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.

Данный тип применяется как в системах с механическим приводом, так и в турбокомпрессорах.
Работа осуществляется следующим образом. Основная деталь центробежного нагнетателя — рабочее колесо, или крыльчатка. Лопатки крыльчатки играют самую главную роль. От того, насколько правильно они спроектированы и изготовлены, зависит результирующая эффективность всего нагнетателя. Итак, воздух, пройдя по расширяющемуся (диффузорному) воздушному каналу в нагнетатель, попадает на радиальные лопасти крыльчатки. Лопасти отбрасывают воздух центробежной силой к периферии кожуха, где имеется диффузор. Далее воздух выталкивается в окружной воздушный туннель. Для эффективной работы крыльчатка должна вращаться очень быстро. Скорости могут быть 40 тысяч об/мин и более, а для высоконапорных компрессоров дизелей они приближаются к 200 тысячам об/мин.
Свойство газов при нагреве расширяться поставило перед разработчиками ещё одну задачу. Атмосферный воздух, нагнетаемый хоть турбокомпрессором, хоть турбонагнетателем нагревается от сжатия (когда создаётся давление в системе впускных коллекторов) и от деталей самой системы турбонаддува, то есть воздух, нагревшись, расширился, при этом его объём увеличился, но количество содержащегося в нем кислорода осталось прежним. Так был разработан интеркулер, назначение которого — охлаждать воздух. Холодный воздух имеет большую плотность, нежели горячий, и поэтому несёт в себе больше кислорода, а чем больше кислорода — тем лучше проходит реакция горения. Интеркулер (с англ. — «промежуточный охладитель») представляет собой воздушный радиатор, который охлаждает воздух на пути в цилиндры и дополнительно выполняет роль ресивера.
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.
ABB Turbosystems Ltd ABB Швейцария
Honeywell Honeywell США
Turbonetics Turbonetics США
MAN MAN Германия
Caterpillar CAT США
Mitsubishi Mitsubishi Япония
BorgWarner BorgWarner США
GARRETT Garrett США
Tata Motors Land Rover,Jaguar Англия
Volvo Trucks Volvo,Scania Швеция и другие государства
IHI IHI Япония
Hitachi Hitachi/Toyota Япония
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.

Данный тип применяется как в системах с механическим приводом, так и в турбокомпрессорах.
Работа осуществляется следующим образом. Основная деталь центробежного нагнетателя — рабочее колесо, или крыльчатка. Лопатки крыльчатки играют самую главную роль. От того, насколько правильно они спроектированы и изготовлены, зависит результирующая эффективность всего нагнетателя. Итак, воздух, пройдя по расширяющемуся (диффузорному) воздушному каналу в нагнетатель, попадает на радиальные лопасти крыльчатки. Лопасти отбрасывают воздух центробежной силой к периферии кожуха, где имеется диффузор. Далее воздух выталкивается в окружной воздушный туннель. Для эффективной работы крыльчатка должна вращаться очень быстро. Скорости могут быть 40 тысяч об/мин и более, а для высоконапорных компрессоров дизелей они приближаются к 200 тысячам об/мин.
Свойство газов при нагреве расширяться поставило перед разработчиками ещё одну задачу. Атмосферный воздух, нагнетаемый хоть турбокомпрессором, хоть турбонагнетателем нагревается от сжатия (когда создаётся давление в системе впускных коллекторов) и от деталей самой системы турбонаддува, то есть воздух, нагревшись, расширился, при этом его объём увеличился, но количество содержащегося в нем кислорода осталось прежним. Так был разработан интеркулер, назначение которого — охлаждать воздух. Холодный воздух имеет большую плотность, нежели горячий, и поэтому несёт в себе больше кислорода, а чем больше кислорода — тем лучше проходит реакция горения. Интеркулер (с англ. — «промежуточный охладитель») представляет собой воздушный радиатор, который охлаждает воздух на пути в цилиндры и дополнительно выполняет роль ресивера.
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.
Принцип работы основан на использовании энергии отработавших газов. Поток выхлопных газов попадает на крыльчатку турбины (закреплённой на валу), тем самым раскручивая её и находящиеся на одном валу с нею лопасти компрессора, нагнетающего воздух в цилиндры двигателя. Так как при использовании наддува воздух в цилиндры подаётся принудительно (под давлением), а не только за счёт разрежения, создаваемого поршнем (это разрежение способно взять только определённое количество смеси воздуха с топливом), то в двигатель попадает большее количество смеси воздуха с топливом. Как следствие, при сгорании увеличивается объём сгораемого топлива с воздухом, образовавшийся газ занимает больший объём и соответственно возникает большая сила, давящая на поршень.
