Атмосферный двигатель что это значит: что это такое, чем отличается от турбированного — Рамблер/авто
Атмосферный двигатель
Все мы привыкли при описании автомобиля использовать слова — турбированный двигатель, интеркуллер, дизель, при этом худо бедно представляем себе, что это такое. Как ни странно, но некоторых ставит в тупик определение — атмосферный двигатель. Так что же такое этот самый атмосферный двигатель? На самом деле, как говорится, все гениальное просто, так и в этом случае.
Это один из самых первых двигателей созданных человеком. И свое название он берет от той самой атмосферы, которая окружает нас и при этом также учувствует и в процессе горения смеси в двигателе. Смесь создается за счет затягивания воздуха поршнями через карбюратор, ресивер инжектора и подающейся горючей жидкости (бензин или дизельное топливо) То есть атмосферный двигатель — это самый обычный двигатель, без применения каких либо специализированных устройств влияющих на баланс питающей смеси двигателя (турбина, компрессор, интеркулер). Теперь раз уж мы так быстро разобрались с вопросом что же такое атмосферный двигатель, то коснемся его особенностей.
Особенности атмосферного двигателя
Первоначально расчет питания двигателей был прост, найти оптимальный баланс между горючей жидкостью и атмосферным воздухом. Оптимальным соотношением смеси для атмосферного, как впрочем и других видов двигателей внутреннего сгорания является соотношение 1 к 14, то есть 1 объем бензина к 14 объемам воздуха. Проблема вычислить это соотношение стала не самой большой, а намного более значительным стал вопрос, как это соотношение обеспечить. Так при разбросе оборотов двигателя сильно меняется его затягивающая способность в отношении атмосферного воздуха. На низких оборотах атмосферный двигатель не в состоянии затянуть нужный объем воздуха, так как частота и ход поршней в цилиндрах просто не обеспечат необходимый объем воздуха, затягиваемый в единицу времени. При высоких оборотах проблемой станет пропускное сечение воздуховода и воздушный фильтр, которые при пропускании больших объемов воздуха, будут «душить» подачу атмосферного потока в двигатель, за счет ограниченного сечения, создавать значительное сопротивление для его прохождения.
Достоинства и применение атмосферного двигателя на автомобиле
Атмосферные двигатели и до настоящего времени являются самыми распространенными двигателями применяемые в автомобилестроении. Надежность, предсказуемость и ремонтопригодность атмосферных двигателей все же выше, чем для других конструкций питания двигателей. А вот о том, какие же системы питания, а вернее нагнетания воздуха для двигателей существуют, вы можете узнать более подробно из статьи «От воздухозаборника на капот до компрессора».
Перед покупкой автомобиля каждый из нас предстает перед массой дилемм, необходимо выбирать между производителями, марками и моделями автомобилей, различными комплектациями, и самое главное, между силовыми агрегатами. Распространенный вопрос: «Что лучше, дизель или бензин?», по популярности может конкурировать разве что с вопросом: «Что лучше выбрать, турбину или атмосферник?». Сегодня в нашей рубрике постоянных дилемм мы поднимем актуальный вопрос о том, автомобиль с каким двигателем лучше покупать — атмосферник или турбированный, поговорим о преимуществах и недостатках каждого из них для того чтобы ваш выбор был более простым и правильным. Прежде всего необходимо уяснить один важный момент, дело в том, что нельзя сказать однозначно, что лучше турбина или атмосферник, и тот и другой имеет свои «плюсы» и «минусы». Итак, давайте по порядку… |
Однако есть также и те, кто все же не решается покупать турбину ввиду отсутствия знаний или опыта эксплуатации этого двигателя.
Может оснащаться турбиной или нет. Конструкция форсированного двигателя нередко подразумевает, что высокая мощность двигателя идёт в ущерб ресурсу (форсированные двигатели долго не живут).
Это обусловлено отсутствием дополнительных приспособлений, требующих смазки, а также меньшими нагрузками, которые испытывают вращающиеся части мотора при работе.
Многие из них рассчитаны более, чем на 1 миллион километров пробега, а без капитального ремонта они могут выходить по 300-400 тысяч км. Зачастую им удавалось пережить даже родной кузов, который «съедала» коррозия, тогда, как силовой агрегат оставался вполне работоспособным;
Во-первых, они не могут развить настолько высокую мощность при аналогичном объеме рабочих камер сгорания. Во-вторых, такие силовые агрегаты обладают более высокой массой. Их тяжелее эксплуатировать в горной местности, где воздух разрежен. Ну и, кроме того, они проигрывают турбированным собратьям в динамике.
При разных режимах работы она не позволяет обеспечить соотношение 14 к 1 (количество частей воздуха на количество частей горючего). Из-за этого движок уже не способен тянуть на низких оборотах, а на высоких еще не может. Это приводит к снижению диапазона оборотов, при которых мотор способен обеспечить максимальную мощность и тяговые усилия.
Чем объемнее мотор, тем большую мощность и крутящий момент развивает атмосферник.
Кроме того, на таких двигателях срок службы смазывающих и фильтрующих элементов гораздо меньше чем у атмосферников, примерно в 1,5-2 раза, это объясняется более сложными условиями работы при высоких температурах. Владельцам турбированных моторов следует более тщательно следить за уровнем и состоянием фильтров и масла, и производить их замену в строгом соответствии с указаниями производителя двигателя. Не менее важно состояние воздушного фильтра, забитый или поврежденный фильтр ухудшает работу компрессора и может стать причиной его неисправности.
Атмосферный двигатель: с него все начиналось
Изобретение ДВС — двигателя внутреннего сгорания — можно с полным основанием отнести к одному из величайших изобретений человечества. Именно он дал человеку силу, которой не обладали мускулы, а уж человеческий гений сумел приспособить эту силу для своих нужд в самых разных областях своей деятельности.
И это же обеспечило ускоренное развитие многих смежных областей науки и техники, благодаря чему атмосферный двигатель продолжал успешно развиваться и совершенствоваться.
Чтобы понять проблемы, стоящие перед моторостроителями, необходимо вспомнить, как работает такой двигатель. Будем рассматривать обыкновенный бензиновый мотор. Он всасывает из атмосферы воздух, который затем смешивается с парами бензина и поступает в камеру сгорания. При сгорании топливной смеси происходит расширение образующихся газов, в результате чего возникают силы, вращающие коленчатый вал. Вот так, если говорить очень упрощенно, выглядит описание того, как работает атмосферный двигатель.
Здесь нужно обратить особое внимание на следующие моменты. Во-первых, топливо сгорает не полностью, что подтверждается присутствием несгоревших частиц его в выхлопных газах. Во-вторых, выхлопные газы обладают ещё достаточной энергией, и ее хотелось бы использовать. Выход был найден — установка турбины на атмосферный двигатель.
Подход очень прост: раз топливо не сгорает, значит, ему не хватает кислорода, нужно дополнительно добавить в цилиндры воздух, а сделать это можно при помощи выхлопных газов.
То, что описано выше, – это и есть принцип работы турбированного двигателя. В потоке выхлопных газов, выбрасываемых в атмосферу, располагается крыльчатка турбины, она приводит в действие связанный с ней компрессор, который нагнетает под давлением воздух в цилиндры мотора, обеспечивая дополнительный кислород для более полного сгорания топлива. Реальные конструкции, конечно, значительно сложнее описанных, но работа турбины наддува осуществляется именно таким способом.
Существует и другой способ обеспечения наддува – использовать компрессор с приводом от двигателя. Недостатком такого варианта будет потеря мощности двигателем, т.к. компрессор будет забирать для своей работы мощность от мотора. Хотя такой вариант механического наддува применяют в некоторых случаях в качестве дополнительного к описанной системе турбонаддува.
Особенно эффективен он на малых оборотах двигателя, а затем, по мере роста оборотов, отключается.
Благодаря описанному способу турбонаддува, обычный атмосферный двигатель при тех же параметрах приобретает дополнительную мощность и обеспечивает повышенную экономичность, что происходит из-за более полного сгорания топлива. Это один из самых простых вариантов повышения мощности мотора. Применяется он как на бензиновых, так и на дизельных двигателях. В данном случае между ними нет никакой разницы.
Характеристики, которые показывает атмосферный двигатель, могут быть улучшены без его серьезной модернизации за счет использования турбонаддува. По имеющимся оценкам, мощность двигателя может вырасти на 40% и, кроме того, количество вредных веществ в выхлопных газах при этом уменьшится.
Высокооборотный гоночный двигатель мощностью 368 кВт (500 л.с.)
«Сердцем» нового 911 GT3 является испытанный в гоночном спорте двигатель. Главные цели, которые преследовались при разработке этого высокооборотного силового агрегата, были высокие мощностные характеристики и надежность в жестких условиях эксплуатации на кольцевой гоночной трассе.
Чтобы даже при очень высокой частоте вращения гарантировать точность процессов газообмена, инженеры Porsche разработали так называемый «привод клапанов с жестким соединением без гидрокомпенсатора». Это значит, что односторонние коромысла, приводящие в движение клапана, опираются не на гидравлические компенсаторы, а установлены на осях. Необходимый зазор в клапанах устанавливается на заводе при помощи сменных калиброванных пластин, дальнейшей регулировки не требуется. Ко всему прочему привод клапанов с жестким соединением без гидрокомпенсатора снижает потери на трение.Валы впускных и выпускных клапанов, как и прежде, имеют управление от системы VarioCam. С помощью бесступенчатой регулировки электронная система управления двигателя в зависимости от частоты вращения и режима нагрузки меняет фазы газораспределения. Это позволяет получить высокую плавность хода, но прежде всего – высокие показатели мощности и крутящего момента во всем диапазоне оборотов.
