Сравнение атмосферного и турбированного двигателя: Какой двигатель лучше: атмосферный или турбированный, сравнение показателей

No comments

Содержание

Атмосферный двигатель. Определение. Плюсы и минусы.

Что такое атмосферный двигатель

Не всем владельцам авто понятно, что значит атмосферный двигатель автомобиля. Это бензиновые моторы классической конструкции, которые нагнетают воздух из окружающего пространства при помощи поршней карбюратора. При равномерном смешивании кислорода с распыленными частицами бензина образуются топливные смеси. Они используются для сжигания в камере сгорания бензинового двигателя.

Принцип действия атмосферного двигателя:

  • Всасывание воздуха из атмосферы.
  • Смешивание с бензиновыми парами в пропорции: бензин – 1 часть, кислород – 14.
  • Подача смеси в камеру сгорания.
  • Расширение объема.
  • Давление на поршень.
  • Передача вращения на коленчатый вал.

Эффект засасывания воздушных масс возникает, благодаря созданию разряженной атмосферы в полости впускного коллектора.

Принцип работы

Основной принцип любых двигателей внутреннего сгорания заключается в воспламенении топлива в специальных камерах, благодаря чему в действие приводятся поршни, а далее и последующие узлы автомобиля.

В качестве воспламеняющейся жидкости зачастую выступает бензин разнообразных марок либо дизель, но под топливом также стоит понимать и смесь бензина либо дизеля с воздухом. Это является главным условием воспламенения в моторе, так как без достаточного количества кислорода этот процесс невозможен.
Наиболее оптимальным соотношением для успешного возгорания считается смесь 1:14 (воспламеняющаяся жидкость: воздух). Для решения этой проблемы в любом двигателе внутреннего сгорания предусмотрен специальный узел, отвечающий за смесь топлива и воздуха. В большинстве современных автомобилей за это дело «берутся» автоматические компрессоры подачи воздуха либо турбины (инжектор, карбюратор). Именно поэтому часто их и называют турбированными.
Но в «атмосферниках» всё проходит самотёком. Благодаря естественному атмосферному давлению воздух пытается заполнить любое свободное пространство, на основе чего и построен принцип атмосферного двигателя. Однако зачастую этого недостаточно для достижения воздушно-топливной смеси, поэтому в «атмосферниках» создана механическая система подачи воздуха. Поршни мотора выступают в качестве воздушного насоса, который затягивает необходимое количество воздуха в камеру сгорания. Для этого в атмосферных двигателях обустраивается специальный воздуховод, обеспечивающий бесперебойную подачу кислорода извне.
Знаете ли вы? Первые чертежи автомобиля принадлежат известному итальянскому художнику и учёному Леонардо да Винчи.
Таким образом, главное отличие турбированного двигателя от атмосферного заключается в автоматическом нагнетателе воздуха, которого в «атмосферниках» нет. Кроме того, не стоит забывать и о том, что в турбированных моторах воздушно-топливная смесь образуется принудительно (благодаря образованию повышенного давления от 1,5 до 3 атмосфер). 

Плюсы и минусы атмосферных двигателей

С появление силовых агрегатов, оснащенных турбокомпрессором, многие водители стали отдавать предпочтение турбированным транспортным средствам. Однако, существует немало автомобилистов, которые при вопросе, какой двигатель лучше атмосферный или турбированный, выбирают привычный классический вариант, основываясь на следующих преимуществах:

«Атмосферник» отличают следующие достоинства:

  • хороший ресурс;
  • надёжность в эксплуатации;
  • долговечность;
  • простота использования;
  • относительная простота проведения профилактических и ремонтных работ;
  • неприхотливость в отношении качества топлива.

О надёжности атмосферного двигателя красноречиво свидетельствуют цифры. Качественные моторы позволяют автомобилю проходить до 500 тыс. километров. В истории развития автомобилестроения известны случаи, когда мотор переставляли из устаревшей машины в новую, и он продолжал исправно работать на протяжении ещё многих лет.

Атмосферные двигатели внутреннего сгорания отличаются наиболее длительным пробегом. Известны случаи, когда машины с установленными атмосферниками, работают без капитального ремонта на протяжении пути, более 500 тысяч километров. Единственное условие – своевременный уход и регулярная замена моторного масла с фильтрами. Их детали и узлы устойчивы против износа. Надежный атмосферный мотор обладает повышенным моторесурсом, продолжает работать даже после неоднократных замен кузова автомобиля.

Благодаря безотказной работе атмосферного мотора и простоте его эксплуатации, он неприхотлив к качеству топлива и смазочных материалов. При регулярном использовании бензина пониженного качества такие двигатели, если и выходят из строя, быстрее восстанавливают свою работоспособность.

Основное требование к моторному маслу – это обеспечение необходимого уровня. Замена смазочной жидкости должна проводиться каждые 15 – 20 000 км. При выборе наиболее подходящей марки моторного масла для атмосферного двигателя рекомендуется отдавать предпочтение синтетике или полусинтетике.

Интересно: В отличие от турбонаддувного мотора, здесь можно заливать и минеральные масла, если не получилось приобрести более качественные смазочные материалы.

Конструкция «атмосферника» такова, что с его ремонтом или профилактикой может справиться не только профессионал, но и грамотный автолюбитель. Агрегат можно разобрать до последней детали и собрать обратно — конструкция позволяет сделать это без особых затрат. Нередки случаи, когда при ремонте агрегата используются «неродные» детали и комплектующие, произведённые другими производителями. Соответственно, и стоимость ремонта такого двигателя обходится дешевле.

Атмосферные двигатели внутреннего сгорания обладают некоторыми недостатками:

  • Сравнительно большой вес механизма.
  • Пониженная мощность и развиваемый крутящий момент в сравнении с мотором, оснащенным турбиной.
  • Атмосферники не рассчитаны на работу под большими нагрузками.
  • Сложности эксплуатации на большой высоте в условиях разреженного воздуха.
  • При работе атмосферного двигателя на малых оборотах не всегда всасывается достаточное количество воздуха, что отражается на стабильности работы.

Впрочем, на этом перечень «минусов» исчерпывается. Атмосферные ДВС надёжны, просты и долговечны, но при этом не созданы для больших нагрузок и высоких оборотов.

Примеры транспортных средств с мощными атмосферными двигателями

На современном авторынке представлены автомобили с атмосферниками, выпущенные под известными брендами:

  • Mercedes C 63 FMG Coupe Edition 507.
  • Chevrolet Corvette C 7 Stingray.
  • Jeep Grand Cherokee SRT.
  • Audi RS 5.
  • Audi RS 4 Avant.
  • Chevrolet Camaro.
  • Mercedes SLK 55 AMG.
  • Porsche Cayenne GTS.
  • Infiniti QX 70.
  • Lexus LS 460.
  • Mercedes-Benz OM 602.
  • OM 612.
  • OM 647.
  • BMW моторы серии М2х, М5х, М6х, N5х.

Атмосферный двигатель работает предсказуемо, что для многих автомобилистов является несомненным преимуществом. Решить для себя, какой из вариантов подойдёт больше, стоит исходя из собственных предпочтений. Если в приоритете надёжность, лёгкость в эксплуатации и обслуживании, лучше остановить свой взгляд на моторе атмосферного типа, но если на первом месте показатели динамики, то выбор очевиден. Кстати, усилиями умельцев, практикующих тюнинг, на атмосферные двигатели также устанавливаются турбины. Сделать это непросто и требует специальных навыков, но на практике вполне применимо. Поскольку устройство не лепится к мотору наобум, предполагаются расчёты скорости и объёма поступающего воздуха. Самостоятельно такие работы лучше не выполнять, потому что успешно справиться с задачей смогут только виртуозы своего дела.

Источники: drivertip.ru, auto.rambler.ru, fastmb.ru, motoran.ru.

Чем атмосферные двигатели автомобилей отличаются от турбированных? | Об автомобилях | Авто

Бензиновые двигатели могут быть разных типов. Наиболее распространены сейчас атмосферные и турбированные агрегаты.

В чем разница?

Основное отличие в способе подачи воздуха в цилиндры. В атмосферном двигателе воздух идет под действием впуска разрежения, который создается на такте — поршень просто опускается и втягивает воздух. В турбированном моторе работает принудительный наддув — в цилиндры нагнетается больше воздуха с помощью турбокомпрессора. Таким образом, при равных объемах турбированные двигатели могут быть мощнее. Как правило, турбина помогает увеличить мощность мотора и сократить выбросы вредных веществ в атмосферу. При одинаковом объеме камер сгорания турбированный двигатель выдает примерно в 1,3 раза больше лошадиных сил, чем атмосферный.

Для чего нужна турбина? Для эффективного сгорания топлива необходимо подавать в двигатель воздух. Чем его больше, тем выше температура горения. Примерно такой же эффект можно наблюдать при жарке шашлыка. Если дунуть на угли, то они раскалятся, и мясо пригорит. Чем больше задувается кислорода в мотор, тем горячее подрыв бензина. Тогда и поршень будет толкаться сильнее. И если в обычном бензиновом агрегате воздух поступает под атмосферным давлением, то в турбированном для механической накачки и используется турбина. Обычно она находится рядом с системой впуска и работает от выхлопных газов. Турбина раскручивается свыше 2000 оборотов и сжимает воздух до 1,5-2,5 атм. В специальной камере он соединяется с распыляемым бензином и дальше взрывается от искры электросвечи. КПД двигателя повышается.

Современные турбированные агрегаты ставятся на многие легковые автомобили иностранных марок. Очень распространены наддувные 1,4-литровые и 1,6-литровые немецкие моторы. Однако они имеют свои недостатки. Это снижение надежности ввиду высокой сложности системы турбонаддува. Кроме того, рекордный КПД оборачивается неожиданными последствиями зимой. Турбированные моторы долго прогреваются на морозе. На достижение рабочей температуры требуется около 15 минут, что ведет к повышенному износу механических частей.

Смотрите также:

ТУРБИРОВАННЫЙ ИЛИ АТМОСФЕРНЫЙ: КАКОЙ ДВИГАТЕЛЬ ВЫБРАТЬ

При выборе автомобиля один из главных критериев ‒ мотор. Он должен быть надежным, экономичным и достаточно мощным. Сравним наиболее популярные модели с атмосферными и турбированными двигателями.

Автомобили дорожают ‒ срок владения растет. В нашей стране первый владелец в среднем эксплуатирует машину более шести лет. Впрочем, этот срок сильно разнится: владельцы машин класса премиум по-прежнему продают их через два-три года ‒ зачастую вместе с окончанием гарантии производителя. В такой ситуации о долговечности мотора можно сильно не переживать. Особенно если вы планируете при смене машины сдать свою старую в трейд-ин.

Тем же, кто решил ездить на машине значительно дольше, приходится задумываться о надежности и ремонтопригодности автомобиля и его главного агрегата ‒ двигателя. Не секрет, что некоторые современные моторы в принципе не подлежат капремонту ‒ вышедшие из строя агрегаты меняют. При этом цена нового двигателя может составлять до половины от стоимости автомобиля. Знают об этом и те, кто ищет себе машину на вторичном рынке. Поэтому модели с проблемными моторами менее ликвидны и стоят дешевле. Обычно из-за таких мыслей рачительные владельцы с опаской смотрят на высоконагруженные турбированные моторы малого объема.

Однако у даунсайзинговых двигателей с турбонаддувом есть и несомненные преимущества. Они мощнее и эластичнее, то есть эффективно разгоняют автомобиль уже на низких оборотах. Такие моторы компактнее и легче, с ними автомобиль едет шустрее и расходует меньше топлива. Ведущие европейские автопроизводители сегодня отдают предпочтение турбированным силовым агрегатам. А это значит, что бояться таких моторов уже не стоит. И если старшее поколение водителей зачастую отдает предпочтение атмосферным двигателям, то более молодые делают выбор в пользу турбо.

Мы не станем пускаться в дальнейшее обсуждение плюсов и минусов разных типов двигателей. В этой заметке лишь предложены варианты тех и других, а выбор автомобиля и силового агрегата всегда остается за вами.

ЛЕГКОВЫЕ В-КЛАССА

Львиную долю продаж в России составляют машины В-класса. Лидеры рейтинга: Lada Granta и Vesta, KIA Rio, Volkswagen Polo, Hyundai Solaris, Renault Logan и Sandero. Практически все перечисленные модели предлагаются исключительно с атмосферными моторами объемом 1,4‒1,6 л, мотор 1,8 л доступен только для Vesta. Отдача таких двигателей обычно составляет 100‒120 л. с.

Единственное исключение ‒ модели Volkswagen и Skoda. Хотя основной объем Polo и Rapid по-прежнему продаются с атмосферными моторами 1,6 л, покупателю предлагают и турбо-версии. По сравнению с атмосферниками они мощнее (125 сил против 110), экономичнее (заявленный расход в городе на 1 л ниже) и динамичнее (9,2 против 11,8 с до 100 км/ч). Турбодвигатели идут в паре с роботизированной 7-ступенчатой трансмиссией и стоят примерно на 50 тысяч дороже, чем атмосферные моторы с АКП в схожей комплектации.

КОМПАКТНЫЕ КРОССОВЕРЫ

Десять лет назад кроссоверы стоили намного дороже обычных легковых автомобилей, однако высокий спрос на такие машины привел в этот сегмент множество новых игроков. Сегодня фактически не осталось производителей, которые бы не выпускали кроссоверы. Они появились даже у Bentley, Rolls-Royce, Lamborghini, Jaguar… Чуть ли не единственным исключением остается Ferrari, чей бывший глава Серджио Марккионе отвергал саму идею выпуска внедорожника словами: «Сначала вам придется пристрелить меня»! Однако теперь у марки новый шеф, а выпуск кроссовера уже анонсирован.

Спустимся с небес на землю: в сегмент наиболее доступных кроссоверов В-класса. Безоговорочный лидер ‒ Hyundai Creta. Следом идут Renault Duster и Kaptur. Также в списке хитов традиционно остается вездеход родом из СССР Lada 4×4 и недавно представленная LADA Niva, которая еще пока параллельно также продается под брендом Chevrolet.

Hyundai Creta предлагается с передним и полным приводом, с механикой и автоматом, с моторами 1,6 или 2 л. Для этой модели корейцы сделали ставку на проверенные временем технологии: никаких роботов и турбо ‒ только классический автомат и атмосферные двигатели. Самая динамичная Creta с двухлитровым мотором, АКП и передним приводом разгоняется до 100 км/ч за 10,7 с. Расход топлива в городском цикле ‒ 10,2 л на 100 км.

Другую стратегию выбрала марка Renault. Базовые версии модели Kaptur оснащаются прежним 1,6-литровым атмосферником, но при обновлении в 2020 году французы заменили старый двухлитровый атмосферный мотор на современный турбо объемом 1,3 л, разработанный совместно с Daimler. В паре с вариатором он делает кроссовер значительно динамичнее по сравнению с прежним атмосферником и АКП. Выигрывает Kaptur и у Creta. Переднеприводная версия разгоняется до сотни за 10,1 с, а расход бензина в городе составляет 8,9 л.

СРЕДНЕРАЗМЕРНЫЕ СЕДАНЫ

Прежние покупатели седанов С- и D-класса стали все чаще отдавать предпочтение кроссоверам. Выбор таких машин на российском рынке изрядно сократился, поэтому мы объединим их в одну группу. Да простят нас владельцы Toyota Camry, которая остается бессменным лидером сегмента уже много лет. Также в топ-25 в первом полугодии попали лифтбэк Skoda Octavia и KIA Optima. Азиатские модели делают ставку на атмосферные двигатели. Таковы все три мотора Camry и два наиболее популярных двигателя Optima. В ассортименте KIA есть и турбоседан Optima GT, развивающий 245 л. с., но кассу делают безнаддувные моторы. Схожая картина и у Mazda6, которая предлагается с двумя атмосферными и одним самым мощным и дорогим турбодвигателем.

Для сравнения возьмем базовый мотор Toyota Camry: 2 л и 150 л. с. По данным производителя, расход топлива в городе составляет 9,7 л на 100 км. У модели Skoda Octavia те же 150 сил выдает мотор TSI 1.4. Расход у него ниже более чем в полтора раза: всего 6 л. Выигрывает турбо и по динамике: 8,2 с против 11 с у Toyota. Впрочем, тут стоит учитывать разницу в массе: чешская модель на 300 км легче японской. Но и прямое сравнение одноклассников даст схожие результаты: турбомоторы экономичнее и мощнее.

СРЕДНЕРАЗМЕРНЫЕ КРОССОВЕРЫ

В одном из наиболее востребованных классов ‒ в сегменте среднеразмерных кроссоверов ‒ выбор машин с турбонаддувом значительно больше. Атмосферные дизельные двигатели исчезли в принципе. Бензиновые моторы тоже все чаще получают турбину. Такие хиты рынка, как Volkswagen Tiguan и Skoda Kodiaq ‒ поставляются только с турбомоторами разного объема и мощности. Nissan Qashqai предлагается с компактным турбо 1,2 л или атмосферным 2.0. Cугубо атмосферными остаются бензиновые Toyota RAV4, KIA Sportage, Mazda CX-5 и Nissan X-Trail.

Нижним стандартом мощности для таких машин обычно являются 150 л. с. Такие «налогововыгодные» моторы предлагают в том числе Skoda Kodiaq и Mazda CX-5. Под капотом автомобиля из группы Volkswagen ожидаемо установлен турбированный 1.4 TSI в паре с роботом. Версия с передним приводом разгоняется до 100 км/ч за 9,6 с и расходует в городе 9 л бензина. 

Не уступает чешскому кроссоверу его японский конкурент. Разгон до сотни CX-5 с двухлитровым атмосферным мотором занимает 9,9 с, а по расходу топлива Mazda показывает даже лучший результат: 8,8 л на 100 городских километров. CX-5 компактнее конкурента, но по массе эти автомобили очень близки.

ВЫСШАЯ ЛИГА

Среди наиболее дорогих автомобилей ‒ седанов и внедорожников представительского класса ‒ тоже широко используется турбонаддув. К примеру, им оснащаются все модификации Mercedes-Benz S-класса, BMW X7 или Bentley Bentayga. 

Сегодня уже никого не удивляет наличие двух турбин или двойного турбонаддува, а баварцы сумели оснастить свой трехлитровый дизель сразу тремя и даже четырьмя турбинами. Это позволяет избежать так называемой «турбоямы», когда вслед за нажатой педалью газа мотор сначала замирает, а потом выстреливает всю свою мощь. Такие двигатели могут выдать высокий крутящий момент практически на любых оборотах. 

Страстному водителю это подарит целую гамму эмоций, но, конечно, в обслуживании такие сложные силовые агрегаты недешевы.

Обычный турбомотор не требует от владельца особого внимания. Достаточно вовремя проводить техобслуживание и не экономить на качестве моторного масла. Но при прочих равных атмосферный мотор проще в обслуживании, имеет потенциально больший ресурс и менее требователен к качеству топлива и масла.

Что лучше: турбированный или атмосферный двигатель

Современная классификация двигателей внутреннего сгорания уже подразделят их на атмосферные моторы и те, что оборудованы турбонаддувом. Причем это может относиться как к бензиновым, так и к дизельным разновидностям.

Во второй половине минувшего столетия техника с турбированным силовым агрегатом начала получать все большее распространение. Однако поначалу развитие получили только дизельные установки с турбиной.

Просто карбюраторные аналоги не могли быть такими же экономичными и надежными, да и обслуживание их обходилось на порядок дороже. И лишь позже, с развитием и внедрением новых производственных технологий, стало возможным снова вернуться к вопросу турбомоторов, работающих на бензине. К тому же, ужесточились и международные экологические нормативы.

Основные различия устройства атмосферного и турбированного двигателя

В основе принципа работы любого современного ДВС лежит процесс сгорания топлива в его цилиндрах. Топливо подается не в чистом виде, а в виде рабочей смеси, состоящей из горючего и воздуха. Что турбомотор, что атмосферник устроены в этом смысле одинаково.

Для приготовления рабочей смеси используется горючее и многократно превосходящие по объему воздушные массы. Понятие «атмосферник» появилось и прижилось потому, что для создания смеси применено естественное атмосферное давление. Воздух затягивается через фильтр и систему воздуховодов благодаря работе поршней.

Отличия между различными силовыми агрегатами атмосферного (естественного) принципа действия заключаются только в том, как реализуется процесс образования смеси и его дальнейшая подача в цилиндры. Таким образом, атмосферный мотор не оснащается специальными узлами, которые отвечали бы за принудительную подачу воздушной массы.

Интересно, что схема питания атмосферного мотора основана на естественном притоке воздуха для формирования рабочей смеси. При разных режимах работы она не позволяет обеспечить соотношение 14 к 1 (количество частей воздуха на количество частей горючего). Из-за этого движок уже не способен тянуть на низких оборотах, а на высоких еще не может. Это приводит к снижению диапазона оборотов, при которых мотор способен обеспечить максимальную мощность и тяговые усилия.

Чтобы понять, что такое турбированный двигатель, необходимо понять, как он работает, и из каких состоит узлов. По сути, это тоже силовая установка, только подача воздуха в цилиндры происходит принудительным образом, за счет специального устройства. Основными частями турбокомпрессора являются вентилятор с турбиной.

Подключаются они к системе выпуска отработанных газов в машине, а дальше принимают на себя часть их энергии и воздействуют на лопасти турбины. От выхлопных газов создается давление, и они раскручивают ее, заставляя работать вентилятор компрессора. Далее под давлением закачивается большой объем воздушных масс.

Воздуха становится больше в системе и сгорает он более качественно — это значит, возрастает и мощность силовой установки. Имея меньший объем, турбомотор способен выдавать больше лошадиных сил, чем атмосферный аналог. Но система охлаждения функционирует также несколько по-иному. Функцию радиатора здесь выполняет другое приспособление, которое называется и

Какой двигатель лучше выбрать: атмосферный или турбированный

Многие автомобилисты, желая поменять автомобиль на новый, сталкиваются с вопросом, какой двигатель лучше, атмосферный или турбированный. Оба варианта имеют свои плюсы и минусы, поэтому, прежде чем сделать выбор, информацию стоит изучить и проанализировать.

Атмосферный силовой агрегат – мотор, который не нагнетен турбонагнетателем. Он функционирует на основе атмосферного давления, собственно, вследствие этого он и получил такое название. Поршни затягивают воздух через фильтры, после чего он перемешивается с топливом, создавая горючий состав, который воспламеняется.
  • Отличие атмосферного двигателя от турбированного заключается в более простой системе работы и конструкции. Ввиду этого ремонтные работы обходятся дешевле;
  • При работе не особо нагружается, а потом срок эксплуатации такого движка выше, нежели чем у турбированного;
  • Небольшой расход масла, обусловленный отсутствием компонентом, требующих смазки;
  • Движок не требует использования определённого вида масла. Сюда подойдет как минеральная смесь, так и синтетика. Но не забывайте, чем качественней этот расходный материал, тем больше шансов у движка прожить без ремонта как можно дольше. Во избежание неприятностей на масле не стоит экономить;
  • Мотор нетребователен к качеству топлива;
  • Масло менять следует каждый 15000, максимум 20 000 километров пройденного пути. Если не следить за уровнем состава, может произойти неприятная поломка;
  • Разница между атмосферным и турбированным двигателем заключается во времени прогрева. Так, первые прогреваются быстрее.


  • Заметно проигрывает турбированному решению по мощности;
  • Больший расход топлива.

Турбированный мотор впервые появился в 1905 году, а устанавливать его на легковушки начали в середине 20 века. Турбина, находящаяся внутри движка, использует выхлопные газы для создания давления, которое отправляется цилиндры для образования топлива. Из-за высокого давления в турбины попадает больше воздуха, нежели у конкурента, что позволяет повысить мощность мотора до десяти процентов.
  • Высокая мощность;
  • Экономичный расход топлива;
  • Имеет небольшую массу и вес относительно атмосферного аналога;
  • Могут иметь 2 или 3 цилиндра, что позволяет экономить топливо при сохранении высокой мощности;
  • Более экологичный, так как обеспечивает качественное сгорание топливной смеси;
  • Отличная динамика;
  • Минимальный шум при работе.

  • Требует использования качественного топлива. Дешевый бензин, который реализуется на малоизвестных заправках, приводит к быстрому износу движка;
  • Требователен и к качеству масла. Не принимает минеральные и полусинтетические составы. Для этого типа двигателя следует приобретать синтетическое масло, которое разработанного для него.
  • Небольшой ресурс мотора, достигающий 120 тыс. километров, после чего с высокой вероятностью потребуется его замена. Стоимость процедуры больно бьет по карману владельца авто;
  • Медленный прогрев при низких температурах, преобладающих в зимний период;
  • Замена масла рекомендована каждые 10 тыс. километров;
  • Водителю придется постоянно следить за состоянием фильтрующей системы. Если она засорена, это негативно скажется на работе компрессора.


Мы выяснили, чем отличается атмосферный двигатель от турбированного. Как видим, минусов и плюсов достаточно у обоих вариантов. Если выбор пал на турбину, от владельца потребуется больше внимания при уходе за ним. В обслуживании такой мотор будет стоить дороже, чем конкурент. Также не стоит забывать о специальном масле, которое стоит на 30-40% дороже, чем состав для атмосферного мотора.

Атмосферный мотор проигрывает по мощности, но является менее дорогостоящим в обслуживании и использовании.

Многие автомобилисты придерживаются мнения, что турбированный мотор менее надёжен, движок имеет сложное строение, потребляет много дорогостоящего масла, медленно прогревает авто, поэтому с ним лучше не связываться.

Какой лучше двигатель — атмосферный или турбированный? Описание, особенности, все плюсы и минусы

Сегодня существует масса типов и модификаций двигателей, и в последнее время наблюдается тенденция к увеличению мощности. Причем производители стараются сделать это без увеличения рабочего объема двигателя. С данной целью устанавливают турбину. Но стоит ли приобретать подобные автомобили либо лучше купить старый, проверенный «атмосферник»? Это весьма спорный вопрос. Чем отличается атмосферный двигатель от турбированного, рассмотрим в нашей сегодняшней статье.

Характеристика атмосферного ДВС

Он представляет собой классический двигатель внутреннего сгорания. Система питания его основана на распределенном инжекторе. Так, горючая смесь формируется из 14 частей воздуха и одной части бензина. При необходимости ЭБУ современных авто может корректировать данное значение в большую или меньшую сторону. После того как смесь попадает в цилиндр, система поджигает ее и происходит воспламенение, а далее – рабочий ход поршня. За счет этого вращается коленчатый вал, маховик и, соответственно, колеса машины.

Давление – это главное отличие атмосферного двигателя от турбированного. Давление воздуха, который поступает в двигатель, небольшое – около одной атмосферы (отсюда и столь характерное название). Никакого принудительного нагнетания здесь нет.

Плюсы атмосферного мотора

Что лучше — атмосферный двигатель или турбированный? Среди преимуществ первого мотора специалисты выделяют:

  • Высокий ресурс деталей кривошипно-шатунного механизма.
  • Простоту и дешевизну ремонта.
  • Надежность.

Ресурс

Что выбрать — атмосферный двигатель или турбированный? В среднем моторы без турбины имеют ресурс в 300, а то и более тысяч километров до капитального ремонта. А если это атмосферный дизельный мотор, то он и вовсе способен пройти миллион километров. Яркий пример тому – дизельные моторы старых 124-х «Мерседесов». Также эти двигатели проще ремонтировать, поскольку их конструкция предельно проста.

Относительно надежности атмосферных моторов, не возникает каких-либо вопросов. Такие двигатели могут хорошо чувствовать себя, даже работая на некачественном бензине. К маслу они тоже не так требовательны. Среди особых плюсов нужно отметить их ремонтопригодность. Починка обойдется очень дешево и не займет много времени.

Недостатки атмосферных моторов

Разница атмосферного и турбированного двигателя заключается в мощности. Такие моторы всегда будут развивать меньше мощности и выдавать ограниченный крутящий момент. Поэтому о динамичной езде стоит задумываться только тогда, когда рабочий объем мотора — выше 2,5 литра. Большинство авто с атмосферными моторами медленно разгоняются.

Турбированный мотор: характеристика и преимущества

Многие считают, что эти моторы были разработаны недавно. Но впервые турбированный агрегат был установлен на автомобиль еще в 50-х годах прошлого века. Принцип работы его несколько отличается от атмосферного. Так, в конструкции имеется специальный нагнетающий механизм. Это турбина. Она использует энергию выхлопных газов и таким образом нагнетает воздух во впускной коллектор.

Создается искусственное давление, которые в разы выше атмосферного. При этом возрастает мощность и крутящий момент мотора без повышения его рабочего объема. Данные показатели могут быть выше на 20-40 процентов, что, конечно же, сказывается на динамике разгона машины. Высокий крутящий момент позволяет быстрее набирать скорость. К тому же турбированный мотор издает меньше шума и более экологичный. В плане расхода топлива он практически не отличается от своих атмосферных собратьев. Такие двигатели станут отличным выбором для тех, кто хочет получить удовольствие от вождения. Совершать обгоны на таком моторе можно с полной уверенностью.

Недостатки турбированного мотора

Делая выбор между атмосферным двигателем или турбированным, стоит учитывать тот факт, что последний тип более привередлив к качеству топлива. Большинство двигателей предпочитают высокооктановый бензин. А если речь идет о турбированном дизеле, покупать топливо нужно только на проверенных заправках. Производя выбор между атмосферным двигателем или турбированным, нужно понимать, что последний мотор требует более качественных смазочных материалов. Масло должно быть дорогим и оригинальным. Менять его нужно каждые 10 тысяч километров. Это касается как бензиновых, так и дизельных турбированных двигателей. Кроме этого, внимание следует уделять и фильтру. Масляный фильтр должен быть качественным. От этого зависит ресурс и износ важных деталей двигателя.

О надежности

Какой двигатель надежнее — атмосферный или турбированный? По сравнению с первым, турбированный двигатель менее надежен. Это обусловливается более сложной конструкцией. Также нужно понимать, что все детали в таком моторе подвергаются высоким нагрузкам. Ведь при таком же объеме и конструкции данный агрегат выдает большие характеристики. Это однозначно сказывается на общем ресурсе. Следует знать, что турбированный мотор работает при повышенной температуре. Поэтому нужно чаще проверять масло и следить за состоянием всех фильтров. Малейшая проблема с ними сказывается на производительности и на расходе топлива.

К сожалению, ресурс у таких моторов будет всегда ниже. Особенно это касается бензиновых двигателей. Яркий тому пример – турбированные двигатели от концерна «Фольксваген-Ауди».

Ресурс таких моторов даже при своевременном обслуживании не превышает двухсот тысяч километров. Можно приобрести и дизельные двигатели. Они служат несколько дольше. Но турбина даст о себе знать все равно раньше. И далее владельцу придется готовиться к серьезным капиталовложениям.

Теперь о ремонте. Выполнить ремонт самого ответственного узла (турбины) не так просто. В случае если она подает характерные признаки, следует выполнить диагностику и дефектовку. Это лучше доверить квалифицированным специалистам. Сам ремонт заключается в замене картриджа турбины. Это самый популярный метод восстановления. Можно пойти и другим путем – установить уже бывшую в употреблении турбину с разборки. Хотя такой вариант опасен, ведь никто не дает гарантии, сколько она прослужит, какой ее реальный километраж и в каких условиях она эксплуатировалась. Однако все операции, связанные с ремонтом и диагностикой данного элемента, имеют свои сложности. Это отображается на итоговой стоимости. Атмосферные моторы в данном случае гораздо проще. Так как нет турбины, ремонтировать здесь нечего.

Также отметим, что эксплуатация турбированного автомобиля имеет свои особенности. Например, после агрессивной езды нельзя сразу же глушить двигатель. Нужно дать ему возможность поработать на холостых, чтобы турбина остыла.

Подводим итоги

Какой двигатель лучше — атмосферный или турбированный? Как видите, оба мотора имеют свои особенности. Но нужно сказать, что турбированный мотор будет однозначно дороже в ремонте и содержании. Он требователен к топливу и к расходным материалам. Атмосферный в данном случае проще. Но не стоит забывать, что турбированный мотор дает динамику разгона, которую не получить даже современному «атмосфернику» с непосредственным впрыском.

Однозначного ответа на вопрос о том, что лучше — турбированный или атмосферный двигатель, нет. Но практика показала, что в содержании последний мотор в три раза дешевле. Поэтому, если вам неважна динамика, а нужен простой автомобиль на повседневку, стоит рассмотреть покупку машины без турбины. Если же вы фанат скорости и хотите получать удовольствие от езды, нужно смириться с тратами и выбирать турбированный мотор. Некоторые хотят обыграть судьбу и таким образом купить более объемный, но атмосферный мотор (если такой вариант есть в линейке силовых агрегатов). В таком случае не стоит забывать о расходе топлива. Чем больше объем, тем больше бензина требуется для работы цилиндра. Поэтому иногда есть смысл купить какой-либо малолитражный, но турбированный мотор, чем прожорливый атмосферный.

