Sw-motors.ru

Автомобильный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое резонансный наддув двигателя

Что такое резонансный наддув двигателя

Наддув — увеличение количества свежего заряда горючей смеси, подаваемой в двигатель внутреннего сгорания, за счёт повышения давления при впуске. Наддув обычно применяют с целью повышения мощности (на 20-45%) без увеличения массы и габаритов двигателя, а также для компенсации падения мощности в условиях высокогорья. Наддув с «качественным регулированием» может применяться для снижения токсичности и дымности отработавших газов.

Агрегатный наддув осуществляется с помощью компрессора, турбокомпрессора или комбинировано. Наибольшее распространение получил наддув с помощью турбокомпрессора, для привода которого используется энергия отработавших газов. Также наддув может осуществляться безагрегатно, например, динамический наддув (ранее называемый инерционным, резонансным или акустическим).

Первым нагнетателем, появившемся на автомобильном двигателе, стал принудительный или механический нагнетатель типа «Рутс» («Roots»), хорошо зарекомендовавший себя в промышленности. Это произошло в 1885 г., когда Готтлиб Даймлер запатентовал нагнетатель собственной конструкции, работавший по принципу нагнетателя братьев Рутс. В 1902 г. во Франции Луис Рено запатентовал проект центробежного нагнетателя, а уже в 1911 г. принцип действия турбонагнетателя, работающего на энергии выхлопных газов, впервые описал и запатентовал швейцарский изобретатель Альфред Бюхи.

Сфера использования первых турбокомпрессоров ограничивалась чрезвычайно крупными двигателями, в частности, корабельными. В авиации с некоторым успехом турбокомпрессоры использовались на истребителях с двигателями Рено ещё во время Первой Мировой войны. Ко второй половине 1930-х гг. развитие технологий позволило создавать действительно удачные авиационные турбонагнетатели, которые у значительно форсированных двигателей использовались в основном для повышения высотности. Наибольших успехов в этом достигли американцы, установив турбонагнетатели на истребители P-38 и бомбардировщики B-17 в 1938 г. Уже в годы войны в США был создан истребитель P-47 с очень мощным турбонагнетателем, который был сделан отключаемым и использовался для форсажа, резко увеличивая мощность и расход топлива.

В автомобильной сфере первыми начали использовать турбокомпрессоры производители грузовых машин. В 1938 г. на заводе «Swiss Machine Works Sauer» был построен первый турбодвигатель для грузового автомобиля. Первыми легковыми автомобилями, оснащенными турбинами были Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobile Jetfire, вышедшие на американский рынок в 1962-1963 гг..
Коренной перелом в развитии турбокомпрессоров произошел с установкой в 1977 г. турбокомпрессора на серийный автомобиль Saab 99 Turbo и затем, в 1978 г. выпуском Mercedes-Benz 300 SD, первого легкового автомобиля, оснащенного дизельным турбодвигателем. В 1981 г. за Mercedes-Benz 300 SD последовал VW Turbodiesel. При помощи турбокомпрессора производителям удалось увеличить эффективность работы дизельного двигателя до уровня бензинового, сохранив при этом значительно более низкий уровень выброса в атмосферу выхлопных газов.

Механический наддув (с помощью компрессора)

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. 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. 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.

Газотурбинный наддув или турбонаддув (при помощи турбокомпрессора)

чень широкое применение турбокомпрессоры нашли применение на современных автомобильных двигателях. По сути, это тот же центробежный компрессор, но с другой схемой привода. Это самое важное, можно сказать, принципиальное отличие механических нагнетателей от «турбо». Именно схема привода в значительной мере определяет характеристики и области применения тех или иных конструкций. У турбокомпрессора крыльчатка-нагнетатель сидит на одном валу с крыльчаткой-турбиной, которая встроена в выпускной коллектор двигателя и приводится во вращение отработавшими газами. Частота вращения может превышать 200 тыс. об/мин. Прямой связи с коленвалом двигателя нет, и управление подачей воздуха осуществляется за счёт давления отработавших газов .

Одним из достоинств турбонаддува является повышение КПД. Кроме того, у турбодвигателя лучше экологические показатели. Наддув камеры сгорания приводит к снижению температуры и, следовательно, уменьшению образования оксидов азота. В бензиновых двигателях наддувом добиваются более полного сгорания топлива, особенно на переходных режимах работы. В дизелях дополнительная подача воздуха позволяет отодвинуть границу возникновения дымности, т. е. бороться с выбросами частиц сажи. Турбокомпрессоры более просты в изготовлении, что окупает ряд присущих им недостатков.

При низкой частоте вращения двигателя количество отработавших газов невелико, соответственно, эффективность работы компрессора невысока. Кроме того, турбонаддувный двигатель, как правило, имеет т. н. «турбояму» (по-английски «turbo-lag») — замедленный отклик на увеличение подачи топлива. Объяснение простое — требуется время, пока мотор наберет обороты, увеличится давление выхлопных газов, раскрутится турбина, с ней крыльчатка нагнетателя — и наконец, «пойдет» воздух. 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.

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 можно отметить, 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.

Читать еще:  Что такое кислородное голодание двигателя

ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ НАДДУВ

К газодинамическому наддуву относят способы повышения плотности заряда на впуске за счёт использования:

· кинетической энергии воздуха, движущегося относительно приемного устройства, в котором она при торможении потока преобразуется в потенциальную энергию давления – скоростной наддув;

· волновых процессов во впускных трубопроводах – Инерционный или динамический наддув.

В термодинамическом цикле двигателя без наддува начало процесса сжатия происходит при давлении p, (равному атмосферному). В термодинамическом цикле поршневого двигателя с газодинамическим наддувом начало процесса сжатия происходит при давлении pk , вследствие повышения давления рабочего тела вне цилиндра от p до pk. Это связано с преобразованием кинетической энергии и энергии волновых процессов вне цилиндра в потенциальную энергию давления.

Одним из источников энергии для повышения давления в начале сжатия может быть энергия набегающего потока воздуха, что имеет место при движении самолета, автомобиля и др. средств. Соответственно наддув в этих случаях называют скоростным.

Скоростной наддув основан на аэродинамических закономерностях преобразования скоростного напора потока воздуха в статическое давление. Конструктивно он реализуется в виде диффузорного воздухозаборного патрубка, направленного навстречу потоку воздуха при движении транспортного средства. Теоретически повышение давления Δpk=pkp зависит от скорости cн и плотности ρ набегающего (двигающегося) потока воздуха

(2.1)

Скоростной наддув находит применение в основном на самолетах с поршневыми двигателями и спортивных автомобилях, где скорости движения больше 200 км/ч (56 м/с).

Следующие разновидности газодинамического наддува двигателей основаны на использовании инерционных и волновых процессов во впускной системе двигателя.

Инерционный или динамический наддув имеет место при относительно большой скорости движения свежего заряда в трубопроводе cтр. В этом случае уравнение (2.1) принимает вид

, (2.2)

где ξт – коэффициент, учитывающий сопротивления движению газа по длине и местные.

Реальная скорость cтр потока газа во впускных трубопроводах, во избежание повышенных аэродинамических потери и ухудшения наполнения цилиндров свежим зарядом, не должна превышать 30…50 м/с.

Периодичность процессов в цилиндрах поршневых двигателей является причиной колебательных динамических явлений в газовоздушных трактах. Эти явления могут быть использованы для существенного улучшения основных показателей двигателей (литровой мощности и экономичности.

Инерционные процессы всегда сопровождаются волновыми процессами (колебаниями давления), возникающими в результате периодического открытия и закрытия впускных клапанов системы газообмена, а также возвратно-поступательного движения поршней.

На начальном этапе впуска во впускном патрубке перед клапаном создается разрежение, и соответствующая волна разрежения, достигая противоположного конца индивидуального впускного трубопровода, отражается волной сжатия. Путем подбора длины и проходного сечения индивидуального трубопровода можно добиться прихода этой волны к цилиндру в наиболее благоприятный момент перед закрытием клапана, что позволит существенно увеличить коэффициент наполнения , а следовательно, крутящий момент Me двигателя.

На рис. 2.1. приведена схема настроенной впускной системы. Через впускной трубопровод, минуя дроссельную заслонку, воздух поступает в приемный ресивер, а из него– впускные трубопроводы настроенной длины к каждому из четырех цилиндров.

На практике это явление использовано в зарубежных двигателях (рис. 2.2), а также отечественных двигателях для легковых автомобилей с настроенными индивидуальными впускными трубопроводами (например, двигатели ЗМЗ), а также на дизеле 2Ч8,5/11 стационарного электрогенератора, имеющего один настроенный трубопровод на два цилиндра.

Рис. 2.1. Схема настроенной впускной системы поршневого двигателяРис.2.2. Четырехцилиндровый рядный двигатель автомобиля Форд (объем цилиндров Vh = 1,6 л, настроенные впускные трубопроводы фиксированной длины)

Наибольшая эффективность газодинамического наддува имеет место при длинных индивидуальных трубопроводах. Давление наддува зависит от согласования частоты вращения двигателя n, длины трубопровода Lтр и угла

запаздывания закрытия впускного клапана (органа) φa. Эти параметры связаны зависимостью

, (2.3)

где – местная скорость звука; k =1,4 – показатель адиабаты; R = 0,287 кДж/(кг∙град.); T – средняя температура газа за период наддува.

Волновые и инерционные процессы могут обеспечивать заметное увеличение заряда в цилиндр при больших открытиях клапана или в виде повышения дозарядки в такте сжатия. Реализация эффективного газодинамического наддува возможна только для узкого диапазона частоты вращения двигателя. Сочетание фаз газораспределения и длины впускного трубопровода должно обеспечивать наибольший коэффициент наполнения. Такой подбор параметров называют настройкой впускной системы.Она позволяет увеличить мощность двигателя на 25…30%. Для сохранения эффективности газодинамического наддува в более широком диапазоне частот вращения коленчатого вала могут быть использованы различные способы, в частности:

· применение трубопровода с изменяемой длиной lтр (например, телескопического);

· переключение с короткого трубопровода на длинный;

· автоматическое регулирование фаз газораспределения и др.

Однако применение газодинамического наддува для форсирования двигателя связано с определенными проблемами. Во-первых, не всегда имеется возможность рационально скомпоновать достаточно протяженные настроенные впускные трубопроводы. Особенно это трудно сделать для низкооборотных двигателей, поскольку с уменьшением частоты вращения длина настроенных трубопроводов увеличивается. Во-вторых, фиксированная геометрия трубопроводов дает динамическую настройку лишь в некотором, вполне определенном диапазоне скоростного режима работы.

Для обеспечения эффекта в широком диапазоне применяют плавную или ступенчатую регулировку длины настроенного тракта при переходе с одного скоростного режима на другой. Ступенчатое регулирование с помощью специальных клапанов или поворотных заслонок считается более надежным и успешно применяется в автомобильных двигателях многих зарубежных фирм. Чаще всего используют регулирование с переключением на две настроенные длины трубопровода (рис. 2.3).

Рис.2.3. Система ступенчатого регулирования длины настроенного тракта V-образного шестицилиндрового двигателя: а – при низкой частоте вращения; б – при высокой частоте

В положении закрытой заслонки соответствующему режиму до 4000 мин -1 , подача воздуха из впускного ресивера системы осуществляется по длинному пути (см. рис. 2.3). В результате (по сравнению с базовым вариантом двигателя без газодинамического наддува) улучшается протекание кривой крутящего момента по внешней скоростной характеристике (на некоторых частотах от 2500 до 3500 мин -1 крутящий момент возрастает в среднем на 10…12 %). С повышением частоты вращения n > 4000 мин -1 подача переключается на короткий путь и это позволяет увеличить мощность Ne на номинальном режиме на 10 %.

Читать еще:  Что такое рым двигателя

Существуют и более сложные всережимные системы. Например, конструкции с трубопроводами, охватывающими цилиндрический ресивер с поворотным барабаном, имеющим окна для сообщения с трубопроводами (рис. 2.4). При повороте цилиндрического ресивера 1 против хода часовой стрелки длина трубопровода увеличивается и наоборот, при повороте по часовой стрелке – уменьшается. Однако реализация этих способов значительно усложняет конструкцию двигателя и снижает его надежность.

В многоцилиндровых двигателях с обычными трубопроводами эффективность газодинамического наддува снижается, что обусловлено взаимным влиянием процессов впуска в различные цилиндры. На автомобильных двигателях впускные системы «настраивают» обычно на режим максимального крутящего момента для повышения его запаса.

Эффект газодинамического наддува можно также получить соответствующей «настройкой» выпускной системы. Этот способ находит применение на двухтактных двигателях.

Для определения длины Lтр и внутреннего диаметра d (или проходного сечения) настраиваемого трубопровода необходимо проводить расчеты с использованием численных методов газовой динамики, описывающих нестационарное течение, совместно с расчетом рабочего процесса в цилиндре. Критерием при этом является прирост мощности,

Рис. 2.4. Схема трубопроводов, охватывающих цилиндрический ресивер с поворотным барабаном при плавном регулировании длины настроенных индивидуальных трубопроводов: 1 – цилиндрический ресивер; 2 – впускной трубопровод

крутящего момента или снижение удельного расхода топлива. Эти расчеты весьма сложны. Более простые методы определения Lтр и d основаны на результатах экспериментальных исследований.

В результате обработки большого числа экспериментальных данных для выбора внутреннего диаметра d настраиваемого трубопровода предлагается следующая зависимость:

(2.4)

где (μFщ)max – наибольшее значение эффективной площади проходного сечения щели впускного клапана. Длина Lтр настраиваемого трубопровода может быть определена по формуле:

(2.5)

Заметим, что применение разветвленных настроенных систем типа общая труба – ресивер — индивидуальные трубы оказалось весьма эффективным в сочетании с турбонаддувом.

Что такое резонансный наддув двигателя

Первоначально преимущества импульсного наддува были столь значительными, что наддув при постоянном давлении га­зов перед турбиной, за исключением особых случаев, например при последовательном включении механического компрессора и турбонагнетателя, практически не применялся. Это было свя­зано со сравнительно низкими тогда к. п. д. турбокомпрессоров, а также в связи с низкими степенями наддува, т. е. с низкими давлениями наддува, которые в процессе развития повышались лишь постепенно. Чем выше степень повышения давления в ком­прессоре и к. п. д. турбокомпрессора, тем большими преимуще­ствами обладает наддув при постоянном давлении газов перед турбиной. В связи с этим в настоящее время этот способ находит все более широкое применение. Сопоставление расчета импульс­ного наддува и наддува при постоянном давлении газов перед турбиной.

Для двигателя наддув при постоянном давлении газов перед турбиной имеет следующие преимущества.

1. Более простую конструкцию трубопровода и поэтому бо­лее дешевый выпускной коллектор, лучшие возможности размещения трубопроводов, особенно при V-образной компоновке двигателя.

2. Меньшую работу, затрачиваемую поршнем на выталки­вание газов, так как импульс давления на выпуске быстро умень­шается и не отражается от малого сечения соплового аппарата турбины. Вследствие этого достигается несколько лучший расход топлива при высоких средних эффективных давлениях.

3. Более равномерные параметры наддува независимо от числа цилиндров и более равномерное распределение воздуха по отдельным цилиндрам и при неблагоприятных для импульс­ного наддува числах цилиндров (5, 7 или 10). Следствием этого является более равномерная тепловая напряженность.

Недостатками системы наддува при постоянном давлении га­зов перед турбиной для двигателя являются следующие.

1. Равенство между давлением наддува и противодавлением достигается намного позднее, т. е. при более высоком среднем давлении, чем в случае импульсного наддува, вследствие чего при частичных нагрузках имеет место обратный поток газов.

2. Необходимый для продувки перепад давления несколько ниже и на режиме полной мощности, так как здесь давление в выпускном коллекторе во время периода продувки не опу­скается ниже средней величины, что имеет место при импульсном наддуве. Поэтому подача воздуха в цилиндр (при одинаковом перекрытии клапанов) за счет большего его количества, идущего на продувку, будет меньше.

3. Двигатель обладает худшей приемистостью по двум причинам: а) при частичных нагрузках энергия выпускных газов, подводимая к турбине, меньше из-за отсутствия пиков давления. Заполнение выпускного коллектора большого объема требует большего времени; б) содержание остаточных газов в цилиндре вследствие заброса газов из выпускного коллектора особенно увеличивается при частичных нагрузках и низкой частоте вращения. В связи с этим при заданном давлении наддува умень­шается наполнение цилиндра воздухом, скорее достигается гра­ница дымления и умень­шается избыток мощно­сти, необходимый для разгона.

4. Меньший расход воз­духа обусловливает не­сколько повышенную тем­пературу выпускных газов. Отметим, однако, недостаток часто компенсируется бо­лее высоким к. п. д. турбокомпрессора при равномерном подводе газа.

Для турбокомпрессора использование системы наддува с турбиной по­стоянного давления дает только ; преимущества и практически никаких не­достатков. К этим пре­имуществам в основном относятся:

1) большая пропускная способность соплового ап­парата турбины, к которо­му газ подводится при постоянном давлении, вследствие чего турбина имеет меньшие размеры;

2) малое возбуждение колебаний лопаток (коле­бания тем больше, чем на большее количество под­водов разделен газоподводящий корпус турбины) и в связи с этим меньшая вероятность появления по­ломок лопаток;

3) отсутствие гироско­пических моментов, воз­никающих при импульсном подводе газа и вызывающих нежела­тельные нагрузки на подшипники;

4) более высокий к. п. д. газовой турбины без импульсного или изменяющегося парциального подвода газа.

На рис. 8.5 сравнивается изменение некоторых рабочих па­раметров 14-цилиндрового V-образного двигателя с импульсным наддувом и с наддувом при постоянном давлении газов перед турбиной. Примечательным является более низкий [примерно па 6 г/(кВт•ч)] расход топлива в случае применения системы наддува при постоянном давлении газов перед турбиной; при этом следует иметь в виду, что при названном числе цилиндров у двигателя особенно сильно проявляются недостатки, прису­щие импульсному наддуву.

Решающим для применения способа наддува при постоянном давлении газов перед турбиной является ответ на вопрос, прием­лема ли худшая приемистость двигателя для данной области его использования. Для автомобильных двигателей, требующих хо­рошей приемистости, этот способ наддува неблагоприятен, а для судовых рациональность применения наддува при постоянном давлении газов является дискутабельной. Чем меньше отношение мощности двигателя к ускоряемым массам, тем скорее можно пренебречь хорошей приемистостью. При этом время, необходи­мое для разгона двигателя, играет небольшую роль по сравне­нию с затратами времени, требуемыми для разгона всей си­стемы.

Не случайно наддув при постоянном давлении газов перед турбиной на крупных двухтактных двигателях нашел примене­ние намного раньше и используется значительно чаще, чем на четырехтактных двигателях. Это объясняется следующими обстоя­тельствами.

Читать еще:  Ваз как посмотреть ошибку двигателя

1. На двухтактных двигателях преимущество этого способа наддува по сравнению с импульсным сказывается уже при низ­ких значениях среднего эффективного давления.

2. При пуске, на малых нагрузках и низких частотах враще­ния (т. е. на режимах, где преимущества импульсного наддува неоспоримы) на двухтактных двигателях, как правило, приме­няется вспомогательное устройство, компенсирующее недоста­точную подачу воздуха на этих режимах.

3. На крупных двигателях приводятся в движение и разго­няются большие массы. Этот разгон в большей степени зависит от фактической полной мощности двигателя, чем от времени, затрачиваемого на достижение полной мощности.

Что такое резонансный наддув двигателя

Как известно, отдача ДВС напрямую зависит от количества горючей смеси, подаваемой в цилиндры. Хотите поднять мощность — сожгите больше топлива. Но как увеличить его количество? Видимо, одним из трех способов.

Первый — самый простой: сделать емкость для смеси, то есть литраж мотора, побольше. В результате таких попыток появились многоцилиндровые моторы с огромными рабочими объемами (свыше 1000 куб. см). Но чем больше двигатель — тем больше масса всего мотоцикла.

1. YEIS — резонансный наддув «по-ямаховски»,

Второй способ — уменьшить сопротивление потоку, чтобы смесь как можно легче всасывалась. Или увеличить время, в течение которого осуществляется впуск смеси. Предположим, расширить фазу впуска. Но тогда она неизбежно перекроет фазу выпуска, что отразится на экономичности (особенно ярко это проявляется у заряженных «двухтактников»). Если же увеличивать сечение впускного канала, то мы неизбежно придем к необходимости увеличивать число клапанов на цилиндр до 4-х и более (размеры головки цилиндра имеют свои пределы, а разместить, при равной площади камеры сгорания, несколько клапанов намного легче, чем два). Стоимость мотора из-за этого намного увеличится, к тому же характеристика двигателя потеряет в эластичности, как и в случае с расширенными фазами.

2. Различные типы поршневых нагнетателей, применявшихся фирмой DKW.

Но есть еще и третий способ, применяемый в случаях, когда требования (законодательные, налоговые, правила соревнований и т.д.) не позволяют увеличить литраж, а «накручивать» мотор нет возможности, и в то же время запас прочности нагруженных деталей (коленвал, шатунно-поршневая группа) позволяет увеличить мощность без значительного снижения надежности. В этом случае смесь просто заталкивается в цилиндр (или в цилиндры) двигателя специальным компрессором или другим способом. Этот процесс называется наддув. Он классифицируется по величине создаваемого избыточного давления на частичный (до 0,012 МПа), полный (0,012. 0,06 МПа) и высокий (0,06. 0,1 МПа и выше).

Наиболее распространенной разновидностью частичного наддува является резонансный, когда используются колебания потока смеси во впускном коллекторе. Настройкой длины впускного трубопровода можно добиться значительного (до 15%) повышения мощности на определенных режимах. Чтобы расширить диапазон работы резонансного наддува, применяют коллекторы изменяемой (обычно с помощью заслонок) длины, что несколько усложняет конструкцию. Наиболее известным примером такой системы является «ямаховская» YEIS (Yamaha Energy Induction System — накопитель энергии Ямаха), в которой «накопителем энергии», то есть резонатором, является емкость, соединенная шлангом с впускным патрубком.

3. Ротативный нагнетатель Tina «Powerplus».
4. . и «zoller».

В свое время (в 50-х гг.) чешской «Татрой» на гоночных автомобилях был успешно испытан так называемый эжекторный наддув, при котором воздух направлялся в карбюратор с помощью эжекционного устройства, работавшего от потока выхлопных газов. Эта система не получила распространения из-за затруднительного применения глушителей шума выпуска.

Часто встречаемым (в особенности на спортбайках) способом частичного наддува является инерционный, в котором используется избыточное давление (как говорят, «стена») воздуха, возникающее перед мотоциклом на высоких скоростях. В этом случае воздух подводится к воздушному фильтру по воздуховодам из передней части мотоцикла (обычно из района фары).

5. Нагнетатель типа «Roots».

Все эти способы, несмотря на их простоту, не могут быть признаны эффективными в силу малого избыточного давления, развиваемого этим устройствами. Для более высокой степени наддува необходим специальный компрессор, приводимый от самого двигателя (от его коленвала или системы выпуска) или постороннего источника.

Изначально такие устройства, называемые нагнетателями, появились во времена первой мировой войны в авиации, чтобы обеспечить бесперебойную работу самолетного мотора на больших высотах, и в этом качестве зарекомендовали себя наилучшим образом. Эксперименты же с наддувом двигателей наземной техники, начатые еще Готлибом Даймлером в конце XIX века, поначалу не приносили успеха по двум причинам. Первая была связана с недостаточной прочностью деталей двигателей того времени. Вторая — с необходимостью высокоточного изготовления деталей нагнетателей. Кроме того, в те времена потребителям автомототехники вполне хватало мощности и безнаддувных двигателей.

6. «Харлей» + «Roots»= хот род.

Но в 20-х годах конструкторам гоночных автомобилей и мотоциклов стало ясно, что лучший способ радикально повысить мощность двигателя, не нарушая правил соревнований (то есть не увеличивая литраж мотора) — применить наддув. И тогда на гоночные и рекордные трассы вышли мотоциклы, оснащенные нагнетателями приводного типа. Что же представляли собой эти агрегаты, первый из которых был установлен в 1925 году на рекордном мотоцикле фирмы «Victoria» (Германия)?

9. Принципиальная схема турбонаддува с
механически управляемым перепускным клапаном.

Все они имели привод от коленчатого вала, непосредственный или с помощью цепной или зубчатой передачи. Размещение агрегата — перед двигателем или над картером коробки передач. Что же касается конструкции и принципа работы самих нагнетателей, то их можно подразделить на три основных типа: поршневые, ротативные и лопаточные.

На двухтактных моторах DKW (Германия) обычно использовались поршневые нагнетатели различных исполнений: совмещенные с кривошипной камерой, с мембранным и золотниковым управлением и т.д. Их главный недостаток — неприспособленность для работы на высоких частотах вращения коленвала. Кроме того, в случае расположения нагнетателя отдельно от кривошипной камеры силовой агрегат имеет чрезмерные габариты и массу. В то же время на малых и средних оборотах они обеспечивают очень большую подачу смеси в цилиндр, в результате чего двигатели DKW имели отличную эластичность, абсолютно несвойственную безнаддувным «двухтактникам».

7. На дрегстерах «рутсы» просто незаменимы!

Весьма распространенным типом нагнетателя был ротативный с вращающимися лопатками (схемы «Powerplus» и «Zoller»). Работает такая конструкция следующим образом. В цилиндрическом корпусе вращается эксцентрично расположенный барабан, увлекающий при вращении лопатки, насаженные с помощью подшипников на вал, концентричный с наружным корпусом (тип «Powerplus»). В нагнетателях типа «Zoller» противолежащие лопатки соединены в одно целое, вращение барабана сопровождается скольжением их в радиальных прорезях: лопатки снабжены башмаками, скользящими по поверхности эксцентриков, жестко связанных с неподвижными крышками корпуса.

8. На дрегстерах «рутсы» просто незаменимы!

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector