Наддув. Турбины, компрессоры и с чем все это едят
Поехали. Начнем мы, пожалуй, с самого основного - что такое наддув и коротко рассмотрим его виды.
Как таковой, наддув, это не механизм, а увеличение количества свежего заряда горючей смеси, подаваемой в двигатель внутреннего сгорания, за счет повышения давления при впуске. Короче говоря, наддув - это в целом любого рода создание повышенного давления. Определение выходит за рамки автомобильной тематики, поэтому обобщать не будем, а наоборот, конкретизируем.
Наддув в двигателях внутреннего сгорания обычно применяют для увеличения его мощности (в зависимости от КПД, на 20-45%) без увеличения массы и габаритов двигателя, а также для компенсации падения мощности в условиях высокогорья. Разного пошиба стрисракеры, конечно, думают именно о последнем, ага. Наддув с так называемым качественным регулированием может применяться для снижения токсичности и дымности отработавших газов. Агрегатный наддув осуществляется с помощью компрессора (нагнетателя), турбокомпрессора или комбинированно. Больше всего распространен наддув с помощью турбокомпрессора, для привода которого используется энергия отработавших газов.
К слову говоря, агрегатный наддув применяют почти на всех видах транспортных дизелей (шильдики TDI, ага... конечно, речь тут не только об автомобилях, но и о судах, тепловозах, тракторах, к примеру). Есть оговорка для карбюраторных двигателей, тут его давление ограничивается возникновением детонации. К основным недостаткам агрегатного наддува относят:
• повышение механической и тепловой напряжённости двигателя вследствие увеличения давления и температуры газов;
• усложнение конструкции.
К безагрегатному наддуву относят:
> динамический (ранее называемый инерционным, резонансным, акустическим), при котором эффект достигается за счёт колебательных явлений в трубопроводах;
> скоростной, применяемый на поршневых авиационных двигателях на высотах больше расчётной и при скоростях более 500 км/ч;
> рефрижерационный, достигаемый испарением в поступающем воздухе топлива или какой-либо другой горючей жидкости с низкой температурой кипения и большой теплотой парообразования.
Есть инфа, что начинает получать всё большее распространение такой тип безагрегатного наддува, как динамический. Дело в том, что при не очень-то серьезных изменениях в конструкции трубопроводов он приводит к повышению коэффициента наполнения до hv=0,92-0,96 в широком диапазоне изменения частоты вращения двигателя. Увеличение hv при наддуве позволяет форсировать по энергетическим показателям в случае одновременного увеличения цикловой подачи топлива и улучшить экономические показатели при сохранении мощностных (опять таки, при той же цикловой подаче топлива). Динамический наддув повышает долговечность деталей цилиндро-поршневой группы благодаря более низким тепловым режимам при работе на бедных смесях.
Нагнетатель — компрессор для предварительного сжатия воздуха или смеси воздуха с топливом, поступающих в цилиндры двигателя внутреннего сгорания и увеличения массового заряда горючей смеси. В итоге из-за более высокой суммарной калорийности поступающей в цилиндры топливо-воздушной смеси, повышается мощность двигателя.
Нагнетатели нашли широкое применение в поршневых двигателях внутреннего сгорания для ситуаций, где требуется принудительное обеспечение цилиндра воздухом, то есть в двухтактных дизелях, или там, где требуется повышенная удельная мощность — в гоночных автомобильных и авиационных двигателях.
Суперчарджер (Supercharger, компрессор рутса) — механический нагнетатель, имеющий механический привод от коленчатого вала. В этом их отличие от турбонагнетателя, использующего энергию выхлопных газов. Преимущество суперчарджеров перед турбонаддувом в том, что они начинают работать при холостых оборотах, а турбина начинает нагнетать воздух после того, как поднимется давление выхлопных газов. На двухтактных дизелях воздуходувка строится с обязательным применением механического нагнетателя (семейство Д100, ЯАЗ-204, ЯАЗ-206).
С помощью механического нагнетателя можно получить прибавку в мощности до 50 %, несмотря на то, что часть мощности двигателя затрачивается на сам привод нагнетателя. Одно из основных преимуществ механических нагнетателей — отсутствие провала мощности на переходных режимах при увеличении оборотов.
Турбонаддув — один из методов агрегатного наддува, основанный на использовании энергии отработавших газов. Основной элемент системы — турбокомпрессор, иногда — турбонагнетатель с механическим приводом.
Wastegate (Вестгейт). Большинство турбированных автомобилей имеет wastegate, который позволяет использовать ТК меньшего размера для уменьшения лага, предотвращая его от слишком высоких нагрузок в зоне высоких частот вращения двигателя. Wastеgate — это клапан, стравливающий избыток выхлопных газов в обход турбинного колеса, тем самым, снижая его обороты и предотвращая от чрезмерных нагрузок.
Интеркуллеры (Intercooler, интеркулер). При сжатии в ТК воздух нагревается, в результате чего его плотность уменьшается. Это приводит к тому, что в рабочем объеме цилиндра воздуха, а, следовательно, и кислорода, по массе помещается меньше, чем могло бы поместиться при отсутствии нагревания. Поэтому сжимаемый в нагнетателе воздух перед подачей его в цилиндры двигателя предварительно охлаждается в холодильнике (интеркуллере), который стал неотъемлемой частью большинства двигателей с наддувом. Понижение температуры наддувочного воздуха на 10 градусов позволяет увеличить его плотность примерно на 3%. Это, в свою очередь, позволяет увеличить мощность двигателя примерно на такой же процент.
Турбонаддув. Турбокомпрессор. Турбонагнетатель.
Наддув, нагнетатели и немного истории
Что такое турбонаддув. Drive.ru
Вал - пополам, турбина - вдребезги…(Часть1)
Все о турбинах (VAG WIKI)
Формула расчета мощности:
Где Pek — мощность двигателя с наддувом; Pe — мощность двигателя без наддува; pka — абсолютное давление наддува; p0 — атмосферное давление.
Для пояснения здесь следует вспомнить формулу для определения геометрической степени сжатия, которая имеет вид:
Где Vs — рабочий объем цилиндра; Vc — объем камеры сгорания. Т.е. геометрическая степень сжатия (далее — степень сжатия) представляет собой отношение полного объема над поршнем (при положении поршня в НМТ) к объему над поршнем при положении его в ВМТ.
Фунт-сила на квадратный дюйм (PSI, реже LBS)
1PSI = 0,0689476 Бар = 6894,75729 Па (Паскаль)
1 Бар = 105 Па или 106 дин/см2 (примерной равен 1 ат)
1 at (техническая атмосфера) = 98 066,5 Па
1 atm (нормальная, стандартная или физическая атмосфера) = 101 325 Па = 1,033233 ат
В этой связи будет полезной табличка соотношения различных единиц измерения давления:
Как таковой, наддув, это не механизм, а увеличение количества свежего заряда горючей смеси, подаваемой в двигатель внутреннего сгорания, за счет повышения давления при впуске. Короче говоря, наддув - это в целом любого рода создание повышенного давления. Определение выходит за рамки автомобильной тематики, поэтому обобщать не будем, а наоборот, конкретизируем.
Наддув в двигателях внутреннего сгорания обычно применяют для увеличения его мощности (в зависимости от КПД, на 20-45%) без увеличения массы и габаритов двигателя, а также для компенсации падения мощности в условиях высокогорья. Разного пошиба стрисракеры, конечно, думают именно о последнем, ага. Наддув с так называемым качественным регулированием может применяться для снижения токсичности и дымности отработавших газов. Агрегатный наддув осуществляется с помощью компрессора (нагнетателя), турбокомпрессора или комбинированно. Больше всего распространен наддув с помощью турбокомпрессора, для привода которого используется энергия отработавших газов.
К слову говоря, агрегатный наддув применяют почти на всех видах транспортных дизелей (шильдики TDI, ага... конечно, речь тут не только об автомобилях, но и о судах, тепловозах, тракторах, к примеру). Есть оговорка для карбюраторных двигателей, тут его давление ограничивается возникновением детонации. К основным недостаткам агрегатного наддува относят:
• повышение механической и тепловой напряжённости двигателя вследствие увеличения давления и температуры газов;
• усложнение конструкции.
К безагрегатному наддуву относят:
> динамический (ранее называемый инерционным, резонансным, акустическим), при котором эффект достигается за счёт колебательных явлений в трубопроводах;
> скоростной, применяемый на поршневых авиационных двигателях на высотах больше расчётной и при скоростях более 500 км/ч;
> рефрижерационный, достигаемый испарением в поступающем воздухе топлива или какой-либо другой горючей жидкости с низкой температурой кипения и большой теплотой парообразования.
Есть инфа, что начинает получать всё большее распространение такой тип безагрегатного наддува, как динамический. Дело в том, что при не очень-то серьезных изменениях в конструкции трубопроводов он приводит к повышению коэффициента наполнения до hv=0,92-0,96 в широком диапазоне изменения частоты вращения двигателя. Увеличение hv при наддуве позволяет форсировать по энергетическим показателям в случае одновременного увеличения цикловой подачи топлива и улучшить экономические показатели при сохранении мощностных (опять таки, при той же цикловой подаче топлива). Динамический наддув повышает долговечность деталей цилиндро-поршневой группы благодаря более низким тепловым режимам при работе на бедных смесях.
Нагнетатель — компрессор для предварительного сжатия воздуха или смеси воздуха с топливом, поступающих в цилиндры двигателя внутреннего сгорания и увеличения массового заряда горючей смеси. В итоге из-за более высокой суммарной калорийности поступающей в цилиндры топливо-воздушной смеси, повышается мощность двигателя.
Нагнетатели нашли широкое применение в поршневых двигателях внутреннего сгорания для ситуаций, где требуется принудительное обеспечение цилиндра воздухом, то есть в двухтактных дизелях, или там, где требуется повышенная удельная мощность — в гоночных автомобильных и авиационных двигателях.
Суперчарджер (Supercharger, компрессор рутса) — механический нагнетатель, имеющий механический привод от коленчатого вала. В этом их отличие от турбонагнетателя, использующего энергию выхлопных газов. Преимущество суперчарджеров перед турбонаддувом в том, что они начинают работать при холостых оборотах, а турбина начинает нагнетать воздух после того, как поднимется давление выхлопных газов. На двухтактных дизелях воздуходувка строится с обязательным применением механического нагнетателя (семейство Д100, ЯАЗ-204, ЯАЗ-206).
С помощью механического нагнетателя можно получить прибавку в мощности до 50 %, несмотря на то, что часть мощности двигателя затрачивается на сам привод нагнетателя. Одно из основных преимуществ механических нагнетателей — отсутствие провала мощности на переходных режимах при увеличении оборотов.
Турбонаддув — один из методов агрегатного наддува, основанный на использовании энергии отработавших газов. Основной элемент системы — турбокомпрессор, иногда — турбонагнетатель с механическим приводом.
Wastegate (Вестгейт). Большинство турбированных автомобилей имеет wastegate, который позволяет использовать ТК меньшего размера для уменьшения лага, предотвращая его от слишком высоких нагрузок в зоне высоких частот вращения двигателя. Wastеgate — это клапан, стравливающий избыток выхлопных газов в обход турбинного колеса, тем самым, снижая его обороты и предотвращая от чрезмерных нагрузок.
Интеркуллеры (Intercooler, интеркулер). При сжатии в ТК воздух нагревается, в результате чего его плотность уменьшается. Это приводит к тому, что в рабочем объеме цилиндра воздуха, а, следовательно, и кислорода, по массе помещается меньше, чем могло бы поместиться при отсутствии нагревания. Поэтому сжимаемый в нагнетателе воздух перед подачей его в цилиндры двигателя предварительно охлаждается в холодильнике (интеркуллере), который стал неотъемлемой частью большинства двигателей с наддувом. Понижение температуры наддувочного воздуха на 10 градусов позволяет увеличить его плотность примерно на 3%. Это, в свою очередь, позволяет увеличить мощность двигателя примерно на такой же процент.
Турбонаддув. Турбокомпрессор. Турбонагнетатель.
Наддув, нагнетатели и немного истории
Что такое турбонаддув. Drive.ru
Вал - пополам, турбина - вдребезги…(Часть1)
Все о турбинах (VAG WIKI)
Формула расчета мощности:
Pek = Pe x (pka / p0) Где Pek — мощность двигателя с наддувом; Pe — мощность двигателя без наддува; pka — абсолютное давление наддува; p0 — атмосферное давление.
Для пояснения здесь следует вспомнить формулу для определения геометрической степени сжатия, которая имеет вид:
E = ( Vs + Vc ) / VcГде Vs — рабочий объем цилиндра; Vc — объем камеры сгорания. Т.е. геометрическая степень сжатия (далее — степень сжатия) представляет собой отношение полного объема над поршнем (при положении поршня в НМТ) к объему над поршнем при положении его в ВМТ.
Фунт-сила на квадратный дюйм (PSI, реже LBS)
1PSI = 0,0689476 Бар = 6894,75729 Па (Паскаль)
1 Бар = 105 Па или 106 дин/см2 (примерной равен 1 ат)
1 at (техническая атмосфера) = 98 066,5 Па
1 atm (нормальная, стандартная или физическая атмосфера) = 101 325 Па = 1,033233 ат
В этой связи будет полезной табличка соотношения различных единиц измерения давления:
