Механический наддув: Как устроен механический нагнетатель | Новости автомира

Механический наддув компрессором

При механическом наддуве компрессор приводится от двига­теля, отношение частоты вращения двигателя к частоте вращения компрессора (если не применяется изменяемое передаточное отношение, что встречается в исключительных случаях) остается постоянным. Рабочие точки на характеристике определяются точ­ками пересечения линий, соответствующих постоянным частотам вращения двигателя и компрессора, расположение которых по отношению друг к другу обусловлено передаточным отношением. Как правило, передаточное отношение iмежду частотой враще­ния данного двигателя и компрессора, используемого для над­дува, определяют так, чтобы в точке полной нагрузки достига­лась степень повышения давления, необходимая для заданного среднего эффективного давления. Все остальные рабочие точки получаются при переменной частоте вращения из характеристик, приведенных на рис. 6.1 и 6.2.

На рис.

6.1 изображена характеристика четырехтактного двигателя с механическим наддувом, осуществляемым с помощью объемного компрессора. Точка пересечения линии полной ча­стоты вращения двигателя п с линией полной частоты вращения компрессора п_к = іп дает обозначенную кружком рабочую точку полной нагрузки. При уменьшении частоты вращения двигателя понижается и давление наддува по линии рабочих режимов. Протекание этой последней сильно зависит от фактической ха­рактеристики компрессора. Уменьшение давления наддува с понижением частоты вращения двигателя было бы минимальным в том случае, если бы коэффициент подачи компрессора с умень­шением частоты вращения возрастал сильнее, чем коэффициент наполнения двигателя.

Из рис. 6.1 видно, что при увеличении передаточного отноше­ния и уменьшении перекрытия клапанов при прочих неизменных условиях линия рабочих точек сдвигается вверх.

Совместная работа механически приводимого центробежного компрессора с двигателем представлена на рис. 6.2. Из рисунка следует, что давление наддува с понижением частоты вращения падает значительно сильнее, чем в случае применения нагнетателя объемного типа, что объясняется характером зависимости сте­пени повышения давления от частоты вращения.

С точки зрения взаимосвязи в разных областях применения между крутящим моментом М_е двигателя и его частотой враще­ния n различают:

1) работу при постоянной частоте вращения: n = const, М_е = var, например, привод электрических генераторов;

2) работу по винтовой характеристике: М_е ~ n², например, привод винтов фиксированного шага на судах и самолетах;

3) работу по автомобильной характеристике: n = var, М_е = var, например, привод автомобилей и тепловозов.

Крутящий момент пропорционален среднему эффективному давлению и может быть выражен через него.

Так как в первом случае имеется только одна рабочая точка, которая не зависит от нагрузки, то, с точки зрения характери­стики, механические компрессоры объемного и центробежного типов для этого режима эксплуатации одинаково хороши. Выбор определяется затратами на изготовление и величинами давле­ния и к. п. д.

Во втором случае давление наддува с уменьшением частоты вращения двигателя падает сильнее при механически приводимом центробежном компрессоре, чем при использовании объемного нагнетателя. Это не является недостатком, поскольку давление наддува, если оно было достаточно высоким для режима полной нагрузки, будет достаточным и для частичных нагрузок, так как среднее эффективное давление значительно уменьшается при по­нижении частоты вращения. Значительное уменьшение давления наддува в этом случае даже желательно, поскольку обеспечение высокого давления наддува связано с повышенными затратами мощности двигателя и, следовательно, с дополнительным расхо­дом топлива; поэтому на тех режимах, где повышенное давление наддува не требуется, его лучше не создавать.

В связи с этим центробежные компрессоры являются более подходящими для механического наддува двигателей, работаю­щих по винтовой характеристике.

В третьем случае требуется высокий крутящий момент при низкой частоте вращения двигателя, по возможности даже крутя­щий момент, увеличивающийся с понижением частоты вращения (запас крутящего момента), для того, чтобы, по крайней мере, частично воспринимать возрастающие сопротивления движению при малой скорости, не прибегая к переключению передач. Для этого не пригоден компрессор центробежного типа, более под­ходящим является объемный компрессор, хотя и у него давление наддува, остающееся постоянным с понижением частоты враще­ния, может сохраняться только в ограниченном диапазоне частот вращения.

Так как у двухтактных двигателей в отличие от четырехтакт­ных имеется только одна независимая от частоты вращения двига­теля линия расхода (линия дросселирования, поскольку сопро­тивление двигателя может рассматриваться как сопротивление отверстия постоянного сечения), их рабочие характеристики при различных типах компрессоров не имеют принципиальных отли­чий друг от друга.

У объемного компрессора линии

n = const крутые, и объем­ный расход воздуха приблизительно пропорционален частоте вращения. Эти линии пересекают параболу объемного расхода воздуха через двигатель при давлении, примерно квадратично возрастающем с увеличением частоты вращения (рис. 6.3). У ком­прессора центробежного типа давление увеличивается квадратично с ростом частоты вращения.

При переменном противодавлении на выпуске двигателя объем­ный и центробежный компрессоры ведут себя по-разному и в слу­чае двухтактного двигателя, что обусловлено различным расположением линий постоянных частот вращения компрессора. Это следует учитывать, например, на двигателях с турбокомпрессо­ром и параллельно включенными поршневыми насосами с меха­ническим приводом. На основе вышесказанного может быть рас­смотрено поведение двигателя с механическим наддувом и в дру­гих условиях, например в случае переменного передаточного отношения между двигателем и компрессором.

Системы наддува двигателя

С момента появления двигателя внутреннего сгорания перед конструкторами появилась задача повышения его мощности. А это возможно только одним путем – увеличением количества сгораемого топлива.

Способы повышения мощности двигателя

Для решения этой проблемы использовалось два метода, один из которых – повышение объема камер сгорания. Но в условиях постоянно ужесточающийся экологических требований к силовым агрегатам автомобилей этот метод повышения мощности сейчас практически не используется, хотя раннее он был приоритетным.

Второй метод повышения мощности сводится к принудительному увеличению количества горючей смеси. В результате этого даже на малообъемных силовых установках удается существенно повысить эксплуатационные показатели.

Если с увеличением количества подаваемого в цилиндры топлива проблем не возникает (система его подачи легко регулируется под требуемые условия), то с воздухом не все так просто. Силовая установка самостоятельно его закачивает за счет разрежения в цилиндрах и повлиять на объем закачки невозможно.

А поскольку для максимально эффективного сгорания в цилиндрах должна создаваться топливовоздушная смесь с определенным соотношением, то увеличение только одного количества топлива никакого прироста мощности не дает, а наоборот – повышается расход, а мощность падает.

Выходом из ситуации является принудительная накачка воздуха в цилиндры, так называемый наддув двигателя. Отметим, что первые устройства, нагнетающие воздух в камеры сгорания, появились практически с момента появления самого двигателя внутреннего сгорания, но долгое время их на автотранспорте не использовали. Зато наддувы достаточно широко использовались в авиации и на кораблях.

Виды по способу создания давления

Наддув двигателя – задумка теоретически простая. Суть ее сводится к тому, что принудительная закачка позволяет существенно увеличить количество воздуха в цилиндрах по сравнению с объемом, который засасывает сам мотор, соответственно, и топлива подать можно больше. В результате удается повысить мощность силовой установки без изменения объема камер сгорания

Но это в теории все просто, на практике же возникает множество трудностей. Основная проблема сводится к определению, какая конструкция наддува является самой эффективной и надежной.

В целом разработано три типа нагнетателей, различающихся по способу нагнетания воздуха:

1. Roots
2. Lysholm (механический нагнетатель)
3. Центробежный (турбина)

Каждый из них имеет свои конструктивные особенности, достоинства и недостатки.

Roots

Нагнетатель типа Roots изначально был представлен в виде обычного шестеренчатого насоса (что-то схожее с масляным насосом), но со временем конструкция этого наддува сильно изменилась. В современном нагнетателе Roots шестеренки заменены на два ротора, вращающихся разнонаправлено, и установленных в корпусе. Вместо зубьев на роторах сделаны лопастные кулачки, которыми происходит зацепление роторов между собой.

Главной особенностью наддува Roots является способ нагнетания. Давление воздуха создается не в корпусе, а на выходе из него. По сути, лопасти роторов просто захватывают воздух и выталкивают его в выходной канал, ведущий к впускному коллектору.

Устройство и работа нагнетателя Roots

Но у такого нагнетателя есть несколько существенных недостатков – создаваемое им давление ограничено, при этом еще присутствует пульсация воздуха. Но если второй недостаток конструкторы смогли преодолеть (путем придания роторам и выходным каналам особой формы), то проблема ограничения создаваемого давления более серьезна – либо приходится увеличивать скорость вращения роторов, что негативно сказывается на ресурсе нагнетателя, либо создавать несколько ступеней нагнетания, из-за чего устройство становится очень сложным по конструкции.

Lysholm

Наддув двигателя типа Lysholm конструктивно схож с Roots, но у него вместо роторов используются спиралевидные шнеки (как в мясорубке). В такой конструкции создание давления происходит уже в самом нагнетателе, а не на выходе. Суть проста – воздух захватывается шнеками, сжимается в процессе транспортировки шнеками от входного канала на выходной и затем выталкивается. За счет спиралевидной формы процесс подачи воздуха идет непрерывно, поэтому никакой пульсации нет. Такой нагнетатель обеспечивает создание большего давления, чем конструкция Roots, работает бесшумно и на всех режимах мотора.

Нагнетатель типа Lysholm, другое название — винтовой.

Основным недостатком этого наддува является высокая стоимость изготовления.

Центробежный тип

Центробежные нагнетатели – самый сейчас распространенный тип устройства. Он конструктивно проще, чем первые два типа, поскольку рабочий элемент у него один – компрессионное колесо (обычная крыльчатка). Установленная в корпусе эта крыльчатка захватывает воздух входного канала и выталкивает его в выходной.

Центробежный нагнетатель с газотурбинным приводом

Особенность работы этого нагнетателя сводится к тому, что для создания требуемого давления необходимо, чтобы турбинное колесо вращалось с очень большой скоростью. А это в свою очередь сказывается на ресурсе.

Типы привода, их достоинства и недостатки

Вторая проблема – привод нагнетателя, а он может быть:

1. Механическим
2. Газотурбинным
3. Электрическим

В механическом приводе в действие нагнетатель приводится от коленчатого вала посредством ременной, реже – цепной, передачи. Такой тип привода хорош тем, что наддув начинает работать сразу после запуска силовой установки.

Но у него есть существенный недостаток – этот тип привода «забирает» часть мощности мотора. В результате получается замкнутый круг – нагнетатель повышает мощность, но сразу же ее и отбирает. Использоваться механический привод может со всеми типами наддувов.

Газотурбинный привод сейчас пока является самым оптимальным. В нем нагнетатель приводится в действие за счет энергии сгоревших газов. Этот тип привода используется только с центробежным наддувом. Нагнетатель с таким типом привода получил название турбонаддува.

Чтобы использовать энергию отработанных газов конструкторы, по сути, просто взяли два центробежных нагнетателя и соединили их крыльчатки одной осью. Далее один нагнетатель подсоединили к выпускному коллектору. Выхлопные газы, на выходе из цилиндров двигаются с высокой скоростью, попадают в нагнетатель и раскручивают крыльчатку (она получила название турбинное колесо). А поскольку она соединена с крыльчаткой (компрессорным колесом) второго нагнетателя, то он начинает выполнять требуемую задачу – нагнетать воздух.

Турбонаддув хорош тем, что не оказывает влияние на мощность двигателя. Но у него есть недостаток, причем существенный – на малых оборотах двигателя он из-за небольшого количества выхлопных газов не способен эффективно нагнетать воздух, он эффективен только на высоких оборотах. К тому же в турбонаддуве присутствует такой эффект как «турбояма».

Суть этого эффекта сводится к тому, что турбонаддув не обеспечивает мгновенную реакцию на действия водителя. При резком изменении режима работы двигателя, к примеру, при разгоне, на первом этапе энергии выхлопных газов недостаточно, чтобы наддув закачал требуемое количество воздуха, нужно время, чтобы в цилиндрах прошли процессы и повысилось количество отработанных газов. В результате при резком нажатии на педаль, машина «тупит» и не разгоняется, но как только наддув наберет обороты, авто начинает активно ускоряться – «выстреливает».

Есть и еще один не очень приятный эффект – «турболаг». У него суть примерно та же, что и у «турбоямы», но природа у него несколько другая. Сводится она к тому, что наддув обладает запоздалой реакцией на действия водителя. Обусловлена она тем, что нагнетателю требуется время захватить, закачать воздух и подать его в цилиндры.

Показательные графики эффектов «турбояма» и «турболаг» в зависимости от мощности

«Турбояма» появляется только в нагнетателях, работающих от энергии выхлопных газов, в устройствах же с механических приводом ее нет, поскольку производительность наддува пропорциональна оборотам двигателя. А вот «турболаг» присутствует во всех типах нагнетателей.

В современных автомобилях начинают внедрять электрические приводы наддува, но они только зарождаются. Пока их используют, как дополнительный механизм, для исключения «турбоямы» в работе турбонаддува. Не исключено что вскоре и появится разработка которая заменит привычные нам нагнетатели.

Электронагнетатель от фирмы Valeo

Для их эффективной работы необходимо более высокое напряжение, поэтому используется вторая сеть со своим аккумулятором на 48 вольт. Концерн Audi вообще планирует перевести все оборудование на повышенное напряжение – 48 вольт, так как увеличивается количество электронных систем и соответственно нагрузка на сеть автомобиля. Возможно в будущем все автопроизводители перейдут на повышенное напряжение бортовой сети.

Иные проблемы

Помимо способа нагнетания и типа привода существует еще немало вопросов, которые успешно решились или решаются конструкторами.

К ним относится:

• нагрев воздуха при сжатии;
• «турбояма»;
• эффективная работа нагнетателя на всех режимах.

Во время нагнетания воздух сильно нагревается, что приводит к снижению его плотности, а это в свою очередь сказывается на детонационном пороге топливовоздушной смеси. Устранить эту проблему удалось путем установки интеркулера – радиатора охлаждения воздуха. Причем осуществлять охлаждение этот узел может разными способами – потоком встречного воздуха или за счет жидкостной системы охлаждения.

Варианты исполнения систем наддува

Но установка интеркулера породила другую проблему – увеличение «турболага». Из-за радиатора общая длина воздуховода от нагнетателя к впускному коллектору существенно увеличилась, а это повлияло на время нагнетания.

Проблема с «турбоямой» автопроизводителями решается по-разному. Одни снижают массу составных элементов, другие используют технологию изменяемой геометрии турбопривода. При первом варианте решения проблемы, снижение массы крыльчаток приводит к тому, что для раскручивания наддува требуется меньше энергии. Это позволяет нагнетателю раньше вступить в работу и обеспечить давление воздуха даже при незначительных оборотах двигателя.

Что касается геометрии, то за счет использования специальных крыльчаток с приводом от актуатора, установленных в корпусе турбинного колеса удается осуществлять перенаправление потока отработанных газов в зависимости от режима работы мотора.

Повышение эффективности работы нагнетателя на всех режимах работы некоторые производители решают путем установки двух, а то и трех нагнетателей. И здесь уже каждая автокомпания поступает по-разному. Одни устанавливают два турбонаддува, но разных размеров. «Малый» нагнетатель отрабатывает на небольших оборотах мотора, снижая эффект «турбоямы», а при увеличении оборотов в работу включается «большой» наддув. Другие же автопроизводители применяют комбинированную схему, в которой за малые обороты «отвечает» нагнетатель с механическим приводом, что вовсе устраняет «турбояму», а на высоких оборотах задействуется уже турбонаддув.

Напоследок отметим, что выше указаны только одни из основных проблем, связанных с принудительной подачей воздуха в цилиндры, в действительности их больше. К ним можно отнести передув и помпаж.

Увеличение мощности нагнетателем, по сути, ограничено только одним фактором — прочнотью составных элементов силовой установки. То есть, мощностные характеристики можно увеличивать только до определенного уровня, превышение которого приведет к разрушению узлов мотора. Это превышение и называется передувом. Чтобы он не произошел, система принудительного нагнетания воздуха оснащается клапанами и каналами, которые предотвращают раскручивание крыльчатки выше установленных оборотов, получается, что производительность наддува имеет граничную отметку. Дополнительно при достижении определенных условий ЭБУ системы питания корректирует количество подаваемого в цилиндры топлива.

Помпаж можно охарактеризовать как «обратное движение воздуха». Возникает эффект при резком переходе с высоких оборотов на низкие. В итоге, нагненататель уже накачал воздух в большом количестве, но из-за снижения оборотов он становиться невостребованным, поэтому он начинает возвращаться к наддуву, что может стать причиной его поломки.

Клапан blow-off

Проблема помпажа решена использованием обходных каналов (байпас), по которым сжатый не расходованный воздух перекачивается на входной канал перед нагнетателем, тем самым он смягчает, но не устраняет, нагрузки при помпаже. Второй системой которая полностью решает проблему помпажа, является установка перепускного клапана или blow-off, который при необходимости сбрасывает воздух в атмосферу.

Установка нагнетателей воздуха на силовые установки пока является самым оптимальным способом повышения мощности.

Виды Наддува Двигателя



Задача повышения мощностных характеристик силового агрегата была актуальна всегда. Методов улучшения мощности мотора есть довольно много, к примеру, возможно увеличить габаритные размеры цилиндров, численность и количество оборотов мотора. Однако все вышеприведенные методы приводят к существенному увеличению габаритных размеров и веса силового агрегата, а также повышению нагрузки на его конструктивные элементы.

Содержание:

Существует гораздо эффективнее метод улучшения мощностных характеристик мотора. Сама идея довольно проста: чем больше удастся «затолкать» воздуха в цилиндр силового агрегата, тем больше возможно сжечь горючего и как следствие получить повышение мощности мотора. Данный метод именуется – наддув двигателя. Главным его преимуществом выступает тот факт, что габаритные размеры и вес мотора остается прежними, но его мощностные характеристики будут более высокими.

В обычном силовом агрегате горючая смесь подается в цилиндры, при давлении, которое значительно меньше атмосферного. При этом нужно учитывать наличие «препятствий» для прохождения горючей смеси в виде дроссельной заслонки, воздушного фильтрующего элемента, поворотов и шероховатой поверхности стенок каналов. Выполняя наддув двигателя давление, под которым подается горючее значительно повышается, что позволяет получить высокую мощность мотора.

Применение механической схемы

Механические нагнетатели воздуха с целью увеличения мощности силового агрегата использовались на транспортных средствах еще в 30-х годах. Тогда такие устройства именовались компрессорами. В настоящее время их преимущественно называют турбокомпрессорами, о которых, собственно пойдет речь дальше. Стоит отметить что механических конструкций такого плана достаточно много, но несмотря на это разработка новых модификаций актуальна и сейчас.

На выше представленном рисунке показаны нагнетатели воздуха со стандартной конструкцией механического типа. Такие турбокомпрессоры отличаются простой конструкционной схемой и не сложны в эксплуатации.

Однако существуют и не совсем обычные нагнетатели воздуха, разработанные различными компаниями. Одним из них является – волновой нагнетатель воздуха «Comprex» разработанный компанией Asea-Brown-Boweri. Ротор данного турбокомпрессора обладает аксиально размещенными ячейками. При вращательных движениях ротора в камеры попадает воздух, после этого она подходит к отверстию в корпусе и через него в ячейку попадают горячие отработанные газы из силового агрегата. Взаимодействуя с холодным воздухом образовывается волна давления, которая движется с высокой скоростью, за счет чего воздух вытесняется в отверстие выпускного трубопровода, к которому камера за этот промежуток времени успевает подойти. Так как ротор все время крутится отработанные газы в данное отверстие не попадают, а выходят по ходу движения ротора в следующее. Такие нагнетатели применялись многими производителями автомобильных транспортных средств, к примеру, Mazda их применяет на некоторых моделях машин с 1987 года.

Еще одной интересной разработкой выступает спиральный нагнетатель – G40. Впервые она были использована немецким производителем автомобилей Volkswagen в 1985 году.

В 1988 году появилась новая модификация спирального нагнетателя воздуха G-60, которая обладала более высокой мощностью и применялась на автомобилях Corrado и Passat.

Конструкционно такие нагнетатели состоят из двух спиралей, первая из которых стационарна и выступает в качестве части корпуса. Вторая спираль играет роль вытеснителя и размещена между двумя витками первой. Данная спираль крепится на валу. Вал в действие приводится за счет ременной передачи силового агрегата с отношением одного к двум.

Принцип работы такой конструкции довольно прост и заключается в следующем: во время вращения вала спираль находящиеся внутри корпуса осуществляет колебательные движения и между ними образовываются серповидные полости, движущееся к центру и тем самым перемещают воздух с периферии в мотор под низким давлением. При этом количество подаваемого сжатого воздуха напрямую зависит от частоты вращения вала мотора.

Такая схема нагнетателя имеет два важных преимущества: достаточно высокий КПД и износоустойчивость (за счет отсутствия трущихся конструкционных элементов).

Применение турбокомпрессоров

В настоящее время с целью улучшения мощностных характеристик силового агрегата используют не механические нагнетатели воздуха, а турбокомпрессоры. Такие устройства гораздо проще в производстве, что окупает ряд недостатков, которые им присущи.

Современные турбокомпрессоры от выше приведенных схем прежде всего отличаются по своим конструкционным особенностям и принципу работы привода. В данном случае применяется ротор с лопатками, то есть турбина, вращаемая за счет воздействия потока отработанных газов силового агрегата. Турбина вращает вмонтированный на том же валу компрессор, представленный в виде колеса, оснащенного лопатками.

Такой принцип действия привода, определяет главные недостатки газового компрессора. Следует отметить, что в данном случае частота вращения мотора довольно низкая, а значит и количество отработанных газов тоже небольшое, что негативно влияет на производительность работы турбокомпрессора.

Помимо двигатель с установленным турбокомпрессором, чаще всего имеет так называемую турбояму, то есть замедленный отклик мотора на увеличение количества подаваемого горячего. Водителю при этом нужно резко нажать педаль газа до упора, а силовой агрегат реагирует лишь спустя определенное время. Объяснение у такого явления довольно простое – необходимо определенное количество времени на раскрутку турбины, которая отвечает за вращение компрессора.

Максимально нивелировать выше наведенные недостатки турбокомпрессоров разработчики пытались различными методами. И в первую очередь была уменьшена масса конструктивных вращающихся элементов компрессора и самой турбины. Ротор компрессора, применяемого в настоящее время стал настолько малогабаритным, что вмещается на ладони. К тому же легкий по массе ротор значительно повышает эффективность работы компрессора даже при низких оборотах силового агрегата.

Однако уменьшение размеров конструктивных деталей, не единственный метод улучшения эффективности работы газового компрессора. Сегодня для их изготовления применяются новые материалы, которые помогают снизить массу элементов ротора, что позволяет улучшить его работу. К примеру, довольно часто для этих целей используют спичечный карбид кремния, который обладает устойчивостью к воздействию высоких температур и при этом имеет легкий вес.

То есть с уверенностью можно сказать, что современные турбокомпрессоры лишены многих недостатков предыдущих моделей подобных устройств. Благодаря чему такие установки с успехом используются на автомобильных транспортных средствах от разных производителей. Выбор турбо нагнетателей воздуха должен осуществляться исходя из изначальной мощности машины, а также финансовых возможностей владельца автомобиля. Установка таких агрегатов строго должна вестись на СТО либо автомастерских.

Что лучше выбрать механический нагнетатель воздуха или турбокомпрессор

Увеличение скоростных показателей своего автомобиля – весьма актуальный вопрос для многих владельцев транспортных средств. Сегодня данную задачу можно решить многими способами, но наибольшим спросом пользуется установка механического нагнетателя воздуха или турбо компрессора. Так какой из этих двух вариантов лучший? На данный вопрос попробуем ответит в данной статье.

Для этой цели изначально нужно разобраться с принципом работы механического и газового компрессора.

Принцип и особенности работы механической схемы

Таких устройств существует несколько видов:

1. Объемный нагнетатели воздуха. Такие установки подают воздух в силовой агрегат одинаковыми порциями в независимости от скоростного режима, что является преимуществом при езде на низких оборотах мотора;
2. Механические схемы внешнего сжатия воздуха. Такие компрессоры прекрасно подходят там, где есть необходимость в большом количестве подаваемого воздуха на невысоких оборотах мотора. Недостатком такого подхода является наличие возможности создания обратного оттока воздуха, так как компрессор сам по себе не обеспечивает нужного давления. К тому же такие установки имеют низкий КПД;
3. Установки внутреннего сжатия. Их применение актуально на высоких оборотах силового агрегата, к тому же эффект обратного оттока воздуха гораздо меньший. Недостатками таких схем выступают: достаточно высокая стоимость (по причине высоких требований относительно материала исполнения) и возможность заклинивания, особенно в случае перегрева;
4. Динамические нагнетатели воздуха. Такие установки работают лишь по достижению определенного количества оборотов, но при этом их КПД гораздо выше в сравнении с выше наведенными установками.

