Путь подачи воздуха в цилиндры двигателя: Система подачи воздуха в двигатель: бензиновый и дизельный мотор

Что такое турбонаддув — Международный Водительский Центр

Пожалуй, не найдется такого человека, кто хотя бы раз в жизни не видел автомобиль с приставкой “турбо”. Производители будто намеренно делают эту надпись незаметной, чтобы обыватель прошел мимо. А вот человек знающий обязательно остановится и заинтересуется машиной. Ниже мы расскажем, почему так происходит.

Инженеры-конструкторы (с тех пор, как существует эта профессия) ломают головы над тем, как увеличить мощность двигателя. Согласно законам физики мощность двигателя непосредственно зависит от количества топлива, сжигаемого за один рабочий цикл. Чем больше топлива сгорает, тем выше мощность.

Кислород требуется для сжигания топлива. Так что это не топливо, а топливовоздушная смесь, что сгорает в цилиндрах. Смешивать топливо с воздухом необходимо в правильных пропорциях. Например, смесь для бензиновых двигателей состоит из одной части топлива и 14-15 частей воздуха в зависимости от режима работы, состава топлива и других факторов.

Как видно, требуется много воздуха. При увеличении подачи топлива нам потребуется также увеличить и подачу воздуха. Обычные двигатели втягивают его в себя из-за разницы давлений в цилиндре и в атмосфере. Зависимость в этом случае прямая — чем больше объем цилиндра, тем больше кислорода будет попадать в него на каждом цикле. По такому пути пошли американцы, чьи автомобили знамениты огромными двигателями с неуемным “аппетитом”. Но есть ли способ закачать больше воздуха в тот же объем?

Есть, и он был изобретен Готтлибом Вильгельмом Даймлером. Итак, этот немец прекрасно разбирался в моторах, и еще в 1885 году изобрел способ закачивать в них больше воздуха. Ему пришла в голову идея использовать для этих целей нагнетатель, который представлял собой вентилятор (компрессор), который вращался непосредственно за счет вала двигателя и закачивал сжатый воздух в цилиндры.

Швейцарский инженер и изобретатель Альфред Й. Бюхи превзошел всех. Он отвечал за разработку дизельных двигателей в компании братьев Зульцер, и ему абсолютно не нравился тот факт, что двигатели были большими и тяжелыми и развивали небольшую мощность. Он также не хотел забирать энергию у двигателя, чтобы вращать приводной компрессор. Поэтому в 1905 году г-н Бюхи запатентовал первый в мире нагнетатель, который использовал энергию выхлопных газов в качестве источника питания. Проще говоря, он изобрел турбонаддув.

Идея умного швейцарца до гениальности проста. Выхлопные газы вращают лопастное колесо точно так же, как ветра вращают крылья мельницы. Единственная разница — размеры колеса небольшие, а лопастей много. Лопастное колесо называется ротором турбины и установлено на одном валу с колесом компрессора. Таким образом, условно турбонагнетатель можно разделить на две части — ротор и компрессор. Ротор вращается благодаря выхлопным газам, а подключенный к нему компрессор закачивает дополнительный воздух в цилиндры, выполняя функцию “вентилятора”. Вся эта замысловатая конструкция называется турбонагнетателем (от латинского “turbo” — вихрь и “compressio” — сжатие).

В двигателе с турбонаддувом воздух, поступающий в цилиндры, зачастую необходимо еще дополнительно охлаждать. В таком случае его давление можно повысить, закачав в цилиндр больше кислорода. Холодный воздух (уже находящийся в цилиндре двигателя внутреннего сгорания) сжать легче, чем горячий.

Воздух, который проходит сквозь турбину, нагревается за счет сжатия, а также от деталей турбонаддува, нагреваемых выхлопными газами. Воздух, подаваемый в двигатель, охлаждается с помощью промежуточного охладителя. Это радиатор, установленный на воздушном пути от компрессора к цилиндрам двигателя. Проходя через него, он отдает свое тепло атмосфере. А у холодного воздуха плотность выше, что означает, что в цилиндр можно закачать еще больше воздуха.

Чем больше выхлопных газов поступает в турбину, тем быстрее она вращается и чем больше дополнительного воздуха заходит в цилиндры, тем выше мощность. Эффективность этого решения по сравнению, например, с приводным нагнетателем в том, что на “самообслуживание” наддува уходит ничтожно мало энергии двигателя — 1,5 %. Ротор турбины получает энергию от выхлопных газов не за счет их замедления, а за счет охлаждения — после турбины выхлопные газы все еще быстрые, но температура их более низкая. Более того, свободная энергия, которую тратят на сжатие воздуха, повышает эффективность двигателя. А возможность получать большую мощность при меньшем рабочем объеме означает меньшие потери на трение, меньший вес двигателя (и автомобиля в целом). Все это делает автомобили с турбонаддувом более экономичными по сравнению с атмосферными аналогами той же мощности. Но есть и подводные камни.

Во-первых, скорость вращения турбины может достигать 200 тысяч оборотов в минуту, а во-вторых, температура накаливания достигает 1000°C! Что же это значит? А то, что изготовить турбокомпрессор, способный выдерживать такие большие нагрузки в течение длительного времени, дорого и сложно.

Поэтому турбонаддув получил широкое признание только в период Второй мировой войны да и исключительно в авиации. В 50-х годах американской компании Caterpillar удалось адаптировать его к своим тракторам, а мастера из Cummins спроектировали первые турбодизели для своих грузовиков. Турбомоторы появились на серийных легковых автомобилях еще позже. Это произошло в 1962 году, когда почти одновременно были выпущены Oldsmobile Jetfire и Chevrolet Corvair Monza.

Сложность и дороговизна конструкции — отнюдь не все недостатки. Дело в том, что КПД турбины сильно зависит от частоты вращения двигателя. На малых скоростях объем выхлопных газов невелик, ротор вращается плохо, а компрессор почти не запускает дополнительный воздух в цилиндры. Поэтому бывает так, что мотор вообще не работает меньше чем на трех тысячах оборотов в минуту, и только потом, после четырех-пяти тысяч, он что называется “выстреливает”. Это явление называется турбоямой.

Последовательная схема турбонаддува помогает практически полностью избавиться от запаздывания турбонаддува. На низких оборотах двигателя работает небольшой малоинерционный турбонагнетатель, усиливающий тягу на “низах”, а второй, больший, включается на высоких оборотах с увеличением давления выхлопных газов. В прошлом веке на Porsche 959 применялся последовательный турбонаддув, а сегодня, например, турбодизели BMW и Land Rover устроены по такой схеме. В бензиновых двигателях Volkswagen роль небольшой “электростанции” играет нагнетатель привода.

В прямоточных двигателях часто используется одинарный турбонагнетатель с двумя спиралями и двойным рабочим устройством. Каждая из спиралей заполнена выхлопными газами из разных групп цилиндров. Но в то же время оба подают газы в одну турбину, эффективно вращая ее как на низких, так и на высоких скоростях.

Но все же чаще встречается пара одинаковых турбонаддувов, которые обслуживают отдельные группы цилиндров параллельно. Типичная схема для V-образных турбодвигателей, где каждый агрегат имеет свой собственный нагнетатель. Хотя двигатель V8 от M GmbH, который дебютировал на BMW X5 M и X6 M, оснащен поперечным выпускным коллектором, благодаря чему компрессор с двумя спиралями получает выхлопные газы из цилиндров разных блоков, которые работают в противоположной фазе.

Также можно повысить эффективность работы турбонагнетателя во всем диапазоне скоростей за счет изменения геометрии рабочей части. В зависимости от частоты вращения внутри спирали вращаются специальные лопасти, и форма сопла меняется. В результате получается эдакая “супертурбина”, которая прекрасно работает во всем диапазоне скоростей. Многие ученые вынашивали эти идеи на протяжении многих лет, но реализовать их удалось совсем недавно. Более того, сначала на дизельных двигателях появились турбины с изменяемой геометрией, к счастью, температура газов там значительно ниже. А Porsche 911 Turbo стал первым бензиновым автомобилем, который испытал такую турбину на себе.

Конструкцию турбомоторов доработали давным-давно. В последние годы интерес к ним серьезно возрос. Турбонагнетатели оказались перспективными не только с точки зрения форсирования двигателя, но и с позиции повышения эффективности и чистоты выхлопа. Это особенно касается дизельных двигателей. Сегодня почти каждый дизель имеет приставку “turbo”. В то же время установка турбины на бензиновые двигатели позволяет превратить обычный с виду автомобиль в настоящую “бомбу”.  

Оригинальная статья на сайте ДРАЙВ: https://www.drive.ru/technic/4efb330200f11713001e3303.html

Обзор двухтактных дизелей, часть 2

В первой части статьи мы говорили о принципах двухтактных двигателей и разобрали схему двухтактного двигателя со встречно-движущимися поршнями на примере советских и британских танковых дизелей. Теперь мы рассмотрим двигатели с клапанно-щелевой продувкой и петлевой продувкой Шнюрле. Последняя тема особенно интересна, поскольку о развитии двухтактных дизелей Klöckner-Humboldt-Deutz времён Второй мировой войны мало кто знает. После поражения Германии многие наработки были утеряны, опытные образцы по большей части пропали, а сохранившиеся описания осели в архивах. Многие сведения из этой статьи впервые публикуются на русском языке. А публиковать есть что: немцы не только развивали вторую линейку двухтактных авиадизелей Dz 710 параллельно с двигателями Junkers, но и первыми в мире спроектировали специальный танковый двухтактный дизель.

Второй путь: двухтактные дизели с клапанами
У двухтактных двигателей со встречно-движущимися поршнями есть ряд достоинств. Они позволяют отказаться от клапанов и в то же время эффективно продувать цилиндры, а за счёт того, что камера сгорания образуется между двумя поршнями, уменьшается теплоотдача в воду (поскольку охлаждаемая водой поверхность сводится к минимуму). Однако из-за длинных цилиндров эти двигатели получаются или низкими и широкими, или узкими и высокими, что не всегда удобно. А когда инженеры пытались соединить несколько рядов цилиндров, на свет появлялись монструозные конструкции вроде Fairbanks-Morse Diamond, Napier Deltic или Jumo 223.

Двухтактный дизель Napier Deltic с тремя рядами по 6 цилиндров и 12 поршней каждый


Модель Napier Deltic C18 (E185) на скромные 5500 л.с.

Но что если нам нужен более традиционный и компактный дизель в габаритах обычного рядного или V-образного двигателя? В этом случае можно перейти к классической схеме с одним поршнем в цилиндре и заменить выходные окна на клапаны по типу четырёхтактных моторов.

Этот способ продувки называется клапанно-щелевым: свежий воздух поступает через впускные окна (щели или множество круглых окошек) в нижней части цилиндра, а отработавшие газы удаляются через выпускные клапаны. Двигатели с клапанно-щелевой продувкой более гибкие в компоновке, они могут быть рядными или V-образными, однако за это приходится платить введением клапанов и распределительных валов.

Иллюстрация клапанно-щелевой продувки Detroit Diesel 71

Значительное развитие двухтактные дизели водяного охлаждения с клапанно-щелевой продувкой получили в США. В 30-х годах корпорация General Motors задумала линейку универсальных двухтактных дизелей, более лёгких, чем имеющиеся большие двигатели для генераторов и поездов. Для производства этих дизелей в 1938 году было организовано подразделение Detroit Diesel.

Дизели этой линейки известны как Detroit Diesel Series 71, поскольку объём цилиндра составлял 1,2 литра или 71 кубический дюйм. Первым в 1938 году появился рядный 6-цилиндровый дизель 6-71, за ним последовали рядные моторы с 2, 3 и 4 цилиндрами (под названиями 2-71, 3-71 и 4-71 соответственно), а самым маленьким в семействе был одноцилиндровый мотор 1-71. В 50-х годах появились и V-образные модели, например, 12-цилиндровый 12V-71. Двигатели этого семейства устанавливались на грузовики, автобусы и суда, а также на бронетехнику включая танки.

Характерная черта линейки 71 — клапанно-щелевая продувка. Роторный нагнетатель типа Рутс подаёт воздух в особую полость вокруг цилиндра с множеством круглых окон. Поршень уходит вниз и открывает множество круглых окошек, создающих воздушный вихрь. Тем временем отработавшие газы выдуваются через клапаны, а цилиндр продувается насквозь. В зависимости от требуемой мощности производились версии с двумя или четырьмя клапанами на цилиндр. Кроме того, в рядных моторах нагнетатель Рутс, стартер, выхлопная система и другое оборудование могут быть смонтированы на любой стороне двигателя для удобства компоновки. В целом дизель хорошо сбалансирован, распределительный вал не нарушает симметрию, поскольку с другой стороны имеется балансировочный вал. Для охлаждения дно поршня интенсивно омывается маслом.

GMC 6046 — спарка двух 6-71. Возможность установки нагнетателя и воздушных фильтров с любой стороны оказалась очень кстати.

Чертёж GMC 6046

После вступления США во Вторую мировую войну выпуск дизелей 71-ой линейки был доведён до 6 тысяч ежемесячно. Вариант двигателя 6-71 под индексом General Motors 6004 ставился на танки Valentine, а General Motors 6046, спарка из двух 6-71, применялся на танках M3A3 и M4A2, а также на самоходных орудиях M10 и M36B2. Ещё шире дизели серии 71 использовались на флоте.

В СССР не только применяли американские танки с двухтактными дизелями, но и строили гусеничные тягачи Я-12 с двигателями 4-71. После войны было освоено производство двухтактных дизелей ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206 — фактически 4-71 и 6-71 с небольшими изменениями. Качество советских дизелей было ниже американских, да и культура обслуживания оставляла желать лучшего, поэтому эти двигатели имели посредственную репутацию, дескать, что взять с якобы примитивных устаревших и неудачных двухтактников. Основные проблемы, насколько можно судить по многочисленным высказываниям, были с уходом дизеля в разнос, а также с непредсказуемым запуском, когда коленвал начинал вращаться в противоположном направлении.

В дальнейшем мы ещё упомянем возможность двухтактных дизелей работать с вращением коленвала в обе стороны. Что до ухода в разнос, когда дизель неконтролируемо повышает свои обороты и не останавливается даже после перекрытия подачи топлива, то на этот случай была предусмотрена заслонка, перекрывающая доступ воздуха к нагнетателю. Само собой, если дизель начинает пожирать масло вместо солярки, он продолжит работать даже при перекрытой подаче топлива, поэтому необходимо прекратить подачу воздуха, без которого горение невозможно.

Схема подачи воздуха в ярославских двухтактных дизелях. Обратите внимание на заслонку для глушения двигателя и упрощённую гильзу цилиндра с одним рядом круглых окошек.

На своё время дизели серии 71 были довольно продвинутыми конструкциями с высокими удельными показателями, поэтому они требовали соответствующего качества изготовления и обслуживания. Например, Ярославский завод не смог освоить производство долговечных тонкостенных гильз с 64 отверстиями диаметром 8 мм в два ряда и был вынужден перейти к гильзам с одним рядом из 17 отверстий диаметром 16 мм.

Так что за фразами вроде «заменили допотопный двухтактник на нормальный четырёхтактный дизель» скрывается банальное «неосилили». Американцы же успешно развивали это направление до середины 1990-х годов, когда выпуск коммерческих двухтактных дизелей завершился из-за несоответствия новым экологическим нормам. Однако дизели General Motors всё ещё выпускаются для военных. Например, на бронетранспортёре M113 стоит двухтактный V-образный дизель 6V53.

Наш разговор о Detroit Diesel будет неполным без упоминания его волшебного звука работы. Так как в двухтактном дизеле каждый оборот коленвала рабочий, то в сравнении с четырёхтактными моторами возникает ощущение, будто он работает на очень высоких оборотах. Не зря детройтские двухтактники прозвали Screaming Jimmy, то бишь кричащим Джимми. Отмотайте видео на 5:30 и убедитесь сами:

Наконец, хочется остановить недоразумение, связанное с обозначением нагнетателя типа Рутс. Как его у нас его только не записывают: РУТ, Рут, типа Рута и так далее. Между тем, всё просто. Нагнетатель этого типа был запатентован в Америке братьями Рутс (Roots) в 1866 году. Изначально братья Рутс наладили производство нагнетателей для вентиляции помещений, а позже их идея была применена и на двигателях внутреннего сгорания. Поэтому данный нагнетатель правильно обозначается как Roots blower — нагнетатель Рутс.

Третий путь: петлевая продувка
В описанных выше двигателях разными способами реализована самая эффективная прямоточная продувка. В первом случае за это приходится платить неудобством в компоновке и наличием второго коленвала (или же дополнительных коромысел), а во втором использованием клапанной системы. Между тем, двухтактный цикл привлекал инженеров как раз возможностью построить более простой механически бесклапанный двигатель с компактными головками цилиндров.

Представим простейший двухтактный бесклапанный двигатель с одним поршнем в цилиндре. Окна впуска и выпуска находятся напротив друг друга внизу цилиндра. Проблема в том, что при такой схеме будет хорошо продуваться лишь нижняя часть цилиндра, но что делать с верхней? В некоторых двигателях вместо поперечной устраивали дефлекторную продувку. На поршне имелся выступ (дефлектор), по форме напоминающий козырёк. Благодаря нему воздух направлялся вверх для более качественной продувки, однако сложная форма камеры сгорания ухудшает рабочий процесс.

Схема двухтактного двигателя с дефлектором на поршне. При его отсутствии верхняя часть поршня продувалась бы очень плохо.

Проект двухтактного дизеля воздушного охлаждения фирмы Porsche для Volkswagen показывает другое решение проблемы: поршень имеет выпуклую форму

В 1925 году немецкий инженер Адольф Шнюрле (Adolf Schnürle) запатентовал более эффективный способ петлевой продувки, при котором возможно иметь поршень оптимальной формы (его приоритет оспаривается, но для нашего повествования это не принципиально). Идея очень проста: впускные и выпускные окна расположены рядом, но форма впускных окон подобрана таким образом, что воздух устремляется к стенке цилиндра под углом вверх, отражается от неё и образует петлю. Выпускные окна находились несколько выше впускных чтобы дать больше времени на удаление отработавших газов. Обратная петлевая продувка улучшила характеристики двухтактных двигателей практически без усложнения конструкции.

Схема обратной петлевой продувки Шнюрле. Два потока свежего воздуха отражаются от стенки и образуют петлю.

Адольф Шнюрле работал на фирме Klöckner-Humboldt-Deutz, где при его участии был создан целый ряд двухтактных дизелей для различного применения. В 1935 году KHD получила заказ от Рейхсминистерства авиации на создание двухтактных авиадизелей. Работу вела группа инженеров под руководством Шнюрле. В 1937 году был спроектирован звездообразный восьмицилиндровый двухтактный дизель Dz 700 воздушного охлаждения. Диаметр цилиндров составлял 80 мм, что при ходе 100 мм давало суммарный объём 4 литра. Мощность двигателя весом 55 кг составляла около 160 л.с. при 2700 об/мин. Всего было построено четыре опытных образца, которые прошли стендовые испытания. В 1938 году был подготовлен проект 6-цилиндрового дизеля воздушного охлаждения объёмом 3,8 литра (благодаря увеличению диаметра до 90 мм объём уменьшился незначительно) для тренировочных самолётов с упором в минимальное число деталей и максимальную надёжность. Он был построен в единственном экземпляре. Отметим, что оба этих двигателя назывались Dz 700, то есть данное обозначение относилось ко всей программе, а не к конкретному изделию.

Восьмицилидровый двухтактный авиадизель Dz 700. В отличие от других образцов, он каким-то образом смог уцелеть

Параллельно с Dz 700 фирма KHD проводила исследования одноцилиндровых макетов, которые послужили основой для проектов мощных двухтактных бензиновых и дизельных авиамоторов мощностью 3000-4000 л.с. С началом Второй мировой войны все работы по дизелям для малой авиации были остановлены и это направление вышло на первый план. Теперь KHD получила задание на создание мощных двигателей для тяжёлых бомбардировщиков. В ответ инженеры предложили проекты двухтактных бензиновых оппозитных авиамоторов водяного охлаждения Dz 710 с обратной петлевой продувкой и непосредственным впрыском топлива. Как и в случае с Dz 700, это название отсылает к семейству проектов. В октябре 1940 года был предложен 24-цилиндровый двигатель из двух 12-цилиндровых оппозитных блоков один над другим взлётной мощностью 4000 л. с. Он предназначался для бомбардировщиков и конкурировал с линейкой многорядных двухтактных авиадизелей Junkers. Его лётные испытания намечались на 1945 год.

Ранний проект 24-цилиндрового двухтактного авиамотора водяного охлаждения

В 1942 году с ростом требований инженеры KHD переключились на 16- и 32-цилиндровые авиамоторы большей мощности. Были проведены обширные испытания одно- и двухцилиндровых макетов и началось изготовление трёх 16-цилиндровых двигателей мощностью 2700 л.с. у земли. 32-цилиндровый H-образный двигатель назывался Dz 720, по другим данным Dz 710P2. Его мощность планировали довести до 6000 л.с.

16-цилиндровый двухтактный авиадизель Dz 710

Испытательный стенд на заводе в Оберурзеле, где велись работы по линейке Dz 710

В 1943 году для программы настают тяжёлые времена. Из-за ухудшающейся обстановки на фронтах разработки KHD потеряли приоритет, а контракт был урезан на 2/3. Однако инженеры защищали свои наработки, указывая, что двигатели Dz 710 гораздо более простые механически, чем многорядные Jumo 223 и Jumo 224 с четырьмя коленвалами. И хотя Dz 710 потерял актуальность как массовый двигатель для бомбардировщиков, у немцев ещё был интерес к мощным авиадизелям для дальних перелётов. Поэтому во время переговоров KHD с Junkers было решено переделать Dz 710 в двухтактный дизельный двигатель. Дальнейшие работы по дизельным Dz 710 проводились в опытном порядке до конца войны. Незадолго до захвата завода союзниками 16-цилиндровый дизель Dz 710 за номером VI развил мощностью 2360 л.с. при 2700 об/мин.

Чертёж одноцилиндрового макета Dz 710, на котором видна конфигурация окон: выходные сделаны выше и потому дольше остаются открытыми для более качественной продувки. Фотография
Calum Douglas (https://www.calum-douglas.com/)

32-цилиндровый Dz 720

В дальнейшем следы двухтактных авиадизелей KHD теряются. Известно, что двигатели были вывезены в США для исследований, однако 16- и 32-цилиндровые Dz 710 и Dz 720 исчезли и сегодня известны лишь по фотографиям. Dz 700 повезло куда больше. Существует предположение, что он был установлен на самолёт и после аварии попал к торговцу металлолома в 1964 году. Затем он находился в музее, а в 90-х годах его выкупил немецкий коллекционер. Правда, остаётся вопрос, как уникальный опытный авиадизель был установлен на самолёте и каковы были результаты его эксплуатации.

После захвата KHD, осмотра последних разработок и допросов персонала союзники выяснили следующее. Как рассказал инженер Ганс Драйер (Ing. Hans Dreyer), фирма KHD сделала ставку на двухтактные дизельные двигатели с продувкой Шнюрле воздушного охлаждения при малых диаметрах цилиндров и водяного при больших. Эксперименты показали, что быстроходные двухтактные дизели нормально охлаждаются воздухом при диаметре цилиндра 100 мм и меньше. При испытании макета двухтактного дизеля воздушного охлаждения с цилиндром диаметром 110 мм возникли серьёзные проблемы с неравномерным и недостаточным охлаждением, поэтому для многоцелевого наземного дизеля были выбраны цилиндры диаметром 90 мм. Чертежи и макеты этих двигателей были уничтожены во время войны. В отличие от американцев, немцы предпочитали бесклапанные двигатели. По мнению Драйера, если проектировать двухтактный двигатель с клапанами, то с таким же успехом можно было сделать и четырёхтактный мотор.

Двухцилиндровый макет T2M114 со снятыми головками цилиндров (фотография Harold Biondo https://www.patreon.com/haroldbiondo/posts)

В 1942 году немецкий флот заказал морской дизельный двигатель мощностью 400 л.с. Инженеры KHD подготовили проект 12-цилиндрого V-образного двухтактного дизеля водяного охлаждения диаметром 130 мм и ходом 140 мм. В рамках этой программы был построен двухцилиндровый макет T2M114, который выдал 70 л.с. при 1600 об/мин, что соответствовало продолжительному режиму и давало 420 л.с. у полного 12-цилиндрового двигателя. Двухтактный бесклапанный двигатель с обратной петлевой продувкой интересовал моряков возможностью реверса: в отличие от четырёхтактного, двухтактный бесклапанный двигатель может работать при любом направлении вращения коленвала. Многие чертежи этого двигателя были утеряны во время эвакуации, однако сохранились материалы по двухцилиндровому макету.

Чертёж T2M114 (фотография Harold Boindo)

Гильза T2M114 с 10 впускными и 3 большими выпускными окнами (фотография Harold Boindo)

Ближе к концу 1943 года KHD по заданию OKH начала работы по двухтактному танковому дизелю водяного охлаждения T8 M118 (встречается другое название TM118) мощностью 700 л.с. при 2000 об/мин. Поскольку этот двигатель требовалось вписать в имеющиеся моторные отделения, рассчитанные на компактные карбюраторные моторы Maybach, инженеры выбрали V-образную 8-цилиндровую схему под углом 90 градусов. При диаметре 170 мм и ходе 180 мм объём двигателя составлял 32,7 литра. Обратная петлевая продувка осуществлялась центробежным вентилятором в развале цилиндров. При 2000 об/мин коленвала его скорость составляла 7560 об/мин. По словам Книпкампа, продувка осуществлялась от отдельного вспомогательного мотора, но подтверждений этому я не нашёл.

Сперва были построены и испытаны два одноцилиндровых макета, которые выдали 86,5 л.с. при 2000 об/мин, что соответствовало 692 л. с. полного двигателя (позже мощность планировали довести до 800 л.с.). Затем был получен заказ на три двигателя. Немцы успели изготовить детали для сборки двигателя, но большая их часть была утеряна во время эвакуации в Ульм. Идея создать морскую версию этого двигателя продолжительной мощностью 550 л.с. при 1500 об/мин осталась на бумаге.

Двухцилиндровый макет T8M118. На данный момент это единственная известная мне иллюстрация, касающаяся этого двигателя.

T8 M118 ожидался к осени 1945 года и оценивался как тяговитый и простой в производстве. При его создании активно использовался богатый опыт линейки Dz 710. Если Гитлер и Заур предпочитали четырёхтактные дизели воздушного охлаждения, то Управление вооружений продвигало двухтактный дизель водяного охлаждения. Не зря T8 M118 был одним из перспективных вариантов силовой установки для E 50 и E 75. На допросе Книпкамп сказал, что если бы перед ним стояла задача создать танковый двигатель мощностью 1000 л.с. за десять лет, то при наличии единственного варианта он бы выбрал двухтактный дизель водяного охлаждения.

Вместо послесловия
Эта статья постепенно выросла из моих исследований темы двухтактных дизелей, поэтому в конце я приведу несколько мыслей на этот счёт.

Во-первых, японские двухтактные танковые дизели воздушного охлаждения попросту выдуманы. Вопреки утверждениям, которые можно встретить в нашей литературе, японцы использовали обычные четырёхтактные дизели на танках. Чертежи наглядно показывают, что они не могут работать по двухтактному циклу в принципе. Об этом я уже писал в соответствующей заметке. Однако мимо двухтактных дизелей японцы не прошли: на современном танке Type 90 стоит двухтактный дизельный двигатель водяного охлаждения.

Во-вторых, несмотря на стереотипы о нацистском танкостроении, именно немцы первыми в мире спроектировали специальный танковый двухтактный дизель — T8M118. Да, американцы ещё раньше наладили производство танков с двухтактными дизелями линейки Detroit Diesel 71, но это была адаптация имеющихся двигателей в условиях дефицита моторов. Но если говорить о разработке специального двигателя для танков, то здесь первыми были именно немцы. Причём в отличие от других танковых двухтактных дизелей, у T8M118 была продувка Шнюрле.

В-третьих, двухтактные дизели бывают очень, очень разными, поэтому простые ответы на сложные вопросы обычно не работают. Сколько я видел высказываний вроде «зря столько возились с 5ТДФ, он же двухтактный» или «вот и британцы поставили нормальные дизели вместо двухтактных». Однако проблема 5ТДФ и ему подобных заключается в попытке получить как можно больше удельной мощности. Само собой, работающий в напряжённом режиме двигатель требует кропотливого доведения до ума. И двухтактный цикл был лишь средством для достижения этой цели, а не корнем всех бед.

На своё время 5ТДФ был очень сложным и дорогим в изготовлении двигателем с очень высокими удельными показателями. T8M118, напротив, создавался с упором в простоту производства и использовал менее эффективный тип продувки, а его литровая мощность была на уровне четырёхтактного дизеля Sla 16 с наддувом, что более чем вдвое ниже, чем у раннего 5ТДФ. Оба этих двигателя — двухтактные дизели, но двухтактный цикл в них использовался для достижения разных целей.

Источники

• А. С. Антонов, Б. А. Артамонович, Б. М. Коробков, Е. И. Магидович. Танк — Военное издательство министерства обороны СССР, 1954


• В. В. Чобиток, М. В. Саенко, А. А. Тарасенко, В. Л. Чернышев. Основной танк Т-64. 50 лет в строю — Яуза, 2016


• Энциклопедический справочник Машиностроение под редакцией академика Е. А. Чудакова, том 10 — Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1948


• Серийный авиационный дизельный двигатель Jumo-205. Германия


• Двигатель 5ТДФ. Техническое описание — Военное издательство министерства обороны СССР, 1977


• Исследование технологичности английских танковых двигателей «Л-60» и «К-60» (Вестник бронетанковой техники. № 2/1974 г.)


• Двигатели ЯАЗ-М204 и ЯАЗ-М206 (описание и инструкция по эксплуатации)


• Who IS Roots? And Why Does He Have a Blower Named After Him?


• Vickers — Examination & Testing of Auxiliary Gasoline Driven Hydraulic Power Unit for German Tank Turret (https://www. patreon.com/haroldbiondo/posts)


• Commer TS3 & Two Stroke Diesels (фотоальбом)


• BIOS Final Report 1391 — Development of Loopscavenged Two-cycle High-speed Compression Ignition Engines of Small Bore (https://www.patreon.com/haroldbiondo/posts)


• BIOS Final Report No.343. German Diesel Engine Industry (прислал Calum Douglas https://www.calum-douglas.com/)


• William Pearce. Klöckner-Humboldt-Deutz (KHD) Dz 700, Dz 710, and Dz 720


• Helmut Hujer. Die Entwicklung von Großflugmotoren in Oberursel 1941 bis 1945


• Museumsführer zum Werksmuseum Motorenfabrik Oberursel


• Report on Interrogation of Dipl.-Ing. Ernest Kniepkamp (tank engines)

Система подачи воздуха к двигателю внутреннего сгорания (Патент)

Система подачи воздуха к двигателю внутреннего сгорания (Патент) | ОСТИ.GOV

перейти к основному содержанию

• Полная запись
• Другое связанное исследование

В этом патенте описан поршневой двигатель внутреннего сгорания с коленчатым валом и, по меньшей мере, двумя цилиндрами, каждый из которых имеет рабочий объем V{sub 1}, а также усовершенствованные средства подачи воздуха в каждый цилиндр. Он содержит: роторный воздушный насос с трохоидальной камерой, образующий по меньшей мере одну пару насосных камер, причем количество насосных камер равно количеству цилиндров в двигателе; воздухозаборные каналы, соединяющие каждую насосную камеру с одним цилиндром двигателя; ротор, вращающийся в каждой паре насосных камер, причем ротор имеет три стороны, так что проход поверхности ротора через насосную камеру нагнетает воздух из насосной камеры в соответствующий воздухозаборный канал и, следовательно, в цилиндр двигателя; и средство соединения ротора и коленчатого вала таким образом, чтобы ротор вращался примерно на один оборот на каждые три оборота коленчатого вала.

Изобретатели:

Эфтинк, А.Дж.

Дата публикации:

1991-03-12

Идентификатор ОСТИ:

5366315

Номер(а) патента:

США 4998525; А

Номер заявки:

PPN: США 7-364318

Правопреемник:

НОЯБРЯ; НОВ-91-018070; ЭДБ-91-124174

Тип ресурса:

Патент

Отношение ресурсов:

Дата файла патента: 12 июня 1989 г.

Страна публикации:

США

Язык:

Английский

Тема:

33 УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ ДВИГАТЕЛИ; ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ; ЗАБОРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ; ВОЗДУШНЫЙ ПОТОК; ЦИЛИНДРЫ; РОТОРЫ; ДВИГАТЕЛИ; ПОТОК ЖИДКОСТИ; ПОТОК ГАЗА; ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ; МЕХАНИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ; 330100* — Двигатели внутреннего сгорания

---

Форматы цитирования

• MLA
• АПА
• Чикаго
• БибТекс

Эфтинк, А. Дж. Система подачи воздуха к двигателю внутреннего сгорания . США: Н. П., 1991. Веб.

Копировать в буфер обмена

Эфтинк, А. Дж. Система подачи воздуха к двигателю внутреннего сгорания . Соединенные Штаты.

Копировать в буфер обмена

Эфтинк, А. Дж. 1991. «Система подачи воздуха для двигателя внутреннего сгорания». Соединенные Штаты.

Копировать в буфер обмена

@статья{osti_5366315,
title = {Система подачи воздуха для двигателя внутреннего сгорания},
автор = {Эфтинк, А. Дж.},
abstractNote = {Этот патент описывает двигатель внутреннего сгорания с возвратно-поступательным движением поршня, имеющий коленчатый вал и по меньшей мере два цилиндра, каждый из которых имеет рабочий объем V{sub 1}, а также улучшенные средства подачи воздуха в каждый цилиндр. Он содержит: роторный воздушный насос с трохоидальной камерой, образующий по меньшей мере одну пару насосных камер, причем количество насосных камер равно количеству цилиндров в двигателе; воздухозаборные каналы, соединяющие каждую насосную камеру с одним цилиндром двигателя; ротор, вращающийся в каждой паре насосных камер, причем ротор имеет три стороны, так что проход поверхности ротора через насосную камеру нагнетает воздух из насосной камеры в соответствующий воздухозаборный канал и, следовательно, в цилиндр двигателя; и означает соединение ротора и коленчатого вала таким образом, чтобы ротор вращался примерно на один оборот на каждые три оборота коленчатого вала. },
дои = {},
URL = {https://www.osti.gov/biblio/5366315}, журнал = {},
номер =,
объем = ,
место = {США},
год = {1991},
месяц = ​​{3}
}

Копировать в буфер обмена

---

Полный текст можно найти в Ведомстве США по патентам и товарным знакам.

---

Экспорт метаданных

Сохранить в моей библиотеке

Вы должны войти в систему или создать учетную запись, чтобы сохранять документы в своей библиотеке.

Аналогичных записей в сборниках OSTI.GOV:

• Аналогичные записи

ВОЗДУХОЗАБОРНИК ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Устройство впуска воздуха для двигателя внутреннего сгорания Настоящее изобретение относится к устройству впуска воздуха для двигателя внутреннего сгорания.

Существует множество факторов, характеризующих выходной крутящий момент любого данного двигателя внутреннего сгорания, например рабочий объем цилиндров, конфигурация цилиндров, отношение диаметра цилиндра к ходу поршня, степень сжатия, расположение клапанного механизма, а также впускной и выпускной клапаны. договоренность.

Разработчики двигателей постоянно «тюнингуют» двигатели, то есть регулируют эти и другие параметры в поисках улучшения топливной экономичности и производительности. Однако это не обязательно приводит к увеличению мощности или крутящего момента в восприятии водителя. В реальных условиях вождения именно крутящий момент двигателя наиболее важен для восприятия водителем производительности (или ощущения от производительности), и особенно крутящий момент двигателя, развиваемый при более низких оборотах двигателя (об / мин), например, ниже 3500 об / мин для типичного легкового пассажира. автомобильное приложение.

По этой причине может потребоваться настройка двигателя для обеспечения более высокого крутящего момента при более низких оборотах, но это обычно приводит к потере крутящего момента при более высоких оборотах двигателя, например, при частоте вращения выше 3500 об/мин. Это особенно проблема с бензиновыми двигателями малой мощности, преобладающими на европейском рынке.

Один и тот же двигатель можно легко «перенастроить» для обеспечения того же крутящего момента, но при гораздо более высоких оборотах коленчатого вала. Это приводит к значительно более высокой пиковой мощности, но за счет

крутящий момент при более низких оборотах. Хотя это понравится «спортивному» водителю, характеристики ускорения снижаются при более низких оборотах двигателя.

Разработчики двигателей использовали множество приемов и технологий, пытаясь преодолеть этот традиционный компромисс. Примерами таких систем являются системы впуска с изменяемой геометрией, регулируемые фазы газораспределения и регулируемый подъем и синхронизация клапанов. Все эти подходы предназначены для поддержания более чем одного «состояния настройки» в зависимости от условий эксплуатации.

Другим широко используемым методом является отказ от настройки двигателя как метода повышения производительности и вместо этого накачка воздуха в двигатель с помощью турбонагнетателя или нагнетателя. Такая принудительная индукция обычно приводит к значительному увеличению крутящего момента и мощности.

Такие воздушные компрессоры неизбежно создают некоторый шум и требуют охлаждения, особенно если компрессоры частично или полностью приводятся в действие электродвигателем. Это должно быть сделано таким образом, чтобы пространство, занимаемое компрессором, не оказывало чрезмерного влияния на другие компоненты рядом с двигателем. Это становится все более сложной проблемой для современных автомобилей, у которых все больше тесноты под капотом или капотом.

Также важно, чтобы воздушный компрессор был недорогим, если он будет использоваться с обычными автомобильными двигателями малой мощности.

Целью настоящего изобретения является создание воздухозаборного устройства для двигателя внутреннего сгорания, которое решает эти проблемы.

В соответствии с изобретением предлагается воздухозаборное устройство для подачи воздуха в двигатель внутреннего сгорания, содержащее полый корпус, автомобильный аккумулятор, воздушный фильтр и воздушный компрессор, который при включении сжимает воздух, подаваемый в двигатель, кожух, в котором размещены батарея, воздушный фильтр и компрессор, путь подачи воздуха двигателя через кожух, который проходит от впускного отверстия для воздуха в кожух к выпускному отверстию для воздуха из кожуха через воздушный фильтр, при этом указанные впускное отверстие и выходное отверстие кожуха определяют, соответственно, восходящий поток конец канала подачи воздуха и выходной конец канала подачи воздуха, при этом устройство включает в себя автоматический перепуск воздуха внутри кожуха, который направляет воздух в канале подачи воздуха к воздушному компрессору, когда он включен, и который позволяет воздуху поступать в путь подачи воздуха в обход воздушного компрессора, когда он не активирован.

Использование одного корпуса для аккумулятора, воздушного компрессора, воздушного фильтра и байпаса обеспечивает экономию при производстве, особенно если корпус выполнен преимущественно из пластиковых материалов.

Корпус может быть единым в том смысле, что он образует единое целое вокруг компонентов внутри корпуса, а не из отдельных блоков, например, соединенных друг с другом гибкими шлангами. Корпус предпочтительно имеет основной корпус, выполненный как единое целое, с съемными панелями доступа, прикрепленными к основному корпусу. В предпочтительном варианте осуществления изобретения основной корпус образует базовую часть полого корпуса, а панели доступа образуют верхнюю часть полости 9.0003

корпус.

Предпочтительно, чтобы байпас воздуха включал в себя пассивный клапан, который работает автоматически в зависимости от перепадов давления воздуха внутри корпуса. Такой пассивный клапан будет дешевле, чем приводной или моторизованный клапан.

Пассивный клапан может, как в предпочтительном варианте осуществления изобретения, быть гибким откидным клапаном, который упруго смещается в закрытое положение и который открывается под действием давления воздуха в канале подачи воздуха, когда компрессор активирован.

Также в предпочтительном варианте перепускной канал воздуха включает в себя камеру диффузора, в которую поступает перепускной воздух, когда воздушный компрессор не полностью активирован, при этом камера диффузора имеет выпускное отверстие, которое смешивает перепускаемый воздух и воздух, выбрасываемый воздушным компрессором. Камера диффузора может иметь выпускное отверстие, при этом воздушный компрессор имеет выпускное отверстие, которое включает в себя выпускную трубу, проходящую через камеру диффузора. Затем выпускная труба может быть снабжена выходом, который окружен выпускным отверстием с зазором, проходящим вокруг выхода выпускной трубы и выпускного отверстия. Предпочтительно зазор представляет собой кольцевой зазор.

Стоимость также может быть снижена, если выходное отверстие такое же, как и отверстие для выхода воздуха в корпус.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения корпус частично разделен перегородкой на аккумуляторный отсек и компрессорный отсек. Затем в аккумуляторном отсеке размещается автомобильная аккумуляторная батарея, а в компрессорном отсеке размещаются воздушный фильтр и воздушный компрессор

, причем путь подачи воздуха проходит через перегородку.

Изобретение теперь будет описано в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых: Фигура 1 представляет собой принципиальную схему автомобиля с 1,4-литровым четырехцилиндровым двигателем с системой впуска воздуха, которая включает в себя всасывающий компрессор с электрическим приводом согласно изобретению; Фигура 2 представляет собой график зависимости крутящего момента двигателя от частоты вращения для 1,4-литрового двигателя, показанного на Фигуре 1, при работе без наддува, настроенного либо на максимальный крутящий момент при низких умеренных оборотах двигателя, либо на максимальный крутящий момент двигателя при более высоких умеренных оборотах двигателя; Фигура 3 представляет собой график, аналогичный изображенному на Фигуре 2, показывающий также влияние на выходной крутящий момент двигателя двигателя, изображенного на Фигуре 1, при использовании впускного компрессора; Фигура 4 представляет собой график, отображающий повышение крутящего момента компрессора двигателя в зависимости от потребности двигателя дроссельной заслонки водителя для двигателя, показанного на фигуре 1; Фигура 5 представляет собой график потребности компрессора в зависимости от потребности в угле дроссельной заслонки водителя для двигателя, изображенного на Фигуре 1; Фигура 6 представляет собой вид в перспективе устройства впуска воздуха, используемого с двигателем, показанным на Фигуре 1;

Фигура 7 представляет собой покомпонентное изображение корпуса и внутренних компонентов, образующих воздухозаборное устройство, изображенное на Фигуре 6; Фиг. 8 представляет собой вид сверху воздухозаборного устройства по Фиг.7, показывающий две отдельные съемные панели доступа на верхних поверхностях корпуса; Фигура 9 представляет собой вид сверху воздухозаборного устройства, аналогичного показанному на Фигуре 8, но со снятыми двумя панелями доступа и без компонентов внутри корпуса; Фигура 10 представляет собой вид в перспективе пустого корпуса, показанного на фигуре 9.; Фигура 11 представляет собой вид в перспективе части корпуса со снятой панелью доступа, чтобы показать компрессор внутри корпуса, и выпускную трубу для воздуха от компрессора, проходящую через камеру воздушного диффузора к выходному отверстию для воздуха из корпуса; Фигура 12 представляет собой другой вид в перспективе части корпуса, показанной на Фигуре 11, с видом на выходное отверстие для воздуха, показывающий расположение воздуховыпускной трубы по отношению к выходному отверстию для воздуха и камере диффузора; Фигура 13 представляет собой вид в перспективе снизу части разделительной пластины, которая закрывает камеру воздушного компрессора и воздушного диффузора, показанную на фиг. 11 и 12, показывающую воздушную заслонку в диффузорной пластине 9.0003

в закрытом положении; и Фигура 14 представляет собой вид в перспективе, аналогичный изображенному на Фигуре 13, со снятой воздушной заслонкой, чтобы показать воздушную решетку через разделительную пластину, по которой перепускной воздух поступает в камеру диффузора к воздуховыпускному отверстию корпуса.

На рисунке 1 схематично показана часть автомобиля 7 с поршневым двигателем внутреннего сгорания 1 с наддувом, четырьмя рядными цилиндрами 2, впускным коллектором 4 и выпускным коллектором 6, ведущими к каждому из цилиндров 2 и от него, и систему 8 впрыска топлива для подачи топлива в цилиндры 2 способом, хорошо известным в технике. Компрессор, в данном случае нагнетатель 10 с электрическим приводом, установлен выше по потоку от впускного коллектора 4.

Воздух поступает во впускной коллектор 4 через нагнетатель 10, когда он работает, или когда нагнетатель отключен, через воздуховод 12 перепуска параллельно нагнетателю 10. Воздух подается в нагнетатель 10 и/или перепускной канал 12 вдоль канала впуска воздуха 3.

Перепускной канал 12 воздуха имеет воздушный клапан 13, который автоматически открывается, позволяя впускному воздуху 5 обходить нагнетатель, когда поток 15 воздуха нагнетателя недостаточен для наполнения цилиндров 2 двигателя воздухом.

Подача воздуха в двигатель 1 затем регулируется установкой дроссельной заслонки 17 после нагнетателя 10 и байпаса 12, а также активацией нагнетателя 10. Когда нагнетатель 10

не активирован, двигатель 1 обычно без наддува, а при включении нагнетателя 10 поток воздуха к двигателю увеличивается.

Нагнетатель приводится в действие только переключаемым реактивным электродвигателем (M) 14, питаемым от 12-вольтовой свинцово-кислотной автомобильной батареи 16 и генератора с ременным приводом (не показан). Аккумулятор имеет номинальный ток, который примерно на 30 А выше, чем обычно указывается для легкового автомобиля с четырехцилиндровым двигателем массового рынка. В дополнение к питанию нагнетателя батарея 16 также обеспечивает запуск автомобиля, освещение и зажигание. Как показано на рисунке 1, батарея 16 также находится в пределах пути 3 подачи воздуха, так что входящий воздух обтекает батарею 16.

Воздушный фильтр 9 предусмотрен в тракте 3 подачи воздуха после аккумулятора 16 и перед нагнетателем 10 и байпасом 12. и байпас 12 расположены внутри полого корпуса 50.

Водитель транспортного средства (не показан) может управлять мощностью двигателя с помощью подвижной педали акселератора 18, которая подает электрический сигнал 20 на блок управления двигателем (ЭБУ) 22. Блок управления двигателем получает ряд входных сигналов, указывающих на параметры работы двигателя и транспортного средства, включая сигнал 24 частоты вращения двигателя от датчика 26 частоты вращения двигателя. Блок 22 управления двигателем рассчитывает требуемый крутящий момент двигателя на основе различных входных сигналов и предоставляет количество выходных сигналов до

управляют различными рабочими параметрами транспортного средства и двигателя, включая сигнал 28 управления впрыском топлива, сигнал 30 управления дроссельной заслонкой и сигнал 32 управления двигателем нагнетателя. Таким образом, требуемый крутящий момент двигателя устанавливается, по меньшей мере, частично положением педали акселератора.

Как будет более подробно объяснено ниже, когда водитель перемещает педаль акселератора, чтобы потребовать от двигателя крутящего момента, превышающего тот, который может быть обеспечен двигателем 1 при безнаддувном режиме, дроссельная заслонка 17 перемещается в максимальное положение, чтобы допустить максимальный объем воздуха в цилиндры, и блок 22 управления двигателем затем активирует двигатель 14 нагнетателя при определенных умеренных или низких оборотах двигателя, но не при высоких оборотах двигателя. После этого форсированный крутящий момент двигателя регулируется скоростью нагнетателя и количеством топлива, подаваемого в цилиндры. Если двигатель представляет собой инжекторный двигатель, блок 22 управления двигателем может управлять количеством впрыскиваемого топлива посредством электрического управления форсунками.

Двигатель предпочтительно включает датчик 31 выхлопных газов для контроля условий сгорания в двигателе. Датчик 31 может быть датчиком кислорода в выхлопных газах (EGO). Это может быть предъявлено в суд, чтобы определить, работает ли двигатель на бедной или богатой смеси.

Блок управления двигателем 22 сначала устанавливает как скорость нагнетателя, так и количество подаваемого топлива в соответствии с текущим требуемым крутящим моментом. Блок управления двигателем отслеживает выходной сигнал датчика 31, а затем регулирует скорость нагнетателя и/или количество подаваемого топлива для достижения соответствующего уровня работы двигателя на обогащенной или обедненной смеси.

На рис. 2 показан график зависимости крутящего момента двигателя от частоты вращения двигателя

для обычного четырехцилиндрового рядного двигателя, такого как описанный выше, но без наддува.

Как видно из кривой 30 на рис. 2, двигатель можно настроить для обеспечения хорошей мощности при умеренно высоких оборотах двигателя («настройка мощности»), но за счет низкого крутящего момента.

В качестве альтернативы, как показано на кривой 32, двигатель можно настроить для обеспечения хорошего крутящего момента при низких и средних оборотах («настройка крутящего момента»), но за счет максимальной мощности. В то время как «настройка мощности» понравится «спортивному» водителю, она приведет к снижению уровня удовлетворенности для большинства автовладельцев. Требование обеспечить хорошее «ощущение производительности в реальном мире» обычно приводит к выходному крутящему моменту двигателя, как показано на кривой «настройки крутящего момента», где крутящий момент на высоких оборотах двигателя был скомпрометирован, чтобы способствовать выходному крутящему моменту ниже 3500 об / мин. Хотя редуктор двигателя можно выбрать для минимизации нежелательных характеристик, на практике обычные двигатели настраиваются для достижения компромисса.

Со ссылкой на фиг. 3, в предпочтительном варианте осуществления изобретения двигатель с относительно небольшой мощностью, например, емкостью менее примерно 1,8 л, настроен для обеспечения хорошей мощности при высоких оборотах за счет крутящего момента при низких оборотах двигателя, как показано на кривой 30. Это имеет вторичный эффект, заключающийся в обеспечении хорошей экономии топлива при устойчивых крейсерских скоростях по шоссе за счет необходимости использования более широких отверстий дроссельной заслонки для достижения крейсерской скорости. Как видно из кривой 34, увеличение максимального крутящего момента двигателя затем обеспечивается увеличением крутящего момента нагнетателя (или, что эквивалентно, увеличением мощности двигателя), когда водителю требуется мощность, превышающая ту, которая доступна от естественного двигателя.0003

атмосферный двигатель, как показано на кривой с наддувом нагнетателя «SCB». Наддув предоставляется под управлением блока управления двигателем 22 только в области низких 38 и средних оборотов двигателя 33 и постепенно ограничивается плавным переходом в мощность двигателя в точке 35 без повышения крутящего момента компрессора в области более высоких оборотов двигателя. 37. Это делается путем постепенного ограничения максимально допустимого наддува нагнетателя вблизи точки 40 перехода, которая в этом примере берется при максимальном крутящем моменте двигателя без наддува. Однако возможно отклонение выше или ниже этой точки, хотя отклонение слишком значительно ниже этой точки (в данном примере ниже примерно 3500 об/мин) уменьшает потенциальные преимущества, обеспечиваемые нагнетателем, а отклонение слишком далеко выше этой точки ( в этом примере выше примерно 5750 об/мин) приведет к избыточному крутящему моменту в области работы двигателя, где это не требуется в большинстве условий вождения или желательно с точки зрения экономии топлива.

Таким образом, контроллер двигателя разрешает использование привода компрессора только таким образом, чтобы выходной крутящий момент двигателя с повышением крутящего момента компрессора достиг пика в области умеренных оборотов двигателя.

Кривая форсированного крутящего момента может, однако, плавно переходить в кривую 30 без форсированного крутящего момента в области более низких частот вращения двигателя 38, как показано пунктирной линией 39. запрос угла дроссельной заслонки от 0 ° до 90°.

Диагональные прямые линии на графике обозначают частоту вращения двигателя в об/мин в диапазоне от 1250 до 5400 об/мин. Вертикальная шкала соответствует разнице крутящего момента двигателя

на рисунке 3 между кривой 34 форсированного крутящего момента и кривой 30 крутящего момента без форсирования. При максимальном угле дроссельной заслонки 90° усиление крутящего момента двигателя нагнетателем является максимальным значением, показанным на рис. 3. По мере того, как требуемый угол дроссельной заслонки снижается с 90°, увеличивается и нагнетатель крутящего момента двигателя, пока он не упадет до нуля, что соответствует кривой 30 на рисунке 3.

Как видно из фиг. 4, по мере того, как частота вращения двигателя увеличивается по направлению к точке перехода 35 на фиг. 3, наклон кривой наддува нагнетателя крутящего момента двигателя уменьшается до тех пор, пока в точке перехода 35 нагнетатель крутящего момента двигателя не будет повышать. Это графически показывает постепенное отключение наддува нагнетателя.

На рис. 5 показана работа нагнетателя другим способом, где нагрузка компрессора построена в зависимости от потребности водителя в «угле дроссельной заслонки» в диапазоне от 0° до 9°.0°. За исключением высоких оборотов двигателя, когда работа нагнетателя запрещена, «угол дроссельной заслонки» водителя не соответствует фактическому углу дроссельной заслонки 17. При оборотах двигателя, когда разрешена работа нагнетателя, фактический угол дроссельной заслонки достигает 90° (т. максимальное значение) до того, как «угол дроссельной заслонки» водителя достигнет 90°.

После этого, когда угол дроссельной заслонки водителя увеличивается до 90°, фактический угол дроссельной заслонки остается на максимальном значении, а форсированный выходной крутящий момент двигателя регулируется количеством электроэнергии, подаваемой на двигатель нагнетателя, в сочетании с соответствующим количеством топливо поступает в цилиндры.

Различные линии на рис. 5 помечены частотой вращения двигателя в об/мин. Потребность компрессора

эквивалентна электрической мощности, подаваемой на двигатель нагнетателя 14.

Графики начинаются с потребности компрессора примерно на 0,2, после чего воздух, подаваемый нагнетателем, начинает оказывать заметное влияние на крутящий момент двигателя. Как видно из рисунка 5, по мере увеличения частоты вращения двигателя увеличивается и минимальная потребность компрессора, необходимая для заметного повышения крутящего момента. Это связано с увеличением потока воздуха во впускной коллектор 4 по мере увеличения оборотов двигателя.

На всех фигурах с 6 по 14 показаны подробные виды воздухозаборного устройства согласно изобретению. На фиг.6 показан внешний вид в перспективе цельного корпуса 50, в котором находятся батарея 16, фильтр 9, компрессор 10 и перепускной канал 12. Путь 3 подачи воздуха через единый корпус 50 начинается у воздухозаборника 52 в нижней части корпуса. корпуса 50 и заканчивается воздуховыпускным отверстием 54 на более высоком уровне корпуса 50.

Корпус 50 включает аккумуляторный отсек 56 и отсек 58 нагнетателя. Каждый отсек 56, 58 имеет соответствующую панель доступа 60, 62, которая съемно крепится винтами 64 к единому основанию корпуса 66, образующему нижнюю часть корпуса 50.

Панель 60 доступа к батарейному отсеку имеет пару отверстий 61, 63, через которые пара клемм 65, 67 батареи может выступать через корпус 50, когда панель доступа к батарее прикреплена к основанию 66 корпуса.

Унитарный основание 66 корпуса установлено на ряде опор 68, проходящих вниз от основания 66 корпуса к стальной монтажной пластине 70, которая сама прикручена болтами к внутренней поверхности моторного отсека (не показано).

Полый корпус 50 выполнен из формованного пластика, например АБС-пластика, или нейлона, наполненного стекловолокном.

На рис. 7 показана монтажная пластина, полый корпус 50 и ряд компонентов внутри корпуса 50 в разобранном виде в перспективе. Аккумулятор 16 размещен в аккумуляторном отсеке 56 вместе с электроникой 72 привода нагнетателя. разделительная пластина 74, которая проходит горизонтально через часть отсека 58 нагнетателя под крышкой 62 доступа к нагнетателю, и откидной клапан 13 перепуска воздуха. Воздушный фильтр 9имеет прямоугольный контур и находится внутри такого же прямоугольного углубления 56 внутри разделительной пластины 74. Разделительная пластина 74 имеет воздушную решетку 78, к нижней стороне которой прикреплена воздушная заслонка 13, и изогнутую пластину 80 для ограничения отклонения воздушную заслонку 13 вдали от решетки 78.

Отсек 58 нагнетателя разделен на основную часть 82, в которой находятся компрессор 10, двигатель 14 и воздушный фильтр 9, и второстепенную часть 84, которая упоминается здесь как диффузорная камера 84. Воздушная решетка 78 разделительной пластины и воздушная заслонка 13 лежат над диффузорной камерой 74 с гибким уплотнением 86, образующим воздухонепроницаемое уплотнение между диффузорной камерой 84 и разделительной пластиной 74.

Путь 3 подачи воздуха между впускным отверстием 52 и выпускным отверстием 54 проходит вокруг аккумулятора 16 и нагнетателя

силовой электроники 72 внутри аккумуляторного отсека 56 через отверстие 90 в перегородке 92, которая отделяет аккумуляторный отсек 56 от отсек 58 нагнетателя. Как видно из фиг. 7, воздушное отверстие 90 находится на более высоком уровне в аккумуляторном отсеке 56 по сравнению с впускным отверстием 52. Таким образом, путь подачи воздуха через аккумуляторный отсек 56 обычно поднимается к воздушному отверстию 9.0.

Воздушное отверстие 90 имеет несколько лопастей, одна из которых 94 видна на рисунке 7. Эти лопасти 94 направляют воздушный поток в нижнюю часть отсека 58 нагнетателя, вблизи двигателя 14 нагнетателя. Таким образом, канал подачи воздуха помогает охлаждать двигатель 14 нагнетателя, когда он работает. Путь 3 подачи воздуха после обтекания двигателя нагнетателя 14 поднимается вертикально вверх через воздушный фильтр 9 в разделительной пластине 74 в воздушный объем между разделительной пластиной 74 и панелью 62 доступа к нагнетателю. обычно по ссылочному номеру 96.

Когда нагнетатель не работает, всасывание воздуха из впускного коллектора 4 удерживает заслонку 13 вниз на ограничительной пластине 80 заслонки, так что воздух может проходить через воздушную решетку 78 в разделительной пластине 74, и в диффузорную камеру 84. Из диффузорной камеры 84 воздух затем может свободно проходить в воздуховыпускное отверстие 54. Хотя это и не показано, воздушный путь затем следует по обычному гибкому шлангу к дроссельному клапану 17.

Когда нагнетатель работает, немного воздуха из закрытого объема воздуха 96, будет втягиваться во впускное отверстие 98 в

верхней центральной части нагнетателя 10. Затем воздух нагнетателя сжимается и выбрасывается при давлении до 40% выше атмосферного через выпускное отверстие 100 нагнетателя. Небольшое резиновое кольцо 102 соединяет нагнетатель выход воздуха 100 к входу 104 камеры диффузора 84.

До тех пор, пока нагнетатель 10 не будет работать с высокой производительностью, некоторое количество воздуха также будет поступать через воздушную заслонку 13 в камеру диффузора 84. Воздух, вытесняемый нагнетателем 10, через входное отверстие 104 камеры диффузора проходит в трубу 106 диффузора, которая постепенно сужается к выходному отверстию 108 трубы диффузора. Выход 108 трубы диффузора имеет три радиальных ребра 110, равномерно расположенных по окружности вокруг пространства выхода 108 трубы диффузора. Ребра 110 вставляются в соответствующие канавки 112 на внутренних поверхностях выпускного отверстия 54 для воздуха, так что сохраняется кольцевой зазор 114 между трубой 106а диффузора воздуха. воздуховыпускное отверстие 54.

Таким образом, воздух, выбрасываемый нагнетателем 110, отделяется от воздуха, поступающего через откидной клапан 13 в камеру диффузора 84, до тех пор, пока этот воздух не смешивается после кольцевого зазора 114, окружающего выпускное отверстие 108 трубы диффузора.

Было обнаружено, что эффективность потока воздуха увеличивается за счет такого расположения, поскольку энергия воздуха, выбрасываемого нагнетателем 10, помогает вытягивать воздух из камеры диффузора 84, подаваемый через воздушный клапан 13.

Для снижения шума и вибрации нагнетатель

10 и его двигатель 14 физически закреплены через три резиновые стойки 116, расположенные на равном расстоянии вокруг чашеобразного алюминиевого монтажного кронштейна 118, на котором жестко закреплен нагнетатель 10. Три резиновых опоры 116 установлены на трех соответствующих стойках 120, выступающих вверх из нижней части отсека 58 нагнетателя. гасить любую вибрацию, которая может передаваться от нагнетателя 10 и его двигателя 14 на корпус цельного корпуса 66.

Нагнетатель 10 также виброизолирован от разделительной пластины 74 резиновым кольцом 122, которое проходит по окружности воздухозаборника 98 нагнетателя. разделительной пластины 74. Выступ 124 имеет сквозной канал 127, позволяющий воздуху течь через разделительную пластину 74 в нагнетатель 10. Батарейный отсек 56 изначально находится в выемке 128 на нижней поверхности 156 аккумуляторного отсека 56. Выемка 128 постепенно исчезает ниже по потоку от воздухозаборника 52, тем самым вынуждая входящий воздух перемещаться вбок от оси 130 воздухозаборника 52 в сторону боковые части 132 батарейного отсека 56, где имеется ряд вертикальных ребер 134, выступающих из боковых частей 132.

Ребра 134 поддерживают нижнюю поверхность 136 аккумулятора 16, так что воздушные каналы 138 проходят между ребрами 134

сбоку от оси 130 впуска воздуха. Таким образом, впускной воздух направляется почти по всей нижней поверхности аккумулятора, что помогает охлаждать батарею. Как только впускной воздух достигает боковых стенок 140 аккумуляторного отсека 56, воздух направляется вверх по соответствующим вертикально проходящим сторонам 142 аккумуляторной батареи 16 посредством вертикально проходящих ребер 144, которые выступают в поперечном направлении внутрь от вертикальных боковых стенок 140 корпуса аккумуляторной батареи. Вертикальные ребра 144 также помогают размещать аккумулятор 16 в поперечном направлении внутри аккумуляторного отсека 56.

Однако некоторое количество воздуха будет течь вниз по потоку от батареи 16 на более низком уровне, чтобы встретиться с силовой электроникой 72 нагнетателя, которая снабжена металлическими ребрами 146 рассеивания тепла. аккумуляторного отсека 56, но воздух все еще холодный по сравнению с температурами, которые могут быть достигнуты двигателем 14 нагнетателя (и значительно ниже, чем температуры воздуха, которые могут возникнуть в системе нагнетателя с турбонаддувом или объемным нагнетателем).