Двигатель внутреннего сгорания

и газовая турбина — преимущества модульности

Wärtsilä Online Область Wärtsilä Global Глобальная контактная информация
  • Аргентина
  • Австралия
  • Азербайджан
  • Бангладеш
  • Бразилия
  • Болгария
  • Канада
  • Чили
  • Китай
  • Колумбия
  • Кипр
  • Дания
  • Доминиканская Республика
  • Эквадор
  • Эстония / Прибалтика
  • Финляндия
  • Франция
  • Германия
  • Греция
  • Венгрия
  • Индия
  • Индонезия
  • Италия
  • Япония
  • Кения / Восточная Африка
  • Корея
  • Малайзия
  • Мексика
  • Марокко
  • Нидерланды
  • Норвегия
  • Пакистан
  • Панама
  • Папуа-Новая Гвинея
  • Перу
  • Филиппины
  • Польша
  • Португалия
  • Пуэрто-Рико / Карибские острова
  • Румыния
  • Россия
  • Саудовская Аравия
  • Сенегал / Западная Африка
  • Сингапур
  • Южная Африка
  • Испания
  • Шри-Ланка
  • Швеция
  • Швейцария
  • Тайвань
  • Турция
  • ОАЭ / Ближний Восток
  • Соединенное Королевство
  • США
  • Венесуэла
  • Вьетнам
  • английский
  • Около
  • Карьера
  • Инвесторам
  • Средства массовой информации
  • Устойчивость
  • Связаться с нами
  • Дом
  • морской
    • Потребительские сегменты
      • Морское путешествие
      • Паром
        • Паромы с нулевым выбросом
      • Ловит рыбу
      • Торговец
        • Контейнеровозы
        • Газовозы
        • Танкеры
        • Балкеры
        • Грузовые суда
        • Суда РО-РО PCTC
      • Флот
      • Офшор
      • Специальные суда
      • Буксиры
      • Яхты
      • Ссылки
        • Морское путешествие
          • AIDAvita
          • AIDAvita — Техническое обслуживание турбокомпрессора
          • Карнавальная гордость
          • Гармония морей
          • Оазис морей
          • Королева Мэри II
          • Тренинг для RCCL
        • Паром
          • Балеария на СПГ
          • Балтикборг и Ботниаборг
          • BC Ferries
          • Пункт назначения Готланд
          • Экспресс 4
          • Finnlines
          • М.Ф. Фольгефонн
          • Франциско
          • Hammershus
          • MS Helgoland
          • Святой Иоанн Павел II
          • СуперСкорость 2
          • Tallink
          • Линия Викинга
          • Гибридный автомобиль Finnlines RoRo
          • Хейлз Трофи
          • Два парома Hankyu
          • Натчан Рера
          • Скоростной паром Экспресс 5
        • Ловит рыбу
        • Торговец
          • Арклоу Шиппинг
          • М.В. Арвика
          • Атлантическая Контейнерная Линия
          • Контейнеровозы VII
          • Даная К.
          • Быстрый Джеф
          • Гашем Белуга
          • Хапаг Ллойд
          • Промышленный шкипер
          • Халид Фарадж Шиппинг
          • Ла Манча
          • MSC Париж
          • MV Pontica
          • Пак Алкайд
          • Газовый журнал с соглашениями о жизненном цикле
        • Флот
          • Саад Субахи Класс
          • HSV2 Swift
        • Офшор
          • Харви залив
          • Гигант Северного моря
          • Быстрое бурение
          • Вестланд Лебедь
          • Принцесса викингов
        • Специальные суда
          • Rolldock Storm
          • UKD Marlin
        • Буксиры
        • Яхты
          • Балтийские Яхты
          • Суперяхта ЯС
    • Построить
      • Автоматизация
        • Автоматизация
          • Wärtsilä NACOS VALMATIC Platinum
          • Wärtsilä NACOS MCS Platinum
          • Wärtsilä NACOS PCS Platinum
        • Технологии измерения и контроля
          • Блок управления двигателем Wärtsilä
          • Уровень Wärtsilä Smart EP
          • Светофоры Wärtsilä
          • Уровень Wärtsilä Smart VS
          • Система дистанционного управления клапанами Wärtsilä
          • Пилотная система флота Wärtsilä
        • Контроль и мониторинг земснаряда
          • Системы контроля и мониторинга земснаряда
      • Управление балластными водами
        • Wärtsilä Aquarius EC BWMS
        • Wärtsilä Aquarius UV BWMS
      • DP и интеллектуальные датчики
        • SmartPredict
        • Джойстик Wärtsilä с контролем направления
        • Wärtsilä NACOS DP Platinum
        • Управление подруливающим устройством Wärtsilä
        • Артемида
        • CyScan
        • CyScan AS
        • Эталонный блок движения
        • РадаСкан
        • Просмотр RadaScan
        • RangeGuard
        • SceneScan
      • Двигатели и генераторные установки
        • Гибридные решения
          • Гибридный
            • Wärtsilä HY
        • Дизельные двигатели
          • Wärtsilä 14
          • Wärtsilä 20
          • Wärtsilä 26
          • Wärtsilä 31
          • Wärtsilä 32
          • Wärtsilä 46F
        • Двухтопливные двигатели
          • Wärtsilä 20DF
          • Wärtsilä 31DF
          • Wärtsilä 34DF
          • Wärtsilä 46DF
          • Wärtsilä 50DF
        • Двигатели на чистом газе
          • Wärtsilä 31SG
        • Генераторные установки
          • Wärtsilä Auxpac 20
          • Электрогенераторы Wärtsilä
        • Тихоходные двигатели RTA и RT-flex
        • Вспомогательные системы двигателей Wärtsilä
        • Снижение выбросов NOx
          • Редуктор NOx Wärtsilä (NOR)
      • Развлекательные и световые решения
        • Аудио
          • Wärtsilä Audio
        • Освещение
          • Архитектурное освещение Wärtsilä
          • Система динамического освещения Wärtsilä
        • видео
          • Wärtsilä Broadcast
          • Светодиодные экраны Wärtsilä
          • Wärtsilä Digital Signage
      • Выхлопная обработка
        • Снижение выбросов SOx
          • Конструкции скрубберных систем
      • Производство пресной воды
        • Многоступенчатые испарители мгновенного действия Wärtsilä
        • Одноступенчатые системы опреснения воды Wärtsilä
        • Горизонтальные испарители с внутренней трубкой Wärtsilä
        • Обратный осмос Wärtsilä
      • Газовые решения
        • GasBassadors
        • Системы обработки газовых грузов
          • Wärtsilä Cargo Handling для малых газовозов
          • Система обработки грузов Wärtsilä для газовозов / этиленовозов
          • Система обработки грузов Wärtsilä для газовозов с полным давлением
          • Система обработки грузов Wärtsilä для полностью рефрижераторных газовозов
          • Система обработки грузов Wärtsilä для полурефрижераторных газовозов
          • Проект судов и грузовых танков Wärtsilä
        • Система восстановления ЛОС
        • Системы инертного газа
          • Дымовой газ Wärtsilä
          • Генераторы инертного газа Wärtsilä для газовозов
          • Генераторы инертного газа Wärtsilä для танкеров
          • Системы Wärtsilä Mult-Inert ™
          • Генераторы азота Wärtsilä
          • Морские установки инертного газа Wärtsilä
        • Система подачи топливного газа
          • Блок газовых клапанов
          • LNGPac
        • Сжижение и повторное сжижение BOG
          • Установки СПГ — технология сжижения в миниатюрном масштабе
          • Заводы СПГ — технология сжижения малых объемов
          • Wärtsilä BOG Повторное ожижение
        • Регазификация СПГ Wärtsilä
        • Системы управления танками
          • Wärtsilä Whessoe Система измерения СПГ и СПГ в резервуарах
          • Гидравлическая система аварийного отключения
        • Биогазовые решения
          • Обновление биогаза
            • Инновации в модернизации биогаза
            • Биогаз процветает в Дании
            • Европе нужно больше биогаза
          • ЕГЭ Биогаз
          • Биокрафт ЛБГ
          • VEAS
          • Tekniska Verken
        • Модернизированный газовоз LFSS
        • Грузовая система СПГ для бункеровочной баржи
        • Система подачи топлива Wärtsilä LPG
      • Навигация и общение
        • Коммуникационные системы для решений связи
          • Системы связи для решения связи
            • Доступные продукты
            • Услуги по добавлению стоимости
            • Глобальное покрытие
          • Охранные системы
          • Системы безопасности
          • Информационно-развлекательная система
            • Информационно-развлекательная система Wärtsilä
        • Встроенное управление мостом
          • Wärtsilä NACOS Platinum
        • Навигация
          • Wärtsilä NACOS CONNINGPILOT Platinum
          • Wärtsilä NACOS DATAPILOT Platinum
          • Wärtsilä NACOS ECDISPILOT Platinum
          • Wärtsilä NACOS MULTIPILOT Platinum
          • Wärtsilä NACOS RADARPILOT Platinum
          • Твердотельный радар S-диапазона Wärtsilä NACOS Platinum
          • Wärtsilä NACOS TRACKPILOT Platinum
          • Wärtsilä VDR 4370
          • RS24
        • Датчики навигации
          • Wärtsilä R5 Supreme AIS
          • Wärtsilä BNWAS Platinum
          • Навигационная система Wärtsilä GNSS / (D) GNSS R5
          • Wärtsilä SATLOG SLS 4120
          • Wärtsilä SAM 4642
          • Wärtsilä SAM 4682
          • Wärtsilä SAM 4683
      • Системы питания
        • Электродвигатель
          • Электродвигательные установки
        • Распределение энергии

Infogalactic: ядро ​​планетарного знания

Турбокомпрессор с опорой на воздушную фольгу в разрезе.

A турбокомпрессор , или turbo (разговорный), от греческого «τύρβη» («след»), [1] (также от латинского «turbo» («волчок»), [2] ) представляет собой устройство принудительной индукции с приводом от турбины, которое увеличивает эффективность и выходную мощность двигателя внутреннего сгорания за счет нагнетания дополнительного воздуха в камеру сгорания. [3] [4] Это улучшение по сравнению с двигателем без наддува приводит к тому, что турбина может нагнетать больше воздуха и, соответственно, больше топлива в камеру сгорания, чем при атмосферном давлении.

Турбокомпрессоры

были первоначально известны как турбокомпрессоры , когда все устройства с принудительной индукцией были классифицированы как нагнетатели. В настоящее время термин «нагнетатель» обычно применяется только к устройствам принудительной индукции с механическим приводом. Ключевое различие между турбонагнетателем и обычным нагнетателем состоит в том, что нагнетатель приводится в действие двигателем механически, часто через ремень, соединенный с коленчатым валом, тогда как турбонагнетатель приводится в действие турбиной, приводимой в действие выхлопными газами двигателя.По сравнению с нагнетателем с механическим приводом турбокомпрессоры, как правило, более эффективны, но менее отзывчивы. Twincharger относится к двигателю с нагнетателем и турбонагнетателем.

Турбокомпрессоры обычно используются в двигателях грузовиков, автомобилей, поездов, самолетов и строительной техники. Чаще всего они используются с двигателями внутреннего сгорания с циклом Отто и дизельным циклом. Они также оказались полезными в автомобильных топливных элементах. [5]

История

Принудительная индукция датируется концом 19 века, когда Готлиб Даймлер запатентовал технологию использования шестеренчатого насоса для нагнетания воздуха в двигатель внутреннего сгорания в 1885 году. [6] Турбокомпрессор был изобретен швейцарским инженером Альфредом Бючи (1879-1959), руководителем отдела исследований дизельных двигателей в компании Gebrüder Sulzer, теперь называемой Sulzer (производитель), компании по производству двигателей в Винтертуре, [7] , который получил патент в 1905 году на использование компрессора, приводимого в движение выхлопными газами, для нагнетания воздуха в двигатель внутреннего сгорания для увеличения выходной мощности, но потребовалось еще 20 лет, чтобы идея воплотилась в жизнь. [8] [9] Во время Первой мировой войны французский инженер Огюст Рато с некоторым успехом установил турбокомпрессоры на двигатели Renault, на которых установлены различные французские истребители. [10] В 1918 году инженер General Electric Сэнфорд Александр Мосс прикрепил турбонагнетатель к авиадвигателю V12 Liberty . Двигатель был испытан на Пайкс-Пик в Колорадо на высоте 14 000 футов (4300 м), чтобы продемонстрировать, что он может устранить потери мощности, обычно возникающие в двигателях внутреннего сгорания в результате пониженного давления и плотности воздуха на большой высоте. [10] General Electric назвала систему турбонаддува. [11] В то время все устройства принудительной индукции были известны как нагнетатели.Однако в последнее время термин «нагнетатель» обычно применяется только к устройствам с принудительной индукцией с механическим приводом.

Турбокомпрессоры

были впервые использованы в серийных авиационных двигателях, таких как Napier Lioness [12] , в 1920-х годах, хотя они были менее распространены, чем центробежные нагнетатели с приводом от двигателя. Корабли и локомотивы, оснащенные дизельными двигателями с турбонаддувом, начали появляться в 20-х годах прошлого века. Турбокомпрессоры также использовались в авиации, наиболее широко применяемой в США.Во время Второй мировой войны известные примеры самолетов США с турбокомпрессорами включают B-17 Flying Fortress, B-24 Liberator, P-38 Lightning и P-47 Thunderbolt. Эта технология также использовалась в экспериментальной арматуре рядом других производителей, в частности, в различных моделях Focke-Wulf Fw 190, но потребность в передовых высокотемпературных металлах в турбине не позволила им широко использовать. [ необходима ссылка ]

Окружающая среда

Турбокомпрессоры

широко используются в легковых и коммерческих транспортных средствах, поскольку они позволяют двигателям меньшей мощности иметь улучшенную экономию топлива, меньшие выбросы, более высокую мощность и значительно более высокий крутящий момент.

Турбонаддув против наддува

Основная статья: Нагнетатель

В отличие от турбокомпрессоров, нагнетатели имеют механический привод от двигателя. [13] Ремни, цепи, валы и шестерни — это обычные методы питания нагнетателя, создающие механическую нагрузку на двигатель. [14] [15] Например, на одноступенчатом односкоростном двигателе Rolls-Royce Merlin с наддувом нагнетатель потребляет около 150 лошадиных сил (110 киловатт). Однако преимущества перевешивают затраты; для привода нагнетателя мощностью 150 л.с. (110 кВт) двигатель вырабатывает дополнительные 400 лошадиных сил, а чистый выигрыш составляет 250 л.с. (190 кВт).Здесь становится очевидным главный недостаток нагнетателя; двигатель должен выдерживать полезную выходную мощность двигателя плюс мощность для привода нагнетателя.

Еще одним недостатком некоторых нагнетателей является более низкий адиабатический КПД по сравнению с турбонагнетателями (особенно нагнетателями типа Рутса). Адиабатический КПД — это мера способности компрессора сжимать воздух без добавления к этому воздуху избыточного тепла. Даже в идеальных условиях процесс сжатия всегда приводит к повышению выходной температуры; однако более эффективные компрессоры производят меньше избыточного тепла.Нагнетатели Рутса передают воздуху значительно больше тепла, чем турбокомпрессоры. Таким образом, для данного объема и давления воздуха воздух с турбонаддувом холоднее и, как следствие, более плотный, содержит больше молекул кислорода и, следовательно, большую потенциальную мощность, чем воздух с наддувом. В практическом применении разница между ними может быть значительной, поскольку турбокомпрессоры часто производят на 15-30% больше мощности, основываясь исключительно на различиях в адиабатическом КПД (однако из-за передачи тепла от горячего выхлопа происходит значительный нагрев).

Для сравнения, турбокомпрессор не оказывает прямой механической нагрузки на двигатель, хотя турбокомпрессоры создают противодавление выхлопных газов в двигателях, увеличивая насосные потери. [13] Это более эффективно, потому что, хотя повышенное противодавление нагружает такт выхлопа поршня, большая часть энергии, приводящей в движение турбину, обеспечивается все еще расширяющимся выхлопным газом, который в противном случае был бы потрачен в виде тепла через выхлопную трубу. В отличие от наддува, основным недостатком турбонаддува является то, что называется «запаздыванием» или «временем катушки».Это время между требованием увеличения мощности (открытием дроссельной заслонки) и турбонагнетателем (-ями), обеспечивающим повышенное давление на впуске и, следовательно, повышенную мощность.

Задержка дроссельной заслонки возникает из-за того, что турбонагнетатели полагаются на повышение давления выхлопных газов для приведения в действие турбины. В системах с регулируемой мощностью, таких как автомобильные двигатели, давления выхлопных газов на холостом ходу, низких оборотах двигателя или малой дроссельной заслонке обычно недостаточно для привода турбины. Только когда двигатель достигает достаточной скорости, секция турбины начинает раскручиваться на , или вращаться достаточно быстро, чтобы создать давление на впуске выше атмосферного.

Комбинация турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов и нагнетателя с приводом от двигателя может смягчить недостатки обоих. [16] Этот метод называется двойной зарядкой.

В случае двухтактных двигателей Electro-Motive Diesel турбонагнетатель с механическим усилителем не является конкретно двойным нагнетателем, поскольку двигатель использует механическое вспомогательное средство для наддува воздуха только при более низких оборотах двигателя и запуске. Находясь выше отметки № 5, в двигателе используется настоящий турбонаддув. Это отличается от турбокомпрессора, который использует компрессорную часть турбокомпрессора только во время запуска и, поскольку двухтактные двигатели не могут всасывать естественным образом, и, в соответствии с определениями SAE, двухтактный двигатель с компрессором с механической поддержкой во время холостого хода и низкий дроссель считается безнаддувным.

Принцип действия

В поршневых двигателях без наддува всасываемые газы «проталкиваются» в двигатель за счет атмосферного давления, заполняющего объемную полость, вызванную ходом поршня вниз [17] [18] (что создает область низкого давления) аналогично нанесению жидкости шприцем. Количество фактически вдыхаемого воздуха по сравнению с теоретическим количеством, если двигатель может поддерживать атмосферное давление, называется объемным КПД. [19] Целью турбонагнетателя является повышение объемного КПД двигателя за счет увеличения плотности всасываемого газа (обычно воздуха), что позволяет увеличить мощность за цикл двигателя.

