Войти
Принудительный впуск - это процесс подачи сжатого воздуха на впуск двигателя внутреннего сгорания. В двигателе с принудительной индукцией используется газовый компрессор для увеличения давления, температуры и плотности воздуха. Двигатель без принудительной индукции считается безнаддувным двигателем.
Принудительная индукция используется в автомобильной и авиационной промышленности для увеличения мощности и эффективности двигателя. Двигатель с принудительной индукцией состоит из двух последовательно соединенных компрессоров. Такт сжатия двигателя - это основное сжатие, которое имеет каждый двигатель. Дополнительный компрессор, входящий в систему впуска двигателя, вызывает принудительный впуск воздуха. Компрессор, подающий давление в другой, значительно увеличивает общую степень сжатия всей системы. Это давление на входе называется наддувом. Это особенно помогает авиационным двигателям, так как они должны работать на больших высотах с меньшей плотностью воздуха.
Преимущество двигателей с более высокой степенью сжатия заключается в максимальном увеличении количества полезной энергии, выделяемой на единицу топлива. Следовательно, тепловой КПД двигателя увеличивается в соответствии с анализом паросилового цикла второго закона термодинамики. Причина, по которой все двигатели не имеют более высокого уровня сжатия, заключается в том, что для любого заданного октанового числа топливо преждевременно взорвется со степенью сжатия выше, чем обычно. Это называется преждевременным зажиганием, детонацией или детонацией и может вызвать серьезное повреждение двигателя. Высокая степень сжатия в безнаддувном двигателе может довольно легко достичь порога детонации. Однако двигатель с принудительной индукцией может иметь более высокое общее сжатие без детонации, потому что заряд воздуха может быть охлажден после первой ступени сжатия с помощью промежуточного охладителя.
Одной из основных проблем с выбросами внутреннего сгорания является фактор, называемый фракция NOx или количество соединений азота / кислорода, производимых двигателем. Этот уровень регулируется государством для выбросов, как это обычно бывает на инспекционных станциях. Высокая степень сжатия вызывает высокие температуры сгорания. Высокие температуры сгорания приводят к более высоким выбросам NOx, поэтому принудительная индукция может давать более высокие фракции NOx.
Обычно используются два компрессора с принудительной индукцией: турбокомпрессоры и нагнетатели. Турбокомпрессор - это центростремительный компрессор, приводимый в движение потоком выхлопных газов. В нагнетателях используются различные типы компрессоров, но все они приводятся в действие напрямую от вращения двигателя, обычно через ременную передачу. Компрессор может быть центробежным или компрессором Рутса для принудительного сжатия. Примером внутреннего компрессора является винтовой нагнетатель или поршневой компрессор.
Турбокомпрессоры Двигатель Nissan RB.Турбокомпрессор зависит от объема и скорости выхлопных газов для вращения (катушки) колеса турбины, которое соединено с крыльчаткой компрессора через общий вал. Создаваемое давление наддува можно регулировать с помощью системы выпускных клапанов и электронных контроллеров. Основное преимущество турбокомпрессора заключается в том, что он потребляет меньше энергии от двигателя, чем нагнетатель; Главный недостаток заключается в том, что реакция двигателя сильно страдает, поскольку турбокомпрессору требуется время, чтобы набрать скорость (раскрутить). Эта задержка подачи мощности называется турбо-задержкой. Любая данная турбо-конструкция по своей сути является компромиссом; турбонагнетатель меньшего размера будет быстро раскручиваться и обеспечивать полное давление наддува при низких оборотах двигателя, но давление наддува пострадает при высоких оборотах двигателя. С другой стороны, больший турбонаддув обеспечит улучшенные характеристики на высоких оборотах за счет отклика на низких частотах. Другие общие проблемы проектирования включают ограниченный срок службы турбины из-за высоких температур выхлопных газов, которые она должна выдерживать, и ограничивающее влияние турбины на поток выхлопных газов.
Нагнетатель типа Рутса на двигателе Nissan VQ.Нагнетатели почти не имеют времени задержки для создания давления, поскольку компрессор всегда вращается пропорционально частоте вращения двигателя. Они не так распространены, как турбокомпрессоры, потому что для работы они используют крутящий момент, создаваемый двигателем. Это приводит к некоторой потере мощности и эффективности. В нагнетателе типа Рутса используются лопасти на двух вращающихся барабанах для нагнетания воздуха во впускное отверстие. Поскольку это устройство прямого вытеснения, этот компрессор имеет то преимущество, что он обеспечивает одинаковую степень сжатия при любой частоте вращения двигателя. нагнетатель винтового типа также является устройством прямого вытеснения, как нагнетатель типа Рутса. Винтовые нагнетатели сложнее в производстве, чем нагнетатели Рутса, но они более эффективны в эксплуатации, производя более холодный воздух. нагнетатель центробежного типа не является устройством прямого вытеснения и обычно имеет лучший тепловой КПД, чем нагнетатель типа Рутса. Центробежные нагнетатели также компактнее и проще в использовании с промежуточным охладителем.
Неизбежным побочным эффектом принудительной индукции является повышение температуры воздуха при сжатии. В результате плотность заряда снижается, и в цилиндры поступает меньше воздуха, чем предписывает система давления наддува. Риск детонации или «стук » значительно возрастает. Этим недостаткам противодействует охлаждение наддувочного воздуха, при котором воздух, выходящий из турбокомпрессора или нагнетателя, проходит через теплообменник, обычно называемый промежуточным охладителем. Это достигается путем охлаждения наддувочного воздуха окружающим потоком воздуха (промежуточный охладитель воздух-воздух) или жидкости (промежуточный охладитель жидкость-воздух). Плотность наддувочного воздуха увеличивается, а температура снижается. Таким образом, промежуточный охладитель может значительно повысить способность работать с более высокими абсолютными степенями сжатия и в полной мере использовать преимущества последовательного использования компрессоров. Единственными недостатками промежуточного охлаждения являются размер промежуточного охладителя (обычно близкий к размеру радиатора) и связанные с ним водопровод и трубопроводы.
Впрыск воды - еще одно эффективное средство охлаждения наддувочного воздуха для предотвращения детонации. Метанол смешивается с водой, чтобы предотвратить замерзание и действовать как топливо с более медленным горением. Впрыск воды, в отличие от закиси азота или принудительной индукции, сам по себе не добавляет много мощности двигателю, но позволяет безопасно добавлять больше мощности. Он работает за счет распыления на заряд сжатого воздуха. Вода поглощает тепло при испарении для охлаждения заряда и снижения температуры сгорания. Спирт также является топливом, которое горит медленнее и холоднее, чем бензин. Благодаря более низким температурам на впуске и более плотному заряду воздуха можно безопасно добавить большее давление наддува и опережение времени без использования топлива с более высоким октановым числом. Чаще всего его используют в гонках, однако было также показано, что его практичность при длительном использовании.
Дизельные двигатели не имеют проблем с предварительным зажиганием поскольку топливо впрыскивается в конце такта сжатия, используется более высокая степень сжатия. В большинстве современных дизельных двигателей используется турбонагнетатель. Это связано с тем, что выхлоп дизеля исключительно мощный, что делает его идеальным для работы с турбонаддувом. Диапазон оборотов двигателя уже, что позволяет одному турбонаддуву полностью задействовать весь диапазон двигателей. Турбокомпрессоры также могут обеспечивать более высокое давление наддува, чем нагнетатели, что необходимо для большинства дизелей.
Дизельный двухтактный двигатель работает иначе, чем бензиновый, и для того, чтобы вообще работал, он должен иметь какую-либо форму принудительной индукции - обычно нагнетатель.
Конструкция бензиновых двигателей и степень сжатия влияют на максимально возможный наддув. Чтобы получить больше мощности от более высоких уровней наддува и сохранить надежность, многие компоненты двигателя необходимо заменить или модернизировать по сравнению с безнаддувными силовыми агрегатами. Конструктивные особенности включают топливный насос, топливные форсунки, поршни, шатуны, коленчатые валы, клапаны, прокладку головки и болты головки. Максимально возможное усиление зависит от октанового числа топлива и присущей каждому двигателю тенденции к детонации. Бензин премиум-класса или гоночный бензин можно использовать для предотвращения детонации в разумных пределах. Этанол, метанол, сжиженный нефтяной газ (LPG) и сжатый природный газ (CNG) допускают более высокий наддув, чем бензин, из-за их более высокой устойчивости к самовоспламенению (более низкой склонности к детонации). Дизельные двигатели также могут выдерживать гораздо более высокие уровни давления наддува, чем двигатели с циклом Отто, потому что во время фазы сжатия сжимается только воздух, а топливо впрыскивается позже, что полностью устраняет проблему детонации.
Уникальные особенности дизайна мотоциклов включают управляемую подачу мощности; и упаковка для отвода тепла, экономии места и желаемого центра тяжести.