Как правило, у турбодвигателей меньше удельный эффективный расход топлива (грамм на киловатт-час, г/(кВт·ч)) и выше литровая мощность (мощность, снимаемая с единицы объёма двигателя — кВт/л), что даёт возможность увеличить мощность небольшого мотора без увеличения оборотов двигателя.
Вследствие увеличения массы воздуха, сжимаемой в цилиндрах, температура в конце такта сжатия заметно увеличивается и возникает вероятность детонации. Поэтому конструкцией турбодвигателей предусмотрена пониженная степень сжатия, применяются высокооктановые марки топлива, а также в системе предусмотрен промежуточный охладитель наддувочного воздуха (интеркулер), представляющий собой радиатор для охлаждения воздуха. Уменьшение температуры воздуха требуется также и для того, чтобы плотность его не снижалась вследствие нагрева от сжатия после турбины, иначе эффективность всей системы значительно упадёт. Особенно эффективен турбонаддув у дизельных двигателей тяжёлых грузовиков. Он повышает мощность и крутящий момент при незначительном увеличении расхода топлива. Находит применение турбонаддув с изменяемой геометрией лопаток турбины в зависимости от режима работы двигателя.
Наиболее мощные (по отношению к мощности двигателя) турбокомпрессоры применяются на тепловозных двигателях. Например на дизеле Д49 мощностью 4000 л.с. установлен турбокомпрессор мощностью 1100 л.с.
Наибольшей (по абсолютной величине) мощностью обладают турбокомпрессоры судовых двигателей, которая достигает нескольких десятков тысяч киловатт (двигатели MAN B&W).
Как правило, у турбодвигателей меньше удельный эффективный расход топлива (грамм на киловатт-час, г/(кВт·ч)) и выше литровая мощность (мощность, снимаемая с единицы объёма двигателя — кВт/л), что даёт возможность увеличить мощность небольшого мотора без увеличения оборотов двигателя.
Вследствие увеличения массы воздуха, сжимаемой в цилиндрах, температура в конце такта сжатия заметно увеличивается и возникает вероятность детонации. Поэтому конструкцией турбодвигателей предусмотрена пониженная степень сжатия, применяются высокооктановые марки топлива, а также в системе предусмотрен промежуточный охладитель наддувочного воздуха (интеркулер), представляющий собой радиатор для охлаждения воздуха. Уменьшение температуры воздуха требуется также и для того, чтобы плотность его не снижалась вследствие нагрева от сжатия после турбины, иначе эффективность всей системы значительно упадёт. Особенно эффективен турбонаддув у дизельных двигателей тяжёлых грузовиков. Он повышает мощность и крутящий момент при незначительном увеличении расхода топлива. Находит применение турбонаддув с изменяемой геометрией лопаток турбины в зависимости от режима работы двигателя.
Наиболее мощные (по отношению к мощности двигателя) турбокомпрессоры применяются на тепловозных двигателях. Например на дизеле Д49 мощностью 4000 л.с. установлен турбокомпрессор мощностью 1100 л.с.
Наибольшей (по абсолютной величине) мощностью обладают турбокомпрессоры судовых двигателей, которая достигает нескольких десятков тысяч киловатт (двигатели MAN B&W).
Кроме турбокомпрессора и интеркулера в систему входят: регулировочный клапан (wastegate) (для поддержания заданного давления в системе и сброса давления в приёмную трубу), перепускной клапан (bypass valve — для отвода наддувочного воздуха обратно во впускные патрубки до турбины в случае закрытия дроссельной заслонки) и/или «стравливающий» клапан (blow-off valve — для сброса наддувочного воздуха в атмосферу с характерным звуком, в случае закрытия дроссельной заслонки, при условии отсутствия датчика массового расхода воздуха), выпускной коллектор, совместимый с турбокомпрессором, а также герметичные патрубки: воздушные для подачи воздуха во впуск, масляные для охлаждения и смазки турбокомпрессора.
ABB Turbosystems Ltd ABB Швейцария
Honeywell Honeywell США
Turbonetics Turbonetics США
MAN MAN Германия
Caterpillar CAT США
Mitsubishi Mitsubishi Япония
BorgWarner BorgWarner США
GARRETT Garrett США
Tata Motors Land Rover,Jaguar Англия
Volvo Trucks Volvo,Scania Швеция и другие государства
IHI IHI Япония
Hitachi Hitachi/Toyota Япония
Турбонагнетание
Наиболее распространённым типом комбинированных двигателей является поршневой с турбонагнетателем. Турбонагнетатель или турбокомпрессор (ТК, ТН) — это такой нагнетатель, который приводится в движение выхлопными газами. Получил своё название от слова «турбина» (фр. turbine от лат. turbo — вихрь, вращение). Это устройство состоит из двух частей: роторного колеса турбины, приводимого в движение выхлопными газами, и центробежного компрессора, закреплённых на противоположных концах общего вала. Струя рабочего тела (в данном случае, выхлопных газов) воздействует на лопатки, закреплённые по окружности ротора, и приводит их в движение вместе с валом, который изготовляется единым целым с ротором турбины из сплава, близкого к легированной стали. На валу, помимо ротора турбины, закреплён ротор компрессора, изготовленный из алюминиевых сплавов, который при вращении вала позволяет «закачивать» под давлением воздух в цилиндры ДВС. Таким образом, в результате действия выхлопных газов на лопатки турбины одновременно раскручиваются ротор турбины, вал и ротор компрессора. Применение турбокомпрессора совместно с промежуточным охладителем (интеркулером) позволяет обеспечивать подачу более плотного воздуха в цилиндры ДВС (в современных турбированных двигателях используется именно такая схема). Часто при применении в двигателе турбокомпрессора говорят о турбине, не упоминая компрессора. Турбокомпрессор — это одно целое. Нельзя использовать энергию выхлопных газов для подачи воздушной смеси под давлением в цилиндры ДВС при помощи только турбины. Нагнетание обеспечивает именно та часть турбокомпрессора, которая именуется компрессором.
На холостом ходу, при небольших оборотах, турбокомпрессор вырабатывает небольшую мощность и приводится в движение малым количеством выхлопных газов. В этом случае турбонагнетатель малоэффективен, и двигатель работает примерно так же, как без нагнетания. Когда от двигателя требуется намного большая выходная мощность, то его обороты, а также зазор дросселя, увеличиваются. Пока количества выхлопных газов достаточно для вращения турбины, по впускному трубопроводу подаётся намного больше воздуха.
Турбонагнетание позволяет двигателю работать более эффективно, потому что турбонагнетатель использует энергию выхлопных газов, которая, в противном случае, была бы (большей частью) потеряна.
Однако существует технологическое ограничение, известное как «турбояма» («турбозадержка») (за исключением моторов с двумя турбокомпрессорами — маленьким и большим, когда на малых оборотах работает маленький ТК, а на больших — большой, совместно обеспечивая подачу необходимого количества воздушной смеси в цилиндры или при использованием турбины с изменяемой геометрией, в автоспорте также применяется принудительный разгон турбины с помощью системы рекуперации энергии). Мощность двигателя увеличивается не мгновенно из-за того, что на изменение частоты вращения двигателя, обладающего некоторой инерцией, будет затрачено определённое время, а также из-за того, что чем больше масса турбины, тем больше времени потребуется на её раскручивание и создание давления, достаточного для увеличения мощности двигателя. Кроме того, повышенное выпускное давление приводит к тому, что выхлопные газы передают часть своего тепла механическим частям двигателя (эта проблема частично решается заводами-изготовителями японских и корейских ДВС путём установки системы дополнительного охлаждения турбокомпрессора антифризом).