Поскольку механические нагнетатели воздуха функционируют за счет коленчатого вала мотора посредством дополнительного привода, обороты компрессора напрямую зависят от оборотов силового агрегата.

Особенности работы турбокомпрессора

Такие нагнетатели воздуха функционируют за счет энергии, полученной от выбросов отработанных газов. По своей сути турбокомпрессор – сочетание центробежного компрессора и самой турбины (колеса, оснащенного лопатками).

Принцип его действия заключается в следующем: отработанные газы с большой скоростью вращают турбину, которая вмонтирована на валу. На другом конце вала вмонтирован центробежный насос, основная задача которого заключается в нагнетании большого количества воздуха в цилиндры.

В современных компрессорах с целью охлаждения воздуха, который подается в турбину, применяют интеркулер.

Недостатки и преимущества механического и газового компрессора

Турбокомпрессор прекрасно подходит для применения с целью обогащения кислородом топлива. Однако и такие схемы обладают своими недостатками:

1. турбина представлена в виде стационарного устройства и соответственно есть необходимость в привязке к силовому агрегату транспортного средства;
2. на невысоких оборотах мотора, такой компрессор не способен обеспечит большую скорость, а лишь на высоких его работа эффективна;
3. при переходе с низких на высокие обороты часто образуется так называемая «турбояма», при этом чем выше мощность турбокомпрессора, тем значительней будет данный эффект.

Стоит отметить, что в настоящее время можно купить турбокомпрессор, который будет отлично справляться со своей основной задачей как на низких, так и на высоких оборотах силового агрегата. Однако их цена достаточно высокая, как на само оборудование, так и на обслуживание. Но несмотря на это многие владельцы отдают предпочтение именно турбокомпрессорам.

Механические нагнетатели воздуха в свою очередь проще в монтаже и обслуживании. Работают такие устройства как на низких, так и на высоких оборотах. Кроме этого они требуют слишком больших временных и финансовых затрат при восстановлении и ремонте. Это объясняется тем, что в отличие от турбокомпрессора, механический нагнетатель является независимым устройством.

Турбина помимо своей дороговизны и сложности в установке, также довольно требовательна к качеству и техническим характеристикам используемой топливной смеси.

У механических нагнетателей воздуха есть существенная проблема – достаточно большой расход горючего, при относительно невысоком коэффициенте полезного действия. Но при этом они проще в конструкционном плане и в обслуживании.

При этом выбор той или иной установки зависит только от водителя и его пожеланий, а также изначальных характеристик машины.

Избыточное давление. Всё про наддув

Наддув — самый доступный и простой способ увеличить мощность двигателя внутреннего сгорания.

Теория проста: чтобы выросла отдача, нужно сжечь как можно больше топлива. Но для его горения необходим ещё и воздух. И если «налить» в цилиндры сколько угодно топлива проще простого (качай себе и качай мощным насосом), то с воздухом дело обстоит сложнее — для него тоже нужен своеобразный насос. И роль такого агрегата в двигателях играют нагнетатели. Вне зависимости от его типа, оснащённый наддувом двигатель обладает большей мощностью и крутящим моментом, чем аналогичный атмосферник. Почему это возможно, какие существуют конструкции и какие побочные эффекты имеет наддув? Рассказываем в нашей справке по современным системам.

Впервые техническая идея загнать в автомобильный двигатель больше воздуха с помощью энергии вращения коленвала пришла в голову Готтлибу Даймлеру в 1885 году, а в 1905 году швейцарец Альфред Бюхи получил патент на аналогичную систему, работающую уже от энергии выхлопных газов. Но до реализации этих решений в автомобилях прошло некоторое время — первый серийный легковой автомобиль «наддули» с помощью приводного нагнетателя в 1921 году — им стал Mercedes-Benz. Турбонагнетатели же стали получать распространение в авиационных двигателях 1920-х годов, так как там было особенно важно справляться с потерей мощности по мере набора высоты, где плотность воздуха становится меньше. Вскоре газовые нагнетатели нашли своё применение и в грузоперевозках — прибавка в крутящем моменте оказалась для дизелей судов и локомотивов очень кстати. Первой легковушкой с турбонагнетателем под капотом стало купе-хардтоп Oldsmobile Jetfire с 215-сильным V8.

Точно такой же мотор Oldsmobile без турбины выдавал в то время 155-195 сил в зависимости от степени форсировки. Но важнее другое: тяга даже 195-сильного атмосферника ограничивалась 300 Н·м, тогда как турбокупе выдавало все 410. Если у атмосферных моторов существует практически прямая зависимость между объёмом камеры сгорания и максимальным крутящим моментом, то наддувные агрегаты такого недостатка лишены — по-разному конфигурируя систему, инженеры могут добиваться очень впечатляющей прибавки тяги при неизменном объёме

Вскоре турбина появилась и на Chevrolet Corvair Corsa (расположенный сзади 6-цилиндровый оппозитник воздушного охлаждения с наддувом был лишь одним из необычных технических решений этой экзотической машины), а после подоспели и европейцы в лице Porsche (911 Turbo в 1975 году) и Saab (99 Turbo 1978 года). А вот с наддувным дизельным седаном всех опередил производитель из Старого Света — в 1978 году появилась версия 300SD лимузина Mercedes-Benz W116. Вскоре дизельные автомобили приобрели в Европе огромную популярность, а турбонаддув стал неотъемлемой частью конструкции легкового дизеля. Существуют и грузовые дизели с приводными нагнетателями, но по ряду технологических причин эта схема не получила широкого распространения в автомобилестроении.

Избыточное давление, которое создаёт нагнетатель, потому так и называется, что оно больше окружающего нас атмосферного. Иногда давление наддува указывается в абсолютных величинах: в таком случае рабочее пиковое давление системы в 1,6 бара будет означать 0,6 бара избытка. Чаще всего в разговорах и литературе упоминается именно значение избытка. На фотографии монитор Subaru Forester (читайте соответствующий тест-драйв) показывает давление избытка: поскольку на холостых оборотах в камере сгорания разрежение, то давление меньше атмосферного, и на дисплее указано отрицательное значение

К механическим видам наддува (обычно под наддувом понимаются именно механические схемы) относят приводной компрессор и турбокомпрессор. Приводной нагнетатель, как правило, располагается вдоль блока рядного двигателя или в развале V-образного блока и приводится от коленвала с помощью ременной передачи, прессуя воздух парой винтовых роторов или крыльчаткой. Турбина же приводится в действие вылетающими из цилиндров в коллектор под большим давлением выхлопными газами и утрамбовывает воздух на впуске крыльчаткой. Обычно турбина находится сразу за выпускным коллектором или непосредственно интегрирована в него — как, например, в современных моторах группы Volkswagen.

На оборотах двигателя выше 3500 в бампере Porsche Panamera GTS открываются боковые воздуховоды, и двигатель получает больше воздуха. А на высоких скоростях благодаря рассчитанной форме и сечению патрубков во впускной системе создаётся эффект увеличенного давления воздуха, что позволяет считать такую систему разновидностью наддува Отдельно можно выделить эксперименты производителей с электротурбинами. Они не отбирают мощность у двигателя и лишены газовой турбоямы, так как колесо компрессора вращает электромотор. Впрочем, к этой схеме у производителей до сих пор остаётся немало вопросов, и подробнее об этом можно прочитать в нашем материале Audi завтрашнего дня. Кроме механического, существует ещё безагрегатный наддув. Так называют повышение давления на впуске с помощью сочетания скорости движения и особой формы и размеров впускных патрубков. Избыточное давление такого типа является мерой дополнительного форсирования преимущественно спортивных атмосферных двигателей. Примером заводской реализации такой схемы может служить впускной тракт хэтчбека Porsche Panamera в особой версии GTS.

Конструкция турбонагнетателя проста: на едином валу находятся две крыльчатки, каждая из которых вращается в своём корпусе, называемом в народе «улитка». Одну крыльчатку (в так называемой горячей улитке) вращает поток выхлопных газов, а связанная с ней единой осью вторая крыльчатка в холодной части крутится и трамбует во впускной тракт забираемый с улицы воздух. Таким образом, чем выше обороты работы двигателя, тем больше он вырабатывает газов и тем больше воздуха впоследствии получает. Идеальный замкнутый круг с бесконечным потенциалом повышения мощности?

Современные турбокомпрессоры имеют практически нелимитированный потенциал увеличения мощности двигателя. Ограничителем обычно выступает механическая прочность вращающихся и движущихся деталей силового агрегата, а также баланс итоговых характеристик мотора и здравый смысл. Ввиду меньшего КПД и ряда технических особенностей приводные нагнетатели позволяют увеличивать мощность не так эффективно Но всё не так просто. Во-первых, шатунно-поршневая группа каждого мотора рассчитана на определённые нагрузки, и превышение их приведёт к разрушению двигателя. Во избежание бесконтрольного роста давления наддува в горячей части нагнетателя предусмотрена специальная калитка-клапан под названием «вейстгейт» (в переводе — клапан для излишков), которая открывается с помощью пневматики или сервопривода при достижении пикового расчётного давления в системе. В результате «лишние» газы просто идут в обход турбинного колеса прямиком в выхлопной тракт и не раскручивают компрессор сверх меры. Как правило, в моторах есть и ещё одна страховка от «передува» — при превышении критического порога давления блок управления двигателем ограничивает увеличение подачи топлива на безопасной отметке, и мотор перестаёт производить слишком много выхлопных газов.

Но в защите нуждается не только поршневая группа, но и сам турбокомпрессор. Представьте, что он уже «надул» много сжатого воздуха во впускной трубопровод, а водитель внезапно закрыл дроссель — ударившись в такое препятствие, сжатый воздух направится искать себе другую дорогу и обязательно найдёт её в противоположном направлении, где находится только что спрессовавшее его колесо компрессора. Возникающая в таком случае на крыльчатку нагрузка называется помпаж и воздействует на турбонагнетатель самым деструктивным образом. Для стравливания излишнего воздуха в районе впускного патрубка или интеркулера в систему встраивается ещё один перепускной клапан, который отправляет воздух обратно на впуск перед турбокомпрессором (тогда клапан называется байпасным) или в атмосферу (блоу-офф-клапан). Последняя разновидность «перепускников» как раз и порождает чихающие, свистящие и шипящие звуки тюнингованных автомобилей с турбонаддувом, которые можно услышать на улицах.

С понятием «турбоямы» не нужно путать понятие «турболаг». Если первое — это диапазон оборотов двигателя, где турбосистема не способна эффективно работать, то второе — время задержки системы в ответ на нажатие педали газа с целью получить генерируемую турбокомпрессором дополнительную мощность. Природа лага состоит в том, что дополнительный воздух необходимо всосать, сжать и прогнать по трубопроводу системы впуска до самой камеры сгорания. По конструктивным и компоновочным причинам весь впускной тракт иногда получается достаточно длинным, и на его прохождение воздуху требуется то самое время, которым измеряется задержка под названием «турболаг» Ещё одна проблема уже эксплуатационного характера заключается в том, что на малых оборотах поток газов слишком мал, чтобы раскрутить вал турбокомпрессора для создания сколько-нибудь существенного давления и получения дополнительной мощности — в народе такая ситуация называется «турбоямой». Поэтому конструкторы систем наддува тщательно подбирают размеры «холодной» и «горячей» крыльчаток в зависимости от объёма двигателя и желаемого характера тяги. Например, в спортивной Audi Sport quattro турбина имеет огромную горячую часть и небольшую холодную, поэтому, чтобы раскрутить такой нагнетатель, нужно выйти на высокие обороты (3500-4000 об/мин и выше), но зато потом следует очень резкий бескомпромиссный подхват. А в современном гражданском Mini Countryman (мы совсем недавно ездили на обновлённой модели) с небольшим моторчиком объёмом 1,6 литра нагнетатель маленький, но зато легко раскручивается с минимальных оборотов, что удобно в городских условиях.

Благодаря универсальности и простоте твинскролльные турбокомпрессоры получают всё большее распространение в легковом автомобилестроении Чтобы понизить порог наддува, когда турбина создаёт избыточное давление, и сократить зону турбоямы, создатели турбокомпрессоров используют различные конструктивные ухищрения. Самые распространённые из них — крыльчатка с изменяемой геометрией и твинскролльная горячая «улитка». TwinScroll предусматривает два параллельных, но разного размера и формы канала для выхлопных газов в едином корпусе улитки — газы в каждый из каналов попадают от своей группы цилиндров, но крутят единое турбинное колесо. Его лопатки выполнены таким образом, что одинаково эффективно воспринимают импульсы из обоих каналов.

Наибольшее распространение нагнетатели с изменяемой геометрией получили на дизельных моторах, в бензиновых агрегатах одними из первых массово подобную конструкцию применили создатели Porsche 911 Turbo предыдущего поколения 997 Из-за различной геометрии каналов и достигается хорошая тяга одновременно и на низких, и на средних и высоких оборотах, а отсутствие столкновения и завихрения потоков газов от разных групп цилиндров улучшает газодинамические свойства системы. Турбины же с изменяемой геометрией имеют специальные, приводимые актуатором, подвижные лопатки-заслонки, которые в разных положениях позволяют менять форму газового канала в горячей улитке (упрощённо — в разное время имитируют маленькую и большую турбину) и таким образом максимально эффективно в конкретный момент времени направлять на турбинное колесо поток выхлопных газов.

Принцип работы турбины с изменяемой геометрией можно изучить на примере дизельного нагнетателя компании Holset

В отличие от питающегося «бесплатными» выхлопными газами турбокомпрессора, механический нагнетатель приводится в движение энергией вращающегося коленвала. Соответственно, чтобы получить дополнительную мощность, двигатель сначала часть мощности отдаёт, поэтому КПД такого решения ниже. Но, тем не менее, производители не спешат отказываться от приводных нагнетателей, потому как они наделяют автомобиль моментальной тягой с самых низких оборотов — понятие турбоямы к приводным компрессорам практически неприменимо. Конструкция предусматривает ременную, цепную или реже передачу иного типа, которая вращает вал нагнетателя от коленвала мотора. Аналогично турбокомпрессору, нагнетатель прессует воздух и отправляет его под избыточным давлением во впускной коллектор. Наиболее похожий на турбокомпрессор вид приводного нагнетателя — центробежный. Он трамбует воздух аналогичным турбинным колесом, но приводится оно не выхлопными газами, а механически.

Механический нагнетатель типа Roots

Приводной винтовой компрессор типа Lysholm

Эта анимация компании Eaton – одного из ведущих производителей компрессоров Roots-типа — объясняет принцип работы такого нагнетателя Но самым первым компрессором, который применил в автомобилестроении Готлиб Даймлер, стал агрегат типа Roots, названный по имени своих создателей-братьев — изначально они разработали устройство для промышленных нужд. Такой нагнетатель представляет собой собранные в едином корпусе и находящиеся своими лопастями-кулачками в зацеплении два продолговатых ротора, которые своим вращением по направлению друг к другу захватывают и прокачивают воздух во впускной коллектор.

Третья разновидность компрессоров — винтовые типа Lysholm — перекачивают и сжимают воздух с помощью сверлообразных несимметричных роторов, которые находятся в зацеплении. Благодаря уменьшающимся по направлению к выходу из компрессора воздушным камерам между шнеками осуществляется внутреннее сжатие воздуха, что обеспечивает большую в сравнении с Roots-нагнетателями эффективность системы. Аналогично газотурбинным схемам, развиваемое механическими компрессорами давление регулируется с помощью клапанов или муфт.

Турбонагнетатель? Нет, это третья разновидность приводного компрессора, который в качестве нагнетающего элемента использует улитку с крыльчаткой внутри, как у классической газовой турбины

Как только системы наддува стали использоваться массово, инженеры стали думать над повышением их эффективности. Для борьбы с турбоямой, помимо вышеупомянутого твинскролльного наддува, используется схема с двумя последовательно дующими нагнетателями: это может быть маленькая турбина для низких оборотов в сочетании с большой для средних и высоких (так называемая архитектура твинтурбо; пример — Subaru Legacy в кузове BE/BH) или симбиоз приводного компрессора для низких оборотов и турбокомпрессора для средних и высоких. Последним прославилась компания Volkswagen со своим мотором 1.4 Twincharger, который обеспечивал плавный рост давления, но вместе с тем из-за сложности конструкции доставлял немало хлопот по части надёжности и обслуживания.

Это двигатель Volkswagen 1.4 TSI Twincharger. Разработчики умудрились скомпоновать в небольшой «четвёрке» механический нагнетатель (слева от блока цилиндров на изображении) и газовую турбину (справа от блока) Однако две турбины одного мотора не обязательно отличаются размерами и работают последовательно: во многих современных наддувных моторах цилиндры условно делятся на две группы, и каждая из них обслуживается своим собственным нагнетателем. Однако инженерные изыскания порой порождают и более экзотические варианты: например, в новом трёхлитровом супердизеле BMW (381 л.с./740 Н•м) — три турбины! На низких оборотах работает первая маленькая турбина с изменяемой геометрией, на средних оборотах в дело включается большой нагнетатель, а на высоких прокачивать воздух в цилиндры помогает третий небольшой турбокомпрессор. Результат — водитель трёхлитровой машины ощущает под капотом литров так пять, да ещё и как будто с механическим нагнетателем, практически без турбоямы и лага. Ещё одна схема, пока не нашедшая серийного применения — электрическая турбина в качестве помощника обычному газовому компрессору, мы упоминали о ней выше.

На этой анимации компании BMW представлена схема работы нагнетателей первого в мире легкового двигателя с тремя турбинами

Так как воздух в процессе прохождения через нагнетатель спрессовывается и соприкасается с горячими деталями агрегата, он нагревается и сам. Тёплый воздух имеет меньшую плотность, а порог разрушающей мотор детонации при использовании горячего воздуха становится ниже. Вот почему можно ощутить, что в жару автомобиль с наддувным двигателем «не едет» — в условиях недостатка воздуха (по сравнению с идеальными условиями) система управления двигателем готовит меньше горючей смеси, ограничивая до нужного соотношения и подачу топлива. Поэтому для охлаждения воздуха между нагнетателем и впускным коллектором в системах наддува предусмотрен промежуточный охладитель или, иными словами, интеркулер. Он представляет собой теплообменник (то есть радиатор), через который по пути в камеру сгорания проходит весь нагнетаемый воздух. По конструкции интеркулеры делятся на системы вида: «воздух-воздух» и «воздух-вода».

Двигатель Subaru с интеркулером верхнего расположения. Для большей эффективности на некоторых модификациях WRX STI для внутреннего рынка установлена система водяного орошения интеркулера. По нажатию кнопки в салоне кулер через установленные на нём форсунки омывается водой из находящегося в багажнике специального бака

Двигатель BMW с интеркулером фронтального расположения

Из-за заднемоторной компоновки интеркулеры Porsche 911 Turbo находятся по бокам в задних крыльях. Первые дешевле в производстве, легче и в целом компактнее, но менее эффективны и дают меньшую гибкость в компоновке моторного отсека. Охлаждение наддувного воздуха осуществляется в них посредством попадающего на рёбра интеркулера набегающего воздуха через воздухозаборники переднего бампера (фронтальное расположение, например, у Mitsubishi Lancer Evolution и вообще у большинства современных автомобилей) или капота (Subaru Impreza WRX, Toyota Caldina GT-T и прочие автомобили с «ноздрёй» над мотором). Интеркулер же типа «воздух-вода» остужает воздух с помощью циркулирующей по встроенному контуру жидкости, имеющей отдельно вынесенный радиатор охлаждения. Такая система обеспечивает меньшую длину впускного тракта, а значит, и меньший турболаг, а также позволяет более гибко выбирать месторасположение кулера. Среди её минусов — повышенная сложность и масса конструкции, а соответственно и цена такого решения.

Миф 1. Наддув снижает надёжность, турбины всё время ломаются Пожалуй, это миф номер один, и доля правды в нём есть. Это связано с тем, что двигатель с наддувом имеет более сложную конструкцию, больше деталей и сложнее в проектировании, а значит — при прочих равных, — шанс, что в нём что-то сломается, выше, чем в случае с атмосферником. Однако конструктивные просчёты случаются и в безнаддувных моторах, поэтому удачная модель турбодвигателя не уступит в надёжности другому такому же удачному атмосфернику. Конечно, внутренние нагрузки в наддувных моторах выше, но каждый двигатель проектируется инженерами с учётом этих особенностей, поэтому все необходимые детали турбо- или компрессорного мотора изначально усилены. Сам по себе нагнетатель достаточно надёжен, но вследствие неправильной эксплуатации или конструктивных просчётов может выйти из строя, как и любая другая деталь. Даже если это случилось, то специализированные сервисы способны отремонтировать агрегат: для большинства современных моделей выпускаются запасные части и ремкомплекты, а точные измерения, необходимые для ремонта нагнетателя, вполне доступны квалифицированным мастерам. Резюме по мифу номер один: нагнетатель не является каким-либо особенно слабым звеном наддувного двигателя, а если его поломка и произошла, этот узел вполне поддаётся восстановлению или замене.

Миф 2. Автомобиль с наддувом потребляет больше топлива Отчасти верно, но это касается, в основном, механических нагнетателей. Современные же турбированные двигатели создаются в основной своей массе именно с целью экономии топлива, так как в экономичном режиме вождения мотор с меньшим, чем у атмосферника сопоставимой мощности, рабочим объёмом потребляет меньше топлива, а в случае необходимости наддув даёт возможность распоряжаться существенной мощностью. Иными словами, много топлива расходуется только тогда, когда это действительно необходимо в соответствии с условиями движения. Повсеместный переход производителей на турбомоторы — лишнее тому подтверждение, ведь такое решение позволяет выпускать автомобили с более скромными показателями среднего расхода, а значит, и платить меньше обусловленных экологическим законодательством пошлин. Резюме по мифу номер два: современный автомобиль с турбонаддувом — это экономично.

Миф 3. Чем больше турбина, тем лучше Размер нагнетателя — понятие, которое невозможно описать каким-то одним параметром. Это всегда совокупность размеров деталей компрессора, которые определяют его характеристики и совместимость системы с конкретным двигателем. В случае с турбокомпрессором основными и определяющими являются размеры и форма холодной и горячей частей, а производительность механического нагнетателя определяется габаритами винтовых элементов и соотношением диаметров приводных шкивов. Простой пример: если заменить турбину на автомобиле гольф-класса на узел от более объёмного мотора, то производимых компактным двигателем выхлопных газов может не хватить для эффективного раскручивания турбинного колеса, а значит, и компрессорная «холодная» крыльчатка не создаст нужного давления в системе. Некоторые турбокомпрессоры большего размера всё-таки помогут существенно увеличить мощность небольшого мотора, но доступна она будет только в узком диапазоне высоких оборотов, что удобно для трассы, но оборачивается чудовищной турбоямой в городе. Резюме по мифу номер три: размер нагнетателя требует инженерных расчётов и должен соответствовать параметрам двигателя и планируемым условиям эксплуатации автомобиля.

Миф 4. Владеть автомобилем с наддувом хлопотнее, чем обычным В последние годы турбированные двигатели получили такое распространение, что далеко не все владельцы в курсе самого факта наличия нагнетателя под капотом. Разве владелице ярко-оранжевого Audi Q3 интересно, что шильдик TFSI на крышке багажника означает турбомотор? В эксплуатации современные автомобили с наддувом не требуют никаких особенных действий — нужно просто заливать соответствующее качественное топливо (не ниже 95 бензина в большинстве случаев и строго 98 для отдельных высокофорсированных моделей) и вовремя проходить регламентное обслуживание. Автомобили 10-20-летней давности с наддувными двигателями требовали более частого техобслуживания, однако сейчас у большинства производителей наддувные версии требуется загонять на сервис с той же регулярностью, что и атмосферные. Это стало возможным благодаря совершенствованию конструкции моторов, а также появлению новых видов масел. Старые автомобили с наддувными моторами также боялись резкого глушения после «отжига» — детали турбины продолжали в таком случае вращаться по инерции, а подача масла уже прекращалась, что вело к повышенному износу. Для защиты механизма либо применялось устройство под названием турбо-таймер, которое давало поработать двигателю минуту-другую и затем автоматически его глушило, либо водитель сам ждал пару минут, прежде чем остановить мотор после активной поездки. Современные двигатели ничего подобного не требуют, так как система смазки турбокомпрессора рассчитана на такие условия. К примеру, на турбомоторах Volkswagen предусмотрена отдельная помпа, которая прокачивает через нагнетатель холодный антифриз после выключения зажигания. Резюме по мифу номер четыре: следите за качеством топлива и вовремя посещайте сервис — и можете не вдаваться в детали конструкции. Впрочем, это справедливо для любого автомобиля.

Миф 5. Наддув включается и отключается на определённых оборотах Нагнетатель — это агрегат, который, как правило, всегда активен с самого момента запуска двигателя. Равно как с первым оборотом коленвала начинают вращаться приводящие механический компрессор шкивы, так даже на холостых оборотах мотор выделяет выхлопные газы, которые через горячую крыльчатку слегка вращают ось турбокомпрессора. Поэтому нагнетатель работает всегда, но вот быть эффективным начинает только с определённого момента. Порог, с которого нагнетатель создаёт избыточное давление, в каждой системе индивидуален, а рост давления может происходить быстро или медленно, но всегда относительно плавно. Резюме по мифу 5: нагнетатель не работает по принципу «вкл-выкл», а степень его участия в наполнении цилиндров воздухом зависит от оборотов двигателя. Исключение составляют системы, где присутствует более одного нагнетателя — в таких схемах обычно предусмотрено электронное управление потоками воздуха, и в зависимости от условий работы мотора специальные актуаторы и клапаны задействуют в нужный момент тот или иной компрессор.

В настоящее время наблюдается всеобщая тенденция перехода на твинскролльные турбонагнетатели вкупе с уменьшением рабочего объёма двигателей. Эта схема практически не имеет недостатков: такой турбокомпрессор выходит на рабочее давление уже на низких оборотах и успешно «дует» вплоть до высоких. Таким образом, он успешно заменяет приводной нагнетатель в деле обеспечения тяги с самых низов, но при этом имеет более высокий коэффициент полезного действия и все преимущества традиционной турбины. А ровный, без «турбоям» и ярких подхватов, характер тяги делает вождение автомобилей с такими двигателями простым занятием для самого широкого круга водителей. Иной раз даже мы, откатавшие сотни разных машин журналисты, не сразу можем распознать наличие под капотом турбины. Но и приводные нагнетатели не потеряли окончательно своей актуальности. Во-первых, верность им сохраняют производители, для которых беспощадная тяга с самых низов является фирменной чертой характера. Типичный пример — компания Jaguar, чей 5-литровый V8 с механическим нагнетателем своей тягой и звуком пленил немало водительских сердец. Хотя тенденция неумолима: даже компания-первопроходец в области легкового приводного наддува, Mercedes-Benz, в последние годы совершила резкий переход на более эффективную турбокомпрессорную схему.

Это турбодвигатель Maserati Quattroporte нового поколения, на котором мы поездили в прошлом году. Maserati делала наддувные моторы ещё в прошлом веке, и сейчас после некоторого периода атмосферников вновь вернулась к этой схеме в числе многих других производителей. А во-вторых, компрессоры хороши для использования в… гибридах! Когда нужно состыковать тягу двигателя внутреннего сгорания и электромотора, более прогнозируемым и легко настраиваемым нагнетателем по словам инженеров некоторых автомобильных компаний является всё же механический. Один из примеров — Porsche Panamera S E-Hybrid, который мы недавно протестировали вместе с электрокаром Tesla Model S, а о ещё одном примере такой схемы мы расскажем вам уже на следующей неделе. Наконец, уменьшение рабочего объёма двигателя. Именно широкое распространение нагнетателей дало возможность производителям сделать моторы более компактными, лёгкими, малообъёмными и не жертвовать при этом мощностью. Такая игра идёт на всех уровнях легкового автопрома: взять хотя бы моторчики Fiat MultiAir (0,9 л) или Ford EcoBoost (1,0 л) для компактов, ещё недавно смехотворный для гольф-класса объём в 1,2 литра (например, Volkswagen TSI), распространённую ныне формулу «два-ноль-турбо» для автомобилей среднего класса, наддувные трёхлитровые «шестёрки» для больших седанов бизнес-сегмента и турбированные V8, которые пришли на смену атмосферным монстрам V10 и V12 в суперкарах.

Наддув ДВС. Системы Наддува. Лекция №3

1. Лекция № 3 Наддув ДВС. Системы Наддува (1 час) Токсичность и дымность отработавших газов.

Шумоизлучение (1 час)

2. Системы наддува

Задача повышения мощности и крутящего момента двигателя была актуальна
всегда. Мощность двигателя напрямую связана с рабочим объемом цилиндров и
количеством подаваемой в них топливо-воздушной смеси. Т.е., чем больше в
цилиндрах сгорает топлива, тем более высокую мощность развивает силовой агрегат.
Однако самое простое решение — повысить мощность двигателя путем увеличения его
рабочего объема приводит к увеличению габаритов и массы конструкции. Количество
подаваемой рабочей смеси можно поднять за счет увеличения оборотов коленчатого
вала (другими словами, реализовать в цилиндрах за единицу времени большее число
рабочих циклов), но при этом возникнут серьезные проблемы, связанные с ростом
сил инерции и резким увеличением механических нагрузок на детали силового
агрегата, что приведет к снижению ресурса мотора. Наиболее действенным способом
в этой ситуации является наддув.
Представим себе такт впуска двигателя внутреннего сгорания: мотор в это время
работает как насос, к тому же весьма неэффективный — на пути воздуха находится
воздушный фильтр, изгибы впускных каналов, в бензиновых моторах — еще и
дроссельная заслонка. Все это, безусловно, снижает наполнение цилиндра. Ну а что
требуется, чтобы его повысить? Поднять давление перед впускным клапаном — тогда
воздуха в цилиндре «поместится» больше. При наддуве улучшается наполнение
цилиндров свежим зарядом, что позволяет сжигать в цилиндрах большее количество
топлива и получать за счет этого более высокую агрегатную мощность двигателя.

3. Классификация 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 ДВС 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.

4. 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.
Все виды механических нагнетателей можно подразделить на объемные («Рутс»,
«Лисхольм» и др.) и центробежные.

5. Нагнетатель 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.
Схема работы
нагнетателя типа
«Рутс»/«Итон»

6. Нагнетатель типа «Рутс»/«Итон»

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».
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.
Нагнетатель «TVS»

7. Нагнетатель типа «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.
Механический наддув c нагнетателем «Рутс»/«Итон»

8. 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.
Центробежный нагнетатель

9. Центробежный нагнетатель

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.

10. Нагнетатели типа «Лисхольм»

Винтовой нагнетатель или нагнетатель 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.
Схема нагнетателя типа «Лисхольм»

11. Нагнетатели 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.
Нагнетатель типа «Лисхольм»

12. Нагнетатели типа «Лисхольм»

13. 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.

14. Прочие типы нагнетателей

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.

15. Прочие типы нагнетателей

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).
Схема
шиберного
нагнетателя

16. Прочие типы нагнетателей

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.

17. Турбонаддув

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 (50100 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.
Схема турбонаддува

18. Турбонаддув

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.

19. Турбонаддув

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.

20. Турбонаддув

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».

21. Турбонаддув

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.

22. Турбонаддув

При установке на двигатель двух последовательных турбин (система «twin-turbo»)
максимальная производительность системы достигается за счет использования
разных турбонагнетателей на разных оборотах двигателя.

23. Турбонаддув

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.

24. 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.

25. Наддув «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.

26. Наддув «Comprex»

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.

27. Наддув «Comprex»

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.
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 компрекснаддувом до 1996 года, пока в июне 1997 года
он окончательно не был снят с программы
производства.

28. Наддув «Comprex»

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.

29. 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»
Она совмещает в одном устройстве
электрический и турбонагнетатель.

30. Электрический наддув

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.
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.
Система электрического наддува
«Audi».

31. Электрический наддув

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.
Система электрического наддува
«Audi».

32. 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

33. Резонансный наддув (инерционный 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.

34. Резонансный наддув (инерционный наддув)

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.

35. 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.

36. Динамический наддув (скоростной или пассивный наддув)

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
«Тюнинг». Впускной тракт
выведен вместо фары.

37. Динамический наддув (скоростной или пассивный 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.
«Инерционный» наддув

38. Характеристики агрегатов наддува

39. Характеристики агрегатов наддува

40. Промежуточное охлаждение воздуха и его значение

Интеркулер — промежуточный охладитель наддувочного воздуха, представляющий
собой теплообменник (воздуховоздушный, водовоздушный), чаще радиатор для
охлаждения наддувочного воздуха. В основном используется в двигателях с системой
турбонаддува.
Устройство предназначено для извлечения тепла из воздушного потока, который
нагревается при сжатии в компрессоре. Существует много критериев, которыми
руководствуются при создании интеркулера. Основные среди них — это
максимальный отвод тепла, минимальные потери давления наддува, увеличения
инерции
потока.

41. Методы регулирования систем наддува

В силу различия характеристик поршневых и лопаточных машин при увеличении
частоты вращения двигателя частота вращения ротора ТК возрастает в степени
1,3…1,5, а это приводит к получению недостаточной величины давления наддува на
малых частотах вращения и чрезмерно высокой на больших. В результате на малых
частотах вращения из-за недостатка воздуха снижается мощность, а у дизелей при
отсутствии антикорректора подачи топлива по давлению наддува ухудшается
экономичность и возрастают выбросы сажи. На высоких частотах вращения при
высоком давлении наддува из-за увеличения потерь на трение и газообмен также
ухудшается экономичность и возрастают максимальные давления сгорания, что может
привести к поломке двигателя. Кроме того, поскольку у транспортных двигателей ТК,
как правило, настраивается на промежуточную частоту вращения, на крайних частотах
вращения его КПД снижается, что дополнительно ухудшает экономичность на этих
режимах. потока.
Чтобы обеспечить более благоприятное изменение давления наддува и высокую
экономичность двигателя в широком диапазоне рабочих режимов, применяют
регулирование турбонаддува, при котором различными методами достигают
увеличения давления наддува на малых частотах вращения и (или) уменьшения на
больших. Желательно также уменьшать давление наддува на малых нагрузках.
Необходимость регулирования турбонаддува возрастает с увеличением номинальной
частоты вращения двигателя и степени его форсирования турбонаддувом.

42. Методы регулирования систем наддува

Регулирование может быть внешним и внутренним. Внешнее регулирование осуществляется
вне ТК. Это может быть дросселирование воздуха или газа на входе и выходе из компрессора и
турбины (позволяет ограничить давление наддува, но при этом заметно ухудшается
экономичность). Можно настраивать ТК на номинальный режим работы двигателя, а на малых
частотах вращения и нагрузках искусственно подкручивать ротор либо струей масла,
подающегося на специальную турбину, либо путем подачи топлива и воздуха в дополнительную
камеру сгорания перед турбиной (система «Гипербар»). На режимах работы двигателя, где
используются такие методы регулирования, ухудшается его экономичность. Применяется также
перепуск части воздуха после компрессора и части газа, минуя турбину. Последний способ
регулирования (рис. 13.2) применяется наиболее широко. Перепуск газа конструктивно прост,
надежен, не приводит к ухудшению экономичности двигателя на режимах, не требующих
регулирования (при закрытом перепускном клапане; рис. 13.3).
Методы внутреннего
Рис. 13.3. Схема перепуска газа: 1 – цилиндр;
2 – мембрана; 3 – пружина; 4 – перепускной
клапан; 5 – турбина; 6 – компрессор
регулирования
турбины:
а – поворотные
лопатки в диффузоре
компрессора и
направляющем
аппарате турбины;
б – подвод газа к
колесу по одному или
двум каналам;
в – поворотный диск с
язычком;
г – поворотные
заслонки на выходе из
входного патрубка

43. Токсичность и дымность отработавших газов.

Влияние нагрузки (а) и частоты вращения (б) на токсичность ОГ четырехтактных
двигателей

44. Шумность ДВС

Классификация источников шума двигателя внутреннего сгорания
ТПА- топливная аппаратура

Что такое наддув

Наддув двигателя (двс)

Задача повышения мощности и крутящего момента двигателя была актуальна всегда. Мощность двигателя напрямую связана с рабочим объемом цилиндров и количеством подаваемой в них топливо-воздушной смеси. Т.е., чем больше в цилиндрах сгорает топлива, тем более высокую мощность развивает силовой агрегат. Однако самое простое решение – повысить мощность двигателя путем увеличения его рабочего объема приводит к увеличению габаритов и массы конструкции.

Количество подаваемой рабочей смеси можно поднять за счет увеличения оборотов коленчатого вала (другими словами, реализовать в цилиндрах за единицу времени большее число рабочих циклов), но при этом возникнут серьезные проблемы, связанные с ростом сил инерции и резким увеличением механических нагрузок на детали силового агрегата, что приведет к снижению ресурса мотора. Наиболее действенным способом в этой ситуации является наддув.

Представим себе такт впуска двигателя внутреннего сгорания: мотор в это время работает как насос, к тому же весьма неэффективный – на пути воздуха находится воздушный фильтр, изгибы впускных каналов, в бензиновых моторах – еще и дроссельная заслонка. Все это, безусловно, снижает наполнение цилиндра. Ну а что требуется, чтобы его повысить? Поднять давление перед впускным клапаном – тогда воздуха в цилиндре “поместится” больше. При наддуве улучшается наполнение цилиндров свежим зарядом, что позволяет сжигать в цилиндрах большее количество топлива и получать за счет этого более высокую агрегатную мощность двигателя.

В ДВС применяют три типа наддува:

• резонансный –при котором используется кинетическая энергия объема воздуха во впускных коллекторах (нагнетатель в этом случае не нужен)
• механический – в этом варианте компрессор приводится во вращение ремнем от двигателя
• газотурбинный (или турбонаддув) – турбина приводится в движение потоком отработавших газов.

У каждого способа свои преимущества и недостатки, определяющие область применения.

Содержание статьи

Резонансный наддув

Настраиваемый впускной коллектор

Как уже отмечалось в начале статьи, для лучшего наполнения цилиндра следует поднять давление перед впускным клапаном. Между тем повышенное давление необходимо вовсе не постоянно – достаточно, чтобы оно поднялось в момент закрытия клапана и «догрузило» цилиндр дополнительной порцией воздуха. Для кратковременного повышения давления вполне подойдет волна сжатия, «гуляющая» по впускному трубопроводу при работе мотора. Достаточно лишь рассчитать длину самого трубопровода, чтобы волна, несколько раз отразившись от его концов, пришла к клапану в нужный момент.

Теория 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. При коротком впускном коллекторе мотор лучше работает на высоких оборотах , при низких оборотах более эффективен длинный впускной тракт. Переменные длины впускных трубопроводов можно создать двумя способами: или путем подключения резонансной камеры, или через переключение на нужный впускной канал или его подключение. Последний вариант называют еще динамическим наддувом. Как резонансный, так и динамический наддув могут ускорить течение впускного столба воздуха.

Эффекты наддува, создаваемые 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. Для полноты картины отметим, что существует еще инерционный наддув, при котором основным фактором создания избыточного давления перед клапаном является скоростной напор потока во впускном трубопроводе. Дает незначительную прибавку мощности при высоких (больше 140 км/ч) скоростях движения. Используется в основном на мотоциклах.

Механический наддув

Механические нагнетатели (по англ. supercharger) позволяют довольно простым способом существенно поднять мощность мотора.
Имея привод непосредственно от коленчатого вала двигателя, компрессор способен закачивать воздух в цилиндры при минимальных оборотах без задержки увеличивать давление наддува строго пропорционально оборотам мотора. Но у них есть и недостатки. Они снижают КПД ДВС, так как на их привод расходуется часть мощности, вырабатываемой силовым агрегатом. Системы механического наддува занимают больше места, требуют специального привода (зубчатый ремень или шестеренчатый привод) и издают повышенный шум.

Механические нагнетатели

Существует два вида механических нагнетателей: объемные и центробежные.

Типичными представителемя объемных нагнетателей являются нагнетатель Roots и компрессор Lysholm.

Конструкция Roots напоминает масляный шестеренчатый насос. Два ротора вращаются в противоположные стороны внутри овального корпуса. Оси роторов связаны между собой шестернями. Особенность такой конструкции в том, что воздух сжимается не в нагнетателе, а снаружи – в трубопроводе, попадая в пространство между корпусом и роторами. Основной недостаток – в ограниченном значении наддува. Как бы безупречно ни были подогнаны детали нагнетателя, при достижении определенного давления воздух начинает просачиваться назад, снижая КПД системы. Способов борьбы немного: увеличить скорость вращения роторов либо сделать нагнетатель двух- и даже трехступенчатым.

Таким образом можно повысить итоговые значения до приемлемого уровня, однако многоступенчатые конструкции лишены своего главного достоинства – компактности. Еще одним минусом является неравномерное нагнетание на выходе, ведь воздух подается порциями. В современных конструкциях применяются трехзубчатые роторы спиральной формы, а впускное и выпускное окна имеют треугольную форму. Благодаря этим ухищрениям нагнетатели объемного типа практически избавились от пульсирующего эффекта. Невысокие скорости вращения роторов, а следовательно, долговечность конструкции вкупе с низким шумом привели к тому, что ими щедро оснащают свою продукцию такие именитые бренды, как DaimlerChrysler, Ford и General Motors.

Объемные нагнетатели поднимают кривые мощности и крутящего момента, не изменяя их формы. Они эффективны уже на малых и средних оборотах, а это наилучшим образом сказывается на динамике разгона. Проблема лишь в том, что подобные системы очень прихотливы в изготовлении и установке, а значит, довольно дороги.

Еще один способ нагнетать во впускной коллектор воздух под избыточным давлением в свое время предложил инженер Лисхольм (Lysholm). Его детище окрестили винтовым нагнетателем, или «double screw» (двойной винт). Конструкция наддува Лисхольма чем-то напоминает обычную мясорубку.
Внутри корпуса установлены два взаимодополняющих винтовых насоса (шнека). Вращаясь в разные стороны, они захватывают порцию воздуха, сжимают и загоняют ее в цилиндры. Характерна такая система внутренним сжатием и минимальными потерями, благодаря точно выверенным зазорам.
Кроме того, винтовые наддувы эффективны практически во всем диапазоне оборотов двигателя, бесшумны, очень компактны, но чрезвычайно дороги из-за сложности в изготовлении. Однако ими не брезгуют такие именитые тюнинг-ателье, как AMG или Kleemann.

Механический наддув

Центробежные нагнетатели по конструкции напоминают турбонаддув. Избыточное давление во впускном коллекторе также создает компрессорное колесо (крыльчатка). Его радиальные лопасти захватывают и отбрасывают воздух в окружной тоннель при помощи центробежной силы. Отличие от турбонаддува лишь в приводе. Центробежные нагнетатели страдают аналогичным, хотя и менее заметным инерционным пороком, но есть и еще одна важная особенность. Фактически величина производимого давления пропорциональна квадрату скорости компрессорного колеса.

Проще говоря, вращаться оно должно очень быстро, чтобы надуть в цилиндры необходимый воздушный заряд, порой в десятки раз превышая обороты двигателя. Эффективен центробежный нагнетатель на высоких оборотах. Механические «центробежники» не так капризны в обслуживании и долговечнее газодинамических собратьев, поскольку работают при менее экстремальных температурах. Неприхотливость, а следовательно, и дешевизна конструкции снискали им популярность в сфере любительского тюнинга.

Интеркулер

Схема управления механическим нагнетателем довольно проста. При полной нагрузке заслонка перепускного трубопровода закрыта, а дроссельная открыта — весь поток воздуха поступает в двигатель. При работе с частичной нагрузкой дроссельная заслонка закрывается, а заслонка трубопровода открывается — избыток воздуха возвращается на вход нагнетателя. Входящий в схему охладитель наддувочного воздуха (Intercooler) является почти непременной составной частью не только механических, но и газотурбинных систем наддува.

При сжатии в компрессоре (либо в нагнетателе) воздух нагревается, в результате чего его плотность уменьшается. Это приводит к тому, что в рабочем объеме цилиндра воздуха, а, следовательно, и кислорода, по массе помещается меньше, чем могло бы поместиться при отсутствии нагревания. Поэтому сжатый воздух перед подачей его в цилиндры двигателя предварительно охлаждается в интеркулере. По своей конструкции это обычный радиатор, который охлаждается либо потоком набегающего воздуха, либо охлаждающей жидкостью. Понижение температуры наддувочного воздуха на 10 градусов позволяет увеличить его плотность примерно на 3%. Это, в свою очередь, позволяет увеличить мощность двигателя примерно на такой же процент.

Газотурбинный наддув

Турбокомпрессор

Более широко на современных автомобильных двигателях применяются турбокомпрессоры. По сути, это тот же центробежный компрессор, но с другой схемой привода. Это самое важное, можно сказать, принципиальное отличие механических нагнетателей от “турбо”. Именно схема привода в значительной мере определяет характеристики и области применения тех или иных конструкций. У турбокомпрессора крыльчатка-нагнетатель сидит на одном валу с крыльчаткой-турбиной, которая встроена в выпускной коллектор двигателя и приводится во вращение отработавшими газами. Частота вращения может превышать 200.000 об./мин. Прямой связи с коленвалом двигателя нет, и управление подачей воздуха осуществляется за счёт давления отработавших газов.

К достоинствам турбонаддува относят: повышение КПД и экономичности мотора (механический привод отбирает мощность у двигателя, этот же использует энергию отработавших газов, следовательно, КПД увеличивает). Не следует путать удельную и общую экономичность мотора. Естественно, для работы двигателя, мощность которого возросла за счет применения турбонаддува, требуется больше топлива, чем для аналогичного безнаддувного мотора меньшей мощности. Ведь наполнение цилиндров воздухом улучшают, как мы помним, для того, чтобы сжечь в них большее количество топлива. Но массовая доля топлива, приходящаяся на единицу мощности в час у двигателя, оснащенного ТК, всегда ниже, чем у схожего по конструкции силового агрегата, лишенного наддува.

Турбонаддув дает возможность достичь заданных характеристик силового агрегата при меньших габаритах и массе, чем в случае применения “атмосферного” двигателя. Кроме того, у турбодвигателя лучше экологические показатели. Наддув камеры сгорания приводит к снижению температуры и, следовательно, уменьшению образования оксидов азота. В бензиновых двигателях наддувом добиваются более полного сгорания топлива, особенно на переходных режимах работы. В дизелях дополнительная подача воздуха позволяет отодвинуть границу возникновения дымности, т. е. бороться с выбросами частиц сажи.

Дизели существенно лучше приспособлены к наддуву вообще, и к турбонаддуву в частности. В отличие от бензиновых моторов, в которых давление наддува ограничивается опасностью возникновения детонации, им такое явление неведомо. Дизель можно наддувать вплоть до достижения предельных механических нагрузок в его механизмах. К тому же отсутствие дросселирования воздуха на впуске и высокая степень сжатия обеспечивают большее давление отработавших газов и их меньшую температуру в сравнении с бензиновыми моторами. В общем, как раз то, что нужно для применения турбокомпрессора. Турбокомпрессоры более просты в изготовлении, что окупает ряд присущих им недостатков.

VNT турбокомпрессор

При низкой частоте вращения двигателя количество отработавших газов невелико, соответственно, эффективность работы компрессора невысока. Кроме того, турбонаддувный двигатель, как правило, имеет т. н. «турбояму» (по-английски “turbo-lag”) — замедленный отклик на увеличение подачи топлива. Вам нужно резко ускориться — вдавливаете педаль газа в пол, а двигатель некоторое время «думает» и лишь потом подхватывает. Объяснение простое — требуется время, пока мотор наберет обороты, увеличится давление выхлопных газов, раскрутится турбина, с ней крыльчатка нагнетателя – и наконец, “пойдет” воздух. Избавиться от указанных недостатков конструкторы пытаются разными способами. В первую очередь, снижением массы вращающихся деталей турбины и компрессора. Ротор современного турбокомпрессора настолько мал, что легко умещается на ладони.

Снижение массы достигается не только конструкцией ротора, но и выбором для него соответствующих материалов. Основная сложность при этом- высокая температура отработавших газов. Металлокерамический ротор турбины примерно на 20% легче изготовленного из жаростойких сплавов, да к тому же обладает меньшим моментом инерции. До последнего времени срок службы всего агрегата ограничивала долговечность подшипников. По сути, это были вкладыши, подобные вкладышам коленчатого вала, которые смазывались маслом под давлением. Износ таких подшипников скольжения был, конечно, велик, однако шариковые не выдерживали огромной частоты вращения и высоких температур. Выход нашли когда удалось разработать подшипники с керамическими шариками. Однако достойно удивления не применение керамики – подшипники заполнены постоянным запасом пластичной смазки, то есть канал от штатной масляной системы двигателя уже не нужен!

