Наддув ДВС (часть 1)
Бесплатная консультация и расценка по телефону:
Задача повышения мощности и крутящего момента двигателя была актуальна
всегда. Мощность двигателя напрямую связана с рабочим объемом цилиндров и
количеством подаваемой в них топливо-воздушной смеси. Т.е., чем больше в
цилиндрах сгорает топлива, тем более высокую мощность развивает силовой
агрегат.
Ремонт, диагностика, сервис - Наддув ДВС (часть 1)
Однако самое простое решение - повысить мощность двигателя путем
увеличения его рабочего объема приводит к увеличению габаритов и массы
конструкции. Количество подаваемой рабочей смеси можно поднять за счет
увеличения оборотов коленчатого вала (другими словами, реализовать в
цилиндрах за единицу времени большее число рабочих циклов), но при этом
возникнут серьезные проблемы, связанные с ростом сил инерции и резким
увеличением механических нагрузок на детали силового агрегата, что
приведет к снижению ресурса мотора. Наиболее действенным способом в этой
ситуации является наддув.
Представим себе такт впуска двигателя
внутреннего сгорания: мотор в это время работает как насос, к тому же
весьма неэффективный - на пути воздуха находится воздушный фильтр,
изгибы впускных каналов, в бензиновых моторах - еще и дроссельная
заслонка. Все это, безусловно, снижает наполнение цилиндра. Ну а что
требуется, чтобы его повысить? Поднять давление перед впускным клапаном -
тогда воздуха в цилиндре "поместится" больше. При наддуве улучшается
наполнение цилиндров свежим зарядом, что позволяет сжигать в цилиндрах
большее количество топлива и получать за счет этого более высокую
агрегатную мощность двигателя.
В ДВС применяют три типа наддува:
•
резонансный –при котором используется кинетическая энергия объема
воздуха во впускных коллекторах (нагнетатель в этом случае не нужен)
• механический – в этом варианте компрессор приводится во вращение ремнем от двигателя
• газотурбинный (или турбонаддув) – турбина приводится в движение потоком отработавших газов.
У каждого способа свои преимущества и недостатки, определяющие область применения.
Резонансный наддув
Как
уже отмечалось в начале статьи, для лучшего наполнения цилиндра следует
поднять давление перед впускным клапаном. Между тем повышенное давление
необходимо вовсе не постоянно - достаточно, чтобы оно поднялось в
момент закрытия клапана и «догрузило» цилиндр дополнительной порцией
воздуха. Для кратковременного повышения давления вполне подойдет волна
сжатия, «гуляющая» по впускному трубопроводу при работе мотора.
Достаточно лишь рассчитать длину самого трубопровода, чтобы волна,
несколько раз отразившись от его концов, пришла к клапану в нужный
момент. Теория проста, а вот воплощение ее требует немалой
изобретательности: клапан при разных оборотах коленчатого вала открыт
неодинаковое время, а потому для использования эффекта резонансного
наддува требуются впускные трубопроводы переменной длины. При коротком
впускном коллекторе мотор лучше работает на высоких оборотах , при
низких оборотах более эффективен длинный впускной тракт. Переменные
длины впускных трубопроводов можно создать двумя способами: или путем
подключения резонансной камеры, или через переключение на нужный
впускной канал или его подключение. Последний вариант называют еще
динамическим наддувом. Как резонансный, так и динамический наддув могут
ускорить течение впускного столба воздуха. Эффекты наддува, создаваемые
за счет колебаний напора воздушного потока, находится в диапазоне от 5
до 20 миллибар. Для сравнения: с помощью турбонаддува или механического
наддува можно получить значения в диапазоне между 750 и 1200 миллибар.
Для полноты картины отметим, что существует еще инерционный наддув, при
котором основным фактором создания избыточного давления перед клапаном
является скоростной напор потока во впускном трубопроводе. Дает
незначительную прибавку мощности при высоких (больше 140 км/ч) скоростях
движения. Используется в основном на мотоциклах.
Механический наддув
Механические
нагнетатели (по англ. supercharger) позволяют довольно простым способом
существенно поднять мощность мотора. Имея привод непосредственно от
коленчатого вала двигателя, компрессор способен закачивать воздух в
цилиндры при минимальных оборотах и без задержки увеличивать давление
наддува строго пропорционально оборотам мотора. Но у них есть и
недостатки. Они снижают КПД ДВС, так как на их привод расходуется часть
мощности, вырабатываемой силовым агрегатом. Системы механического
наддува занимают больше места, требуют специального привода (зубчатый
ремень или шестеренчатый привод) и издают повышенный шум.
Существует два вида механических нагнетателей: объемные и центробежные.
Типичными представителемя объемных нагнетателей являются нагнетатель Roots и компрессор Lysholm.
Конструкция
Roots напоминает масляный шестеренчатый насос. Два ротора вращаются в
противоположные стороны внутри овального корпуса. Оси роторов связаны
между собой шестернями. Особенность такой конструкции в том, что воздух
сжимается не в нагнетателе, а снаружи – в трубопроводе, попадая в
пространство между корпусом и роторами. Основной недостаток – в
ограниченном значении наддува. Как бы безупречно ни были подогнаны
детали нагнетателя, при достижении определенного давления воздух
начинает просачиваться назад, снижая КПД системы. Способов борьбы
немного: увеличить скорость вращения роторов либо сделать нагнетатель
двух- и даже трехступенчатым. Таким образом можно повысить итоговые
значения до приемлемого уровня, однако многоступенчатые конструкции
лишены своего главного достоинства – компактности. Еще одним минусом
является неравномерное нагнетание на выходе, ведь воздух подается
порциями. В современных конструкциях применяются трехзубчатые роторы
спиральной формы, а впускное и выпускное окна имеют треугольную форму.
Благодаря этим ухищрениям нагнетатели объемного типа практически
избавились от пульсирующего эффекта. Невысокие скорости вращения
роторов, а следовательно, долговечность конструкции вкупе с низким шумом
привели к тому, что ими щедро оснащают свою продукцию такие именитые
бренды, как DaimlerChrysler, Ford и General Motors. Объемные нагнетатели
поднимают кривые мощности и крутящего момента, не изменяя их формы. Они
эффективны уже на малых и средних оборотах, а это наилучшим образом
сказывается на динамике разгона. Проблема лишь в том, что подобные
системы очень прихотливы в изготовлении и установке, а значит, довольно
дороги.
Еще один способ нагнетать во впускной коллектор воздух
под избыточным давлением в свое время предложил инженер Лисхольм
(Lysholm). Его детище окрестили винтовым нагнетателем, или «double
screw» (двойной винт). Конструкция наддува Лисхольма чем-то напоминает
обычную мясорубку. Внутри корпуса установлены два взаимодополняющих
винтовых насоса (шнека). Вращаясь в разные стороны, они захватывают
порцию воздуха, сжимают и загоняют ее в цилиндры. Характерна такая
система внутренним сжатием и минимальными потерями, благодаря точно
выверенным зазорам. Кроме того, винтовые наддувы эффективны практически
во всем диапазоне оборотов двигателя, бесшумны, очень компактны, но
чрезвычайно дороги из-за сложности в изготовлении. Однако ими не
брезгуют такие именитые тюнинг-ателье, как AMG или Kleemann.
Комендантский пр.
Балтийская
с 10:00 до 20:00 ежедневно 
+7(911)926-05-45
