ООО «Центр Грузовой Техники»

8(812)244-68-92

Содержание

Турбокомпрессор или приводной нагнетатель?

КАКИМ ОБРАЗОМ турбокомпрессоры и приводные нагнетатели поднимают отдачу мотора? Они “заталкивают” в цилиндры дополнительный воздух, создавая положительное давление на впуске. Стремясь приготовить рабочую смесь оптимального состава, система управления двигателем также увеличивает подачу топлива. Поэтому при сгорании такого состава выделяется больше энергии и повышается мощность двигателя.

Турбокомпрессоры

“Турбодопинг” позволил поднять мощность 2,3-литровой “четверки” “Mazda 6 MPS” с базовых 160 до 260 л.с.

Обновленный “BMW X3” может похвастать новейшей трехлитровой дизельной “шестеркой” с двойным последовательным турбонаддувом.

ЭТИ УСТРОЙСТВА очень популярны. Их применяют на самых разных автомобилях, начиная с японских городских микролитражек вроде “Mitsubishi i” или “Subaru R1” и заканчивая такими спортивными монстрами, как “Saleen S7”.

В качестве источника энергии в турбокомпрессорах используются выходящие из цилиндров с большой скоростью и давлением отработавшие газы двигателя. Они вращают турбинное колесо, закрепленное на одном валу с насосным, которое, в свою очередь, нагнетает во впускной коллектор дополнительный воздух.

Турбокомпрессоры просты, относительно недороги и обладают высоким КПД, поскольку они не требуют дополнительного источника энергии. У этого вида нагнетателей есть свои особенности. Например, чем быстрее крутится коленвал, тем больше образуется выхлопных газов. Соответственно растет частота вращения турбины. Поэтому, если не ограничить давление наддува, рано или поздно (в частности, при резком закрытии дроссельной заслонки) произойдет поломка двигателя.

Как правило, роль предохранителя выполняет специальный перепускной клапан. При достижении заданного давления он открывает путь выхлопным газам в обход турбины. Регулируя сжатие пружины, можно выбирать момент срабатывания клапана. На современных двигателях обычно эту заботу берет на себя электроника, которая в зависимости от нагрузки на двигатель, его частоты вращения и множества других параметров управляет работой наддува.

Еще турбокомпрессоры отличаются большой инертностью. При малых оборотах коленвала давления выхлопных газов недостаточно, чтобы раскрутить турбину до необходимой для эффективной работы скорости, поэтому при резком ускорении происходит небольшой провал, так называемая турбояма (или турболаг). И только после 2.500-3.000 об/мин наддув “просыпается” и начинает выполнять свои функции.

На моторе “Porsche 911 Turbo” используются турбонагнетатели с изменяемой геометрией.

“MercedesBenz S65 AMG” оснащен двигателем V12, на каждом ряду цилиндров которого установлен свой турбокомпрессор.

Если же применить турбину небольшого размера, с малой инертностью, то ее производительности не хватит на высоких скоростях. Надо увеличивать частоту вращения. А прочность материалов небезгранична…

Поэтому инженерам приходится идти на компромиссы. К примеру, устанавливать на двигатель последовательно два турбокомпрессора: один маленький, другой побольше. Первый работает на малых оборотах, увеличивая крутящий момент и предотвращая появление турбоямы. Более производительное устройство включается в работу при большей частоте вращения, когда потенциал младшего “напарника” иссякает. Есть и переходный режим, когда обе турбины работают одновременно. Подобную схему можно встретить, скажем, на новом “BMW X3”.

Встречаются также моторы с параллельными небольшими турбонагнетателями. В таком случае каждый из них обслуживает только определенные цилиндры: например, один ряд Vобразного двигателя, как у “Mercedes-Benz S65 AMG”.

Другой способ борьбы с турболагом – компрессоры с изменяемой геометрией. В них направление потока выхлопных газов и сопротивление коллекторов их движению регулируется специальными заслонками или диафрагмами. Электроника управляет ими таким образом, чтобы турбина всегда поддерживала оптимальные рабочие обороты. Такое техническое решение применено, например, на “Porsche 911 Turbo”.

Эти меры удорожают и усложняют конструкцию турбокомпрессоров, но на сегодняшний день они пока популярнее приводных механических нагнетателей. Ведь почти все современные дизели оснащены именно турбонаддувом.

Приводные нагнетатели

Приводные компрессоры “Lysholm” в основном применяются на спорткарах вроде “Ford GT”.

Инженеры “Jaguar” предпочитают увеличивать отдачу моторов с помощью нагнетателей типа “Roots”. На фото – “Jaguar XJR”.

ОНИ ПРИВОДЯТСЯ механической передачей от коленвала двигателя. Соответственно производительность наддува напрямую зависит от частоты вращения мотора. То есть компрессор всегда обеспечивает необходимую подачу воздуха.

Приводные нагнетатели появились больше 100 лет назад, за это время создано множество их типов, но на автомобилях применяются в основном три: роторные (“Roots”), винтовые (“Lysholm”) и центробежные. Первые два подают воздух с помощью двух вращающихся цилиндрических роторов особой формы, а третий – лопатками крыльчатки.

Компрессоры “Roots” просты по конструкции, поэтому широко распространены на легковых машина х от “Mini” до “Jaguar”. Особенно популярны эти нагнетатели у спецов “Mercedes-Benz”, оснащающих ими многие свои модели.. На другой чаше весов – небольшой КПД, шумная работа и сильный нагрев. Поэтому “Roots” используют в основном для создания положительного давления не более 0,5-0,6 бара.

Нагнетатели “Lysholm” высокопроизводительны, компактны, отличаются высокой надежностью и хорошим КПД. Они могут создавать давление до одного бара и даже выше. Этим объясняется их распространенность на мощных скоростных машина х вроде “MercedesBenz SLR McLaren” или “Ford GT”. Но роторы сложной формы дороги в производстве. Кроме того, из-за особенностей конструкции (внутреннее сжатие воздуха) работу нагнетателя сопровождает навязчивый высокочастотный шум.

Центробежные устройства во многом похожи на турбокомпрессоры. Они компактны, недороги и долговечны, но их КПД не очень велик. К тому же на малых оборотах “центробежники” не очень эффективны. На серийных моделях такие устройства используются достаточно редко. Гораздо чаще их применяют тюнинговые ателье и фирмы, производящие эксклюзивные автомобили. Характерный пример – “Koenigsegg”.

Несмотря на определенные преимущества перед турбокомпрессорами, нагнетатели не столь популярны. Главным образом из-за больших размеров (в тесноте подкапотного пространства расположить их непросто), повышенной шумности, а также необходимости специального привода, который забирает часть мощности у двигателя и увеличивает расход топлива.

Последнюю проблему отчасти помогают решить различные муфты, управляемые электроникой. На определенных режимах они отключают коленвал от механического нагнетателя, экономя горючее.

Союз двух схем

Симбиоз приводного нагнетателя и турбонаддува позволил снять с 1,4-литрового мотора “Volkswagen Golf GT” 170 л.с.

Производителям эксклюзивных автомобилей полюбились центробежные нагнетатели. Компания “Koenigsegg”, например, устанавливает такие на модель “CCR”.

ПОКА двигателисты всего мира спорят о преимуществах и недостатках различных схем наддува, “Volkswagen” выпустил “Golf GT”. Мотор этого автомобиля уникален тем, что оснащен как турбонаддувом, так и приводным нагнетателем типа “Roots”.

На малых оборотах двигателя работает “Roots”, позволяя турбине раскрутиться до рабочих частот. Затем нагнетатель автоматически отключается, передавая эстафету турбонаддуву. В результате “четверка” скромного рабочего объема 1,4 л выдает 170 л.с.!

Похоже, будущее за такими “гибридными” системами, позволяющими соединить положительные качества известных конструкций и устранить их негативные свойства.

Автор
Юрий УРЮКОВ
Издание
Клаксон №23 2007 год
Фото
фото фирм-производителей

В чем отличия приводного центробежного нагнетателя и турбины?

Вот как работают центробежные приводные нагнетатели

Внешне центробежные нагнетатели выглядят очень схоже со своими ближайшими родственниками – обычными турбинами. Действительно, между двумя системами подачи воздуха в цилиндры много общего, но тем не менее отличий у них не меньше.

 

Использование принудительной индукции для получения большей мощности с единицы объема двигателя может быть достигнуто несколькими различными способами. Одним из таких способов является применение нагнетателя центробежного типа, использующего механическую мощность двигателя, а не энергию выхлопных газов, для того чтобы загнать больше воздуха в цилиндры, сжечь больше топлива и получить больше мощности. Но как именно работает центробежный нагнетатель? Небольшой ликбез ниже.

 

Технические отличия центробежного нагнетателя от турбины

Центробежный нагнетатель очень похож на турбокомпрессор, если посмотреть на него со стороны такого технического элемента, как диффузор компрессора. В простонародье его называют «улиткой» за схожий внешний вид, и это не случайно.

 

Как в турбине, он использует крыльчатку для сжатия воздуха, поступающего извне, и принудительно направляет его в цилиндры двигателя. Главное конструктивное отличие, как вы уже догадались, заключается в отказе от использования выхлопных газов для раскручивания крыльчатки – центробежный нагнетатель вместо этого использует шкив, приводимый в движение двигателем механически. Поэтому он относится к типу приводных нагнетателей.

 

Смотрите также: Неисправности турбин: Эксплуатация, неисправности, восстановление и ремонт

Зачем нужно было городить такой огород, если уже существует очень схожая конструкция, появившаяся еще на заре автомобилестроения? Конечно же, в этом есть свой важный смысл и определенные преимущества.

Плюс. Поскольку вращение компрессора центробежного типа зависит от оборотов двигателя, центробежная турбина не будет нагнетать такое же количество воздуха на низких оборотах, как и на высоких. Это хорошо при обыденной эксплуатации автомобиля, например, в городе, в пробках или при вялотекущем движении. Пиковая мощность не будет достигаться до тех пор, пока вы не раскрутите мотор до более высоких оборотов. Значит, будет экономиться топливо.

 

Минус. В то же время моторы с установленными на них центробежными нагнетателями будут выдавать максимальную мощность на самых высоких оборотах, что создаст определенный дефицит энергии при начале разгона.

 

Таким образом, у двигателя с центробежным наддувом будет больше энергии на высоких оборотах. Это является одним из главных недостатков центробежных нагнетателей – у них достаточно узкий диапазон работы, стремящийся к максимальным оборотам двигателя.

 

Минус. Также центробежные турбины отличаются более сложной конструкцией и повышенными оборотами вращения крыльчатки. В конструкции появляется такой элемент, как повышающий редуктор (это лишний вес), а скорость вращения выходного шпинделя будет катастрофически огромной, вплоть до 250.000 оборотов в минуту! От таких нагрузок страдают конструктивные элементы, надежность падает.

 

Минус. Еще одним минусом можно назвать забор мощности турбины от двигателя. Она ведь приводится механически, а значит, мотору приходится трудиться за двоих.

 

Плюс При этом жесткая сцепка «двигатель – компрессор» дают положительный результат. Отзывчивость становится практически моментальной, «турбоямы» для этой конструкции не известны.

 

По этой причине такая система принудительного увеличения мощности подойдет не каждому автомобилю. Впрочем, автопроизводители повсеместно все чаще начинают использовать именно нагнетатели, предпочитая устанавливать их на свои новые модели автомобилей вместо классических турбин. Это обусловлено, в первую очередь, возможностью его тонкой настройки, скажем, при помощи бортового компьютера, который сможет включать и отключать турбину при изменениях исходных данных. Хотя практической необходимости с ПЦН в этом нет.

 

Небольшое видео на тему (для комфортного просмотра включите перевод субтитров)

Supercharger — механический нагнетатель

Понятие, плюсы и минусы механического нагнетателя Supercharger

Механический наддув – это процесс увеличения давление некой смеси на впуске двигателя для повышения массы горючей смеси в цилиндре для  увеличения мощности относительно единицы объема двигателя.

Supercharger (cуперчарджер) также известный как компрессор Рутса — это механический нагнетатель использующий для собственного привода энергию коленчатого вала. Он является основным элементом механического наддува.

Главным функциональным плюсом cуперчарджера является то что он может закачивать воздух на минимальных оборотах, абсолютно без задержки, при этом рост силы наддува строго пропорционален оборотам двигателя.

Главным же минусом cуперчарджера является то что он обирает часть мощности двигателя на собственный привод.

На данный момент  механические нагнетатели практически не используются. Их место заменили турбонагнетатели (турбокомпрессоры). За редким исключением их продалжают устанавливают на легковые автомобили, если необходимо сделать разбег по мощности, дабы не изменять конструкции двигателя.

В среднем применение механического нагнетателя обеспечивает увеличение мощности двигателя до 50%, а крутящего момента на 30%. При этом механический нагнетатель отличают существенные потери мощности двигателя из-за затрат энергии на его привод. В разных механических нагнетателях они могут составлять до 30%.

Виды конструкций механического нагнетателя делятся в зависимости от типа привода.

  1. Прямое  крепление нагнетателя к фланцу коленчатого вала называют прямым приводом;
  2.  Ременной привод – характеризуется различными вида привода при помощи ремней. Делится на:
  3. Зубчатый   
    • Клиновой
    • Плоский
  4. Зубчатая передача  через цилиндрический редуктор
  5. Цепной привод;
  6. Электрический привод подразумевает под собой использования для привода электродвигателя.

