Какое давление наддува и при какой степени сжатия

Какое давление наддува и при какой степени сжатия

Мощность двигателя, снабженного нагнетателем, зависит от величины давления наддува. Чем выше давление наддува, тем больше наполнение двигателя горючей смесью. В то же время при увеличении давления наддува возрастают затраты мощности на привод нагнетателя. Поэтому увеличение давления наддува рационально лишь в определенных пределах и с учетом максимальных давлений и температур в конце хода сжатия. Резкое повышение давления и температуры в конце хода сжатия вызывает опасность появления детонации, поэтому при применении наддува приходится понижать степень сжатия по сравнению с допустимой для данного топлива при обычных условиях подачи смеси в цилиндры.

При применении наддува возрастают нагрузки на детали шатунно-кривошипного механизма. Это увеличение особенно заметно при установке объемных нагнетателей, которые дают повышение среднего эффективного давления на всем диапазоне числа оборотов, а следовательно, повышают его максимальное значение.

В двигателях, построенных на базе стандартных агрегатов, обладающих меньшими запасами прочности (по сравнению со специально гоночными двигателями), приходится иногда ограничивать давление наддува и степень сжатия ниже пределов, допускаемых опасностью появления детонации.

Растут также и тепловые напряжения деталей в двигателях с большим диаметром цилиндров, допускаемое давление наддува уменьшается, так как при этом возрастает опасность перегрева двигателя.

1) нагнетатель устанавливают перед карбюратором, в который он подает воздух под давлением, и 2) нагнетатель устанавливают между карбюратором и двигателем; при этом нагнетатель подает в цилиндры под давлением приготовленную в карбюраторе горючую смесь.

Первый способ менее распространен, так как при этом поплавковая камера карбюратора должна быть герметически закрытой и необходимо в ней создавать давление, равное давлению в нагнетательном трубопроводе. Кроме того, повышенное давление необходимо создавать и в топливном баке.

Второй способ, помимо упрощения конструкции приборов системы питания, позволяет обеспечить хорошее перемешивание топлива с воздухом в самом нагнетателе.

На всех отечественных гоночных автомобилях, имеющих двигатели с наддувом, применяют второй способ расположения нагнетателя. При установке нагнетателя необходимо предусмотреть способы предотвращения резкого повышения давления при возможных обратных вспышках и взрыве горючей смеси в самом нагнетателе. С этой целью на нагнетательном трубопроводе или корпусе нагнетателя устанавливают предохранительный клапан большого сечения (на рис. 67 буквой а обозначен предохранительный клапан, установленный на нагнетательном трубопроводе).

Привод нагнетателя зависит от расположения его на двигателе.

Нагнетатель можно устанавливать впереди двигателя, позади двигателя, над коробкой передач или сбоку двигателя. При установке нагнетателя в передней или задней части двигателя привод осуществляется обычно цилиндрическими шестернями от коленчатого вала. При расположении нагнетателя сбоку двигателя на большом расстоянии от коленчатого вала выполняется цепной привод.

Выбор передаточного отношения к нагнетателю зависит от типа нагнетателя и числа оборотов коленчатого вала двигателя. Для центробежных нагнетателей устанавливают обычно привод, повышающий число оборотов ротора нагнетателя.

У высокооборотных двигателей, снабженных коловратными нагнетателями, передаточное отношение приходится иногда делать пониженным (0,7-0,8), так как из условий прочности лопаток нагнетателя число оборотов ротора должно быть уменьшено по сравнению с числом оборотов коленчатого вала двигателя.

Указанные выше типы отечественных коловратных нагнетателей обеспечили высокую надежность работы при числе оборотов 6500-7000 в мин.; привод к ним осуществляется цепной, с передаточным отношением 1:1.

При установке нагнетателей на серийных или спортивных автомобилях иногда применяется ременный привод.

На рис. 68 показана установка и ременный привод объемного нагнетателя на автомобиле М-20. В соревнованиях такие автомобили участвуют вне общего зачета.

Рис. 68. Установка нагнетателя на автомобиле М-20:

1 — нагнетатель, 2 — шкив

Источник

Изменение степени сжатия

После того как мы определились со степенью сжатия перед нами стоит вопрос как правильно добиться нужной нам степени сжатия. Для начала нужно рассчитать на сколько необходимо увеличить камеру сгорания. Это не сложно. Формула для вычисления степени сжатия имеет следующий вид:

Ɛ=(VP+VB)/VB

Где Ɛ- степень сжатия

VP — рабочий объём

VB — объём камеры сгорания

Преобразовав уравнение можно получить формулу для вычисления камеры сгорания при известной степени сжатия.

VB=VP1/Ɛ

Где VP1 — объём одного цилиндра

По этой формуле вычисляем объём имеющейся камеры сгорания и вычитаем из него объём желаемой (вычисленный по той же формуле), полученная разница и есть интересующее на значение на которое и нужно увеличить камеру сгорания.

Существуют разнообразнве способы увеличения камеры сгорания но далеко не все из них верные. Камера сгорания современного автомобиля спроектирована таким образом, что при достижении поршнем ВМТ топливо воздушная смесь вытесняется к центру камеры сгорания. Это пожалуй самая действенная разработка препятствующая детонации.

Самостоятельная доработка камеры в ГБЦ под силу далеко не многим. Это обусловлено тем, что вопервых вы можите нарушить спроектированную форму камеры, так же при доработке могут «вскрыться» стенки т.к. не известна их толщина. Так же не рекомендуется «расжимать мотор» толстыми прокладками т.к. Это нарушит процессы вытеснения в камере сгорания. Наиболее простым и правельным способом считается установка новых поршней в которых задан необходимый объём камеры. Для турбо-двигателя сферическая форма считается наиболее эффективной. Лучше использовать для этих целей специально разработанные и изготовленные поршни. Возможен вариант самостоятельной доработки стоковых поршней. Но сдесь нужно учесть что толщина дна поршня не должна быть меньше 6% от диаметра.

Степень сжатия в турбо двигателе

Одной из самых важных и пожалуй самой сложной задачей при проектировании турбодвигателя является принятие решения о степени сжатия. Этот параметр влияет на большое количество факторов в общей характеристике автомобиля. Мощность, экономичность, приёмистость, детонационная стойкость (параметр от которого сильно зависит эксплуатационная надёжность двигателя в целом), все эти факторы в значительной степени определяются степенью сжатия. Также это влияет на расход топлива и состав отработавших газов. В теории, степень сжатия для турбо-мотора рассчитать не составляет большого труда.

Сначала разберём понятие «Сжатие» или «Геометрическая степень сжатия». Оно представляет собой отношение полного объёма цилиндра (рабочий объём плюс пространство сжатия, остающееся над поршнем при положении в верхней мёртвой точки (ВМТ)), к чистому пространству сжатия. Формула имеет следующий вид: Ɛ=(VP+VB)/VB

Где Ɛ- степень сжатия

VP — рабочий объём

VB — объём камеры сгорания

Не нужно забывать о существенных расхождениях между геометрической и фактической степенью сжатия даже на атмосферных моторах. В турбодвигателях к этим же процессам добавляется и предварительно сжатая компрессором смесь. На сколько фактически от этого увеличиться степень сжатия, видно из следующей формулы:

Ɛeff=Egeom*k√(PL/PO)

Где Ɛeff — эффективное сжатие

Ɛgeom — геометрическая степень сжатия

Ɛ=(VP+VB)/VB, PL — Давление наддува (абсолютное значение),

PO — давление окружающей среды,

k — адиабатическая экспонента (числовое значение 1,4)

Эта упрощённая формула будет справедлива при условии, что температура в конце процесса сжатия для двигателей с наддувом и без наддува достигает одинакового значения. Иными словами, чем выше давление наддува, тем меньше возможное геометрическое сжатие. Итак, согласно нашей формуле для атмосферного двигателя со степенью сжатия 10:1 при давлении наддува 0.3 бара степень сжатия следует уменьшить до 8.3:1, при давлении 0.8 бара до 6.6:1. Но, слава богу, это теория. Все современные двигатели с турбонаддувом работают не с такими через мерно низкими значениями. Правильная степень сжатия для работы определяется сложными термодинамическими вычислениями и всесторонними испытаниями. Всё это из области высоких технологий и сложных расчётов, но много тюнинговых моторов собрано на основе некоторого опыта, как собственного, так и взятого за пример, от известных автомобильных производителей. Эти правила будут справедливы в большинстве случаев.

Есть несколько важных факторов влияющих на расчёт степени сжатия и их нужно принимать во внимание при проектировании. Я перечислю наиболее важные. Конечно, это желаемый наддув, октановое число топлива, форма камеры сгорания, эффективность промежуточного охладителя, и, безусловно те мероприятия которые вы в состоянии провести по снижению температурной напряжённости в камере сгорания. Углом опережения зажигания (УОЗ) так же можно частично компенсировать возросшие нагрузки. Но это темы для отдельной разговора, и мы безусловно затронем их позже в следующих статьях.

Источник

Schacal › Блог › Турбированный ДВС. Основные заблуждения принципов работы.

Скажу прямо, что и я долгое время был дезинформирован о принципах наддува в двигателях.

Важно признать свои ошибки и хотя бы попытаться взглянуть на тюнинг мощности под другим углом.

Заблуждение № 1

Мощность ДВС можно поднять путём увеличения наддува турбины, либо заменой турбиной большей производительности.

Так то оно так, но только при условии что повышение штатного наддува является следствием изменения процессов горения смеси.

В большинстве случаев, с которым в тюнинге я сталкиваюсь всё чаще, бывает наоборот. Повышение наддува ведёт к радикальному изменению процессов горения. и уж совсем при таком подходе не ведёт к повышению мощности.

Предполагается, что на каждую дополнительную порцию топлива (даже если мы поставим более производительный топливный насос и форсунки ) мы можем наддувом турбины добавить дополнительную порцию воздуха, что бы смесь была 14.7 (забегая вперёд, для турбированных ДВС она должна быть крайне корректно выбрана в пределах 11-12.5)

Таким образом, заблуждение состоит в том, что если мы в цилиндр задуем больше воздуха и добавим топлива, то смеси станет больше и при её сгорании работы по толканию поршня будет произведено тоже больше.

Так то оно так, но почему этого не происходит. а теперь разберём, почему.

Во-первых. ну как в цилиндр того же объёма впихнуть невпихуемое ?

Даже если и впихнём — получим повышенную температуру выхлопных газов, как следствие, возрастёт температура в Камере Сгорания. А это детонация.

Напомню, что детонация (самопроизвольное очаговое возгорание смеси )возникает :

на бензине RON98 — при температуре в цилиндре (до воспламенения свечой) около 270*

на бензине RON95 — при 250*

именно поэтому тюнеры и льют 98ой и выше, якобы он лучше горит и работы больше.

На самом деле октановое число напрямую связано с температурой горения смеси.

и заливая 98ой на заправке мы не получим больше мощности без дополнительных доработок.

Мы просто понизим порог детонации до 270 градусов.

Так что если мы впихнули в Камеру сгорания больше смеси путём дополнительного наддува и залили 98, то в принципе будет небольшой прирост, хотя тоже под вопросом.

Конечно, можно открутить Угол Опережения Зажигания назад на 30-40 градусов и мы уменьшим порог срабатывания детонации и в принципе по такой лжетеории можем задуть ещё. Но имеем обратный эффект.

УОЗ откручен назад, смесь воспламеняется раньше, Пока поршень идёт вверх, ему нужно преодолеть давление уже горящей смеси и только потом выполнить основную работу после ВМТ. но смесь уже почти сгорела, её остатки уже не с той силой давят на рабочий ход поршня вниз.

Результат увеличиваем наддув, повышеная температура в КС, боремся с детонацией, откручиваем УОЗ, теряем мощность.

Хотя вру . Мощность появляется, но не с колёс, а внутри цилиндра. при таких перегрузках на поршень при детонации и «засыпают движку ковкой». Но полезной работы у поршня нету. а нагрузка на него есть.

Вообщем сами наддувом создаём проблемы и пытаемся успешно с этим бороться. Мазохизмом попахивает.

Наверное когда то все слышали что у турбированного ДВС степень сжатия должна быть ниже чем у атмосферного. и это ключевой момент и отличия в принципах работы Turbo и ATM.

Что бы никто не путал компрессию и степень сжатия СС напомню, что СС это отношение суммарного объёма цилиндра с камерой сгорания к объёму самой камеры сгорания КС.

Итак, почему же СС на турбо делают меньше, соответственно камеру сгорания больше.

Логика то подсказывает, что чем меньше будет камера сгорания, тем больше будет давление на поршень в момент горения смеси, тем больше будет работа поршня . А вот работу поршня мы сейчас и разберём

.

Даже если мы идеально подберём УОЗ и на момент, когда Поршень придёт в ВМТ, не встретив противодавления горения смеси, а бОльшая часть смеси сгорит именно в ВМТ и соответствено там будет максимальное давление, то РАБОТА будет равна НУЛЮ. Поршень через шатун будет давить на шейку коленвала под углом 180* а коленвал соответственно на опорные подшипники.

Работа отсутствует, потому что в ВМТ отсутствует рычаг между шатуном и кривошипом коленвала

И не важно какого размера КС. Работа всё равно будет 0, так всё давление приходится на опорные подшипники и вкладыши коленвала.

Минимальная работа появляется, как только между кривошипом и шатуном появляется угол или Плечо, пусть даже и минимальный, из курса школьной физики говорят, что появляется Момент силы

Кстати, это тот самый момент, который меряют вместе с Лошадиными силами.

думаете, что всё знаете и назачем я всё это рассказываю?

Наиболее терпеливые дождались. суть самого главного…

Наибольший момент возникает при угле в 90* между кривошипом и шатуном.

Но нужно понимать, что по мере хода поршня вниз и приближении шатуна относительно кривошипа к углу в 90*, Давление газов с ростом объёма падает

И не смотря на то что мы имеем максимальный крутящий момент под углом 90*, давление газов на поршень при этом уже значительно упало.

Я уже молчу, когда тюнеры откручивают УОЗ назад, предотвращая детонацию и смесь уже полностью сгорела, а именно сейчас для получения момента нам и нужно давление. а его уже давно нету.

Вывод . Нужно получить как можно большее давление газов на поршень в момент, когда угол между кривошипом и шатуном составляет 90*

И именно по этой причине для Турбированных ДВС в большинстве случаев используют меньший диаметр поршня но большую длину его хода. Хотя это тоже спорный момент. Например в Формуле 1 в своё время, когда наддув был ещё разрешён, применялись короткие шатуны. Но вспомним, что и обороты двигателя доходили до 15000. а при таких оборотов растёт сила растяжения в НМТ и МВТ, которая пропорциональна квадрату скорости вращения коленвала. В этом случае с длинными шатунами получаем на высоких оборотах большой ход поршня и очень большую силу по растяжению. Инерционные силы движения поршня уже совсем не компенсируют силы растяжения.

Другими словами, выбор коротких или длинных шатунов в большей степени обуславливается тем, что мы больше хотим получить момент на верхах в 7000-8000 тыс или в середине.

Путь №1 — сделать так, что бы смесь горела как можно медленнее и полностью сгорала, когда шатун с кривошипом в 90* . На этом основан принцип работы двигателя с циклом Иббадулаева.

Путь №2 — Увеличиваем объём камеры сгорания.

По мере хода поршня вниз объём цилиндра с КС возрастает. соответственно давление газов падает, НО!

При увеличенной КС на величину V весь суммарный объём V1+V+V2 увеличивается чуть медленнее, чем объём V1+V2 для камеры с обычной степенью сжатия.

А если объём растёт медленнее, то и давление газов падает медленнее и на момент рычага в 90* мы имеем бОльшее давление на поршень чем случае с обычной КС.

теперь нам только остаётся наполнить смесью объём увеличенной КС, а именно для этого нам и нужна принудительная подача воздуха за счёт турбины. Турбиной мы компенсируем увеличенную КС.

Считаю, что более наглядно данную тему осветил бородатый дядька из Украины в своём видике.

Настоятельно рекомендую глянуть его теорию, но предупреждаю заранее:

Двигатель с наддувом описан очень даже неплохо.

Но господин Травников сильно ошибается в отдельных ключевых моментах, когда рассказывает о тюнинге Головок Блока Цилиндров ГБЦ.

Он замечательный автослесарь, делает всё правильными инструментами, правильными руками с отличным подходом, но с искажённой теорией о ГБЦ.

Забегая вперёд, поясню, что ключевую роль в ГБЦ имеет геометрия каналов и камеры сгорания, а он делает упор на ширину каналов и клапанных сёдел, предполагая, что через более широкий канал прокачается турбиной бОльшее количество воздуха. А это типовое заблуждение всех тюнеров.

А потом у меня спрашивают, как на давлении в 1.3 бара можно на моём Fiat Coupe 20VT получить 450 сил.

Сегодня было начало ответов на эту тему.

Думаю, что все уже устали читать и статья получилась длинной, так что об остальном напишу чуть позже.

Да и писать у меня получается только по ночам

Источник

➤ Adblock

detector

Источник