Спецпредложение
Rambler's Top100

Главная \ Тех Инфо

Тех Инфо

Принцип работы турбокомпрессора и приводного нагнетателя? 

Чем больше топлива мы сжигаем, тем больше мощность. И, скажем, захотелось нам увеличить «поголовье лошадей» под капотом - как это сделать?
Дело в том, что для горения топлива необходим кислород. Так что в цилиндрах сгорает не топливо, а топливно-воздушная смесь. Мешать топливо с воздухом нужно не на глазок, а в определённом соотношении. К примеру, для бензиновых двигателей на одну часть топлива полагается 14-15 частей воздуха - в зависимости от режима работы, состава горючего и прочих факторов.
Как мы видим, воздуха требуется весьма много. Если мы увеличим подачу топлива (это не проблема), нам также придётся значительно увеличить и подачу воздуха.
Компания «Китмастерс» предлагает два способа  загнать воздух в цилиндры: с помощью турбокомпрессора или с помощью центробежного нагнетателя.
Устройство турбокомпрессора представлено двумя турбинами - роторами с лопатками, установленными на общем валу и заключенными в единый корпус. 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 большая смесь воздуха с топливом. Как следствие, при сгорании увеличивается объём сгораемого топлива с воздухом, образовавшийся газ занимает больший объём и соответственно возникает больше давящей силы на поршень.
Центробежные нагнетатели - это, в основном, турбокомпрессоры с ременным приводом (в противоположность к приводимым выхлопными газами),. Основная деталь центробежного нагнетателя - рабочее колесо, или крыльчатка. Она имеет довольно сложную конусообразную форму. Лопатки крыльчатки играют самую главную роль. От того, насколько правильно они спроектированы и изготовлены, зависит результирующая эффективность всего нагнетателя. Итак, воздух, пройдя по сужающемуся воздушному каналу в нагнетатель, попадает на радиальные лопасти крыльчатки. Лопасти закручивают и отбрасывают его центробежной силой к периферии кожуха, где имеется диффузор. Зачастую диффузор имеет лопатки призванные снизить потери давления. Далее воздух выталкивается в окружной воздушный туннель (воздухосборник), который чаще всего имеет улиткообразную форму (воздухосборник, описывая окружность, постепенно расширяется в диаметре). Такая конструкция создает необходимое давление воздушного потока на выходе из нагнетателя. Дело в том, что внутри кольца воздух поначалу движется быстро, и его давление мало. Однако в конце улитки русло расширяется, скорость воздушного потока понижается, а давление увеличивается. Так создается необходимый подпор для накачки цилиндров «спрессованной атмосферой».

  

 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. 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.
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.
Приводные нагнетатели
ОНИ ПРИВОДЯТСЯ механической передачей от коленвала двигателя. Соответственно производительность наддува напрямую зависит от частоты вращения мотора. То есть компрессор всегда обеспечивает необходимую подачу воздуха.
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. Подача центробежного нагнетателя нарастает по квадрату частоты вращения; то есть, «на низах» такой компрессор мало что прибавляет крутящему моменту. Зато на высоких оборотах подача и давление резко повышаются: выраженный «подхват». Кривая крутящего момента у мотора с центробежным нагнетателем крайне невыгодная: узкий рабочий диапазон, слабая «приемистость». Такой наддув дает высокую максимальную мощность на высоких обаротах и поэтому пригоден для трековых гонок.

  Увеличивается ли расход топлива с турбонадувом?

 Как правило, у турбодвигателей меньше удельный расход топлива (грамм на лошадиную силу в час, г/ л.с.ч), и выше литровая мощность (лошадиных сил, снимаемых с единицы объёма двигателя - л.с./л), что даёт возможность увеличить мощность небольшого мотора ВАЗ без увеличения оборотов двигателя.
Чем больше выхлопных газов попадает в турбину, тем быстрее она вращается и тем больше дополнительного воздуха поступает в цилиндры, тем выше мощность. Эффективность этого решения по сравнению, например, с приводным нагнетателем в том, что на «самообслуживание» наддува тратится совсем немного энергии двигателя - всего 1,5%. Дело в том, что ротор турбины получает энергию от выхлопных газов не за счёт их замедления, а за счёт их охлаждения - после турбины выхлопные газы идут по-прежнему быстро, но более холодные. Кроме того, затрачиваемая на сжатие воздуха даровая энергия повышает КПД двигателя. Да и возможность снять с меньшего рабочего объёма большую мощность означает меньшие потери на трение, меньший вес двигателя (и машины в целом). Всё это делает автомобили с турбонаддувом более экономичными в сравнении с их атмосферными собратьями равной мощности. Конструкцию турбомоторов довели до ума уже давно, а в последнее время их популярность резко возросла. Причём турбокомпрессоры оказалось перспективным не только в смысле форсирования моторов, но и с точки зрения повышения экономичности и чистоты выхлопа.

  

 Уменьшается ли моторесурс двигателя?

Многие считают, что использование нагнетателей может негативно сказаться на ресурсе двигателя. Это и так, и не так. Во всем нужна мера. Начать с того, что, как правило, поломку мотора вызывают повышенные обороты. Стало быть, использование нагнетателя, повышающего крутящий момент на низких и средних оборотах, может, наоборот, благоприятно сказаться на ресурсе двигателя. С другой стороны, если добиваться действительно большого роста мощности, многие штатные детали придется заменить на более прочные. Так, например, кованые поршни и шатуны будут совсем нелишними. В особенности, учитывая более серьезные тепловые нагрузки в камере сгорания, проявляющиеся у наддувных моторов.
При использовании нагнетателей температура оказывает и вполне фундаментальное воздействие. Физику не обманешь. Так уж выходит, что сжатие воздуха всегда сопряжено с повышением его температуры. В некоторых компрессорах это повышение не столь существенно, но в любом случае для увеличения воздушного заряда и снижения потери мощности на привод нагнетателя (за счет снижения противодавления) воздух необходимо охлаждать.
Но еще более важна другая проблема, о которой мало кто задумывается, - детонация. Дело в том, что высокая температура и давление подаваемого в цилиндры воздуха может привести к тому, что в конце такта сжатия, когда поршень спрессует в цилиндре и так уже сжатую топливо-воздушную смесь, ее температура и давление могут оказаться настолько высокими, что это вызовет преждевременную ее детонацию, т. е. взрыв. Дабы избежать подобных проблем (а детонация может «убить» мотор довольно быстро), можно перейти на более высокооктановые сорта топлива, но чаще всего этого оказывается мало. При достаточно больших значениях давления приходится производить декомпрессию, т. е. снижать степень сжатия. Кроме того, следует внимательно подойти к регулировке угла опережения зажигания. При использовании нагнетателей рекомендуется изменить настройку по зажиганию. Правильный подбор свечей зажигания также немаловажен.

Адрес:  г. Санкт-Петербург,

Ленинградская область, г. Сертолово, ул. Клиновская, дом 3


Тел.:  +7-911-282-98-57

Тел.:   8 (812) 627-63-66