Данный вид привода естественно является наиболее энерго-затратным и требует большей мощности для аккумуляторов, но при этом он не снижает мощности двигателя.

Механический нагнетатель можно условно  поделить на такие виды как:

  1. Объемные
    • Кулачковый – Roots, Eaton (Рутс, Итон)
    • Винтовой — Lysholm
  2. Центробежные

Объемные нагнетатели

Объемные нагнетатели  получили свое название из-за того что принцип их работы заключается в простой перекачке определенного объема воздуха без сжатия.

Кулачковый нагнетатель

Кулачковый нагнетатель является самым первым и от того самым старым и проверенным типом наддува. Его история развития стартовала 1859 году с работы двух талантливых братьев под фамилией Рутс (Roots). Изначально его использовали как промышленный вентилятор для продувки помещений. Чуть позже он получил широкое применение из-за своей простоты. Две помещенные в общий кожух прямозубые шестерни вращаются в разных направлениях, при этом перекачивая определенный объем воздуха от впускного до выпускного коллектора.

Спустя 90 лет другому американскому ученому Итону пришло в голову, как  можно усовершенствовать конструкцию. Прямозубые шестерни заменили на косозубые роторы, и воздух стал перемещаться вдоль, а не поперек как это было раньше. С того времени усовершенствование нагнетателей этого типа идет по пути увеличения количества зубчатых лопаток (косозубых роторов). В первоначальной модели Итона «Eaton» их было две, а теперь сложно встретить меньше четырех. Основными функциональными недостатками нагнетателей типа Рутс является:

  1. Неравномерная пульсационная подача воздуха создающие периодический недостаток давления. Увеличение количества зубчатых-лопастей и  изменение формы впускного и выпускного окна компрессора на треугольное, позволяет свести этот недостаток к минимуму.  К тому же эти конструктивные решения помогают сделать работу компрессоров Рутса намного тише и равномернее.
  2.  Во время выдавливания несжатого воздуха в трубопровод где находиться сжатый воздух, создается турбулентность, которая способствует росту температуры заряда воздуха. Это отрицательно сказывается на производительности ухудшая показатели калорийности топливной смеси из-за менее  полного сгорания. Данная проблема коленчатых компрессоров решается установкой инкулера.

Развитие машиностроение позволило полностью оценить плюсы и минусы нагнетателей Рутса и  получить из них максимум производительности.

Плюсы компрессоров Рутс:

  1. Компактность
  2. Простота конструкции
  3. Долговечность
  4. Эффективность на малых оборотах
  5. Низкий уровень шума

Винтовой нагнетатель

Винтовой нагнетатель (Lysholm) также как и компрессор «Рутса» относится к объемно-роторным нагнетателям и в своей работе использует те же принципы, но в отличии от своего более раннего коллеги рабочую нагрузку в нем исполняют пара роторов с взаимодополняющими профилями. На английском винтовой нагнетатель называют Lysholm  в честь его изобретателя Альфреда Лисхольма, который в 1936 году изготовил и запатентовал на него права.

Принцип работы компрессора Lysholm
  • Начиная встречное взаимное движение, пара роторов захватывает воздух.
  • Вдоль роторов воздух порциями проталкивается вперед попутно сжимаясь.

Следовательно, на выпуске окна компрессора не возникает турбулентности, как у компрессоров «Рутса». Это является главным отличием от роторно-шестеренчатых нагнетателей. Подобная схема работы обеспечивает стабильно высокую эффективность на всех уровнях нагрузки.

Плюсы компрессоров «Лисхольм»:
  1. Высокий КПД (70%)
  2. Надежность
  3. Компактная конструкция
  4. Низкий уровень шума.

 

Главным и единственным минусом компрессоров «Лисхольм» является очень слона форма роторов, из-за чего их производство является очень затратным и как следствие сам компрессор очень дорогой. Поэтому он не встречается в серийных авто и его производят очень мало компаний.

Центробежный нагнетатель

ентробежный нагнетатель получил на данный момент наиболее широкое применение среди всех механических нагнетателей. Главным образом его, используют в компоновке турбонаддува и реже как самостоятельное устройство наддува. Центробежный нагнетатель аналогичен турбонаддуву в плане нагнетания воздуха. Его основной деталью, как и у турбокомпрессора  является крыльчатка. У этой детали весьма сложная в исполнении конусообразная форма и от того насколько правильно она спроектирована и сделана зависит КПД всего нагнетателя.

Принцип действия центробежного нагнетателя:

  1. Воздух проходит по воздушному сужающемуся каналу  и раскручивает лопасти крыльчатки.
  2. Раскрученные лопасти, ведомые центробежной силой, отбрасывают воздух на периферию кожуха.
  3. Там установлен диффузор, снижающий потери давления. Порой он имеет лопатки с регулируемым углом атаки.
  4. Через диффузор воздух выталкивается в воздушный окружающий туннель (иначе воздухосборник) в форме улитки. Данная форма не случайна. Поток воздуха движется по каналу, который изначально был узким, а под конец стал широким, тем самым меняется скорость и давление воздушной массы на необходимые.

Главный недостаток  центробежного компрессора связан с базовым принципом, который приводит его в действие. Для работы ему необходимо огромная скорость вращения крыльчатки. Давление производимое компрессором равно квадрату скорости крыльчатки. Поэтому базовая скорость компрессора начинается от 40 тысяч оборотов за минуту и может достигать 200 тысяч. Понятно что для разгона на такую скорость ремень привода должен работать крайне быстро. Из-за чего от работы этого наддува появляется очень сильный шум и детали подвергаются быстрому износу. Частично проблема шума решается установкой дополнительного мультипликатора, при этом теряя часть КПД механического нагнетателя.

Огромная нагрузка накладывает высокие требования на качество материалов и точность обработки деталей нагнетателя.

К еще одному минусу данного механического нагнетателя можно отнести его инерционное действие, проявляющий себя в отставании срабатывании. На малых оборотах его эффективность ничтожна, но при увеличении оборотов происходит быстрый скачек в мощности. Из-за данной особенности центробежный нагнетатель устанавливают на машины, где требуется высокая мощность и скорость, взамен интенсивности разгона.

Плюсы центробежного нагнетателя:

Низкая цена и простота установки центробежного нагнетателя сделали его очень популярным среди автолюбителей.

Минусы центробежного нагнетателя:

Повышенный износ, шум и эффективность прибавки мощности исключительно на высоких оборотах.

Спиральные компрессоры (нагнетатели)

Леон Креукс в 1905 году подал заявку на патент для создания паровой машины, которая в процессе 10 лет доработки превратилась в компрессор с двумя спиральными витками, восьмью струями вместо четырех, внешней и внутренней камерой расположенными по бокам с разворотом в 180 градусов. Но на тот момент думать о массовом производстве компрессоров было очень рано. Не было материалов способных выдержать рабочую температуру и оборудования для точной обработки деталей. Последнее является решающим фактором, поскольку любая погрешность в изготовлении деталей, качестве или структуре поверхности могла привести к значительной потери КПД, быстрой поломке всего двигателя и нагнетателя в частности. Из-за этого его применение в машиностроении началось гораздо позднее.

Компания «Volkswagen» в середине 80-х годов начала активно экспериментировать с необычными спиральными компрессорами наиболее известными как G-lader устанавливая их на модели «Golf», «Passat», «Polo», «Carrado». Хотя сейчас это направление ею уже свёрнуто, работа инженеров VW в нем никогда не будет забыта. Их наработки продолжает использовать ряд (преимущественно немецких) производителей устанавливая спиральные компрессоры в свои авто.

Преимущества спирального компрессора:

  1. Высокий КПД -76%
  2. Хорошие уплотнения и как следствие хорошая отдача на малых оборотах.
  3. Низки уровень шума

Поршневые компрессоры

Одна из самых распространённых схем среди обычных воздушных компрессоров является поршневые компрессоры (нагнетатели). На данный момент они совершенно не используются в автомобиле строении, в отличие от судоходства, где устанавливаются почти на все крупные судна. Основным действующим элементом поршневого компрессора как это ни странно звучит, является поршень. При движении в нижнюю мертвую точку (НМТ) он выталкивает весь находящейся под ним сжатый воздух.

Шиберные (лопастные) компрессоры (нагнетатели также известные как ротационно пластинчатые компрессоры)

 

 

Говоря о незаслуженно забытых видах компрессорах, стоит обязательно упомянуть шиберные (лопастные) компрессоры – прекрасные в своей простоте конструкции и принципе действия апараты.
Устройство лопастного компрессора

В корпусе компрессора находится ротор чей размер составляет ¾ от внутреннего размера корпуса. Он смещен в одну из сторон относительно середины пары отверстий растянутых по всей длине цилиндра. На роторе нанесены несколько продольных канавок, в которые помещены лопатки. При вращении ротора воздух сначала засасывается в одну из долей (промежуток между лопатками), в момент когда лопасти выдвигаются  повинуясь центробежной силе, а затем сжимаются по пути подхода к выпускному отвествию.

Плюсы лопастного компрессора (нагнетателя)

Качественно изготовленные лопастные компрессоры могут создавать весьма и весьма большое давление. Если сравнивать их с теме же компрессорами Рутс  у них на 50% больше мощности, меньше шумность, выше КПД, меньше потери воздуха и его температура. К тому же они меньше отбирают мощности двигателя.

Минусы лопастного компрессора

Из-за свой конструкции лопастной компрессор имеет огромную фрикционную нагрузку между корпусом и шиберами (лопастями). Со временем  эксплуатации нагнетателя, увеличивался износ и потери воздуха, КПД существенно уменьшалось. Из-за этого лопастные компрессоры приходилось делали габаритными и низкооборотными. Что являлось недопустимо для развития машиностроения. О них стали отказывается и по не многу забывать. По пришествию долгих лет металлообрабатывающая отрасль шагнула далеко вперед. Появились новые материалы и технологии высоко-точной обработки, конструкторы стали задумывается о применении старых технических решений, которые ранее не нашли применения в жизни. Возможно, в скором будущем лопастные компрессоры вернутся в массовое производство.

Турбо – Автомобили – Коммерсантъ

Турбо

Журнал "Коммерсантъ Автопилот" №2 от , стр. 65

&nbspТурбо

       В двух предыдущих номерах рассматривались системы питания двигателей. При этом речь шла, в основном, о подаче бензина. В этой статье речь пойдет о втором, не менее важном компоненте топливо-воздушной смеси — о воздухе. И об устройствах для увеличения его подачи в двигатель.

       Задача повышения мощности и крутящего момента двигателя была актуальна всегда. Самое простое решение — увеличить рабочий объем: чем больше сгорает топлива, тем выше мощность. Однако при этом существенно увеличиваются габариты и масса конструкции.
       Альтернативный подход — оставить рабочий объем двигателя прежним, но подавать в единицу времени больше топлива. Увеличить подачу бензина несложно, особенно, в системах впрыска. Но при этом для сохранения состава топливной смеси необходимо пропорционально увеличить и количество подаваемого в двигатель воздуха. Возможности двигателя самостоятельно всасывать воздух ограничены, поэтому не обойтись без специального устройства, повышающего давление и, следовательно, количество воздуха на впуске. Эти устройства обычно называют нагнетателями или компрессорами.
       
Механический нагнетатель
       Механические нагнетатели применялись в автомобильных двигателях еще в 30-е годы, тогда их чаще всего называли компрессорами. Сейчас этот термин обычно относят к турбокомпрессорам, о которых речь пойдет ниже. Конструкций механических нагнетателей довольно много, и интерес к ним разработчики проявляют до сих пор. На рисунках 1--4 представлены схемы некоторых устройств, принцип работы которых не требует дополнительных пояснений.
       Есть конструкции и не совсем обычные. Одна их них — волновой нагнетатель Comprex (рис. 5) — принадлежит фирме Asea-Brown-Boweri. 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.
       Нагнетатель Comprex уже опробован несколькими автомобильными производителями, а Mazda использует его на одном из своих серийных двигателей с 1987 года.
       Еще одна не совсем обычная конструкция — это спиральный, или G-образный (по форме буквы G, напоминающей спираль) нагнетатель. Идея запатентована еще в начале столетия, но из-за технических и производственных проблем на выпуск такого нагнетателя долго никто не решался. Первой, в 1985 году была фирма Volkswagen, которая применила его на двигателе купе Polo (1,3 л, 113 л. с.). В 1988 году появился более мощный нагнетатель G60, которым в течение нескольких лет комплектовались двигатели Corrado и Passat (1,8 л, 160 л. с.,), а Polo G40 выпускался вплоть до прошлого года.
       Схематично (рис. 6) конструкцию G-образного нагнетателя можно представить в виде двух спиралей, одна из которых неподвижна и является частью корпуса. Вторая — вытеснитель — расположена между витками первой и закреплена на валу с эксцентриситетом в несколько миллиметров. Вал приводится от двигателя ременной передачей с отношением около 1:2.
       При вращении вала внутренняя спираль совершает колебательные движения и между неподвижной (корпус) и обегающей (вытеснитель) спиралями образуются серпообразные полости, которые движутся к центру, перемещая воздух от периферии и подавая его в двигатель под небольшим давлением. Количество перемещаемого воздуха зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя.
       Система имеет сравнительно высокий (около 65%) КПД. Трущихся частей почти нет, поэтому износ деталей незначителен. Установленный на двигателе Polo нагнетатель G40 (40 и 60 в маркировке нагнетателей Volkswagen — это ширина спиральных камер в миллиметрах) имеет внутреннюю степень сжатия 1,0; максимальное давление наддува составляет 0,72 бар. При номинальной частоте вращения ротора 10200 об./мин. за один оборот подается 566 см куб. воздуха, т. е. почти 6000 л/мин.
       Схема управления механическим нагнетателем довольно проста (рис. 7). 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 всех, не только механических, систем наддува. При сжимании воздух, как известно, нагревается, а его плотность и, соответственно, количество кислорода в единице объема уменьшаются. Больше кислорода — лучше сгорание и выше мощность. Поэтому перед подачей в двигатель сжатый нагнетателем воздух проходит через охладитель, где его температура снижается.
       Преимущества спирального нагнетателя, как и большинства компрессоров с механическим приводом: достаточно большой крутящий момент и повышенная мощность двигателя при низких оборотах, быстрая, практически мгновенная реакция на нажатие педали газа. Недостатки: относительная сложность и нетехнологичность конструкции, большие потери в приводе.
       
