу через нагнетатель низкого давления, потом он «дожимается» малогабаритным турбокомпрессором высочайшего давления и только позже попадает в движок. В эту цепочку обычно включают два промежных охладителя.
Для грузовых моторов огромного литража используют, хотя пока достаточно изредка, так именуемый турбокомпаунд. 1-ый турбокомпрессор работает как обычно. А воздух, подаваемый вторым, «докручивает» коленчатый вал мотора. По таковой схеме действуют, к примеру, моторы «Скания».
1-ые турбины с изменяемой геометрией направляющего аппарата появились еще в 1950-х. Соблазн просто объясним: такую турбину значительно проще адаптировать к работе в широком спектре оборотов. Лопатки направляющего аппарата поворачивают особые кулачки с пневмоприводом, а в ближайшее время – управляемые электроникой.
Конструкторы без утомились продолжают поиск новых решений. Так как температура отработавших газов современных движков иногда превосходит 1300°С, возникают роторы из прочной керамики, теплостойкой и легкой.
В наиблежайшие годы системы наверное усовершенствуют. Механические нагнетатели, родившиеся практически 100 годов назад, не сдают позиций. Ведь современные технологии позволяют делать «классические» компрессоры с точностью часовых устройств. Резервы турбонаддува и подавно не исчерпаны. Так что «надувательство» будет длиться, пока живой сам бензиновый двигатель.