Инерционный наддув своими руками

Воздухозаборник двигателя формулы один airbox

Для чего нужен воздухозаборник болиду формулы один

Впуск горячего воздуха в цилиндры двигателя является отличным способом, чтоб прилично уменьшить его мощность. В начале эры формулы один, на болиды не устанавливали отдельных воздухозаборников и впуск производился из подкапотного пространства. Хотя инженеры конструкторы болидов уже тогда знали, что чем воздух более холоден, тем выше его плотность и тем больше в нем кислорода. Больше кислорода, значит можно сжечь больше топлива и значит двигатель сможет выдать большую мощность, во всем диапазоне рабочих оборотов. Хотя непосредственных воздухозаборников не делали, все же старались расположить впускной тракт в наиболее холодном месте, подальше от выпускных коллекторов хотя и не всегда.

Воздухозаборник airbox современного болида формулы один, помимо функции забора холодного воздуха, помогает создать подпор давления, который создается на высоких скоростях движения, таким образом на скоростях свыше 200 км/час атмосферный двигатель получает своего рода наддув воздуха перед впускным трактом.

Использование воздухозаборника, плюс иннерционного эффекта наддува и продувки цилиндров двигателя, при использовании при этом очень высоких оборотов вращения коленчатого вала, использовавшихся до 2014 года, позволяло на 18000 об/мин и 250-300 км/час получать эквивалент наполнения цилиндров равным 175 % от имеющегося рабочего объема двигателя. Это говорит о том, что двигатель например 2012 года, с объемом цилиндров в 2.4 литра, имел наполнение эквивалентное 4.2 литра рабочего объема. Притом, что в дорожных автомобилях, продувка и инерционный наддув практически отсутствует и коэффициент наполнения редко дотягивает до 90 % на современных авто, не говоря уже о устаревших двигателях.

Воздухозаборник сам по себе может дать лишь 5 процентное повышение мощности, если его использовать на обычном двигателе и двигаться с 250-300 км/час что само по себе невозможно. В двигателе ф1 5 процентное повышение давления перед впускными патрубками мотора, повышает плотность воздуха поступающего во впускные патрубки, усиливая инерционный наддув при этом. Дополнительные пять процентов мощности для формулы один, это уже очень много, но не стоит забывать, что это не весь вклад в повышение наполнения, а лишь дополнительный подпор давления улучшаюший наполнение за счет инерционного наддува.

Инерционный наддув

В двигателе ф1 нет впускного коллектора, а есть только впускные трубы, на каждой из которых установлено по дросселю или золотнику и форсунке впрыска топлива. Вся эта система имеет минимально возможное сопротивление при движении воздуха с максимальными скоростями. Представте, что воздушно топливная смесь, движется по впускной трубе к открытому впускному клапану при полностью открытой дроссельной или золотниковой заслонке. Цилиндр постепенно наполнился и впускной клапан закрылся. Так как воздух имеет массу, он не может резко остановиться и продолжает двигаться по трубе, сжимаясь все больше возле тарелки клапана. При последующем открытии клапана топливовоздушная смесь устремляется в цилиндры не только за счет втягивания, а за счет существующего подпора волны избыточного давления. Таким нехитрым образом и происходит инерционный наддув в двигателях формулы один. Система волновых процессов во впускном коллекторе на самом деле немного сложнее но суть одна, масса воздуха движущаяся с высокими скоростями обладает большой инерцией и при грамотной настройке помогает затолкнуть больше топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя.

Так как воздухозаборник на больших скоростях, дополнительно сжимает воздух, перед впускными трубами, то масса топливовоздушной смеси внутри них будет тоже на 5 процентов выше. Если масса инерционной смеси выше на 5 процентов, а инерционный наддув добавляет 162 % к наполнению, то получаем дополнительные 8 % (5 % от 162%)

В итоге воздухозаборник добавляет 8% + 5% = 13% мощности двигателю болида Ф1 на высоких скоростях и практически ничего не добавляет на скоростях меньше 100-150 км/час.

Цифры в пояснении работы воздухозаборника (airbox) даны примерные, но отражают действительность его работы в связке с инерционным наддувом двигателя Ф1.

Источник

Инерционный наддув — доработка

Вот все смеются над этой нехитрой конструкцией – «Система Инерционного Наддува» для Уралов. Дескать, толку никакого от нее нет, один сплошной гербалайф. В общем, не работает оно.

Друзья мои, а как же оно будет работать, если тот кусок дерь… то есть алюминия, который ныне продают под видом этой системы – в принципе неработоспособен! Он настолько отличается от того, как оно должно быть, что просто диву даешься!

Смотрим на картинки. Под циферкой 1 показан фланец системы такой, как он должен быть, а под цифрой 2 – то, что продается в магазинах.

Что мы видим? Центральное отверстие конусной формы имеет проходное сечение ВДВОЕ меньше чем сечение впускного канала головки и карбюратора. Оно работает как рестриктор, только уменьшая мощность двигателя. Отверстие в патрубке под соединительный патрубок имеет диаметр 8 мм – сколько смеси он сможет провести через себя?! В общем, бред полный.
Покупная конструкция требует обязательной доработки.

С чего начнем?
Начинаем с изготовления центрующих втулок. Нам нужно 4 трубочки наружным диаметром 10, внутренним 8, длиной 30 мм. По этим втулкам будут взаимно центроваться карбюратор, фланец системы наддува и прокладки. Без втулок дальнейшая работа бессмысленна: ведь на шпильках диаметром 8 мм у нас крепится фланец и прокладки с отверстиями 9 мм и карбюратор с отверстиями 10 мм. Соответственно, они могут занять любое положение друг относительно друга, и на стыке их образуются ступеньки, которые будут мешать потоку смеси.

Итак, втулки сделали.
Берем фланец, рассверливаем отверстия шпилек до 10 мм, вставляем втулки, надеваем прокладки, размечаем положение отверстий прокладок на фланце с обеих сторон.
Потом на фрезерном или сверлильном станке, или вручную напильником, начерно сгрызаем лишнее мясо, оставив припуск для чистовой обработки.
Должно получиться примерно так:

Теперь на шпильки головки надеваем центровочные втулки, прокладку, фланец. Затягиваем гайками. Зажав головку в тисках, дрелью с шарошкой или бормашиной сгрызаем оставшееся мясо до полного отсутствия ступеньки между головкой и фланцем. Хорошо, если прокладку тоже немного заденем – значит, стык будет идеально гладким. Прокладка с этого момента станет уникальной: её можно ставить только в это место, только в этом положении.
Получиться должно примерно так:

Теперь снимаем фланец с головки, собираем его другой стороной с новой прокладкой и карбюратором. Разумеется, через центровочные втулки. Повторяем манипуляции – полностью устраняем ступеньку между фланцем и карбюратором.

Сняв фланец, выравниваем внутренние стенки получившегося отверстия, чтобы они были прямыми и гладкими.

Теперь дорабатываем отверстие в перепускном патрубке. Рассверливаем до 12 мм, потом шарошками придаем отверстию форму сопла: оно должно расширяться вблизи среза. Особенно тщательно обрабатываем сопряжение этого отверстия с центральным отверстием фланца. Сопряжение должно быть максимально гладким, скругленным, чтобы не мешать течению смеси.
Вот так должен выглядеть доработанный патрубок:

Теперь вновь устанавливаем фланец с прокладкой на головку, и вручную наждачной бумагой выводим стык до гладкого состояния. Потом повторяем с карбюратором.

Наконец, можно собрать всю конструкцию и полюбоваться, как красиво, гладко и ровно получилось:

Если б я был топливо-воздушной смесью – мне бы очень понравилось двигаться по такому впускному тракту 🙂

Теперь дорабатываем таким же образом второй фланец

Устанавливаем на мотор, удивляемся как выросли холостые обороты, немного уменьшаем их, и радуем друзей тем, как легко мотоцикл трогается ВООБЩЕ без газа. Или наоборот – с газом, на четвертой передаче.
Конечно, влияние системы уменьшается по мере увеличения оборотов, и после двух-двух с половиной тысяч её уже не заметно, но на низких оборотах система реально улучшает тягу мотора.

Источник

Воздухозаборник двигателя формулы один airbox

Для чего нужен воздухозаборник болиду формулы один

Впуск горячего воздуха в цилиндры двигателя является отличным способом, чтоб прилично уменьшить его мощность. В начале эры формулы один, на болиды не устанавливали отдельных воздухозаборников и впуск производился из подкапотного пространства. Хотя инженеры конструкторы болидов уже тогда знали, что чем воздух более холоден, тем выше его плотность и тем больше в нем кислорода. Больше кислорода, значит можно сжечь больше топлива и значит двигатель сможет выдать большую мощность, во всем диапазоне рабочих оборотов. Хотя непосредственных воздухозаборников не делали, все же старались расположить впускной тракт в наиболее холодном месте, подальше от выпускных коллекторов хотя и не всегда.

Воздухозаборник airbox современного болида формулы один, помимо функции забора холодного воздуха, помогает создать подпор давления, который создается на высоких скоростях движения, таким образом на скоростях свыше 200 км/час атмосферный двигатель получает своего рода наддув воздуха перед впускным трактом.

Использование воздухозаборника, плюс иннерционного эффекта наддува и продувки цилиндров двигателя, при использовании при этом очень высоких оборотов вращения коленчатого вала, использовавшихся до 2014 года, позволяло на 18000 об/мин и 250-300 км/час получать эквивалент наполнения цилиндров равным 175 % от имеющегося рабочего объема двигателя. Это говорит о том, что двигатель например 2012 года, с объемом цилиндров в 2.4 литра, имел наполнение эквивалентное 4.2 литра рабочего объема. Притом, что в дорожных автомобилях, продувка и инерционный наддув практически отсутствует и коэффициент наполнения редко дотягивает до 90 % на современных авто, не говоря уже о устаревших двигателях.

Воздухозаборник сам по себе может дать лишь 5 процентное повышение мощности, если его использовать на обычном двигателе и двигаться с 250-300 км/час что само по себе невозможно. В двигателе ф1 5 процентное повышение давления перед впускными патрубками мотора, повышает плотность воздуха поступающего во впускные патрубки, усиливая инерционный наддув при этом. Дополнительные пять процентов мощности для формулы один, это уже очень много, но не стоит забывать, что это не весь вклад в повышение наполнения, а лишь дополнительный подпор давления улучшаюший наполнение за счет инерционного наддува.

Инерционный наддув

В двигателе ф1 нет впускного коллектора, а есть только впускные трубы, на каждой из которых установлено по дросселю или золотнику и форсунке впрыска топлива. Вся эта система имеет минимально возможное сопротивление при движении воздуха с максимальными скоростями. Представте, что воздушно топливная смесь, движется по впускной трубе к открытому впускному клапану при полностью открытой дроссельной или золотниковой заслонке. Цилиндр постепенно наполнился и впускной клапан закрылся. Так как воздух имеет массу, он не может резко остановиться и продолжает двигаться по трубе, сжимаясь все больше возле тарелки клапана. При последующем открытии клапана топливовоздушная смесь устремляется в цилиндры не только за счет втягивания, а за счет существующего подпора волны избыточного давления. Таким нехитрым образом и происходит инерционный наддув в двигателях формулы один. Система волновых процессов во впускном коллекторе на самом деле немного сложнее но суть одна, масса воздуха движущаяся с высокими скоростями обладает большой инерцией и при грамотной настройке помогает затолкнуть больше топливовоздушной смеси в цилиндры двигателя.

Так как воздухозаборник на больших скоростях, дополнительно сжимает воздух, перед впускными трубами, то масса топливовоздушной смеси внутри них будет тоже на 5 процентов выше. Если масса инерционной смеси выше на 5 процентов, а инерционный наддув добавляет 162 % к наполнению, то получаем дополнительные 8 % (5 % от 162%)

В итоге воздухозаборник добавляет 8% + 5% = 13% мощности двигателю болида Ф1 на высоких скоростях и практически ничего не добавляет на скоростях меньше 100-150 км/час.

Цифры в пояснении работы воздухозаборника (airbox) даны примерные, но отражают действительность его работы в связке с инерционным наддувом двигателя Ф1.

Источник

Электрический наддув для авто на Arduino: миф или все возможно?

Начать свое повествование хочу с цитаты: «автомобиль — не роскошь, а средство передвижения». И действительно, на дорогах нашей страны с каждым годом автомобилей становится все больше, их поколения сменяются поколениями, модели моделями. В данном разнообразии очень легко запутаться, а вот выделиться из общего потока наоборот становится все сложнее и сложнее.

В данной статье я хочу рассказать о своих мыслях на тему изменения внутреннего облика автомобиля, а поможет мне в этом, как и во многом другом — микроэлектроника, в лице всем известного контроллера Arduino.

Итак, за время своего водительского стажа (порядка 8 лет) я успел испробовать на себе немалое число моделей автомобилей, находившихся либо в моей личной собственности, либо во владении родственников или друзей: ВАЗ 2109, 21099, 2112, Honda Accord, Honda Civic, Volkswagen Jetta, Mitsubishi Lancer X, Skoda Oktavia, BMW E34 и многие другие. Из всех авто, пожалуй, наиболее сильно мне запомнилась Honda Accord 1993 года выпуска, с замененным на неродной 200-сильный легендарный двигатель H22A, находящаяся в данной конфигурации в моем владении 2 долгих года. Что мне в ней нравилось — её характер, мотор с легкостью раскручивался до 7500 оборотов и обладал выраженным подхватом ровно с 4000 оборотов. Однако низов на нем не было, совсем!

Сегодня я езжу уже на другом автомобиле — Suzuki SX4, у него данная проблема носит еще более выраженный характер ввиду 1600 кубового всего 112 сильного двигателя и немалой массы в 1330 кг (вместе с водителем).

Отсутствие тяги на низких и средних оборотах — проблема практически всех современных малолитражных двигателей, в среднем до 3000 оборотов они не «едут» совсем — ускорения нет никакого, что несомненно неудобно ни в городе, ни на трассе.

По видимому такие настройки динамики вводятся авто производителями в угоду снижения токсичности выхлопа, расхода топлива и повышения надежности двигателей (искусственно заниженная мощность на низких оборотах продлевает жизнь всем трущимся деталям в двигателе).

Данная проблема кардинально решается несколькими методами:
— замена мотора на более объемный;
— установка небольшой турбины с ранним спулом (довольно популятный метод, дает эффект более объемного двигателя с 1500-2000 оборотов);
— установка объемного компрессора с приводом от коленчатого вала двигателя (дает эффект более объемного двигателя практически с холостых оборотов но занимает очень много места в подкапотном пространстве, метод практически не пользуется популярностью).

В один прекрасный день мне в голову пришла идея — а что если взять холодную часть турбины (центробежный компрессор) и вращать его крыльчатку не отработанными выхлопными газами и не при помощи ремня от коленчатого вала ДВС, а мощным электродвигателем, обороты которого можно менять при помощи электроники и выставлять такие, какие точно нужны для поддержания необходимого уровня наддува, а соответственно и мощности и крутящего момента автомобиля на любых (!) оборотах:

Данная идея относительно не нова — первые упоминания которые мне удалось найти о таких системах относятся к 2009 году — год разработки вспомогательного электрического наддува авто концерном Audi, в их системе электродвигатель вращает крыльчатку небольшого компрессора на оборотах до 3000 до включения основного турбокомпрессора, тем самым нивелируя эффект «турболага» — плохой отзывчивости мощного турбированного двигателя на низких оборотах. Система была продемонстрирована на модели Audi RS5 в 2012 году, но на конвейер так и не попала. Аналогичные системы планируются к разработке и другими авто производителями — ориентировочно такие системы увидят свет на серийных автомобилях в 2017-2019 годах.

А что если не ограничиться 3000 оборотами и крутить электродвигатель и дальше, до 4000 — 5000 оборотов? Таким образом можно перекрыть практически весь повседневный диапазон оборотов, использующийся при вождении автомобиля в 90% случаев.

Да, на это потребуется довольно большая мощность — по моим расчетам при частоте вращения коленчатого вала 4000 оборотов для ДВС объемом 1600 куб см и необходимого наддува в 0,4 бара (максимальный уровень наддува, поддерживаемый большинством штатных ЭБУ автомобилей без перепрошивки и внедрения в электронику авто) — отбираемая мощность на привод крыльчатки компрессора составит около 4,5 кВт (с учетом среднестатистического КПД центробежного компрессора в 50%).

В свободной продаже сейчас есть довольно мощные и в тоже время небольшие по габаритам авто\авиамодельные бесколлекторные электродвигатели, развивают мощность в максимуме до 10-15 кВт и имеющие напряжение питания 50-70 вольт:

Недолго думая был куплен диагностический адаптер — ELM 327 bluetooth mini:

И на его основе сделан считыватель данных об оборотах и положении дроссельной заслонки двигателя. На фото по порядку: диагностический адаптер, arduino uno, простенький бесколлекторный двигатель и регулятор к нему.

Написан небольшой скетч для ардуино:

Скетч заработал сразу — моторчик при заведенном двигателе стал вращаться со скоростью, пропорциональной оборотам двигателя:

Теперь осталось дело за «малым» — собрать прототип устройства, которое будет нагнетать воздух в двигатель исходя из данных текущего положения дроссельной заслонки и оборотов двигателя.

Источник