Турбокомпрессор
       Более широко на современных автомобильных двигателях применяются турбокомпрессоры. Они более технологичны в изготовлении, что окупает ряд присущих им недостатков.
       Турбокомпрессор отличается от вышеописанных конструкций прежде всего схемой привода (рис. 8). Здесь используется ротор с лопатками — турбина, которая вращается потоком отработавших газов двигателя. Турбина, в свою очередь, вращает размещенный на том же валу компрессор, выполненный в виде колеса с лопатками.
       Выбранная схема привода (газовая вместо механической) определяет основные недостатки турбокомпрессора. При низкой частоте вращения двигателя количество отработавших газов невелико, соответственно, эффективность работы компрессора невысока. Кроме того, турбонаддувный двигатель, как правило, имеет т. н. "турбояму" — 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 на раскрутку турбины, которая вращает компрессор. На рис. 9 показана реакция нагнетателей различных типов на увеличение числа оборотов двигателя. Приведенные кривые относятся к дизелю, но их характер сохраняется и для бензинового двигателя. Хорошо видно, что самую медленную реакцию имеет турбокомпрессор, волновой нагнетатель реагирует быстрее, механический нагнетатель срабатывает практически мгновенно.
       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. Легкий ротор повышает эффективность компрессора при низких оборотах двигателя: например, у 2,0 л турбодвигателя SAAB 9000 уже при 1500 об./мин. увеличение крутящего момента за счет наддува составляет 20%. Легкий ротор, кроме того, обладает меньшей инерционностью, что позволяет турбокомпрессору быстрее раскручиваться при нажатии педали газа и уменьшает "турбояму".
       Снижение массы достигается не только конструкцией ротора, но и выбором для него соответствующих материалов. Поиск новых материалов для турбин ведется многими фирмами. Основная сложность — высокая температура отработавших газов. Преуспели больше всего в этой области, пожалуй, японцы — они уже давно занимаются керамикой для двигателей внутреннего сгорания. Монолитная турбина, изготовленная из спеченного карбида кремния, при той же механической прочности весит в 3 раза меньше обычной и, соответственно, обладает гораздо меньшей инерцией. Кроме того, в случае разрыва ротора разлетающиеся осколки будут много легче — это дает возможность сделать корпус компрессора более тонким и компактным. А недавно конструкторам Nissan впервые в мировой практике удалось создать крыльчатку нагнетателя из пластмассы. Из какой — неизвестно, но говорят, получилась очень легкая.
       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. Одна задача решается довольно легко: избыточное давление наддува на высоких частотах вращения уменьшается, как правило, с помощью перепускного клапана.
       Другая задача сложнее. Полностью решить все проблемы можно было бы использованием турбины с изменяемой геометрией, например, с подвижными (поворотными) лопатками, параметры которой можно менять в широких пределах. Такие турбины широко применяются в авиации и других областях техники. Но в крошечном роторе автомобильного компрессора механизм поворота лопаток разместить трудно.
       Один из упрощенных способов — применение регулятора скорости потока отработавших газов на входе в турбину. В турбокомпрессоре Garrett VAT 25, который более подробно будет рассмотрен ниже, для этого используется подвижная заслонка.
       Схема управления давлением наддува 2,0 и 2,3 литровых двигателей SAAB 9000 показана на рис. 10. Называется она APC — Automatic Performance Control. Система APC во всех режимах работы двигателя поддерживает давление наддува на максимально допустимом уровне, не доводя двигатель до детонации. Для этого использован датчик (knock sensor), по сигналу которого при возникновении детонации блок управления открывает установленный в турбине перепускной клапан, и часть отработавших газов направляется в обход турбинного колеса, что снижает давление наддува и устраняет детонацию. Помимо этого датчика в систему APC входят также и другие, измеряющие частоту вращения двигателя, нагрузку, температуру и октановое число используемого топлива — этими параметрами определяется порог детонации.
       Использование APC позволило не только повысить степень сжатия 2,0 л двигателя до 9, но и сделало возможным использование топлива с низким октановым числом — до 91.
       
Топливная экономичность
       Повышение мощности двигателя, достигается ли оно увеличением его рабочего объема или применением наддува, неизбежно влечет за собой увеличение расхода топлива. Теоретически КПД двигателей с наддувом несколько выше, чем атмосферных, поэтому удельный (на единицу мощности) расход топлива у них должен быть ниже. На практике же за счет потерь при переходных процессах он получается примерно таким же.
       Конечно, и с турбодвигателем можно ехать относительно экономично, но тогда зачем он нужен? Поэтому сегодня конструкторы пытаются решить непростую задачу: уменьшить расход топлива при сохранении высокой мощности. Попробуем рассмотреть разные подходы к этой проблеме, предложенные, например, инженерами Audi и Peugeot.
       Одним из путей повышения экономичности двигателя, как известно, является увеличение степени сжатия. Но в двигателях с наддувом есть ограничение: наддув увеличивает компрессию, что приводит к возникновению детонации, особенно на высоких оборотах. Поэтому степень сжатия приходится искусственно снижать: в современном атмосферном двигателе она составляет около 10, а в двигателе с наддувом обычно не превышает 8.
       Конструкторам Audi удалось в определенной степени это ограничение преодолеть: в 5-цилиндровом 20-клапанном двигателе Audi S2 и Audi S4 объемом 2,2 л и мощностью 230 л. с. степень сжатия доведена до 9,3 — это для турбомотора необычно много. Результат: средний расход топлива при 90 км/ч — 7,5 л, в городе — 14 л/100 км. Двигатель пришел со спортивной Audi 200. Созданный на этой же основе мотор Avant RS2 также имеет довольно высокую степень сжатия — 9, но при таком же объеме развивает мощность 315 л. с. (за счет изменения параметров наддува). В то же время расход топлива в городе составляет лишь 14,5 л/100 км.
       Упоминавшийся выше турбированный 4-цилиндровый двигатель нового SAAB 9000 объемом 2,0 л тоже имеет степень сжатия 9. Мощность поменьше: 165 л. с., но и расход топлива на трассе менее 7, а в городе — около 12 л/100 км.
       Сравните эти параметры, например, с данными для Porsche 968 Turbo S. Спортивная машина, на экономию топлива особого внимания не обращали. Рабочий объем 3 л, 4 цилиндра 2 клапана/цилиндр, степень сжатия 8, мощность 305 л. с., расход топлива в городе — не менее 18 л/100 км.
       Поскольку конструкторы Audi для увеличения экономичности пошли по пути повышения степени сжатия, они смогли ограничиться турбокомпрессором вполне традиционной конструкции: К24 фирмы ККК (Kuhle, Kopp und Kausch). Схема управления наддувом тоже традиционная — избыточное давление при высоких оборотах ограничивается перепускным клапаном. Габариты К24 невелики, а параметры выбраны исходя из получения высокого крутящего момента на низких оборотах. Уже при 1950 об./мин. двигатель достигает своего максимального крутящего момента (350 Нм), который сохраняется до 3000 об./мин. Кривая момента достаточно плоская: 90% его величины расположены в диапазоне частот вращения 2300--5200 об./мин. Несмотря на простоту схемы управления, "турбояма" у указанного двигателя не ощущается.
       Конструкторы Peugeot выбрали другой подход. Новый 4-цилиндровый 16-клапанный двигатель Peugeot 405 Т16 имеет традиционную для турбодвигателей низкую степень сжатия 8. Но на нем использован довольно хитрый компрессор VAT 25 фирмы Garrett (не путать с VAT 69 — это совсем из другой области!). Применительно к компрессору сокращение VAT — это турбина с изменяемой площадью, или сечением (Variable Area Turbine). На входе отработавших газов в корпус турбины имеется подвижная заслонка с пневматическим приводом (рис. 11). На малых оборотах двигателя заслонка находится в прикрытом положении, уменьшая сечение канала, по которому проходит поток отработавших газов, поэтому даже при малом их объеме скорость потока получается достаточно высокой и обеспечивает необходимую частоту вращения турбины. При увеличении частоты вращения двигателя заслонка открывается, увеличивая проходное сечение — количество отработавших газов возрастает и, соответственно, повышается давление наддува. Поскольку VAT — решение упрощенное, и не в полной мере обеспечивает регулировку, перепускной клапан в схеме управления давлением наддува пришлось сохранить.
       Получилось, в целом, неплохо. Своего максимального крутящего момента 288 Нм двигатель Peugeot достигает при 2600 об./мин., и это значение сохраняется до 4500 об./мин. При этом 90% величины момента расположены в диапазоне 2300--5200 об./мин. При объеме 2,0 литра двигатель развивает мощность 200 л. с. (5000 об./мин.), а расход топлива в городе составляет менее 12 л/100 км.
       
Overboost
       Как правило, турбонаддувные двигатели имеют устройство Overboost, срабатывающее при резком нажатии на педаль газа и дополнительно повышающее давление наддува и максимальный крутящий момент двигателя (примерно на 10%). Это необходимо при резких ускорениях, например, при обгоне.
       На Audi с компрессором К24 включение этого режима достигается, в общем, традиционно: при резком и полном открытии дроссельной заслонки срабатывает электронный блок управления, который быстро закрывает регулировочный клапан давления наддува. Весь поток отработавших газов направляется через турбину, давление наддува дополнительно увеличивается — Overboost. В этом режиме уже при 2100 об./мин. крутящий момент двигателя достигает 380 Нм.
       Конструкторы Peugeot поступили по-другому. У компрессора Garrett VAT 25 (рис. 11) эффект Overboost достигается за счет того, что заслонка в корпусе турбины быстро откидывается в направлении турбинного колеса, резко увеличивая проходное сечение и, соответственно, поступающее количество отработавших газов. Крутящий момент двигателя 405 Т16 в этом режиме повышается до 318 Нм при 2400 об./мин.
       Повышенный крутящий момент сохраняется в течение ограниченного времени: у Audi — 16 секунд, у Peugeot — 45 секунд, что почти идеально для выполнения обгонов. Чтобы не уродовать двигатель, режим Overboost не действует, если частота вращение двигателя превышает 6000 об./мин. (Audi) или если включена 1-я передача (Peugeot).
       
Во что обходится наддув
       Бесплатным, как известно, бывает только ветер в камышах. За повышение мощности двигателей с наддувом приходится платить. И не только увеличением расхода топлива. Повышаются требования к его качеству — для большинства турбированных двигателей требуются бензины с октановым числом 96--98. Несмотря на то, что поршни, кольца, головки и шатуны усилены, ресурс двигателя ощутимо снижается, тем в большей степени, чем выше давление наддува. Можно считать, что в среднем ресурс двигателя с турбокомпрессором не превышает 100 тыс. км, а ресурс самого компрессора составляет около 10 тыс. часов. У механических нагнетателей он выше — около 25 тыс. часов. Для системы смазки турбокомпрессора требуются специальные масла, выдерживающие высокие температуры и частоты вращения более 100 000 об./мин. Температура в турбинной части компрессора доходить до 1000°С, поэтому его подшипники требуют дополнительного водяного охлаждения. Все изложенное для потребителя выливается в довольно значительное увеличение стоимости автомобиля и его обслуживания.
       Для бензиновых двигателей массовых моделей наддув вряд ли можно считать удачным способом повышения мощности. Volkswagen, например, в этом году отказался от упоминавшегося выше наддувного двигателя на Polo. Более перспективными, особенно с точки зрения топливной экономичности, видимо, можно считать такие направления, как многоклапанная техника, совершенствование систем впрыска, переобеднение смеси и ее послойное распределение в цилиндрах.
       Бензиновые двигатели с турбонаддувом — это, пожалуй, удел дорогих, со спортивным характером автомобилей. Maserati, например, может позволить себе выпускать все двигатели с системой наддува, да еще не с одним, а с двумя турбокомпрессорами — на V-образных двигателях. Такую конструкцию называют Twin Turbo. Запомнить легко — как Twin bed в гостинице. Иногда название трансформируется в Biturbo, что сути дела не меняет: турбокомпрессоры стоят параллельно и каждый обслуживает свою секцию цилиндров.
       Такой автомобиль, как правило, могут приобрести немногие. Правда, при нынешней российской налоговой политике, когда приходится платить пошлину с объема двигателя, некоторые могут предпочесть турбированный вариант, благо они все еще имеются в каталогах большинства производителей. Дело вкуса. И денег. Кстати Mercedes-Benz и BMW, продукция которых у нас столь популярна, не имеют сегодня ни одного серийного бензинового турбодвигателя.
       С экономической, экологической, да и многих других точек зрения весьма привлекательно выглядят турбированные дизели. Но об этом в следующий раз.
       
       Виталий Струговщиков
       

Комментарии

Mercedes-AMG освоит новый вид электрического наддува — ДРАЙВ

Такой нагнетатель может подавать воздух в мотор, используя как энергию выхлопных газов, так и электричество из бортовой сети.

Технология электрического наддува далеко не нова, с десяток автомобильных компаний работает над ней месте с партнёрами, есть и серийные модели, пусть пока их мало. В Мерседесе к этой теме обратились шесть лет назад. А в 2016-м электрический нагнетатель BorgWarner, помогающий отдельному турбокомпрессору, был внедрён на бензиновой рядной «шестёрке» М 256. Следующий шаг — электрический турбонагнетатель, совмещающий обычный турбокомпрессор и электрический в одном узле. Эта новинка создана в кооперации с фирмой Garrett Motion и будет использована на серийной модели суббренда Mercedes-AMG, заявили немцы.

В предыдущих устройствах электрический компрессор был автономным узлом, дополнявшим на ДВС классические турбокомпрессоры (один или несколько). В системе от Garrett электромотор толщиной около четырёх сантиметров уместился между турбинной и компрессорной частью.

Похоже, что узел поставлен на некую «четвёрку». Можно припомнить, что электрический компрессор инсайдеры сулили хот-хэтчу Mercedes-AMG A 45 нынешнего поколения, но обошлось без него.

Электромотор в новом узле раскручивает вал нагнетателя на малых оборотах коленчатого вала ДВС, когда выхлопных газов ещё мало. А далее в дело вступает обычный принцип турбонаддува. Это позволяет поднять давление наддува в зоне низких оборотов, ускорить выход наддува на рабочий режим с самых холостых, сделать отклик ДВС на нажатие педали газа более резким. Принцип работы такой системы подсмотрен у современных болидов Формулы-1. Работает такой узел от 48-вольтовой сети, развивает до 170 000 об/мин. А чтобы он не перегревался, турбокомпрессор, электродвигатель и силовая электроника подключены к контуру охлаждения ДВС.

Турбины, Нагнетатели, Системы впрыска закиси азота Б/У

Одним из способов повышения мощности ДВС является усиление подачи воздушно-топливной смеси. Для соблюдения требуемого соотношения воздуха/топлива в этой смеси при возрастании подачи топлива должна соразмерно усиливаться и подача воздуха. Для этого применяются разные устройства: турбокомпрессоры (авто турбины, турбонагнетатели), роторные нагнетатели воздуха, центробежные и спиральные компрессоры. Зачастую устанавливается на автомобиль турбина.

Преимущества использования турбины

Купить турбину побуждают такие преимущества ее применения как:

  • повышение КПД двигателя;
  • возможность получения заданных характеристик мотора при меньшей массе/размерах;
  • улучшение экологических показателей, снижение температуры двигателя и образования оксидов азота.

Купить нагнетатель воздуха на авто выгодно также по причине обеспечения им полного сгорания горючего в бензиновых двигателях и уменьшения выброса частичек сажи в дизелях. Особенно актуальна продажа турбин для владельцев дизельных авто, которые лучше приспособлены ко всем разновидностям наддува, включая и турбонаддув. У бензиновых моторов создаваемое турбиной давление ограничено из-за риска детонации, а дизельные двигатели могут нагнетать воздух до максимальных механических усилий в его механизмах, поэтому владельцы дизелей чаще принимают решение заказать турбину.

Разновидности нагнетателей

Вы можете:

  • купить центробежный нагнетатель – турбокомпрессор, турбина которого вращается посредством выхлопных газов двигателя;
  • выбрать механический нагнетатель, компрессор которого работает при помощи коленчатого вала двигателя;
  • купить электрический нагнетатель, работающий за счет вращения электродвигателя;
  • выбрать нагнетатель типа Comprex, использующий давление отработавших газов, которые воздействуют на поток подаваемого в мотор воздуха.

Различия в работе турбины и механического нагнетателя

В вопросе, какой нагнетатель купить лучше – механический или турбину б/у – нужно учитывать индивидуальные предпочтения и конкретные приложения. Механический приводной нагнетатель купить стоит из-за таких его достоинств как:

  • работа в менее агрессивных условиях;
  • меньшие потребности в обслуживании;
  • обеспечение мгновенного прироста крутящего момента и мощности.

Механический нагнетатель воздуха для автомобиля купить стоит в ситуациях, когда двигатель обладает достаточным количеством лошадиных сил для его запуска.

В свою очередь, б/у турбины обеспечивают превосходную гибкость и более эффективны, чем механические нагнетатели на авто, купить их зачастую решают опытные автолюбители, поскольку:

  • турбина требует больше времени и наличия высокой квалификации при монтаже и настройке;
  • такой нагнетатель-компрессор купить стоит, если вас устраивает необходимость улучшенного обслуживания, хорошего качества запчастей и масла;
  • при использовании турбины мощность авто возрастает только при определенных скоростях вращения мотора.

Системы впрыска закиси азота

Помимо нагнетателей воздуха, купить которые выгодно в компании «Купи мотор», для улучшения технических показателей ДВС используются системы впрыска оксида азота. За счет впрыска во всасывающий коллектор двигателя горючего и особого вещества с закисью азота достигается:

  • уменьшение температуры всасываемого в мотор воздуха, высокую плотность поступающего заряда смеси;
  • увеличение в поступающем заряде содержания кислорода;
  • повышение интенсивности горения в цилиндрах мотора, улучшение мощности двигателя и качества сгорания топлива (как и при использовании турбокомпрессора либо механического нагнетателя воздуха, купить которые целесообразно у нас).

Лучший выбор

Турбокомпрессор, механический или электрический нагнетатель для двигателя купить стоит у нас. На наших складах есть солидный выбор агрегатов для авто разных марок. Если вам нужен надежный и высококачественный нагнетатель воздуха на впуске, купить его и другие необходимые агрегаты в компании «Купи мотор» вы можете со скорой доставкой. Прием заказов мы ведем круглосуточно и каждый день, причем доставляем приобретаемые агрегаты по всем регионам государств Таможенного союза.

Чистое надувательство. Как работает турбокомпрессор

Существуют два основных типа компрессоров — с механическим приводом и «турбо». В первой конструкции необходимое давление воздуха получают за счет механической связи между коленвалом двигателя и компрессором. А в турбокомпрессоре давление воздуха обеспечивается благодаря вращению турбины потоком отработавших газов.
Наибольшего успеха в области создания приводных нагнетателей добилась американская компания Roots, созданная братьями Филандером и Френсисом Рутсами. Они запатентовали свой нагнетатель еще в 1860 году, а первым на свой бензиновый двигатель его установил Готлиб Даймлер в 1900 году. Однако в первые несколько десятилетий существования автомобиля, когда мощность моторов и скорость машин была сравнительно невысокой, необ­ходимости в компрессорах не было. Развитие этому направлению, как это часто бывает, дала война. Механические нагнетатели начали устанавливать на авиационных моторах, чтобы улучшить их скоростные характеристики. Полученный в ходе Первой мировой войны опыт использования приводных нагнетателей решили использовать в автомобилестроении.

Мировую известность компрессорам принесла компания Mercedes-Benz, которая начала устанавливать механические нагнетатели в конце 20-х годов сначала на гоночные, а начиная с 30-х — и на серийные машины. Успехи компрессорных машин привлекли к себе внимание автопроизводителей и за океаном. В 30-е годы компрессорные модели появились у таких американских компаний, как Auburn, Cord и Duesenberg, а среди европейских брендов помимо уже упомянутого Mercedes-Benz в этой области делали свои успехи Alfa Romeo, Bentley, Bugatti, Fiat, Lancia и ряд других компаний. В настоящее время наибольшее распространение получили роторные компрессоры типа Roots и винтовые Lysholm.

Но, как у любого механизма, у механических компрессоров есть свои недостатки. Поскольку на привод компрессора расходуется энергия двигателя, однажды наступает такой момент, когда мощность, которую дает компрессор, уравнивается с мощностью, которую мотор расходует на привод компрессора. Кроме того, системы механического наддува занимают много места, требуют наличия привода и сильно шумят.

Twin-turbo от AMG: турбины крепятся на выпускных коллекторах

Альтернативой механическому наддуву являются турбокомпрессоры.
В двигателе, оснащенном турбонаддувом, наполнение цилиндров воздухом осуществляется за счет энергии выхлопных газов. Турбокомпрессор состоит из насосного и турбинного колес, связанных при помощи оси между собой. Выходящие из цилиндров двигателя отработавшие газы имеют высокую температуру и давление. Они давят на лопатки турбинного колеса, разгоняя его. Вращаясь, оно приводит во вращение насосное колесо, которое засасывает воздух через воздушный фильтр, сжимает его и подает в цилиндры двигателя. Частота вращения турбины не зависит напрямую от оборотов двигателя и имеет некоторую инерционность, то есть сначала растут обороты двигателя, увеличивается давление отработавших газов, а затем уже увеличиваются обороты турбины и давление на впуске. Это явление называется «турбоямой». Для устранения этой проблемы есть два конструктивно отличных решения. Первое — использование турбокомпрессора с изменяемой геометрией. В нем лопатки турбинного колеса поворачиваются под углом к набегающему потоку отработавших газов, чтобы максимально эффективно использовать их энергию. Но этот путь имеет и недостатки. Такое колесо сложнее и дороже в изготовлении и проектировании, кроме того, оно тяжелее, что увеличивает инерционность турбины, ведь, чтобы раскрутить более тяжелое колесо, требуется более высокое давление. Второй вариант — использование нескольких турбин.

В зависимости от того, каким образом в схеме подачи воздуха располагаются турбокомпрессоры, эти системы могут называться Twin-Turbo или Bi-Turbo. В первом случае воздух во все цилиндры одновременно могут подавать оба турбокомпрессора. Размещаются они в такой схеме параллельно или последовательно. Используемые турбокомпрессоры, как правило, имеют разный диаметр роторов турбины и, соответственно, различную производительность. Турбокомпрессоры с меньшими роторами менее инертны, поэтому обеспечивают наполнение цилиндров на малых оборотах двигателя. Турбина с большим диаметром роторов активно вступает в работу на средних оборотах и выше, когда давления отработавших газов в выпускном тракте оказывается достаточно для эффективной работы этого компрессора.

Bi-Turbo — это две турбины, каждая из которых обеспечивает заполнение воздухом разных цилиндров. Обычно такая схема применяется в многоцилиндровых V-образных моторах, где каждая турбина отвечает за свой ряд цилиндров.

Кроме того, в настоящее время ради повышения эффективности работы двигателей ведущие автопроизводители применяют сложные комбинированные схемы, объединяя достоинства механических и турбонагнетателей, а также использование нескольких систем наддува.

Вспомогательная система турбонаддува с внешним компрессором

Вспомогательная система турбонаддува с внешним компрессором

Hannu Jääskeläinen

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Поддержка турбонагнетателя может предоставляться дополнительным компрессором - либо нагнетателем, либо меньшим турбонагнетателем, - которые используются для обеспечения наддува, когда основной турбонагнетатель не может этого сделать.Могут использоваться два основных типа наддува: нагнетатели с приводом от двигателя и электрические нагнетатели.

Введение

Хотя включение усилителя турбонагнетателя непосредственно в турбонагнетатель обеспечило бы аккуратное упаковочное решение, все же необходимо преодолеть множество проблем, прежде чем технология может быть принята для коммерческого применения на рынках двигателей легкой, средней и большой мощности. В качестве альтернативы доступны другие подходы, основанные либо на коммерчески проверенных технологиях, либо на технологиях с меньшими проблемами коммерциализации.Большинство из этих подходов основано на использовании другого компрессора в дополнение к турбонагнетателю. Этот дополнительный компрессор может обеспечить более высокое давление наддува при меньших расходах воздуха и более быстрый переходный отклик давления наддува, чем основной турбокомпрессор. Дополнительный компрессор может быть нагнетателем с механическим или электрическим приводом. Также можно использовать дополнительный турбокомпрессор, хотя и с меньшей пропускной способностью и меньшим моментом инерции, чем у первичного турбокомпрессора.