Еще один фактор, влияющий на выход мощности – высокая степень сжатия 13,3:1.
Вместе с базовым двигателем GT3 приобретает все прочие характерные черты гоночного привода. Это, в частности, система смазки с сухим картером с отдельным масляным резервуаром, шатуны из титана и новый коленчатый вал повышенной жесткости с увеличенными размерами подшипников. Для оптимального снабжения маслом шатунных подшипников в коленчатом валу имеется центральный канал. Гашение пенообразования масла посредством центрифуги перед его подачей в отдельный масляный резервуар тоже является абсолютной новинкой и заимствовано из автоспорта.
Регулируемый впускной коллектор из пластика с двумя переключаемыми резонансными заслонками в комбинации со спортивной выпускной системой обеспечивает эффективный газообмен. Это способствует очень равномерному набору мощности и крутящего момента на протяжении всего диапазона частоты вращения – и сопровождается соответствующим эмоциональным звуком.
Томас Ньюкомен — ASME
Уроженец английского городка Дартмут Томас Ньюкомен (1664 – 1729) во многом забыт историей, что странно, ведь именно он изобрел атмосферную паровую машину, прослужившую более 200 лет.
Некоторые даже постулировали, что он был предшественником автомобиля и других транспортных средств.
По данным Британской радиовещательной компании, «современные двигатели работали, используя сконденсированный пар для создания вакуума, но в то время как насос Томаса Савери 1698 года только что использовал вакуум для подъема воды, Ньюкомен создал свой вакуум внутри цилиндра и использовал его для вытягивания воды. вниз поршень.Затем он использовал рычаг, чтобы передать усилие на вал насоса, который опускался в шахту. Это был первый реальный двигатель, в цилиндре которого использовался поршень».
Томас Ньюкомен изобрел атмосферный паровой двигатель.
Инженерный колледж Мичиганского государственного университета объясняет, что система сконструирована таким образом, что балка тяжелее на стороне основного насоса, а сила тяжести тянет вниз эту сторону балки. Как возникает упомянутый ранее вакуум? Цилиндр под паровым поршнем сначала заполняется паром атмосферного давления, затем в цилиндр впрыскивается вода для конденсации пара.
Ньюкомен стал партнером Савери из-за патента последнего, хотя патент был на изобретение, которое было гораздо более ограниченным в том, насколько далеко оно могло переносить воду.Согласно штату Мичиган, насос Савери зависел от нагрева воды для создания испарения, пар из которого «затем создавал вакуум, изолируя резервуар от источника пара и конденсируя пар. Вакуум использовался для подъема воды из шахт. Однако «Вакуум мог забирать воду только с небольшой глубины. Другим недостатком насоса было использование давления пара для вытеснения воды, втянутой в резервуар. В принципе, давление можно было использовать для нагнетания воды из резервуара вверх 80 футов, но взрывы котлов не были редкостью, поскольку конструкция котлов под давлением была не очень продвинутой.
Другие веб-сайты говорят о важности клапана, упоминая, что он был сделан вручную операторами на платформе. Говорят, что по легенде автоматический клапан изобрели рабочие, которые хотели отвлечься от этой задачи, поэтому они накрутили веревки.
Ньюкомена можно почти отнести к категории последователей культа. Общество истории техники и технологий Ньюкомена существует уже почти 100 лет, и по всему Интернету «последователи» продолжают отстаивать его право на включение в число великих изобретателей.
Эрик Баттерман — независимый писатель.
Томас Ньюкомен в значительной степени забыт историей — странно, если учесть, что он изобрел атмосферный паровой двигатель, который использовался более 200 лет.
Как энергия пара изменила мир, каким мы его знаем
От изобретения к работающей машине
До и во время первых исследований Папена другие изобретатели, такие как испанец Херонимо де Аянс-и-Бомон в 1606 году, также начали разрабатывать идеи использования энергии пара, особенно для откачки воды в шахтах.
Первым коммерческим паровым устройством был водяной насос, разработанный в 1698 году британским инженером Томасом Савери под именем «Друг шахтера». Этот вид термического сифона использовал конденсирующийся пар для создания вакуума, поднимая воду снизу и используя давление пара, чтобы поднять ее выше. Кроме кранов, никаких подвижных частей у машины не было. Маленькие двигатели были эффективны, хотя более крупные модели оказались проблематичными. Они имели ограниченную высоту подъема и были подвержены взрывам котлов.Позже португальский ученый Бенту де Моура значительно усовершенствовал машину Савери.
Когда Дени Папен вернулся в Англию в 1707 году, Исаак Ньютон (президент Королевского общества в честь друга Папена, Роберта Бойля) попросил Дени Папена поработать с Савери над улучшением его машины, что он и делал в течение пяти лет.
Английский изобретатель Томас Ньюкомен был ответственен за реальную отправную точку для паровых двигателей, однако, в 1712 году. Целью по-прежнему было откачивать воду со дна глубоких шахт, и машина Савери по-прежнему была основой.
На этот раз Ньюкомен смог использовать идею Папена о поршне в конденсационном цилиндре и превратить его в реальную рабочую машину.
Точнее, идея заключалась в том, чтобы наполнить цилиндр паром, поступающим из котла, толкая поршень к верхней мертвой точке при давлении чуть выше атмосферного. Затем в цилиндр непосредственно впрыскивалась вода, конденсирующая пар и создающая частичный вакуум. Атмосферное давление — теперь выше давления в цилиндре — толкало поршень вниз и создавало рабочий ход.Вот почему эти двигатели были названы «атмосферными двигателями».
Тот факт, что Ньюкомен был торговцем скобяными изделиями и/или металлом, дал бы ему значительные практические знания, особенно при переводе машины Папена с одного цикла на циклическую работу, и, согласно Обществу джентльменов (1763 г.), в 1712 г. первый образец уже мог поднять воды с глубины 91м, заменив 500 лошадей.
Как объяснялось, машина Ньюкомена все еще была «атмосферным двигателем», что означает, что во время рабочего хода давление в цилиндре оставалось на более низком уровне, чем атмосферное давление, без риска из-за высокого давления пара.
Однако эффективность все еще была очень низкой, всего от одного до трех процентов.
Атмосферный молот — Scientific American
Реклама Механик из Рочестера изобрел атмосферный молот, предназначенный для смещения отбойных и наклонных молотов. Принцип, применяемый для перемещения орудия, мало чем отличается от принципа действия теплового двигателя. Рекламщик из Рочестера объясняет эту операцию следующим образом: рассматриваемый молоток получает свою силу от выкаченного цилиндра — вакуум создается вращением кривошипа, с помощью которого поршень поднимается и весь воздух вытесняется, когда соединение разрывается. и поршень падает с наибольшей скоростью и силой.- Весь вес молотка, цилиндра, поршня и всей рассматриваемой модели немногим превышает четыре фунта; тем не менее, он способен нанести удар, равный семидесяти фунтам. С помощью клапана и ключа на дне цилиндра можно впустить столько воздуха, сколько нужно, так что по желанию можно произвести легкий или сильный удар.
Восьмидюймовый цилиндр создаст силу, равную падению 50 т фунтов на наковальню, а повторение ударов будет пропорционально скорости вращения кривошипа.-Обмен. [Человек, написавший вышеизложенное, конечно, мало что знает об атмосферном давлении или тепловом двигателе. Говорят, что действие подобно действию теплового двигателя, и что он приводится в действие вакуумом. Вокруг теплового двигателя есть вакуумная камера или цилиндр, и в нем никогда не бывает вакуума. Упомянутый выше поршень никогда не может упасть с наибольшей скоростью и силой. Его давление никогда не может превышать 15 фунтов. на квадратный дюйм, а его скорость измеряется известным законом падения тел.Вакуум измеряется вращением рукоятки; очень хорошо, какой-то человек или машина должны повернуть эту рукоятку. Для этого лучше всего подходит паровая машина, поэтому паровой молот лучше атмосферного. Молот, однако, может приводиться в действие водяным колесом, сжимающим или выпускающим воздух хорошо известными средствами, таков, возможно, способ, которым предназначен вышеупомянутый молот.
Эта статья была первоначально опубликована под названием «Атмосферный молот» в журнале Scientific American 8, 26, 203 (март 1853 г.)
doi:10.1038/scientificamerican03121853-203b
Читать далее
В магазине
Scientific American
Информационный бюллетень
Будьте умнее. Подпишитесь на нашу новостную е-мэйл рассылку.
Поддержка научной журналистики
Откройте для себя науку, которая изменит мир. Изучите наш цифровой архив с 1845 года, включая статьи более 150 лауреатов Нобелевской премии.
Подпишитесь прямо сейчас!3.5 Руководство по составлению чертежей | NWCG
При заборе воды из пруда или ручья важно знать разницу высот между насосом и источником воды.При заборе воды воздух при атмосферном давлении удаляется из шлангопровода, создавая вакуум (отрицательное давление) в насосной камере. Атмосферное давление (вес воздуха) на поверхности воды заставляет воду подниматься по всасывающему шлангу к насосу.
Максимальная высота, на которую двигатель или насос могут поднять воду, определяется атмосферным давлением. На уровне моря атмосфера оказывает среднее давление 14,7 фунтов на квадратный дюйм (psi). Атмосферное давление будет меняться в зависимости от погодных условий.Однако эти изменения, как правило, ослабевают, так что среднее давление возвращается к 14,7 фунта на квадратный дюйм. Вот почему безопасно использовать это значение 14,7 фунтов на квадратный дюйм в качестве константы для расчетов.
Пример 1 – Какая максимальная высота воды может выдержать давление 14,7 фунтов на квадратный дюйм?
Шаг 1. Найдите подходящее преобразование в таблице 3.1.
1 фунт/кв. дюйм = 2,304 фута
Шаг 2. Настройте таблицу отмены, чтобы все единицы измерения, кроме нужной единицы, фута, сокращались, чтобы рассчитать подъемную силу, создаваемую 14.7 фунтов за квадратный дюйм.
Атмосферное давление способно поддерживать водяной столб высотой 33,9 фута.
Если бы насос мог создавать идеальный вакуум, максимальная высота, на которую он мог бы поднять воду на уровне моря, составила бы 33,9 фута, как показано в примере 1. Это число является максимальным теоретическим подъемом, но на практике ни один насос не строился. может создать идеальный вакуум. Пожарная машина в достаточно хорошем состоянии может поднять воду на две трети теоретического подъема, 2/3 × 33.9 = 22,5 фута. Эта высота называется максимально достижимым подъемом . С увеличением высоты над уровнем моря атмосферное давление снижается, что уменьшает расстояние по вертикали от источника воды, где можно эффективно выполнять черчение.
ЭФФЕКТЫ ВЫСОТЫ
На каждые 1000 футов изменения высоты приходится 1 фут потери всасывания или подъемной силы и снижение атмосферного давления на 0,5 фунта на квадратный дюйм.
Пример 2 — Двигатель может поднимать воду 22.5 футов на уровне моря. Тот же двигатель приводится в действие при возгорании на высоте 2000 футов над уровнем моря.
Какую подъемную силу может создать двигатель на этой высоте?
Шаг 1. Используйте преобразование, данное для изменения высоты. Потеря в 1 фут = изменение высоты на 1000 футов
Шаг 2. Настройте таблицу отмены, чтобы все единицы измерения, кроме требуемой единицы, футы, сокращались, чтобы вычислить потерю подъемной силы для высоты 2000 футов. (При необходимости см. Раздел 2.1, чтобы просмотреть отмену единиц.)
Шаг 3.Вычтите полученное значение из количества футов, которые можно поднять на уровне моря. 22,5 фута — 2 фута = 20,5 фута
Этот насос может поднимать 20,5 футов воды на высоту 2000 футов.
Пример 3 – Ларри находится на высоте 16 футов над источником воды на высоте 4000 футов. Сможет ли Ларри набирать воду?
Шаг 1. Найдите соответствующую конверсию/оценку в таблице 3.1, чтобы рассчитать снижение возможного подъема. На уровне моря достижимая подъемная сила составляет 22.5 футов.
Шаг 2. Настройте таблицу отмены, чтобы все единицы измерения, кроме нужной единицы, футов (потери), были отменены, чтобы рассчитать потери в подъемной силе.
Из-за высоты устойчивая подъемная сила уменьшается на:
Увеличение высоты на 1000 футов = потеря на 1 фут
Шаг 3. Рассчитайте скорректированную достижимую подъемную силу. Максимально достижимая подъемная сила теперь будет следующей: достижимая подъемная сила — уменьшение из-за высоты = скорректированная достижимая подъемная сила 22,5 фута — 4 фута = 18,5 фута
Шаг 4.Определите, возможно ли составление проекта. достижимая подъемная сила = 18,5 фута, поэтому Ларри все равно сможет поднимать воду на расстояние до 18,5 футов по вертикали. Он желает подняться как минимум на 16 футов.
18,5 футов — 16 футов = 2,5 фута над текущим местоположением Ларри.
Да, Ларри может дрейфовать на высоте 16 футов над источником воды.
Понимание и обслуживание устройств перепускной заслонки на двигателях
В отрасли мы любим говорить: «Турбо заставляет маленькие двигатели думать, что они большие!» Вне зависимости от объема двигателя и бензиновый он или дизельный, на каждые 14.
Давление наддува 68 фунтов на квадратный дюйм, двигатель считает, что оно увеличилось вдвое.
Это связано с тем, что атмосферное давление номинально считается равным 14,68 фунтов на квадратный дюйм. Таким образом, если двигатель увидит такое же значение давления наддува, то у него есть потенциал для производства мощности, вдвое превышающей его рабочий объем.
Хотя большинство производителей контролируют или оценивают наддув турбокомпрессора в фунтах на квадратный дюйм, некоторые используют аббревиатуру атм, что означает атмосфера. Метрическим эквивалентом этого измерения является бар.Чтобы преобразовать атм в фунты на квадратный дюйм, умножьте на 14,68.
Например, если в спецификации двигателя указано, что максимальное давление наддува составляет 2,1 атм, оно будет 14,68 умножить на 2,1, что равно 30,83 фунта на квадратный дюйм. Один бар равен 0,9869 атм или 14,5 фунтов на квадратный дюйм. Таким образом, давление в 3 бара будет равно 43,5 фунтов на квадратный дюйм.
Для быстрого расчета большинство людей используют 15 фунтов на квадратный дюйм в качестве номинального значения атмосферного давления.
При этом установившийся наддув турбокомпрессора по показаниям во впускном коллекторе имеет давление выше атмосферного.На атмосферном двигателе при полностью открытой дроссельной заслонке давление в системе впуска считается атмосферным. Это несколько меньше, чем из-за потерь потока. Напротив, вакуум — это любое давление ниже атмосферного.
Турбокомпрессор состоит из двух основных компонентов: турбины и компрессора. В просторечии это горячая и холодная стороны соответственно. Турбина соединена с выхлопом двигателя и соединена с компрессором через вал.
Ребра на этом валу расположены под противоположным углом.Когда горячий выхлопной газ выходит из головки блока цилиндров, он расширяется и вращает турбинное колесо так же, как река приводит в действие водяное колесо. Поскольку компрессор находится на том же валу, что и турбина, вращается и колесо компрессора.
Турбина является приводным элементом, а компрессор – ведомым элементом.
Действие компрессора направляет воздух во впускной тракт двигателя, что имеет два важных эффекта. Он повышает давление в цилиндре выше атмосферного и увеличивает объем воздуха, поступающего в двигатель, измеряемый в кубических футах в минуту (кубических футах в минуту).
Совокупный эффект увеличения давления и массы входящего воздуха приводит к давлению наддува. Скорость вращения турбины и, в свою очередь, давление наддува регулируются потоком и температурой выхлопных газов. Требуется регулировать давление, и в большинстве случаев это достигается с помощью вестгейта.
Вестгейт
Если бы не было средств для контроля давления наддува, в результате ряда событий давление в цилиндре могло бы превысить безопасные пределы для конструкции двигателя.
Вестгейт используется для управления давлением наддува за счет исключения контролируемого количества выхлопных газов, взаимодействующих с турбинным колесом.
Он состоит не более чем из диска, закрывающегося проходом, перенаправляющим часть выхлопного потока.
Когда проход открыт, давление наддува ограничено. Когда он закрыт, можно реализовать весь потенциал турбокомпрессора.
Следует признать, что каждый турбокомпрессор представляет собой сложную инженерную конструкцию, поскольку существует специальная наука о форме и размере колес турбины и компрессора.Воздушный поток и потенциал давления создаются конструкцией двух колес, и, как и в любом аспекте техники, здесь есть компромиссы.
Предотвращение чрезмерного повышения
Вестгейт позволяет инженеру создать турбонагнетатель, который может обеспечить желаемую производительность на низких и средних оборотах двигателя, не создавая при этом чрезмерного наддува при полной нагрузке двигателя. Это также может позволить турбинному колесу быстрее разгоняться при низком расходе выхлопных газов и температуре, быстрее повышая давление наддува и делая двигатель более послушным при буксировке.
Дополнительным преимуществом турбонаддува помимо мощности двигателя является общее снижение выбросов двигателя и повышение эффективности.
Повышенное давление воздуха и поток в цилиндр создают большую турбулентность в отверстии и, в свою очередь, улучшают скорость пламени и более тщательно смешивают топливо и воздух. Вестгейт позволяет инженеру использовать движение смеси для уменьшения выбросов, а также контролировать давление сгорания. Тем не менее, вестгейт не может выполнить все это сам по себе.
Турбокомпрессор, оснащенный перепускным клапаном, также использует привод. Привод напоминает канистру со штоком и крепится к турбокомпрессору.
Этот узел соединяется с вестгейтом с помощью штока и отвечает за перемещение диска от канала для управления потоком выхлопных газов. Внутри канистры есть сильфон и пружина, а также порт, который соединяет резиновый шланг для измерения наддува. Внутренняя пружина позиционирует стержень так, чтобы вестгейт оставался закрытым. Теперь весь выхлоп пойдет на турбинное колесо.
С другой стороны сильфонного коллектора (наддув) давление действует против пружины, стремясь сдвинуть шток и открыть вестгейт. В зависимости от натяжения пружины при желаемом давлении наддува сильфоны берут на себя ответственность и открывают перепускной канал, тем самым ограничивая скорость вращения турбины и давление в цилиндре.
В большинстве двигателей с электронным управлением также используется соленоид для подачи сигнала на сильфон в приводе.Это позволяет быстрее раскручивать турбонагнетатель на низких скоростях, добавляя более ограниченный контроль для максимального наддува. В некоторых старых дизельных двигателях вестгейт не используется. В этих приложениях турбонаддув предназначен для обеспечения желаемого максимального наддува, поэтому безопасность не используется. Турбина без вестгейта не так эффективна, поскольку не компенсирует погодные условия и условия сгорания. Также лень раскручиваться, что делает двигатель менее отзывчивым.
Потенциальные проблемы
Хотя система вестгейта очень надежна, ниже приведены распространенные и легко исправимые неисправности.
- Низкий наддув. Причина проблемы в данном случае — диск в корпусе вестгейта не герметичен из-за нагара и перепуска выхлопа. Пружина привода ослаблена или вышла из строя.
- Превышение наддува. Причиной является трещина в резине, неисправность линии датчика наддува, неисправность сильфона или внутренняя утечка сильфона. Другой причиной, если он оборудован, является неисправность соленоида наддува или потеря электрического сигнала.
- Порхающий импульс. Пружина в приводе ослаблена.
Для любой из этих проблем турбокомпрессор не требует замены или ремонта. Все это внешние детали, и часто их можно обслуживать вместе с агрегатом на двигателе. Если стержень вестгейта навинчен на контргайку, при укорочении стержня давление наддува увеличится до того, как выхлоп будет перепущен.
Если удлинить шток, наддув будет ниже.
Engineering Timelines — Томас Ньюкомен
Томас Ньюкомен
продолжение
Наследие Ньюкомена
Прошло более трехсот лет с тех пор, как в 1712 году недалеко от Дадли в Уэст-Мидлендсе начал работать первый известный атмосферный паровой двигатель Томаса Ньюкомена.Это был поразительный подвиг — никто ни тогда, ни позже не изобрел сравнимую машину. Удивительно, но первая полноценная биография Ньюкомена не появлялась до 1963 года и была написана Л.Т.К. Ролт. Однако в заключении Ролт пишет:
«Не имея ни капитала, ни станков, ни учебников, которые могли бы помочь ему, Ньюкомен, возглавляя команду мастеров на месте, преуспел в создании машины настолько искусной конструкции, что в общих чертах она просуществовала почти двести лет. .Это был подвиг, которому нет равных. Его изобретение было поистине архетипическим, настолько здравым в принципе, что, однажды задуманное, оно образовало нерушимый фундамент, на котором потомство могло с уверенностью строить.
Впервые показав миру, как можно использовать энергию с помощью цилиндра и поршня, Томас Ньюкомен указал путь вперед, по которому человечество шло с того дня и по сей день, с поразительными результатами, которые мы сейчас видим вокруг себя».
У нас также есть современное мнение горного агента Джона Спеддинга (1685-1758), который написал в 1718 году о двигателях Уайтхейвенской шахты , «…. не было ничего, что могло бы так хорошо делать свое дело и менее подвержено несчастным случаям, чем двигатель — это самый дешевый, безопасный и лучший способ сохранить шахту сухой ».
Срок действия расширенного патента Томаса Савери на «пожарную машину», который распространялся на двигатели Ньюкомена, истек в 1733 году, освобождая пользователей атмосферных двигателей от ежегодных гонораров. Ньюкомен умер четырьмя годами ранее, поэтому не получил от этого выгоды, хотя ценность его двигателей для откачки воды из глубоких шахт сохранялась еще долго после этого.
К моменту истечения срока действия патента было построено не менее 104 «двигателей Ньюкомена», как их стали называть. Большинство из них были построены в Великобритании, но в период с 1721 по 1732 год по крайней мере двенадцать отправились в Европу: по три в Венгрии и Франции, два в Бельгии и по одному в Германии, Австрии, Испании и Швеции. Латунный цилиндр самого большого из них имел диаметр 914 мм и длину 2,74 м. Он был построен в 1726-27 годах Мартеном Тривальдом на шахтах Даннемора в Стокгольме, Швеция.
Первый паровоз Ньюкомена достиг Америки в сентябре 1753 года на попечении Джозайи Хорнблауэра (ок. 1729-1809, сына помощника Ньюкомена Джозефа Хорнблауэра ). Он был запущен в марте 1755 года на медном руднике в Северном Арлингтоне, штат Нью-Джерси. Он будет дважды перестраиваться с новыми цилиндрами (предположительно, диаметром 760 мм) и продолжать работать до начала 19 века, когда шахта была заброшена.
Двигатели Newcomens продолжали строиться по оригинальной конструкции Томаса Ньюкомена в течение многих лет после его смерти, даже когда 9 января 1769 года был запатентован двигатель James Watt с отдельным конденсатором (№ 913). построенных в течение последних 30 лет 18 века, чем двигатели Уатта.
Последний рабочий образец на западе Англии находился по адресу South Liberty угольная шахта, Бедминстер, Бристоль.Он был построен примерно в 1750 году, имел диаметр цилиндра 1,68 м и выходную мощность 39,3 кВт. В 1895 году он все еще работал, но был списан в 1900 году.
Последний действующий образец в Великобритании все еще существует, удивительно все еще на своем первоначальном месте по адресу Elsecar New Colliery в Южном Йоркшире, и его нужно вернуть в рабочее состояние (последняя проверка в начале 2016 года). Он был построен в 1794–1795 годах и работал непрерывно до 1923 года, недолго в 1928 году и продолжал работать до 1950-х годов.
В 1920 году в Лондоне группой старших инженеров, кураторов Музея науки и членов Патентного бюро было основано британское Общество Ньюкоменов (ныне Ньюкомен: Международное общество истории техники и технологий, www.newcomen.com). . Это старейшее общество в мире, специализирующееся на истории техники и технологий, оно опубликовало множество статей по темам, связанным с Ньюкоменом, среди множества других тем.
Прошло почти два века, прежде чем память Томаса Ньюкомена была увековечена в Дартмуте, графство Девон, на его родине.В 1921 году в городском саду на Ройал-авеню в Дартмуте был установлен постамент, а на месте дома Ньюкоменов на Хайер-стрит открыта мемориальная доска. В 1953 году в бывшей баптистской церкви на Чапел-стрит (бывший переулок Дома собраний) была установлена мемориальная доска.
Мемориальный двигатель Ньюкомена был перестроен в 1964 году на бывшей электроподстанции на Майорс-авеню в городе. Он прибыл из шахты Griff Colliery недалеко от Нанитона, Уэст-Мидлендс, и, вероятно, был построен самим Ньюкоменом в 1714 году (перестроен в 1725 году с чугунным цилиндром диаметром 559 мм).Он также работал в Хоксбери недалеко от Ковентри до 1913 года и был доставлен в Девон в 1963 году. Кажется уместным, что что-то из рук Ньюкомена вернулось к нему домой. основная ссылка Transactions of the Newcomen Society
Томас Ньюкомен | Encyclopedia.
com1663-1729
English Inventor
Томаса Ньюкомена часто называют изобретателем паровой машины.Торговец скобяными изделиями по образованию, он превратил примитивный паровой насос Томаса Савери в настоящий, хотя и неэффективный, источник движущей силы. Первоначально разработанный для удаления воды из угольных шахт, паровой двигатель, усовершенствованный Джеймсом Уаттом, стал первым надежным источником механической энергии, отличной от силы мышц, ветра или воды, и, таким образом, обеспечили ключевой технический стимул для революций как в транспорте, так и в промышленном производстве.
Томас Ньюкомен родился в семье религиозных инакомыслящих в Дартмуте, Девоншир, Англия.Ничего достоверно не известно о его образовании или обучении, но, похоже, он начал бизнес в 1685 году как торговец скобяными изделиями (кузнец и торговец металлами) с партнером Джоном Калли, водопроводчиком и товарищем по баптистской секте. То, как Ньюкомен заинтересовался разработкой парового двигателя, и сколько контактов Ньюкомен имел с Томасом Савери (1650-1715), также уроженцем Девонширского региона и изобретателем парового насоса, также является предметом предположений.
Однако такой контакт вполне вероятен, поскольку Ньюкомен посетил оловянные рудники в этом районе и имел некоторое представление об их работе и проблемах.
Паровой насос Савери был разработан для быстрорастущей угледобывающей промышленности, которая возникла, чтобы обеспечить топливо вместо дров для отопления, поскольку леса Англии были тревожно истощены. Уголь был доступен в изобилии, но шахты, вероятно, заполнялись водой, которую необходимо было удалить. Изобретение Савери, представленное примерно в 1700 году, заключалось в заполнении трубопровода к воде паром, затем охлаждении источника пара до тех пор, пока он не сконденсировался с образованием жидкой воды, создавая вакуум, который поднимал воду вверх.Затем с помощью дополнительного пара, подаваемого снизу, вода выталкивалась на поверхность. Насос Савери, которому требовался пар под давлением, был опасен в эксплуатации, так как часто происходили утечки и разрывы.
Ньюкомен представил цилиндр и поршень, который можно было заполнить паром, толкающим поршень в одну сторону, а затем охлаждать так, чтобы пар конденсировался с образованием жидкой воды, оставляя почти вакуум, так что давление воздуха толкало поршень назад. Тогда требовалось давление пара лишь немногим превышающее одну атмосферу, и большую часть работы выполняло атмосферное давление.Сначала охлаждение осуществлялось путем пропускания воды вокруг цилиндра, но в 1704 или 1705 году по счастливой случайности в цилиндр просочилась холодная вода, что привело к немедленной конденсации для гораздо более быстрого цикла питания. Первый успешный двигатель с впрыском холодной воды в цилиндр в соответствующее время был продемонстрирован в 1712 году. Он был неэффективным, поскольку большая часть тепловой энергии тратилась впустую на нагрев цилиндра после каждого охлаждения. Шотландский инженер Джеймс Уатт (1736-1819) устранил эту проблему, добавив отдельный конденсатор, в который пар поступал после работы над поршнем, так что цилиндр мог оставаться горячим.
В настоящее время общепризнано, что Ньюкомен был искусным ремесленником, не имевшим четкого понимания научных принципов, но работавшим методом проб и ошибок, комбинируя элементы технологии из более ранних изобретений.