Избавиться от недостатков турбокомпрессора позволяет не только уменьшение инерционности ротора, но и применение дополнительных, иногда довольно сложных схем управления давлением наддува. Основные задачи при этом — уменьшение давления при высоких оборотах двигателя и повышение его при низких. Полностью решить все проблемы можно использованием турбины с изменяемой геометрией (Variable Nozzle Turbine), например, с подвижными (поворотными) лопатками , параметры которой можно менять в широких пределах.

Принцип действия VNT турбокомпрессора заключается в оптимизации потока выхлопных газов, направляемых на крыльчатку турбины. На низких оборотах двигателя и малом количестве выхлопных газов VNT турбокомпрессор направляет весь поток выхлопных газов на колесо турбины, тем самым увеличивая ее мощность и давление наддува. При высоких оборотах и высоком уровне газового потока турбокомпрессор VNT располагает подвижные лопатки в открытом положении, увеличивая площадь сечения и отводя часть выхлопных газов от крыльчатки, защищая себя от превышения оборотов и поддерживая давление наддува на необходимом двигателю уровне, исключая перенаддув.

Комбинированные системы

Двухступенчатый наддув

Помимо одиночных систем наддува сейчас часто встречается и двухступенчатый наддув. Первая ступень — приводной компрессор — обеспечивает эффективный наддув на малых оборотах ДВС, а вторая — турбонагнетатель — утилизирует энергию выхлопных газов. После достижения силовым агрегатом достаточных для нормальной работы турбины оборотов, компрессор автоматически выключается, а при их падении вновь вступает в действие.

Ряд производителей устанавливают на свои моторы сразу два турбокомпрессора. Такие системы называют «битурбо» или «твинтурбо». Принципиальной разницы в них нет, за одним лишь исключением. «Битурбо» подразумевает использование разных по диаметру, а следовательно и производительности, турбин. Причем алгоритм их включения может быть как параллельным, так и последовательным (секвентальным). На низких оборотах быстро раскручивается и вступает в работу турбонаддув маленького диаметра, на средних к нему подключается «старший брат».

Таким образом, выравнивается разгонная характеристика автомобиля. Система дорогостоящая, поэтому ее можно встретить на престижных автомобилях, например Maserati или Aston Martin. Основная задача «твинтурбо» заключается не в сглаживании «турбоямы», а в достижении максимальной производительности. При этом используются две одинаковые турбины. Устанавливаются «твин-» и «битурбо» как на V-образные блоки, так и на рядные моторы. Варианты подключения турбин также идентичны системе «битурбо». В чем же смысл? Дело в том, что производительность турбины напрямую зависит от двух ее параметров: диаметра и скорости вращения. Оба показателя весьма капризны. Увеличение диаметра приводит к повышению инерционности и, как следствие, к пресловутой «турбояме». Скорость же турбины ограничивается допустимыми нагрузками на материалы. Поэтому две скромные и менее инерционные турбины могут оказаться эффективнее одной большой.

Рекомендации

Во-первых, вовремя меняйте масло и масляный фильтр. Во-вторых, используйте только масло, предназначенное для двигателей, оборудованных турбонаддувом, которое изначально рассчитано на более высокие температуры, чем обычное. Но в дороге всякое может случиться, и если вам пришлось залить неизвестное масло, то не гоните, двигайтесь потихоньку. Двигатель это масло переживет, а вот турбонаддув — не обязательно. Приехав домой, сразу же смените масло и масляный фильтр.

И, наконец, третье, самое главное условие нормальной работы турбонаддува. В жизни турбины есть два самых ответственных момента: запуск двигателя и его остановка. При запуске холодного двигателя масло в нем имеет высокую вязкость, оно с трудом прокачивается по зазорам; еще не установились тепловые зазоры; нагрев разных деталей компрессора, а следовательно, и тепловое расширение, идут с разной скоростью. Поэтому не спешите, дайте двигателю прогреться.

Если вам надо остановиться, никогда не глушите двигатель сразу. В зависимости от режима езды дайте ему поработать на холостом ходу 2-5 минут (зимой можно дольше). За это время вал турбины снизит обороты до минимальных, а детали, непосредственно соприкасающиеся с выхлопными газами, плавно остынут. В этой ситуации значительно облегчает жизнь турбо-таймер. Он проследит за тем, чтобы разгоряченный двигатель автомобиля поработал несколько минут на холостом ходу, остужая элементы турбонаддува, даже если владелец уже покинул и закрыл своё авто. Впрочем, подобную функцию имеют и многие охранные сигнализации.

Системы наддува двигателя

С момента появления двигателя внутреннего сгорания перед конструкторами появилась задача повышения его мощности. А это возможно только одним путем – увеличением количества сгораемого топлива.

Способы повышения мощности двигателя

Для решения этой проблемы использовалось два метода, один из которых – повышение объема камер сгорания. Но в условиях постоянно ужесточающийся экологических требований к силовым агрегатам автомобилей этот метод повышения мощности сейчас практически не используется, хотя раннее он был приоритетным.

Второй метод повышения мощности сводится к принудительному увеличению количества горючей смеси. В результате этого даже на малообъемных силовых установках удается существенно повысить эксплуатационные показатели.

Если с увеличением количества подаваемого в цилиндры топлива проблем не возникает (система его подачи легко регулируется под требуемые условия), то с воздухом не все так просто. Силовая установка самостоятельно его закачивает за счет разрежения в цилиндрах и повлиять на объем закачки невозможно. А поскольку для максимально эффективного сгорания в цилиндрах должна создаваться топливовоздушная смесь с определенным соотношением, то увеличение только одного количества топлива никакого прироста мощности не дает, а наоборот – повышается расход, а мощность падает.

Выходом из ситуации является принудительная накачка воздуха в цилиндры, так называемый наддув двигателя. Отметим, что первые устройства, нагнетающие воздух в камеры сгорания, появились практически с момента появления самого двигателя внутреннего сгорания, но долгое время их на автотранспорте не использовали. Зато наддувы достаточно широко использовались в авиации и на кораблях.

Виды по способу создания давления

Наддув двигателя – задумка теоретически простая. Суть ее сводится к тому, что принудительная закачка позволяет существенно увеличить количество воздуха в цилиндрах по сравнению с объемом, который засасывает сам мотор, соответственно, и топлива подать можно больше. В результате удается повысить мощность силовой установки без изменения объема камер сгорания

Но это в теории все просто, на практике же возникает множество трудностей. Основная проблема сводится к определению, какая конструкция наддува является самой эффективной и надежной.

В целом разработано три типа нагнетателей, различающихся по способу нагнетания воздуха:

1. Roots
2. Lysholm (механический нагнетатель)
3. Центробежный (турбина)

Каждый из них имеет свои конструктивные особенности, достоинства и недостатки.

Roots

Нагнетатель типа Roots изначально был представлен в виде обычного шестеренчатого насоса (что-то схожее с масляным насосом), но со временем конструкция этого наддува сильно изменилась. В современном нагнетателе Roots шестеренки заменены на два ротора, вращающихся разнонаправлено, и установленных в корпусе. Вместо зубьев на роторах сделаны лопастные кулачки, которыми происходит зацепление роторов между собой.

Главной особенностью наддува Roots является способ нагнетания. Давление воздуха создается не в корпусе, а на выходе из него. По сути, лопасти роторов просто захватывают воздух и выталкивают его в выходной канал, ведущий к впускному коллектору.

Устройство и работа нагнетателя Roots

Но у такого нагнетателя есть несколько существенных недостатков – создаваемое им давление ограничено, при этом еще присутствует пульсация воздуха. Но если второй недостаток конструкторы смогли преодолеть (путем придания роторам и выходным каналам особой формы), то проблема ограничения создаваемого давления более серьезна – либо приходится увеличивать скорость вращения роторов, что негативно сказывается на ресурсе нагнетателя, либо создавать несколько ступеней нагнетания, из-за чего устройство становится очень сложным по конструкции.

Lysholm

Наддув двигателя типа Lysholm конструктивно схож с Roots, но у него вместо роторов используются спиралевидные шнеки (как в мясорубке). В такой конструкции создание давления происходит уже в самом нагнетателе, а не на выходе. Суть проста – воздух захватывается шнеками, сжимается в процессе транспортировки шнеками от входного канала на выходной и затем выталкивается. За счет спиралевидной формы процесс подачи воздуха идет непрерывно, поэтому никакой пульсации нет. Такой нагнетатель обеспечивает создание большего давления, чем конструкция Roots, работает бесшумно и на всех режимах мотора.

Нагнетатель типа Lysholm, другое название — винтовой.

Основным недостатком этого наддува является высокая стоимость изготовления.

Центробежный тип

Центробежные нагнетатели – самый сейчас распространенный тип устройства. Он конструктивно проще, чем первые два типа, поскольку рабочий элемент у него один – компрессионное колесо (обычная крыльчатка). Установленная в корпусе эта крыльчатка захватывает воздух входного канала и выталкивает его в выходной.

Центробежный нагнетатель с газотурбинным приводом

Особенность работы этого нагнетателя сводится к тому, что для создания требуемого давления необходимо, чтобы турбинное колесо вращалось с очень большой скоростью. А это в свою очередь сказывается на ресурсе.

Типы привода, их достоинства и недостатки

Вторая проблема – привод нагнетателя, а он может быть:

1. Механическим
2. Газотурбинным
3. Электрическим

В механическом приводе в действие нагнетатель приводится от коленчатого вала посредством ременной, реже – цепной, передачи. Такой тип привода хорош тем, что наддув начинает работать сразу после запуска силовой установки.

Но у него есть существенный недостаток – этот тип привода «забирает» часть мощности мотора. В результате получается замкнутый круг – нагнетатель повышает мощность, но сразу же ее и отбирает. Использоваться механический привод может со всеми типами наддувов.

Газотурбинный привод сейчас пока является самым оптимальным. В нем нагнетатель приводится в действие за счет энергии сгоревших газов. Этот тип привода используется только с центробежным наддувом. Нагнетатель с таким типом привода получил название турбонаддува.

Чтобы использовать энергию отработанных газов конструкторы, по сути, просто взяли два центробежных нагнетателя и соединили их крыльчатки одной осью. Далее один нагнетатель подсоединили к выпускному коллектору. Выхлопные газы, на выходе из цилиндров двигаются с высокой скоростью, попадают в нагнетатель и раскручивают крыльчатку (она получила название турбинное колесо). А поскольку она соединена с крыльчаткой (компрессорным колесом) второго нагнетателя, то он начинает выполнять требуемую задачу – нагнетать воздух.

Турбонаддув хорош тем, что не оказывает влияние на мощность двигателя. Но у него есть недостаток, причем существенный – на малых оборотах двигателя он из-за небольшого количества выхлопных газов не способен эффективно нагнетать воздух, он эффективен только на высоких оборотах. К тому же в турбонаддуве присутствует такой эффект как «турбояма».

Суть этого эффекта сводится к тому, что турбонаддув не обеспечивает мгновенную реакцию на действия водителя. При резком изменении режима работы двигателя, к примеру, при разгоне, на первом этапе энергии выхлопных газов недостаточно, чтобы наддув закачал требуемое количество воздуха, нужно время, чтобы в цилиндрах прошли процессы и повысилось количество отработанных газов. В результате при резком нажатии на педаль, машина «тупит» и не разгоняется, но как только наддув наберет обороты, авто начинает активно ускоряться – «выстреливает».

Есть и еще один не очень приятный эффект – «турболаг». У него суть примерно та же, что и у «турбоямы», но природа у него несколько другая. Сводится она к тому, что наддув обладает запоздалой реакцией на действия водителя. Обусловлена она тем, что нагнетателю требуется время захватить, закачать воздух и подать его в цилиндры.

Показательные графики эффектов «турбояма» и «турболаг» в зависимости от мощности

«Турбояма» появляется только в нагнетателях, работающих от энергии выхлопных газов, в устройствах же с механических приводом ее нет, поскольку производительность наддува пропорциональна оборотам двигателя. А вот «турболаг» присутствует во всех типах нагнетателей.

В современных автомобилях начинают внедрять электрические приводы наддува, но они только зарождаются. Пока их используют, как дополнительный механизм, для исключения «турбоямы» в работе турбонаддува. Не исключено что вскоре и появится разработка которая заменит привычные нам нагнетатели.

Электронагнетатель от фирмы Valeo

Для их эффективной работы необходимо более высокое напряжение, поэтому используется вторая сеть со своим аккумулятором на 48 вольт. Концерн Audi вообще планирует перевести все оборудование на повышенное напряжение – 48 вольт, так как увеличивается количество электронных систем и соответственно нагрузка на сеть автомобиля. Возможно в будущем все автопроизводители перейдут на повышенное напряжение бортовой сети.

Иные проблемы

Помимо способа нагнетания и типа привода существует еще немало вопросов, которые успешно решились или решаются конструкторами.

К ним относится:

• нагрев воздуха при сжатии;
• «турбояма»;
• эффективная работа нагнетателя на всех режимах.

Во время нагнетания воздух сильно нагревается, что приводит к снижению его плотности, а это в свою очередь сказывается на детонационном пороге топливовоздушной смеси. Устранить эту проблему удалось путем установки интеркулера – радиатора охлаждения воздуха. Причем осуществлять охлаждение этот узел может разными способами – потоком встречного воздуха или за счет жидкостной системы охлаждения.

Варианты исполнения систем наддува

Но установка интеркулера породила другую проблему – увеличение «турболага». Из-за радиатора общая длина воздуховода от нагнетателя к впускному коллектору существенно увеличилась, а это повлияло на время нагнетания.

Проблема с «турбоямой» автопроизводителями решается по-разному. Одни снижают массу составных элементов, другие используют технологию изменяемой геометрии турбопривода. При первом варианте решения проблемы, снижение массы крыльчаток приводит к тому, что для раскручивания наддува требуется меньше энергии. Это позволяет нагнетателю раньше вступить в работу и обеспечить давление воздуха даже при незначительных оборотах двигателя.

Что касается геометрии, то за счет использования специальных крыльчаток с приводом от актуатора, установленных в корпусе турбинного колеса удается осуществлять перенаправление потока отработанных газов в зависимости от режима работы мотора.

Повышение эффективности работы нагнетателя на всех режимах работы некоторые производители решают путем установки двух, а то и трех нагнетателей. И здесь уже каждая автокомпания поступает по-разному. Одни устанавливают два турбонаддува, но разных размеров. «Малый» нагнетатель отрабатывает на небольших оборотах мотора, снижая эффект «турбоямы», а при увеличении оборотов в работу включается «большой» наддув. Другие же автопроизводители применяют комбинированную схему, в которой за малые обороты «отвечает» нагнетатель с механическим приводом, что вовсе устраняет «турбояму», а на высоких оборотах задействуется уже турбонаддув.

Напоследок отметим, что выше указаны только одни из основных проблем, связанных с принудительной подачей воздуха в цилиндры, в действительности их больше. К ним можно отнести передув и помпаж.

Увеличение мощности нагнетателем, по сути, ограничено только одним фактором — прочнотью составных элементов силовой установки. То есть, мощностные характеристики можно увеличивать только до определенного уровня, превышение которого приведет к разрушению узлов мотора. Это превышение и называется передувом. Чтобы он не произошел, система принудительного нагнетания воздуха оснащается клапанами и каналами, которые предотвращают раскручивание крыльчатки выше установленных оборотов, получается, что производительность наддува имеет граничную отметку. Дополнительно при достижении определенных условий ЭБУ системы питания корректирует количество подаваемого в цилиндры топлива.

Помпаж можно охарактеризовать как «обратное движение воздуха». Возникает эффект при резком переходе с высоких оборотов на низкие. В итоге, нагненататель уже накачал воздух в большом количестве, но из-за снижения оборотов он становиться невостребованным, поэтому он начинает возвращаться к наддуву, что может стать причиной его поломки.

Клапан blow-off

Проблема помпажа решена использованием обходных каналов (байпас), по которым сжатый не расходованный воздух перекачивается на входной канал перед нагнетателем, тем самым он смягчает, но не устраняет, нагрузки при помпаже. Второй системой которая полностью решает проблему помпажа, является установка перепускного клапана или blow-off, который при необходимости сбрасывает воздух в атмосферу.

Установка нагнетателей воздуха на силовые установки пока является самым оптимальным способом повышения мощности.

Избыточное давление. Всё про наддув

Наддув — самый доступный и простой способ увеличить мощность двигателя внутреннего сгорания. Теория проста: чтобы выросла отдача, нужно сжечь как можно больше топлива. Но для его горения необходим ещё и воздух. И если «налить» в цилиндры сколько угодно топлива проще простого (качай себе и качай мощным насосом), то с воздухом дело обстоит сложнее — для него тоже нужен своеобразный насос. И роль такого агрегата в двигателях играют нагнетатели. Вне зависимости от его типа, оснащённый наддувом двигатель обладает большей мощностью и крутящим моментом, чем аналогичный атмосферник. Почему это возможно, какие существуют конструкции и какие побочные эффекты имеет наддув? Рассказываем в нашей справке по современным системам.

История наддува

Впервые техническая идея загнать в автомобильный двигатель больше воздуха с помощью энергии вращения коленвала пришла в голову Готтлибу Даймлеру в 1885 году, а в 1905 году швейцарец Альфред Бюхи получил патент на аналогичную систему, работающую уже от энергии выхлопных газов. Но до реализации этих решений в автомобилях прошло некоторое время — первый серийный легковой автомобиль «наддули» с помощью приводного нагнетателя в 1921 году — им стал Mercedes-Benz. Турбонагнетатели же стали получать распространение в авиационных двигателях 1920-х годов, так как там было особенно важно справляться с потерей мощности по мере набора высоты, где плотность воздуха становится меньше. Вскоре газовые нагнетатели нашли своё применение и в грузоперевозках — прибавка в крутящем моменте оказалась для дизелей судов и локомотивов очень кстати. Первой легковушкой с турбонагнетателем под капотом стало купе-хардтоп Oldsmobile Jetfire с 215-сильным V8.

Точно такой же мотор Oldsmobile без турбины выдавал в то время 155-195 сил в зависимости от степени форсировки. Но важнее другое: тяга даже 195-сильного атмосферника ограничивалась 300 Н·м, тогда как турбокупе выдавало все 410. Если у атмосферных моторов существует практически прямая зависимость между объёмом камеры сгорания и максимальным крутящим моментом, то наддувные агрегаты такого недостатка лишены — по-разному конфигурируя систему, инженеры могут добиваться очень впечатляющей прибавки тяги при неизменном объёме

Вскоре турбина появилась и на Chevrolet Corvair Corsa (расположенный сзади 6-цилиндровый оппозитник воздушного охлаждения с наддувом был лишь одним из необычных технических решений этой экзотической машины), а после подоспели и европейцы в лице Porsche (911 Turbo в 1975 году) и Saab (99 Turbo 1978 года). А вот с наддувным дизельным седаном всех опередил производитель из Старого Света — в 1978 году появилась версия 300SD лимузина Mercedes-Benz W116. Вскоре дизельные автомобили приобрели в Европе огромную популярность, а турбонаддув стал неотъемлемой частью конструкции легкового дизеля. Существуют и грузовые дизели с приводными нагнетателями, но по ряду технологических причин эта схема не получила широкого распространения в автомобилестроении.

Какие существуют виды наддува

Избыточное давление, которое создаёт нагнетатель, потому так и называется, что оно больше окружающего нас атмосферного. Иногда давление наддува указывается в абсолютных величинах: в таком случае рабочее пиковое давление системы в 1,6 бара будет означать 0,6 бара избытка. Чаще всего в разговорах и литературе упоминается именно значение избытка. На фотографии монитор Subaru Forester (читайте соответствующий тест-драйв) показывает давление избытка: поскольку на холостых оборотах в камере сгорания разрежение, то давление меньше атмосферного, и на дисплее указано отрицательное значение

К механическим видам наддува (обычно под наддувом понимаются именно механические схемы) относят приводной компрессор и турбокомпрессор. Приводной нагнетатель, как правило, располагается вдоль блока рядного двигателя или в развале V-образного блока и приводится от коленвала с помощью ременной передачи, прессуя воздух парой винтовых роторов или крыльчаткой. Турбина же приводится в действие вылетающими из цилиндров в коллектор под большим давлением выхлопными газами и утрамбовывает воздух на впуске крыльчаткой. Обычно турбина находится сразу за выпускным коллектором или непосредственно интегрирована в него — как, например, в современных моторах группы Volkswagen.

На оборотах двигателя выше 3500 в бампере Porsche Panamera GTS открываются боковые воздуховоды, и двигатель получает больше воздуха. А на высоких скоростях благодаря рассчитанной форме и сечению патрубков во впускной системе создаётся эффект увеличенного давления воздуха, что позволяет считать такую систему разновидностью наддува

Отдельно можно выделить эксперименты производителей с электротурбинами. Они не отбирают мощность у двигателя и лишены газовой турбоямы, так как колесо компрессора вращает электромотор. Впрочем, к этой схеме у производителей до сих пор остаётся немало вопросов, и подробнее об этом можно прочитать в нашем материале Audi завтрашнего дня. Кроме механического, существует ещё безагрегатный наддув. Так называют повышение давления на впуске с помощью сочетания скорости движения и особой формы и размеров впускных патрубков. Избыточное давление такого типа является мерой дополнительного форсирования преимущественно спортивных атмосферных двигателей. Примером заводской реализации такой схемы может служить впускной тракт хэтчбека Porsche Panamera в особой версии GTS.

Как устроен турбонагнетатель

Конструкция турбонагнетателя проста: на едином валу находятся две крыльчатки, каждая из которых вращается в своём корпусе, называемом в народе «улитка». Одну крыльчатку (в так называемой горячей улитке) вращает поток выхлопных газов, а связанная с ней единой осью вторая крыльчатка в холодной части крутится и трамбует во впускной тракт забираемый с улицы воздух. Таким образом, чем выше обороты работы двигателя, тем больше он вырабатывает газов и тем больше воздуха впоследствии получает. Идеальный замкнутый круг с бесконечным потенциалом повышения мощности?

Современные турбокомпрессоры имеют практически нелимитированный потенциал увеличения мощности двигателя. Ограничителем обычно выступает механическая прочность вращающихся и движущихся деталей силового агрегата, а также баланс итоговых характеристик мотора и здравый смысл. Ввиду меньшего КПД и ряда технических особенностей приводные нагнетатели позволяют увеличивать мощность не так эффективно

Но всё не так просто. Во-первых, шатунно-поршневая группа каждого мотора рассчитана на определённые нагрузки, и превышение их приведёт к разрушению двигателя. Во избежание бесконтрольного роста давления наддува в горячей части нагнетателя предусмотрена специальная калитка-клапан под названием «вейстгейт» (в переводе — клапан для излишков), которая открывается с помощью пневматики или сервопривода при достижении пикового расчётного давления в системе. В результате «лишние» газы просто идут в обход турбинного колеса прямиком в выхлопной тракт и не раскручивают компрессор сверх меры. Как правило, в моторах есть и ещё одна страховка от «передува» — при превышении критического порога давления блок управления двигателем ограничивает увеличение подачи топлива на безопасной отметке, и мотор перестаёт производить слишком много выхлопных газов.

Эта анимация наглядно показывает как устроен и работает классический турбонагнетатель

Но в защите нуждается не только поршневая группа, но и сам турбокомпрессор. Представьте, что он уже «надул» много сжатого воздуха во впускной трубопровод, а водитель внезапно закрыл дроссель — ударившись в такое препятствие, сжатый воздух направится искать себе другую дорогу и обязательно найдёт её в противоположном направлении, где находится только что спрессовавшее его колесо компрессора. Возникающая в таком случае на крыльчатку нагрузка называется помпаж и воздействует на турбонагнетатель самым деструктивным образом. Для стравливания излишнего воздуха в районе впускного патрубка или интеркулера в систему встраивается ещё один перепускной клапан, который отправляет воздух обратно на впуск перед турбокомпрессором (тогда клапан называется байпасным) или в атмосферу (блоу-офф-клапан). Последняя разновидность «перепускников» как раз и порождает чихающие, свистящие и шипящие звуки тюнингованных автомобилей с турбонаддувом, которые можно услышать на улицах.

С понятием «турбоямы» не нужно путать понятие «турболаг». Если первое — это диапазон оборотов двигателя, где турбосистема не способна эффективно работать, то второе — время задержки системы в ответ на нажатие педали газа с целью получить генерируемую турбокомпрессором дополнительную мощность. Природа лага состоит в том, что дополнительный воздух необходимо всосать, сжать и прогнать по трубопроводу системы впуска до самой камеры сгорания. По конструктивным и компоновочным причинам весь впускной тракт иногда получается достаточно длинным, и на его прохождение воздуху требуется то самое время, которым измеряется задержка под названием «турболаг»

Ещё одна проблема уже эксплуатационного характера заключается в том, что на малых оборотах поток газов слишком мал, чтобы раскрутить вал турбокомпрессора для создания сколько-нибудь существенного давления и получения дополнительной мощности — в народе такая ситуация называется «турбоямой». Поэтому конструкторы систем наддува тщательно подбирают размеры «холодной» и «горячей» крыльчаток в зависимости от объёма двигателя и желаемого характера тяги. Например, в спортивной Audi Sport quattro турбина имеет огромную горячую часть и небольшую холодную, поэтому, чтобы раскрутить такой нагнетатель, нужно выйти на высокие обороты (3500-4000 об/мин и выше), но зато потом следует очень резкий бескомпромиссный подхват. А в современном гражданском Mini Countryman (мы совсем недавно ездили на обновлённой модели) с небольшим моторчиком объёмом 1,6 литра нагнетатель маленький, но зато легко раскручивается с минимальных оборотов, что удобно в городских условиях.

Благодаря универсальности и простоте твинскролльные турбокомпрессоры получают всё большее распространение в легковом автомобилестроении

Чтобы понизить порог наддува, когда турбина создаёт избыточное давление, и сократить зону турбоямы, создатели турбокомпрессоров используют различные конструктивные ухищрения. Самые распространённые из них — крыльчатка с изменяемой геометрией и твинскролльная горячая «улитка». TwinScroll предусматривает два параллельных, но разного размера и формы канала для выхлопных газов в едином корпусе улитки — газы в каждый из каналов попадают от своей группы цилиндров, но крутят единое турбинное колесо. Его лопатки выполнены таким образом, что одинаково эффективно воспринимают импульсы из обоих каналов.

Наибольшее распространение нагнетатели с изменяемой геометрией получили на дизельных моторах, в бензиновых агрегатах одними из первых массово подобную конструкцию применили создатели Porsche 911 Turbo предыдущего поколения 997

Из-за различной геометрии каналов и достигается хорошая тяга одновременно и на низких, и на средних и высоких оборотах, а отсутствие столкновения и завихрения потоков газов от разных групп цилиндров улучшает газодинамические свойства системы. Турбины же с изменяемой геометрией имеют специальные, приводимые актуатором, подвижные лопатки-заслонки, которые в разных положениях позволяют менять форму газового канала в горячей улитке (упрощённо — в разное время имитируют маленькую и большую турбину) и таким образом максимально эффективно в конкретный момент времени направлять на турбинное колесо поток выхлопных газов.

Принцип работы турбины с изменяемой геометрией можно изучить на примере дизельного нагнетателя компании Holset

Как устроен механический нагнетатель

В отличие от питающегося «бесплатными» выхлопными газами турбокомпрессора, механический нагнетатель приводится в движение энергией вращающегося коленвала. Соответственно, чтобы получить дополнительную мощность, двигатель сначала часть мощности отдаёт, поэтому КПД такого решения ниже. Но, тем не менее, производители не спешат отказываться от приводных нагнетателей, потому как они наделяют автомобиль моментальной тягой с самых низких оборотов — понятие турбоямы к приводным компрессорам практически неприменимо. Конструкция предусматривает ременную, цепную или реже передачу иного типа, которая вращает вал нагнетателя от коленвала мотора. Аналогично турбокомпрессору, нагнетатель прессует воздух и отправляет его под избыточным давлением во впускной коллектор. Наиболее похожий на турбокомпрессор вид приводного нагнетателя — центробежный. Он трамбует воздух аналогичным турбинным колесом, но приводится оно не выхлопными газами, а механически.

Механический нагнетатель типа Roots

Приводной винтовой компрессор типа Lysholm

Эта анимация компании Eaton – одного из ведущих производителей компрессоров Roots-типа — объясняет принцип работы такого нагнетателя

Но самым первым компрессором, который применил в автомобилестроении Готлиб Даймлер, стал агрегат типа Roots, названный по имени своих создателей-братьев — изначально они разработали устройство для промышленных нужд. Такой нагнетатель представляет собой собранные в едином корпусе и находящиеся своими лопастями-кулачками в зацеплении два продолговатых ротора, которые своим вращением по направлению друг к другу захватывают и прокачивают воздух во впускной коллектор. Третья разновидность компрессоров — винтовые типа Lysholm — перекачивают и сжимают воздух с помощью сверлообразных несимметричных роторов, которые находятся в зацеплении. Благодаря уменьшающимся по направлению к выходу из компрессора воздушным камерам между шнеками осуществляется внутреннее сжатие воздуха, что обеспечивает большую в сравнении с Roots-нагнетателями эффективность системы. Аналогично газотурбинным схемам, развиваемое механическими компрессорами давление регулируется с помощью клапанов или муфт.

Турбонагнетатель? Нет, это третья разновидность приводного компрессора, который в качестве нагнетающего элемента использует улитку с крыльчаткой внутри, как у классической газовой турбины

Комбинированные схемы агрегатного наддува

Как только системы наддува стали использоваться массово, инженеры стали думать над повышением их эффективности. Для борьбы с турбоямой, помимо вышеупомянутого твинскролльного наддува, используется схема с двумя последовательно дующими нагнетателями: это может быть маленькая турбина для низких оборотов в сочетании с большой для средних и высоких (так называемая архитектура твинтурбо; пример — Subaru Legacy в кузове BE/BH) или симбиоз приводного компрессора для низких оборотов и турбокомпрессора для средних и высоких. Последним прославилась компания Volkswagen со своим мотором 1.4 Twincharger, который обеспечивал плавный рост давления, но вместе с тем из-за сложности конструкции доставлял немало хлопот по части надёжности и обслуживания.

Это двигатель Volkswagen 1.4 TSI Twincharger. Разработчики умудрились скомпоновать в небольшой «четвёрке» механический нагнетатель (слева от блока цилиндров на изображении) и газовую турбину (справа от блока)

Однако две турбины одного мотора не обязательно отличаются размерами и работают последовательно: во многих современных наддувных моторах цилиндры условно делятся на две группы, и каждая из них обслуживается своим собственным нагнетателем. Однако инженерные изыскания порой порождают и более экзотические варианты: например, в новом трёхлитровом супердизеле BMW (381 л.с./740 Н•м) — три турбины! На низких оборотах работает первая маленькая турбина с изменяемой геометрией, на средних оборотах в дело включается большой нагнетатель, а на высоких прокачивать воздух в цилиндры помогает третий небольшой турбокомпрессор. Результат — водитель трёхлитровой машины ощущает под капотом литров так пять, да ещё и как будто с механическим нагнетателем, практически без турбоямы и лага. Ещё одна схема, пока не нашедшая серийного применения — электрическая турбина в качестве помощника обычному газовому компрессору, мы упоминали о ней выше.

На этой анимации компании BMW представлена схема работы нагнетателей первого в мире легкового двигателя с тремя турбинами

Охлаждение воздуха

Так как воздух в процессе прохождения через нагнетатель спрессовывается и соприкасается с горячими деталями агрегата, он нагревается и сам. Тёплый воздух имеет меньшую плотность, а порог разрушающей мотор детонации при использовании горячего воздуха становится ниже. Вот почему можно ощутить, что в жару автомобиль с наддувным двигателем «не едет» — в условиях недостатка воздуха (по сравнению с идеальными условиями) система управления двигателем готовит меньше горючей смеси, ограничивая до нужного соотношения и подачу топлива. Поэтому для охлаждения воздуха между нагнетателем и впускным коллектором в системах наддува предусмотрен промежуточный охладитель или, иными словами, интеркулер. Он представляет собой теплообменник (то есть радиатор), через который по пути в камеру сгорания проходит весь нагнетаемый воздух. По конструкции интеркулеры делятся на системы вида: «воздух-воздух» и «воздух-вода».

Двигатель Subaru с интеркулером верхнего расположения. Для большей эффективности на некоторых модификациях WRX STI для внутреннего рынка установлена система водяного орошения интеркулера. По нажатию кнопки в салоне кулер через установленные на нём форсунки омывается водой из находящегося в багажнике специального бака 

Двигатель BMW с интеркулером фронтального расположения

Из-за заднемоторной компоновки интеркулеры Porsche 911 Turbo находятся по бокам в задних крыльях

Первые дешевле в производстве, легче и в целом компактнее, но менее эффективны и дают меньшую гибкость в компоновке моторного отсека. Охлаждение наддувного воздуха осуществляется в них посредством попадающего на рёбра интеркулера набегающего воздуха через воздухозаборники переднего бампера (фронтальное расположение, например, у Mitsubishi Lancer Evolution и вообще у большинства современных автомобилей) или капота (Subaru Impreza WRX, Toyota Caldina GT-T и прочие автомобили с «ноздрёй» над мотором). Интеркулер же типа «воздух-вода» остужает воздух с помощью циркулирующей по встроенному контуру жидкости, имеющей отдельно вынесенный радиатор охлаждения. Такая система обеспечивает меньшую длину впускного тракта, а значит, и меньший турболаг, а также позволяет более гибко выбирать месторасположение кулера. Среди её минусов — повышенная сложность и масса конструкции, а соответственно и цена такого решения.

Пять мифов о турбонаддуве

Миф 1. Наддув снижает надёжность, турбины всё время ломаются

Пожалуй, это миф номер один, и доля правды в нём есть. Это связано с тем, что двигатель с наддувом имеет более сложную конструкцию, больше деталей и сложнее в проектировании, а значит — при прочих равных, — шанс, что в нём что-то сломается, выше, чем в случае с атмосферником. Однако конструктивные просчёты случаются и в безнаддувных моторах, поэтому удачная модель турбодвигателя не уступит в надёжности другому такому же удачному атмосфернику. Конечно, внутренние нагрузки в наддувных моторах выше, но каждый двигатель проектируется инженерами с учётом этих особенностей, поэтому все необходимые детали турбо- или компрессорного мотора изначально усилены. Сам по себе нагнетатель достаточно надёжен, но вследствие неправильной эксплуатации или конструктивных просчётов может выйти из строя, как и любая другая деталь. Даже если это случилось, то специализированные сервисы способны отремонтировать агрегат: для большинства современных моделей выпускаются запасные части и ремкомплекты, а точные измерения, необходимые для ремонта нагнетателя, вполне доступны квалифицированным мастерам. Резюме по мифу номер один: нагнетатель не является каким-либо особенно слабым звеном наддувного двигателя, а если его поломка и произошла, этот узел вполне поддаётся восстановлению или замене.

Миф 2. Автомобиль с наддувом потребляет больше топлива

Отчасти верно, но это касается, в основном, механических нагнетателей. Современные же турбированные двигатели создаются в основной своей массе именно с целью экономии топлива, так как в экономичном режиме вождения мотор с меньшим, чем у атмосферника сопоставимой мощности, рабочим объёмом потребляет меньше топлива, а в случае необходимости наддув даёт возможность распоряжаться существенной мощностью. Иными словами, много топлива расходуется только тогда, когда это действительно необходимо в соответствии с условиями движения. Повсеместный переход производителей на турбомоторы — лишнее тому подтверждение, ведь такое решение позволяет выпускать автомобили с более скромными показателями среднего расхода, а значит, и платить меньше обусловленных экологическим законодательством пошлин. Резюме по мифу номер два: современный автомобиль с турбонаддувом — это экономично.

Миф 3. Чем больше турбина, тем лучше

Размер нагнетателя — понятие, которое невозможно описать каким-то одним параметром. Это всегда совокупность размеров деталей компрессора, которые определяют его характеристики и совместимость системы с конкретным двигателем. В случае с турбокомпрессором основными и определяющими являются размеры и форма холодной и горячей частей, а производительность механического нагнетателя определяется габаритами винтовых элементов и соотношением диаметров приводных шкивов. Простой пример: если заменить турбину на автомобиле гольф-класса на узел от более объёмного мотора, то производимых компактным двигателем выхлопных газов может не хватить для эффективного раскр

Что такое турбонаддув — ДРАЙВ

• Войти
• Регистрация
• Забыли пароль?

Все новинки автосалона в Гуанчжоу Найти ДРАЙВ

• Наши
  тест-драйвы
• Наши
  видео
• Цены и
  комплектации
• Сообщество
  DRIVE2

• Новости
• Наши тест-драйвы
• Наши видео
• Поиск по сайту
• Полная версия сайта
• Войти
• Выйти

• Acura
• Alfa Romeo
• Aston Martin
• Audi
• Bentley
• Bilenkin Classic Cars
• BMW
• Brilliance
• Cadillac
• Changan
• Chery
• CheryExeed
• Chevrolet
• Chrysler
• Citroen
• Daewoo
• Datsun
• Dodge
• Dongfeng
• DS
• FAW
• Ferrari
• FIAT
• Ford
• Foton
• GAC
• Geely
• Genesis
• Great Wall
• Haima
• Haval
• Hawtai
• Honda
• Hummer
• Hyundai
• Infiniti
• Isuzu
• JAC
• Jaguar
• Jeep
• KIA
• Lada
• Lamborghini
• Land Rover
• Lexus
• Lifan
• Maserati
• Mazda
• Mercedes-Benz
• MINI
• Mitsubishi
• Nissan
• Opel
• Peugeot
• Porsche
• Ravon
• Renault
• Rolls-Royce
• Saab
• SEAT
• Skoda
• Smart
• SsangYong
• Subaru
• Suzuki
• Tesla
• Toyota
• Volkswagen
• Volvo
• Zotye
• УАЗ

• Kunst!
• Тесты шин
• Шпионерия
• Автомобизнес
• Техника
• Наши дороги
• Гостиная
• Автоспорт
• Авторские колонки

• Acura
• Alfa Romeo
• Aston Martin
• Audi
• Bentley
• BCC
• BMW
• Brilliance
• Cadillac
• Changan
• Chery
• CheryExeed
• Chevrolet
• Chrysler
• Citroen
• Daewoo
• Datsun
• Dodge
• Dongfeng
• DS
• FAW
• Ferrari
• FIAT
• Ford
• Foton
• GAC
• Geely
• Genesis
• Great Wall
• Haima
• Haval
• Hawtai
• Honda
• Hummer
• Hyundai
• Infiniti
• Isuzu
• JAC
• Jaguar
• Jeep
• KIA
• Lada
• Lamborghini
• Land Rover
• Lexus
• Lifan
• Maserati
• Mazda
• Mercedes-Benz
• MINI
• Mitsubishi
• Nissan
• Opel
• Peugeot
• Porsche
• Ravon
• Renault
• Rolls-Royce
• Saab
• SEAT
• Skoda
• Smart
• SsangYong
• Subaru
• Suzuki
• Tesla
• Toyota
• Volkswagen
• Volvo
• Zotye
• УАЗ

Турбонаддув: что это такое, зачем нужен, как устроен и как работает турбонагнетатель

Турбонаддув представляет собой разновидность наддува, позволяющий подавать воздух в цилиндры ДВС под высоким давлением, которое обеспечивается высвобождаемой от сгорания топлива энергией выхлопных газов.

За счет турбонаддува повышается рабочая мощность двигателя, при этом не увеличивается внутренние объемы цилиндров двигателя и количество оборотов, совершаемых коленвалом. Кроме всего прочего турбонаддув позволяет снизить прожорливость двигателя, а также уменьшить токсичность газов благодаря более эффективному сгоранию топливовоздушной смеси.

Турбонаддув довольно широко используется на ДВС, работающих как на бензине так и на дизтопливе. При этом использование системы турбонаддува на дизелях считается более выгодным благодаря высокому показателю сжатия ДВС и малой частоте оборотов коленвала.

В бензиновых двигателях высока вероятность возникновения детонирующего эффекта вследствие значительного увеличения количества оборотов двигателя и высокого температурного режима газов при сгорании топлива (до 1000 °C, у дизеля лишь 600 °C).

Устройство системы турбонаддува

Система турбонаддува состоит из следующих элементов:

• воздушный заборник и фильтр;
• дроссельная заслонка;
• турбинный компрессор;
• интеркулер;
• коллектор впускной;
• соединительные патрубки;
• напорные шланги

Турбинный компрессор (нагнетатель)

Основной элемент устройства турбонаддува, который предназначен для увеличения рабочего давления воздушной массы в системе впуска. Турбокомпрессор состоит из турбинного и компрессорного колес, которые установлены на роторном валу. Все элементы турбокомпрессора находятся в специальных защитных корпусах.

Турбинное колесо используется для переработки энергии, выделяемой отработанными газами. Колесо и его корпус изготавливаются из высокопрочных и жароустойчивых материалов – стальных и керамических сплавов.

Компрессорное кольцо применяется для всасывания воздушной массы, с дальнейшим ее сжатием и нагнетанием в цилиндры ДВС.

Кольца турбокомпрессора установлены на роторном валу, который совершает вращательные движения в плавающих подшипниках. Для более эффективной работы подшипники постоянно смазываются маслом, которое поступает по канальцам, расположенным в подшипниковом корпусе.

Интеркулер

Интеркулер – воздушный или жидкостной радиатор, который применяется для своевременного охлаждения предварительно сжатого воздуха, вследствие чего происходит увеличивается давление и плотность воздушного потока.

Регулятор давления наддува

Ключевым элементом управления турбонаддувом является регулятор давления наддува, который по сути своей является перепускным клапаном. Основным назначением клапана является сдерживание и перенаправление части вырабатываемых газов в обход турбинного колеса для снижения давления наддува. 

Перепускной клапан может быть оснащен приводом электрического или пневматического типа. Активация клапана происходит вследствие приема сигналов от датчика давления.

Предохранительный клапан

Клапан предохранительный используется для предотвращения скачков давления воздушной массы, которое часто возникает при быстром закрытии дроссельной заслонки. Избыточное давление либо стравливается в атмосферу, либо переподается на вход компрессора.

Принцип действия турбонаддува

Система турбонаддува использует энергию газов, которые образуются при сгорании топлива. Газы обеспечивают вращательные движения колеса турбинного типа, которое в свою очередь запускает компрессорное колесо, отвечающее за сжатие и нагнетание воздушной массы в систему. Далее происходит охлаждение воздуха при помощи интеркулера и подача его в цилиндры.

Очевидно, что хотя турбонаддув механически никак не связан с коленвалом двигателя, однако его работа и ее эффективность находится в прямой зависимости от скорости вращения коленчатого вала. Чем выше обороты двигателя, тем эффективнее работает турбонаддув.

Несмотря на свою практичность и эффективность, система турбонаддува имеет некоторые недостатки. Ключевым из них является появление турбоям – задержка в увеличении мощности ДВС.

Подобное явление проявляется вследствие инерционности системы – задержки в увеличении давления наддува при достаточно резком нажатии на газ, что может привести к разрыву между требуемой мощностью двигателя и производительностью турбины.

Для устранения эффекта турбоямы используются три основных метода:

• Использование системы с двумя (и более) турбокомпрессорами. Турбины могут устанавливаться параллельно – это допускается на двигателях V-образного типа. При этом каждая турбина устанавливается на свой ряд цилиндров. Идея данного метода в том, что две турбины меньшего размера обладают более низкой инерционностью, чем одна большая турбина. Турбины так же могут устанавливаться и последовательно, причем их может быть от двух до четырех (Bugatti). Увеличение производительности и максимальная эффективность турбонаддува в этом случае достигаются за счет того, что при разных оборотах двигателя используется свой турбокомпрессор.
• Использование турбины с изменяемой геометрией. Подобный метод обеспечивает более рациональное использование энергии отработанных газов за счет изменения площади сечения входного канала турбины. Данный метод весьма часто используется на дизельных двигателях, например всем известная система TDI от Volkswagen.
• Использование комбинированного типа турбонаддува. Данный метод позволяет применять симбиоз двух систем – механического и турбинного наддува. Механический наддув эффективен на малых оборотах коленвала, при которых сжатие воздуха обеспечивается нагнетателем механического типа. Турбонаддув применяется при высоких оборотах коленвала, где функцию нагнетания воздуха берет на себя турбинный компрессор. Наиболее распространенной системой комбинированного наддува является наддув двигателя TSI от Volkswagen.

описание и принцип работы, плюсы и минусы

Среди всех возможных вариантов наддува двигателя внутреннего сгорания наибольшее распространение получил турбонаддув, в котором воздух подается в цилиндры при помощи специального устройства – турбокомпрессора (турбины). Вращение турбины осуществляют отработавшие газы, что позволяет существенно увеличить мощность двигателя без увеличения частоты оборотов последнего. Помимо этого, турбонаддув позволяет получать большие значения крутящего момента при небольшом расходе топлива. В сравнении с классическими конструкциями при аналогичной мощности турбированный двигатель имеет более компактные габаритные размеры.

Устройство системы турбонаддува

На практике турбонаддув применяется как на моторах, использующих дизельное топливо, так и на бензиновых. Однако наиболее часто эта система встречается именно на дизельном двигателе, поскольку для них характерна высокая степень сжатия, меньшая температура выхлопа и низкие обороты коленчатого вала. Более высокая степень сжатия обеспечивает повышение мощности турбированного двигателя и увеличивает его КПД.

В бензиновых моторах температура отработавших газов выше, что может спровоцировать эффект детонации, приводящий к быстрому износу поршневой группы. Для предотвращения этого явления необходимо использовать бензин с более высоким октановым числом, что не всегда является экономически выгодным.

Принцип работы турбины

Система турбонаддува состоит из следующих элементов:

• Воздухозаборник;
• Воздушный фильтр;
• Перепускной клапан – регулирует подачу отработавших газов;
• Дроссельная заслонка – регулирует подачу воздуха на впуске;
• Турбокомпрессор – повышает давление воздуха во впускной системе. Состоит из турбинного и компрессорного колес;
• Интеркулер – охлаждает воздух, способствуя лучшему наполнению цилиндров и снижению вероятности детонации;
• Датчики давления – фиксирует давление наддува в системе;
• Впускной коллектор – распределяет воздух по цилиндрам;
• Соединительные патрубки – необходимы для крепления элементов системы между собой.

Принцип работы турбонаддува

Схема работы турбонаддува двигателя

Принцип работы системы турбонаддува заключается в следующем:

• Отработавшие газы двигателя, проходя через турбокомпрессор, раскручивают турбинное колесо.
• Вращение турбинного колеса передается компрессорному, поскольку они закреплены на одном валу.
• Компрессор сжимает воздух, поступающий  из воздухозаборника, и направляет его в интеркулер.
• В интеркулере воздух охлаждается и поступает на впуск в цилиндры двигателя.

В турбокомпрессоре предусматривается возможность регулировки давления выхлопных газов на лопасти турбины с целью не допустить превышение давления наддува в системе. Это осуществляется с помощью перепускного клапана, который приводится в движение пневмо- или электроприводом. В свою очередь, управление приводом осуществляется электронным блоком управления, который считывает информацию с датчика давления.

Особенности эксплуатации турбированных двигателей

На режимах разгона автомобиля в силу инерционности системы возникает явление, получившее название “турбояма”. Сущность явления заключается в следующем:

• Автомобиль движется с небольшой постоянной скоростью.
• Турбина вращается в соответствующем режиме.
• При резком нажатии на педаль ускорения в цилиндры двигателя подается больше топлива.
• После его сгорания образуются отработавшие газы, которые с большей силой воздействуют на турбину и увеличивают мощность двигателя. Однако происходит это с некоторой временной задержкой.

Таким образом, между моментом нажатия на педаль и фактическим ускорением автомобиля присутствует некоторая временная задержка – “турбояма”. Также данное явление проявляется в виде недостатка крутящего момента на малых оборотах двигателя.

Виды систем турбонаддува

Производители разработали различные способы избавления от “турбоямы”:

• Турбина с изменяемой геометрией. Конструкция предусматривает изменение сечения входного канала. За счет этого выполняется регулирование потока отработавших газов.
• Два турбокомпрессора, установленных последовательно (Twin Turbo). На каждый режим работы (обороты двигателя) предусматривается свой компрессор.
• Два турбокомпрессора, установленных параллельно (Bi Turbo). Схема разбиения на две турбины снижает инерцию системы, и турбояма становится не так ощутима.
• Комбинированный наддув. Устройство предусматривает и механический, и турбонаддув. Первый включается при низких оборотах, второй при высоких.

Определение повышения от Merriam-Webster

\ ˈbüst \

усилено; бустинг; усиливает

переходный глагол

1 : толкать или толкать снизу вверх поднял его через забор

2 : увеличить, повысить планы по увеличению производства дополнительный отпуск для повышения морального духа 3 : для продвижения дела или интересов : подключить кампанию по продвижению новой моды

4 : для повышения напряжения или на (электрической цепи)

1 : толчок вверх дал ей толчок в седле

2 : действие, которое приносит помощь или воодушевление : способствует инновациям, которые стимулировали развитие всей отрасли

3 : увеличение количества рост цен

.

Что такое Boost? — Hinge

Boost — это функция, которая делает ваш профиль видимым для большего числа пользователей в течение ограниченного периода времени. Как только вы завершите покупку Boost, ваш первый Boost будет активирован немедленно. Панель навигации в нижней части экрана станет пурпурной, чтобы указать, что ваш профиль повышается.

В конце периода ускорения вы увидите всплывающее окно в нижней части приложения, сообщающее, что ваше ускорение завершено.

Другие пользователи , а не увидят, что вы приобрели Boost или что ваш профиль получает Boost.

Чтобы приобрести Boost, перейдите на экран Likes You и нажмите кнопку Boost :

Вы узнаете, что ваш Boost активен, когда кнопка Boost изменится на «Boosting» вместо «Boost». Вы также увидите, что панель навигации изменится с черного на фиолетовый:

Когда вы получаете лайк, который был прямым результатом вашего Boost, вы увидите маленькую молнию рядом с именем человека, которому вы понравились.

Когда один из этих лайков переходит в соответствие, вы увидите еще один небольшой молнии рядом с именем пользователя:

.

Что такое GPU Boost? Базовое определение

(Изображение предоставлено Nvidia)

GPU Boost — это термин, придуманный Nvidia для описания использования всей потенциальной мощности графического процессора (также известной как видеокарта или видеокарта) для увеличения частоты кадров дисплея во время игры.

По словам самой Nvidia: «Начиная с нашей серии GTX 600 и более поздних версий, каждое приложение и игра работают с гарантированной минимальной частотой базовых . Если имеется дополнительная мощность, включается Boost Clock, увеличивающая тактовую частоту до тех пор, пока графическая карта не достигнет заданного целевого значения мощности.Эта динамическая регулировка тактовой частоты управляется функцией GPU Boost, которая отслеживает массив данных и в реальном времени меняет скорость и напряжение несколько раз в секунду, повышая производительность в каждом приложении ».

Эта статья является частью Tom’s Hardware Glossary .

Дополнительная литература:

.

вики по тегу ‘boost’ — qaruQaruSite

Переполнение стека

1. Около
2. Товары
3. Для команд

1. Переполнение стека Общественные вопросы и ответы
2. Переполнение стека для команд Где разработчики и технологи делятся частными знаниями с коллегами
3. Вакансии Программирование и связанные с ним технические возможности карьерного роста
4. Талант Нанимайте технических специалистов и создавайте свой бренд работодателя
5. Реклама Обратитесь к разработчикам и технологам со всего мира
6. О компании

.

Системы наддува двигателя

Системы наддува

В последнее время большинство ведущих фирм при выпуске новой модели двигателей предусматривает создание их модификаций с наддувом. Существовавшие ранее проблемы по герметизации карбюраторной системы питания и дозированию топлива при переходе на системы с распределенным впрыскиванием бензина в основном отпали. Поэтому сейчас выпускаются двигателя с наддувом только в сочетании с системой впрыскивания топлива. Однако остались проблемы, присущие всем двигателям с наддувом: необходимость охлаждения наддувочного воздуха, снижение степени сжатия для предотвращения аномальных процессов сгорания и соответствующее ухудшение экономических показателей на частичных нагрузках, обеспечение надежности двигателя при увеличении нагрузок на несущие детали двигателя при наддуве, повышение потерь с охлаждающей жидкостью, увеличение выброса оксидов азота.

Нагнетатели с механическим приводом

Существуют три основных типа систем наддува: турбонаддув, нагнетатель с механическим приводом и система с волновым обменником давления типа компрекс. Ротор этого компрессора имеет аксиально расположенные камеры, или ячейки. При вращении ротора в ячейку поступает свежий воздух, после чего она подходит к отверстию в корпусе, через которое в нее попадают горячие отработавшие газы двигателя. При их взаимодействии с холодным воздухом образуется волна давления, фронт которой, движущийся со скоростью звука, вытесняет воздух в отверстие впускного трубопровода, к которому ячейка за это время успевает подойти. Поскольку ротор продолжает вращаться, отработавшие газы в это отверстие попасть не успевают, а выходят в следующее по ходу ротора. При этом в ячейке образуется волна разряжения, которая всасывает следующую порцию свежего воздуха и т. д.

Большинство модификации форсированных серийных бензиновых двигателей выполняются с турбонаддувом. При этом не требуется изменять конструкцию базового двигателя для привода нагнетателя. Использование энергии отработавших газов не вызывает увеличения внутренних потерь на привод нагнетателя. Основным недостатком турбонаддува является инерционность его ротора. Это сказывается на динамике автомобиля при разгоне, особенно у бензиновых двигателей, работающих при минимальной частоте вращения холостого хода на режиме глубокого дросселирования и, следовательно, ротор нагнетателя за доли секунды должен разогнаться от минимальной частоты вращения до 120 000-150 000 об/мин. Максимально допустимая частота вращения ротора турбонаддува доходит до 200 000 об/мин. При резком закрытии дроссельной заслонки происходит увеличение перепада давления, что приводит- к повышению частоты вращения ротора и компрессор может оказаться в помпажном режиме работы. Одним из способов устранения этих недостатков является установка перепускного клапана между воздушными каналами до и посте компрессора.

Существуют две схемы расположения элементов впускной системы с установкой дроссельной заслонки до и после турбонагнетателя. При положении дроссельной заслонки перед турбонагнетателем частота вращения его ротора выше, поэтому при ее резком открытии время выхода на рабочие режимы сокращается и, соответственно, улучшается динамика разгона автомобиля. С целью уменьшения момента инерции ротора он иногда выполняется из титана вместо никелевого сплава, что позволяет облегчить ето примерно на 40%.

Регулирование давления наддува может производиться не только перепуском воздуха, но и перепуском отработавших газов, в обход турбины через специальный клапан, управляемый электронным блоком по сигналу от датчика детонации.

КПД компрессора находится в пределах 0,7-0,74, а турбины 0,7 Однако в отдельных случаях за счет оптимизации геометрии колес компрессора КПД удастся увеличить до 0,82-0,83

Важной проблемой при совершенствовании турбокомпрессора является разработка новых типов подшипников, которые можно классифицировать следующим образом:

—подшипники скольжения с плавающими не вращающимися втулками;
—подшипники скольжения с плавающими вращающимися втулками;
—подшипники качения;
—комбинированные узел
—газовые подшипники.

Подшипники турбонаддувов двух первых групп относительно просты по конструкции, но у них повышенные потери на трение. Применение подшипников качения с фитильной смазкой уменьшает угар масла, упрощается узел уплотнения, снижаются потери на трение. Газовые подшипники имеют высокий механический КПД, но требуют источника сжатого воздуха.Для улучшения динамики автомобиля используются комбинированные системы с инерционным наддувом и турбонаддувом.

Отдельную группу представляют системы с механическим приводом нагнетателя в сочетании с приводом через вариатор, изменяющий передаточное число, с использованием электромагнитных и других типов муфт для отключения нагнетателя. Механический привод используется для нагнетателей следующих типов:

—роторные нагнетатели типа Рутс двух или трехлопастные;
—роторно-поршневой нагнетатель с внутренней осью;
—лопаточный (шиберный) нагнетатель;
—роторный нагнетатель с винтовыми лопастями;
—центробежный нагнетатель.

Роторные нагнетатели типа Рутс могут обеспечивать достаточно высокое давление (до 3 бар и выше). Поэтому они применяются в основном для двухтактных двигателей, чтобы обеспечить высокую эффективность продувки. Роторно-поршневые нагнетатели с внутренней осью имеют достаточно высокий КПД (от 0,63 до 0,69). Разработанная фирмой Pierburg серия нагнетателей имеет один диаметр наружного ротора (100 мм) и роторы различной длины (от 90 до 200 мм) при относительно невысокой массе (от 5,7 до 10,7 кг). При номинальном числе оборотов ротора (12 000 об /мин) они, соответственно, обеспечивают производительность от 400 до 1050 кг/ч. Номинальная мощность двигателей с этими нагнетателями находится в пределах от 104 до 272 кВт.

Центробежные нагнетатели с механическим приводом. Чтобы обеспечить высокую частоту вращения крыльчатки компрессора (до 80 000 об /мин), передаточное число редуктора для их привода приходится увеличивать до 1:15. Фирмой ZF для этого используется многоступенчатая планетарная передача и электромагнитная муфта сцепления.

Лопаточные нагнетатели применяются в системах с невысоким давлением, например для подачи дополнительного воздуха в выпускную систему двигателя с окислительным нейтрализатором или в двухтактных двигателях с кривошипно-камерной продувкой. При повышении давления воздуха увеличивается давление на лопатки, что приводит к их поломке.

Общие знания о двигателях внутреннего сгорания
Улучшение технических характеристик двигателя
Тюнинг автомобилей

  на главную        0-100 км/ч    0-100  

Герметизация — обзор | Темы ScienceDirect

Аналитические модели

Простые физические модели пытаются представить или ограничить только доминирующие процессы, влияющие на нагрузки DCH. Их можно многократно экономно применять с различными начальными условиями и вариациями неопределенных параметров для создания вероятностного распределения нагрузок защитной оболочки.

Модель Single Cell Equilibrium (SCE) [89] [112] является полезным инструментом для расчета верхней границы увеличения давления в защитной оболочке.Он принимает весь объем защитной оболочки как единый контрольный объем, все термические и химические взаимодействия между обломками и атмосферой защитной оболочки находятся в равновесии, и потери тепла в конструкции исключаются.

Давление в защитной оболочке Δ P определяется по формуле:

ΔPP0 = ΔUU0 = 1U0∑ΔEi1 + ΨorΔP = κ − 1V (ΔEb + ΔEt + ΔEr + ΔEh3 + ΔEw) 9 + Ψ19, где 9000 9000

4

P ⁰ = Начальное давление защитной оболочки

U = Внутренняя энергия

κ = Отношение удельной теплоты газа

V = Объем удержания

Ψ = Отношение теплоемкость между дисперсными обломками и защитной атмосферой

Δ E b = энергия пара и воды RCS Δ E t = скрытая и явная теплота обломков Δ E r = Окисление металла Δ E h3 = Сжигание произведенного и ранее существовавшего водорода Δ E w = парообразование (поглотитель энергии)

Эксперименты показали, что модель SCE дает слишком высокий рост давления в 2–5 раз.

Следует учитывать следующие смягчающие процессы:

•

Гидродинамические процессы, ограничивающие количество кориума, которое эффективно смешивается со всей атмосферой защитной оболочки (улавливание в отсеках, пленка расплава и т. Д.)

•

Кинетические процессы, ограничивающие передачу тепловой энергии во временной шкале DCH (размер капель, поверхностные эффекты, замерзание и т. Д.)

•

Процессы, ограничивающие количество водорода, которое может быть произведено (вышеупомянутое плюс ограничение пара, равновесие государства и т. д.)

•

Процессы, ограничивающие скорость горения произведенного или уже существующего водорода (стратификация, пороговая температура, кислородное голодание и т. Д.)

•

Передача тепла конструкциям и испарение воды, действующее как поглотители тепла

Модель равновесия двух ячеек (TCE) [112] принимает во внимание большинство этих ограничивающих процессов. В частности, он рассматривает тепловые и химические взаимодействия отдельно в двух разных местах, полость плюс отсеки и купол, и ограничивает взаимодействия, применяя времена взаимодействия через процессы потока.Все процессы DCH определены в двух объемах, где Δ U = Δ U ₁ + Δ U ₂ . Индивидуальные вклады выражаются как произведение КПД и максимального изменения внутренней энергии на основе модели с одной ячейкой:

ΔU = (η1 + η2) undefinedΔUSingleCell, и тогда давление составляет ΔPPo = (η1 + η2) [ΔPPo] SingleCell

Эффективность учитывает доминирующие смягчающие эффекты раздробленности и несогласованности рассеивания и продувки.Количество продувочного пара, участвующего в DCH, ограничено коэффициентом когерентности (см. Раздел 3.2.6). Рассеивание обломков разделяется в соответствии с отношением поперечных сечений потока к этим объемам. Выделение энергии в небольших объемах ограничивается достижением температурного равновесия между обломками и атмосферой быстрее, чем в больших объемах. Модель требует в качестве входных корреляций для долей расплава, выброшенного и диспергированного из полости реактора, и времени когерентности. Модель TCE была проверена на экспериментах и ​​применялась для анализа растений.Лучше всего он работал для «закрытых» полостей заводов Westinghouse, но показал расхождения в тестах, в которых в полости была реактивная атмосфера или вода. Следует соблюдать осторожность, если он применяется к другим геометрическим формам.

Модель с ограниченным конвекционным нагревом (CLCH) [113] последовательно рассматривает гидродинамические, тепловые и химические процессы в корпусе реактора, полости и защитной оболочке и ограничивает взаимодействия, применяя времена взаимодействия через процессы потока, аналогично модель ТВК.Модель состоит из девяти простых уравнений, которые можно представить в безразмерной форме. Решение, то есть увеличение давления, можно выразить как функцию восьми независимых безразмерных групп:

ΔPPo = f [P0, vPo, VmV, T0, vT, MZrMtotal, MssMtotal, mh3, vmtotal, v, mh3, cmtotal, c, τmτs]

с отношениями: (1) начального давления пара в системе первого контура к защитной оболочке, (2) объема расплава к объему защитной оболочки, (3) начальной температуры пара к температуре атмосферы защитной оболочки, (4) циркония массовая доля, (5) массовая доля стали, (6) молярная доля водорода в паре, (7) мольная доля водорода в защитной оболочке и (8) время диспергирования расплава / продувки водяным паром.Неизвестный параметр № 8 должен быть получен экспериментально. Модель — хороший инструмент для анализа влияния различных параметров. Все результаты достигают асимптотики при τ _м / τ _с ~ 1, с ΔP / P _o ~ 3; подразумевая, таким образом, что для сионоподобной геометрии давление DCH в защитной оболочке будет ограничено до трехкратного значения давления, преобладающего до события HPME. Модель CLCH ограничена геометрией, подобной Сиону.

Интернет-курсов PDH. PDH для профессиональных инженеров.ПДХ Инжиниринг.

«Мне нравится широта ваших курсов по HVAC; не только экологичность или экономия энергии

курсов.

Russell Bailey, P.E.

Нью-Йорк

«Это укрепило мои текущие знания и научило меня еще нескольким новым вещам.

, чтобы познакомить меня с новыми источниками

информации.

Стивен Дедак, П.E.

Нью-Джерси

«Материал был очень информативным и организованным. Я многому научился, и они были

.

очень быстро отвечает на вопросы.

Это было на высшем уровне. Будет использовать

снова . Спасибо. «

Blair Hayward, P.E.

Альберта, Канада

«Простой в использовании веб-сайт. Хорошо организованный. Я действительно буду снова пользоваться вашими услугами.

проеду по твоей компании

имя другим на работе. «

Roy Pfleiderer, P.E.

Нью-Йорк

«Справочные материалы были превосходными, и курс был очень информативным, особенно потому, что я думал, что я уже знаком

с подробной информацией о Канзасе

Городская авария Хаятт »

Майкл Морган, П.E.

Техас

«Мне очень нравится ваша бизнес-модель. Мне нравится просматривать текст перед покупкой. Я нашел класс

.

информативно и полезно

на моей работе »

Вильям Сенкевич, П.Е.

Флорида

«У вас большой выбор курсов, а статьи очень информативны. You

— лучшее, что я нашел.»

Russell Smith, P.E.

Пенсильвания

«Я считаю, что такой подход позволяет работающему инженеру легко зарабатывать PDH, давая время на просмотр

материал «.

Хесус Сьерра, П.Е.

Калифорния

«Спасибо, что разрешили мне просмотреть неправильные ответы. На самом деле

человек узнает больше

от сбоев.»

John Scondras, P.E.

Пенсильвания

«Курс составлен хорошо, и использование тематических исследований является эффективным.

способ обучения »

Джек Лундберг, P.E.

Висконсин

«Я очень впечатлен тем, как вы представляете курсы, т.е. позволяете

студент, оставивший отзыв на курсе

материалов до оплаты и

получает викторину.»

Арвин Свангер, П.Е.

Вирджиния

«Спасибо за то, что вы предложили все эти замечательные курсы. Я определенно выучил и

получил огромное удовольствие «.

Мехди Рахими, П.Е.

Нью-Йорк

«Я очень доволен предлагаемыми курсами, качеством материалов и простотой поиска.

на связи

курсов.»

Уильям Валериоти, P.E.

Техас

«Этот материал в значительной степени оправдал мои ожидания. По курсу было легко следовать. Фотографии в основном обеспечивали хорошее наглядное представление о

.

обсуждаемых тем ».

Майкл Райан, P.E.

Пенсильвания

«Именно то, что я искал. Потребовался 1 балл по этике, и я нашел его здесь.»

Джеральд Нотт, П.Е.

Нью-Джерси

«Это был мой первый онлайн-опыт получения необходимых мне кредитов PDH. Это было

информативно, выгодно и экономично.

Я очень рекомендую

всем инженерам »

Джеймс Шурелл, П.Е.

Огайо

«Я понимаю, что вопросы относятся к« реальному миру »и имеют отношение к моей практике, и

не на основании каких-то неясных раздел

законов, которые не применяются

— «нормальная» практика.»

Марк Каноник, П.Е.

Нью-Йорк

«Отличный опыт! Я многому научился, чтобы перенести его на свой медицинский прибор

.

организация.

Иван Харлан, П.Е.

Теннесси

«Материалы курса имели хорошее содержание, не слишком математическое, с хорошим акцентом на практическое применение технологий».

Юджин Бойл, П.E.

Калифорния

«Это был очень приятный опыт. Тема была интересной и хорошо изложенной,

и онлайн-формат был очень

доступный и простой

использовать. Большое спасибо ».

Патрисия Адамс, P.E.

Канзас

«Отличный способ добиться соответствия требованиям PE Continuing Education в рамках ограничений по времени лицензиата.»

Джозеф Фриссора, П.Е.

Нью-Джерси

«Должен признаться, я действительно многому научился. Помогает иметь распечатанный тест во время

.

обзор текстового материала. Я

также оценил просмотр

фактических случаев предоставлено.

Жаклин Брукс, П.Е.

Флорида

«Документ» Общие ошибки ADA при проектировании объектов «очень полезен.

испытание потребовало исследований в

документ но ответы были

в наличии »

Гарольд Катлер, П.Е.

Массачусетс

«Это было эффективное использование моего времени. Спасибо за широкий выбор вариантов

в транспортной инженерии, что мне нужно

для выполнения требований

Сертификат ВОМ.»

Джозеф Гилрой, P.E.

Иллинойс

«Очень удобный и доступный способ заработать CEU для моих требований PG в Делавэре».

Ричард Роудс, P.E.

Мэриленд

«Я многому научился с защитным заземлением. Пока все курсы, которые я прошел, были отличными.

Надеюсь увидеть больше 40%

курсов со скидкой.»

Кристина Николас, П.Е.

Нью-Йорк

«Только что сдал экзамен по радиологическим стандартам и с нетерпением жду возможности сдать еще

курсов. Процесс прост, и

намного эффективнее, чем

вынуждены ехать «.

Деннис Мейер, P.E.

Айдахо

«Услуги, предоставляемые CEDengineering, очень полезны для профессионалов

Инженеры получат блоки PDH

в любое время.Очень удобно ».

Пол Абелла, P.E.

Аризона

«Пока все отлично! Поскольку я постоянно работаю матерью двоих детей, у меня мало

время исследовать где на

получить мои кредиты от.

Кристен Фаррелл, P.E.

Висконсин

«Это было очень познавательно и познавательно.Легко для понимания с иллюстрациями

и графики; определенно делает это

проще поглотить все

теорий. «

Виктор Окампо, P.Eng.

Альберта, Канада

«Хороший обзор принципов работы с полупроводниками. Мне понравилось пройти курс по

.

мой собственный темп во время моего утро

метро

на работу.»

Клиффорд Гринблатт, П.Е.

Мэриленд

«Просто найти интересные курсы, скачать документы и взять

викторина. Я бы очень рекомендовал

вам на любой PE, требующий

CE единиц. «

Марк Хардкасл, П.Е.

Миссури

«Очень хороший выбор тем из многих областей техники.»

Randall Dreiling, P.E.

Миссури

«Я заново узнал то, что забыл. Я также рад оказать финансовую помощь

на ваш промо-адрес электронной почты который

сниженная цена

на 40%.

Конрадо Казем, П.E.

Теннесси

«Отличный курс по разумной цене. Воспользуюсь вашими услугами в будущем».

Charles Fleischer, P.E.

Нью-Йорк

«Это был хороший тест и фактически подтвердил, что я прочитал профессиональную этику

кодов и Нью-Мексико

правил. «

Брун Гильберт, П.E.

Калифорния

«Мне очень понравились занятия. Они стоили потраченного времени и усилий».

Дэвид Рейнольдс, P.E.

Канзас

«Очень доволен качеством тестовых документов. Буду использовать CEDengineerng

.

при необходимости дополнительных

сертификация. «

Томас Каппеллин, П.E.

Иллинойс

«У меня истек срок действия курса, но вы все же выполнили свое обязательство и дали

мне то, за что я заплатил — много

оценено! »

Джефф Ханслик, P.E.

Оклахома

«CEDengineering предлагает удобные, экономичные и актуальные курсы.

для инженера »

Майк Зайдл, П.E.

Небраска

«Курс был по разумной цене, а материал был кратким, а

хорошо организовано.

Glen Schwartz, P.E.

Нью-Джерси

«Вопросы подходили для уроков, а материал урока —

.

хороший справочный материал

для деревянного дизайна.

Брайан Адамс, П.E.

Миннесота

«Отлично, я смог получить полезные рекомендации по простому телефонному звонку».

Роберт Велнер, P.E.

Нью-Йорк

«У меня был большой опыт работы в прибрежном строительстве — проектирование

Building курс и

очень рекомендую .»

Денис Солано, P.E.

Флорида

«Очень понятный, хорошо организованный веб-сайт. Материалы курса этики Нью-Джерси были очень хорошими

хорошо подготовлены. «

Юджин Брэкбилл, P.E.

Коннектикут

«Очень хороший опыт. Мне нравится возможность загружать учебные материалы на

.

обзор везде и

всякий раз, когда.»

Тим Чиддикс, P.E.

Колорадо

«Отлично! Сохраняю широкий выбор тем на выбор».

Уильям Бараттино, P.E.

Вирджиния

«Процесс прямой, без всякой ерунды. Хороший опыт».

Тайрон Бааш, П.E.

Иллинойс

«Вопросы на экзамене были зондирующими и продемонстрировали понимание

материала. Полная

и комплексное.

Майкл Тобин, P.E.

Аризона

«Это мой второй курс, и мне понравилось то, что мне предложили курс

поможет по моей линии

работ.»

Рики Хефлин, P.E.

Оклахома

«Очень быстро и легко ориентироваться. Я определенно буду использовать этот сайт снова».

Анджела Уотсон, P.E.

Монтана

«Легко выполнить. Нет путаницы при подходе к сдаче теста или записи сертификата».

Кеннет Пейдж, П.E.

Мэриленд

«Это был отличный источник информации о солнечном нагреве воды. Информативный

и отличное освежение ».

Луан Мане, П.Е.

Conneticut

«Мне нравится подход к регистрации и возможность читать материалы в автономном режиме, а затем

вернись, чтобы пройти викторину »

Алекс Млсна, П.E.

Индиана

«Я оценил объем информации, предоставленной для класса. Я знаю

это вся информация, которую я могу

использование в реальных жизненных ситуациях .

Натали Дерингер, P.E.

Южная Дакота

«Обзорные материалы и образец теста были достаточно подробными, чтобы я мог сделать

успешно завершено

курс.»

Ира Бродская, П.Е.

Нью-Джерси

«Веб-сайт прост в использовании, вы можете скачать материалы для изучения, а затем вернуться

и пройдите викторину. Очень

удобно а на моем

собственный график «

Майкл Гладд, P.E.

Грузия

«Спасибо за хорошие курсы на протяжении многих лет.»

Деннис Фундзак, П.Е.

Огайо

«Очень легко зарегистрироваться, получить доступ к курсу, пройти тест и распечатать PDH

Сертификат . Спасибо за изготовление

процесс простой ».

Фред Шейбе, P.E.

Висконсин

«Опыт положительный.Быстро нашел курс, который соответствовал моим потребностям, и закончил

один час PDH в

один час. «

Стив Торкильдсон, P.E.

Южная Каролина

«Мне понравилась возможность скачать документы для проверки содержания

и пригодность, до

имея платить за

материал .»

Ричард Вимеленберг, P.E.

Мэриленд

«Это хорошее напоминание об ЭЭ для инженеров, не занимающихся электричеством».

Дуглас Стаффорд, П.Е.

Техас

«Всегда есть возможности для улучшения, но я ничего не могу придумать в вашем

.

процесс, которому требуется

улучшение.»

Thomas Stalcup, P.E.

Арканзас

«Мне очень нравится удобство участия в викторине онлайн и получение сразу

сертификат. «

Марлен Делани, П.Е.

Иллинойс

«Учебные модули CEDengineering — это очень удобный способ доступа к информации по номеру

.

много различных технических зон за пределами

по своей специализации без

надо ехать.»

Гектор Герреро, П.Е.

Грузия

Зачем нужен наддув на лестничной клетке?

Должны ли мои лестничные клетки находиться под давлением?

Побережье Миртл-Бич усеяно высотными зданиями. Будь то кондоминиум, гостиница или многоэтажное коммерческое помещение, все здания с лестничными клетками должны соответствовать стандартам Международного строительного кодекса по герметизации лестничных клеток. Лестничные клетки, являющиеся основным средством эвакуации во время пожара, должны быть спроектированы таким образом, чтобы давление в лестничной клетке было выше, чем в остальной части здания.

Почему повышение давления на лестничной клетке важно?

Герметизация лестничной клетки важна, потому что она

• снижает количество дыма, попадающего на лестничную клетку пожарного выхода
• создает более безопасный путь эвакуации

Представьте себе: электрический пожар в гостиничном номере ведет на 3-й этаж здания. Высотный курорт Гранд-Странд охвачен пламенем и окутан дымом. Когда на место прибудут пожарные, люди на 3-м этаже начнут эвакуацию по ближайшей лестничной клетке.Тяжелые стальные двери на лестничную клетку, предназначенные для минимизации утечки дыма, открываются, когда люди спускаются в безопасное место.

Так что же происходит с дымом в коридоре, когда дверь открывается? Если давление на лестничную клетку равно или меньше, чем в коридоре, клубящийся черный дым быстро заполнит лестничную клетку, затрудняя безопасный выход для сотен людей на других этажах.

Как работает герметизация лестничной клетки?

По сути, герметизация лестницы создает барьер, помогающий контролировать движение дыма в случае возникновения чрезвычайной ситуации.

Специалисты используют специальные инструменты для измерения и проверки давления на лестничной клетке с учетом утечки воздуха. Лестничные клетки оснащены специализированными системами наддува лестничной клетки или вентиляторами наддува лестничной клетки, чтобы давление в лестничной клетке было больше, чем во внутреннем здании. Более высокое давление в лестничной клетке «выталкивает» дым обратно в коридор с меньшим давлением, позволяя избежать дыма на пути эвакуации.

Требуется ли повышенное давление на лестничную клетку моего здания?

Да, герметизация лестничной клетки является не только важной мерой пожарной безопасности, но и законом.Cooper Mechanical Services обновляет коды герметичности для IBC (Международный строительный кодекс) и Южной Каролины. Позвоните Куперу, и мы поможем вам снять напряжение с вашей лестницы.

Хотите больше информации?

Компания CED Engineering опубликовала удобный для чтения обзор систем повышения давления на лестничных клетках. Проверьте это, если хотите узнать больше.

Герметизация помещений | ASHE

Примечание. Эта информация предназначена для использования при нормальной работе.Если вы ищете информацию, касающуюся COVID-19, посетите страницу «Комната для пациентов с отрицательным давлением».

Некоторые помещения в здании здравоохранения должны иметь положительное или отрицательное давление по отношению к окружающим территориям. Помещения с избыточным давлением обычно предназначены для защиты пациента, чистых принадлежностей или оборудования в помещении. Отрицательное давление используется для сдерживания переносимых по воздуху загрязняющих веществ в помещении. В руководстве FGI Guidelines / Standard 170-2013 от 2014 г. приводятся списки помещений, в которых должно быть положительное или отрицательное давление по отношению к окружающим территориям.Ниже приведены примеры помещений с избыточным давлением:

• Операционные
• Доставка
• травматологические
• Отделение интенсивной терапии новорожденных
• Лазерные окуляры
• Охранные помещения
• Аптека
• Лаборатория, перенос сред
• Центральное медико-хирургическое обеспечение Чистые кабинеты
• Стерильное хранилище центрального медико-хирургического снабжения

В помещении может быть повышенное давление, чтобы оно было положительным по отношению к прилегающим территориям по нескольким причинам.Это может быть сделано для защиты пациентов в операционных и комнатах с защитной средой от переносимых по воздуху патогенов, которые могут присутствовать в прилегающих зонах. Это может быть сделано для защиты стерильных медицинских и хирургических принадлежностей в помещениях снабжения от переносимых по воздуху загрязнителей, которые могут присутствовать в соседних помещениях. Если в этих помещениях не будет должного давления, в них могут попасть переносимые по воздуху загрязнители из прилегающих территорий. Повышенная концентрация переносимых по воздуху бактерий, грибков и вирусов в этих помещениях может загрязнять чистое оборудование или способствовать увеличению числа внутрибольничных инфекций.Помещения с избыточным давлением обычно являются самыми чистыми в больнице. Потеря положительного давления ухудшает асептическую среду в помещении.

Согласно FGI Guidelines , ниже приведены примеры комнат в больницах и амбулаторных учреждениях, которые должны иметь отрицательное давление по отношению к прилегающим территориям:

• Залы ожидания скорой помощи
• Залы ожидания радиологии
• Тележка
• Туалетные
• Изоляция инфекций, передающихся воздушно-капельным путем,
• Темные комнаты
• Цитология, промывка стекол, гистология, микробиология, ядерная медицина, патологии и стерилизационные лаборатории
• Вскрытие
• Загрязненные рабочие или подсобные помещения
• Загрязненная или обеззараживающая комната центрального медико-хирургического снабжения
• Помещения для грязного белья и мусоропроводов
• Уборочные

Помещения, такие как изоляторы воздушно-капельных инфекций, имеют отрицательное давление по отношению к прилегающим территориям, чтобы предотвратить заражение воздушно-капельным путем (например.g., микробные патогены, химические вещества) из дрейфа в другие районы. Отсутствие отрицательного давления в этих помещениях позволяет неприятным запахам распространяться по зданию и может способствовать распространению переносимых по воздуху загрязнителей. Помещения для изоляции переносимых воздушно-капельным путем инфекций обычно используются для пациентов с активным туберкулезом, заболеванием, вызываемым бактериями Mycobacterium tuberculosis . Бактерии передаются в воздухе от одного человека к другому. Больной активным туберкулезом выписывает М.tuberculosis в воздух при чихании или кашле. Другие люди могут заразиться при вдыхании переносимых по воздуху бактерий. В лабораториях патологии и гистологии используются значительные количества химикатов, в том числе формальдегид. Если формальдегид или другие химические вещества, находящиеся в воздухе, могут уноситься из этих лабораторий, обитатели здания могут жаловаться на неприятные запахи. Воздействие этих химических веществ, находящихся в воздухе, также может вызвать неблагоприятные последствия для здоровья.

Если в помещениях не поддерживается надлежащее давление (положительное или отрицательное), возможно несколько причин.Может существовать дисбаланс между расходами приточного и вытяжного воздуха в помещении. Приточные и вытяжные вентиляторы могут работать неправильно. Приточные диффузоры и обратные решетки в помещении необходимо проверить на предмет засоров; пассажиры могут заблокировать их, чтобы улучшить свой тепловой комфорт. Следует проверить работу вытяжных шкафов и шкафов биологической безопасности в помещении и в соседних помещениях, поскольку плохая работа этих устройств влияет на баланс воздуха в соседних помещениях. Наконец, недавний ремонт мог изменить систему отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха таким образом, что это повлияло на баланс воздуха между соседними комнатами.

Выдержка из: Справочник по механическим системам для медицинских учреждений
Дж. Роббин Баррик, PE, и Рональд Г. Холдэуэй, PE
, авторское право ASHE, 2014 г. Доступно в магазине ASHE.

(PDF) Решение проблем с эффектом стеклопакетов в многоэтажном офисном здании с помощью механического повышения давления

Sustainability 2017,9, 1731 15 из 15

2.

Oropeza-Perez, I .; Остергаард, П.А. Потенциал энергосбережения при использовании естественной вентиляции в теплых условиях

— пример Мексики.Прил. Энергия 2014,130, 20–32. [CrossRef]

3.

Lovatt, J.E .; Уилсон, А.Г. Эффект стека в высоких зданиях; Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха

, Inc.: Атланта, Джорджия, США, 1994; С. 420–431.

4.

Тамура, Г.Т. Распространение и контроль дыма в многоэтажных зданиях; Национальная ассоциация противопожарной защиты: Quincy,

MA, USA, 1994.

5.

Klote, J.H .; Эванс, Д.Х. Руководство по борьбе с задымлением в IBC 2006 г .; Совет Международного кодекса: Вашингтон,

округ Колумбия, США, 2007.

6.

Hayakaya, S .; Тогари, С. Исследование эффекта стека высоких офисных зданий (Часть 1). J. Archit. Inst. Jpn.

1988

, 387,

42–52.

7.

Jo, J.H .; Lim, J.H .; Песня, С.Ю .; Yeo, M.S .; Ким, К. Характеристики распределения давления и решение

проблем, вызванных эффектом дымовой трубы в многоэтажных жилых домах. Строить. Environ.

2007

, 42, 263–277.

[CrossRef]

8.Лстибурек, Дж. Понимание воздушных преград. ASHRAE J. 2005,47, 24–30.

9.

Yu, J.Y .; Cho, D.W .; Песня, К. Тематические исследования альтернативных вариантов проектирования для сведения к минимуму проблем с эффектом стека в высотных зданиях

. In Proceedings of the BUEE 2006, Токио, Япония, 10–13 июля 2006 г .; С. 415–420.

10.

Yu, J.Y .; Cho, D.W .; Песня, К. Методика проектирования для уменьшения проблем с эффектом стеклопакетов в высотном комплексе

Здание. В материалах 11-й Международной конференции по качеству воздуха в помещениях и климату,

Копенгаген, Дания, 17–22 августа 2008 г .; п.773.

11.

Tamura, G.T .; Уилсон, А.Г. Строительные давления, вызываемые дымоходом и механической вентиляцией.

ASHRAE Trans. 1967,73, 2.2.1–2.2.12.

12. Tamblyn, R.T. Решение проблем с давлением воздуха в высотных зданиях. ASHRAE Trans. 1991, 97, 824–827.

13.

ASHRAE. Полевая проверка проблем, вызванных эффектом стека в высотных зданиях; Исследовательский проект ASHRAE

Отчет RP-661; Американское общество инженеров по отоплению, охлаждению и кондиционированию воздуха: Атланта, Джорджия,

США, 1993.

14. Росс, Д.Э. Руководство по проектированию HVAC для высоких коммерческих зданий; ASHRAE: Атланта, Джорджия, США, 2004.

15. Tamblyn, R.T. Системные эффекты HVAC для высотных зданий. ASHRAE Trans. 1993, 99, 789–792.

16. Klote, J.H. Руководство ASHRAE Design для контроля дыма. Огненный саф. J. 1984,7, 93–98. [CrossRef]

17. ASHRAE. Справочник ASHRAE 2009 г. «Основы»; ASHRAE: Атланта, Джорджия, США, 2009.

18. Шмидт, В. Герметизация лестничной клетки и шахты лифта. Огненный саф. Дж.1984,7, 115–116. [CrossRef]

19.

Miller, R.S .; Бизли Д. О наддуве лестничных клеток и лифтовых шахт для защиты от задымления в высотных зданиях.

Сборка. Environ. 2009,44, 1306–1317. [CrossRef]

20.

Lee, J.H .; Песня, D.S .; Парк, Д. Исследование по разработке и применению системы охлаждения E / V вала

для уменьшения эффекта дымовой трубы в высотных зданиях. Строить. Environ. 2010, 45, 311–319. [CrossRef]

21. Klote, J.H.; Милке, Дж. Принцип управления дымом; ASHRAE: Атланта, Джорджия, США, 2002.

22.

Klote, J.H. NISTIR 4588: Общая процедура анализа эффекта стека; NIST, Министерство торговли США:

Гейтерсбург, Мэриленд, США, 1991.

23. NRC-CNRC. Национальный строительный кодекс Канады; NRC-CNRC: Оттава, Онтарио, Канада, 2005.

24.

Lstiburek, J.W. Многосемейные здания: управление воздушными потоками, обусловленными эффектами стека. ASHRAE J.

2005

, 47, 30–39.

25.

Dols, W.S .; Уолтон, Г. NISTIR 7251-CONTAM Руководство пользователя и документация по программе; Национальный институт стандартов и технологий

: Гейтерсбург, Мэриленд, США, 2013.

26. ASHRAE. Справочник ASHRAE 1997 г. Основы; ASHRAE: Атланта, Джорджия, США, 1997.

27.

Министерство земли, инфраструктуры и транспорта. Стандарт энергосберегающего проектирования зданий; Министерство земли,

Инфраструктура и транспорт: Седжонг-си, Корея, 2017.

28.ASHRAE. STD 62.1 «Вентиляция для обеспечения приемлемого качества воздуха в помещении»; ASHRAE: Atlanta, GA, USA, 2004.

29.

Tong, Z .; Chen, Y .; Малкави, А. Оценка потенциала естественной вентиляции для высотных зданий с учетом метеорологии пограничного слоя

. Прил. Энергия 2017,193, 276–286. [CrossRef]

©

2017 Авторы. Лицензиат MDPI, Базель, Швейцария. Эта статья представляет собой статью в открытом доступе

, распространяемую в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution

(CC BY) (http: // creativecommons.org / licenses / by / 4.0 /).

Когда требуется повышение давления на лестничной клетке?

Любой, кто потратил время на изучение строений или правил пожарной безопасности, быстро осознает важность определений, и это становится очевидным, когда задается этот вопрос — когда необходимо обеспечить герметизацию лестничной клетки? Ответ по умолчанию — высотное здание. Короткий ответ заключается в том, что на самом деле это вовсе не требование кода. Что-то в кодах, которое мы можем упустить из виду, заключается в том, что не слишком много абсолютного.Существует множество альтернативных вариантов дизайна, исключений, а иногда и различных интерпретаций «правил» кода; Фактически, герметизация лестничной клетки сама по себе является альтернативой!

Определения, применимые к герметизации лестничной клетки

Давайте сначала установим некоторые из этих ключевых определений, которые помогут нам ответить на вопрос.

Высотное здание: «Здание с жилым этажом, расположенным на высоте более 75 футов над нижним уровнем доступа пожарных машин.”

Дымонепроницаемое ограждение

: «Выходная лестница или пандус, спроектированный и сконструированный таким образом, что перемещение продуктов сгорания, образующихся в результате пожара, возникающего в любой части здания, в ограждение ограничено».

Итак … Когда мне нужно герметизировать лестничную клетку в моих проектах?

Как упоминалось выше, мы чаще всего видим системы повышения давления на лестничных клетках, используемые в высотных зданиях. Однако тот факт, что здание соответствует определению высотного здания, не обязательно означает, что каждая лестничная клетка или любая лестничная клетка в этом отношении должны быть снабжены герметизацией лестничной клетки.Кодекс просто требует, чтобы каждая выходная лестница, обслуживающая этажи более чем на 75 футов над нижним уровнем доступа пожарной части, была «дымонепроницаемой оболочкой». Например, лестницы, обслуживающие только пару этажей в многоэтажном здании, не потребовались бы. для удовлетворения требований к «дымонепроницаемой оболочке». Аналогичным образом, для подземных зданий каждая лестница, обслуживающая этаж на уровне более 30 футов ниже «уровня выходного выброса», также потребует дымонепроницаемого ограждения, причем одним из методов является создание избыточного давления на лестничной клетке.

Для чего нужен дымозащитный кожух?

Задача дымонепроницаемого ограждения — предотвратить попадание дыма из области, окружающей лестницу, в ограждение лестницы. Простой способ сделать это — предусмотреть внешний балкон или вентилируемый вестибюль, действующий как буферную зону между пространствами, где дым может рассеиваться и, таким образом, не мигрировать в ограждение лестницы. Внешний балкон служит естественным средством для вентиляции любого входящего дыма, а вентилируемый вестибюль является механическим средством вентиляции через специальную вытяжную систему.Хотя этот подход не требует механической системы, он имеет архитектурные и пространственные последствия, что делает его не самым востребованным. Обратите внимание: как видно из этого подхода, дымонепроницаемая оболочка не всегда является системой герметизации лестничной клетки.

В зависимости от геометрии здания или архитектурного видения, тамбур или балкон с выходом на улицу может оказаться невозможным. В этом случае мы рассмотрим альтернативу герметизации лестницы, как это разрешено в соответствии со строительными нормами.Заявление о том, что создание избыточного давления на лестничной клетке не является требованием норм, может показаться натяжкой, поскольку это популярная «альтернатива» обеспечению требуемых дымонепроницаемых кожухов.

Рациональный анализ контроля дыма

Система повышения давления на лестничной клетке считается системой контроля дыма и подчиняется многим требованиям главы 909 Строительных норм. Использование альтернативы герметизации лестничной клетки потребует, чтобы квалифицированный специалист по проектированию подготовил рациональный анализ.

Что такое рациональный анализ? Будьте в курсе нашего будущего блога: Ключевые компоненты, которые должны быть включены в Rational Analysis .

Примеры проектов по борьбе с задымлением и наддува лестничных клеток

Ознакомьтесь с нашей прошлой работой с системами дымоудаления и наддува лестничных клеток здесь

Если вы хотите узнать больше о системах герметизации лестничных клеток и их проектировании, свяжитесь с нами по адресу info @ pbfpe.com или напрямую любому из наших инженеров по противопожарной защите; Общество инженеров противопожарной защиты (SFPE) предлагает курс именно по этой теме! Посмотрите по этой ссылке !

Разделы справочного кода на основе Международного строительного кодекса 2018 года:

IBC 403.5.4 Дымозащитные оболочки.

IBC 405.7.2 Дымонепроницаемая оболочка.

IBC 909.20 Дымозащитные оболочки.

Влияние скорости повышения давления на характер дыхания, работу дыхания, газообмен и комфорт пациента при ИВЛ с поддержкой давлением

Реферат

Целью этого исследования было изучить влияние различных уровней повышения давления во время вентиляции с поддержкой давлением на характер дыхания, работу дыхания, газообмен и комфорт пациента у пациентов с острым повреждением легких.Скорость повышения давления изменяет начальную рампу давления, изменяя начальную пиковую скорость потока: увеличение скорости повышения давления связано с уменьшением времени достижения уровня вентиляции с поддержкой давлением за счет увеличения пиковой скорости потока.

Десять интубированных пациентов (возраст 64 ± 17 лет, индекс массы тела 24 ± 17 кг · м ^-2 , артериальное давление кислорода / фракция вдыхаемого кислорода 214 ± 59) были исследованы в случайном порядке, варьируя скорость повышения давления при 5 и 15 см вод. ₂ O вентиляции с поддержанием давления.Комфортность дыхания оценивали по визуальной аналоговой шкале.

Увеличение скорости нагнетания вызывало увеличение пиковой скорости потока с 473 ± 141 мл · с ^-1 до 758 ± 302 мл · с ^-1 при вентиляции с поддержкой давлением 5 (p <0,05) и с 481 ± 126 мл. · С ⁻¹ до 1,121 ± 175 мл · с ⁻¹ при вентиляции с поддержкой давлением 15 (p <0,05). При самой низкой скорости повышения давления дыхательный объем был самым низким, частота дыхания и работа дыхания были самыми высокими (p <0.05) по сравнению с другими степенями герметизации. За исключением самого низкого уровня повышения давления, во всех остальных уровнях повышения давления проверяли модель дыхания, и работа дыхания не изменялась. Самая низкая и самая высокая скорость повышения давления вызывали наихудший комфорт пациента (p <0,05). Газообмен был стабильным на протяжении всего исследования.

Представленные результаты предполагают: 1) наименьшая скорость повышения давления вызвала наименьший дыхательный объем, наибольшую частоту дыхания и наибольшую работу дыхания; 2) при других скоростях наддува различий в характере дыхания и работе дыхания не наблюдалось; и 3) комфорт пациента был хуже при самой низкой и самой высокой скорости нагнетания давления.

Вентиляция с поддержкой давлением (PSV) является полезным средством увеличения дыхательного объема ( V _T ) у спонтанно дышащих пациентов с дыхательной недостаточностью, улучшения газообмена при одновременном снижении работы дыхательных мышц; это достигается за счет приложения заданного положительного давления (, т. е. поддержки давлением) во время каждого вдоха 1.

PSV, поставляемый различными механическими вентиляторами, характеризуется нерегулируемой скоростью нагнетания давления ( i.е . время для установки уровня поддержки давлением). Эта скорость повышения давления определяет начальный профиль линейного давления и начальную пиковую скорость потока на вдохе (PIF). Поскольку низкий уровень СДС может привести к чрезмерному усилию вдоха 2, аппараты ИВЛ предназначены для обеспечения максимальной СДС во время начального подъема до уровня поддержки давлением 3.

Однако это фиксированное и быстрое повышение давления в дыхательной системе может вызвать СДС выше, чем требуется некоторым пациентам, что приведет к нестабильной подаче давления (перерегулирование) и / или преждевременному прекращению вдоха 4.Регулируемый начальный пиковый поток вдоха может быть подходящим улучшением для улучшения синхронизации вентилятора пациента. 5. Новейшие механические вентиляторы позволяют регулировать PIF во время PSV с помощью кнопки повышения давления (PR), так что PIF может быть изменен и адаптирован к пациенты нуждаются. В лабораторном исследовании было описано снижение работы дыхания, полученное с помощью PR-манипуляций 6. Однако информация об эффектах PR-манипуляций во время клинических испытаний является противоречивой.Макинтайр и Но 7 обнаружили, что промежуточная СДС улучшила взаимодействие пациента с аппаратом ИВЛ 7, в то время как в других исследованиях наблюдалась самая низкая работа дыхания при самой высокой СДС 8–10, а третьи описали индивидуальную реакцию на манипуляции с СДС, в зависимости от индивидуального вдоха 11 Однако в этих исследованиях не проводилась систематическая оценка влияния изменения СДС на субъективное ощущение одышки. Поскольку одышка часто возникает во время искусственной вентиляции легких в условиях повышенного дыхательного усилия, была высказана гипотеза, что различные степени повышения давления могут влиять на комфорт пациента.

Целью этого исследования было оценить влияние изменения PR на модель дыхания, работу дыхания, газообмен и комфорт пациента у пациентов с острым повреждением легких на двух разных уровнях вентиляции с поддержкой давлением.

Методы

Субъекты

В исследование были включены десять интубированных (четыре трахеостомированных) пациентов с острым повреждением легких. Все пациенты были вентилированы в PSV (таблица 1). Для включения в исследование пациенты должны быть гемодинамически стабильными и не иметь в анамнезе и / или признаков хронической обструктивной болезни легких (ХОБЛ).

Таблица 1—

Характеристика пациентов

Протокол был одобрен наблюдательным советом Университета дельи Студи ди Милано, и информированное согласие было получено от каждого пациента или его ближайших родственников.

Протокол

Все пациенты были вентилированы механическим аппаратом ИВЛ Bear 1000 (Allied Healthcare, Риверсайд, Калифорния, США) и исследованы в полулежачем положении (под углом около 30 ° вверх).PR во время PSV можно регулировать по произвольной шкале от -9 (самый низкий) до 9 (самый высокий) дискретными шагами по 1 единице с 0 в качестве значения по умолчанию 12. Таким образом, регулирующий клапан модулирует PIF в соответствии с: уровнем давления выбранная поддержка, PR, импеданс пациента на вдохе и усилие на вдохе. Заданный уровень давления достигается через переменный интервал времени, зависящий от выбранного PR и механических характеристик каждого пациента. В общем, самый низкий PR означает наибольшее время для достижения заданного уровня PSV ( t PSV) и минимального PIF, в то время как самый высокий PR означает самый короткий t PSV и максимальный PIF.Давление на вдохе прекращается, когда поток на вдохе падает до <30% СДС или когда у пациента начинается активный выдох. Все пациенты были подключены к аппарату искусственной вентиляции легких через стандартный одноразовый дыхательный контур (длина 1,8 м; DAR, Мирандола, Италия) с увлажнителем с горячей водой (MR450, Fischer & Paykel, Окленд, Новая Зеландия), вставленным в инспираторную конечность.

Два уровня PSV применялись в случайном порядке: 5 и 15 см вод. Ст. ₂ O выше пикового давления в конце выдоха (PEEP).На каждом уровне PSV в случайном порядке применялись пять уровней PR. Одинаковые уровни PR были изучены на каждом уровне PSV у всех пациентов. Поскольку при низком PR механический вентилятор может не достичь заданного давления, отслеживание давления в дыхательных путях проверялось у каждого пациента, чтобы убедиться, что выбранный уровень поддержки давлением был эффективно достигнут.

Чувствительность триггера была установлена ​​на 0,5 см вод. Ст. ₂ O и не изменялась на протяжении всего исследования. Уровень ПДКВ и фракции кислорода на вдохе ( F _{I, O 2} ) поддерживали на одном уровне, выбранном лечащим врачом перед исследованием.Каждый этап исследования продолжался ≥20 минут, а измерения проводились в течение последних 5 минут каждого периода.

Измерения

Поток измеряли с помощью нагретого пневмотахографа (Fleish № 2; Fleish, Швейцария), вставленного между проксимальным концом эндотрахеальной трубки и Y-образным соединением дыхательного контура. Давление открытия дыхательных путей измеряли проксимальнее пневмотахографа датчиком давления (Validyne Corp., Northridge, CA, USA).Давление в пищеводе ( P _oes ) регистрировали с помощью тонкостенного латексного баллона (длиной 8 см), запаянного над одним концом полиэтиленового катетера и подключенного к датчику давления (Bentley Trantec; Bentley Laboratories, Ирвин, Калифорния, США). ). Во время измерений в пищеводный баллон надували 0,5–1,0 мл воздуха. Положение пищеводного баллона и достоверность его сигнала оценивали с помощью теста окклюзии 13 и рентгенограммы грудной клетки. Затем он был зафиксирован в этом положении.У шести пациентов аналогичный катетер был продвинут в желудок для измерения желудочного давления. Его положение было подтверждено измерениями давления. Сигналы потока и давления регистрировались на полиграфе (Brush 2400 S, Гулд, Кливленд, Огайо, США), обрабатывались через аналого-цифровой преобразователь (100 Гц на канал) и сохранялись на персональном компьютере для последующего анализа. и вычисления.

Всем пациентам была установлена ​​постоянная артериальная канюля. Артериальное давление и частоту сердечных сокращений контролировали одноразовым датчиком давления (Transpec IV L974; Abbott Ireland, Слайго, Республика Ирландия).Были взяты образцы артериальной крови и газы крови были оценены с помощью газоанализатора (IL-1312 Blood Gas Manager и IL-282 CO-Oximetry, Instrumentation Laboratory, Милан, Италия).

Характер дыхания и дыхательного усилия

В первые 2 минуты каждого периода измерения записывались последовательные непрерывные вдохи для измерения V _T , частоты дыхания (RR), минутной вентиляции ( V ′ E), времени вдоха ( t _I ) , рабочий цикл ( т _I / общее время: т _I / т _tot ), т PSV, PIF, инспираторная механическая работа дыхания (WOB), выраженная либо в минуту ( WOB · мин ^-1 ) или на литр вентиляции (WOB · L ^-1 ), произведение давления на время (PTP) и динамическое собственное PEEP (PEEP _i ). V _T было получено математическим интегрированием сигнала потока, V ′ E было рассчитано как V _T × RR. WOB рассчитывалась по модифицированной диаграмме Кэмпбелла, как сообщалось ранее 14; давление упругой отдачи грудной стенки было измерено в точке резкого перегиба на вдохе на P _oes кривых (, т.е. . в начале вдоха) 14. Эластичная и резистивная работа грудной стенки была измерена. не измеряется, потому что это измерение требует от пациентов глубокой седации.PTP был рассчитан как интеграл P _oes , отслеживающий против времени от начала отклонения вдоха до конца инспираторного потока, предполагая, что эластичность грудной стенки была линейной в диапазоне V _T , и умноженный на частоту дыхания 15. Для оценки возможного влияния экспираторной активности, которая может вызвать ошибки при вычислении PEEP _i и WOB, у шести пациентов было измерено желудочное давление.Отсутствие активности выдыхательных мышц было проверено путем изучения записей давления в желудке 16. У остальных четырех пациентов такие записи не были получены, но активность выдыхательных мышц можно было исключить клиническим обследованием, как было предложено предыдущими авторами 14. ПДКВ _и было сочтено равным. разнице между значением P _oes в начале отрицательного отклонения и его значением, соответствующим первой точке при нулевом расходе 14.

За последние 3 минуты каждого этапа исследования была проведена серия из трех маневров окклюзии в конце выдоха, повторенных с интервалом примерно 15 с, для измерения вентиляционного драйва ( P _0.1 ). P _0,1 было принято как значение падения давления в дыхательных путях в начале инспираторного усилия во время маневра окклюзии в течение начальных 0,1 с после точки нулевого потока 17.

Комфорт пациента

Комфортность дыхания пациента оценивалась врачом, не участвовавшим в исследовании, на основе визуальной аналоговой шкалы «Шкала воспринимаемой одышки Борга» 18. Испытуемых просили поставить вертикальную отметку на отпечатанной 10-сантиметровой горизонтальной шкале в ответ на вопрос: «Насколько у вас сейчас одышка?» У линии были дескрипторы ниже крайних концов.Слева было слово «нет», указывающее на отсутствие одышки, а справа — противоположная реакция «чрезвычайно серьезная». Для каждого тестируемого состояния пациенты ставили вертикальную отметку на линии, которая лучше всего отражала интенсивность их одышки. Интенсивность измерялась как расстояние в см от левой стороны горизонтальной линии (соответствующей отсутствию одышки) до отметки, нанесенной пациентом. Новая шкала представлялась каждый раз, когда оценивался уровень комфорта пациента 19.Перед началом протокола пациенты были тщательно проинструктированы о правильном использовании весов. Чувствительность и воспроизводимость шкалы Борга была подтверждена с другими показателями одышки 20–22.

Статистика

Все результаты выражены как среднее ± стандартное отклонение. Сравнение между средними значениями для каждой последовательности и каждой измеренной переменной проводили с помощью двухфакторного дисперсионного анализа с внутренним сравнением между последовательностями с помощью t-критерия Бонферрони после анализа, когда это необходимо, принимая p <0.05 как статистически значимый. При необходимости выполнялись линейные регрессии.

Результаты

Влияние изменений вентиляции с поддержкой давлением

Как и ожидалось, V _T и PIF были выше при PSV 15 по сравнению с PSV 5 (p <0,05) (таблицы 2 и 3⇓⇓). WOB (WOB · мин ^-1 и WOB · L ^-1 ) и PTP были ниже при PSV 15 по сравнению с PSV 5 (p <0,05). Отличий в P _{0 не было.1} и уровни одышки между двумя уровнями PSV.

Таблица 2—

Влияние различной скорости повышения давления (PR) при 5 см вод. Ст. ₂ O вентиляции с поддержкой давлением (PSV)

Таблица 3—

Влияние различной скорости повышения давления (PR) при 15 см вод. Ст. ₂ O вентиляции с поддержкой давлением (PSV)

Влияние изменения скорости наддува

Типичная экспериментальная запись одного пациента во время PSV при разном PR показана на рисунке 1⇓.Благодаря дизайну эксперимента увеличение PR привело к значительному увеличению PIF с 473 ± 141 мл · с ^-1 до 758 ± 302 мл · с ^-1 при PSV 5 (p <0,05) и с 481 ± 126 мл · с ⁻¹ до 1,121 ± 175 мл · с ⁻¹ при PSV 15 (p <0,05) и снижение на т PSV с 1,0 ± 0,4 с до 0,1 ± 0,1 с при PSV 5 (p <0,05) и от 1,0 ± 0,3 до 0,2 ± 0,2 с при PSV 15 (p <0,05) (таблицы 2 и 3⇑⇑).

Рис. 1.—

Пример a – e) воздушного потока, f – j) давления в пищеводе ( P _oes ) и k – o) давления в дыхательных путях ( P _aw ), отслеживаемых при пяти различных уровнях давления.

При самом низком PR V _T был ниже, а ОР, индексы усилий пациента и уровень одышки были выше по сравнению с другими PR (p <0,05) (таблицы 2 и 3⇑⇑ и рис. 2⇓ ). Однако, исключая самый низкий PR, в другом испытанном PR, V _T , RR, работа дыхания и P _0,1 существенно не изменились. Реакция комфорта пациента на увеличение PR была U-образной (рис.3⇓), причем самый низкий и самый высокий PR соответствуют наивысшим уровням одышки при обоих PSV (p <0,05). Как показано на рисунке 4⇓, наблюдалась заметная межиндивидуальная вариабельность значений PR, при которой был обнаружен наилучший комфорт пациента. Пациенты представили разные ответы, потому что при PSV 5 лучший комфорт был обнаружен у шести пациентов при исходном PR, в то время как при PSV 15 наилучший комфорт присутствовал при низком PR у четырех пациентов и при исходном PR у пяти (рис. 4). Не было корреляции между показателем одышки и дыхательным усилием ( i.е . PTP и WOB) и P _0,1 .

Рис. 2.—

Влияние скорости повышения давления на произведение давления на время (PTP) при a) 5 и b) 15 см вод. Ст. ₂ O вентиляции с поддержкой давлением. Данные показаны для каждого из 10 пациентов, представленных разными символами.

Рис. 3.—

Уровни одышки при каждой скорости повышения давления (PR) при a) 5 и b) 15 см вод. Ст. ₂ O вентиляции с поддержкой давлением. *: p <0,05 по сравнению с низким, исходным PR (исходным PR).

Рис. 4.—

Распределение максимального комфорта дыхания у каждого пациента в зависимости от скорости повышения давления при a) 5 и b) 15 см вод. Ст. ₂ O вентиляции с поддержкой давлением.

Газообмен оставался стабильным между разными уровнями PSV и PR, среднее артериальное давление кислорода ( P _{a, O 2} ) составляло 85 ± 20 мм рт. Ст., А среднее артериальное давление диоксида углерода ( P _{a). , CO 2} ) составила 33 ± 3 мм рт.На протяжении всего исследования не было значительных изменений артериального давления и частоты сердечных сокращений.

Обсуждение

Представленное исследование показывает, что у пациентов с острым повреждением легких различные PR во время PSV могут существенно влиять на дыхательный режим, работу дыхания и комфорт пациента.

Во время PSV после запуска вентилятор обычно обеспечивает максимально возможное PIF для быстрого достижения заданного уровня поддержки давлением 3. Обычно PIF не устанавливается врачом и может варьироваться в зависимости от производителя 3.Фиксированная настройка может быть неуместной, поскольку многие исследования показали, что вариации СДС вызывают важные изменения в паттерне дыхания 7–11. Было высказано предположение, что модуляция PIF на протяжении изменений PR может повлиять на дыхательное усилие пациента и субъективное ощущение комфорта дыхания.

У четырех из 10 пациентов экспираторная активность не измерялась напрямую путем записи измерений давления в желудке. Наличие экспираторной активности у этих четырех пациентов могло привести к завышению значений PEEPi и инспираторного WOB, а также к занижению общего WOB.Однако у шести пациентов, у которых действительно измерялось желудочное давление, не было обнаружено экспираторной активности. Кроме того, у четырех пациентов, у которых не измерялось желудочное давление, любую экспираторную активность можно было разумно исключить при визуальном осмотре. Более того, значения PEEPi для всего населения были очень низкими и не менялись в ходе выполнения протокола. Таким образом, даже если все PEEPi было обусловлено активностью выдоха, оно должно было быть низким и не зависеть от PR. Принимая во внимание эти ограничения, самые высокие значения WOB и PTP и самые высокие уровни одышки были обнаружены при самых низких уровнях PR.Это может быть связано с начальным несоответствием между скоростью потока газа, подаваемого аппаратом ИВЛ, и спонтанной потребностью пациента в потоке воздуха. Аналогичные результаты были получены другими исследователями как при вспомогательной вентиляции 2, так и при вентиляции с поддержкой давлением 8–10 или при постоянном положительном давлении в дыхательных путях 23.

Повышение уровня PR всегда было связано с более низкой нагрузкой на долото. Однако при самом высоком PR наблюдалась тенденция к увеличению нагрузки на долото (таблицы 2 и 3⇑⇑).

Результаты в литературе относительно взаимосвязи между нагрузкой на долото и PR не однозначны.Bonmarchand и др. . 9, с использованием другого аппарата ИВЛ, отличного от того, который использовался в представленном исследовании, обнаружил, в среднем, прогрессирующее снижение нагрузки на долото, связанное с прогрессивным увеличением PR. Однако они также обнаружили большую вариабельность индивидуальной реакции. Из их работы, а также из настоящих результатов, кажется, что самый высокий PR не обязательно связан с самым низким WOB, что позволяет предположить, что индивидуальное титрование PR может быть полезным. Возможно, что наименьший достижимый уровень нагрузки на долото зависит от индивидуального спроса и его соответствия доставляемому потоку.Во время PSV избыток PIF может помочь снизить WOB во время начальной фазы вдоха, но из-за фиксированного критерия цикличности вдоха вентилятора чрезмерное PIF может уменьшить фактическое время вдоха до значения ниже, чем нервный вдох. время 3, 24. Это снижает V _T и может вызвать дисинхронию 11.

Изменения P _0,1 , связанные с PR, внимательно следили за изменениями WOB. Эти результаты явно противоречат работе Alberti et al. 17, которые обнаружили значительное снижение на P _0,1 между 20 и 15 см вод. Ст. ₂ О. PSV. Однако Alberti et al. 17 не сообщило о каких-либо значительных изменениях P _0,1 между 15 и 10 см вод. _0,1 , механический или химический. В настоящем исследовании не было обнаружено серьезных изменений в механике легких или газообмене.Однако, независимо от причины увеличения на P _0,1 , это отражало несоответствие между потребностями пациента и потоком воздуха, подаваемым аппаратом.

Самые удивительные результаты этого исследования касаются комфорта пациента. Комфортность дыхания при ИВЛ сложно оценить количественно. Айткен 25 рекомендовал его измерение с использованием шкалы одышки Борга как средства точной оценки субъективных переживаний. Эта шкала одышки показала высокую воспроизводимость 20.У настороженных, слаженных пациентов шкала одышки чувствительно измеряет изменение интенсивности комфорта в ответ на различные стимулы во время механической вентиляции 19. Шкала Борга использовалась, потому что она проста в использовании и представляет весь диапазон реакции, от полного комфорта до тяжелой одышки. 20, 21. Настоящее исследование показывает, что взаимосвязь между PR и комфортом пациента можно описать как параболу (рис. 3⇑). Комфорт пациента был наихудшим при самом низком PR, и пациенты описывали свой дискомфорт такими фразами, как: «Мне нужно больше воздуха» и «Мне нужно больше кислорода».Это сопровождалось увеличением нагрузки на долото и PTP. Напротив, самый высокий PR не был оптимальным параметром, потому что комфорт пациента был хуже, в то время как WOB и PTP не отличались от исходного уровня. Пациенты описали это ощущение как «дискомфорт в дыхательных путях», но не как одышку 26. Таким образом, казалось, что существует диссоциация между дыхательным усилием и ощущением одышки. Это наблюдение согласуется с данными Grassino et al. 27, которые обнаружили, что упражнения могут вызывать выраженную одышку у пациентов с ХОБЛ без каких-либо признаков диафрагмальной усталости.Более того, Manning et al. 26 обнаружил усиление ощущения одышки у пациентов на ИВЛ при увеличении СДС. Настоящие результаты показывают, что увеличение дыхательного усилия не обязательно способствует возникновению одышки 28. Одышка связана с повышенным дыхательным усилием у здоровых субъектов 29 и у пациентов с ХОБЛ 30. У представленных пациентов уровни одышки были относительно низкими, хотя они соответствовали критериям острого повреждения легких (ALI) / острого респираторного дистресс-синдрома (ARDS) и выздоравливали от ALI / ARDS, поэтому они могут составлять совершенно другую популяцию, чем те, в которых была утверждена шкала одышки.Нет четкого объяснения этому открытию, но возможные причины включают различный тип повреждения легких, длительное воздействие механической вентиляции и возможную остаточную фармакологическую седацию или нарушение физиологического механизма, приводящее к одышке.

В заключение, представленные данные подтверждают, что можно минимизировать работу дыхания у данного пациента, установив надлежащую скорость повышения давления по шкале одышки. Подобное снижение работы дыхания может быть получено путем увеличения уровня вентиляции с поддержкой давлением, как описано ранее 31.Это, однако, увеличило бы среднее давление в дыхательных путях и дыхательный объем с возможным индуцированием собственного пикового давления в конце выдоха 32. Установка уровня повышения давления в соответствии с комфортом пациента может уменьшить работу дыхания, поддерживая более физиологический характер дыхания, чем было бы. достигается за счет увеличения уровня поддерживающей вентиляции давлением.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить Л. Брошара за полезный обзор рукописи.

• Получено 25 сентября 2000 г.
• Принято 30 января 2001 г.

Список литературы

1. ↵

   MacIntyre NR. Клинически доступные новые стратегии поддержки ИВЛ. Сундук 1993; 104: 560–565.

2. ↵

   Марини Дж. Дж., Каппс Дж. С., Калвер Б. Х. Инспираторная работа дыхания при искусственной вентиляции легких. Сундук 1985; 87: 612–618.

3. ↵

   MacIntyre NR, Nishimura M, Usada Y, Tokioka H, ​​Takezawa J, Shimada Y.Конференция в Нагое о конструкции системы и взаимодействии пациента с аппаратом ИВЛ во время ИВЛ с поддержкой давлением. Сундук 1990; 97: 1463–1466.

4. ↵

   Коэн И.Л., Билен З., Кришвамурти С. Влияние на рабочее давление вентилятора при вентиляции с поддержкой давлением. Chest 1993; 103: 588–592.

5. ↵

   Brochard L. Вентиляция с поддержанием давления: все еще простой режим? Intensive Care Med 1996; 22: 1137–1138.

6. ↵

   Croci M, Pelosi P, Chiumello D, Gattinoni L. Регулирование скорости повышения давления снижает усилие на вдохе во время вентиляции с поддержкой давлением: лабораторное исследование. Respiratory Care 1996; 41: 880–884.

7. ↵

   MacIntyre NR, Ho LI. Влияние начальной скорости потока и критериев прерывания дыхания на вентиляцию с поддержкой давлением. Сундук 1991; 99: 134–138.

8. ↵

   Bonmarchand G, Chevron V, Chopin C, et al. Повышенная начальная скорость потока снижает инспираторную работу дыхания при вентиляции с поддержкой давлением у пациентов с обострением хронической обструктивной болезни легких. Intensive Care Med 1996; 22: 1147–1154.

9. ↵

   Bonmarchand G, Chevron V, Menard JF, et al. Влияние значений наклона кривой давления на работу дыхания во время вентиляции с поддержкой давлением у пациентов с ограничением давления. Crit Care Med 1999; 27: 715–722.

10. ↵

    Манчебо Дж., Амаро П., Молло Дж. Л., Лорино Х. Ф., Лемэр Ф., Брошард Л.Сравнение эффектов вентиляции с поддержкой давлением, обеспечиваемой тремя разными вентиляторами во время отлучения от механической вентиляции. Intensive Care Med 1995; 21: 913–919.

11. ↵

    Брэнсон Р. Д., Кэмпбелл Р. С., Дэвис К., Йоханман Дж. А., Джонсон Д. Д., Херст Дж. М.. Изменение скорости потока во время вентиляции с максимальным давлением (PSV max): влияние на кардиореспираторную функцию. Respir Care 1990; 35: 1056–1064.

12. ↵

    Механический вентилятор Bear 1000.Руководство по эксплуатации, Allied Healthcare Inc., Риверсайд, Калифорния, США.

13. ↵

    Байдур А., Бехракис П.К., Зин В.А., Джегер М.Дж., Милич-Эмили Дж. Простой метод оценки достоверности техники пищеводного баллона. Am Rev Respir Dis 1982; 126: 788–791.

14. ↵

    Diehl JL, Atrous S, Touchard D, Lemaire F, Brochard L. Изменения в работе дыхания, вызванные трахеотомией у пациентов, зависимых от ИВЛ.Am J Respir Crit Care Med 1999; 159: 383–388.

15. ↵

    Sasson CS, Light RW, Ladia R. Произведение давления и времени во время постоянного положительного давления в дыхательных путях, вентиляции с поддержкой давлением и тройника во время отлучения от механической вентиляции. Am Rev Respir Dis 1991; 143: 469–475.

16. ↵

    Lessard MR, Lofaso F, Brochard L. Активность выдыхательных мышц увеличивает внутреннее положительное давление в конце выдоха независимо от динамической гиперинфляции у пациентов с механической вентиляцией легких.Am J Respir Crit Care Med 1995; 151: 562–569.

17. ↵

    Альберти А., Галло Ф, Фонгаро А., Валенти С., Росси А. P _0,1 — полезный параметр при установке уровня вентиляции с поддержкой давлением. Intensive Care Med, 1995; 21: 547–553.

18. ↵

    Борг Г. Воспринимаемое напряжение как индикатор соматического стресса. Scand J Rehabil Med 1970; 2: 92–98.

19. ↵

    Раньери В.М., Грассо С., Маския Л., и др. Влияние пропорциональной вспомогательной вентиляции на усилие дыхательных мышц у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких и острой дыхательной недостаточностью. Анестезиология 1997; 86: 79–91.

20. ↵

    Muza SR, Silverman MT, Gilmore GC. Сравнение шкал, используемых для количественной оценки ощущения усилия при дыхании у пациентов с хронической обструктивной болезнью легких. Am Rev Respir Dis 1990; 141: 909–913.

21. ↵

    Bradley TD, Chartrand DA, Fitting JW, Killian KJ, Grassino A.Связь ощущения вдоха и утомления диафрагмы. Am Rev Respir Dis 1986; 134: 1119–1124.

22. ↵

    Янсон-Бьеркли С., Корниери В., Худес М. Ощущение легочной одышки. Nurs Res 1986; 35: 154–159.

23. ↵

    Киртон О.К., Баннер М.Дж., Аксельрад А., Другас Г. Обнаружение непредвиденной вынужденной работы дыхания: отчет об облегчении. Crit Care Med 1993; 21: 790–795.

24. ↵

    Юнес М.Взаимодействие между пациентами и аппаратами ИВЛ В : Rousso C, ed. The ThoraxNew York, Марсель Деккер, 1995; С. 2367––2420.

25. ↵

    Aitken RC. Измерение чувств с помощью визуальных аналоговых шкал. Proc Royal Soc Med 1969; 62: 989–993.

26. ↵

    Мэннинг Х.Л., Молинари Э.Дж., Лейтер Дж. Влияние скорости вдоха на респираторные ощущения и характер дыхания. Am J Respir Crit Care Med 1995; 151: 751–757.

27. ↵

    Грассино А., Беллемар Ф., Лапорта Д. Усталость диафрагмы и стратегия дыхания при ХОБЛ. Сундук 1984; 85: 51–54.

28. ↵

    Knebel AR, Jaoson-Bjerklie SL, Wallen JD, Wilson AG, Marini JJ. Сравнение комфорта дыхания во время отлучения от груди с двумя режимами вентиляции. Am J Respir Crit Care Med 1994; 149: 14–18.

29. ↵

    Киллиан К.Дж., Гандевиа СК, Саммерс Э., Кэмпбелл Э.Дж.Влияние увеличенного объема легких на восприятие одышки, усилия и напряжения. J. Appl Physiol 1984; 57: 686–691.

30. ↵

    Ботт Дж., Кэрролл М.П., ​​Конвей Дж. Х., и др. Рандомизированное контролируемое исследование назальной вентиляции при острой дыхательной недостаточности, вызванной хронической обструктивной болезнью дыхательных путей. Ланцет 1993; 341: 1555–1557.