Хотя преимущества интеграции двигателя (например,g., электродвигатель) на вал турбокомпрессора, аналогичные преимущества могут быть получены при использовании отдельного компрессора, рис. 1. На этом рисунке показан эффект использования турбокомпрессора с перепускным клапаном и отдельного центробежного компрессора с электрическим приводом фиксированного размера на входе ( a) или выпускное отверстие (b) турбокомпрессора. Турбокомпрессор рассчитан на повышение выходной мощности бензинового двигателя 2,0 л SI на высоких оборотах. Красная пунктирная кривая представляет базовую мощность аналогичного двигателя, но в нем используется турбокомпрессор плюс нагнетатель с механическим приводом вместо [3299] .Цель состоит в том, чтобы согласовать выходную мощность базового двигателя при полной нагрузке с комбинацией турбонагнетателя и электрического нагнетателя. BMEP (240 Нм / л) прототипа базового двигателя 30 бар (3000 кПа) указывает на то, что он был значительно уменьшен.

Рисунок 1 . Смоделированный эффект добавления отдельного центробежного компрессора с электрическим приводом фиксированного размера перед входом (a) и после выхода (b) компрессора турбонагнетателя

Турбокомпрессор, рассчитанный на увеличение выходной мощности на высоких оборотах бензинового двигателя SI с уменьшенными габаритами.Красная пунктирная кривая представляет базовую мощность при использовании турбонагнетателя и нагнетателя с механическим приводом.

Потребляемая мощность при размещении компрессора фиксированного размера после выпуска компрессора турбонагнетателя значительно ниже, чем в случае его размещения перед входом. Основная причина заключается в том, что уменьшенный или скорректированный массовый расход (т.е. массовый расход с поправкой на температуру и давление) на входе компрессора турбокомпрессора значительно выше, чем на выходе; т.е. плотность на входе ниже.При заданном фактическом массовом расходе компрессор, расположенный на входе в турбокомпрессор, должен перемещать значительно больший объемный расход и работать с гораздо более высокой скоростью.

На рис. 2 показана характеристика скачка нагрузки механического нагнетателя и нагнетателя с электрическим приводом и сравнивается их с более традиционными вариантами без наддува, турбонагнетателя и нагнетателя [2813] . Показаны 2,0-литровый бензиновый двигатель с непосредственным впрыском (GDI) с турбонаддувом, тот же 2,0-литровый двигатель GDI с турбонаддувом, также оснащенный нагнетателем с электрическим приводом (VTES), двигатель с турбонаддувом, оснащенный механическим нагнетателем со сцеплением, двигатель 2.Двигатель GDI объемом 0 л с 2-ступенчатым турбонаддувом, двигатель 3,0 л без сцепления с механическим наддувом и безнаддувный двигатель с регулируемыми фазами газораспределения. Серая полоса показывает типичный диапазон серийных бензиновых двигателей с турбонаддувом. На рисунке показано влияние различных систем повышения не только на переходную характеристику на низкой скорости, но и на максимальное значение BMEP на низкой скорости. Как будет рассмотрено позже, на реакцию двигателя с турбонаддувом, оснащенного механическим нагнетателем со сцеплением, влияет необходимость управления включением сцепления.

Рисунок 2 . Переходная характеристика бензинового двигателя для нескольких вариантов наддува

Шаг нагрузки от BMEP 1 бар до полной нагрузки при 1500 об / мин

На рисунке 3, основанном на данных Burke [3299] , более подробно показано влияние нагнетателя с электрическим приводом. Результаты смоделированы для двигателя 2,0 л уменьшенного размера, обсуждаемого в связи с рисунком 1. Базовая линия - это нагнетатель с приводом от двигателя плюс турбонагнетатель. В других случаях нагнетатель с приводом от двигателя заменяется центробежным компрессором с электрическим приводом.Мощность нагнетателя с электрическим приводом ограничена до 12 кВт. Для стандартного переходного процесса входы исполнительного механизма для перепускной заслонки турбокомпрессора и электрическая мощность нагнетателя с электрическим приводом были почти мгновенно переключены с их настройки низкой нагрузки на настройку высокой нагрузки. Для принудительного переходного процесса перепускная заслонка и электрическая мощность изначально ступенчато устанавливаются на максимальный отклик (т.е. перепускная заслонка полностью закрыта и 12 кВт на компрессор с электрическим приводом) для обеспечения переходной характеристики, а затем ослабляются, чтобы избежать перерегулирования.Очевидно, что нагнетатель с электрическим приводом обеспечивает улучшенные характеристики по сравнению с базовой конфигурацией. При оборотах двигателя 1250 и выше установка компрессора с электрическим приводом после турбонагнетателя обеспечивает превосходное повышение производительности, в то время как производительность компрессора с электрическим приводом в положении перед турбонагнетателем значительно ухудшается. Использование гибкости компрессора с электрическим приводом за счет кратковременного приведения его в действие на полной мощности в сочетании с гибким управлением перепускным клапаном еще больше повышает производительность и доводит переходные характеристики до и после турбоустановок примерно до одного уровня.

Рисунок 3 . Время от запуска до целевого BMEP для бензинового двигателя объемом 2,0 л

Baseline - это компрессор с приводом от двигателя и турбонагнетатель. В других случаях нагнетатель с приводом от двигателя заменяется центробежным компрессором с электрическим приводом мощностью 12 кВт. Все результаты смоделированы, кроме базовых условий при 1000 об / мин.

Хотя на рис. 2 показано, что двигатель с турбонаддувом с электрическим приводом и турбонаддувом обеспечивает превосходную переходную реакцию на усилитель нагнетателя с механическим приводом, сложно управлять нагнетателем с электрическим приводом в течение более нескольких секунд.Однако нагнетатели с механическим приводом не сталкиваются с такой проблемой. Таким образом, двигатель с турбонаддувом с механическим приводом и турбонаддувом может быть откалиброван для более высоких уровней крутящего момента двигателя в устойчивом состоянии на низких оборотах. Нагнетатели с электрическим приводом могут быть объединены с турбиной, работающей на ОГ, приводящей в действие электрический генератор, чтобы образовать «электрический турбонагнетатель».

###

Плюсы и минусы турбокомпрессоров по сравнению с нагнетателями: инженерное объяснение

Вы когда-нибудь задумывались, в чем преимущество турбокомпрессора перед нагнетателем? Или наоборот? Что ж, больше не удивляйтесь, потому что это лучшее объяснение, которое вы, вероятно, когда-либо прочитали...

Когда втягивание атмосферного воздуха не обеспечивает достаточной мощности, производители и тюнеры обратились к принудительной индукции. Это лучший способ добиться значительного увеличения мощности практически с любым двигателем, и есть два основных способа добиться этого: наддув и турбонаддув.

В чем разница? Нагнетатель - это воздушный компрессор, приводимый в действие коленчатым валом двигателя, обычно связанный ремнем. В качестве альтернативы турбонагнетатель - это просто воздушный компрессор, приводимый в действие турбиной, работающей на выхлопных газах. Это одно ключевое отличие; нагнетатель требует мощности двигателя для работы, в то время как турбонагнетатель использует ненужную энергию, создаваемую двигателем. Вы можете предположить, что, поскольку турбонагнетатель работает на отработанных газах, он более эффективен, и вы правы!

1.Преимущества и недостатки турбокомпрессора:

Плюсы:

  • Значительное увеличение мощности.
  • Мощность в зависимости от размера: позволяет двигателям меньшего объема производить гораздо большую мощность по сравнению с их размером.
  • Лучшая экономия топлива: меньшие двигатели потребляют меньше топлива на холостом ходу и имеют меньшую вращательную и возвратно-поступательную массу, что улучшает экономию топлива.
  • Более высокий КПД: турбокомпрессоры расходуют энергию, которая обычно теряется в двигателях с наддувом и без наддува (выхлопные газы), поэтому рекуперация этой энергии повышает общий КПД двигателя.

Минус:

  • Turbo lag: турбокомпрессоры, особенно большие турбокомпрессоры, требуют времени, чтобы раскрутиться и обеспечить полезный наддув.
  • Порог наддува: для традиционных турбонагнетателей они часто рассчитаны на определенный диапазон оборотов, в котором поток выхлопных газов достаточен для обеспечения дополнительного наддува двигателя.Обычно они не работают в таком широком диапазоне оборотов, как нагнетатели.
  • Скачок мощности: в некоторых турбокомпрессорах, особенно с более крупными турбинами, достижение порогового значения наддува может обеспечить почти мгновенный скачок мощности, который может ухудшить сцепление шин или вызвать некоторую нестабильность автомобиля.
  • Потребность в масле: турбокомпрессоры сильно нагреваются и часто попадают в подачу масла в двигатель. Это требует дополнительной сантехники и более требовательных к моторному маслу.Нагнетатели обычно не требуют смазки моторным маслом.

Вот короткое видео о том, как работают турбокомпрессоры. Судите сами о моих способностях рисования, это второе видео, которое я когда-либо делал…

2.Преимущества и недостатки нагнетателя:

Плюсы:

  • Повышенная мощность: добавление нагнетателя к любому двигателю - быстрое решение для увеличения мощности.
  • Нет лагов: самое большое преимущество нагнетателя перед турбонагнетателем в том, что у него нет лагов. Подача мощности происходит немедленно, потому что нагнетатель приводится в движение коленчатым валом двигателя.
  • Повышение низких оборотов: хорошая мощность на низких оборотах по сравнению с турбокомпрессорами.
  • Цена: экономичный способ увеличения мощности.

Минус:

  • Менее эффективен: самый большой недостаток нагнетателей заключается в том, что они забирают мощность двигателя просто для выработки мощности двигателя. Они работают от ремня двигателя, соединенного с коленчатым валом, так что вы, по сути, приводите в действие воздушный насос с помощью другого воздушного насоса. Из-за этого нагнетатели значительно менее эффективны, чем турбокомпрессоры.
  • Надежность: со всеми системами принудительного впуска (включая турбокомпрессоры) внутренние части двигателя будут подвергаться более высоким давлениям и температурам, что, конечно же, повлияет на долговечность двигателя. Лучше всего строить двигатель снизу вверх, чтобы выдерживать такое давление, а не полагаться на стандартные внутренние компоненты.

Нагнетатели часто идут рука об руку с большими двигателями V8, и они, безусловно, способны производить большую мощность. Вот видео о том, как они работают:

Что я предпочитаю?

Как инженер, трудно не согласиться с эффективностью.Просто турбокомпрессоры имеют больше смысла, поскольку они повышают эффективность двигателя несколькими способами. Нагнетатели являются дополнительным требованием к двигателю, даже если они способны производить полезный наддув на низких оборотах. Но если вы не можете решить, можно использовать оба одновременно, и это называется двойной зарядкой.

Источник изображения: Mercedes AMG Petronas

Куда все пойдет в будущем?

Электрические турбины, вероятно, будут более распространены в транспортных средствах будущего, где электродвигатель раскручивает турбонагнетатель на низких оборотах, производя полезный наддув до тех пор, пока выхлопных газов не станет достаточно для питания турбонаддува.Именно это происходит в Формуле 1 с системой ERS, и это решение самого большого недостатка турбонаддува - турбо-лага.

Вот видео, объясняющее, как электрические турбокомпрессоры используются в двигателях Формулы 1:

Имея все это в виду, каковы ваши предпочтения; турбокомпрессор или нагнетатель? Или вы больше не интересуетесь бензином…?

Определение разницы между турбонагнетателями и нагнетателями

О турбонагнетателях и нагнетателях часто говорят на одном дыхании, и хотя между двумя устройствами есть сходство, есть также некоторые ключевые различия в их использовании в легковых автомобилях.

Обе технологии относятся к категории систем принудительного впуска, которые позволяют двигателю транспортного средства производить больше мощности, чем эквивалентный «безнаддувный» двигатель. Это достигается за счет сжатия воздуха в топливно-воздушной смеси до его воспламенения в цилиндрах двигателя. Это создает значительный наддув, который может обеспечить до 50% большей мощности двигателя.

Несмотря на то, что они используют одну и ту же концепцию принудительной индукции, основным различием между ними является способ питания компонентов сжатия воздуха.Нагнетатель приводится в движение коленчатым валом двигателя с помощью ремня, вала или цепи, тогда как турбокомпрессоры получают свою мощность от турбины, которая собирает энергию из выхлопных газов двигателя.

Турбокомпрессоры

Проще говоря, турбонагнетатель - это воздушный насос, который позволяет нагнетать больше воздуха в двигатель при более высоком давлении. Это воспроизводит эффект большего цилиндра, но с большей эффективностью. Турбина состоит из двух отдельных секций; со стороны компрессора и со стороны турбины.Сторона компрессора (или холодная часть) часто изготавливается из алюминия и выдерживает температуру до 70 ° C. Окружающий воздух втягивается в корпус компрессора, и крыльчатка компрессора сжимает воздух и разгоняет его до очень высоких скоростей.

Сторона турбины (или горячая часть) изготовлена ​​из чугуна или нержавеющей стали и может достигать температуры до 960 ° C, так как выхлопные газы вращают колесо турбины со скоростью до 280 000 об / мин. Корпус турбины направляет выхлопные газы из двигателя на лопатки турбинного колеса, и после того, как он проходит через турбинное колесо, газ затем выходит через выхлопную систему, как в транспортных средствах без наддува.

Как только начинается процесс сгорания, создается непрерывный цикл, и турбонагнетатель использует ненужную энергию выхлопных газов. Больше воздуха в цилиндре также обеспечивает больший поток топлива в цилиндр и, следовательно, увеличивает мощность.

Нагнетатели

Как упоминалось выше, нагнетатель приводится в действие двигателем механически и увеличивает количество всасываемого воздуха за счет сжатия воздуха выше атмосферного давления без создания вакуума.Это нагнетает больше воздуха в двигатель, обеспечивая наддув, что, в свою очередь, позволяет добавить больше топлива к заряду и, следовательно, увеличивает мощность двигателя. Есть два основных типа нагнетателей. Нагнетатели с принудительным рабочим объемом производят фиксированное давление, которое не сильно увеличивается по мере увеличения оборотов двигателя. Динамические компрессоры, как следует из названия, производят большее давление при увеличении оборотов двигателя.

Сравнение турбонагнетателей и нагнетателей

Помимо того, как работают эти два устройства (объяснено выше), еще одно ключевое отличие состоит в том, что в то время как нагнетателю для работы требуется мощность двигателя, турбонагнетатель использует отработанную (выхлопную) энергию, создаваемую двигателем.Это означает, что турбокомпрессоры в целом работают с более высоким КПД, используя энергию выхлопных газов, которая обычно теряется в двигателях с наддувом и без наддува.

Турбокомпрессоры

обеспечивают значительно увеличенную мощность двигателей, особенно позволяя двигателям меньшего размера вырабатывать гораздо больше мощности по сравнению с их размером, одновременно обеспечивая лучшую экономию топлива. С другой стороны, турбокомпрессоры, как правило, дают меньший наддув при более низких оборотах двигателя, в то время как турбонагнетатель набирает обороты; так называемая турбо задержка.

Нагнетатели

также увеличивают мощность двигателя и, поскольку они приводятся в движение коленчатым валом двигателя, обеспечивают хорошую мощность при низких оборотах двигателя без каких-либо задержек. Компромисс - снижение эффективности, поскольку нагнетатели используют мощность двигателя для выработки мощности двигателя.

Причина, по которой турбокомпрессоры используются чаще всего в Европе, заключается в том, что двигатели маленькие и четыре цилиндра входят в стандартную комплектацию. Нагнетатели могут обеспечивать наддув при более низких оборотах, чем турбонагнетатель, тогда как турбонагнетатель лучше всего работает на высоких оборотах двигателя.Турбокомпрессоры тише, а нагнетатели надежнее. Нагнетатели легче обслуживать, чем сложные турбокомпрессоры.

В заключение, сравнивая нагнетатели и турбокомпрессоры, нет явного победителя. Какой вариант лучше, зависит от самого транспортного средства и от того, как он обычно используется. По мере развития автомобильных технологий всегда будет востребован как производители, так и клиенты, стремящиеся к экономии энергии и топлива.

Supercharger vs.Турбокомпрессор | Институт J-Tech

Нагнетатель или турбокомпрессор? Сегодняшние потребители энергии имеют возможность выбрать индукционную систему для своего автомобиля. Когда дело касается автомобильных характеристик, мощность имеет значение. Мощность и крутящий момент могут быть существенно увеличены с помощью надстройки принудительной индукции, но чтобы выбрать лучший маршрут для вашей поездки, это помогает понять различия между двумя системами и то, как они работают.

Принудительная индукция 101

Может показаться странным, что больше воздуха, нагнетаемого в ваш двигатель, означает большую мощность.Разве двигатель не работает от топлива? да. Но двигатели внутреннего сгорания полагаются на воздух (кислород), чтобы питать топливо, заставляя его сгорать и гореть, преобразовывая его в энергию и производя энергию. Таким образом, идея нагнетания еще большего количества воздуха в двигатель для сжигания большего количества топлива и, в конечном итоге, выработки большей мощности - вот что такое нагнетатели и турбокомпрессоры.

В чем разница между нагнетателем и турбонагнетателем?

Обе системы представляют собой воздушные компрессоры, предназначенные для нагнетания дополнительного воздуха в двигатель.Но то, как они устроены и как работают, очень разные. Требуется мощность, чтобы сделать мощность против турбо-лага, давайте перейдем к этому.

Нагнетатель - Соединенный ремнем, идущим от коленчатого вала, нагнетатель вращается при вращении двигателя и нагнетает дополнительный воздух во впускное отверстие двигателя. Поскольку нагнетатель полагается на механическое вращение двигателя, он будет полагаться на мощность двигателя, чтобы заставить его вращаться, но как только он заработает, нагнетатель производит предсказуемую величину наддува, не полагаясь на какие-либо ограничения, такие как контроллер наддува.Вместо этого, чтобы регулировать количество производимого наддува, вы просто меняете шкив на конце нагнетателя, чтобы внутренние части вращались с большей скоростью, увеличивая количество воздуха внутри двигателя.

Турбокомпрессор - Как следует из названия, у турбонагнетателя есть настоящая турбина, которая использует выхлопные газы двигателя для вращения, заставляя компрессор нагнетать воздух в двигатель. По сути, он использует выхлопные газы для вращения турбины, которая, в свою очередь, всасывает дополнительный воздух, что приводит к дополнительной емкости для топлива.Больше топлива + больше воздуха = больше мощности.

Что лучше?

Оба обеспечивают повышение мощности, но турбонагнетатели могут иметь небольшую задержку во время ускорения, потому что мощность, создаваемая выхлопными газами, должна накапливаться, достаточная для вращения турбонагнетателя. Они также нагреваются и нуждаются в хорошем охлаждении, и их немного сложнее установить, учитывая интеркулер и выпускной коллектор. Но они, как правило, тише, чем Supercharger, и могут обеспечить больший прирост мощности в верхней части кривой мощности оборотов.

Какими бы ни были ваши предпочтения, с постоянно развивающимися технологиями в автомобильном мире никогда не будет скучно. Если вы более чем немного увлечены тем, что происходит под капотом, вам следует проверить программу по автомобильным или дизельным технологиям в J-Tech Institute. J-Tech идет в ногу со всеми последними достижениями автомобильной промышленности и обучает следующее поколение автомобильных и дизельных техников. Свяжитесь с J-Tech сегодня, чтобы узнать больше о карьере, которая помогает Америке двигаться за рулем.Или щелкните здесь, чтобы запланировать экскурсию по нашему объекту площадью 168 000 квадратных футов в Джексонвилле, Флорида.

Электротурбокомпрессоров Garrett будут запущены в производство в 2021 году

Электрический турбокомпрессор Garrett Motion с силовой электроникой и аккумулятором

Garrett Motion

Электродвигатели, несомненно, с каждым годом становятся все более значительным и важным элементом автомобильной силовой установки. Непосредственная передача крутящего момента для поворота ведущих колес является наиболее очевидным вариантом использования, как в гибридных автомобилях, так и в электромобилях.Но моторы появляются повсюду, включая насосы для масла и охлаждающей жидкости, а теперь и турбокомпрессоры. Garrett Motion готовится к тому, что в 2021 году может быть впервые применен в производстве электрический турбокомпрессор.

Garrett был отделен от Honeywell в конце 2018 года, вернув часть первоначального названия, которое у него было до того, как оно было приобретено той же компанией в 2004 году. Garrett производит турбокомпрессоры с 1950-х годов и является одним из немногих лидеров рынка наряду с BorgWarner , BMTS, IHI и Mitsubishi, каждая из которых разрабатывает аналогичные технологии.

Давайте вернемся к краткому руководству по форсированию двигателя. Двигатель внутреннего сгорания вырабатывает мощность, воспламеняя смесь воздуха и топлива в цилиндрах. Чем больше сжигается воздуха и топлива, тем больше энергии можно произвести. Безнаддувный двигатель втягивает воздух через открытые клапаны за счет частичного вакуума, создаваемого поршнем, движущимся вниз в цилиндре. Нагнетатель - это насос с механическим приводом, который нагнетает больше воздуха в цилиндр. Обычно они приводятся в движение ремнем коленчатого вала.Они дают отличный отклик благодаря прямому приводу, но потребляют много энергии для движения на более высоких скоростях.

Турбокомпрессор делает то же самое, но приводится в движение выхлопными газами, выходящими из двигателя через турбину. Газы раскручивают турбину, которая находится на том же валу, что и колесо компрессора. Когда турбина вращается, компрессор нагнетает воздух в цилиндры. Турбины более эффективны, чем нагнетатели, благодаря меньшим паразитным потерям, но у них может быть задержка при раскрутке, пока они ждут давления выхлопа.Вот где на сцену выходит добавление электродвигателя.

На самом деле существует два различных типа устройств электрического наддува для двигателей, которые появились в последние несколько лет. Первый тип, который уже используется Volkswagen Group и Mercedes-Benz, - это электронный ускоритель. По сути, это просто компрессорная сторона турбонагнетателя в паре с электродвигателем. Размер компрессора по своей природе ограничен размером двигателя, необходимого для его вращения на высоких скоростях, и электронные бустеры используются в последовательной комбинации с турбинами с приводом от выхлопных газов.Электронный бустер обеспечивает быструю реакцию двигателя на низких частотах, а затем, по мере роста давления, более крупный турбонаддув вступает во владение, обеспечивая максимальный наддув.

Электронный турбонагнетатель, задуманный Гарреттом и его конкурентами, объединяет электродвигатель с турбонагнетателем в одном блоке. На более низких скоростях двигатель может быстро раскручивать турбонаддув и создавать наддув, обеспечивая превосходный крутящий момент на низких скоростях и управляемость. По мере роста давления выхлопных газов он берет на себя работу по управлению электронным турбонаддувом. Это позволяет инженерам использовать компрессор и турбину большего размера для большего наддува, что, в свою очередь, позволяет уменьшить рабочий объем двигателя.Большие колеса на турбонагнетателе обычно вызывают еще большую задержку отклика, но электродвигатель решает эту проблему.

Компоновка электронного турбонаддува имеет еще одно преимущество. Когда водитель отпускает педаль акселератора, выхлопные газы и инерция колес заставляют турбонаддув некоторое время вращаться. В этот момент двигатель становится генератором, который может заряжать аккумулятор. В сочетании с электрической системой 48 В e-turbo способствует рекуперации энергии, которая обычно теряется в выхлопной трубе.В свою очередь, эта энергия затем используется для раскрутки электронного турбо, когда требуется следующее ускорение. Электронный турбонагнетатель менее сложен в упаковке, чем комбинация электронного усилителя и обычного турбонагнетателя.

По словам Джеффа Даффа, директора по разработке приложений в компании Garrett, в зависимости от конкретной конфигурации двигателя и размеров электронного турбонагнетателя, электронный турбо может способствовать повышению топливной эффективности до 10%, хотя в большинстве случаев это будет примерно На 2-4% лучше.

Это повышение эффективности можно еще больше усилить за счет уменьшения габаритов двигателя.Дополнительная отзывчивость e-turbo преодолевает потерю мощности меньшего рабочего объема. Обычно двигатели с турбонаддувом работают на обедненной топливовоздушной смеси с низким наддувом, чтобы обеспечить некоторую дополнительную мощность в этом рабочем диапазоне. Однако это повышает температуру сгорания и производит больше NOx. Быстрое ускорение и ускорение электронного турбонаддува позволяет двигателю работать с идеальным соотношением воздух-топливо в этом диапазоне.

И наоборот, обычный турбокомпрессор с турбиной меньшего размера для быстрого реагирования нагревается на высоких скоростях.Как правило, эти конфигурации переходят на более богатую топливную смесь по мере увеличения скорости, что охлаждает турбину, но также больше загрязняет и потребляет больше топлива. Размер электронного турбонагнетателя может соответствовать более крупной турбине, которая остается более прохладной, но не жертвует отзывчивостью и, опять же, поддерживает идеальное соотношение воздух-топливо для снижения выбросов по всем направлениям.

При использовании на дизельном двигателе электронный турбо может способствовать снижению выбросов NOx на 20%. Это будет особенно важно для тяжелых условий эксплуатации, в которых в настоящее время используется дизельное топливо.Несмотря на то, что предпринимаются многочисленные попытки электрифицировать двигатели в этих более крупных транспортных средствах, большая часть аккумуляторов по-прежнему представляет собой проблему, поскольку снижает полезную нагрузку. Аккумуляторы особенно опасны при перевозках на дальние расстояния. Использование электронных турбин на этих больших дизелях может снизить количество вредных веществ, выделяемых этими двигателями.

Garrett еще не объявляет, какой производитель или тип двигателя будет использовать его электронный турбонагнетатель в 2021 году. Пока ни один из других производителей турбонагнетателей не объявил о конкретных запусках производства, но не удивительно, если один или несколько из них прибудут в продажу. сроки, аналогичные программе запуска Гарретта, или вскоре после нее.

Предполагается, что первичный электропривод

займет еще большую долю на рынке новых транспортных средств в 2020-х годах, при этом Navigant Research прогнозирует, что к 2030 году на электромобили с аккумуляторной батареей будет приходиться более 15% мировых продаж легких грузовиков. Однако двигатели внутреннего сгорания в паре с разная степень электрификации, вероятно, будет существовать еще много лет, и Гарретт намеревается стать частью этой смеси.

Турбокомпрессор и нагнетатель (похожие, но разные)

Основное отличие турбокомпрессора отнагнетатель - это способ, которым каждый получает питание. Турбокомпрессоры отводят выхлопные газы. Нагнетатель приводится в движение двигателем автомобиля с помощью ремня или цепи, соединенной с распределительным валом. Оба они увеличивают мощность двигателя, действуя как турбина, проталкивая больше воздуха в двигатель через впускной коллектор. Этот процесс объясняется и называется «принудительной индукцией». «Безнаддувный» двигатель - это любой двигатель, не оборудованный турбонагнетателем или нагнетателем.

Турбокомпрессоры и наддув работают как компрессор, нагнетая больше кислорода в двигатель.Основные преимущества - лучшая производительность, а в случае с турбонаддувом - лучший расход бензина. Альфред Бючи, великий швейцарский инженер, изобрел турбокомпрессор в 1905 году. На протяжении многих лет турбины широко использовались в двигателях кораблей и самолетов. Они также очень распространены в дизельных двигателях, используемых в грузовиках, автобусах и других тяжелых транспортных средствах. Первым серийным автомобилем, в котором использовался турбокомпрессор, был Chevrolet Corvair 1962 года. Затем они появились на Porsche в 1970-х годах. Готлиб Даймлер, инженерный гений, который впоследствии основал автомобильную компанию Mercedes Benz, начал работу над ранними версиями нагнетателей, получив патент на способ использования шестеренчатого насоса для нагнетания воздуха в двигатель в 1885 году.Более ранние версии нагнетателей использовались в доменных печах еще в 1860 году. Mercedes представила свои двигатели Kompressor, оборудованные нагнетателями, в 1921 году. Двигатель, оборудованный нагнетателем и турбонагнетателем, называется «двойным нагнетателем».

Турбокомпрессор или нагнетатель, что быстрее?

У нагнетателя более быстрый отклик, поскольку он напрямую зависит от скорости вращения коленчатого вала автомобиля. Он работает постоянно, независимо от того, как быстро вы едете или как едете.

Чем быстрее вращается двигатель, тем быстрее вращается нагнетатель, поскольку больше воздуха нагнетается в камеру сгорания. Нагнетатель обычно обеспечивает двигатель более высокой мощностью, повышенной производительностью и большим наддувом во всем рабочем диапазоне двигателя сверху вниз. Горячие выхлопные газы приводят в действие турбокомпрессор, создавая короткое время задержки с момента открытия дроссельной заслонки нажатием педали газа вниз. Обычно на то, чтобы зарядить аккумулятор, требуется несколько секунд.Турбокомпрессоры обеспечивают большую мощность на низких или высоких оборотах двигателя в зависимости от типа используемого турбонагнетателя.

Турбины

очень популярны в дизельных двигателях, где они используются для создания дополнительного крутящего момента, необходимого для питания автобусов и двигателей локомотивов. Турбины выделяют огромное количество тепла, и их необходимо смазывать тем же маслом, которое протекает через двигатель. Это возможная проблема технического обслуживания, так как масло изнашивается быстрее и его нужно менять чаще. Большинство нагнетателей не нужно смазывать моторным маслом.Нагнетатели не производят столько дополнительного тепла, как турбонагнетатели.

Как турбокомпрессор или нагнетатель влияет на стоимость автомобиля?

Если рассматривать турбокомпрессор и нагнетатель с точки зрения стоимости автомобиля, то эффект очень незначителен. Предположим, что автомобиль или грузовик были оснащены турбонаддувом или нагнетателем, поскольку в качестве оригинального оборудования это не означает, что автомобиль сохраняет свою ценность ни в лучшую, ни в худшую сторону. Если вы доплатили за нагнетатель или турбокомпрессор на своем автомобиле, он сохранит это значение, когда вы пойдете его продавать, как и любой другой желаемый вариант.Добавление турбонагнетателя в стандартный комплект двигателя при покупке нового автомобиля обычно стоит около 1000 долларов дополнительно. Имейте в виду, что турбокомпрессоры гораздо более популярны, когда дело доходит до модернизации двигателя. В 2018 году было доступно более 200 моделей легковых и грузовых автомобилей с турбонаддувом в качестве опции. В том же году было доступно всего 30 моделей с нагнетателем. Последние цифры аналогичны для 2019 модельного года. В некотором смысле турбины и нагнетатели - это еще одна вещь, которая может выйти из строя в автомобиле.Старые автомобили с турбонаддувом могут нуждаться в дополнительном техническом обслуживании. Перегретые двигатели были проблемой на некоторых старых моделях автомобилей, оснащенных турбонаддувом. Турбины прошли долгий путь, поскольку они стали более популярными. Коробка передач и тормоза - другие возможные проблемные области. Если вы планируете купить автомобиль с турбонаддувом, обратитесь к квалифицированному механику для осмотра этих деталей. Турбины нового поколения, как правило, доставляют меньше хлопот.

Можно ли добавить в автомобиль турбокомпрессор или нагнетатель?

Вы можете добавить в автомобиль послепродажную систему нагнетания, но это очень большие затраты и, вероятно, не будет хорошей инвестицией и не стоит этих денег.Нагнетатели бывают трех основных конфигураций, известных как корневые, двухвинтовые и центробежные. Нагнетатели обычно входят в стандартную комплектацию многих типов гоночных автомобилей, где все зависит от скорости, а в некоторых случаях они фактически не разрешены для использования на улице.

Помните о любых гарантиях на ваш автомобиль, которые могут быть аннулированы при установке нагнетателя. Вы можете добавить к своему автомобилю турбокомпрессор на вторичном рынке, но это тоже очень дорого и, вероятно, не стоит потраченного времени или дополнительных денег. Любая экономия топлива, которую вы получите от добавления турбонаддува, будет очень маленькой по сравнению с тем, сколько будет стоить турбонаддув двигателя.Вам нужно будет купить турбокомпрессор, модернизировать топливную систему и, возможно, заменить модуль управления двигателем, который является мозгом двигателя. Вы также можете заменить весь двигатель в своем автомобиле на модель с турбонаддувом, но, опять же, это очень дорогой способ.

Сколько стоит установка турбокомпрессора по сравнению с нагнетателем в автомобиль?

Установка нагнетателя послепродажного обслуживания будет стоить от 1500 до 7500 долларов, и ее не должны пробовать автомеханики-любители.Советы по установке доступны в виде видео на сайтах различных компаний, и с ними можно связаться по электронной почте для получения дополнительной информации. Также необходимо увеличить размер и мощность системы охлаждения автомобиля, оснащенного нагнетателем послепродажного обслуживания. Добавление турбонагнетателя к безнаддувному двигателю - сложная и дорогая работа. Турбокомпрессор на вторичном рынке продается по цене от 500 до 2000 долларов. Вам также необходимо будет заменить несколько других компонентов двигателя или купить комплект для переоборудования турбокомпрессора. К тому времени, когда вы заплатите за комплект, турбонагнетатель, дополнительные детали и рабочую силу, вы легко можете приблизиться к 5000 долларов.Суть в том, что это непростая сборка, и если вы не делаете это в качестве хобби, это будет потраченными впустую деньгами.

Влияние турбонагнетателя и нагнетателя на мощность?

Турбокомпрессоры и нагнетатели повышают мощность за счет впрыска большего количества воздуха в двигатель. Турбокомпрессор приводится в действие выхлопными газами, которые являются отходами, поэтому они имеют тенденцию быть более экономичными. Нагнетателю на самом деле требуется мощность, чтобы повернуть его.Эта мощность принесена в жертву лучшей производительности. Дополнительная мощность, поставляемая нагнетателем, не бесплатна. По оценкам экспертов, установка нагнетателя в двигатель автомобиля повысит производительность на 30-50% по сравнению с аналогичным автомобилем без двигателя с наддувом. Имейте в виду, что, поскольку нагнетатель работает от мощности двигателя, он также вычитает до 20% энергии двигателя. Производители автомобилей, в том числе Mercedes, теперь предлагают электрические нагнетатели, которые приводятся в действие электродвигателем, а не двигателем автомобиля.Это относительно новое нововведение, и вопрос о том, насколько хорошо они работают, все еще обсуждается. Добавление турбонагнетателя к двигателю автомобиля также даст вам прирост мощности примерно на 30-40%. Некоторые автомобили оснащены двумя турбинами, одна из которых предназначена для повышения давления на более низких оборотах, а вторая - для уменьшения отставания в производительности. Поскольку турбокомпрессоры выделяют очень много тепла, некоторые из них оснащены «промежуточными охладителями». Интеркулеры работают очень похоже на радиаторы. В турбонагнетателе они охлаждают выхлопные газы перед их отправкой обратно в двигатель, что также повышает производительность.Оба типа систем принудительной индукции создают больше лошадиных сил. Турбокомпрессоры имеют более экономичный смысл, если вы пытаетесь сэкономить газ, в то время как нагнетатель обеспечивает более быструю и сбалансированную работу.

Влияние турбонагнетателя и нагнетателя на экономию топлива?

Турбокомпрессор обычно помогает автомобилю увеличить расход топлива, потому что двигатель меньшего размера может быть использован для достижения той же производительности.Ожидайте, что двигатель с турбонаддувом будет примерно на 8-10% более экономичен, чем тот же двигатель без турбонаддува. Поскольку мощность двигателя регулирует нагнетатели, они не являются надежным способом экономии топлива. Они позволяют использовать двигатель меньшего размера в автомобиле для достижения той же производительности, что и двигатель большего размера, но они не предназначены для экономии газа. Установлены нагнетатели для повышения производительности. Они не лучший выбор с точки зрения топливной экономичности.

Нагнетатель или турбокомпрессор вредны для вашего двигателя?

Нагнетатели и турбокомпрессоры неплохо подходят для вашего двигателя.Они использовались в двигателях с момента их первоначальной разработки. Они предлагают преимущество увеличения производительности двигателя. Турбокомпрессоры также могут повысить экономию топлива, но имеют больше движущихся частей, что может потребовать дополнительного обслуживания. Нагнетатели повышают производительность, но на самом деле не экономят бензин.

Заключение

Во многих отношениях нет ничего нового в том, как работают турбокомпрессоры и нагнетатели и что они делают.Оба они имеют одинаковую функцию нагнетания большего количества воздуха в двигатель, что создает больше лошадиных сил. Турбо-двигатель использует побочный продукт двигателя в виде выхлопных газов. Сам двигатель - за исключением новых электрических нагнетателей, доступных на некоторых моделях, - приводит в действие нагнетатель. Двигатели с турбонаддувом, как правило, более экономичны. Двигатели с наддувом - это больше для повышения производительности. Их влияние на стоимость при перепродаже очень мало с точки зрения плюса или минуса. Деньги, которые вы заплатили авансом за двигатель, оборудованный турбонагнетателем или нагнетателем, сохранят свою ценность, когда пришло время продать или обменять свой автомобиль.Оба они увеличивают производительность двигателя примерно на 40%. Турбокомпрессоры и нагнетатели - это механические устройства, которые в какой-то момент могут нуждаться в обслуживании. Из этих двух у турбокомпрессора есть больше вещей, которые могут выйти из строя. Стоимость добавления нагнетателя или турбокомпрессора к автомобилю в качестве товара на вторичном рынке не имеет никакого экономического смысла. Если посмотреть на плюсы и минусы, а также на различия, то нижняя часть на самом деле связана с производительностью и топливной экономичностью при сравнении турбонагнетателя и нагнетателя.

Ремонт RepairSmith - это самый простой способ отремонтировать ваш автомобиль. Впервые автовладельцы могут отремонтировать свой автомобиль на подъездной дорожке или в одном из наших сертифицированных магазинов.

Как работает механический центробежный нагнетатель - x-engineer.org

Максимальный крутящий момент и мощность, генерируемые двигателем внутреннего сгорания, зависят, среди прочего, от количества топлива, которое может быть сожжено в цилиндрах.Чем больше количество сожженного топлива, чем выше давление в цилиндре, тем выше крутящий момент (мощность) двигателя. Количество топлива, которое может быть сожжено внутри двигателя, ограничено количеством воздуха (кислорода), доступного для сгорания. Это означает, что даже если мы впрыснем в двигатель большое количество топлива без нужного количества воздуха (кислорода), топливо останется несгоревшим, и двигатель будет терять производительность и увеличивать выбросы выхлопных газов.

В естественном двигателе внутреннего сгорания, также называемом атмосферным двигателем, воздух всасывается в цилиндры путем всасывания, когда поршень движется к нижней мертвой точке (НМТ) и создает объем в цилиндрах.В этом случае массовый расход воздуха зависит от дросселирования впускного коллектора, а давление воздуха всегда меньше атмосферного (1 бар / атм).

Для двигателя фиксированного размера (рабочий объем) за счет сжатия всасываемого воздуха до более высокой плотности, чем плотность атмосферного воздуха, перед входом в цилиндры мы увеличим выходной крутящий момент (мощность) двигателя. Это основное назначение двигателя с наддувом . Следовательно, двигатель с наддувом - это двигатель внутреннего сгорания, который использует сжатый воздух перед впуском цилиндра, чтобы увеличить крутящий момент и выходную мощность .

При сжатии всасываемого воздуха его плотность увеличивается, что означает, что для того же объема имеется больше молекул кислорода, доступных для сгорания. Это означает, что можно впрыснуть больше топлива и, следовательно, получить более высокое давление сгорания, что приводит к более высокому крутящему моменту и мощности двигателя.

Изображение: Увеличение крутящего момента двигателя за счет наддува

Существует несколько методов сжатия всасываемого воздуха двигателя:

  • турбонаддув выхлопных газов
  • механический наддув
  • наддув с волной давления

Турбонаддув подробно объясняется в следующие артикулы:

В нагнетателях с механическим приводом компрессор приводится непосредственно от двигателя.Это означает, что компрессор механически связан с коленчатым валом через шестерню или ремень и получает мощность от двигателя для сжатия всасываемого воздуха.

В зависимости от способа сжатия воздуха нагнетатели с механическим приводом делятся на две основные категории:

  • центробежные нагнетатели
  • нагнетатели прямого вытеснения

В этой статье мы сосредоточимся на центробежных нагнетателях с механическим приводом .

Механический центробежный нагнетатель использует принцип потока и принцип количества движения для сжатия всасываемого воздуха. Он в основном состоит из крыльчатки компрессора (крыльчатки), которая установлена ​​на валу и приводится в действие двигателем через зубчатую передачу или ременную передачу.

Изображение: Схема механического центробежного наддува
Кредит: [5]

Атмосферный воздух всасывается крыльчаткой (компрессором) через фильтр и сжимается до более высокого давления. Перед поступлением в двигатель (цилиндры) всасываемый воздух охлаждается для дальнейшего увеличения его плотности.Прохладный плотный воздух означает, что в двигатель можно впрыснуть больше топлива, что создает больший крутящий момент (мощность) на коленчатом валу. Давление наддува зависит от частоты вращения двигателя, чем выше частота вращения крыльчатки (двигателя), тем выше давление сжатого воздуха.

Поскольку мощность, необходимая компрессору для вращения, отбирается непосредственно от двигателя, а не от выхлопных газов, как в случае турбокомпрессора, недостатком является то, что нагнетатель увеличивает паразитные нагрузки на двигатель.Преимущество заключается в том, что отсутствует передача температуры от выхлопных газов сжатому воздуху, что приводит к более высокой плотности всасываемого воздуха по сравнению с турбонаддувом.

Изображение: Принцип работы центробежного нагнетателя
Кредит: ProCharger

Самый простой привод центробежного нагнетателя - это ремень, соединенный с коленчатым валом через два шкива. Однако этот простой и эффективный метод ограничивает работу нагнетателя, поскольку выходное давление напрямую связано с частотой вращения двигателя.Существуют также более продвинутые концепции, такие как турбонагнетатели Torotrak с V-образным приводом CVT, в которых используются полные тороидальные вариаторы для управления скоростью крыльчатки независимо от скорости двигателя. Этот метод позволяет лучше контролировать функцию давления наддува в рабочей точке двигателя (скорость и крутящий момент).

Еще одно преимущество нагнетателя по сравнению с турбонагнетателем состоит в том, что масса всасываемого воздуха увеличивается примерно прямо пропорционально скорости вращения двигателя и, следовательно, потребности двигателя в воздухе.В случае нагнетателя, поскольку его рабочий диапазон не ограничен помпажем компрессора (как в случае с турбонагнетателем), возможна гораздо более широкая рабочая зона компрессора. Кроме того, при наличии прямого механического соединения с двигателем реакция на внезапную потребность в давлении всасываемого воздуха намного быстрее.

Изображение: Двигатель Ford Mustang с центробежным нагнетателем
Кредит: ProCharger

  1. воздушный фильтр
  2. центробежный нагнетатель
  3. интеркулер
  4. шкив коленчатого вала
  5. впускной коллектор

Так как компрессор функционирует на основе механического нагнетателя принцип потока, его общая эффективность высока, а также лучшее соотношение между размерным и объемным расходом по сравнению с другими нагнетателями с механическим приводом.

Нагнетатель с механическим приводом может работать со скоростью до 100000 об / мин и более. Это означает, что, поскольку он приводится в движение напрямую от двигателя, ему требуются довольно значительные передаточные числа. Первое преобразование скорости выполняется на шкивах (если привод от ремня) с соотношением скоростей около 2: 1. Второе преобразование скорости осуществляется внутри корпуса компрессора с помощью фиксированной простой зубчатой ​​передачи или планетарного ролика (зубчатого колеса). Передаточное отношение внутреннего зубчатого колеса может доходить до 15: 1. Это дает общее преобразование скорости около 30: 1, что для частоты вращения двигателя 2000 об / мин соответствует частоте вращения крыльчатки 60000 об / мин.

Производительность нагнетателя измеряется функцией его давления наддува . Повышение давления на 1,2 бара означает, что нагнетатель повысил давление всасываемого воздуха на 1,2 бар выше атмосферного давления (1 бар). Это означает, что абсолютное давление во впускном коллекторе после компрессора составляет 2,2 бар. Давление наддува непостоянно, оно зависит от скорости крыльчатки, чем быстрее крыльчатка вращается, тем выше давление наддува.

Изображение: Компоненты центробежного нагнетателя
Кредит: ProCharger

  1. Корпус компрессора (спиральная камера)
  2. рабочее колесо
  3. масляный насос для аэрации
  4. подшипники
  5. шкив
  6. трансмиссия (простая шестерня с фиксированным передаточным числом)

Центробежный нагнетатель содержит рабочее колесо, которое вращается с высокой скоростью, чтобы втягивать воздух в небольшой корпус компрессора (спиральная камера) .Когда воздух выходит из рабочего колеса, он движется с высокой скоростью при низком давлении. Этот высокоскоростной воздух с низким давлением проходит через диффузор, который преобразует воздушный поток так, что он имеет высокое давление и низкую скорость. Затем воздух подается в двигатель, где дополнительный воздушный поток (вызванный повышенным давлением) дает двигателю возможность сжигать больше топлива и иметь более высокий уровень сгорания. Это приводит к более быстрому и отзывчивому автомобилю за счет большей эффективности двигателя.

Рабочее колесо является основным вращающимся элементом нагнетателя и создает наддув.Рабочее колесо нагнетает воздух в воздуходувку и создает давление, которое напрямую преобразуется в положительное давление во впускном коллекторе, также известное как давление наддува. Рабочее колесо должно выдерживать высокие рабочие температуры и быть достаточно прочным, чтобы постоянно работать на высоких оборотах двигателя.

Улиткообразная конструкция корпуса компрессора является уникальной особенностью центробежных нагнетателей. Этот корпус компрессора, технически известный как коллектор, предназначен для сбора воздушного потока и его подачи в нижнюю по потоку трубу.Хотя корпуса компрессоров могут быть изготовлены из самых разных металлов или сплавов, они обычно формуются или отливаются из алюминия. Алюминий обычно используется для корпусов / улиток нагнетателя из-за сочетания прочности, веса и устойчивости к коррозии. После того, как корпус отлит, он подвергается механической обработке в соответствии с конструкцией рабочего колеса. При сборке нагнетателя корпус крепится к трансмиссии фиксирующими болтами или ленточными хомутами.

Между рабочим колесом и улиткой находится диффузор .После рабочего колеса на пути потока диффузор должен преобразовывать кинетическую энергию (высокую скорость) газа в давление путем постепенного замедления (диффузии) скорости газа.

Вместе с повышающим передаточным числом, полученным через систему (ременной) передачи, требуется также повышающая передача для получения скоростей рабочего колеса, необходимых для создания желаемого наддува. Кроме того, трансмиссия содержит подшипники для поддержки валов, прикрепленных к внутренним шестерням. Подшипники используются во всей системе для обеспечения плавного движения деталей и уменьшения трения и износа. Все подшипники центробежного нагнетателя должны постоянно выдерживать высокоскоростное движение.

В простейших формах трансмиссии нагнетателя используются простые шестерни или планетарные ролики (шестерни) . Существуют также более сложные конструкции, например, турбонагнетатели Torotrak с V-образным приводом CVT, в которых используются тороидальные трансмиссии для изменения общего передаточного числа функции нагнетателя в рабочей точке двигателя (скорость и крутящий момент).

Изображение: Центробежные нагнетатели с планетарными роликами
Кредит: Rotrex

Изображение: Система поворотного привода с планетарными роликами
Кредит: Rotrex

Передача с планетарным наддувом

Изображение:

Центробежный наддув HKS

  1. шкив
  2. передний корпус
  3. входное кольцо
  4. ролик
  5. корпус компрессора
  6. шпиндель
  7. колесо компрессора
  8. задний корпус

V-образный наддув Torotrak представляет собой центробежный нагнетатель с механическим приводом, с тяговый привод с переменным передаточным числом.Тороидальная трансмиссия, действующая как бесступенчатая трансмиссия (CVT), способна изменять передаточное число с минимального (0,28) до максимального (2,8) менее чем за 400 мс. Он имеет гидравлическую систему срабатывания малой мощности, которая потребляет менее 20 Вт при изменении передаточного числа.

Изображение: Torotrak V-Charger CVT с приводом от нагнетателя
Кредит: Torotrak

Изображение: Torotrak V-charge Ratios and Speed ​​
Кредит: Torotrak

Supercharger ременной привод от двигателя, с передаточным числом шкива 2.5: 1. Кроме того, выход тороидального вариатора проходит через планетарный роликовый агрегат с передаточным числом 12,5: 1. Комбинация ременного шкива, тороидальной передачи и планетарного ролика дает минимальное передаточное число 8,75: 1 и максимальное передаточное число 87,5: 1.

Правильная смазка необходима для продолжительной работы центробежного нагнетателя. Высокая скорость, необходимая нагнетателю для создания наддува, требует адекватной смазки всех движущихся частей. В центробежных нагнетателях используется несколько методов смазки.В некоторых конструкциях для смазки нагнетателя используется моторное масло. В закрытых (автономных) системах смазка представляет собой легкое синтетическое масло, специально разработанное для использования на высоких скоростях. Смазочное масло распределяется по трансмиссии через маслоотражатель / насос.

Изображение: Контур охлаждения нагнетателя
Кредит: Нагнетатели Hamburger

  1. масляный бак
  2. масляный фильтр
  3. центробежный нагнетатель
  4. маслоохладитель

Центробежные нагнетатели используют небольшую часть мощности двигателя для движения внутренних компонентов нагнетателя .КПД имеет как механический (потребление энергии), так и тепловой (нагрев сжатого воздуха) факторы. Более высокий КПД означает, что нагнетатель потребляет меньше энергии от двигателя, питающего его, и производит меньше тепла. Внутри моторного отсека сильно нагревается, и некоторые конструкции нагнетателя допускают значительную теплопередачу от двигателя и других компонентов к нагнетателю. Это, в свою очередь, позволяет передавать дополнительное тепло воздуху, сжимаемому внутри нагнетателя, эффективно снижая эффективность.

В заключение, давайте суммируем цели по нагнетанию :

  • для данного объема двигателя (рабочий объем), наддув увеличивает крутящий момент и выходную мощность (например, 2,0-литровый двигатель с естественным наддувом (NA) имеет пиковую мощность 110 кВт. , в то время как 2,0-литровый двигатель с наддувом имеет пиковую мощность 140 кВт)
  • для двигателя меньшего размера (меньший рабочий объем), с меньшим расходом топлива и выбросами выхлопных газов, наддув поддерживает тот же уровень мощности и крутящего момента двигателя (например,грамм. 1,2-литровый двигатель с наддувом имеет такой же крутящий момент и выходную мощность, что и 1,6-литровый двигатель NA (атмосферный))

Обычно нагнетатели используются в двигателях с высокими рабочими характеристиками. Для нагнетателей с фиксированным передаточным числом их общее передаточное число должно должным образом соответствовать карте воздушного потока компрессора с используемой частотой вращения двигателя. Это означает, что передаточное число ременного шкива и передаточное отношение внутренней передачи должны выбираться в зависимости от частоты вращения двигателя и того места, где требуется пиковое давление наддува.

Изображение: Ременной привод нагнетателя
Кредит: ProCharger

  1. центробежный нагнетатель
  2. резиновый ремень
  3. шкив коленчатого вала

Низкие скорости приводят к более низкому выходу наддува воздуха, и потребность в высоких скоростях для получения высокого уровня наддува один из недостатков центробежного нагнетателя. Ускорение на холостом ходу приводит к низкому давлению наддува в результате низких оборотов двигателя. Для достижения очень высоких скоростей рабочего колеса (выше 40000 об / мин), необходимых для значительного давления наддува, необходима комбинация меньшего шкива на ременном приводе нагнетателя по сравнению с коленчатым валом.

Центробежные нагнетатели обладают большой гибкостью с точки зрения места установки, что делает их популярными для использования на вторичном рынке. Их можно разместить до или после корпуса дроссельной заслонки. Выпускная трубка может использоваться для подачи сжатого воздуха либо к впускному отверстию двигателя, либо к промежуточному охладителю, а не присоединяться непосредственно к впускному коллектору.

Центробежные нагнетатели имеют минимальную теплопередачу из-за низкой степени внутреннего сжатия. Такой высокий термический КПД приводит к увеличению прироста мощности по сравнению с нагнетателями прямого вытеснения.

По сравнению с турбокомпрессорами центробежные нагнетатели с механическим приводом имеют более быстрое время отклика благодаря механической связи с коленчатым валом двигателя.

Помните, что в четырехтактных двигателях внутреннего сгорания центробежных нагнетателей с механическим приводом используются для увеличения крутящего момента и выходной мощности двигателя на единицу смещенного объема .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *