(um 20–45 %), ohne das Gewicht und die Abmessungen des Motors zu erhöhen, und um den Leistungsabfall in großen Höhen auszugleichen. Durch Aufladung mit „Qualitätskontrolle“ können die Toxizität und der Rauch von Abgasen reduziert werden. Die Aggregateaufladung erfolgt mittels Kompressor, Turbolader oder einer Kombination. Der am weitesten verbreitete Boost ist ein Turbolader, der die Abgasenergie für seinen Antrieb nutzt.

Die Aggregateaufladung wird bei fast allen Arten von Transportdieselmotoren (Schiff, Diesellokomotive, Traktor) eingesetzt. Der Ladedruck bei Vergasermotoren wird durch das Auftreten einer Detonation begrenzt. Zu den Hauptnachteilen der Aggregataufladung gehören:

  • erhöhte mechanische und thermische Belastung des Motors durch erhöhten Druck und erhöhte Temperatur der Gase;
  • verminderte Effizienz;
  • Komplikation des Designs.

Die nicht aggregierte Aufladung umfasst:

  • dynamisch (früher Trägheit, Resonanz, Akustik genannt), bei der der Effekt durch Schwingungserscheinungen in Rohrleitungen erreicht wird;
  • Hochgeschwindigkeitsmotoren, die an Kolbenflugmotoren in größeren Höhen als vorgesehen und bei Geschwindigkeiten von mehr als 500 km/h eingesetzt werden;
  • Kühlung, erreicht durch Verdampfung von Kraftstoff oder einer anderen brennbaren Flüssigkeit mit niedrigem Siedepunkt und hoher Verdampfungswärme in der einströmenden Luft.

Zunehmend verbreitet in Transportmotoren interne Verbrennung erhält einen dynamischen Boost, der bei geringfügigen Änderungen in der Gestaltung der Rohrleitungen zu einer Erhöhung des Füllungskoeffizienten bis hin zu weiten Drehzahländerungen des Motors führt. Durch eine Erhöhung des Ladedrucks können Sie den Diesel hinsichtlich der Energieleistung bei gleichzeitiger Erhöhung der zyklischen Kraftstoffzufuhr ankurbeln bzw. verbessern Wirtschaftsindikatoren unter Beibehaltung der Leistung (bei gleicher zyklischer Kraftstoffzufuhr). Dynamische Aufladung erhöht die Haltbarkeit von Zylinder-Kolben-Teilen aufgrund geringerer thermischer Bedingungen beim Betrieb mit mageren Gemischen.

Siehe auch

Links

  • Turbolader und sein Vergleich mit einem mechanischen Kompressor

Wikimedia-Stiftung.

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    - – Methode zur Kraftstoffzufuhr zur Brennkammer. EdwART. Wörterbuch des Automobiljargons, 2009 ... Automobilwörterbuch

    Schub- - [A.S. Goldberg. Englisch-Russisches Energiewörterbuch. 2006] Themen: Energie im Allgemeinen EN Aufladung ... Leitfaden für technische Übersetzer

    AUFLADUNG- (1) eine Methode zur Leistungssteigerung von Kolben-Verbrennungsmotoren durch Erhöhung der Luftmasse, die zusammen mit dem Kraftstoff in die Zylinder eintritt, aufgrund einer Druckerhöhung durch den Kompressor während des Ansaugens; (2) künstliche Erhöhung des Gasdrucks in... ... Große Polytechnische Enzyklopädie

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    Erhöhung der Frischladungsmenge des dem Verbrennungsmotor zugeführten brennbaren Gemisches durch Erhöhung des Einlassdrucks. N. wird normalerweise verwendet, um die Leistung (um 20-45 %) zu steigern, ohne Gewicht und Abmessungen zu erhöhen... ... Große sowjetische Enzyklopädie

    M. Versorgung der Zylinder von Kolbenmotoren einer Maschine mit Luft, deren Druck höher als der Atmosphärendruck ist. Ephraims erklärendes Wörterbuch. T. F. Efremova. 2000... Modern erklärendes Wörterbuch Russische Sprache Efremova

Durch die Aufladung können Sie die Motorleistung steigern, indem Sie die Luftdichte am Einlass der Zylinder erhöhen, wodurch mehr Kraftstoff effizient verbrannt werden kann. Automobilmotoren nutzen Gasturbinen-Aufladesysteme mit Turboladern (TCR) oder mechanische Aufladung mit Antriebsladern (PD). Bei einem TCR wird Luft durch einen Kompressor komprimiert, der von einer Turbine angetrieben wird, und die Turbine wird durch den Abgasstrom in Rotation versetzt (siehe Abb. 7.22). Der PN, der die Luft komprimiert, wird von der Kurbelwelle des Motors angetrieben.

Der Turbolader eines Automotors (Abb. 7.26) ist eine Einheit bestehend aus einem Gehäuse und einem Rotor (Turbine und Kompressor, verbunden durch eine in Gleitlagern rotierende Welle). Der TKR kann Steuerelemente für seinen Betrieb enthalten. Typischerweise beträgt der Außendurchmesser der Räder von Radialkompressoren und Radial-Axial-Turbinen TKR 35...90 mm, was einen relativ hohen Wirkungsgrad gewährleistet. Verdichterräder bestehen aus einer Aluminiumlegierung und Turbinenräder aus hochlegiertem Gusseisen, da sie diesen Anforderungen standhalten müssen hohe Temperaturen. Abgas tritt in das Turbinenspiralgehäuse ein 6. Es enthält einen oder zwei sich verjüngende Führungskanäle, in denen die Abgasgeschwindigkeit zunimmt. Anschließend werden sie den Schaufeln des Turbinenrades 7 zugeführt und versetzen dieses in Rotation. Sie ist durch den Schacht 11 dreht das Verdichterrad 2. Luft durch den Kompressoreinlass 1 gelangt in das Verdichterrad 2 , wo seine Geschwindigkeit unter dem Einfluss der Zentrifugalkräfte stark ansteigt und aus dem Rad in den Diffusor austritt, wo seine Geschwindigkeit abnimmt und die Dichte zunimmt. Dann die Luft 4 gelangt in den Spiralkollektor des Kompressorgehäuses und wird von dort zum Motor geleitet.

Reis. 7.26.

1 - Kompressorgehäuse; 2 - Verdichterrad; 3 - Lufteinlass; 4 - Auslass der im Kompressor komprimierten Luft; 5 - Ölversorgung; 6 - Turbinengehäuse; 7- Turbinenrad; 8- Abgasaustritt nach der Turbine; 9- Lagergehäuse; 10- Abgaseinlass vom Motor; 11 - Rotorwelle; 12 - Ölablass

Ein Antriebslader vom Typ „Rute“ in Form von zwei Rotoren, die durch achterförmige Zahnräder verbunden sind und sich in verschiedene Richtungen drehen, ist in Abb. dargestellt. 7.27. Die Rotoren fahren abwechselnd an die Oberkanten des Gehäuses heran und erfassen die Luftmenge V, atmosphärischen Druck haben r 0 . Diese Luftmenge wird praktisch ohne Druckänderung in die Auslasskammer des PN gedrückt, wo sich die Ladung mit erhöhtem Druck befindet r k. Bei der Meldung des Volumens V Bei einer Auslasskammer gelangt die vorhandene Ladung unter Druck in die Kammer r k. Die Abdichtung zwischen den Rotoren sowie den Rotoren und den Gehäusewänden wird durch die Schaffung eines Mindestspaltes erreicht. Bei hohen Ladedrücken und hohen Geschwindigkeiten kommt es zu erheblichen Undichtigkeiten, was den Druckanstieg und die Effizienz des Laders verringert. Daher überschreitet der maximale Druckanstiegsgrad in einem solchen Kompressor 1,6 ... 1,7 nicht.

Vergleich von Turbolader- und Kompressorantrieb. TKR wird viel häufiger zum Aufladen von Kraftfahrzeugen verwendet als PN, da es einen höheren Ladedruck und einen besseren Wirkungsgrad, einen geringeren Geräuschpegel sowie ein geringeres Gewicht und kleinere Abmessungen bietet.

Reis. 7.27.

Der schlechtere Wirkungsgrad des PN im Gegensatz zum durch Abgasenergie angetriebenen TKR ist darauf zurückzuführen, dass der PN über die Kurbelwelle arbeitet. Durch die starre Verbindung mit der Kurbelwelle sorgt der PN für einen höheren Ladedruck bei niedrigen Drehzahlen und weist im Gegensatz zum TKR keine Verzögerung beim Hochdrehen des Rotors bei starkem Anstieg der Motorlast („Turboverzögerung“) auf. Dies sorgt für eine bessere Dynamik von Fahrzeugen mit PN, insbesondere in der anfänglichen Beschleunigungsphase. Bei geringer Last nimmt die Leistung des PN-Antriebs nicht ab, was den Einsatz von PN besonders unrentabel macht. PN, das bei geringer Last und hohen Drehzahlen abgeschaltet wird, wird üblicherweise bei Ottomotoren von Pkw eingesetzt, bei denen die Beschleunigungsdynamik wichtig ist und die Verschlechterung des Wirkungsgrades keine große Rolle spielt.

Ladeluftkühler (CAC). Bei Automobilmotoren beträgt die Temperaturerhöhung bei der Verdichtung der Luft in einem Kompressor üblicherweise 40...180 °C. Bei der Zwischenkühlung der Luft im Luftkühler erhöht sich die Massenfüllung der Zylinder aufgrund einer Erhöhung der Luftdichte, was für mehr Leistung und einen verbesserten Motorwirkungsgrad sorgt. Der Einsatz von ONV senkt auch die Temperatur von Motorteilen und die Temperatur von Gasen vor der Turbine.

Automobilmotoren verwenden Luft-Luft- und Flüssigkeit-Luft-NVGs. Im ersten Fall wird die Ladeluft gekühlt, indem das ONV mit dem entgegenkommenden Luftstrom während der Fahrt und dem vom Lüfter erzeugten Strom angeblasen wird, im zweiten Fall wird hauptsächlich Flüssigkeit aus dem Motorkühlsystem verwendet.

Flüssigkeit-Luft Das ONV ist kompakter als das Luft-Luft-Modell. Dies liegt daran, dass der Wärmeaustausch von heißer Luft an das Kühlmittel intensiver erfolgt als an die Kühlluft. Dieser Wärmetauscher sorgt unabhängig von der Umgebungstemperatur für eine stabile Ladelufttemperatur. Es wird hauptsächlich in Geländefahrzeugen, Traktoren und Spezialfahrzeugen (Muldenkipper für den Bergbau, Flugplatzausrüstung usw.) installiert.

Luft-Luft OH B sorgt für eine tiefere Kühlung, da die Umgebungslufttemperatur niedriger ist als die Temperatur der Kühlsystemflüssigkeit. Daher wird es bei niedrigen Ladedruckstufen und bei Gegenluftströmung eingesetzt, was für Motoren von Pkw und Fernverkehrs-Lkw gilt.

Boost-Kontrollsysteme. Mit zunehmender Motordrehzahl erhöht sich der Ladedruck TKR um das 1,3...1,5-fache. Dies ist auf die unterschiedlichen hydraulischen Eigenschaften von Kolbenmaschinen (Motor) und Schaufelmaschinen (TKR) zurückzuführen. Idealerweise kann der TCR nur für einen Motorbetriebsmodus konfiguriert werden (normalerweise ist dies der Punkt der externen Drehzahlkennlinie, der zwischen den Modi maximales Drehmoment und Nennleistung liegt), bei dem er den angegebenen Ladedruck bereitstellt und den größten Wirkungsgrad aufweist . Wenn dann die Drehzahl sinkt, sinkt der Ladedruck relativ zum optimalen Wert, und wenn die Drehzahl steigt, erhöht er sich. Um diese Probleme zu lösen, werden an Motoren verschiedene Methoden der Ladedruckregelung eingesetzt.

Abgasbypass, Die Umgehung der Turbine ist die einfachste Möglichkeit, den Betrieb von Motor und TKR zu koordinieren (Abb. 7.28). TKR ist so eingestellt, dass es bei niedrigen und mittleren Drehzahlen des Dieselmotors einen hohen Ladedruck liefert. Bei hohen Drehzahlen wird ein weiterer Druckanstieg durch Öffnen des Bypassventils 5 begrenzt. Es ist am Turbineneinlass installiert 8. Beim Öffnen wird ein Teil des Gases unter Umgehung der Turbine in das Abgassystem geleitet. Das Motormanagementsystem regelt die Ventilöffnung, um in jedem Betriebsmodus den erforderlichen Ladedruck bereitzustellen. Bei geöffnetem Bypassventil nimmt jedoch der Motorwirkungsgrad ab, da ein Teil der für die Luftverdichtung im TKR-Kompressor aufgewendeten Energie verloren geht.

Veränderung des Strömungsquerschnitts durch rotierende Schaufeln am Abgaseintritt zum Turbinenrad. Bei niedrigen Drehzahlen rotierende Messer 3 am Turbineneintritt 1 bei niedriger Geschwindigkeit (Abb. 7.29, A) auf den maximalen Winkel gedreht, wodurch ein minimaler Strömungsquerschnitt am Abgaseintritt in das Turbinenrad gewährleistet wird 1. Dann erhöht sich die Gasgeschwindigkeit am Radeintritt, was die Drehzahl des TKR-Rotors erhöht

Reis. 7.28.

  • 1 - Magnetventil; 2 - Vakuumpumpe; 3 - Vakuumkammer; 4 - TKR; 5 - OT-Bypassventil; 6 - OT-Eingang vom Motor;
  • 7 - Druckluftauslass; 8 - Turbine; 9 - Kompressor

und dementsprechend Ladedruck. Bei hoher Motordrehzahl (Abb. 7.29, B) Schulterblätter 3 auf einen minimalen Winkel gedreht, wodurch ein maximaler Strömungsquerschnitt am Abgaseinlass zum Turbinenrad entsteht 1. Dann wird die Gasgeschwindigkeit am Turbinenradeintritt reduziert, wodurch ein Anstieg des Ladedrucks verhindert wird. Gleichzeitig wird der Gegendruck am Ausgang der Zylinder reduziert, was zu einer Verringerung der Ausstoßarbeit und in der Folge zu einer Steigerung der Leistung und Effizienz des Dieselmotors führt. Bei dieser Steuerungsmethode wird bei kleinen TCRs die Effizienz der Turbine aufgrund einer Erhöhung des Widerstands, der von den Schaufeln entlang des Weges des Gasstroms erzeugt wird, und Verlusten im Zusammenhang mit Lecks durch die Lücken zwischen den Schaufeln und dem Turbinenrad erheblich verringert Wände des Turbinengehäuses. Es gibt auch Schwierigkeiten, die Funktionsfähigkeit der rotierenden Schaufeln bei Rußablagerungen sicherzustellen. Daher werden TCRs mit dieser Regelungsart bei Pkw-Motoren mit mehr als zwei Litern Hubraum eingesetzt.

Veränderung des Strömungsquerschnitts zur Sauerstoffversorgung des Turbinenrades durch eine Schiebehülse im Düsenführungsapparat der Turbine. Bei der TKR (Abb. 7.30) kann eine horizontal bewegliche Buchse einen der beiden im Turbinengehäuse befindlichen Kanäle verschließen und ihr Rad mit OT versorgen. Dadurch verändert sich der Strömungsquerschnitt und damit auch die Geschwindigkeit des Gaseintritts auf die Turbinenschaufeln. Wenn geöffnet

Reis. 7.29. Einstellen der TKR-Turbine durch Drehen der Schaufeln: A- geschlossene Stellung der Schaufeln, minimaler Strömungsquerschnitt und maximale Gaseintrittsgeschwindigkeit zum Turbinenrad; B- Offenstellung der Schaufeln, maximale Strömungsfläche und minimale Gaseintrittsgeschwindigkeit zum Turbinenrad; 1 - Turbinenrad;

2 - Drehring; 3 - rotierende Klinge; 4 - Antriebshebel; 5 - pneumatischer Regler; 6 - Abgasstrom ist nur ein Kanal 2 (Abb. 7.30, A), Der Querschnitt im Weg des Gasstroms ist minimal, die Gasgeschwindigkeit ist maximal und der Ladedruck steigt. Wenn beide Kanäle geöffnet sind 2 Und 3 (Abb. 7.30, B), dann ist die Strömungsfläche maximal und die Gasgeschwindigkeit minimal. In diesem Fall sinkt der Ladedruck und der Gegendruck am Ausgang der Zylinder nimmt ab. Diese Steuermethode ermöglicht den Einsatz von TKR mit kleinen Raddurchmessern, die bei Motoren mit kleinem Hubraum eingesetzt werden können.

Reis. 7.30 Uhr. Einstellen der TKR-Turbine mittels Schiebehülse: A- im Turbinengehäuse ist nur ein Gaszuführkanal offen; B- beide gasführenden Kanäle im Turbinengehäuse offen sind; 1 - Turbinenrad; 2 – der erste Kanal im Turbinengehäuse; 3 - zweiter Kanal im Turbinengehäuse; 4 - Schiebehülse; 5 - Bypass-Kanal; 6 - Schiebehülsenantrieb

Die mechanische Aufladung ist eine Möglichkeit, die Motorleistung zu steigern. Das Hauptelement eines solchen Systems ist ein mechanischer Kompressor (Supercharger oder Kompressor). Es handelt sich um einen Kompressor, der durch die Drehung der Kurbelwelle angetrieben wird. Der Einbau eines mechanischen Kompressors ermöglicht eine Steigerung um bis zu 50 %. Der Kompressor saugt Luft durch den Luftfilter an, komprimiert sie und leitet sie dann zum Ansaugkrümmer des Verbrennungsmotors, was dazu beiträgt, dessen Leistung zu steigern.

Aufbau und Funktionsprinzip der mechanischen Aufladung

In der modernen Automobilindustrie werden verschiedene Arten mechanischer Drucksysteme verwendet, von denen jedes sein eigenes hat Designmerkmale und das Prinzip der Luftinjektion.

Mechanisches Druckgerät

Das mechanische Drucksystem besteht aus folgenden Elementen:

  • mechanischer Kompressor (Kompressor);
  • Ladeluftkühler;
  • Drosselklappe;
  • Bypassventil;
  • Luftfilter;
  • Ladedrucksensoren;
  • Lufttemperatursensoren im Ansaugkrümmer.
Betriebsdiagramm des mechanischen Boosts

Die Steuerung des mechanischen Laders erfolgt über die Drosselklappe, die bei hohen Geschwindigkeiten geöffnet ist. In diesem Fall ist die Rohrleitungsklappe geschlossen und die gesamte Luft gelangt in den Ansaugkrümmer des Motors. Wenn der Motor mit niedriger Drehzahl läuft, wird er in einem leichten Winkel geöffnet und die Rohrleitungsklappe ist vollständig geöffnet, wodurch sichergestellt wird, dass ein Teil der Luft zum Kompressoreinlass zurückgeführt wird.

Die vom Kompressor kommende Luft strömt durch den Ladeluftkühler, der die Temperatur der Ladeluft um etwa 10 °C senkt und so ein höheres Verdichtungsverhältnis fördert.

Arten des mechanischen Boost-Antriebs


 Nockenkompressor-Riemenantrieb

Die Übertragung des Drehmoments von der Kurbelwelle auf einen mechanischen Kompressor kann auf verschiedene Arten erfolgen:

  • Direktantriebssystem – beinhaltet die Montage des Kompressors direkt am Kurbelwellenflansch des Motors.
  • Riemenantrieb. Die Kraftübertragung erfolgt über einen Riemen. Verschiedene Hersteller verwenden ihre eigenen Riementypen (flach, V-förmig oder gezahnt). Riemensysteme haben eine kurze Lebensdauer und neigen zum Durchrutschen.
  • Kettenantrieb. Es hat ein ähnliches Prinzip wie ein Riemenantrieb.
  • Zahnradantrieb. Der Nachteil eines solchen Systems ist der erhöhte Lärm und die großen Abmessungen.

Arten mechanischer Kompressoren

Radialkompressor

Jeder Boost-Antriebstyp hat seine eigenen Betriebseigenschaften. Es gibt drei Arten mechanischer Kompressoren:

  • Radialgebläse. Der gebräuchlichste Typ mechanischer Kompressoren. Das Hauptarbeitselement des Systems ist das Laufrad (Laufrad), das ähnlich aufgebaut ist wie das Verdichterrad. Es rotiert mit einer Geschwindigkeit von etwa 60.000 Umdrehungen pro Minute. In diesem Fall wird im Modus Luft in den zentralen Teil des Verdichterrads gesaugt hohe Geschwindigkeit und Unterdruck. Nach dem Passieren der Ladeschaufeln wird die Luft dem Ansaugkrümmer zugeführt, jedoch mit niedriger Geschwindigkeit und hohem Druck. Diese Art von Kompressor wird in Verbindung mit Turboladern zur Eliminierung eingesetzt.
  • Schraubengebläse. Es handelt sich um ein System aus zwei rotierenden Schnecken (Schnecken) mit konischer Form. Die in den breiteren Teil eintretende Luft strömt durch die Kompressorkammern und wird aufgrund der Rotation komprimiert und in das Ansaugkrümmerrohr gedrückt. Solche Systeme werden hauptsächlich bei Sport- und teuren Autos eingesetzt, da ihre Herstellung recht aufwändig ist. Ihr Vorteil ist eine hohe Betriebseffizienz.
  • Nockengebläse (Wurzeln). Einer der ersten Typen mechanischer Kompressoren. Konstruktiv besteht es aus zwei Rotoren mit komplexem Querschnittsprofil. Die Rotorachsen sind durch zwei identische Zahnräder verbunden. Während sich das System dreht, bewegt sich Luft zwischen den Gehäusewänden und den Nocken und wird dadurch in den Ansaugkrümmer gedrückt. Der Nachteil dieses Systems ist die Bildung von Überdruck, der zu Störungen im Betrieb des Boosts führt. Um dieses Phänomen zu beseitigen, umfasst die Konstruktion des Nockengebläses entweder eine elektrisch betätigte Kupplung (Steuerung mit Laderabschaltung) oder ein Bypassventil (ohne Gebläseabschaltung).

 Schraubengebläse

Mechanische Kompressoren werden häufig in Fahrzeugen der Marken Cadillac, Audi, Mercedes-Benz und Toyota eingesetzt. Dabei werden Nocken- und Schraubenkompressoren vor allem bei leistungsstarken Sportwagen mit Benzinmotoren verbaut, bei Dieselmotoren sind Radialkompressoren in das Doppelturboladersystem eingebunden.

Vor- und Nachteile einer Schaltung mit mechanischem Lader

Im Vergleich zu einem Turbolader mechanisches System Der Antrieb des Boosters erfolgt nicht durch Motorabgase, sondern durch die Drehung der Kurbelwelle. Dadurch erhöht sich einerseits die Motorleistung, andererseits entsteht eine zusätzliche Belastung, die je nach Kompressortyp bis zu 30 % der Motorleistung in Anspruch nimmt. Ein weiterer Nachteil des Systems ist der hohe Geräuschpegel, der durch den Systemantrieb entsteht.

Der Einsatz mechanischer Aufladung bei hohen Geschwindigkeiten führt zu einem schnelleren Verschleiß der Motorteile und muss daher aus Materialien mit erhöhter Festigkeit hergestellt werden.
Der Hauptvorteil eines mechanischen Antriebs sind seine geringen Herstellungskosten (im Vergleich zur Turboaufladung), die einfache Installation sowie die sofortige Reaktion des Systems auf eine Erhöhung der Motordrehzahl. So sorgen Systeme mit Schrauben- und Nockenkompressoren für eine hohe Beschleunigungsdynamik und Radiallader für einen stabilen Motorbetrieb bei hohen Drehzahlen.

Zusätzlich zum Antrieb über die Kurbelwelle des Motors kann die mechanische Aufladung auch von einem separaten Elektromotor angetrieben werden. In diesem Fall kann ein Verlust der Motorleistung vermieden werden.

Die Aufgabe, Motorleistung und Drehmoment zu steigern, war schon immer relevant. Die Motorleistung steht in direktem Zusammenhang mit dem Hubraum der Zylinder und der Menge des ihnen zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches. Das heißt, je mehr Kraftstoff in den Zylindern verbrannt wird, desto höher ist die Leistung des Aggregats. Die einfachste Lösung besteht jedoch darin, die Motorleistung durch Vergrößerung des Hubraums zu erhöhen, was zu einer Vergrößerung der Abmessungen und des Gewichts der Struktur führt.

Die Menge des zugeführten Arbeitsgemisches kann durch Erhöhung der Kurbelwellendrehzahl erhöht werden (d. h. es können pro Zeiteinheit mehr Arbeitszyklen in den Zylindern durchgeführt werden), dies führt jedoch zu gravierenden Problemen, die mit einer Erhöhung der Trägheitskräfte und verbunden sind ein starker Anstieg der mechanischen Belastung der Teile des Aggregats, was zu einer Verkürzung der Motorlebensdauer führt. Der effektivste Weg in dieser Situation ist das Aufladen.

Stellen wir uns den Ansaugtakt eines Verbrennungsmotors vor: Zu diesem Zeitpunkt arbeitet der Motor wie eine Pumpe und ist zudem sehr ineffizient – ​​im Luftweg befindet sich ein Luftfilter, Biegungen in den Ansaugkanälen und bei Benzinmotoren gibt es einen auch eine Drosselklappe. All dies reduziert natürlich die Füllung des Zylinders. Nun, was ist erforderlich, um es zu erhöhen? Erhöhen Sie den Druck vor dem Einlassventil – dann „passt“ mehr Luft in den Zylinder. Bei der Aufladung wird die Füllung der Zylinder mit frischer Ladung verbessert, wodurch mehr Kraftstoff in den Zylindern verbrannt werden kann und dadurch eine höhere Gesamtmotorleistung erzielt wird.

In Verbrennungsmotoren kommen drei Arten von Boost zum Einsatz:

  • resonant – bei dem die kinetische Energie des Luftvolumens in den Ansaugkrümmern genutzt wird (in diesem Fall ist kein Kompressor erforderlich)
  • mechanisch – in dieser Version wird der Kompressor über einen Riemen vom Motor angetrieben
  • Gasturbine (oder Turboaufladung) – die Turbine wird durch den Abgasstrom angetrieben.

Jede Methode hat ihre eigenen Vor- und Nachteile, die den Anwendungsbereich bestimmen.

Wie am Anfang des Artikels erwähnt, sollte zur besseren Füllung des Zylinders der Druck vor dem Einlassventil erhöht werden. In der Zwischenzeit ist ein erhöhter Druck nicht ständig erforderlich – es reicht aus, wenn er in dem Moment ansteigt, in dem das Ventil schließt, und den Zylinder mit einer zusätzlichen Portion Luft „belädt“. Für einen kurzfristigen Druckanstieg ist eine bei laufendem Motor am Ansaugrohr „wandernde“ Kompressionswelle durchaus geeignet. Es reicht aus, nur die Länge der Rohrleitung selbst zu berechnen, damit die Welle, nachdem sie mehrmals von ihren Enden reflektiert wurde, im richtigen Moment am Ventil ankommt.

Die Theorie ist einfach, aber ihre Umsetzung erfordert viel Einfallsreichtum: Das Ventil bei mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten Die Kurbelwelle ist ungleich lange geöffnet. Um den resonanten Boost-Effekt nutzen zu können, sind daher Ansaugkrümmer mit variabler Länge erforderlich. Mit einem kurzen Ansaugtrakt arbeitet der Motor bei hohen Drehzahlen besser, bei niedrigen Drehzahlen ist ein langer Ansaugtrakt effizienter. Variable Längen von Zulaufrohren können auf zwei Arten geschaffen werden: entweder durch den Anschluss einer Resonanzkammer oder durch den Wechsel auf das gewünschte Zulaufrohr bzw. dessen Anschluss. Letztere Möglichkeit wird auch dynamische Aufladung genannt. Sowohl resonante als auch dynamische Verstärkung können die Strömung der Ansaugluftsäule beschleunigen.

Die durch Schwankungen des Luftstromdrucks erzeugten Boost-Effekte liegen zwischen 5 und 20 Millibar. Zum Vergleich: Mittels Turboaufladung oder mechanischer Aufladung können Werte im Bereich zwischen 750 und 1200 Millibar erreicht werden. Um das Bild zu vervollständigen, weisen wir darauf hin, dass es auch eine Trägheitsaufladung gibt, bei der der Hauptfaktor für die Entstehung eines Überdrucks vor dem Ventil der Hochgeschwindigkeitsströmungsdruck in der Ansaugleitung ist. Bietet eine leichte Leistungssteigerung bei hohen Geschwindigkeiten (mehr als 140 km/h). Wird hauptsächlich bei Motorrädern verwendet.

Mechanische Kompressoren (auf Englisch Supercharger) ermöglichen durchaus auf einfache Weise Motorleistung deutlich steigern.
Durch den Antrieb direkt über die Kurbelwelle des Motors ist der Kompressor in der Lage, bei minimaler Drehzahl ohne Verzögerung Luft in die Zylinder zu pumpen und den Ladedruck streng proportional zur Motordrehzahl zu erhöhen. Sie haben aber auch Nachteile. Sie verringern den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors, da ihr Antrieb einen Teil der vom Aggregat erzeugten Leistung verbraucht. Mechanische Drucksysteme besetzen mehr Platz erfordern einen speziellen Antrieb (Zahnriemen- oder Zahnradantrieb) und erzeugen eine erhöhte Geräuschentwicklung.


Es gibt zwei Arten von mechanischen Gebläsen: Verdrängergebläse und Zentrifugalgebläse.

Typische Drehkolbengebläse sind das Roots-Gebläse und der Lysholm-Kompressor.

Das Roots-Design ähnelt einer Öl-Zahnradpumpe. In einem ovalen Gehäuse drehen sich zwei Rotoren gegenläufig. Die Rotorachsen sind durch Zahnräder miteinander verbunden. Die Besonderheit dieser Konstruktion besteht darin, dass die Luft nicht im Kompressor, sondern außerhalb – in der Rohrleitung – komprimiert wird und in den Raum zwischen Gehäuse und Rotoren gelangt. Der Hauptnachteil ist die begrenzte Menge an Boost. Unabhängig davon, wie perfekt die Kompressorteile montiert sind, beginnt ab einem bestimmten Druck Luft auszuströmen, was die Effizienz des Systems verringert. Es gibt nur wenige Möglichkeiten, dem entgegenzuwirken: Erhöhen Sie die Drehzahl der Rotoren oder machen Sie den Kompressor zwei- oder sogar dreistufig.

Auf diese Weise ist es möglich, die Endwerte auf ein akzeptables Niveau zu steigern, mehrstufigen Konstruktionen geht jedoch ihr Hauptvorteil – die Kompaktheit – verloren. Ein weiterer Nachteil ist der ungleichmäßige Austritt am Auslass, da die Luft portionsweise zugeführt wird. IN moderne Designs Es werden spiralförmige Rotoren mit drei Zähnen verwendet, und die Einlass- und Auslassfenster haben eine dreieckige Form. Dank dieser Tricks haben Verdrängerkompressoren den pulsierenden Effekt praktisch eliminiert. Die niedrigen Drehzahlen der Rotoren und damit die Langlebigkeit der Konstruktion gepaart mit der geringen Geräuschentwicklung haben dazu geführt, dass so bekannte Marken wie DaimlerChrysler, Ford und General Motors ihre Produkte großzügig damit ausstatten.

Verdrängerkompressoren erhöhen die Leistungs- und Drehmomentkurven, ohne ihre Form zu verändern. Sie sind bereits bei niedrigen und mittleren Geschwindigkeiten wirksam, und zwar auf die bestmögliche Art und Weise beeinflusst die Dynamik der Beschleunigung. Das einzige Problem besteht darin, dass solche Systeme sehr aufwändig in der Herstellung und Installation und daher recht teuer sind.

Eine andere Möglichkeit, unter Überdruck stehende Luft in den Ansaugkrümmer zu pumpen, wurde einst vom Ingenieur Lysholm vorgeschlagen. Seine Idee wurde Schraubenkompressor oder „Doppelschnecke“ genannt. Das Lysholm-Aufladungsdesign erinnert ein wenig an einen herkömmlichen Fleischwolf.
Im Inneren des Gehäuses sind zwei komplementäre Schneckenpumpen (Schnecken) installiert. Sie drehen sich in verschiedene Richtungen, nehmen einen Teil der Luft auf, verdichten sie und drücken sie in die Zylinder. Dieses System zeichnet sich durch interne Kompression und minimale Verluste dank genau angepasster Spaltmaße aus.
Zudem sind Schraubenlader nahezu im gesamten Drehzahlbereich wirksam, geräuschlos, sehr kompakt, aber aufgrund der aufwändigen Herstellung äußerst teuer. Aber so berühmte Tuning-Studios wie AMG oder Kleemann verachten sie nicht.

Radiallader ähneln im Aufbau der Turboaufladung. Überdruck im Ansaugrohr entsteht auch durch das Verdichterrad (Laufrad). Seine radialen Schaufeln fangen Luft ein und schleudern sie mithilfe der Zentrifugalkraft in den umlaufenden Tunnel. Der einzige Unterschied zur Turboaufladung ist der Antrieb. Zentrifugallader weisen einen ähnlichen, wenn auch weniger auffälligen Trägheitsfehler auf, es gibt jedoch noch einen weiteren wichtiges Merkmal. Tatsächlich ist die erzeugte Druckmenge proportional zum Quadrat der Drehzahl des Verdichterrades.

Einfach ausgedrückt muss es sich sehr schnell drehen, um die erforderliche Luftladung in die Zylinder aufzublasen, manchmal zehnmal höher als die Motordrehzahl. Der Zentrifugallader ist bei hohen Geschwindigkeiten wirksam. Mechanische „Zentrifugen“ sind nicht so launisch in der Wartung und langlebiger als ihre gasdynamischen Gegenstücke, da sie bei weniger extremen Temperaturen arbeiten. Die Schlichtheit und damit die geringen Kosten des Designs haben ihnen im Bereich des Amateur-Tunings Popularität eingebracht.

Der Steuerkreis für einen mechanischen Kompressor ist recht einfach. Bei Volllast ist das Wastegate-Ventil geschlossen und die Drosselklappe geöffnet – der gesamte Luftstrom gelangt in den Motor. Im Teillastbetrieb schließt die Drosselklappe und die Rohrleitungsklappe öffnet – überschüssige Luft wird zum Ladereinlass zurückgeführt. Der in den Kreislauf eingebundene Ladeluftkühler (Intercooler) ist ein nahezu unverzichtbarer Bestandteil nicht nur mechanischer, sondern auch von Gasturbinenladesystemen.

Beim Komprimieren in einem Kompressor (oder Kompressor) erwärmt sich die Luft, wodurch ihre Dichte abnimmt. Dies führt dazu, dass das Arbeitsvolumen des Zylinders massemäßig weniger Luft und damit Sauerstoff enthält, als ohne Heizung hineinpassen könnte. Daher wird die verdichtete Luft im Ladeluftkühler vorgekühlt, bevor sie den Motorzylindern zugeführt wird. Konstruktionsbedingt handelt es sich hierbei um einen herkömmlichen Kühler, der entweder durch den einströmenden Luftstrom oder durch Kühlmittel gekühlt wird. Wenn Sie die Temperatur der Ladeluft um 10 Grad senken, können Sie deren Dichte um etwa 3 % erhöhen. Dadurch wiederum können Sie die Motorleistung um etwa den gleichen Prozentsatz steigern.

Aufladung von Gasturbinen

Turbolader werden in modernen Automobilmotoren häufiger eingesetzt. Im Wesentlichen handelt es sich um den gleichen Radialkompressor, jedoch mit einem anderen Antriebskreis. Dies ist der wichtigste, sozusagen grundlegende Unterschied zwischen mechanischen Kompressoren und „Turbos“. Es ist die Ansteuerschaltung, die maßgeblich die Eigenschaften und Einsatzgebiete bestimmter Konstruktionen bestimmt. Bei einem Turbolader sitzt das Kompressorlaufrad auf derselben Welle wie das Turbinenlaufrad, das in den Abgaskrümmer des Motors eingebaut ist und von den Abgasen angetrieben wird. Die Drehzahl kann 200.000 U/min überschreiten. Es besteht keine direkte Verbindung zur Motorkurbelwelle und die Luftzufuhr wird über den Abgasdruck gesteuert.

Zu den Vorteilen der Turboaufladung gehören: erhöhte Effizienz und Effizienz des Motors (ein mechanischer Antrieb entnimmt dem Motor Leistung, dieser nutzt jedoch die Energie der Abgase und erhöht daher die Effizienz). Der spezifische Wirkungsgrad und der Gesamtwirkungsgrad des Motors sollten nicht verwechselt werden. Um einen Motor zu betreiben, dessen Leistung durch den Einsatz der Turboaufladung gestiegen ist, ist natürlich mehr Kraftstoff erforderlich als für einen ähnlichen Saugmotor mit geringerer Leistung. Schließlich wird, wie wir uns erinnern, die Füllung der Zylinder mit Luft verbessert, um mehr Kraftstoff darin zu verbrennen. Der Massenanteil an Kraftstoff pro Leistungseinheit pro Stunde ist jedoch bei einem mit einem TC ausgestatteten Motor immer geringer als bei einem Triebwerk ähnlicher Bauart, das nicht aufgeladen ist.

Durch die Turboaufladung ist es möglich, die spezifizierten Eigenschaften des Triebwerks bei geringeren Abmessungen und Gewicht zu erreichen als bei der Verwendung eines „atmosphärischen“ Motors. Darüber hinaus hat der Turbomotor eine bessere Leistung Umweltindikatoren. Die Druckbeaufschlagung der Brennkammer führt zu einer Temperaturabsenkung und damit zu einer Verringerung der Stickoxidbildung. Bei Ottomotoren wird durch die Aufladung eine vollständigere Verbrennung des Kraftstoffs erreicht, insbesondere bei transienten Betriebsbedingungen. Bei Dieselmotoren ist es durch eine zusätzliche Luftzufuhr möglich, die Grenze der Rauchentwicklung zu verschieben, also den Ausstoß von Rußpartikeln zu bekämpfen.

Dieselmotoren eignen sich deutlich besser für die Aufladung im Allgemeinen und die Turboaufladung im Besonderen. Im Gegensatz zu Ottomotoren, bei denen der Ladedruck durch die Gefahr einer Detonation begrenzt ist, ist ihnen dieses Phänomen unbekannt. Diesel kann unter Druck gesetzt werden, bis die maximale mechanische Belastung in seinen Mechanismen erreicht ist. Darüber hinaus sorgen die fehlende Luftdrosselung am Einlass und ein hohes Verdichtungsverhältnis im Vergleich zu Benzinmotoren für einen höheren Abgasdruck und eine niedrigere Temperatur. Im Allgemeinen genau das, was Sie brauchen, um einen Turbolader zu verwenden. Turbolader sind einfacher herzustellen, was eine Reihe ihrer inhärenten Nachteile ausgleicht.

Bei niedrigen Motordrehzahlen ist die Abgasmenge gering und dementsprechend ist die Kompressoreffizienz gering. Darüber hinaus verfügt ein Turbomotor in der Regel über ein sogenanntes „Turbo-Lag“ (auf Englisch „Turbo-Lag“) – eine langsame Reaktion auf eine Erhöhung der Kraftstoffzufuhr. Sie müssen stark beschleunigen – Sie drücken das Gaspedal bis zum Boden, und der Motor „denkt“ eine Weile nach und nimmt erst dann Fahrt auf. Die Erklärung ist einfach: Es dauert eine Weile, bis der Motor Fahrt aufnimmt und der Druck steigt Abgase, dreht sich die Turbine zusammen mit dem Kompressorlaufrad – und schließlich „strömt“ Luft. Designer versuchen, diese Mängel auf unterschiedliche Weise zu beseitigen. Erstens durch Reduzierung der Masse rotierender Teile von Turbine und Kompressor. Der Rotor eines modernen Turboladers ist so klein, dass er problemlos in die Handfläche passt.

Die Gewichtsreduzierung wird nicht nur durch die Gestaltung des Rotors erreicht, sondern auch durch die Wahl geeigneter Materialien dafür. Die Hauptschwierigkeit mit das ist hoch Abgastemperatur. Der metallkeramische Turbinenrotor ist etwa 20 % leichter als einer aus hitzebeständigen Legierungen und weist zudem ein geringeres Trägheitsmoment auf. Bis vor Kurzem war die Lebensdauer der gesamten Einheit durch die Haltbarkeit der Lager begrenzt. Im Wesentlichen handelte es sich dabei um Laufbuchsen ähnlich den Kurbelwellenlaufbuchsen, die mit Öl unter Druck geschmiert wurden. Der Verschleiß solcher Gleitlager war natürlich groß, aber Kugellager hielten der enormen Drehzahl und den hohen Temperaturen nicht stand. Eine Lösung wurde gefunden, als es gelang, Lager mit Keramikkugeln zu entwickeln. Überraschend ist jedoch nicht die Verwendung von Keramik – die Lager sind ständig mit Fett gefüllt, d. h. der Kanal aus dem serienmäßigen Motorölsystem wird nicht mehr benötigt!

Durch die Beseitigung der Mängel eines Turboladers können Sie nicht nur die Trägheit des Rotors reduzieren, sondern auch zusätzliche, teilweise recht komplexe Ladedruckregelkreise einsetzen. Die Hauptaufgaben bestehen dabei darin, den Druck bei hohen Drehzahlen zu reduzieren und bei niedrigen Drehzahlen zu erhöhen. Alle Probleme können durch den Einsatz einer Turbine mit variabler Geometrie (Variable-Düse-Turbine) vollständig gelöst werden, beispielsweise mit beweglichen (rotierenden) Schaufeln, deren Parameter in einem weiten Bereich verändert werden können.

Das Funktionsprinzip eines VNT-Turboladers besteht darin, den zum Turbinenlaufrad geleiteten Abgasstrom zu optimieren. Bei niedrigen Drehzahlen und geringen Abgasmengen leitet der VNT-Turbolader den gesamten Abgasstrom zum Turbinenrad und erhöht so dessen Leistung und Ladedruck. Bei hohen Geschwindigkeiten und hohes Niveau Durch den Gasstrom bringt der VNT-Turbolader die beweglichen Schaufeln in die offene Position, wodurch die Querschnittsfläche vergrößert und ein Teil der Abgase aus dem Laufrad entfernt wird. Dadurch schützt er sich vor Überdrehzahl und hält den Ladedruck auf dem vom Motor erforderlichen Niveau Überladung.

Kombinierte Systeme

Neben Einzelaufladungssystemen findet man mittlerweile häufig auch zweistufige Aufladungen. Die erste Stufe – der Fahrkompressor – sorgt für wirkungsvollen Boost bei niedrigen Drehzahlen des Verbrennungsmotors, die zweite – der Turbolader – nutzt die Energie der Abgase. Nachdem das Netzteil ausreichend erreicht hat normaler Betrieb Wenn die Turbinendrehzahl sinkt, schaltet sich der Kompressor automatisch ab und tritt bei sinkender Drehzahl wieder in Aktion.

Viele Hersteller verbauen gleich zwei Turbolader in ihren Motoren. Solche Systeme werden „Biturbo“ oder „Twinturbo“ genannt. Bis auf eine Ausnahme gibt es zwischen ihnen keinen grundsätzlichen Unterschied. „Biturbo“ bedeutet den Einsatz von Turbinen mit unterschiedlichen Durchmessern und damit unterschiedlichen Leistungen. Darüber hinaus kann der Algorithmus für ihre Einbeziehung entweder parallel oder sequentiell (sequentiell) sein. Bei niedrigen Drehzahlen dreht ein Turbolader mit kleinem Durchmesser schnell hoch und tritt bei mittleren Drehzahlen in Betrieb, der „große Bruder“ ist daran angeschlossen.

Dadurch werden die Beschleunigungseigenschaften des Autos nivelliert. Das System ist teuer und daher in prestigeträchtigen Fahrzeugen wie Maserati oder Aston Martin zu finden. Die Hauptaufgabe eines Biturbomotors besteht nicht darin, das Turboloch auszugleichen, sondern darin, maximale Leistung zu erzielen. In diesem Fall werden zwei identische Turbinen verwendet. „Twin“ und „Biturbo“ sind sowohl bei V-förmigen Blöcken als auch bei Reihenmotoren verbaut. Auch die Anschlussmöglichkeiten der Turbine sind identisch mit dem Biturbo-System. Was ist der Sinn? Tatsache ist, dass die Leistung einer Turbine direkt von zwei ihrer Parameter abhängt: Durchmesser und Drehzahl. Beide Indikatoren sind sehr launisch. Eine Vergrößerung des Durchmessers führt zu einer Erhöhung der Trägheit und in der Folge zum berüchtigten „Turboloch“. Die Drehzahl der Turbine wird durch die zulässigen Belastungen der Materialien begrenzt. Daher können zwei bescheidene Turbinen mit geringerer Trägheit effizienter sein als eine große.

Wechseln Sie zunächst rechtzeitig das Öl und den Ölfilter. Zweitens: Verwenden Sie nur Öl für Turbomotoren, das höhere Temperaturen als normal aushält. Aber auf der Straße kann alles passieren, und wenn Sie unbekanntes Öl einfüllen mussten, dann fahren Sie nicht, sondern fahren Sie langsam. Der Motor überlebt dieses Öl, eine Turboaufladung ist jedoch nicht erforderlich. Wenn Sie zu Hause ankommen, wechseln Sie sofort das Öl und den Ölfilter.

Und schließlich die dritte, wichtigste Voraussetzung für den normalen Betrieb der Turboaufladung. Es gibt zwei kritischste Momente im Leben einer Turbine: das Starten und Stoppen des Motors. Beim Starten eines kalten Motors hat das darin enthaltene Öl eine hohe Viskosität und lässt sich nur schwer durch die Lücken pumpen. thermische Lücken wurden noch nicht festgestellt; Die Erwärmung verschiedener Kompressorteile und damit die Wärmeausdehnung sind damit verbunden mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten. Nehmen Sie sich also Zeit und lassen Sie den Motor warmlaufen.

Wenn Sie anhalten müssen, stellen Sie den Motor niemals sofort ab. Je nach Fahrmodus 2-5 Minuten (im Winter länger) im Leerlauf laufen lassen. Während dieser Zeit reduziert die Turbinenwelle ihre Drehzahl auf ein Minimum und die Teile, die direkt mit den Abgasen in Berührung kommen, kühlen gleichmäßig ab. In dieser Situation erleichtert ein Turbotimer das Leben erheblich. Er sorgt dafür, dass der heiße Automotor mehrere Minuten lang im Leerlauf läuft und die Turboladerelemente kühlt, auch wenn der Besitzer sein Auto bereits verlassen und geschlossen hat. Viele Sicherheitsalarme haben jedoch eine ähnliche Funktion.

Auch die Motorleistung lässt sich durch Aufladung steigern. Zur Aufladung kommen spezielle Kompressoren zum Einsatz, die von der Kurbelwelle angetrieben werden und einen Teil der Leistung nutzen, oder Gasturbinen, in denen Luft oder ein brennbares Gemisch vor dem Eintritt in die Zylinder komprimiert wird. Aufladesysteme Die typischsten Aufladesysteme sind: mechanische Aufladung; Turbolader, Gasturbinen-Radialkompressor; kombinierte mechanische Gasturbinenaufladung; Der Kompressor befindet sich vor dem Vergaser, eine Abdichtung ist erforderlich;...


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VORTRAG 15

LADESYSTEM

1 Allgemeine Informationen zur Motoraufladung

Die Haupttrends bei der Verbesserung von Verbrennungsmotoren sind eine Leistungssteigerung bei gleichzeitiger Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und der Reduzierung giftiger Abgasbestandteile. Eine Analyse der Entwicklung des Landverkehrs zeigt, dass Kolbenmotoren noch lange ihre Spitzenposition behalten werden. Das Motordesign wird normalerweise anhand der Literleistung beurteilt

Die Leistungssteigerung ist hauptsächlich auf eine Erhöhung der Kurbelwellendrehzahl des Motors zurückzuführen. Eine Erhöhung der Geschwindigkeit ist wirksam, wenn der Füllkoeffizient groß ist. Zu diesem Zweck ist es notwendig, Verluste in den Ansaug- und Abgassystemen zu reduzieren, Trägheitsphänomene darin zu nutzen und Gasverteilungssysteme zu verbessern. Um die Wirkleistung mit zunehmender Geschwindigkeit zu erhöhen, ist es notwendig, mechanische Verluste zu reduzieren (Einsatz geeigneter Materialien, Öle, Stabilität). Temperaturregime, Reinigung des Öls von mechanischen Verunreinigungen und dessen Kühlung, Genauigkeit der Teilefertigung und Qualität der mechanischen Oberflächenbehandlung).

Auch die Motorleistung lässt sich durch Aufladung steigern. Zur Aufladung werden spezielle Kompressoren verwendet, die von der Kurbelwelle angetrieben werden (mit einem Teil der Leistung) oder Gasturbinen, in denen Luft oder ein brennbares Gemisch vor dem Eintritt in die Zylinder komprimiert wird. Die Ladungskomprimierung erfolgt schneller als der Anstieg der Ladungstemperatur, also der Ladungsdichte nach der Komprimierung mehr Dichte Ladung zum Kompressor. Die Massenmenge an Ladung, die pro Zyklus in den Motorzylinder gelangt, ist größer als beim Eintritt aus der Atmosphäre.

2 Aufladesysteme

Die typischsten Boost-Muster sind:

  • mechanische Aufladung;
  • Turboaufladung (Gasturbine + Radialkompressor);
  • kombinierte Aufladung (mechanisch + Gasturbine);
  • der Kompressor befindet sich vor dem Vergaser (Abdichtung erforderlich);
  • der Kompressor befindet sich hinter dem Vergaser (Gemischbildung verbessert sich, Betriebsbedingungen der Kompressorschaufeln verschlechtern sich durch Kraftstoff);
  • Puls-Boost-System;
  • impulsloses Drucksystem.

Für die Druckerzeugung werden am häufigsten Schaufelzentrifugalkompressoren eingesetzt. Die Hauptparameter eines Kompressors sind das Druckverhältnis, die Kompressorleistung und der adiabatische Wirkungsgrad. Die für die Verdichtung von 1 kg Luft in einem Kompressor aufgewendete Arbeit vom Druck Po auf Pk (adiabatische Kompression) wird bestimmt durch:

In Wirklichkeit findet der Kompressionsprozess unter Wärmeaustausch statt Umfeld und interne Verluste, was den Arbeitsaufwand erhöht. Dies wird durch den adiabatischen Wirkungsgrad berücksichtigt (0,65 ─ bei einem Druckanstiegsverhältnis von 1,3. Mit steigendem Grad sinkt der Wirkungsgrad auf 0,5). Um hohe Ladedrücke zu erreichen, werden Rotationskompressoren eingesetzt.

In schnelllaufenden Motoren kommen hochtourige Radial- oder Axialkompressoren zum Einsatz (). Mit sinkendem Wirkungsgrad und steigendem Aufladegrad steigt der Arbeitsaufwand für die Verdichtung der Ladung im Verdichter und die Temperatur deutlich an, während der Wirkungsgrad der Aufladung abnimmt. Wenn das Boost-Verhältnis über einen bestimmten Wert ansteigt, erhöht sich die effektive Leistung nicht, da der mechanische Wirkungsgrad des Motors aufgrund einer Erhöhung der zum Antrieb des Kompressors aufgewendeten Leistung abnimmt.

Durch die Aufladung verändert sich die Art des Verbrennungsprozesses aufgrund eines Druck- und Temperaturanstiegs am Ende der Kompression geringfügig. Bei der Aufladung nimmt die an der Verbrennung beteiligte Kraftstoffmenge zu, daher steigen die Maximalwerte von Druck und Temperatur am Ende der Verbrennung und die thermische Belastung der Teile steigt. Wenn die Ventile beim Boosten schließen, kommt es zu einer besseren Kühlung der Ventile. Diese Umstände sollten bei der Anwendung der Aufladung berücksichtigt werden.

Bei Vergasermotoren ist der Einsatz der Aufladung auf die Bedingungen beschränkt, unter denen eine Detonationsverbrennung auftritt, und wird am häufigsten beim Betrieb von Fahrzeugen in bergigem Gelände eingesetzt. Wenn bei einem Vergasermotor eine Aufladung verwendet wird, ist eine Korrektur des Verdichtungsverhältnisses erforderlich. Die Verwendung relativ hoher Ladedrücke ( mehr als 0,2 MPa ) erfordert eine Änderung der Ventilsteuerung und den Einsatz eines Kühlschranks, um die Ladungstemperatur nach der Kompression zu senken. Der Einsatz von Boost ist am effektivsten bei Dieselmotoren, wo der Anstieg des Ladedrucks nur durch die thermische und mechanische Festigkeit der Motorstruktur begrenzt ist. In diesem Fall erhöht sich die Leistung des Gebläses um 20–30 % und der durchschnittliche effektive Druck steigt auf 0,9–0,95 MPa.

3 Aufladung von Gasturbinen

Bei einem Turbolader wird ein Teil der Energie der Abgase genutzt, um Luft zu verdichten und zu verdichten. Dadurch ist es möglich, die Differenz zwischen dem Druck am Ende des Expansionsvorgangs im Motorzylinder und teilweise auszunutzen atmosphärischer Druck Luft. Die Motorleistung bei Gasturbinentriebwerken kann um bis zu 50 % gesteigert werden und die Toxizität der Abgase wird reduziert. Die Konstruktion des Motors beinhaltet die Verwendung geeigneter Materialien, was die Herstellungskosten des Motors erhöht, aber die Kosten des Motors pro Leistungseinheit sind geringer als ohne Aufladung. Luft gelangt durch einen Einlass in der Mitte des Gehäuses in den Kompressor. Das Laufrad und die Leitschaufel sorgen für eine Erhöhung der potentiellen und kinetischen Energie, dann gelangt die Luft in den Diffusor und den Luftsammler, von wo aus sie beim Öffnen des Ventils auf die Zylinder verteilt wird. Die absolute Geschwindigkeit der Luftbewegung im Rad erreicht 300-350 m/s.

Der Turbolader besteht aus einem einstufigen Radialverdichter und einer radialen Zentripetalturbine. Die Hauptkomponenten eines Turboladers sind: die Kompressorstufe, die Turbinenstufe und die abgedichtete Lagerbaugruppe. Die Verdichter- und Turbinenräder befinden sich an gegenüberliegenden Enden der Rotorwelle und sind gegenüber den Lagern auskragend. Das Kompressorlaufrad wird aus einer Legierung vom Typ AL4 in Gipsformen gegossen, die mithilfe elastischer Modelle hergestellt werden. Das Rad wird unter Spannung auf die Welle gesteckt und erwärmt sich bei der Montage auf der Welle auf 1100-1300 Grad Celsius. Das Turbinenlaufrad vom halboffenen Typ mit radialen Schaufeln wird durch Feinguss aus einer hitzebeständigen Nickellegierung wie INKO-713S, ANV-300 und dergleichen hergestellt. Die Verbindung mit der Welle erfolgt durch Reibschweißen. Der Körper besteht aus hitzebeständigem Gusseisen. Der Turbolader verwendet ein „schwimmendes“ Gleitlager mit einer nicht rotierenden Monobuchse. Gegen axiale Bewegungen wird der Rotor beidseitig durch auf die Rotorwelle des Turboladers aufgepresste Ringhalterbuchsen gehalten. Die Lagerschmierung erfolgt über das Motorschmiersystem unter Druck in das Lagergehäuse. Für einen stabilen Betrieb des Motors bei allen Drehzahlen und zur Reduzierung des „Turboverzögerungseffekts“ wird ein Druckregulierungssystem unter Verwendung eines Reglers unter Umgehung verwendet Gas an der Turbine vorbei.

Die Abgase treten in die Schaufeln des Düsenapparates im Gehäuse ein. Wenn Gas durch die Düsenvorrichtung strömt, erhöht sich seine Geschwindigkeit. Mit dieser Geschwindigkeit gelangt das Gas in die Schaufelkanäle des Turbinenlaufrads. Durch die tangentiale Wirkung des Gasstrahls auf die Schaufeln entsteht ein Drehmoment. Am Turbinenaustritt ist ein rotierender Ausgangsgleichrichter installiert. Die Umfangsgeschwindigkeit der Turbolader-Laufräder wird durch den vom Turbokompressor entwickelten Druck bestimmt. V= 280-350 m/s. Bei Durchschnittstemperatur Ab etwa 700 Grad Celsius bestehen Turbinenräder aus Nickelbasislegierungen. Um eine hohe Beschleunigung des Turboladers zu gewährleisten, versuchen sie, den Außendurchmesser und das Trägheitsmoment des Laufrads zu reduzieren. Basierend auf der Umfangsgeschwindigkeit und dem Durchmesser des Laufrads wird die Rotorrotationsfrequenz berechnet, die 50.000–80.000 U/min erreichen kann.

4 Eigenschaften aufgeladener Automobilmotoren

Die Konstruktionsmerkmale des Turboladers sollten eine Drehmomententwicklung ähnlich der eines Saugmotors ermöglichen. In diesem Fall Höchster Vorschub Luft sollte in einem solchen Geschwindigkeitsmodus auftreten, bei dem das Drehmoment maximal ist. Mit zunehmender zyklischer Zufuhr nimmt der Luftüberschusskoeffizient ab, seine Reduzierung sollte jedoch so erfolgen, dass die Rauchentwicklung der Abgase nicht zunimmt. Einige Turboladerkonstruktionen verfügen über verstellbare Düsenkanäle, die bei abnehmender Kurbelwellendrehzahl mit Hilfe einer speziellen Vorrichtung die Schaufeln des Düsenapparats in Richtung einer Verringerung des Strömungsquerschnitts drehen. Dadurch erhöht sich der Gasdruck am Einlass und die Auslassgeschwindigkeit erhöht sich, wodurch sich die Drehzahl der TC-Welle und der Druck der Frischladung erhöhen. Der spezifische Kraftstoffverbrauch bleibt bei steigender Motorleistung nahezu gleich.

In den Rohrleitungen schnelllaufender Automobilmotoren kommt es beim Ein- und Auslass zu Gasströmungsschwankungen. Dieses Phänomen im Ansaug- und Abgasrohr kann zur dynamischen Aufladung genutzt werden. Wenn Sie das Abgassystem so konfigurieren, dass sich am Ende des Abgasvorgangs im Moment des Schließens der Ventile ein Vakuum in der Nähe des Auslassventils bildet, verringert sich die Menge an Restgasen und die Füllung des Zylinders verbessert sich. Bei einer ähnlichen Organisation des Ansaugvorgangs steigt am Ende des Ansaugvorgangs der Druck der Frischladung an, was zu einer Verbesserung der Zylinderfüllung führt. Das dynamische Abgassystem wird angepasst, indem die Länge des Abgasrohrs für jede Zylindergruppe geändert wird. Ein richtig abgestimmtes Abgas- und Ansaugsystem sorgt für eine Steigerung der effektiven Motorleistung um bis zu 10 %.

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