Двигатели с принудително пълнене

[бат'Марто]

Уважаеми колеги,не намерих такава тема във форума и затова си позволявам да направя сравнение между двигателите с принудително пълнене.Не се изживявам като капацитет по темата,но ще се опитам да пиша на разбираем език.


Турбо:Две турбини,с обща ос,с различна големина.Малката турбинка се върти от газовете на изходящия колектор(стеснен на определено място с цел увеличаване на скороста на изходящите газове),при въртенето си задвижва по-голямата турбина.Голямата турбина нагнетява въздуха постъпващ в смукателния колектор.Малката турбина с помоща на изходящите газове се развърта до около 90к оборота в минута.За сега няма лагери,които да издържат подобни скорости,затова се налага общата ос да плува в масло(идва от ДВГ).Което от своя страна изисква маслото да се охлажда.Другия проблем е че при тези скорости турбините се загряват прекомерно,голямата турбина нагрява постъпващия въздух.Това от своя страна води до обедняване на горивната смес(по-топъл въздух=по-малко кислород в горивната смес=по-лошо изгаряне)Затова се налага монтирането на интеркулер(топлообменник за постъпващия в ДВГ въздух)Кулера се мотира след турбото,т.е. в него постъпва вече компримирания въздух.Тук обаче възниква друг проблем.При голям кулер турбото несмогва да ,,надуе''въздуха в него,от там се увеличава така наречения турбо лаг(диапазона от обороти,в които чувстваме ,,турбо ритника'')Още един проблем е стесняването на изпускателния тракт,с цел повишаване на кинетичната енергия на изходящите газове-трябва да се намери компромис между това турбото да се развърта бързо и затормозената работа на ,,запушения отзад ''ДВГ.Сега обаче идва следния въпрос:Турбото надува ,двигателя пее,но се налага смяна на по-ниска предавка.Оборотите се вдигат,респективно скороста на изходящите газове скача,а ДВГ е вече напомпан?Вместо колата да забави ход(моторна спирачка)турбото помпа в неподходящия момент и дава мощност...Би трябвало да избухне?Тук идва на помощ ,,wastegate''клапана,не позволяващ повишаване на налягането след определена стойност(просто ги пуска покрай турбото).Другия вариант,пълна газ,двигателя влиза в лютеницата,смяна на по-висока предавка.Оборотите падат,малката турбина забавя голямата ,която от своя страна тормози всмукателната система.За намаляването на този (д)ефект се монтират т.нар ,,blow off''клапани,които помагат да се запази част от налягането,необходимо да се запази турбината,,жива'' Турбо двигателите са най-разпространения вид ДВГ с принудително пълнене.

Компресорни ДВГ(два подвида)

ДВГ пълнени от винтов компресор(Super charger)
Монтират се на бавнооборотни ДВГ с голяма кубатура.Системата за принудително пълнене тук е винтов компресор( два винта с едра резба нагнетяват въздуха в смукателните колектори)Развъртат се при ниски обороти.Характеристиките и се дават във вид на обикновена дроб-обороти на коляновия вал/обороти на компресора.Т.е налягането се определя от оборотите на коляновия вал и големината на винтовете на компресора.Затова може да се видят американски коли,на които ДВГ се подава 30 см над капака.Другите помощни системи са като описаните по-горе.

ДВГ се пълни от роторен компресор.Роторния компресор е подобен на голямата турбина при турбомоторите.Само че тук липсва малката турбинка.Развъртането на компресора се осигурява чрез ремъчна предавка,куплирана с ДВГ.Тук за да се осигури налягане,е необходим бързооборотен ДВГ и турбото ефекта се усеща във високите обороти.За осигуряване на висока скорост на компресора(по-високо налягане) се избират предавателни шайби с различен диаметър(голяма от ДВГ и възможно по-малка на компресора)


Надявам се да ви хареса

[kiki.t]

До: Двигатели с принудително пълнене

Принудителното пълнене с газова турбина, си го описал най-общо.Има още бая да се добавя, променлива геометрия на струйния апарат, каскадно пълнене и тн.Има и турбокомпресори със търкалящи лагери.Има и хибридни схеми, турбокомпресор +компресор на Рутс например.

[бат'Марто]

До: Двигатели с принудително пълнене

Принудителното пълнене с газова турбина, си го описал най-общо.Има още бая да се добавя, променлива геометрия на струйния апарат, каскадно пълнене и тн.Има и турбокомпресори със търкалящи лагери.Има и хибридни схеми, турбокомпресор +компресор на Рутс например.

нямам претенции за изчерпателност,по-скоро запознаване най-общо с различните видове ДВГ и принципно действие.Всеки може да добавя мнение и да допълва инфото...
П.П:А и много дългата лекция кой ли ще я чете...А и с 50% ще намалеят въпросите от сорта,,Мога ли да си сложа хладилник,,мраз''вместо кулер и с колко коня ще ми вдигне мощноста'' ...

[grgeorgiev]

До: Двигатели с принудително пълнене

Полезна е статията, обаче на някои места езика ( използваната терминология ) се от далечава от приетите български инженерни термини. Бих искал да внеса някои пояснения, за да няма обърквания сред читателите.
Турбината е силова машина предназначена за преобразуване на енергията на протичащ флуид ( кинетична, потенциална и/или топлинна) в механична.

"Две турбини,с обща ос" - се наричат турбокомпресор. Едното колело е турбина, предаваща въртящия момент на вала, а другото - компресор, който повишава налягането на засмуквания въздух. (А разликата между ос и вал е, че оста служи за фиксиране на геометричната ос на елементите, а вала предава въртящ момент.)

"За сега няма лагери,които да издържат подобни скорости,затова се налага общата ос да плува в масло" - По-точно се създава маслен клин между опорните повърхности, а тази конструкция се нарича плъзгащ лагер.

"голямата турбина нагрява постъпващия въздух" - нагряването практически е резултат от адиабатното сгъстяване на въздуха. По-скоро нагрятия въздух предава топлина на конструкцията.

[бат'Марто]

До: Двигатели с принудително пълнене

Тя целта е точно отдалечаване от инженерните термини,с които доста хора не са запознати(а не са и длъжни)...На прост български...Иначе има много места от където с copy/paste и дете ще напише материал по въпроса...

[Георги Крумов]

До: Двигатели с принудително пълнене

Не съм специалист, но 90 000 ми се струват множко.

[targa]

До: Двигатели с принудително пълнене

Тия американци, дето им стърчат двигателите от капака, са за инерционно пълнене. Започват да работят при над 140км.ч. и са само за скоростни отсечки.

[kiki.t]

До: Двигатели с принудително пълнене

Не съм специалист, но 90 000 ми се струват множко.

В последните модели турбокомпресори-до 180 000 оборота.

[Митко/fulda/]

До: Двигатели с принудително пълнене

В последните модели турбокомпресори-до 180 000 оборота.

И 900 градуса по Целзий ...

[Георги Крумов]

До: Двигатели с принудително пълнене

Мите бъзикаш ли се или аз съм недочел

[Стефан]

До: Двигатели с принудително пълнене

В дизелите е тъдява, те са студени. В бензиновите е над 1 000 градуса.

[quadra]

До: Двигатели с принудително пълнене

Тия американци, дето им стърчат двигателите от капака, са за инерционно пълнене. Започват да работят при над 140км.ч. и са само за скоростни отсечки.

Глупости! Точно при тези отдолу има един огромен компресор. Пълнене от потока въздух се прилага сега само при някои мотори. И не съм сигурен за термина инерционно пълнене не се ли прилагаше за друг тип - когато фазите на газоразпределение са така подбрани че да няма пулсации във смукателния колектор.

В последните модели турбокомпресори-до 180 000 оборота.

На някои спортни даже до над 230 000

И 900 градуса по Целзий ...

Да, често срещана е гледка на турбина която при работа свети с ярко жълт цвят.

[T-1000]

До: Двигатели с принудително пълнене

Тя целта е точно отдалечаване от инженерните термини,с които доста хора не са запознати(а не са и длъжни)...На прост български...Иначе има много места от където с copy/paste и дете ще напише материал по въпроса...

трябва да се напише точно...иначе какъв е смисъла?Нали трябва хората да се учат, а разликата м/у турбина и компресор, както и вал и ос е огромна ето снимка на турбо с променлива геометрия.Снимката е от ладафорума

този тип се използва предимно в дизелите, заради по ниската им температура, но се среща вече и при новото Турбо на порше

[ivanik1978]

До: Двигатели с принудително пълнене

И не съм сигурен за термина инерционно пълнене не се ли прилагаше за друг тип - когато фазите на газоразпределение са така подбрани че да няма пулсации във смукателния колектор.

тук мога малко да допълня - за съжаление е на английски, но в момента не мога да го преведа; стилът е малко опростен и рекламен, но все пак:

"Selecting Boost for the Porsche 928
By Carl Fausett
Set Design Requirements
Before we begin, these are the design requirements that we laid out for our
928 supercharger kits.

1) There had to be no sign that this is a supercharged car.

We wanted a complete stealth installation by both sight and sound. Nothing to detract from the Porsche 928. No holes, loud noises, or whining.

2) The price had to be reasonable.

The supercharger kit shouldn't cost more than what was paid for the car.

3) It had to be able to be installed by a regular person, in a weekend.

If a fellow could change his own oil and maintain his lawnmower, then he should be able to install this kit.

4) Do no harm to the car or motor.

Damage caused by detonation, disassembly, or modification is not allowed.

5) Bolt-on Kit.
The Supercharger should be integrated into the Fuel System, but engine disassembly to install the kit should not be necessary.
6) The kit should be easily removable so you can return the car to stock.
Which may be necessary as often as once every 2 years for emissions testing in some

states.

7) The air conditioner must remain and function.

Why we selected the supercharger we did
I'm asked sometimes why we selected a Centrifugal Supercharger.
There are three main styles of superchargers, a) Centrifugal b) Paddle (like
Roots) and 3) Screw (like Whipple). There are actually more, but these 3 designs are dominant.
All superchargers are measured and compared to each other on many levels
– but a main key is “adiabatic efficiency”. That is: the ability to compress the air
without heating it. Because hot air expands – heating it while you are compressing it
is kind of working against yourself. Our goal is a dense charge, not just pressure.
We want to increase the air mass. Some blower designs are better at this than
others.
For example, the Roots/GMC blower… that big impressive beast sticking out
of the hood of your drag racing hot rod – will move the most air at the bottom end
than any other type because it is a paddle-type "positive displacement" blower. But,
it has the worst adiabatic efficiency (about 50%) because it heats the air so much.
Twin-screws can have as good as 65% adiabatic efficiency. Centrifugal
superchargers have the best adiabatic efficiency, usually around 75%.
All superchargers, (and Turbochargers too, for that matter) will do the job of
compressing the air, but there are some particular reasons why several of them did
not fit our design goals.
In the case of the Roots and Twin-Screw superchargers, the intercooler is
often placed in the valley of the V8, below the twin-screw; between it and the motor.
That limits how large the intercooler can be, and this design also must fight
heat gain by conduction and convection in that hot spot. That is why the drag racers
often have their positive-displacement blowers sticking up out of their hood. Check
the intercooler under their Roots or Twin-Screw blowers, they are often 8" or more
thick!
When I see intercoolers fitted within the V of a Porsche 928 to hold a twinscrew,
it is not based on “what’s optimum” but instead done by “what we can make
fit”.
Centrifugals do not need as big of an intercooler, and we can place it
anywhere so we have room for a bigger one than we need. Also, they are mounted
out away from the motor in a relatively cooler environment.
Additionally – the Twin-screw and the Roots style blowers require that you
replace your current intake manifold that has tuned-length individual runners with a
big open box-type manifold with no or very short intake runners. The loss of the
individual tuned-length runners will reduce the range of the engine’s power band
and can actually harm the engine.
Here’s why: Intake Manifold design involves the size of the intake runners in
diameter, their shape, their length, and the size and location of the plenum and its
entryway. It is an involved science whose goal is to generate (in a street-driven
automobile) a long and enjoyable power band.
This stuff is not knew – from Vic Edelbrock to Smokey Yunick – you can grab
dozens of books that describe how short intake runners benefit one end of the RPM
spectrum as long runners benefit the other.
Like most premium automobile manufacturers – Porsche uses un-even length
primaries in order to extend the power band as far as it can. If all the intake runners
were the same length, the engine would have a very narrow power band in only one
tight RPM range. This is unacceptable for most applications. So, they’ll design a pair
of primaries that are tuned to pull best at 2,000 to 3,000 RPM, a pair that is
designed to pull best from 3,000 to 4,000 RPM, and so on – to develop the drive
characteristics that you desire.
Example: The 16v Porsche 928. Two of the intake runners are 38.6 cm long. Two
are 37.8 cm long, two are 35.7 cm and two are 35.3 cm. You do not have to take
my word for it. Go out to your garage and pop the hood on your 16v 928. Look
specifically at the intake runners for cylinders 1, 3, 6 and 8. Why are those extra
bends in there? Because the engineers knew precisely the length those runners
needed to be to contribute to the power band where they needed it.
There is no doubt that a big open box manifold would be a lot less expensive to
manufacture – so there must be a good reason that I never see one on a production
Ferrari, Porsche, Lambo, Chevy, Ford, etc. And we know what that reason is.
The 32v manifolds are no different – it’s just that the individual intake runners on the
16v motor are much easier to see from the outside in order to make my point. The
32v intake manifolds are beautifully tweaked and tuned inside – take the side covers
off and see for yourself.
Removing the individual intake runners to install a box-style manifold causes
problems.
Plenum problems:

Plenums are designed to the 10th of a Liter to have the

exact volume the manufacturer desires for the best throttle response and yet

highest peak HP. A Plenum that is too large will provide maximum peak HP, but

washy throttle response in the lower and mid range, and will “Push” (not decelerate)

when you lift off the throttle. A plenum too small will have a lower peak HP capability

(starving some cylinders at WOT), but will have sharp throttle response. The best

volume for a given engine is decided at the flow bench and engine dyno. The
engineers design the plenum volume to exhibit the proper resonance at the right
RPM’s, and get you the best performance for your fuel dollar.
When I see plenums modified for the Porsche 928 to hold a twin-screw, it is
not based on “what’s optimum” but instead done by “what we can make fit”. I have
yet to see a kit manufacturer run their twin-screw manifold through the flow bench to
see what they have done. I suspect – if they would – they will discover that the
placement of the intercooler within the plenum has severely reduced the volume of
the plenum, and they may damage the motor at WOT with starvation causing
detonation.

Control of Intake Pressure Waves:

As the air rushes to your intake valve,

it has a certain mass and of course, momentum. Suddenly that intake valve slams

shut and a shock wave – called a pressure wave – is caused by the charge air

crashing into the back of the closed valve and bounced backwards up towards the

plenum.

That pressure wave, if not tuned out or taken advantage of, can literally prevent that

cylinder from getting enough charged air the next time that valve opens.
Boosting does not overcome these pressure waves (a common misconception) – it
magnifies them.
This is why the tops of intake runners are tulip or bell-mouthed, and why each
individual intake valve has its own runner, separate from the other intake runners –
so the pressure wave created in valve A does not harm air flow to valve B, and so
on. Even just the shape of the bell at the top of the runner has profound effects on
how well the cylinder fills and at what RPM ranges.
It is interesting to note that the term used for this phenomenon within engineering
textbooks is "natural supercharging".
The Powerplant Engineer turns the pressure wave back around by the size and
shape of the bell at the opposite end (the plenum end) of the intake runner. The bell
causes the pressure wave to cross sides and start back down.
If they can adjust the length of the intake runners just right - they achieve "natural
supercharging". The pressure wave rolls into the back of the valve just as it opens,
and a larger than ambient charge enters the combustion chamber. This is so
important that Ferrari has actually created variable-length intake runners which vary
linearly with engine RPM (done with actuators). An incredible engineering feet all by
itself.
Note I did not say "larger than atmospheric" .... I said "larger than ambient" - if there
is 5 psi in the pipe.... and you tune the intake runner correctly (as Porsche has) you
still benefit from the pressure wave helping you fill the cylinder over and above the
boost alone.
The Porsche 928 further amplifies the need for individual intake runners because of
their peculiar firing order, firing two cylinders on the same bank in succession. Look
at the firing order that the 928 has; 1-3-7-2-6-5-4-8, all the cylinders are nicely
staggered away from each other until we get to #6 and #5.
Here, we fire 2 cylinders back-to-back that are right next to each other. If you have
an open box manifold with no intake runners, the pressure wave coming out of the
head for cylinder number 5 will interfere with cylinder number 6 getting the correct
charge. The results will be some cylinders that run too rich at certain RPM’s and yet
run too lean at a slightly different RPM. A tuning nightmare.
The motor with no intake runners and a massive box plenum may appear to do very
well at WOT but, in fact, even then some cylinders will be too lean while neighboring
cylinders will be too rich. The lean cylinders will be prone to detonation and piston
damage. Unfortunately, the O2 sensor installed in the collector will not show the
problem as it is measuring combined gas temps from all 4 runners at that point.
Another consideration in Supercharger selection: Emissions testing.
In states/counties that only do sniff (sampling) tests without a visual test, the
centrifugal is more likely to pass emissions because the centrifugal comes in at
about 3000 RPM and the emissions tests are done at 2500 RPM (called a cruise
test) and at idle. Because the boost has not come in, and the factory Porsche
induction/fuel system is still intact, this car will pass emissions – why wouldn't it? At
2500 RPM, it's still all stock.
Not so the Twin-Screw. It will have boost at 2500 RPM, so it will have (if
properly tuned) richened the mixture accordingly, and therefore is likely to have high
HC emissions if tuned for HP and to avoid detonation.
In States with visual inspections in addition to Sniff testing (California for
example): The centrifugal supercharger is an add-on to the front of the motor – it
comes off – all the stock manifolds and fuel system is there – go get it inspected,
get certified, and come back home and hang your supercharger once again. Easy.
To do the same with a Twin-Screw it means you will tear down your motor to the
block – removing and reinstalling your complete intake system and all injectors and
fuel lines just so you can go get inspected. No fun.
One final consideration for us was the gearing of the Porsche 928. Where the
Roots and Twin-Screw make more boost at idle and under 2500 RPM – our design
target was to bring in the power from 3,000 to 6,000 RPM for the gearing we have.
Take your 928 right now and run it from 5 to 75 MPH. The Tach and the seat
of your pants is all you need to know that the Porsche engineers designed the drivetrain
and the motor to pull hardest from 3500 to 6000 RPM, and to get best fuel
economy under 3000 RPM (like when you have the cruise control set). So we
designed a supercharger system that would produce boost in the matching RPM
band, and not produce boost when on cruise control at 65 MPH and the engine is
loping along at 2200 RPM. Perfect harmony with Stuttgart engineering.
To change that by adding boost at idle speed and the bottom end, is to require
enrichment of the air/fuel mixture at all times – even when you do not have your foot
in it – producing boost and wasting fuel when you do not need it nor want it. And
you are adding torque to the drive-train components at a rate and time when they
were not designed for it. Short drive-train component life may be the result.
In Summary: the centrifugal superchargers we use allow us to retain the
Porsche individual tuned-length intake runners and plenum in its entirety, and
provide us the ability to have a larger intercooler to prevent detonation (and engine
damage). They produce their boost in harmony to the 928 gearing and Porsche
design, are easier to install, do not require any engine disassembly, and easier to
dismount from the car should that be necessary for emissions recertification."

та, регулира се дължината на всмукателните колектори, за да се получи "естествено компресиране", а не фазите на газоразпределение; в свръх изцедени двигатели (Ферари, препаратори на WRC) с ползва трикът с променливата дължина на колекторите според оборотите на двигателя - именно с цел постигане на интерференции във всмукателната система;

[quadra]

До: Двигатели с принудително пълнене

Имайте впредвид че този принцип се прилага на много руски дизели за военна техника - та там може и да няма променлива дължина на колекторите, ама при работен режим или оптимални обороти се постига същия ефект.