Наиболее распространённым типом комбинированных двигателей является поршневой с турбонагнетателем. Турбонагнетатель или турбокомпрессор (ТК, ТН) — это такой нагнетатель, который приводится в движение выхлопными газами. Получил своё название от слова «турбина» (фр. turbine от лат. turbo — вихрь, вращение). Это устройство состоит из двух частей: роторного колеса турбины, приводимого в движение выхлопными газами, и центробежного компрессора, закреплённых на противоположных концах общего вала. Струя рабочего тела (в данном случае, выхлопных газов) воздействует на лопатки, закреплённые по окружности ротора, и приводит их в движение вместе с валом, который изготовляется единым целым с ротором турбины из сплава, близкого к легированной стали. На валу, помимо ротора турбины, закреплён ротор компрессора, изготовленный из алюминиевых сплавов, который при вращении вала позволяет «закачивать» под давлением воздух в цилиндры ДВС. Таким образом, в результате действия выхлопных газов на лопатки турбины одновременно раскручиваются ротор турбины, вал и ротор компрессора. Применение турбокомпрессора совместно с промежуточным охладителем (интеркулером) позволяет обеспечивать подачу более плотного воздуха в цилиндры ДВС (в современных турбированных двигателях используется именно такая схема). Часто при применении в двигателе турбокомпрессора говорят о турбине, не упоминая компрессора. Турбокомпрессор — это одно целое. Нельзя использовать энергию выхлопных газов для подачи воздушной смеси под давлением в цилиндры ДВС при помощи только турбины. Нагнетание обеспечивает именно та часть турбокомпрессора, которая именуется компрессором.
На холостом ходу, при небольших оборотах, турбокомпрессор вырабатывает небольшую мощность и приводится в движение малым количеством выхлопных газов. В этом случае турбонагнетатель малоэффективен, и двигатель работает примерно так же, как без нагнетания. Когда от двигателя требуется намного большая выходная мощность, то его обороты, а также зазор дросселя, увеличиваются. Пока количества выхлопных газов достаточно для вращения турбины, по впускному трубопроводу подаётся намного больше воздуха.
Турбонагнетание позволяет двигателю работать более эффективно, потому что турбонагнетатель использует энергию выхлопных газов, которая, в противном случае, была бы (большей частью) потеряна.
Однако существует технологическое ограничение, известное как «турбояма» («турбозадержка») (за исключением моторов с двумя турбокомпрессорами — маленьким и большим, когда на малых оборотах работает маленький ТК, а на больших — большой, совместно обеспечивая подачу необходимого количества воздушной смеси в цилиндры или при использованием турбины с изменяемой геометрией, в автоспорте также применяется принудительный разгон турбины с помощью системы рекуперации энергии). Мощность двигателя увеличивается не мгновенно из-за того, что на изменение частоты вращения двигателя, обладающего некоторой инерцией, будет затрачено определённое время, а также из-за того, что чем больше масса турбины, тем больше времени потребуется на её раскручивание и создание давления, достаточного для увеличения мощности двигателя. Кроме того, повышенное выпускное давление приводит к тому, что выхлопные газы передают часть своего тепла механическим частям двигателя (эта проблема частично решается заводами-изготовителями японских и корейских ДВС путём установки системы дополнительного охлаждения турбокомпрессора антифризом).
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 ) / Vc
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:

Aftercooler (интеркулер) — промежуточное охлаждение наддувочного воздуха. Применение промежуточного охлаждения в наддувочных системах позволяет не только увеличить мощность мотора, но и понизить температурные нагрузки на двигатель и температуру выхлопных газов, тем самым уменьшить содержание оксидов азота и расход топлива. Применение интеркулера позволяет избежать появления детонации в двигателях с искровым зажиганием. Для охлаждения наддувочного воздуха может применяться охлаждающая жидкость или окружающий воздух. Интеркулер, использующий для охлаждения жидкость, может располагаться в любом месте. Недостаток охлаждающего радиатора, использующего окружающий воздух, — увеличенные габариты радиатора. Важной характеристикой промежуточного охладителя является коэффициент рассеивания теплоты. Данный коэффициент определяет зависимость между эффективностью охлаждения наддувочного воздуха и разностью между температурами наддувочного и охлаждающего воздуха:
где Ф — коэффициент рассеивания теплоты
t1E — температура наддувочного воздуха на входе
t1A — температура наддувочного воздуха на входе
t2E — температура охлаждающего воздуха на входе
Примерное значение Ф для легковых автомобилей 0,4 — 0,7
Air by-pass valve (воздушный клапан обхода) — перепускной воздушный клапан, с помощью которого поддерживается постоянное давление наддува в системах, работающих в широком диапазоне частот вращения. Обычно такой клапан направляет избыточное количество воздуха или отработавших газов (газотурбинные нагнетатели) в обход нагнетателя.
Air fuel ratio (воздушно-топливное отношение) — соотношение количества воздуха к количеству топлива в воздушно-топливной смеси. Топливо, используемое в двигателях с искровым зажиганием, является более летучим, чем, например, дизельное топливо. Кроме того, смешивание бензина с воздухом до попадания в камеру сгорания занимает больше времени, чем в дизеле. Бензиновые двигатели работают на более гомогенных смесях, которые, кроме того, очень близки к стехиометрическим. В двигателях с искровым зажиганием момент появления искры определяет начало процесса сгорания. Идеальное воздушно-топливное отношение определяется параметрами — 14:7:1.
Ambient temperature (окружающая температура) — текущая температура окружающего воздуха.
Atmospheric pressure (атмосферное давление) — давление воздуха в атмосфере. Единицы измерения: 1мм.вод.ст. (водного столба) = 1кп/м2 = 0,0980665 гПа = 0,1 гПа
Barometric pressure (барометрическое давление) — термин для атмосферного давления. Единицы измерения: 1 мм.рт.ст (ртутного столба) = 1,33322 Па.
Boost (давление наддува) — коэффициент давления наддува соответствует увеличению плотности нагнетаемого воздуха по сравнению с атмосферным давлением (в двигателях без наддува воздух поступает под атмосферным давлением). Одним из главных факторов при выборе наддува является вид используемой системы наддува, определяющий возможную степень повышения давления. Эффективность повышения давления максимальна тогда, когда температура сжатого воздуха не возрастает или возвращается к своему первоначальному значению за счет применения интеркулера (промежуточного охлаждения воздуха).
ВTM — Boost Timing Master (регулировка давления наддува) — регулировка системы зажигания в соответствии с давлением наддува для предотвращения появления детонации.
Choke line (снижение эффективности наддува) — данный термин определяет снижение эффективности наддува механического нагнетателя за счет применения неправильных настроек или несоответствующего нагнетателя параметрам двигателя. Например, снижение эффективности наддува может быть вызвано применением неправильного размера шкивов, что может привести к неэффективной работе нагнетателя, либо применение маломощного нагнетателя на двигателях большого объема и т.д.
Compression ratio (степень сжатия) — принцип работы всех поршневых двигателей состоит в сжатии топливовоздушной смеси в цилиндре перед ее воспламенением или во впрыске топлива в горячий сжатый воздух для его воспламенения.
Compressor housing (корпус нагнетателя) — корпус нагнетателя, где непосредственно расположен воздушный компрессор.
Compressor maps (диаграммы компрессора) — графические диаграммы технических показателей работы компрессора.
Density (плотность) — масса, отнесенная к единице объема. Единицы измерения плотности: кг/м3,кг/дм3,кг/л,г/см3.
Detonation, knock (детонация) — нарушение процесса сгорания. Детонация происходит тогда, когда скорость распространения пламени приближается к скорости звука, в основном, ближе к концу процесса сгорания. Когда остаточные газы уже сильно сжаты и имеют высокую температуру. Детонацию характеризует очень высокое максимальное давление. Детонация — нарушение процесса сгорания. приводящее к повреждениям поршней, головки блока цилиндров и т.д. Для того, что бы избежать детонации, момент зажигания устанавливают более поздним, однако. в принципе, это ухудшает показатели среднего эффективного давления и сопровождается ростом температуры отработавших газов. в большинстве случаев, регулировка нагрузки в большей части рабочего диапазона осуществляется посредством изменения расхода воздуха.
EFI, Electronic Fuel Injection (электронная система впрыска) — электронная система впрыска топлива. Современные технологии позволяют осуществлять управление функциями впрыска топлива и зажигания посредством единого электронного устройства. Многие из входных сигналов пригодны для регулирования как впрыска, так и зажигания. Использование единого электронного блока управления повышает надежность системы и позволяет отказаться от использования механического и пневматического регулирования системы зажигания. Микропроцессор (чип) электронного блока управления преобразует поступающую информацию в так называемые параметрические поверхности (трехмерные графические характеристики), которые учитывают действия водителя и нагрузку на двигатель.
Efficiency islands (момент эффективности) — области эффективной работы компрессора на графической диаграмме.
Fuel rich/lean (топливо-воздушное отношение) — отношение количества воздуха к количеству топлива. Данный параметр регулируется с помощью кислородного датчика — лямбда-зонда.
FMU, Fuel Management Unit (регулятор давления топлива) — топливный регулятор давления, используется для настройки давления топлива в системе. Часто используется для достижения необходимого топливного давления при применении нагнетателей.
Impeller (ротор) — ротор механического нагнетателя.
Inducer (воздушный канал) — впускной воздушный канал механического нагнетателя.
Intercooler (промежуточный охладитель) — радиатор промежуточного охлаждения наддувного воздуха.
MAF, Mass Air Flow Sensor (датчик расхода воздуха) — специальный датчик, измеряющий массовый расход воздуха. Существуют два вида таких датчиков — проволочный и пленочный. Принцип действия датчиков основан на изменении сопротивления измерительного элемента (платиновой проволоки или пленочного резистора) при охлаждении его потоком воздуха, проходящего через сечение расходомера. Для увеличения чувствительности расходомера температура его измерительного элемента поддерживается в пределах 70 — 150 градусах Цельсия выше температуры проходящего воздуха.
MAP, maniford absolute pressure (давление впускного коллектора) — абсолютное давление во впускном коллекторе. Соответственно, чем больше давление наддува, тем выше давление в коллекторе.
Naturally aspirated (естественный впуск) — двигатель с естественным впуском воздуха. Без применения турбокомпрессоров и механических нагнетателей.
PCV, Positive Crankcase Ventilation (вентиляция картера) — данный термин обозначает систему вентиляции картера.
Pressure boost (давление наддува) — данный термин означает различие между барометрическим давлением и давлением в коллекторе на наддувных двигателях.
Pressure absolute (абсолютное давление) — единица измерения 1 бар = 10 в пятой степени Па = 10Н/см2.
Pressure ratio (соотношение давления) — соотношение давления в коллекторе и барометрического давления. Соотношение давления = фактическое давление коллектора + атмосферное давление, деленное на абсолютное давление. Данный путь применим для вычислений в том случае, когда неизвестны параметры входного канала компрессора.
Pressure regulator (регулятор давления) — данный термин используется для топливных, воздушный или газовых регуляторов давления. При помощи этих регуляторов. настраивается и поддерживается в системах необходимый показатель давления.
PSI, Pound Per Square Inch (фунт-сил/кв.дюйм) — единица измерения давления, применяемая в США, 1PSI = 0,0689 бар.
SAE J1723 — стандарт по которому определяется эффективность работы механических нагнетателей.
Speed line (линия скорости) — один из показателей работы механического нагнетателя на графических диаграммах.
Stoichiometric (стехиометрия) — идеальное соотношение воздушно-топливной смеси. Например, для полного сгорания 1 кг. бензина требуется 14,5 кг. воздуха. Соотношение количества воздуха и топлива оказывает существенное влияние на рабочие характеристики двигателя.
Supercharger (досл.: супернагрузка) — в отношении механических нагнетателей — означает непосредственно нагнетатель, либо наддув воздуха перед непосредственным впуском в двигатель.
Surge (выброс, воздушная волна) — термин, обозначающий состояние недостаточного давления воздуха в системах механического наддува. Данное явление может происходить во время, когда дроссельная заслонка закрыта, а скорость ротора компрессора все еще велика. Это состояние является прямым следствием неправильного выбора давления наддува. Как правило, датчики массового расхода воздуха дают сбой в работе при возникновении этого явления.
Surge line (линия воздушной волны) — см. surge.
TPS, Trottle Position Sensor (датчик положения дроссельной заслонки) — датчики положения дроссельной заслонки можно разделить на два вида — датчики концевого типа и потенциометрические датчики. Датчики концевого типа регистрируют режимы «холостого хода» и «полной нагрузки». Потенциометрические датчики, кроме этих двух параметров, регистрируют точный угол положения дроссельной заслонки и скорость ее открытия и закрытия.
Valve overlap (перекрытие клапанов) — термин, обозначающий время, когда впускной и выпускной клапаны открыты.
Volute (спираль) — форма корпуса компрессора, где размещается ротор, выпускной и впускной каналы.
Vortex (досл. водоворот) — свободный поток воздуха внутри компрессора.
Ф=(t1E-t1A)/(t1E-t2E)
где Ф — коэффициент рассеивания теплоты
t1E — температура наддувочного воздуха на входе
t1A — температура наддувочного воздуха на входе
t2E — температура охлаждающего воздуха на входе
Примерное значение Ф для легковых автомобилей 0,4 — 0,7
Air by-pass valve (воздушный клапан обхода) — перепускной воздушный клапан, с помощью которого поддерживается постоянное давление наддува в системах, работающих в широком диапазоне частот вращения. Обычно такой клапан направляет избыточное количество воздуха или отработавших газов (газотурбинные нагнетатели) в обход нагнетателя.
Air fuel ratio (воздушно-топливное отношение) — соотношение количества воздуха к количеству топлива в воздушно-топливной смеси. Топливо, используемое в двигателях с искровым зажиганием, является более летучим, чем, например, дизельное топливо. Кроме того, смешивание бензина с воздухом до попадания в камеру сгорания занимает больше времени, чем в дизеле. Бензиновые двигатели работают на более гомогенных смесях, которые, кроме того, очень близки к стехиометрическим. В двигателях с искровым зажиганием момент появления искры определяет начало процесса сгорания. Идеальное воздушно-топливное отношение определяется параметрами — 14:7:1.
Ambient temperature (окружающая температура) — текущая температура окружающего воздуха.
Atmospheric pressure (атмосферное давление) — давление воздуха в атмосфере. Единицы измерения: 1мм.вод.ст. (водного столба) = 1кп/м2 = 0,0980665 гПа = 0,1 гПа
Barometric pressure (барометрическое давление) — термин для атмосферного давления. Единицы измерения: 1 мм.рт.ст (ртутного столба) = 1,33322 Па.
Boost (давление наддува) — коэффициент давления наддува соответствует увеличению плотности нагнетаемого воздуха по сравнению с атмосферным давлением (в двигателях без наддува воздух поступает под атмосферным давлением). Одним из главных факторов при выборе наддува является вид используемой системы наддува, определяющий возможную степень повышения давления. Эффективность повышения давления максимальна тогда, когда температура сжатого воздуха не возрастает или возвращается к своему первоначальному значению за счет применения интеркулера (промежуточного охлаждения воздуха).
ВTM — Boost Timing Master (регулировка давления наддува) — регулировка системы зажигания в соответствии с давлением наддува для предотвращения появления детонации.
Choke line (снижение эффективности наддува) — данный термин определяет снижение эффективности наддува механического нагнетателя за счет применения неправильных настроек или несоответствующего нагнетателя параметрам двигателя. Например, снижение эффективности наддува может быть вызвано применением неправильного размера шкивов, что может привести к неэффективной работе нагнетателя, либо применение маломощного нагнетателя на двигателях большого объема и т.д.
Compression ratio (степень сжатия) — принцип работы всех поршневых двигателей состоит в сжатии топливовоздушной смеси в цилиндре перед ее воспламенением или во впрыске топлива в горячий сжатый воздух для его воспламенения.
Compressor housing (корпус нагнетателя) — корпус нагнетателя, где непосредственно расположен воздушный компрессор.
Compressor maps (диаграммы компрессора) — графические диаграммы технических показателей работы компрессора.
Density (плотность) — масса, отнесенная к единице объема. Единицы измерения плотности: кг/м3,кг/дм3,кг/л,г/см3.
Detonation, knock (детонация) — нарушение процесса сгорания. Детонация происходит тогда, когда скорость распространения пламени приближается к скорости звука, в основном, ближе к концу процесса сгорания. Когда остаточные газы уже сильно сжаты и имеют высокую температуру. Детонацию характеризует очень высокое максимальное давление. Детонация — нарушение процесса сгорания. приводящее к повреждениям поршней, головки блока цилиндров и т.д. Для того, что бы избежать детонации, момент зажигания устанавливают более поздним, однако. в принципе, это ухудшает показатели среднего эффективного давления и сопровождается ростом температуры отработавших газов. в большинстве случаев, регулировка нагрузки в большей части рабочего диапазона осуществляется посредством изменения расхода воздуха.
EFI, Electronic Fuel Injection (электронная система впрыска) — электронная система впрыска топлива. Современные технологии позволяют осуществлять управление функциями впрыска топлива и зажигания посредством единого электронного устройства. Многие из входных сигналов пригодны для регулирования как впрыска, так и зажигания. Использование единого электронного блока управления повышает надежность системы и позволяет отказаться от использования механического и пневматического регулирования системы зажигания. Микропроцессор (чип) электронного блока управления преобразует поступающую информацию в так называемые параметрические поверхности (трехмерные графические характеристики), которые учитывают действия водителя и нагрузку на двигатель.
Efficiency islands (момент эффективности) — области эффективной работы компрессора на графической диаграмме.
Fuel rich/lean (топливо-воздушное отношение) — отношение количества воздуха к количеству топлива. Данный параметр регулируется с помощью кислородного датчика — лямбда-зонда.
FMU, Fuel Management Unit (регулятор давления топлива) — топливный регулятор давления, используется для настройки давления топлива в системе. Часто используется для достижения необходимого топливного давления при применении нагнетателей.
Impeller (ротор) — ротор механического нагнетателя.
Inducer (воздушный канал) — впускной воздушный канал механического нагнетателя.
Intercooler (промежуточный охладитель) — радиатор промежуточного охлаждения наддувного воздуха.
MAF, Mass Air Flow Sensor (датчик расхода воздуха) — специальный датчик, измеряющий массовый расход воздуха. Существуют два вида таких датчиков — проволочный и пленочный. Принцип действия датчиков основан на изменении сопротивления измерительного элемента (платиновой проволоки или пленочного резистора) при охлаждении его потоком воздуха, проходящего через сечение расходомера. Для увеличения чувствительности расходомера температура его измерительного элемента поддерживается в пределах 70 — 150 градусах Цельсия выше температуры проходящего воздуха.
MAP, maniford absolute pressure (давление впускного коллектора) — абсолютное давление во впускном коллекторе. Соответственно, чем больше давление наддува, тем выше давление в коллекторе.
Naturally aspirated (естественный впуск) — двигатель с естественным впуском воздуха. Без применения турбокомпрессоров и механических нагнетателей.
PCV, Positive Crankcase Ventilation (вентиляция картера) — данный термин обозначает систему вентиляции картера.
Pressure boost (давление наддува) — данный термин означает различие между барометрическим давлением и давлением в коллекторе на наддувных двигателях.
Pressure absolute (абсолютное давление) — единица измерения 1 бар = 10 в пятой степени Па = 10Н/см2.
Pressure ratio (соотношение давления) — соотношение давления в коллекторе и барометрического давления. Соотношение давления = фактическое давление коллектора + атмосферное давление, деленное на абсолютное давление. Данный путь применим для вычислений в том случае, когда неизвестны параметры входного канала компрессора.
Pressure regulator (регулятор давления) — данный термин используется для топливных, воздушный или газовых регуляторов давления. При помощи этих регуляторов. настраивается и поддерживается в системах необходимый показатель давления.
PSI, Pound Per Square Inch (фунт-сил/кв.дюйм) — единица измерения давления, применяемая в США, 1PSI = 0,0689 бар.
SAE J1723 — стандарт по которому определяется эффективность работы механических нагнетателей.
Speed line (линия скорости) — один из показателей работы механического нагнетателя на графических диаграммах.
Stoichiometric (стехиометрия) — идеальное соотношение воздушно-топливной смеси. Например, для полного сгорания 1 кг. бензина требуется 14,5 кг. воздуха. Соотношение количества воздуха и топлива оказывает существенное влияние на рабочие характеристики двигателя.
Supercharger (досл.: супернагрузка) — в отношении механических нагнетателей — означает непосредственно нагнетатель, либо наддув воздуха перед непосредственным впуском в двигатель.
Surge (выброс, воздушная волна) — термин, обозначающий состояние недостаточного давления воздуха в системах механического наддува. Данное явление может происходить во время, когда дроссельная заслонка закрыта, а скорость ротора компрессора все еще велика. Это состояние является прямым следствием неправильного выбора давления наддува. Как правило, датчики массового расхода воздуха дают сбой в работе при возникновении этого явления.
Surge line (линия воздушной волны) — см. surge.
TPS, Trottle Position Sensor (датчик положения дроссельной заслонки) — датчики положения дроссельной заслонки можно разделить на два вида — датчики концевого типа и потенциометрические датчики. Датчики концевого типа регистрируют режимы «холостого хода» и «полной нагрузки». Потенциометрические датчики, кроме этих двух параметров, регистрируют точный угол положения дроссельной заслонки и скорость ее открытия и закрытия.
Valve overlap (перекрытие клапанов) — термин, обозначающий время, когда впускной и выпускной клапаны открыты.
Volute (спираль) — форма корпуса компрессора, где размещается ротор, выпускной и впускной каналы.
Vortex (досл. водоворот) — свободный поток воздуха внутри компрессора.
- Jack Frost от
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.