Vikupautomsk.ru

Выкуп Авто МСК
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Наддув двигателей внутреннего сгорания, турбонаддув

Наддув двигателей внутреннего сгорания, турбонаддув

Наддувом — называют принудительную подачу воздуха под давлением выше атмосферного. Если речь идет о наддуве двигателя внутреннего сгорания, то при наддуве сжатый воздух подается компрессором из атмосферы в полость цилиндра.

Схемы наддува

Для обеспечения наддува необходим компрессор, который должен сжимать воздух и нагнетать его в двигатель. Для работы необходимо вращать вал компрессора. Для привода компрессора можно использовать разные схемы.

Приводной нагнетатель — Komoressor

Вращать вал компрессора можно с помощью коленвала, установив дополнительную зубчатую или ременную передачу. Такую схему подачи воздуха называют наддувом с приводным нагнетателем. При вращении вала будет вращаться компрессорное колесо, которое будет нагнетать воздух во впускной коллектор двигателя. Иногда на автомобилях оснащенных подобной системой наддува наносят надпись — компрессор (Kompressor). Это простая, но далеко не самая экономичная схема.

Трубонаддув

Для вращения вала компрессора можно использовать энергию отработавших газов, добавив в систему турбины. Выхлопные газы будут вращать турбинное колесо, установленное ка одном валу с компрессорным колесом. Компрессор, в свою очередь будет сжимать воздух и подавать его в двигатель. Такая схема называется турбонаддувом. По сравнению с приводным нагнетателем турбонаддув обладает большей задержкой, так как связь между двигателем и системой наддува не жесткая.

Как работает турбонаддув?

Смесь воздуха и топлива поступает в цилиндр двигателя, смесь сжимается при движении поршня вверх, затем она воспламеняется, из-за расширения газов, поршень вытесняется вниз. Двигаясь он вращает коленвал. Затем при движении воздуха вверх, через открывшиеся клапаны отработанные газы поступают в выходной коллектор.

Поток газов имеет некоторую остаточную энергию достаточную для вращения рабочего колеса турбины. Частицы газа воздействуют на лопатки турбинного колеса, заставляя его вращаться. Турбинное и компрессорное колесо установлены на одном валу. При вращении турбины вращается и компрессор. В компрессоре лопатки рабочего колес воздействуют на воздух, попадающий из атмосферы. В результате этого воздействия частицы воздуха начинают вращаться вместе с колесом. При высокой скорости вращения частицы воздуха будут отбрасываться к периметру колеса в спиральный отвод и принудительно нагнетаться в во впускной коллектор, а затем и в полость цилиндра.

Комбинированные схемы

Сжатие воздуха может быть не одноступенчатым, а двухступенчатым. Причем рабочее колесо компрессора приводится во вращение турбиной, а для привода второй ступени используется механическая передача, соединенная с коленвалом. Такая схема позволяет сочетать достоинства приводного нагнетателя и турбонаддува, и делает работ у двигателя более приемистой. Однако недостаток приводного нагнетателя в виде плохой экономичности также никуда не пропадает.

На на одних режимах работы мощность турбонаддува может быть недостаточна, на других — избыточна. Чтобы избавиться от этого недостатка, между турбиной и двигателем вводят дополнительную механическую связь. Через механическую или гидравлическую передачу. Это позволяет наиболее эффективно использовать мощность, но конструкция при этом сильно усложняется и удорожается, поэтому широкого применения эта схема не получила.

Двухступенчатым может быть не только компрессор, но и турбина. Вторая ступень может использовать для привода во вращение вентиляторов и других вспомогательных устройств, или быть соединена с коленвалом.

Дизель-турбина

На некоторых режимах работы турбина может развивать мощность достаточную для ее применения в качестве первичного двигателя.

В этом случае двигатель и компрессор связывают механически, а между двигателем и турбиной осуществляется газовая связь. Подобный агрегат называют дизель-турбиной. Такая схема эффективна при очень высоких температурах отработанных газов. Для обеспечения надежности работы турбины рабочую температуру приходится снижать, что негативно сказывается на КПД агрегата.

Охлаждение при наддуве, для чего нужен интеркулер?

В процессе сжатия воздух нагревается, теплый воздух имеет меньшую плотность чем холодный. Плотный холодный воздух позволит повысить эффективность работы двигателя, поэтому для отвода ненужного тепла, используется интеркулер.

Интеркулер — это теплообменник, который устанавливается между компрессором и впускным коллектором, он позволяет охладить сжатый воздух, переде его поступлением в двигатель.

Регулирование турбонаддува

Мощность наддува на некоторых режимах может быть избыточна, то есть воздух может сжиматься слишком сильно. Поэтому работу наддува нужно регулировать.

Для ограничения подачи компрессора можно установить на его входе или выходе сопротивление, в виде шайбы с отверстием расчетного диаметра. При увеличении расхода через отверстие сопротивление будет расти, что в свою очередь будет затруднять поступление воздуха в компрессор и или выход из него, за счет этого будет ограничиваться подача воздуха в двигатель.

Подобное сопротивление можно установить и перед турбиной. Но установка сопротивления увеличивает потери, что отрицательно скажется на КПД.

Для того, чтобы сбрасывать часть воздуха только при определенном давлении на выходе компрессора можно установить предохранительный клапан. Запорный элемент клапан поджат пружиной, когда усилия от давления воздуха будет достаточно, чтобы сжать пружину клапан откроется и сбросить часть воздуха обратно в атмосферу.

Перепускной клапан

Вестгейт или перепускной клапан позволяет пустить часть отработанных газов в обход турбины. Запорный элемент клапана поджат пружиной.

Давление отработанных газов воздействует на запорный элемент клапана, с другой стороны на него действует усилие пружины. Когда усилие от давления газов будет выше чем усилие пружины, клапан откроется и пропустить часть газов в обход пружины. Это достаточно простая и эффективная схема регулирования, которая применяется на большинстве современных двигателей с турбонаддувом. Однако часть энергии тратится впустую, что снижает КПД. Конечно можно направить поток газа не в выхлопную систему, а на другую турбину, для привода вспомогательных механизмов, но это усложнит конструкцию и сделает ее более дорогой.

Читать еще:  Двигатель быстро нагревается до рабочей температуры

Что такое наддув двигателя внутреннего сгорания

По сравнению с четырехтактным двигателем со свободным вса­сыванием или с двухтактным, имеющим только продувку, в двигателе с наддувом благодаря сжатию заряда увеличивается его количество, вследствие чего повышается и мощность. Наддув есть сжатие всего или части заряда за пределами рабочего цилин­дра с целью увеличения наполнения цилиндра. Таким образом, при наддуве заряд сжимается как за пределами цилиндра, так и в цилиндре.

Для комбинированного способа характерно связанное с полу­чением полезной мощности двух- или многоступенчатое расширение, в то время как сжатие не обязательно должно быть многоступенча­тым. Однако в практике всегда встречаются комбинированные двигатели с наддувом, т. е. имеющие многоступенчатое сжатие.

Смысл и цель наддува заключаются в повышении мощности при данных размерах двигателя без увеличения частоты вращения. Как посредством наддува, так и вследствие более высокой частоты вращения в двигатель подается большее количество воздуха или заряда в единицу времени, мощность при этом приблизительно пропорциональна расходу воздуха. В обоих случаях повышение мощности наталкивается на определенные границы, которые обус­ловлены уровнем развития. Мощность двигателя внутреннего сго­рания

при этом константы С 1 и С 2 зависят от системы мер и тактности двигателя. Здесь N е — эффективная мощность; z — число цилин­дров; V h — рабочий объем цилиндра; р е — среднее эффективное давление; п — частота вращения; S — ход поршня; F п — площадь поршня; с т — средняя скорость поршня.

У данного двигателя, для которого z , F п и S неизменны, мощ­ность можно повысить увеличением п или с т , а также увеличением р е . При повышении частоты вращения п или соответственно сред­ней скорости поршня с т возрастают вызванные силами инерции напряжения пропорционально с т 2 . Повышение среднего эффектив­ного давления р е путем наддува приводит к росту газовых сил (максимального давления сгорания), последние возрастают ли­нейно с увеличением количества заряда, т. е. с повышением мощ­ности; при этом индикаторная диаграмма благодаря наддуву становится полнее. Начиная с определенного уровня воздействие сил от давления газов легче преодолимо, чем сил инерции.

Термическая напряженность повышается как. с увеличением частоты вращения, так и с увеличением степени наддува примерно в равном соотношении с повышением мощности. Высокие средние скорости поршней обусловливают необходимость иметь небольшую массу деталей кривошипно-шатунного механизма, что достигается хорошо отработанной конструкцией и высококачественными мате­риалами. Наддув же выдвигает требование усиления конструкции для воспринятая повышенных давлений газов. Несмотря на то, что при наддуве удельная масса, как правило, уменьшается, — мощность возрастает сильнее, чем соответственно требуемое при­ращение общей массы, — это приводит к созданию более надежных в эксплуатации двигателей.

Обратное воздействие увеличения мощности посредством над­дува с одной стороны и посредством форсировки по частоте враще­ния с другой стороны может быть пояснено следующим упрощен­ным сравнением. Средние эффективные давления от 10 бар (четы­рехтактные двигатели с принудительным зажиганием без наддува) до 12 бар (четырехтактные дизели с умеренным наддувом), равно как и средние скорости поршней, от 10 м/с (дизели на грузовом автотранспорте) до 14 м/с (карбюраторные двигатели на легковых автомобилях), характеризуют технический уровень современных двигателей. А средние скорости поршней от 20 м/с и выше встре­чаются лишь на двигателях гоночных автомобилей, т. е. на двига­телях, которые отдают высокую мощность кратковременно и кото­рые могут иметь небольшие межремонтные периоды. В то же время средние эффективные давления от 18 до 20 бар и выше при умерен­ных значениях средней скорости поршня применяются на четырех­тактных дизелях, имеющих наиболее высокие длительные нагрузки (в частности, на судовых дизелях).

Преимущества наддува при заданной мощности:

1) меньшие габариты: двигатель короче из-за меньшего числа цилиндров;

2) меньшая масса двигателя и соответственно меньшая удель­ная масса на единицу мощности;

3) более высокий к. п. д. двигателя при турбонаддуве;

4) меньшая стоимость на единицу мощности, особенно у высо­комощных двигателей;

5) холодильники меньших размеров, поскольку при одинаковой мощности необходимо отводить меньше тепла, чем у двигателя без наддува;

6) газовая турбина сама по себе заметно снижает шум выхлопа;

7) меньшее падение мощности при понижении плотности окру­жающего воздуха;

8) лучшее качество отработавших газов при неизменном спо­собе организации рабочего процесса.

К недостаткам наддува относятся:

1) более высокие механические и тепловые нагрузки, чем у двигателей без наддува;

2) при определенных условиях менее благоприятное протекание кривой крутящего момента двигателя, особенно при высоких сте­пенях наддува;

3) при определенных условиях худшая приемистость.Последние два недостатка характерны только для турбонаддува.

Читать еще:  Что показывает кпд тепловых двигателей

Системы наддува можно классифицировать по:

1) виду привода нагнетателя;

2) конструкции нагнетателя;

3) типу связи между над­дувочным агрегатом и двигателем;

4) принципу действия двигателя.

Привод нагнетателя может осуществляться:

а) от постороннего источника (вспомогательный двигатель, электродвигатель) — по­сторонний наддув;

б) от самого двигателя (мощность отбирается от коленчатого вала) — механический наддув;

в) от турбины, приво­димой выпускными газами — турбонаддув;

г) без нагнетателя по­средством обменника давления — способ «Компрекс».

а) объемные нагнетатели: поршне­вые и роторные, например воздуходувка типа Рут, винтовой ком­прессор и др.;

б) лопаточные нагнетатели: радиальные, осевые или полуосевые.

Тип связи между наддувочным агрегатом и двигателем и способ отбора мощности:

а) нагнетатель соединен с валом двигателя, тур­бина отсутствует, отбор мощности от коленчатого вала — механи­ческий наддув;

б) нагнетатель соединен с турбиной, наддувочный агрегат свободный, т. е. не имеющий механической связи с двига­телем, отбор мощности от коленчатого вала — свободный турбо­наддув;

в) нагнетатель, турбина и коленчатый вал двигателя меха­нически связаны, отбор мощности от коленчатого вала — комбини­рованный двигатель; г) нагнетатель соединен с коленчатым валом двигателя, отбор мощности от вала турбины — генератор газа.

Принцип действия двигателя: а) двигатель с принудительным зажиганием; дизель; б) четырехтактный; двухтактный.

Очень многие из приведенных выше комбинаций, например комбинированная установка, состоящая из двухтактного дизеля, компрессора объемного типа и газовой турбины, были опробованы экспериментально, однако лишь немногие варианты оказались выгодными для практического применения. Особенно удачным яви­лось соединение поршневого двигателя с наддувочным агрегатом, включающим в себя радиальный компрессор и газовую турбину, так как поршневая машина хорошо приспособлена для малых объемов и высоких давлений, а лопаточные машины наоборот — для больших объемов и низких давлений .

Наддув

Наддув — принудительное повышение давления воздуха выше текущего уровня атмосферного в системе впуска двигателя внутреннего сгорания, приводящее к увеличению плотности и массы воздуха в камере сгорания перед тактом рабочего хода, что, согласно правилу стехиометрической горючей смеси для конкретного типа мотора, позволяет сжечь больше топлива, а значит увеличить крутящий момент (и мощность, соответственно) при сравнимой частоте вращения. В широком смысле, повышение удельной/литровой мощности ДВС при текущем уровне атмосферного давления и есть основная цель наддува. Буквальным следствием этой технической особенности стало одно из ранних применений наддува для компенсации высотного падения мощности в авиационных маршевых ДВС.

Также, наддув есть любого рода создание повышенного давления в принципе. Существуют понятия наддува кабин высотных и космических летательных аппаратов для создания подходящих для людей условий, наддува баков гидросистем для предотвращения вспенивания рабочей жидкости и т. д.

Возможен агрегатный наддув и безагрегатный наддув.

Содержание

  • 1 Агрегатный наддув
  • 2 Безагрегатный наддув
  • 3 См. также
  • 4 Ссылки

Агрегатный наддув [ править | править код ]

Под агрегатным подразумевается наддув, создание которого обеспечивается неким агрегатом. Фактически, таковых агрегатов в технике всего три — турбонагнетатель, приводной нагнетатель, нагнетатель с электрическим приводом. Первый работает от энергии выхлопных газов и состоит из газовой турбины и компрессора. Второй работает от непосредственного привода с коленвала двигателя и состоит из механической передачи и компрессора. Третий работает от электропривода и состоит из высокооборотного электромотора и компрессора. Вообще, компрессор входит в состав любого агрегата наддува, вследствие чего, такие термины как турбокомпрессор, приводной компрессор и компрессор с электрическим приводом являются синонимами вышеупомянутым трём и правомерны к использованию. Конструкция компрессора может быть универсальна для любого агрегата, хотя обычно в турбонагнетателе и нагнетателе с электрическим приводом используются лопастные центробежные компрессоры, а в приводном нагнетателе — роторные компрессоры. Сам термин «агрегатный наддув» практически никогда не используется, и таковым в речевом обиходе применительно к
ДВС считается просто любой наддув, если иное не оговорено особо.

Особенность и преимущества агрегатного наддува (турбонаддува, в первую очередь) в том, что таковой позволяет получать сверхвысокие давления на впуске в ДВС — вплоть до 5 Бар — что даёт в итоге примерно кратное давлению наддува повышение удельной мощности на отдельных режимах работы. Всережимного увеличения мощности посредством одного типа агрегата наддува достичь сложно в силу разных причин (либо для этого требуется сильное механическое усложнение конструкции нагнетателя) поэтому часто на ДВС применяются комбинированные системы, состоящие, например, из турбонагнетателя и приводного нагнетателя, или турбонагнетателя и нагнетателя с электрическим приводом.

Также в авиации для компенсации высотного падения мощности маршевых поршневых двигателей на многомоторных самолётах были исторические попытки применения группового агрегатного наддува, обеспечивающего дополнительное снабжение маршевых двигателей воздухом на больших высотах. Основой этой системы был отдельный мотор-компрессор, состоявший из одного двигателя, аналогичного маршевому, и объёмного компрессора, дополненный системой воздуховодов к каждому маршевому двигателю. Пример — тяжёлый бомбардировщик Пе-8.

Агрегатный наддув применяется как на четырёхтактных ДВС, так и на двухтактных ДВС, поршневых и роторно-поршневых, работающих практически по любому термодинамическому циклу (циклу Отто, циклу Дизеля, прочих). Однако к газотурбинным двигателям термин «агрегатного наддува» в русскоязычном инженерно-техническом лексиконе обычно не применяется, несмотря на обязательное наличие компрессора в составе таких двигателей. Важным следствием применения агрегатного наддува является снижение удельного расхода топлива (в граммах на л. с. за час).

Читать еще:  Great wall hover какой двигатель установлен

Безагрегатный наддув [ править | править код ]

К безагрегатному наддуву относят:

  • динамический (ранее называемый инерционным, резонансным, акустическим), при котором эффект достигается за счёт колебательных явлений во впускном и/или выпускном 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.

На транспортных двигателях внутреннего сгорания используется динамический наддув, который при несущественных изменениях в конструкции трубопроводов приводит к повышению коэффициента наполнения до η v = 0 , 92 − 0 , 96 =0,92-0,96> в широком диапазоне изменения частоты вращения двигателя. Увеличение η v > при наддуве позволяет форсировать дизель по энергетическим показателям в случае одновременного увеличения цикловой подачи топлива или улучшить экономические показатели при сохранении мощностных (при той же цикловой подаче топлива). Динамический наддув повышает долговечность деталей цилиндро-поршневой группы благодаря более низким тепловым режимам при работе на бедных смесях.

НАДДУВ

1) Н. в двигателях внутреннего сгорания — увеличение кол-ва свежего заряда в цилиндре двигателя за счёт повышения давления при впуске. Н, обычно применяют с целью увеличения мощности, а также для компенсации её падения при подъёме установки с двигателем (напр., самолёта) на большую высоту. Т. н. агрегатный Н. осуществляется с помощью приводного компрессора, турбокомпрессора или комбинированно. Получает распространение безагрегатный Н. (динамический, скоростной и др.), позволяющий при несуществ. изменениях в конструкции трубопроводов форсировать двигатель или улучшать экономич. показатели его работы, сохраняя мощностные. См. рис.

2) Н. в ракетной технике — увеличение давления газа или пара в топливных ёмкостях с целью повышения их устойчивости, предотвращения кипения жидкостей, вытеснительной подачи топлива из заправочных ёмкостей в баки ракеты и из баков в двигатель. Газ высокого давления генерируется в аккумуляторах давления.

Системы агрегатного наддува двигателей: а — с приводным компрессором; б — с турбокомпрессором; 1 — компрессор; 2 — шестерённая передача; 3 коленчатый вал; 4 — газовая турбина

Схема воздухозаборного патрубка при скоростном наддуве: 1 — патрубок; 2 — обтекатель

Большой энциклопедический политехнический словарь . 2004 .

  • НАДВИГ
  • НАДЁЖНОСТИ ТЕОРИЯ

Смотреть что такое «НАДДУВ» в других словарях:

Наддув — 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… … Википедия

НАДДУВ — 1) увеличение количества свежего заряда горючей смеси в цилиндре поршневого двигателя за счет повышения давления при впуске; один из способов повышения мощности двигателя.2) Искусственное повышение давления газа в замкнутом пространстве (напр., в … Большой Энциклопедический словарь

НАДДУВ — дополнительная против нормальной подача в цилиндр двигателя воздуха (или горючей смеси), сжатого до 1,1 1,3 атм посредством насоса, приводимого в движение от вала двигателя или от постороннего источника энергии. Применяется с целью повышения… … Морской словарь

наддув — – способ подачи горючки в камеру сгорания. EdwART. Словарь автомобильного жаргона, 2009 … Автомобильный словарь

наддув — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN supercharging … Справочник технического переводчика

НАДДУВ — (1) способ повышения мощности поршневых двигателей внутреннего сгорания путём увеличения массы воздуха, поступающего вместе с топливом в цилиндры вследствие повышения давления компрессором при впуске; (2) искусственное увеличение давления газа в… … Большая политехническая энциклопедия

наддув — 3.13 наддув: Обеспечение защиты от проникновения внешней среды в оболочку путем поддержания в ней давления защитного газа выше давления во внешней среде. Источник: ГОСТ Р 51330.3 99: Электрооборудование взрывозащи … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

наддув — а; м. Спец. Усиление подачи горючей смеси в двигатель внутреннего сгорания за счёт повышения давления воздуха при впуске. Двигатель с наддувом. * * * наддув 1) увеличение количества свежего заряда горючей смеси, подаваемой в цилиндр поршневого… … Энциклопедический словарь

наддув — oro įpūtimas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Į vidaus degimo variklį tiekiamo degiojo mišinio kiekio didinimas, didinant šio mišinio slėgį. atitikmenys: angl. air blast vok. Lufteinblasen, n rus. вдувание воздуха, n; наддув, m pranc.… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

Наддув — увеличение количества свежего заряда горючей смеси, подаваемой в Двигатель внутреннего сгорания, за счёт повышения давления при впуске. Н. обычно применяется с целью повышения мощности (на 20 45%) без увеличения массы и габаритов… … Большая советская энциклопедия

Наддув — м. Питание цилиндров поршневых двигателей машины воздухом, давление которого выше атмосферного. Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector