Εισαγωγή στους υπερσυμπιεστές
Ένας στροβιλοσυμπιεστής είναι στην πραγματικότητα ένας αεροσυμπιεστής που συμπιέζει τον αέρα για να αυξήσει την εισαγωγή αέρα. Χρησιμοποιεί την αδρανειακή ορμή των καυσαερίων που εκκενώνονται από τον κινητήρα για να κινήσει τον στρόβιλο στο θάλαμο του στροβίλου. Ο στρόβιλος με τη σειρά του κινεί την ομοαξονική πτερωτή. Η πτερωτή πιέζει τον αέρα που αποστέλλεται από το σωλήνα του φίλτρου αέρα για να τον πιέσει στον κύλινδρο. Όταν αυξάνεται η ταχύτητα του κινητήρα, η ταχύτητα εκκένωσης καυσαερίων και η ταχύτητα του στροβίλου αυξάνονται επίσης ταυτόχρονα. Η πτερωτή συμπιέζει περισσότερο αέρα στον κύλινδρο. Η αυξημένη πίεση και η πυκνότητα του αέρα μπορεί να κάψει περισσότερο καύσιμο, γεγονός που αυξάνει την ποσότητα του καυσίμου και προσαρμόζει ανάλογα τις στροφές του κινητήρα. Μπορείτε να αυξήσετε την ισχύ εξόδου του κινητήρα.
Δομικές αρχές
Αρχικά, ας μιλήσουμε για τη γενική δομική αρχή του στροβιλοσυμπιεστή. Ο στροβιλοσυμπιεστής καυσαερίων αποτελείται κυρίως από έναν τροχό αντλίας και έναν στρόβιλο, και φυσικά υπάρχουν και άλλα εξαρτήματα ελέγχου. Η πτερωτή της αντλίας και ο στρόβιλος συνδέονται με έναν άξονα, ο οποίος είναι ο ρότορας. Τα καυσαέρια που εκκενώνονται από τον κινητήρα κινούν την πτερωτή της αντλίας, η οποία οδηγεί τον στρόβιλο να περιστραφεί. Αφού περιστραφεί η τουρμπίνα, πιέζει το σύστημα εισαγωγής. Ο υπερσυμπιεστής είναι εγκατεστημένος στην πλευρά της εξάτμισης του κινητήρα, επομένως η θερμοκρασία λειτουργίας του υπερσυμπιεστή είναι πολύ υψηλή και η ταχύτητα του ρότορα του υπερσυμπιεστή είναι πολύ υψηλή όταν λειτουργεί, η οποία μπορεί να φτάσει τις εκατοντάδες χιλιάδες στροφές ανά λεπτό. Τέτοιες υψηλές ταχύτητες και θερμοκρασία Οι κοινοί μηχανικοί κύλινδροι βελόνας ή τα ρουλεμάν με σφαιρίδια δεν μπορούν να λειτουργήσουν για τον ρότορα, επομένως οι στροβιλοσυμπιεστές χρησιμοποιούν γενικά πλήρως πλωτά ρουλεμάν, τα οποία λιπαίνονται με λάδι κινητήρα και χρησιμοποιείται ψυκτικό για την ψύξη του υπερσυμπιεστή. Στο παρελθόν, οι υπερσυμπιεστές χρησιμοποιούνταν κυρίως σε κινητήρες ντίζελ. Επειδή οι μέθοδοι καύσης της βενζίνης και του ντίζελ είναι διαφορετικές, η μορφή του στροβιλοσυμπιεστή που χρησιμοποιείται στον κινητήρα είναι επίσης διαφορετική.
Ένας βενζινοκινητήρας διαφέρει από έναν κινητήρα ντίζελ στο ότι δεν εισέρχεται αέρας στον κύλινδρο, αλλά ένα μείγμα βενζίνης και αέρα. Εάν η πίεση είναι πολύ υψηλή, θα εκραγεί εύκολα. Επομένως, η εγκατάσταση στροβιλοσυμπιεστή πρέπει να αποφεύγει το χτύπημα. Υπάρχουν δύο σχετικά ζητήματα που εμπλέκονται εδώ, το ένα είναι ο έλεγχος υψηλής θερμοκρασίας και το άλλο ο έλεγχος του χρόνου ανάφλεξης.
Μετά την αναγκαστική υπερφόρτιση, η θερμοκρασία και η πίεση κατά τη συμπίεση και την καύση του βενζινοκινητήρα θα αυξηθούν και θα αυξηθεί η τάση χτυπήματος. Επιπλέον, η θερμοκρασία εξάτμισης των βενζινοκινητήρων είναι υψηλότερη από αυτή των κινητήρων ντίζελ και δεν είναι κατάλληλο να αυξηθεί η γωνία επικάλυψης βαλβίδων (ο χρόνος που ανοίγουν ταυτόχρονα οι βαλβίδες εισαγωγής και εξαγωγής) για να ενισχυθεί η ψύξη της εξάτμισης. Η μείωση του λόγου συμπίεσης θα προκαλέσει ανεπαρκή καύση. Επιπλέον, η ταχύτητα περιστροφής του βενζινοκινητήρα είναι υψηλότερη από αυτή του κινητήρα ντίζελ και η ροή του αέρα αλλάζει πολύ, γεγονός που μπορεί εύκολα να προκαλέσει καθυστέρηση απόκρισης του υπερσυμπιεστή. Ως απάντηση σε μια σειρά προβλημάτων που προκύπτουν όταν οι βενζινοκινητήρες χρησιμοποιούν στροβιλοσυμπιεστές, οι μηχανικοί έχουν κάνει στοχευμένες βελτιώσεις μία προς μία, ώστε οι βενζινοκινητήρες να μπορούν επίσης να χρησιμοποιούν υπερσυμπιεστές καυσαερίων.
Intercooler
Η θερμοκρασία αυξάνεται, η οποία όχι μόνο επηρεάζει την αποδοτικότητα του φουσκώματος, αλλά προκαλεί επίσης εύκολα ξεφύσημα. Επομένως, είναι απαραίτητο να εγκαταστήσετε μια συσκευή που μειώνει τη θερμοκρασία του αέρα εισαγωγής, η οποία είναι ένας ενδιάμεσος ψύκτης. Τοποθετείται μεταξύ της εξόδου του υπερσυμπιεστή και του σωλήνα εισαγωγής για την ψύξη του αέρα που εισέρχεται στον κύλινδρο. Το intercooler είναι σαν ένα ψυγείο, που ψύχεται από τον άνεμο ή το νερό. Η θερμότητα του αέρα διαφεύγει στην ατμόσφαιρα μέσω της ψύξης. Σύμφωνα με δοκιμές, ένας ενδιάμεσος ψύκτης με καλή απόδοση όχι μόνο μπορεί να διατηρήσει τη σχέση συμπίεσης του κινητήρα σε μια ορισμένη τιμή χωρίς να προκαλέσει χτύπημα, αλλά και να μειώσει τη θερμοκρασία και να αυξήσει την πίεση εισαγωγής, αυξάνοντας περαιτέρω την αποτελεσματική ισχύ του κινητήρα.
στροφείο
Δεδομένου ότι το εύρος στροφών του βενζινοκινητήρα είναι μεγάλο και η ροή του αέρα αλλάζει πολύ, το σχήμα της πτερωτής συμπίεσης του στροβιλοσυμπιεστή είναι ένα σύνθετο τρισδιάστατο κυρτό εξαιρετικά- πτερύγιο λεπτού τοιχώματος. Υπάρχουν γενικά 12 έως 30 λεπίδες διατεταγμένες σε μια ακτινωτή καμπύλη. Το πάχος της λεπίδας είναι κάτω από 0,5 mm, είναι κατασκευασμένο από αλουμίνιο με ειδική μέθοδο χύτευσης. Η ποιότητα του σχήματος της λεπίδας επηρεάζει άμεσα την απόδοση του υπερτροφοδοτούμενου κινητήρα. Όσο πιο λογικό είναι το σχήμα και η γωνία της πτερωτής, τόσο πιο ελαφριά είναι η μάζα, τόσο πιο ευαίσθητη είναι η εκκίνηση της πτερωτής και τόσο μικρότερη είναι η «καθυστέρηση αντίδρασης» που είναι το εγγενές ελάττωμα του στροβιλοσυμπιεστή.
Αισθητήρας ξεφουσκώματος
Εκτός από τη μείωση της θερμοκρασίας για τη μείωση της πιθανότητας ξεφουσκώματος, πρέπει να χρησιμοποιηθεί και ένας αισθητήρας ξεφουσκώματος. Η λειτουργία του είναι ότι όταν συμβεί ανάφλεξη, ο αισθητήρας θα ανατροφοδοτήσει αμέσως τις πληροφορίες στο σύστημα ελέγχου ECU του κινητήρα (ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου) όταν ανιχνεύσει μη φυσιολογικούς κραδασμούς και θα ανάψει τον κινητήρα. Καθυστερήστε λίγο το χρονισμό και, στη συνέχεια, επαναλάβετε τον κανονικό χρονισμό ανάφλεξης όταν δεν υπάρχει ανάφλεξη.
άλλος
Δεδομένου ότι η ταχύτητα ενός βενζινοκινητήρα αυτοκινήτου είναι υψηλότερη από αυτή ενός κινητήρα ντίζελ, η ταχύτητα ροής του αέρα είναι γρήγορη και το εύρος των αλλαγών είναι μεγάλο, επομένως ο υπερσυμπιεστής του έχει υψηλότερες απαιτήσεις. Οι σύγχρονοι κινητήρες αυτοκινήτων έχουν γενικά υιοθετήσει συστήματα ηλεκτρονικών ψεκασμού. Με τη συνεργασία της τεχνολογίας ηλεκτρονικού ελέγχου και των νέων υλικών, η εφαρμογή στροβιλοσυμπιεστών σε βενζινοκινητήρες θα γίνεται όλο και πιο συνηθισμένη.
Οι στροβιλοσυμπιεστές καυσαερίων που χρησιμοποιούνται στα αυτοκίνητα χρησιμοποιούν όλοι ένα-περίβλημα στροβίλου εισόδου, πράγμα που σημαίνει ότι χρησιμοποιείται μόνο η ενέργεια πίεσης των καυσαερίων χωρίς τη χρήση άλλης βοηθητικής ενέργειας. Δεδομένου ότι το εύρος στροφών του κινητήρα του αυτοκινήτου είναι μεγάλο, ο στροβιλοσυμπιεστής καυσαερίων πρέπει να διαθέτει μια διάταξη ρύθμισης έτσι ώστε ο κινητήρας να μπορεί να αποκτήσει μια σχετικά σταθερή πίεση υπερπλήρωσης εντός ενός συγκεκριμένου εύρους στροφών. Επιπλέον, ο βενζινοκινητήρας χρησιμοποιεί ανάφλεξη με σπινθήρα-και ο λόγος συμπίεσής του περιορίζεται σε ένα συγκεκριμένο εύρος. Εάν είναι πολύ ψηλά, θα προκαλέσει αναφλέξιμο. Ως εκ τούτου, απαιτείται ένας μηχανισμός ανίχνευσης και ελέγχου αναφλέξεως για τη ρύθμιση της γωνίας προώθησης ανάφλεξης ανά πάσα στιγμή.
Ο υπερσυμπιεστής καυσαερίων ενός αυτοκινήτου είναι γενικά εγκατεστημένος κοντά στο σωλήνα εξάτμισης. Ο στρόβιλος και η πτερωτή τοποθετούνται στον θάλαμο του στροβίλου και στον υπερσυμπιεστή αντίστοιχα. Τα δύο είναι ομοαξονικά άκαμπτα συνδεδεμένα και περιστρέφονται συγχρονισμένα.
Όταν δεν απαιτείται υπερφόρτιση, όπως όταν είναι στο ρελαντί ή όταν υπάρχει σημάδι χτυπήματος, μέρος των καυσαερίων θα διαφύγει μέσω της βαλβίδας παράκαμψης και δεν θα εισέλθει στον στροβιλοσυμπιεστή. Όταν οι στροφές του κινητήρα φτάσουν τις 2.000 σ.α.λ., η ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα κλείνει τη βαλβίδα παράκαμψης για να κατευθύνει τη ροή των καυσαερίων στο πλάι της τουρμπίνας, προκαλώντας την περιστροφή της τουρμπίνας. Υπάρχει επίσης ένας σχεδιασμός που προσαρμόζει τη γωνία των πτερυγίων του στροβίλου για να ρυθμίζει την ταχύτητα του στροβίλου μέσω αλλαγών στην αντίσταση, αλλάζοντας έτσι την ποσότητα της ώθησης.
Η ψύξη του αέρα μπορεί να συρρικνώσει τον αέρα και να αυξήσει την πυκνότητά του, επιτρέποντας τη συσσώρευση περισσότερου αέρα στον ίδιο όγκο και αποτρέποντας την ανάφλεξη. Επομένως, οι στροβιλοσυμπιεστές των αυτοκινήτων είναι εξοπλισμένοι με ενδιάμεσο ψυγείο. Αυτός ο ενδιάμεσος ψύκτης συνήθως-ψύχεται με αέρα και εγκαθίσταται μπροστά, δίπλα ή σε ξεχωριστή θέση του ψυγείου του κινητήρα, χρησιμοποιώντας την εισερχόμενη ροή αέρα του αυτοκινήτου ή τον δικό του ανεμιστήρα για ψύξη.
Το βασικό μέρος του στροβιλοσυμπιεστή είναι το ρουλεμάν. Αυτός ο τύπος ρουλεμάν, που ονομάζεται σύμφωνα με τη μορφή λίπανσής του, ονομάζεται "πλήρες πλωτό ρουλεμάν". Έχει εξαιρετικά υψηλή ταχύτητα λειτουργίας και σκληρό περιβάλλον εργασίας. Επομένως, η διασφάλιση της λίπανσης είναι πολύ σημαντική. Εάν η παροχή λαδιού είναι αργή λόγω χαμηλής πίεσης λαδιού, μπορεί να προκληθεί ζημιά στα ρουλεμάν και να προκληθεί βλάβη στον στροβιλοσυμπιεστή. Αυτός ο τύπος βλάβης δεν θα συμβεί κατά την κανονική εκκίνηση του κινητήρα, αλλά εάν ο κινητήρας τεθεί σε λειτουργία για πρώτη φορά μετά την αντικατάσταση του φίλτρου λαδιού και λαδιού, θα συμβεί αργή παροχή λαδιού, με αποτέλεσμα τα ρουλεμάν να μην έχουν λίπανση λαδιού. Σε αυτήν την περίπτωση, είναι απαραίτητο να μείνετε στο ρελαντί για περίπου 3 λεπτά μετά την εκκίνηση και η ταχύτητα δεν μπορεί να αυξηθεί απευθείας στην ταχύτητα εκκίνησης του στροβιλοσυμπιεστή. Ομοίως, μην σταματάτε τον κινητήρα αμέσως μετά την οδήγηση με υψηλή ταχύτητα ή την ανηφόρα. Διατηρήστε τον κινητήρα σε λειτουργία στο ρελαντί για περίπου 1 λεπτό, έτσι ώστε τα ρουλεμάν του στροβιλοσυμπιεστή που συνεχίζουν να λειτουργούν στο ρελαντί δεν θα έχουν έλλειψη λαδιού. Επομένως, οι οδηγοί που χρησιμοποιούν αυτοκίνητα με υπερσυμπιεστή πρέπει να ακολουθούν τις οδηγίες του κατασκευαστή και να δίνουν μεγάλη προσοχή στην ποιότητα του λαδιού του κινητήρα. Δεν ενδείκνυται να χρησιμοποιείτε αυτοκίνητα με στροβιλοσυμπιεστή ως συνηθισμένα αυτοκίνητα.
Ταξινόμηση υπερσυμπιεστών
Για να λειτουργεί γρήγορα ένα αυτοκίνητο, χρειάζεται ισχυρή ισχύ. Προς το παρόν, το σύστημα ισχύος των αυτοκινήτων μπορεί να χωριστεί χονδρικά σε δύο κατηγορίες: σύστημα φυσικού αερισμού και σύστημα εισαγωγής αέρα υπερτροφοδοτούμενο. Μεταξύ των ευρωπαϊκών σπορ αυτοκινήτων, εκτός από την BMW, η οποία εξακολουθεί να επιμένει να χρησιμοποιεί ατμοσφαιρικούς κινητήρες, άλλες εταιρείες αυτοκινήτων έχουν υιοθετήσει συστήματα υπερτροφοδότησης για να βελτιώσουν την απόδοση ισχύος των οχημάτων τους. Για παράδειγμα, τα σπορ αυτοκίνητα της Mercedes{3}Benz χρησιμοποιούν συστήματα υπερτροφοδότησης και η Shenbao Automobile χρησιμοποιεί συστήματα υπερτροφοδότησης. Ο εμπνευστής της υπερσυμπίεσης. Τα τελευταία χρόνια, τα ιαπωνικά αυτοκίνητα έχουν επίσης αρχίσει να χρησιμοποιούν εκτενώς την τεχνολογία υπερσυμπίεσης. Το σύστημα φυσικής αναρρόφησης δεν εγκαθιστά καμία μορφή υπερσυμπιεστή, αλλά χρησιμοποιεί μόνο την αρνητική πίεση που δημιουργείται από την προς τα κάτω κίνηση του εμβόλου για να απορροφήσει το μείγμα. Αν και το σύστημα φυσικής αναρρόφησης μπορεί να αποκτήσει μεγαλύτερη ιπποδύναμη μέσω του συστήματος μεταβλητού χρονισμού βαλβίδων, η βελτίωση της ισχύος είναι πολύ περιορισμένη. Προκειμένου να αυξηθεί αποτελεσματικά η ισχύς εξόδου του κινητήρα, η χρήση ενός συστήματος υπερφόρτισης μπορεί να ειπωθεί ότι είναι ένας αποτελεσματικός τρόπος.
Τα κοινά συστήματα υπερτροφοδότησης κινητήρα περιλαμβάνουν τη μηχανική υπερπλήρωση και την υπερσυμπίεση καυσαερίων.
Υπερφορτισμένο
Ο κινητήρας οδηγεί μηχανικά έναν υπερσυμπιεστή σε υπερφόρτιση, η οποία ονομάζεται υπερτροφοδότηση. Όταν ένας κινητήρας είναι υπερτροφοδοτούμενος, ο στροφαλοφόρος άξονας του κινητήρα συνήθως οδηγεί τον υπερσυμπιεστή μέσω ενός γρανάζι. Οι υπερσυμπιεστές χρησιμοποιούν γενικά φυγοκεντρικούς συμπιεστές ή συμπιεστές Roots και μερικοί χρησιμοποιούν κοχλιωτούς συμπιεστές. Τα τελευταία χρόνια, νέοι μηχανικοί υπερσυμπιεστές κύλισης έχουν αρχίσει να χρησιμοποιούνται και στο εξωτερικό. Επειδή η οδήγηση του συμπιεστή καταναλώνει ένα ορισμένο ποσό απόδοσης κινητήρα, η θερμική απόδοση ενός υπερτροφοδοτούμενου κινητήρα δεν βελτιώνεται απαραίτητα και μερικές φορές είναι ακόμη χαμηλότερη από αυτή ενός μη{4}}υπερτροφοδοτούμενου κινητήρα εσωτερικής καύσης. Κατά την επιλογή της πίεσης υπερπλήρωσης, πρώτα απ 'όλα, είναι απαραίτητο να διασφαλιστεί ότι μπορεί να επιτευχθεί η απαιτούμενη μέση πραγματική πίεση και, δεύτερον, να επιτευχθεί ο χαμηλότερος δυνατός ρυθμός κατανάλωσης καυσίμου. Αυτές οι δύο απαιτήσεις είναι συχνά αντιφατικές για την υπερφόρτιση. Εάν επιδιωχθεί η μέση πραγματική πίεση, θα οδηγήσει αναπόφευκτα σε μείωση της μηχανικής απόδοσης και αύξηση της κατανάλωσης καυσίμου. Επομένως, η επιλογή της τιμής της πίεσης υπερπλήρωσης θα πρέπει να επιδιώκει έναν καλό συμβιβασμό μεταξύ ισχύος και κατανάλωσης καυσίμου. Τα συστήματα υπερσυμπιεστών χρησιμοποιούνται επί του παρόντος συνήθως στα ευρωπαϊκά αυτοκίνητα. Επειδή ο υπερσυμπιεστής του υπερσυμπιεστή λειτουργεί συνεχώς οδηγούμενος από τον στροφαλοφόρο άξονα, δεν προκαλεί υστέρηση turbo όπως ένας στροβιλοσυμπιεστής. Αν και η υπερτροφοδότηση μπορεί να αυξήσει την απόδοση ισχύος μόνο κατά περίπου 10% έως 20%, η ομαλότητα και η συνέχεια είναι πέρα από τις δυνατότητες των υπερτροφοδοτούμενων κινητήρων.
υπερσυμπίεση καυσαερίων
Η χρήση της ενέργειας των καυσαερίων του κινητήρα για την κίνηση ενός στροβιλοσυμπιεστή ονομάζεται στροβιλοσυμπιεστή καυσαερίων (αναφέρεται ως υπερσυμπίεση). Όπως φαίνεται στο σχήμα, φαίνεται το σύστημα υπερπλήρωσης καυσαερίων. Το χαρακτηριστικό της υπερσυμπίεσης καυσαερίων είναι ότι δεν υπάρχει μηχανική σύνδεση μεταξύ του υπερσυμπιεστή και του κινητήρα. Συνδέονται με αεροδιάδρομο. Επειδή το έργο που καταναλώνεται από τον συμπιεστή είναι μέρος της ενέργειας που ανακτάται από τον στρόβιλο από τα καυσαέρια, ο υπερτροφοδοτούμενος κινητήρας μπορεί όχι μόνο να αυξήσει την ισχύ του κινητήρα, αλλά και να βελτιώσει τη θερμική του απόδοση και να μειώσει την κατανάλωση καυσίμου. Αν δείτε το λογότυπο Turbo ή T στο πίσω μέρος ενός αυτοκινήτου, σημαίνει ότι ο κινητήρας που χρησιμοποιείται στο αυτοκίνητο είναι υπερτροφοδοτούμενος. Ένας στροβιλοσυμπιεστής είναι στην πραγματικότητα ένας αεροσυμπιεστής. Χρησιμοποιεί την αδράνεια των καυσαερίων που εκκενώνονται από τον κινητήρα για να κινήσει έναν στρόβιλο. Ο στρόβιλος με τη σειρά του κινεί μια ομοαξονική πτερωτή για να συμπιέσει τον αέρα που αποστέλλεται από τον σωλήνα του φίλτρου αέρα, έτσι ώστε ο αέρας να συμπιέζεται και να εισέρχεται στον κύλινδρο. Όταν αυξάνεται η ταχύτητα του κινητήρα, η ταχύτητα εκκένωσης καυσαερίων και η ταχύτητα του στροβίλου αυξάνονται επίσης ταυτόχρονα. Η πτερωτή συμπιέζει περισσότερο αέρα στον κύλινδρο. Η αυξημένη πίεση και η πυκνότητα του αέρα μπορεί να κάψει περισσότερο καύσιμο. Αντίστοιχα, αυξήστε την ένταση του λαδιού και ρυθμίστε τις στροφές του κινητήρα. Μπορεί να αυξήσει την ισχύ εξόδου του κινητήρα.