Компрессор турбокомпрессора втягивает окружающий воздух и сжимает его, прежде чем он попадет во впускной коллектор под повышенным давлением. [20] Это приводит к тому, что большая масса воздуха поступает в цилиндры на каждом такте впуска. Мощность, необходимая для вращения центробежного компрессора, зависит от кинетической энергии выхлопных газов двигателя. [21]

Турбонагнетатель также может использоваться для повышения топливной экономичности без увеличения мощности. [22] Это достигается за счет рекуперации ненужной энергии в выхлопе и подачи ее обратно во впуск двигателя. Используя эту потерянную в противном случае энергию для увеличения массы воздуха, становится легче гарантировать, что все топливо сгорит перед выпуском в начале стадии выхлопа. Повышенная температура из-за более высокого давления дает более высокий КПД Карно.

Управление турбокомпрессорами кардинально изменилось за более чем 100 лет его использования.Современные турбокомпрессоры могут использовать перепускные клапаны, продувочные клапаны и переменную геометрию, как обсуждается в следующих разделах.

Пониженная плотность всасываемого воздуха часто усугубляется потерей плотности атмосферы, наблюдаемой на больших высотах. Таким образом, турбонагнетатель естественным образом используется в авиационных двигателях. Когда самолет поднимается на большую высоту, давление окружающего воздуха быстро падает. На высоте 5486 метров (17999 футов) давление воздуха составляет половину от уровня моря, а это означает, что на этой высоте двигатель вырабатывает менее половины мощности. [23]

Повышение (или повышение) давления

В автомобилях наддув. означает величину, на которую давление во впускном коллекторе превышает атмосферное. Это представляет дополнительное давление воздуха, которое достигается по сравнению с тем, что было бы достигнуто без принудительной индукции. Уровень наддува может отображаться на манометре, обычно в барах, фунтах на квадратный дюйм или, возможно, в кПа. [23]

В авиационных двигателях турбонаддув обычно используется для поддержания давления в коллекторе по мере увеличения высоты (т.е.е. чтобы компенсировать более низкую плотность воздуха на больших высотах). Поскольку атмосферное давление снижается по мере набора высоты, мощность в двигателях без наддува падает в зависимости от высоты. Системы, в которых используется турбокомпрессор для поддержания выходной мощности двигателя на уровне моря, называются турбонормализованными системами. Как правило, турбо-нормализованная система пытается поддерживать давление в коллекторе на уровне 29,5 дюймов ртутного столба (100 кПа). [23]

Во всех турбокомпрессорах давление наддува ограничено, чтобы вся система двигателя, включая турбокомпрессор, находилась в пределах теплового и механического расчетного рабочего диапазона.Чрезмерное форсирование двигателя часто вызывает повреждение двигателя различными способами, включая предварительное зажигание, перегрев и чрезмерную нагрузку на внутреннее оборудование двигателя.

Например, чтобы избежать детонации двигателя (также известной как детонация) и связанного с этим физического повреждения двигателя, давление во впускном коллекторе не должно быть слишком высоким, поэтому давление во впускном коллекторе двигателя должно контролироваться некоторыми средствами. Открытие перепускной заслонки позволяет избыточной энергии, предназначенной для турбины, обходить ее и проходить непосредственно в выхлопную трубу, тем самым снижая давление наддува.Управлять перепускным клапаном можно либо вручную (часто встречается в самолетах), либо с помощью исполнительного механизма (в автомобилях он часто управляется блоком управления двигателем).

Отставание турбокомпрессора

Запаздывание турбокомпрессора ( запаздывание турбонагнетателя ) — это время, необходимое для изменения выходной мощности в ответ на изменение дроссельной заслонки, заметное как колебание или замедление реакции дроссельной заслонки при ускорении по сравнению с двигателем без наддува. Это связано с тем, что выхлопной системе и турбонагнетателю требуется время для создания необходимого наддува.Инерция, трение и нагрузка на компрессор являются основными факторами задержки турбокомпрессора. Нагнетатели не страдают от этой проблемы, потому что турбина устранена из-за того, что компрессор напрямую приводится в действие двигателем.

Турбокомпрессоры можно разделить на те, которые требуют изменения выходной мощности (например, автомобильные), и те, которые этого не делают (например, морские, авиационные, коммерческие автомобильные, промышленные, двигатели-генераторы и локомотивы). Хотя запаздывание турбокомпрессора важно в разной степени, оно наиболее проблематично в приложениях, требующих быстрых изменений выходной мощности.Конструкции двигателей сокращают отставание несколькими способами:

  • Снижение инерции вращения турбокомпрессора за счет использования деталей с меньшим радиусом, керамических и других более легких материалов
  • Изменение соотношения сторон турбины
  • Повышение давления воздуха на верхней палубе (нагнетание компрессора) и улучшение реакции перепускной заслонки
  • Снижение потерь на трение в подшипниках, например , используя подшипник из фольги, а не обычный масляный подшипник
  • Использование турбонагнетателей с регулируемым соплом или турбокомпрессоров с двойной спиралью
  • Уменьшение объема трубопровода верхнего этажа
  • Использование нескольких турбонагнетателей последовательно или параллельно
  • Использование антилаговой системы
  • Использование золотникового клапана турбокомпрессора для увеличения скорости потока отработавших газов к турбине (двойной спирали)

Порог повышения

Пороговое значение наддува системы турбонагнетателя является нижней границей области, в которой работает компрессор.Ниже определенного расхода компрессор дает незначительный наддув. Это ограничивает наддув при определенных оборотах, независимо от давления выхлопных газов. Новые разработки турбокомпрессоров и двигателей неуклонно снижают пороги наддува.

Электроусиление («E-boosting») — это новая разрабатываемая технология. Он использует электродвигатель, чтобы довести турбокомпрессор до рабочей скорости быстрее, чем это возможно при использовании имеющихся выхлопных газов. [24] Альтернативой электронному наддуву является полное разделение турбины и компрессора на турбогенератор и электрический компрессор, как в гибридном турбокомпрессоре.Это делает скорость компрессора независимой от скорости турбины. В 1981 году аналогичная система, в которой использовалась система гидравлического привода и сцепление с превышением скорости, ускорила турбонагнетатель канадского Pioneer MV (двигатель Doxford 76J4CR). [ необходима ссылка ]

Турбокомпрессоры начинают работать наддува только тогда, когда в выхлопных газах присутствует определенное количество кинетической энергии. Без соответствующего потока выхлопных газов для вращения лопаток турбины турбонагнетатель не может создавать необходимую силу, необходимую для сжатия воздуха, поступающего в двигатель.Порог наддува определяется рабочим объемом двигателя, оборотами двигателя, открытием дроссельной заслонки и размером турбокомпрессора. Рабочая скорость (об / мин), при которой имеется достаточный импульс выхлопных газов для сжатия воздуха, поступающего в двигатель, называется «порогом наддува». Уменьшение «порога наддува» может улучшить реакцию дроссельной заслонки.

Ключевые компоненты

Турбокомпрессор состоит из трех основных компонентов:

  1. Турбина, которая почти всегда представляет собой турбину с радиальным впуском (но почти всегда является одноступенчатой ​​турбиной с осевым притоком в больших дизельных двигателях)
  2. Компрессор, почти всегда центробежный компрессор
  3. Узел вращения центрального корпуса / ступицы

Во многих турбокомпрессорных установках используются дополнительные технологии, такие как перепускные клапаны, промежуточные и продувочные клапаны.

Турбина

Энергия, выделяемая для работы турбины, преобразуется из энтальпии и кинетической энергии газа. Корпуса турбины направляют поток газа через турбину, когда она вращается со скоростью до 250 000 об / мин. [25] [26] Размер и форма могут определять некоторые рабочие характеристики турбокомпрессора в целом. Часто один и тот же базовый узел турбонагнетателя доступен от производителя с несколькими вариантами корпуса для турбины, а иногда и с крышкой компрессора.Это позволяет адаптировать баланс между производительностью, откликом и эффективностью для конкретного приложения.

Размеры турбины и крыльчатки также определяют количество воздуха или выхлопных газов, которые могут проходить через систему, и относительную эффективность, с которой они работают. Как правило, чем больше рабочее колесо турбины и колесо компрессора, тем больше пропускная способность. Размеры и форма могут отличаться, а также кривизна и количество лопастей на колесах.

Слева патрубок для слива масла из латуни.Справа — трубопровод подачи масла в оплетке и соединения трубопровода охлаждающей жидкости. Сторона крыльчатки компрессора со снятой крышкой. Боковой корпус турбины снят.

Производительность турбокомпрессора напрямую зависит от его размера. [27] Большие турбокомпрессоры требуют больше тепла и давления для раскрутки турбины, создавая задержку на низкой скорости. Небольшие турбокомпрессоры вращаются быстро, но могут не иметь такой же производительности при высоком ускорении. [28] [29] Для эффективного сочетания преимуществ больших и малых колес используются усовершенствованные схемы, такие как сдвоенные турбокомпрессоры, турбокомпрессоры с двумя спиральными компрессорами или турбокомпрессоры с изменяемой геометрией.

Твин-турбо

Twin-turbo или bi-turbo Конструкции имеют два отдельных турбокомпрессора, работающих либо последовательно, либо параллельно. [30] [31] В параллельной конфигурации на оба турбонагнетателя подается половина выхлопных газов двигателя.При последовательной настройке один турбонагнетатель работает на низких оборотах, а второй включается при заданных оборотах двигателя или нагрузке. [31] Последовательные турбокомпрессоры дополнительно уменьшают турбо-лаг, но требуют сложного набора труб для правильного питания обоих турбокомпрессоров. [30]

Двухступенчатые регулируемые твин-турбины используют небольшой турбонагнетатель на низких скоростях и большой — на высоких. Они соединены последовательно, так что давление наддува от одного турбонагнетателя умножается на другой, отсюда и название «двухступенчатый».«Распределение выхлопных газов является бесступенчатым, поэтому переход от небольшого турбокомпрессора к большому можно осуществлять постепенно. [32] Двойные турбокомпрессоры в основном используются в дизельных двигателях. [31] Например, в Opel bi-turbo Diesel, только турбокомпрессор меньшего размера работает на низкой скорости, обеспечивая высокий крутящий момент при 1500–1700 об / мин. Оба турбокомпрессора работают вместе в среднем диапазоне, причем больший из них предварительно сжимает воздух, а меньший — в дальнейшем.Перепускной клапан регулирует поток выхлопных газов к каждому турбонагнетателю. На более высоких оборотах (от 2500 до 3000 об / мин) работает только более мощный турбокомпрессор. [33]

Турбонагнетатели меньшего размера имеют меньшую турбо-задержку, чем более крупные, поэтому часто используются два небольших турбокомпрессора вместо одного большого. Эта конфигурация популярна в двигателях объемом более 2500 куб. См, а также в V-образных или оппозитных двигателях. [30]

Twin-scroll

Twin-scroll или разделенные турбокомпрессоры имеют два впускных отверстия для выхлопных газов и две форсунки: меньшее, более остроугольное, для быстрого реагирования, и большее, менее угловое, для максимальной производительности.

Благодаря высокопроизводительной установке фаз газораспределения, выпускные клапаны в разных цилиндрах могут быть открыты одновременно, перекрываясь в конце рабочего хода в одном цилиндре и в конце такта выпуска в другом. В конструкциях с двойной спиралью выпускной коллектор физически разделяет каналы для цилиндров, которые могут мешать друг другу, так что пульсирующие выхлопные газы проходят по отдельным спиралям (спиралям). При общем порядке зажигания 1-3-4-2, две спирали разной длины парные цилиндры 1-4 и 3-2.Это позволяет двигателю эффективно использовать методы очистки выхлопных газов, которые снижают температуру выхлопных газов и выбросы NOx, повышают эффективность турбины и сокращают турбо-лаг, очевидный при низких оборотах двигателя. [34]

  • Вырезка из турбокомпрессора Twin-Scroll с двумя форсунками под разными углами

  • Вырезка выхлопа и турбины сдвоенной спирали; хорошо видны двойные спиральные цилиндры 1, 4 и 2, 3

Изменяемая геометрия
Основная статья: Турбонагнетатель с изменяемой геометрией

Турбокомпрессоры или с изменяемой геометрией и регулируемым соплом используют подвижные лопатки для регулирования потока воздуха в турбину, имитируя турбокомпрессор оптимального размера на всей кривой мощности. [27] [28] Лопатки расположены прямо перед турбиной, как набор слегка перекрывающих друг друга стенок. Их угол регулируется исполнительным механизмом для блокировки или увеличения потока воздуха к турбине. [28] [29] Эта изменчивость поддерживает сравнимую скорость выхлопа и противодавление во всем диапазоне оборотов двигателя. В результате турбокомпрессор повышает топливную экономичность без заметного отставания турбокомпрессора. [27]

Турбокомпрессор Garrett с изменяемой геометрией на двигателе DV6TED4

Компрессор

Компрессор увеличивает массу всасываемого воздуха, поступающего в камеру сгорания.Компрессор состоит из рабочего колеса, диффузора и спирального корпуса.

Основная статья: Центробежный компрессор

Рабочий диапазон компрессора описывается «картой компрессора».

Основная статья: Карта компрессора

Кожух с отверстиями

Диапазон расхода компрессора турбонагнетателя может быть увеличен путем выпуска воздуха из кольца отверстий или круглой канавки вокруг компрессора в точке немного ниже по потоку от входа компрессора (но гораздо ближе ко входу, чем к выходу).

Кожух с отверстиями — это повышение производительности, которое позволяет компрессору работать при значительно более низких расходах. Это достигается за счет непрерывного моделирования остановки рабочего колеса. Возможность выхода воздуха в этом месте предотвращает возникновение помпажа и расширяет рабочий диапазон. Хотя пиковая эффективность может снизиться, высокая эффективность может быть достигнута в более широком диапазоне частот вращения двигателя. Повышение эффективности компрессора приводит к несколько более холодному (более плотному) всасываемому воздуху, что увеличивает мощность.Это пассивная конструкция, которая постоянно открыта (в отличие от выпускных клапанов компрессора, которые управляются механически или электронно). Способность компрессора обеспечивать высокий наддув при низких оборотах также может быть незначительно увеличена (поскольку в условиях дроссельной заслонки компрессор втягивает воздух внутрь через канал отвода). Кожухи с отверстиями используются многими производителями турбокомпрессоров.

Центральный корпус / вращающийся узел ступицы

Узел вращения центральной ступицы (CHRA) содержит вал, соединяющий крыльчатку компрессора и турбину.Он также должен содержать систему подшипников для подвески вала, позволяющую ему вращаться с очень высокой скоростью с минимальным трением. Например, в автомобилях CHRA обычно использует упорный подшипник или шарикоподшипник, смазываемый постоянным подачей моторного масла под давлением. CHRA также можно рассматривать как «охлаждаемый водой», поскольку он имеет точки входа и выхода охлаждающей жидкости двигателя. В моделях с водяным охлаждением охлаждающая жидкость двигателя используется для охлаждения смазочного масла, что предотвращает возможное закоксовывание масла (дестилляция моторного масла) из-за сильного нагрева турбины.Разработка подшипников с воздушной фольгой устранила этот риск.

Шариковые подшипники, предназначенные для поддержки высоких скоростей и температур, иногда используются вместо подшипников для жидкости для поддержки вала турбины. Это помогает турбонагнетателю ускоряться быстрее и снижает турбо-лаг. [35] В некоторых турбокомпрессорах с регулируемым соплом используется поворотный электрический привод, в котором для открытия и закрытия лопаток используется прямой шаговый двигатель, а не пневматические регуляторы, которые работают на основе давления воздуха. [36]

Дополнительные технологии, обычно используемые в турбокомпрессорных установках

Промежуточное охлаждение

Иллюстрация расположения промежуточного охладителя.

Когда давление всасываемого воздуха в двигатель увеличивается, его температура также увеличивается. Кроме того, поглощение тепла горячими выхлопными газами, вращающими турбину, также нагревает всасываемый воздух. Чем теплее всасываемый воздух, тем менее плотен и меньше кислорода доступно для сгорания, что снижает объемный КПД.Повышенная температура всасываемого воздуха не только снижает эффективность, но и приводит к детонации или детонации двигателя, что разрушительно для двигателей.

Турбокомпрессоры часто используют промежуточный охладитель (также известный как охладитель наддувочного воздуха) для охлаждения всасываемого воздуха. Интеркулеры часто бывают [ когда? ] испытан на герметичность во время планового обслуживания, особенно в грузовиках, где протекающий интеркулер может привести к 20% снижению экономии топлива. [ необходима ссылка ]

(Обратите внимание, что промежуточный охладитель — правильный термин для воздухоохладителя между последовательными ступенями наддува, тогда как охладитель наддувочного воздуха — правильный термин для воздушного охладителя между ступенью (ступенями) наддува и устройством, которое потребляет нагнетаемый воздух .)

Впрыск воды

Основная статья: Впрыск воды (двигатели)

Альтернативой промежуточному охлаждению является впрыск воды во всасываемый воздух для снижения температуры. Этот метод используется в автомобилях и самолетах. [ необходима ссылка ]

Соотношение топливовоздушной смеси

Основная статья: соотношение воздух-топливо

Помимо использования промежуточных охладителей, обычной практикой является добавление дополнительного топлива во всасываемый воздух (известный как «работа двигателя на обогащенной смеси») исключительно с целью охлаждения.Количество дополнительного топлива варьируется, но обычно снижает соотношение воздух-топливо до 11–13 вместо стехиометрического 14,7 (в бензиновых двигателях). Дополнительное топливо не сгорает (поскольку кислорода недостаточно для завершения химической реакции), вместо этого оно претерпевает фазовый переход от распыленного (жидкого) к газообразному. Этот фазовый переход поглощает тепло, а добавленная масса дополнительного топлива снижает среднюю тепловую энергию заряда и выхлопных газов. Даже когда используется каталитический нейтрализатор, использование богатой смеси увеличивает выбросы выхлопных газов.

Wastegate

Перепускная заслонка регулирует поток выхлопных газов, который поступает в приводную турбину на стороне выпуска, а, следовательно, воздухозаборник в коллектор и степень наддува. Этим можно управлять с помощью диафрагмы точки крепления вакуумного шланга, поддерживаемой давлением наддува (для вакуума и положительного давления для возврата обычно загрязненных маслом отходов в систему выпуска отработавших газов), чтобы заставить подпружиненную диафрагму оставаться закрытой до тех пор, пока точка перегрузки не будет определена ЭБУ или соленоид, управляемый электронным блоком управления двигателем или регулятором наддува, но в большинстве серийных автомобилей используется подпружиненная диафрагма с одной точкой крепления вакуумного шланга, которую можно открыть самостоятельно, что ограничивает возможность избыточного наддува из-за того, что давление выхлопных газов открывается вестгейт. [ необходима ссылка ]

Антипомпажные / сбросные / продувочные клапаны

Основная статья: продувочный клапан Антипомпажный клапан рециркуляционного типа

Двигатели с турбонаддувом, работающие при полностью открытой дроссельной заслонке и высоких оборотах, требуют большого объема воздуха для прохождения между турбонагнетателем и впускным отверстием двигателя. Когда дроссельная заслонка закрыта, сжатый воздух поступает к дроссельной заслонке без выхода (т.е. воздуху некуда идти).

В этой ситуации помпаж может поднять давление воздуха до уровня, который может вызвать повреждение.Это связано с тем, что, если давление поднимается достаточно высоко, происходит остановка компрессора — накопленный сжатый воздух возвращается назад через рабочее колесо и выходит из впускного отверстия. Обратный поток через турбокомпрессор заставляет вал турбины снижать скорость быстрее, чем это было бы естественно, что может привести к повреждению турбокомпрессора.

Чтобы этого не произошло, между турбонагнетателем и впуском установлен клапан, который сбрасывает избыточное давление воздуха. Они известны как антипомпажные, переключающие, байпасные, турбонаддувные, продувочные клапаны (BOV) или сбросные клапаны.Это предохранительный клапан, который обычно управляется вакуумом из впускного коллектора.

Основное назначение этого клапана — поддерживать вращение турбокомпрессора на высокой скорости. Воздух обычно рециркулирует обратно во входное отверстие турбокомпрессора (переключающий или байпасный клапаны), но может также выбрасываться в атмосферу (продувочный клапан). Рециркуляция обратно во впускной патрубок турбонагнетателя требуется на двигателе, который использует систему впрыска топлива с массовым расходом воздуха, поскольку сброс избыточного количества воздуха за борт после датчика массового расхода воздуха вызывает чрезмерно богатую топливную смесь — поскольку датчик массового расхода воздуха уже учел лишний воздух, который больше не используется.Клапаны, которые рециркулируют воздух, также сокращают время, необходимое для повторного запуска турбонагнетателя после резкого замедления двигателя, поскольку нагрузка на турбонагнетатель, когда клапан активен, намного ниже, чем при выходе воздушного заряда в атмосферу.

Свободное плавание

В 100-литровом двигателе этой горнодобывающей машины Caterpillar установлен свободно плавающий турбонагнетатель.

Свободно плавающий турбокомпрессор — это самый простой тип турбокомпрессора. [37] Эта конфигурация не имеет перепускного клапана и не может контролировать собственные уровни наддува. [37] [38] Обычно они предназначены для достижения максимального наддува при полностью открытой дроссельной заслонке. Свободно плавающие турбокомпрессоры вырабатывают больше мощности, потому что они имеют меньшее противодавление, но не могут использоваться в высокопроизводительных приложениях без внешнего перепускного клапана. [37] [38]

Приложения

Автомобили с бензиновым двигателем

Основная статья: Бензиновые двигатели с турбонаддувом

Первым легковым автомобилем с турбонаддувом была опция Oldsmobile Jetfire на модели F85 / Cutlass 1962-1963 годов, в которой использовался турбокомпрессор, установленный на 215 куб. Дюймов (3.52 л) полностью алюминиевый V8. Также в 1962 году Chevrolet представила специальную серию Corvairs с турбонаддувом, первоначально называвшуюся Monza Spyder (1962-1964), а затем переименованную в Corsa (1965-1966), которая устанавливала турбокомпрессор на свой плоский шестицилиндровый двигатель с воздушным охлаждением. Эта модель сделала турбонагнетатель популяризованным в Северной Америке и подготовила почву для более поздних моделей с турбонаддувом от Porsche на 911/930 1975 года выпуска, Saab на Saab 99 Turbo 1978-1984 годов и очень популярного Buick Regal / T Type 1978-1987 годов. / Гранд Националь.Сегодня турбонаддув распространен как на дизельных, так и на бензиновых автомобилях. Турбонаддув может увеличить выходную мощность для заданной мощности [39] или повысить топливную экономичность за счет использования двигателя меньшего объема. «Двигатель 2011 года» — это двигатель, который используется в Fiat 500, оснащенном турбонагнетателем MHI. Этот двигатель похудел на 10%, что позволило сэкономить до 30% топлива при такой же мощности (105), что и двигатель 1,4 л.

Автомобили с дизельным двигателем

Основная статья: Турбо-дизель

Первым серийным легковым автомобилем с дизельным двигателем с турбонаддувом стал автомобиль Garrett с турбонаддувом [40] Mercedes 300SD, представленный в 1978 году. [41] [42] Сегодня большинство автомобильных дизелей оснащено турбонаддувом, поскольку использование турбонаддува повысило эффективность, управляемость и производительность дизельных двигателей, [41] [42] значительно увеличивают их популярность. Audi R10 с дизельным двигателем даже выигрывал 24-часовую гонку в Ле-Мане в 2006, 2007 и 2008 годах.

Мотоциклы

Основная статья: Принудительная индукция в мотоциклах

Первым примером мотоцикла с турбонаддувом является Kawasaki Z1R TC 1978 года выпуска. [43] В начале 1980-х годов несколько японских компаний производили высокоэффективные мотоциклы с турбонаддувом, такие как CX500 Turbo от Honda — поперечно установленный V-образный двухцилиндровый двигатель с жидкостным охлаждением, также доступный в форме без наддува. С тех пор было выпущено несколько мотоциклов с турбонаддувом. Частично это связано с обилием доступных безнаддувных двигателей с большим рабочим объемом, которые предлагают преимущества по крутящему моменту и мощности по сравнению с двигателем меньшего объема с турбонагнетателем, но возвращают более линейные характеристики мощности.Голландский производитель мотоциклов EVA создает небольшую серию дизельных мотоциклов с турбонаддувом и двигателем Smart CDI объемом 800 куб.

Грузовые автомобили

Первый дизельный грузовик с турбонаддувом был произведен на заводе Schweizer Maschinenfabrik Saurer (Swiss Machine Works Saurer) в 1938 году. [44]

Самолет

Естественное использование турбонагнетателя — и самое раннее известное его использование в любых двигателях внутреннего сгорания, начиная с экспериментальных установок в 1920-х годах — это авиационные двигатели.Когда самолет поднимается на большую высоту, давление окружающего воздуха быстро падает. На высоте 5486 м (18 000 футов) давление воздуха в воздухе составляет половину от уровня моря, а аэродинамическое сопротивление планера составляет лишь половину. Однако, поскольку заряд в цилиндрах выталкивается этим давлением воздуха, двигатель обычно производит только половину мощности при полном открытии дроссельной заслонки на этой высоте. Пилоты хотели бы воспользоваться преимуществом низкого лобового сопротивления на больших высотах, чтобы лететь быстрее, но безнаддувный двигатель не производит достаточной мощности на той же высоте для этого.

Приведенная ниже таблица используется для демонстрации широкого диапазона испытанных условий. Как видно из приведенной ниже таблицы, существует значительная возможность для принудительной индукции, чтобы компенсировать среду с более низкой плотностью.

Турбонагнетатель решает эту проблему, сжимая воздух обратно до давления на уровне моря или даже выше, чтобы обеспечить номинальную мощность на большой высоте.Поскольку размер турбокомпрессора выбирается для создания заданного давления на большой высоте, турбокомпрессор имеет большие размеры для малой высоты. Скорость турбокомпрессора регулируется перепускным клапаном. В ранних системах использовался фиксированный перепускной клапан, в результате чего турбокомпрессор работал как нагнетатель. В более поздних системах использовался регулируемый вестгейт, управляемый либо вручную пилотом, либо с помощью автоматической гидравлической или электрической системы. Когда самолет находится на малой высоте, перепускная заслонка обычно полностью открыта, и все выхлопные газы выводятся за борт.Когда самолет набирает высоту и плотность воздуха падает, перепускная заслонка должна постоянно закрываться небольшими приращениями, чтобы поддерживать полную мощность. Высота, на которой перепускная заслонка полностью закрывается, а двигатель по-прежнему работает на полную мощность, составляет критическую высоту . Когда самолет набирает высоту выше критической, выходная мощность двигателя уменьшается с увеличением высоты, как и в случае безнаддувного двигателя.

На более старых самолетах с наддувом пилот должен постоянно регулировать дроссельную заслонку, чтобы поддерживать необходимое давление в коллекторе во время подъема или снижения.Пилот также должен позаботиться о том, чтобы не допустить чрезмерного разгона двигателя и повреждения. Напротив, современные системы турбонагнетателей используют автоматический перепускной клапан, который регулирует давление в коллекторе в пределах параметров, установленных производителем. Для этих систем, пока система управления работает должным образом, а команды управления пилотом плавные и продуманные, турбонагнетатель не может чрезмерно форсировать двигатель и повредить его.

Тем не менее, в большинстве двигателей Второй мировой войны использовались нагнетатели, поскольку они сохраняли три значительных производственных преимущества по сравнению с турбокомпрессорами, которые были больше, включали дополнительные трубопроводы и требовали экзотических высокотемпературных материалов в турбине и предтурбинной части выхлопной системы.Один только размер трубопровода — серьезная проблема; Американские истребители Vought F4U и Republic P-47 использовали один и тот же двигатель, но его огромный бочкообразный фюзеляж был отчасти необходим для крепления трубопроводов к турбонагнетателю и от него в задней части самолета. Поршневые двигатели с турбонаддувом также подлежат многим из тех же эксплуатационных ограничений, что и газотурбинные двигатели. Пилоты должны плавно и медленно регулировать дроссель, чтобы избежать превышения целевого давления в коллекторе. Топливно-воздушная смесь часто должна быть отрегулирована на стороне богатой смеси, необходимой для стехиометрического сгорания, чтобы избежать преждевременного зажигания или детонации в двигателе при работе с высокими настройками мощности.В системах с ручным управлением перепускным клапаном пилот должен быть осторожен, чтобы не превысить максимальные обороты турбокомпрессора. Дополнительные системы и трубопроводы увеличивают размер, вес, сложность и стоимость авиационного двигателя. Авиационный двигатель с турбонаддувом стоит дороже в обслуживании, чем сопоставимый безнаддувный двигатель. Подавляющее большинство американских тяжелых бомбардировщиков времен Второй мировой войны, используемых ВВС США, в частности, Wright R-1820 Cyclone-9 с двигателем B-17 Flying Fortress и Pratt & Whitney R-1830 Twin Wasp с двигателем Consolidated B-24 Liberator с четырьмя двигателями. Оба бомбардировщика с двигателями использовали аналогичные модели турбокомпрессоров, разработанных General Electric, [45] , как и американский тяжелый истребитель Lockheed P-38 Lightning с двумя двигателями Allison V-1710 в годы войны.

Следует отметить, что все вышеперечисленные авиационные двигатели времен Второй мировой войны имели нагнетатели с механическим приводом, а турбокомпрессоры (с промежуточными охладителями) были добавлены для достижения желаемых высотных характеристик.

Сегодня большинство самолетов общего назначения с поршневыми двигателями являются безнаддувными. [ необходима ссылка ] Современные авиационные поршневые двигатели, предназначенные для работы на больших высотах, обычно включают в себя турбонагнетатель (либо высокого давления, либо турбокомпрессор), а не нагнетатель. [ необходима ссылка ] Изменение мышления во многом связано с экономикой. Когда-то авиационный бензин был в изобилии и дешев, в пользу простого, но прожорливого нагнетателя. Поскольку стоимость топлива увеличилась, нагнетатель пришел в негодность.

Летательные аппараты с турбонаддувом часто имеют диапазон характеристик между самолетами с поршневым двигателем без наддува и самолетами с турбинным двигателем. Несмотря на отрицательные моменты, самолеты с турбонаддувом летают выше для большей эффективности.Крейсерский полет также дает больше времени для оценки проблем перед вынужденной посадкой.

Однако, когда самолет с турбонаддувом набирает высоту, пилот (или автоматизированная система) может закрыть перепускную заслонку, пропуская больше выхлопных газов через турбину турбонагнетателя, тем самым поддерживая давление в коллекторе во время набора высоты, по крайней мере, до тех пор, пока не будет достигнута критическая высота давления (когда вестгейт полностью закрыт), после чего давление в коллекторе падает. С такими системами современные высокопроизводительные самолеты с поршневыми двигателями могут летать на высоте до 25 000 футов (выше которой требуется сертификация RVSM), где низкая плотность воздуха приводит к снижению лобового сопротивления и большей истинной скорости полета.Это позволяет летать «над погодой». В системах перепускных клапанов с ручным управлением пилот должен позаботиться о том, чтобы не перегрузить двигатель, что приведет к детонации и повреждению двигателя.

Морские и наземные дизельные турбокомпрессоры

Шестицилиндровый морской дизельный двигатель среднего размера с турбонаддувом и выхлопом на переднем плане.

Турбонаддув, который обычно используется в дизельных двигателях автомобилей, грузовиков, тракторов и лодок, также распространен в тяжелой технике, такой как локомотивы, корабли и вспомогательные источники энергии.

  • Турбонаддув может значительно улучшить удельную мощность двигателя и отношение мощности к весу, рабочие характеристики, которые обычно плохи в дизельных двигателях без турбонаддува.
  • Дизельные двигатели не имеют детонации, поскольку дизельное топливо впрыскивается в конце такта сжатия или ближе к нему и воспламеняется исключительно за счет тепла сжатия наддувочного воздуха. Из-за этого в дизельных двигателях может использоваться гораздо более высокое давление наддува, чем в двигателях с искровым зажиганием, что ограничивается только способностью двигателя выдерживать дополнительное тепло и давление.

Турбокомпрессоры также используются в некоторых двухтактных дизельных двигателях, которые обычно требуют нагнетателя Рутса для аспирации. В этом конкретном применении, в основном в двигателях с электродвигателем (EMD) серий 567, 645 и 710, турбокомпрессор первоначально приводится в движение коленчатым валом двигателя через зубчатую передачу и обгонную муфту, тем самым обеспечивая всасывание для сгорания. После достижения сгорания и после того, как выхлопные газы достигли достаточной тепловой энергии, обгонная муфта автоматически выключается, и после этого турбокомпрессор приводится в действие исключительно выхлопными газами.В приложении EMD турбонагнетатель действует как компрессор для нормального всасывания во время запуска и настройки выходной мощности малой мощности и используется для настоящего турбонаддува при настройках выходной мощности средней и высокой мощности. Это особенно полезно на больших высотах, которые часто встречаются на западных железных дорогах США. Турбонагнетатель может на мгновение вернуться в режим компрессора во время выполнения команд для значительного увеличения мощности двигателя.

Бизнес и усыновление

Garrett (ныне Honeywell), Borg Warner и

Повышение производительности двигателей с турбонаддувом с использованием турбонагнетателя PTP

Аннотация

Усилия в области исследований и разработок современных транспортных средств сосредоточены на повышении общей эффективности.Двигатель по-прежнему имеет потенциал для повышения производительности, что подразумевает не только чистую эффективность, но и выходную мощность, зависящую от размера и веса двигателя. Турбокомпрессоры — ключевая технология. Однако значительное количество выхлопной энергии теряется через корпус турбины и, таким образом, не может использоваться для увеличения всасываемого воздуха. Однако, если определенная часть потерянного тепла может быть сохранена, процесс в турбине может быть смещен в сторону адиабатического расширения, что, в теории, является идеальным случаем.Программа исследования двигателей Техасского университета в Остине провела сравнительные испытания турбо-одеяла PTP. Базовым двигателем был дизельный двигатель Cummins 6.7 с турбонаддувом, подключенный к динамометру Superflow SF-901. Был получен ряд точек установившегося состояния, а также три сценария мгновенного включения нагрузки (переходные процессы жесткого ускорения) для проверки изменений в переходной характеристике из-за турбо бланкета. В дополнение к семи термопарам, которые мы установили вокруг турбины, мы использовали открытое программное обеспечение ECU для регистрации набора из примерно 30 параметров двигателя.Записанные данные сначала были проанализированы в отношении производительности только турбонагнетателя. В стационарных случаях повышение температуры корпуса турбины было значительным, в то время как мы не измерили значительного повышения температуры масла на выходе из центральной секции. Согласно этим результатам, «закоксовывание» масла не было проблемой, поскольку разница температур масла с турбонаддувом и без него была пренебрежимо мала. Повышение давления наддува хорошо соответствовало более высоким частотам вращения вала турбины при применении турбо-подушки.Во-вторых, были выполнены переходные процессы накачки, чтобы проверить разницу в производительности при резком ускорении. Турбо наматывалось быстрее с установленным турбо-одеялом по сравнению с базовой конфигурацией. Во всех случаях это приводило к улучшенным характеристикам наддува на впуске и значительному преимуществу двигателя по крутящему моменту с увеличением крутящего момента до 140 Нм, в то время как ускорение было улучшено на 200-250 об / мин в большинстве случаев. в случае. В этом отчете представлены подробные данные об экспериментах, в которых турбокомпрессор и двигатель рассматриваются как интегрированная система с применением турбонагнетателя PTP по сравнению с базовой конфигурацией, в которой корпус турбины не изолирован.

Конструкция двигателя с турбонаддувом — ScienceDaily

Для ученых и инженеров процесс улучшения характеристик двигателей и топлива немного напоминает вождение по однополосному шоссе. Им часто приходится разрабатывать и тестировать свои проекты и прототипы по одному, что замедляет темпы инноваций.

Компьютеры могут ускорить этот процесс, моделируя влияние топлива и конструкции двигателя на производительность и выбросы. Тем не менее, большинство компьютеров могут одновременно обрабатывать лишь несколько сценариев — слишком мало, чтобы создать полную картину характеристик топлива во время сгорания.

Теперь исследователи из Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики (DOE) переместили процесс разработки в обходной путь. Впервые аргоннские ученые и инженеры определили конструкции двигателей для данного топлива с помощью суперкомпьютера Mira, расположенного в центре Argonne Leadership Computing Facility (ALCF), пользовательского центра Управления науки Министерства энергетики США.

Используя суперкомпьютерное мастерство Миры, команда Аргоннского исследовательского института виртуальных двигателей и инициативы по топливу (VERIFI) смоделировала более 2000 комбинаций конструкции двигателей и «сократила время проектирования с месяцев до недель», — сказал Сибенду Сом, руководитель группы и главный ученый в области вычислений в Аргонне.

Моделирование

Argonne было проведено с использованием сценариев проектирования из Исследовательского центра Aramco в Детройте, одного из трех исследовательских центров в США, принадлежащих североамериканскому филиалу Saudi Aramco, Aramco Services Company (ASC). Одно из направлений их исследований — совместить режимы сгорания двигателя с улучшенными свойствами топлива для создания более эффективных транспортных средств с меньшими выбросами.

«Моделирование, выполненное Argonne, позволило обнаружить две оптимизированные концепции топливного двигателя, которые могут существенно повысить топливную экономичность», — сказал Юаньцзян Пей, научный сотрудник лаборатории вычислительной гидродинамики в Исследовательском центре Aramco в Детройте.

Программа Aramco в Детройте включает в себя ряд общесистемных автомобильных исследований, которые включают усовершенствование технологий искрового зажигания, воспламенения от сжатия и бензинового воспламенения от сжатия (GCI). Aramco изучает текущие рыночные виды топлива, а также изучает возможности разработки новых топливных составов.

«Мы анализируем, насколько хорошо сгорают новые составы топлива по сравнению с обычными видами топлива, и можно ли их оптимизировать, чтобы они работали лучше», — сказал Сом.

Моделируя поведение высоколетучего топлива с низким содержанием сажи во многих конструкциях двигателей, «Мы надеемся сохранить характеристики дизельного топлива с меньшими выбросами твердых частиц и оксидов азота», — сказал Роберто Торелли, научный сотрудник Аргоннской исследовательской группы из команды Сома.

Сом и его коллеги смоделировали характеристики топливного двигателя в четырех рабочих условиях и для концепции с шестью поршнями, а также для различных конструкций топливных форсунок и стратегий впрыска топлива. Они сузили наиболее эффективные сценарии до двух конкретных наборов конструкций поршней и форсунок, которые Aramco оценивает на своем предприятии в Детройте.

Исследование, описанное в статье «Оптимизация системы сжигания для тяжелых условий эксплуатации с контролируемым смешиванием с использованием CFD и бензиноподобным топливом», является одной из трех публикаций, основанных на работе Аргонна с соавторами из исследовательского центра Aramco в Детройте, опубликованной Автомобильным обществом Инженеры (SAE).

Два других связанных исследования

Argonne с Aramco дополнительно исследуют, как новые составы топлива ведут себя в различных условиях эксплуатации. В статье Сома «Сравнение характеристик потока нафты и N-додеканового топлива в сопле», написанной в соавторстве с Торелли, указывается, например, что некоторые исследуемые виды топлива могут образовывать каверны или испаряться внутри топливного инжектора перед попаданием в камеру сгорания.

Третье исследование моделирования, проведенное Сомом и Аргоннским докторантом Пинаки Палом, определяет условия, при которых новые топливные составы могут процветать при низкотемпературном сгорании, что приводит к снижению выбросов и повышению эффективности. Это третье исследование «является первым случаем, когда мы смоделировали поведение бензина с более высоким цетановым числом в желаемых условиях низкотемпературного сгорания с учетом оптимальной конструкции двигателя», — сказал Пал.

Эти результаты, жизненно важные для углубленной работы по проектированию топлива и двигателя, подробно описаны в документе «Численное исследование бензиноподобного топлива в двигателе с компрессионным воспламенением для тяжелых условий эксплуатации с использованием анализа глобальной чувствительности», который будет опубликован в следующем печатном издании. из SAE International Journal of Fuels and Lubricants .

Рассказ Источник:

Материалы предоставлены Аргоннской национальной лабораторией . Оригинал написан Дэйвом Баки. Примечание. Содержимое можно редактировать по стилю и длине.

Использование водородно-метановых смесей в двигателях внутреннего сгорания

1. Введение

В современном мире, где постоянно внедряются новые технологии, использование энергии на транспорте быстро растет. Ископаемое топливо, особенно нефтяное топливо, вносит основной вклад в производство энергии [1].Потребление ископаемого топлива неуклонно растет в результате роста населения, а также повышения уровня жизни. Из рисунка 1 видно, что население мира неуклонно растет в течение последних пяти десятилетий, и ожидается, что эта тенденция сохранится [2]. В результате общее потребление энергии выросло примерно на 36% за последние 15 лет [3]. Ожидается, что в будущем потребление энергии будет расти, поскольку ожидается, что население мира вырастет на 2 миллиарда человек в следующие 30 лет [2].Эти энергетические тенденции можно увидеть на Рисунке 2. Повышенный спрос на энергию требует увеличения производства топлива, что приводит к более быстрому истощению текущих запасов ископаемого топлива. Кроме того, около 60% текущих мировых запасов нефти находится в регионах, которые часто переживают политические волнения [3]. Это привело к колебаниям цен на нефть и перебоям в поставках.

Быстро истощающиеся запасы нефти и ухудшение качества воздуха ставят под вопрос будущее. По мере того, как мировая осведомленность об охране окружающей среды растет, растет и поиск альтернатив нефтяному топливу [1].

Альтернативные виды топлива, такие как CNG, HCNG, LPG, LNG, биодизель, биогаз, водород, этанол, метанол, диметиловый эфир, генераторный газ и серия P, были опробованы во всем мире. Также рассматривается возможность использования водорода в качестве будущего топлива для двигателей внутреннего сгорания (ВС). Однако перед коммерциализацией водорода в качестве моторного топлива внутреннего сгорания для автомобильного сектора необходимо преодолеть несколько препятствий. Смеси водорода и КПГ (HCNG) могут рассматриваться как автомобильное топливо, не требуя каких-либо серьезных изменений в существующем двигателе и инфраструктуре КПГ [4].

Рисунок 1.

Население мира 1950-2050 [2].

Рисунок 2.

Потребление ископаемого топлива с 1983 по 2008 год с приблизительным текущим соотношением запасов к добыче в оставшиеся годы [3].

Альтернативные виды топлива производятся не из нефти. Преимущество этих видов топлива заключается в том, что они выделяют меньше загрязняющих веществ в атмосферу по сравнению с бензином, и большинство из них более экономически жизнеспособны по сравнению с нефтью и являются возобновляемыми [5]. На рисунке 3 показано процентное соотношение используемых альтернативных видов топлива к общему потреблению автомобильного топлива в мире в качестве футуристической точки зрения.

Рисунок 3.

Процент альтернативных видов топлива по сравнению с общим потреблением автомобильного топлива в мире [6]

2. Технические характеристики водорода

Водород обладает большим потенциалом в качестве энергоносителя для транспортных средств. В ряде технологий можно использовать водород в качестве энергоносителя, причем двигатель внутреннего сгорания является наиболее зрелой технологией [7]. В настоящее время 96% водорода производится из ископаемого топлива. По данным на 2004 год, в США 90% производится из природного газа с КПД 72%.Только 4% водорода производится из воды путем электролиза. В настоящее время подавляющее большинство электричества получают из ископаемого топлива на заводах, эффективность которого составляет 30%, и в результате электролиза, что означает, что электричество проходит через воду для разделения атомов водорода и кислорода. Использование возобновляемых источников энергии намного эффективнее, чем использование ископаемого топлива для производства водорода. Современные ветряные турбины работают с КПД 30-40%, производя водород с общим КПД 25%. Лучшие доступные солнечные элементы имеют КПД 10%, что дает общий КПД 7%.Водоросли можно использовать для производства водорода с эффективностью около 0,1% (см. Рисунок 4) [8].

Использование водорода в качестве автомобильного топлива обещает значительное улучшение характеристик двигателей с искровым зажиганием [9]. Температура самовоспламенения смеси водорода с воздухом выше, чем у других видов топлива, и, следовательно, водород обеспечивает антидетонационное качество топлива. Высокая температура воспламенения и низкая светимость пламени водорода делают его более безопасным топливом, чем другие, а также нетоксичным.Водород характеризуется самым высоким энергомассовым коэффициентом среди всех химических топлив и по массовому потреблению энергии превосходит обычное бензиновое топливо примерно в три раза, а спирт — в пять-шесть раз [10]. Таким образом, результаты ясно показывают, что водородное топливо может повысить эффективный КПД двигателя и снизить удельный расход топлива. Небольшое количество водорода, смешанного с воздухом, дает горючую смесь, которую можно сжечь в обычном двигателе с искровым зажиганием при эквивалентном соотношении ниже предела воспламеняемости смеси бензин / воздух.Получающееся в результате сверхобедненное сгорание обеспечивает низкую температуру пламени и непосредственно ведет к снижению теплопередачи к стенкам, повышению эффективности двигателя и снижению выбросов NO x [11–13].

Рис. 4.

Различные процессы производства водорода [8]

Скорость горения смеси водорода и воздуха примерно в шесть раз выше, чем у смесей бензина и воздуха. По мере увеличения скорости горения фактическая индикаторная диаграмма приближается к идеальной диаграмме и достигается более высокая термодинамическая эффективность [14,15].На рис. 5 показаны зависимости скоростей ламинарного горения от отношения эквивалентности для водородно-воздушных смесей при нормальном давлении и температуре (NTP) [7]. Сплошные символы на Рисунке 5 обозначают скорости горения без растяжения (или, скорее, скорости горения, которые были скорректированы с учетом эффектов скорости растяжения пламени), измеренные Тейлором [16], Вагелопулосом и др. [17], Kwon and Faeth [18] и Verhelst et al. [19]. Пустые символы обозначают другие измерения, в которых не учитывались эффекты скорости растяжения, как сообщили Лю и МакФарлейн [20], Милтон и Кек [21], Ииджима и Такено [22] и Королл и др.[23]. Эти эксперименты приводят к постоянно более высоким скоростям горения, причем разница увеличивается для более бедных смесей.

Водород — чистое топливо без выбросов углерода; при сгорании водорода образуется только вода и пониженное количество оксидов азота. И наоборот, продукты сгорания ископаемого топлива, такие как CO, CO 2 , оксиды азота или другие загрязнители воздуха, вызывают проблемы для здоровья и окружающей среды. Водород поможет сократить выбросы CO 2 , как только его можно будет производить экологически чистым способом либо из ископаемого топлива, в сочетании с процессами, включающими технологии улавливания и хранения CO 2 , либо из возобновляемых источников энергии.Эти особенности делают водород потенциально отличным топливом для соответствия все более строгим экологическим требованиям в отношении выбросов выхлопных газов из устройств сжигания, включая сокращение выбросов парниковых газов [24–27].

Рис. 5.

Скорости ламинарного горения в зависимости от соотношения воздух-топливо для водородно-воздушного пламени NTP [7]. Экспериментально полученные корреляции получены от Лю и Макфарлейна [20], Милтона и Кека [21], Иидзимы и Такено [22] и Королла и др.[23]. Другие экспериментальные данные взяты из Taylor [16], Vagelopoulos et al. [17], Kwon and Faeth [18] и Verhelst et al. [19].

3. Технические характеристики метана

Природный газ (КПГ) считается альтернативным автомобильным топливом из-за его экономических и экологических преимуществ [28]. КПГ, представляющий собой чистое топливо с метаном в качестве основного компонента, считается одним из наиболее подходящих видов топлива для двигателей, и его использование было реализовано в двигателях с искровым зажиганием.Однако из-за низкой скорости горения СПГ и его плохой способности сжигать обедненную смесь двигатель с искровым зажиганием на КПГ все еще имеет некоторые недостатки, такие как низкий тепловой КПД, большие колебания от цикла к циклу и плохая способность сжигания обедненной смеси, а это снизить мощность двигателя и увеличить расход топлива [29]. Преимущества КПГ по сравнению с бензином: уникальное сгорание и подходящее смесеобразование; благодаря высокому октановому числу КПГ двигатель работает плавно с высокими степенями сжатия без детонации; КПГ с обедненным качеством сжигания приводит к снижению выбросов выхлопных газов и эксплуатационных расходов на топливо; КПГ имеет более низкую скорость пламени; и долговечность двигателя очень высока.КПГ добывается из газовых скважин или связан с добычей сырой нефти. КПГ состоит в основном из метана (CH 4 ), но часто содержит следовые количества этана, пропана, азота, гелия, двуокиси углерода, сероводорода и водяного пара. Метан — основной компонент природного газа [30].

CNG также имеет много других преимуществ. Он имеет высокое октановое число 130, что позволяет двигателю работать с небольшой детонацией при высокой степени сжатия. Кроме того, бензиновые и дизельные двигатели могут быть легко преобразованы в двигатели, работающие на КПГ, без серьезных конструктивных изменений [31].Двигатель, работающий на КПГ, не только обладает хорошим тепловым КПД и высокой мощностью, но и имеет широкий диапазон сгорания. Это является преимуществом при стремлении к обедненному сгоранию, приводящему к низкому расходу топлива и меньшему образованию NO x [32]. Двигатель, работающий на КПГ, также имеет очень низкий уровень выбросов твердых частиц по сравнению с другими традиционными двигателями. Эти факты подтверждаются экспериментальным исследованием, проведенным для изучения характеристик сгорания и выбросов как бензина, так и топлива КПГ с использованием преобразованного двигателя с искровым зажиганием [33].В свете этих преимуществ количество транспортных средств, работающих на КПГ, постоянно растет, а старые автомобили переоборудуются в автомобили, работающие на КПГ, путем модификации двигателей [34].

4. Водородно-метановые смеси для двигателей внутреннего сгорания

Традиционно, чтобы улучшить способность сжигания обедненной смеси и скорость горения пламени двигателей на природном газе в условиях обедненного горения, в цилиндре вводят увеличение интенсивности потока, и это Эта мера всегда увеличивает теплопотери на стенку цилиндра и увеличивает температуру сгорания, а также выброс NO x [35].Одним из эффективных методов решения проблемы низкой скорости горения природного газа является смешивание природного газа с топливом, обладающим высокой скоростью горения. Водород считается лучшим газообразным кандидатом для природного газа из-за его очень высокой скорости горения, и ожидается, что эта комбинация улучшит характеристики обедненного горения и снизит выбросы двигателя [36]. Смеси водорода в КПГ могут составлять от 5 до 30% по объему. Гитан представляет собой смесь водорода на 15% по содержанию энергии в СПГ, который был запатентован Фрэнком Линчем из Hydrogen Components Inc, США [37].Типичная смесь водорода с 20% по объему в СПГ составляет 3% по массе или 7% по энергии. Общее сравнение свойств водорода, КПГ и смеси 5% УВНГ по энергии и бензину приведено в таблице 1. Следует отметить, что свойства УВГП находятся между характеристиками водорода и КПГ [4].

Объемная доля бензина 53
  • 1 Авто
    • темп. K 911 909 909 0.02 913909
    Свойства h3 CNG HCNG Объемная доля бензина
    9,43 22,8 1,76
    Пределы воспламеняемости в воздухе, (об.%) 4-75 5-15 5-35 1.0-7.6
    858 813 825 501-744
    Температура пламени в воздухе K 2318 2148 2210 2470
    2470 Максимальная энергия зажигания
    0,29 0,21 0,24
    Скорость горения в воздухе NTP, см с -1 325 45 110 37-43
    Гашение воздуха зазор см 0,064 0,203 0,152 0,2
    Коэффициент диффузии в воздухе см 2 с -1 0,63 0,2 0,314 0,2 0,31 17-25 23-33 20-28 30-42
    Нормированный коэффициент излучения пламени 1.00 1,7 1,5 1,7
    Коэффициент эквивалентности 0,1-7,1 0,7-4 0,5-5,4 0,7-3,8

    Таблица 1.

    Общее сравнение свойств водород, КПГ, HCNG и бензин [4].

    Водород также имеет очень низкую плотность энергии на единицу объема, и в результате объемная теплотворная способность смеси HCNG уменьшается (таблица 2) по мере увеличения доли водорода в смеси [38].

    3.09 90
  • 90
  • 90
  • Свойства CNG HCNG 10 HCNG 20 HCNG 30 914 911 9129 911 911 9129 9129 9129 912 912 9129 10 20 30
    H 2 [масс.%] 0 1,21 2,69 4,52
    H 2

    9 011 909

    		 6,68 10,94
    LHV [МДжкг -1 ] 46,28 47,17 48,26 49,61
    9011 9011
    9011 9011 90,16 31,85 29,20
    LHV стехиометрическая смесь [MJNm -3 ] 3,376 3,368 3,359 3,349

    3,349

    Свойства смесей углеводородов с различным содержанием углеводородов и водорода Таблица 2. 908 [39]

    В последние несколько лет многие исследователи изучали влияние добавления водорода в природный газ на характеристики и выбросы [40-65].Блариган и Келлер исследовали двигатель с левым впрыском, работающий на смесях природного газа и водорода [40]. Бауэр и Форест провели экспериментальное исследование горения природного газа и водорода в двигателе CFR [41]. Вонг и Карим аналитически исследовали влияние обогащения водородом и добавления водорода на циклические изменения в двигателях с воспламенением от сжатия с однородным зарядом. Результаты показали, что добавление водорода может уменьшить циклические колебания при одновременном расширении рабочей области двигателя [42].Карим и др. теоретически изучил влияние добавления водорода на характеристики горения метана при различных моментах зажигания. Теоретические результаты показали, что добавление водорода к природному газу может уменьшить задержку воспламенения и продолжительность горения при том же соотношении эквивалентности. Это показало, что добавление водорода может увеличить скорость распространения пламени, тем самым стабилизируя процесс горения, особенно процесс обедненного горения [43]. Ilbas et al. В работе [44] экспериментально исследованы ламинарные скорости горения смесей водород – воздух и водород – метан – воздух.Они пришли к выводу, что увеличение процентного содержания водорода в водородно-метановой смеси привело к увеличению скорости горения и к расширению предела воспламеняемости (рис. 6).

    Рис. 6.

    Скорости горения и скорость пламени для различного процентного содержания водорода в метане (= 1,0) [44].

    Shudo et al., Проанализировали характеристики горения и выбросов двигателя с прямым впрыском метана со стратифицированным зарядом, предварительно смешанным с обедненной водородом смесью [45].Их результаты показали, что система сгорания достигла более высокого теплового КПД за счет более высокой скорости распространения пламени и более низких выбросов выхлопных газов. Увеличение количества предварительно смешанного водорода стабилизирует процесс сгорания для снижения выбросов выхлопных газов HC и CO, а также увеличивает степень сгорания с постоянным объемом и выбросы NO x выхлопных газов. Увеличение выбросов NO x может поддерживаться на более низком уровне с задержкой опережения зажигания без снижения улучшенного теплового КПД.Нагалингам и др. [46] исследовали обогащенный водородом СПГ (гитан). Он отметил, что мощность снижена из-за более низкой объемной теплотворной способности водорода по сравнению с метаном. Однако, поскольку скорость пламени водорода была значительно выше, чем у СПГ, для получения максимального тормозного момента (MBT) требовалось меньшее опережение искры. Уоллес и Каттелан экспериментально изучали смеси природного газа и водорода в двигателе внутреннего сгорания. Эксперименты проводились путем изучения выбросов двигателя, работающего на смеси природного газа и примерно 15% водорода по объему [47].

    Raman et al. [48] ​​провели экспериментальное исследование двигателей SI, работающих на смесях HCNG от 0% до 30% H 2 в двигателе V8. Авторы наблюдали сокращение выбросов NO x при использовании смесей водорода на 15-20% с некоторым увеличением выбросов углеводородов в результате сверхбедного сгорания. Эксперименты проводились на автомобиле Chevrolet Lumina, который имеет шесть цилиндров, четырехтактный двигатель с водяным охлаждением, с общим объемом цилиндров двигателя 3,135 л, диаметром цилиндра 89 мм, ходом поршня 84 мм и степенью сжатия 8.8: 1. В их исследовании BSFC смеси 85/15 CNG / H 2 был меньше, чем у природного газа. Значения BSFC снизились как для природного газа, так и для смеси 85/15 CNG / H 2 , в то время как значения времени зажигания (BTDC) увеличились. BSHC КПГ был выше, чем у топливной смеси. Однако значения выбросов BSNO x для смеси 85/15 CNG / H 2 были выше, чем для CNG. Если используется каталитический нейтрализатор, значения BSNO x резко уменьшаются.Ларсен и Уоллес [49] провели экспериментальные испытания двигателей большой мощности, работающих на смесях углеводородного природного газа. Авторы обнаружили, что смеси HCNG повышают эффективность и сокращают выбросы CO, CO 2 и HC. Collier et al. исследовали необработанные выхлопные выбросы двигателя для производства сжатого природного газа, обогащенного водородом (HCNG) [50]. Они использовали смеси водород / природный газ переменного состава и пришли к следующим выводам: добавление водорода увеличивает выбросы NO x при заданном соотношении эквивалентности, в то время как оно снижает общие выбросы углеводородов, что хорошо согласуется с результатами Акансу [51].Они также обнаружили, что по мере увеличения процентного содержания водорода предел сжигания обедненной смеси значительно увеличивается. Hoekstra et al. [52] наблюдали снижение NO x для процентного содержания водорода до 30%, за пределами этого предела никаких улучшений не наблюдалось. Важным моментом была более высокая скорость пламени и, как следствие, уменьшение угла опережения искры для получения максимального тормозного момента, как уже указали Nagalingam et al. [46]. Wang et al. исследовали поведение сгорания двигателя с прямым впрыском, работающего на различных фракциях смесей ПГ – водород [53].Результаты показали, что эффективный термический КПД тормоза увеличивается с увеличением доли водорода при малых и средних нагрузках двигателя. Продолжительность быстрого горения уменьшалась, а скорость выделения тепла и выхлопных NO x увеличивалась с увеличением доли водорода в смесях. Их исследование показало, что оптимальная объемная доля водорода в смесях ПГ – водород составляет около 20% для достижения компромисса как в характеристиках двигателя, так и в выбросах.

    Ceper [54] экспериментально и численно исследовал различные смеси CH 4 / H 2 .Ее экспериментальное исследование проводилось с четырехтактным четырехцилиндровым двигателем внутреннего сгорания Ford объемом 1,8 литра с водяным охлаждением. CH 4 / H 2 (100/0, 90/10, 80/20, 70/30) газовые топливные смеси топлива были испытаны при различных оборотах двигателя и соотношении избытка воздуха. Kahraman et al. [55] экспериментально исследовали характеристики и выбросы выхлопных газов двигателя с искровым зажиганием, работающего на смеси метана и водорода (100% CH 4 , 10% H 2 + 90% CH 4 , 20% H 2 + 80% Ch5 и 30% H 2 + 70% CH 4 ) при разных оборотах двигателя и разных избыточных соотношениях воздуха.Результаты показали, что при увеличении скорости и коэффициента избытка воздуха значения выбросов CO снизились. Кроме того, увеличение коэффициента избытка воздуха также снижает максимальное пиковое давление в цилиндре. Eper et al. [56] экспериментально проанализировали характеристики и выбросы загрязняющих веществ четырехтактного двигателя с искровым зажиганием, работающего на смеси природного газа с водородом 0%, 10%, 20% и 30% при полной нагрузке и 65% нагрузке для различного избытка воздуха. соотношения. Результаты показали, что при увеличении коэффициента избытка воздуха значения выбросов CO и CO 2 снизились.Кроме того, увеличение коэффициента избытка воздуха привело к снижению значений пикового давления, а за счет увеличения количества H 2 значения пикового давления были близки к ВМТ, а значения термического КПД тормозов увеличились.

    Сиренс и Россель [57] определили, что оптимальный состав HCNG для получения низких выбросов углеводородов и NO x должен варьироваться в зависимости от нагрузки двигателя. Хуанг и др. [58] провели экспериментальное исследование двигателя с непосредственным впрыском и искровым зажиганием, работающего на смесях углеводородного природного газа, при различных моментах зажигания и в условиях обедненной смеси.Момент зажигания — важный параметр для улучшения характеристик двигателя и сгорания. Dimopoulos et al. [59] оптимизировал современный двигатель легкового автомобиля, работающий на природном газе, для смесей водорода и природного газа и для высоких скоростей рециркуляции выхлопных газов (EGR) в большей части схемы двигателя. Увеличение содержания водорода в топливе ускоряет сгорание, что приводит к повышению эффективности. Анализ «от скважины к колесу» выявил способы производства топливных смесей, которые все еще имеют общие потребности в энергии, немного превышающие эталонный дизельный автомобиль, но снижающие общие выбросы парниковых газов на 7%.

    Основываясь на результатах кампании экспериментальных испытаний, проведенных в лабораториях ENEA, Ортенци и др. [60], направленная на определение потенциала использования смесей природного газа и водорода (HCNG) в существующих транспортных средствах с ДВС. Тестируемый автомобиль представлял собой IVECO Daily CNG, первоначально работавший на природном газе, и испытания проводились в ездовом цикле ECE15 для сравнения уровней выбросов исходной конфигурации (CNG) с результатами, полученными с различными смесями (процентное содержание водорода в топливе ) и стратегии контроля (стехиометрический или обедненный ожог).Дулгер численно исследовал двигатель SI, работающий на смеси 80% CNG и 20% H 2 [61]. Swain et al. [62] и Юсуф [63] исследовали ту же смесь с другим двигателем. Юсуф использовал двигатель типа Toyota 2TC со следующими характеристиками: год 1976 1: 6 л, 1588 куб.см, максимальная мощность 88 и максимальная скорость 6000 об / мин, диаметр цилиндра 85 мм, ход поршня 70 мм, степень сжатия 9,0: 1 и четырехцилиндровый двигатель. . Двигатель был испытан при 1000 об / мин с использованием опережения зажигания с максимальной эффективностью и легких нагрузок.Когда смесь метана и водорода сравнивалась с работой на чистом метане с теми же отношениями эквивалентности, смесь метана и водорода увеличивала выбросы БТЭ и NO x при одновременном снижении преимущества от искры наилучшего КПД, несгоревших углеводородов и CO. природного газа снизилось с 0,61 до 0,54. Предел обедненной смеси был определен как работа, при которой по крайней мере 38% циклов не завершают сгорание. За счет добавления водорода эквивалентные отношения могут быть уменьшены примерно на 15% без увеличения продолжительности горения и задержки воспламенения.

    ,

    Ma и Wang [64], экспериментально исследовали расширение предела работы на обедненной смеси за счет добавления водорода в двигатель SI, который проводился на шестицилиндровом двигателе с впрыском природного газа в корпус дроссельной заслонки. Для сравнения использовали четыре уровня увеличения содержания водорода: 0%, 10%, 30% и 50% по объему. Их результаты показали, что предел работы двигателя на обедненной смеси может быть увеличен за счет добавления водорода и увеличения уровня нагрузки (давления во впускном коллекторе). Влияние частоты вращения двигателя на предел работы на обедненной смеси меньше.При низком уровне нагрузки увеличение оборотов двигателя полезно для увеличения предела работы на обедненной смеси, но это неверно при высоком уровне нагрузки. Влияние частоты вращения двигателя становится еще слабее, когда двигатель переключается на топливо, обогащенное водородом. Время зажигания также влияет на предел работы на обедненной смеси, и использование как чрезмерно запаздывающих, так и слишком опережающих моментов зажигания не рекомендуется. Дорожные испытания автобусов городского транспорта были проведены Genovese et al. [65], сравнивая потребление энергии и выбросы выхлопных газов для смесей ПГ и УВНГ с содержанием водорода от 5% до 25% по объему.Авторы обнаружили, что средний КПД двигателя в течение ездового цикла увеличивается с увеличением содержания водорода, а выбросы NO x были выше для смесей с 20% и 25% водорода, несмотря на принятые относительные бедные соотношения воздух-топливо и отсроченное зажигание. Изучив основные экспериментальные статьи, опубликованные в прошлом, мы пришли к выводу, что численный анализ также играет фундаментальную роль в исследовательской деятельности, позволяя лучше спланировать экспериментальные тесты с точки зрения экономии затрат и сокращения времени [66-70].

    4.1. Выбросы

    Загрязнение воздуха быстро становится серьезной глобальной проблемой, возникающей из-за роста населения и его последующих потребностей. Это привело к увеличению использования водорода в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания. Ресурсы водорода огромны, и он считается одним из самых перспективных видов топлива для автомобильного сектора. Поскольку необходимая водородная инфраструктура и заправочные станции в настоящее время не удовлетворяют спрос, широкое внедрение водородных транспортных средств в ближайшем будущем невозможно.Одно из решений этой проблемы — смешать водород с метаном. Такие типы смесей используют уникальные свойства водорода при горении и в то же время снижают потребность в чистом водороде. Обогащение природного газа водородом могло бы быть потенциальной альтернативой обычным углеводородным топливам для двигателей внутреннего сгорания [71].

    При проведении экспериментальных исследований или моделирования поршневых двигателей большое внимание уделяется выбросам загрязняющих веществ CO, HC и NO x .Тем не менее, хотя CO 2 является одним из наиболее важных парниковых газов, эти выбросы обычно не принимаются во внимание, а измерения и расчеты выбросов CO 2 опускаются во многих исследованиях [72].

    Затраты на топливо и их отношение к эквиваленту CO 2 выбросов представлены на Рисунке 7 для нескольких видов топлива ([73] и данные авторов). Как видно, глобальные выбросы CO 2 , связанные с КПГ, и его стоимость ниже, чем выбросы, производимые бензином или дизельным топливом.Водород производит меньше выбросов CO 2 , чем КПГ, бензин или дизельное топливо, но водород всегда поступает из возобновляемых источников. Из-за высокой цены на сырую нефть в некоторых случаях стоимость H 2 ниже, чем стоимость бензина или дизельного топлива. В любом случае эти данные были подготовлены без учета возможных эффектов увеличения спроса или массового производства [72].

    Рисунок 7.

    Стоимость и выбросы CO2 для нескольких видов топлива [72].

    Все эти рабочие параметры имеют прямую связь с производимыми выхлопными газами, часто с противоречивыми эффектами.Например, хотя более высокие степени сжатия предпочтительны для увеличения термического КПД, они также приводят к более высоким выбросам NO x из-за результирующих более высоких температур камеры сгорания. Это также имеет место при работе со стехиометрическими топливно-воздушными смесями, как показано на Рисунке 8 (который применим к бензиновым двигателям, но общие тенденции аналогичны и для двигателей, работающих на природном газе). Кроме того, в то время как сжигание обедненных топливно-воздушных смесей (<1) приводит к низким выбросам NO x (как видно из рис.7) это также может привести к снижению выходной мощности. Однако работа двигателя на богатых топливом смесях (> 1) также нежелательна, что приводит к высоким выбросам несгоревших углеводородов и CO. Пределы детонации также являются важным фактором при выборе идеальных рабочих параметров. Например, если двигатель работает со слишком высокой степенью сжатия, сопротивление детонации снижается. Это потребует замедления искры по отношению к ВМТ сгорания (что может повлиять на тепловой КПД и, следовательно, на выходную мощность, а также на выбросы выхлопных газов) [74].

    На рисунке 9 показаны значения BSNO x (г / кВтч) в зависимости от коэффициентов эквивалентности из различных исследований [75]. Как видно на этом рисунке, согласно исследованиям, с увеличением процента H 2 значения BSNO x увеличиваются или уменьшаются. Согласно ссылкам [62,49,57] и Бауэру и Форесту [41] (в графике нет значений данных), при увеличении H 2 процентов значения BSNO x увеличиваются. Однако в экспериментах, проведенных Раманом и соавт.[48], с увеличением процента h3 значения BSNO x уменьшаются. Кроме того, если отношения эквивалентности уменьшаются, значения BSNOx достигают низкого значения. Интересно отметить, что Hoekstra et al. [52], а также Ларсен и Уоллес [49] получили чрезвычайно низкий уровень выбросов NO x .

    Рис. 8.

    Типичные тренды NO, HC и CO с коэффициентом эквивалентности в двигателе SI, адаптированные из [74].

    На рисунке 10 показаны значения BSHC (г / кВт · ч), полученные в различных исследованиях [75].Как видно на этом рисунке, с увеличением процентного содержания H 2 и коэффициента эквивалентности значения BSHC уменьшаются. Если 100% топлива должно быть H 2 , значение BSHC будет равно нулю. Можно сказать, что значения BSHC уменьшаются по мере увеличения количества H 2 . Увеличивая отношения эквивалентности, Свейн и др. [62] получили самые высокие значения BSHC в этих исследованиях. Максимальное значение составляет около 64 г / кВт ч для смеси с 20% H 2 и 80% CH 4 с = 0,60. Однако выбросы углеводородов из смеси 20% H 2 и 80% CH 4 меньше, чем выбросы чистого метана [62].На этом рисунке значения BSHC Ref. [49] имеют наибольшее значение. Значения BSHC увеличиваются с увеличением нагрузки на двигатель.

    Рис. 9.

    Значения BSNOx (г / кВтч) в различных исследованиях в сравнении с соотношениями эквивалентности [75].

    Рис. 10.

    Значения удельных углеводородов в тормозной системе (BSHC г / кВт · ч) в различных исследованиях [75].

    Ларсен и Уоллес получили значения CO 1,65 и 2:41 г / кВт ч при 1500 об / мин и эквивалентное отношение = 0,65, используя 85/15 КПГ / ч 2 и 100% КПГ, соответственно [49].Юсуф измерил, что все конфигурации двигателя / топлива работают одинаково в нормальных рабочих диапазонах. Важная вариация произошла с богатыми смесями. Кроме того, смесь 80/20 CH 4 / H 2 показала небольшое, но значительное снижение выхода BSCO [62,63]. Эксперименты Бауэра и Фореста показали, что производство CO во многом зависит от стехиометрии сгорания и в меньшей степени от двигателя. Они получили общее снижение BSCO с добавлением водорода из-за уменьшения содержания углерода в топливе.Они добавили до 60% водорода по объему и обнаружили, что BSCO снизился до 20 г / кВт · ч (60/40 CH 4 / H 2 ) при = 1,0. В сверхбедной области (<0,4) было отмечено увеличение BSCO из-за неполного сгорания в сочетании с резким падением мощности [41]. На рисунке 11 показаны значения выбросов BSCO из некоторых исследований [75]. Как видно на этом рисунке, значение между 0,65 и 0,8 ставит значения BSCO на крайне низкий уровень.

    Рисунок 11.

    Значения BSCO (г / кВт · ч) в зависимости от соотношения эквивалентности в различных исследованиях [75].

    На рис. 12 показаны выбросы NOx, HC, CO и CO 2 в тормозной системе в зависимости от доли водорода при различных временах впрыска [76]. Выбросы NOx при торможении увеличиваются с увеличением доли водорода, когда доля водорода составляет менее 10%, и уменьшается с увеличением доли водорода, когда доля водорода превышает 10% при различных временах впрыска. Этому способствует комплексное влияние температуры в цилиндрах, коэффициента избытка воздуха и продолжительности сгорания. Поскольку коэффициент избытка воздуха в этом эксперименте больше 1.0 и продолжительность горения немного уменьшается с увеличением доли водорода, влияние температуры газа в баллоне играет важную роль, таким образом, тенденция выбросов NO x при тормозе согласуется с тенденцией максимальной средней температуры газа. Выброс тормозных УВ снижается с увеличением доли водорода. Это связано с тем, что дистанция гашения топливных смесей уменьшается, а предел воспламеняемости обедненной смеси топливных смесей природного газа и водорода увеличивается с добавлением водорода.Между тем, сгорание улучшается с увеличением доли водорода, и это усиливает пост-пламенное окисление уже образовавшихся углеводородов. Кроме того, соотношение C / H уменьшается с увеличением доли водорода, и это также способствует уменьшению тормозной жидкости HC

    PPT — ГЛАВА 21 ТУРБОНАДДУВ И ПЕРЕЗАРЯДКА PowerPoint Presentation

  • ГЛАВА 21 ТУРБОНАДДУВ И ЗАРЯДНЫЙ ЗАРЯД

    9700004 912 Изучив главу 21, читатель должен уметь: • Подготовиться к сертификационному тесту производительности двигателя ASE (A8), область «C» (Диагностика и ремонт топливных, воздухозаборных и выхлопных систем).• Объясните разницу между турбонагнетателем и нагнетателем. • Опишите, как контролируются уровни усиления. • Обсудите процедуры обслуживания турбонагнетателей и нагнетателей.

  • Boost BOV Перепускной клапан CBV Сухая система Клапан сброса Системы с принудительной индукцией Интеркулер Естественно (нормально) с наддувом Закись азота (N2O) Положительный объем Сумматор мощности Нагнетатель Рутса Нагнетатель Турбокомпрессор Турбонагнетатель Сбросной клапан Объемный КПД Система Wetgate4 907 KEY

  • ВВЕДЕНИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПОТОКУ ВОЗДУХА • Четырехтактный двигатель может потреблять только определенное количество воздуха, а количество топлива, необходимое для правильного сгорания, зависит от того, сколько воздуха он потребляет.• Инженеры рассчитывают требования к воздушному потоку двигателя, используя три фактора. • Объем двигателя • Число оборотов двигателя в минуту (об / мин) • Объемный КПД

  • ВВЕДЕНИЕ ОБЪЕМНЫЙ КПД • Объемный КПД — это показатель того, насколько хорошо двигатель дышит. • Это сравнение фактического объема воздушно-топливной смеси, втянутой в двигатель, с теоретическим максимальным объемом, который может быть втянут. • Объемный КПД выражается в процентах.

  • РИСУНОК 21–1. Нагнетатель на двигателе Ford V-8. РИСУНОК 21–2 Турбонагнетатель на двигателе Toyota. ВВЕДЕНИЕ ОБЪЕМНЫЙ КПД

  • РИСУНОК 21–3. Чем больше воздуха и топлива может быть упаковано в цилиндр , тем больше плотность топливовоздушного заряда. ПРИНЦИПЫ ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ИНДУКЦИИ • Количество силы, создаваемой воздушно-топливным зарядом при воспламенении, в значительной степени зависит от плотности заряда. • Плотность заряда — это термин, используемый для определения количества воздушно-топливного заряда, введенного в цилиндры. • Плотность — это масса вещества в заданном пространстве.

  • ПРИНЦИПЫ ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ИНДУКЦИИ • В системах принудительной индукции используется воздушный насос для набивки более плотного воздушно-топливного заряда в цилиндры. • Поскольку плотность топливовоздушного заряда больше, происходит следующее. • Вес топливовоздушного заряда больше. • Мощность увеличивается, потому что она напрямую связана с весом топливовоздушного заряда, потребляемого в течение заданного периода времени.

  • РИСУНОК 21–4 Атмосферное давление уменьшается с увеличением высоты.ПРИНЦИПЫ ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ИНДУКЦИИ

  • ПРИНЦИПЫ ПРИНУДИТЕЛЬНОЙ ИНДУКЦИИ СООТНОШЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ И СЖАТИЯ

  • НАДПОРЧИНЫ • Нагнетатель — это приводимый от двигателя воздушный насос, который подает во впускной коллектор больше воздуха, чем нормальный. сила. • Нагнетатель обеспечивает мгновенное увеличение мощности без каких-либо задержек. • Однако нагнетатель, поскольку он приводится в действие двигателем, требует мощности для работы и не так эффективен, как турбокомпрессор.

  • НАДПОРМАТОРЫ • ТИПЫ НАДПОРЧИНЫ • Тип рутса • Центробежный нагнетатель • УПРАВЛЕНИЕ НАДПРАВЛЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ • ОБСЛУЖИВАНИЕ НАСОСНОГО НАГРУЗЧИКА корпус и во впускной коллектор. НАСОСЫ

  • РИСУНОК 21–6 Перепускной привод открывает перепускной клапан для регулирования давления наддува . НАДПОРНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

  • РИСУНОК 21–7. Изображение в разрезе нагнетателя Ford, на котором показаны нагнетатель Рутса и охладитель наддувочного воздуха (промежуточный охладитель).Охладитель наддувочного воздуха используется для снижения температуры сжатого воздуха перед его поступлением в двигатель с целью увеличения плотности наддувочного воздуха. НАПРАВЛЯЮЩИЕ

  • Быстрее движется Больше воздуха • Одна из эффективных мер, которые можно использовать для увеличения мощности двигателя с наддувом, — это установка шкива меньшего диаметра. Чем меньше диаметр шкива, тем быстрее будет вращаться нагнетатель и тем выше будет потенциальное давление наддува. Для изменения потребуется более короткий ремень, а дополнительный наддув может вызвать серьезное повреждение двигателя.

  • ТУРБОКОМПЕНСАТОРЫ • Турбокомпрессор использует тепло выхлопных газов для питания турбинного колеса и, следовательно, не снижает напрямую мощность двигателя. • В безнаддувном двигателе около половины тепловой энергии, содержащейся в топливе, уходит через выхлопную систему. • ЭКСПЛУАТАЦИЯ • РАБОТА ТУРБОКОМПЕНСАТОРА • РАЗМЕР ТУРБОКОМПЕНСАТОРА И ВРЕМЯ ОТКЛИКА

  • РИСУНОК 21–8 Турбонагнетатель использует часть тепловой энергии , которая обычно теряется. РИСУНОК 21–9 Турбинное колесо вращается расширяющимися выхлопными газами.ТУРБОКОМПЕНСАТОРЫ

  • РИСУНОК 21–10 Выхлоп приводит в движение турбинное колесо на слева, которое соединено с рабочим колесом справа через вал. Втулки, поддерживающие вал, смазываются моторным маслом под давлением. РИСУНОК 21–11 Моторное масло подается к центру турбонагнетателя для смазки втулок и возвращается в масляный поддон по возвратной линии. ТУРБОКОМПЕНСАТОРЫ

  • КОНТРОЛЬ ПОВЫШЕНИЯ • КОЭФФИЦИЕНТЫ УПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕНИЕМ • ОТХОДОВ • КЛАПАНЫ ВЫПУСКА • Перепускной клапан компрессора (CBV) • Выпускной клапан (BOV)

  • Рисунок 21–12, что наверху этого агрегата выглядит так, будто радиатор — это интеркулер, который охлаждает воздух после того, как он был сжат турбокомпрессором.УПРАВЛЕНИЕ НАДДУВОМ

  • РИСУНОК 21–13 Перепускная заслонка используется на многих двигателях с турбонаддувом для управления максимальным давлением наддува. Вестгейт управляется клапаном с компьютерным управлением. УПРАВЛЕНИЕ НАДДУВОМ

  • РИСУНОК 21–14 В некоторых системах с турбонаддувом используется выпускной клапан для сброса давления наддува во время замедления. BOOST CONTROL

  • Если один хорош, два лучше • Турбокомпрессор использует выхлопные газы двигателя для вращения турбины, которая соединена с крыльчаткой внутри турбокомпрессора.Затем эта крыльчатка нагнетает воздух в двигатель под давлением, более высоким, чем обычно достигается без турбонагнетателя. Чем больше воздуха можно нагнетать в двигатель, тем выше его потенциал мощности. Двигатель V-образного типа имеет два выпускных коллектора, поэтому можно использовать два небольших турбонагнетателя, чтобы нагнетать большее количество воздуха в двигатель.

  • РИСУНОК 21–15 Система с двойным турбонаддувом, установленная на малоблочном двигателе Chevrolet V-8 . Если один хороший, два лучше

  • НЕИСПРАВНОСТИ ТУРБОКОМПЕНСАТОРА • СИМПТОМЫ НЕИСПРАВНОСТИ • ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ НЕИСПРАВНОСТЕЙ ТУРБОКОМПЕНСАТОРА

  • Оксид азота используется только для гонок, оксид азота используется только для гонок. завод на любой автомобиль.• Эта система является относительно недорогим способом получения дополнительной мощности от двигателя, но может вызвать серьезные повреждения двигателя, если используется неправильно, в чрезмерных количествах или без надлежащих мер предосторожности.

  • ОКИСЬ АЗОТА • ПРИНЦИПЫ • ДОБАВИТЕЛЬ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ • ДАВЛЕНИЕ И ТЕМПЕРАТУРА • ВЛАЖНАЯ И СУХАЯ СИСТЕМА • НЕОБХОДИМЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ В ДВИГАТЕЛЕ ДЛЯ N2O • УСТАНОВКА И КАЛИБРОВКА СИСТЕМЫ

    • 24

    • 24
  • 16 Баллоны с азотом должны быть установлены под углом °, чтобы всасывающая трубка находилась в жидком N2O.ОКИСЬ АЗОТА

  • Увеличьте давление в баллоне • Для повышения давления закиси азота в баллоне можно использовать электрическое согревающее одеяло. Чем выше температура, тем выше давление и тем больше поток N2O при включении.

  • РИСУНОК 21-17 Электрический нагревательный мат установлен на баллоне с закисью азота для повышения давления газа внутри. Увеличьте давление в баллоне

  • РЕЗЮМЕ • Объемный КПД — это сравнение фактического объема воздушно-топливной смеси, всасываемой в двигатель, с теоретическим максимальным объемом, который может быть втянут в цилиндр.• Нагнетатель работает от двигателя с помощью приводного ремня, и, хотя он потребляет определенную мощность двигателя, он нагнетает большее количество воздуха в цилиндры для еще большей мощности. • Есть два типа нагнетателей: типа Рутса и центробежные. • Турбокомпрессор использует обычно теряемую впустую тепловую энергию выхлопных газов для вращения рабочего колеса на высокой скорости. Рабочее колесо связано с турбинным колесом на том же валу и используется для нагнетания воздуха в двигатель.

  • ОБЗОР • Перепускной клапан используется для управления давлением наддува на большинстве нагнетателей, установленных на заводе.• Интеркулер используется на многих двигателях с турбонаддувом и некоторых двигателях с наддувом для снижения температуры воздуха, поступающего в двигатель, для увеличения мощности. • В большинстве систем турбонагнетателя используется перепускной клапан для ограничения и управления давлением наддува, а также предохранительный клапан для предотвращения снижения скорости вращения турбинного колеса во время замедления двигателя. • Впрыск закиси азота можно использовать в качестве сумматора мощности, но только с особой осторожностью.

  • ВОПРОСЫ К ОБЗОРУ • Каковы причины, по которым наддув увеличивает мощность двигателя? • Как работает перепускной клапан на двигателе с наддувом? • Каковы преимущества и недостатки наддува? • Каковы преимущества и недостатки турбонаддува? • Какие регулирующие клапаны турбокомпрессора необходимы для правильной работы двигателя?

  • ВИКТОРИНА ПО ГЛАВЕ 1.Давление наддува обычно измеряется в ________. • дюйм рт. Ст. • фунт / кв. Дюйм • дюйм. Ч3O • дюйм фунт

  • ОПРОС ПО ГЛАВАМ 2. Два типа нагнетателей включают ________. • Поворотный и поршневой • Роторный и центробежный • Двойного и одностороннего действия • Турбина и поршень

  • ГЛАВА 3. Какой клапан используется на заводском нагнетателе для ограничения наддува? • Перепускной клапан • Сливной клапан • Выпускной клапан • Воздушный клапан

  • ВИКТОРИНА ПО ГЛАВАМ 4.Как смазываются большинство нагнетателей? • Моторным маслом под давлением через трубопроводы от двигателя • Путем внутреннего масляного резервуара • Путем смазки подшипников • Смазка не требуется, поскольку поступающий воздух охлаждает нагнетатель

  • ГЛАВА ВИКТОРИНА 5. Как смазываются большинство турбонагнетателей? • Моторным маслом под давлением через трубопроводы от двигателя • Путем внутреннего масляного резервуара • Путем смазки подшипников • Смазка не требуется, поскольку поступающий воздух охлаждает нагнетатель

  • ГЛАВА ВИКТОРИНА 6.Два техника обсуждают термин «турбо-задержка». Техник А говорит, что это относится к задержке между выходом выхлопных газов из цилиндра и их контактом с лопатками турбины турбокомпрессора. Техник B говорит, что это относится к задержке давления наддува, которая возникает при первом открытии дроссельной заслонки. Какой техник правильный? • Только техник A • Только техник B • Оба техника A и B • Ни техник A, ни B

  • ВИКТОРИНА ПО ГЛАВЕ 7. Какова цель интеркулера? • Для снижения температуры воздуха, поступающего в двигатель. • Для охлаждения турбонагнетателя. • Для охлаждения моторного масла на двигателе с турбонаддувом. • Для охлаждения выхлопных газов перед их поступлением в турбокомпрессор.Какой тип предохранительного клапана, используемый в двигателе с турбонаддувом, вызывает шум? • Перепускной клапан • BOV • Клапан сброса • Оба b и c

  • ОПРОС ПО ГЛАВАМ 9. Техник A говорит, что застрявшая открытая перепускная заслонка может вызвать сжигание масла в двигателе. Техник B говорит, что забитая система PCV может вызвать сжигание масла в двигателе. Какой техник правильный? • Только техник A • Только техник B • Оба техника A и B • Ни техник A, ни B

  • ВИКТОРИНА ПО ГЛАВЕ 10.Какая операция по обслуживанию наиболее важна для двигателей, оснащенных турбонагнетателем? • Регулярная замена воздушного фильтра • Регулярная замена топливного фильтра • Регулярная замена масла • Регулярное обслуживание выхлопной системы

    • .

    No related posts.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *