История создания турбокомпрессоров
История
создания турбокомпрессоров
Двигателестроители,
начиная с Отто и Дизеля, всегда
мечтали о максимально
Естественно изобретатели ухватились за идею использовать энергию выхлопных газов для нагнетания воздуха. Хотя все это звучит просто, но прошло много лет до того как эту идею смогли реализовать – турбокомпрессоры появились спустя сто лет после изобретения двигателя внутреннего сгорания.
Первым кто описал и запатентовал принцип работы турбокомпрессора был Альфред Бюхли в 1905 году. Инженеры никогда не сталкивались с нехваткой воздуха, ведь даже совсем небольшой компрессор может передать большое количество воздуха. Проблема была в другом, а именно в том, как контролировать давление наддува между переключениями передач. Первоначально турбокомпрессоры устанавливались на самолеты и корабли. На этих транспортных средствах обороты двигателя изменяются плавно. Затем стали устанавливать турбокомпрессоры на дизельные двигатели. В 50 годы нашего столетия стали устанавливать турбины на гоночные автомобили, где скорость была примерно постоянна. В те же годы инженеры General Motors оснастили турбодвигателями и серийные модели, но тут же обнаружились «подводные камни». При разгоне с малых оборотов компрессор реагировал очень медленно. Это я вление назвали «Турболагом» или «Турбоямой». На больших оборотах турбонагнетатели давали слишком большое давление.
К концу 60-х годов инженер из Швейцарии Михаэль Мэй выдвинул идею, о том, что турбокомпрессоры нужно делать маленьких размеров, тогда они будут подавать меньшее количество воздуха с одной стороны, а с другой стороны маленький агрегат имел малый вес, и поэтому обладал меньшей инертностью и быстрее реагировал на изменение скорости.
В это же время фирма Porsche тоже заинтересовалась идеей турбокомпрессора. Они совместно с фирмой ККК в начале 70-х годов и положили начало эры турбокомпрессоров в автомобилестроении. В турбодвигателях при нажатии на педаль акселератора давление должно было резко возрастать, а при отпускании педели – резко падать. Поступили следующем образом: когда давление становилось большим выхлопные газы перепускались мимо турбины. Когда дроссельная заслонка закрывается, стравливаются выхлопные газы. При этом крыльчатка турбокомпрессора еще вращается, но не в полную силу. Когда же давление наддува снова будет необходимо, перепускной клапан закрывается, и турбина быстрее раскручивается.
Было еще много
других проблем, например температура
в турбокомпрессорах
Какой водитель
не мечтал о том что бы
в его автомобиле жило намного
больше лошадок под капотом
чем есть.. Благо последнее время
данную проблему довольно
В русский
язык с давних пор вошел
термин "форсировка" (от английского
force - сила), который означает "увеличение
мощности". Стоит вспомнить, что мощность
двигателя напрямую связана со следующими
его основными параметрами:
рабочим объемом
цилиндров;
количеством подаваемой
топливо-воздушной смеси;
эффективностью
ее сжигания;
энергетической
"заряженностью" топлива.
Стоит заметить,
что есть ещё несколько вариантов
увеличения мощности - полировка впускного/выпускного
каналов, применение фильтров нулегого
сопротивления, применение прямоточной
системы выхлопа, модификация параметров
программного обеспечения (чип-тюнинг),
расточка цилиндров или переходе с бензина
на "нитру" (закись азота).
Такие решения позволяют увеличить мощность, но не существенно, разве что это не касается "нитроса". Главное решение одно - увеличение подачи топливо-воздушной смеси. Чем больше топлива сжигается в единицу времени, тем выше мощность мотора. Но бензин не горит "просто так", для этого нужен воздух (кислород) - во вполне определенных количествах. Чтобы увеличить подачу топлива, вначале придется соответствующим образом усилить подачу воздуха. Сам мотор с этой задачей не справится - его вероятности по всасыванию воздуха ограничены (даже при применении фильтров с нулевым сопротивлением). Поэтому и появились те самые "турбо", "компрессоры" и "нагнетатели". Они разные, и дают разнообразные результаты.
Для начала немного
теории:
Представим себе
такт впуска двигателя внутреннего
сгорания: мотор работает как насос,
к тому же весьма неэффективный - на
пути воздуха (горючей смеси) находится
воздушный фильтр, извилины впускных
каналов, в бензиновых моторах - еще и дроссельная
заслонка. Все это снижает наполнение
цилиндра. Что же сделать, чтобы его повысить?
Поднять давление перед впускным клапаном
- тогда горючей смеси (для дизелей - воздуха)
в цилиндре будет больше. Энергия сгорания
заряда с большим количеством топлива,
само собой, повысится; вырастет и общая
мощность двигателя.
Для этих
целей существует много
1. Роторный нагнетатель
Roots. Создан Фрэнсисом Рутсом еще
в 1860 году. Первоначально применялся
как вентилятор для проветривания промышленных
помещений. Суть : две вращающиеся в противоположных
направлениях прямозубые "шестерни",
помещенные в общий кожух (напоминает
современный маслонасос). Объемы воздуха
в пространстве между зубьями шестерен
и внутренней стенкой корпуса благополучно
доставляются от впускного коллектора
до выпускного. В 1949 году другой американский
изобретатель - Итон - усовершенствовал
конструкцию: прямозубые "шестерни"
превратились в косозубые роторы, и воздух
теперь перемещался не поперек их осей
вращения, а вдоль. Принцип работы - воздух
внутри агрегата не сжимается, а просто
перекачивается в другой объем, отсюда
и название - объемный нагнетатель, а не
компрессор.
2. Спиральный
компрессор Lysholm. Автор идеи - немецкий
инженер Кригар, время рождения - конец
позапрошлого века, первоначальное назначение
- промышленное, сейчас известен под именем
Lysholm благодаря работам шведского инженера
Алфа Лизхолма, который в конце 30-х годов
прошлого века приспособил конструкцию
для автомобильного применения. Внешне
- если не снимать кожух - очень похож на
нагнетатель Roots. Отличия внутри. Вроде
бы те же два ротора, вертящиеся навстречу
друг другу перекачивают объемы воздуха
вдоль осей, но сильно лихо закручены.
Сечения роторов намного сложнее, они
разные. Самое главное: шаг закрутки роторов
меняется по длине, и при перемещении вдоль
осей объем перекачиваемого воздуха в
каждой ячейке уменьшается - воздух сжимается.
Поэтому Lysholm - не просто нагнетатель, а
чистой воды компрессор.
3. Центробежный
компрессор (устоявшегося "фирменного"
названия не имеет). В корпусе-улитке
вращается крыльчатка сложной
формы. Воздух затягивается по
центру и отбрасывается по
периферии, при этом благодаря
действию центробежных сил
4. Турбокомпрессор,
оно же турбонагнетатель. По сути,
это тот же центробежный
Механический
нагнетатель/компрессор - роторный, спиральный
или центробежный - имеет механический
привод, который осуществляется ремнем
от коленвала двигателя (иногда через
промежуточные шкивы). Здесь главное, что
бы обороты нагнетателя/компрессора жестко
связаны с оборотами коленвала.
Нагнетатель Roots
и компрессор Lysholm
Нагнетатель
Roots, и компрессор Lysholm имеют линейные
характеристики, обороты компрессора
повышаются синхронно с оборотами коленчатого
вала, пропорционально растет подача воздуха,
и кривая крутящего момента двигателя,
практически не меняя свою форму, размеренно
перемещается вверх. У центробежного и
турбокомпрессоров характеристики нелинейные
- их производительность увеличивается
с ростом числа оборотов. Поэтому установка
того или иного агрегата по-разному меняет
характеристики (кривые мощности и крутящего
момента) двигателя.
Оба типа
компрессоров весьма
Роторы Lysholm
с их сложной формой требуют высочайшей
точности изготовления - компрессоры этого
типа появились на рынке заметно позже
других. Главные их производители - шведские
компании Lysholm и Autorotor. Известны потребителю
фирмы Kleemann, Whipple и пр. в основном поставляют
готовые комплекты на шведской основе,
разработанные для конкретных двигателей.
Комплекты включают интеркулер, систему
привода, входной коллектор, переходники
и разную мелочевку...
Механический
нагнетатель
Механические нагнетатели применялись в автомобильных двигателях еще в 30-е годы, тогда их чаще всего называли компрессорами. Сейчас этот термин обычно относят к турбокомпрессорам, о которых речь пойдет ниже. Конструкций механических нагнетателей довольно много, и интерес к ним разработчики проявляют до сих пор. На рисунках 1-4 представлены схемы некоторых устройств, принцип работы которых не требует дополнительных пояснений.
Есть конструкции и не совсем обычные. Одна их них - волновой нагнетатель Comprex (рис. 5) - принадлежит фирме Asea-Brown-Boweri. Ротор этого компрессора имеет аксиально расположенные камеры, или ячейки. При вращении ротора в ячейку поступает свежий воздух, после чего она подходит к отверстию в корпусе, через которое в нее попадают горячие отработавшие газы двигателя. При их взаимодействии с холодным воздухом образуется волна давления, фронт которой, движущийся со скоростью звука, вытесняет воздух в отверстие впускного трубопровода, к которому ячейка за это время успевает подойти. Поскольку ротор продолжает вращаться, отработавшие газы в это отверстие попасть не успевают, а выходят в следующее по ходу ротора. При этом в ячейке образуется волна разряжения, которая всасывает следующую порцию свежего воздуха и т. д.
Нагнетатель Comprex
уже опробован несколькими
Еще
одна не совсем обычная
Схематично
(рис. 6) конструкцию G-образного
При вращении вала внутренняя
спираль совершает колебательные движения
и между неподвижной (корпус) и обегающей
(вытеснитель) спиралями образуются серпообразные
полости, которые движутся к центру, перемещая
воздух от периферии и подавая его в двигатель
под небольшим давлением. Количество перемещаемого
воздуха зависит от частоты вращения коленчатого
вала двигателя.
Система
имеет сравнительно высокий (
Схема
управления механическим
Входящий
в схему охладитель наддувочного воздуха
(Intercooler) является почти непременной составной
частью всех, не только механических, систем
наддува. При сжимании воздух, как известно,
нагревается, а его плотность и, соответственно,
количество кислорода в единице объема
уменьшаются. Больше кислорода - лучше
сгорание и выше мощность. Поэтому перед
подачей в двигатель сжатый нагнетателем
воздух проходит через охладитель, где
его температура снижается.
Преимущества
спирального нагнетателя, как и большинства
компрессоров с механическим приводом:
достаточно большой крутящий момент и
повышенная мощность двигателя при низких
оборотах, быстрая, практически мгновенная
реакция на нажатие педали газа. Недостатки:
относительная сложность и нетехнологичность
конструкции, большие потери в приводе.
Турбокомпрессор/
Турбокомпрессор,
по большому счету - тот же
центробежный компрессор, но с
преимущественно иным
Вследствие
этого, кроме собственно
Сегодня
стали применять такой способ
регулирования подачи воздуха,
как изменяемый угол наклона
лопаток компрессора. Идея
Еще одна
проблема применения турбин - это
их маленький срок жизни, хотя
в последнее время удалось
значительно увеличить это
По своему
воздействию на характеристику
крутящего момента двигателя
турбокомпрессор схож с
Что иметь
отношение "битурбо" и "
Ротор турбокомпрессора
к сожалению нельзя сделать
большим! И все потому, что чем
больше диаметр турбины, тем
выше ее момент инерции. Стало
быть, даже если водитель при разгоне
порезче надавит на педаль акселератора,
быстрого ускорения все равно не получится:
нужно будет ждать, пока турбина наберет
соответствующие обороты. Следовательно,
турбину следует сделать как можно мельче
по диаметру. Но поступление воздуха зависит
от окружной скорости лопаток, которая
тем меньше, чем меньше диаметр ротора:
Остается только умножать обороты,
хотя и тут есть ограничение, на этот раз
со стороны допустимых нагрузок на материалы.
Вот и используют несколько турбин с меньшим
диаметром в параллель.
Интеркулер
Изобретатели всего мира постоянно придумывают новые устройства для повышения производительности турбокомпрессора. Например - интеркулер, он же промежуточный охладитель.
При сжатии ух нагревается, и его плотность уменьшается. Таким образом в цилиндры закачивается воздуха меньше, соответственно качество газообмена и КПД двигателя снижаются. Необходимо охладить воздух, для этого используется интеркулер. Существует два основных вида - без промежуточного теплоносителя и с промежуточным теплоносителем. В первом случае воздух, поступающий в двигатель, охлаждается набегающим потоком воздуха. Такая система реализуется с помощью медных труб большого диаметра, распологающихся перед радиатором охлаждения двигателя. Система начинает работать с 30 км/ч, и не требует сложного оборудования, но очень громоздка, и чаще всего применяется на грузовиках. Во втором случае - с помощью теплоносителя (тосол, например) по системе радиаторов и с электоприводным насосом. Эта система поддается регулированию и является самой эффективной и компактной (и сложно-дорогой). Промежуточный охладитель, или по-английски интеркулер, не только увеличивает мощность двигателя, но и снижает тепловые нагрузки, уменьшает выбросы окислов азота и расход топлива.
Эффективность
интеркулера выражается в его способности
понижать температуру входящего потока.
Если интеркулер охлаждает воздух до температуры
окружающей среды - его эффективность
составляет 100%, но чаще всего этого достигнуть
не возможно. Поэтому большинство интеркулеров
работают с эффективностью 70% - и это очень
неплохо
Ответим на
5 самых распространенных
Вспомните,
как вы ощущали себя, выполнив
несколько десятков отжиманий
или пробежав три километра
кросса. Примерно то же самое
испытывает двигатель вашей машины, когда
вы едете в гору или "летите" по шоссе.
Все больше
теперешних автомобилей
В совокупности
с растущем вниманием
Концепция
турбированных систем такова: турбина
представляет собой воздушную
помпу приводящуюся в движение
выхлопными газами. За счет этого
увеличивается давление воздушного
потока влетающего в двигатель, в следствии
чего воздушно-топливная смесь попадает
в двигатель и происходит повышение мощности.
В отдельных
автомобильных двигателях
Двигатель
при одних о тех же оборотах
может вырабатывать больше мощности
если в цилиндры будет попадать больше
воздушно-топливной смеси. Большее количество
воздушно-топливной смеси дает большее
давление в цилиндре и большую отдачу.
Это один из путей увеличения мощности
двигателя. Турбированные двигатели производят
мощности на 30-60% больше чем такой же двигатель
без турбины.
Турбонагнетатель
это воздушный компрессор, который
вбирает воздух после чего
сжимает его и вдувает его
в двигатель (см. рисунок 1 турбо-
компрессора и на нем #1). Компрессор
раскручивается до 100.000 об/ мин. с помощью
турбины (см. фото турбо-компрессора и
на нем #2). Турбина с компрессором объединены
с помощью вала (см. фото турбо- компрессора
и на нем #3). Когда турбина начинает вращаться
она вращает компрессор через вал. Турбина
вертится за счет выхлопных газов идущих
из двигателя, после чего выхлопные газы
попадают в выхлопную систему.
Как уже
сказано выше турбокомпрессор
увеличивает эффективную
1.
КАКИМ ОБРАЗОМ ТУРБОКОМПРЕССОР
УВЕЛИЧИВАЕТ МОЩНОСТЬ
ДВИГАТЕЛЯ?
Мощность, развиваемая
двигателем, напрямую зависит от
количества воздуха и смешанного с
ним топлива, которое подается в двигатель.
Чтобы увеличить мощность двигателя, следует
увеличить количество подаваемого воздуха
и топлива. Подача большего количества
топлива не даст эффекта до тех пор, пока
не появится достаточное для его сгорания
количество воздуха, в противном случае
образуется избыток несгоревшего топлива,
что приводит к перегреву двигателя, который
к тому же при этом сильно дымит.
Турбокомпрессор
умножает мощность двигателя
путем подачи в него
2.
КАК РАБОТАЕТ ТУРБОКОМПРЕССОР?
Стержневыми
частями любого
Исходящие из цилиндров
двигателя отработавшие газы передаются
на крыльчатку турбины, которая перерабатывает
их кинетическую энергию в механическую
энергию вращения (крутящий момент).
Компрессор (он представляет собой похожую
крыльчатку, установленную на другом конце
оси) затягивает свежий воздух через воздушный
фильтр, сжимает его и подает в цилиндры
двигателя. Количество топлива, которое
можно смешать с воздухом, при этом можно
увеличить, что позволяет двигателю развивать
наибольшую мощность.
Бытует также
множество других конструкций турбокомпрессоров.
3.
НА КАКИЕ ДВИГАТЕЛИ
МОЖНО УСТАНОВИТЬ
ТУРБОКОМПРЕССОР?
Турбокомпрессором
может быть оснащен любой двигатель
внутреннего сгорания: дизельный, бензиновый
или работающий на газе, имеющий жидкостное
или воздушное охлаждение. Турбокомпрессоры
применяются как на двигателях с большим
рабочим объемом (судовых, тепловозных
и стационарных), так и на двигателях грузовых
и легковых автомобилей. Идет ли речь о
двухтактном или о четырехтактном двигателе
– не имеет значение.
Сегодня практически
все крупные дизельные
В поле деятельности
автомобильного транспорта теперь практически
любой дизельный двигатель

- История создания улицы ленина
- История создания университетов Казахстана
- История создания фармацевтической промышленности
- История создания фармацевтической промышленности в странах Западной Европы до ХХ-го века
- История создания фирмы
- История создания фондовых бирж
- История создания Франкфуртской фондовой биржи
- История создания Таможенного Союза
- История создания телефона
- История создания теории атома Бора
- История создания тепловых двигателей
- История создания термодинамики
- История создания титула: «Мистер Олимпия»
- История создания Третьяковской галереи