Διαφορά μεταξύ των αναθεωρήσεων του «Υπερπλήρωση»

Μετάβαση στην πλοήγηση Πήδηση στην αναζήτηση
Ετικέτα: gettingstarted edit
Ετικέτα: gettingstarted edit
==Τύποι Υπερπληρωτών==
 
Οι διάφοροι τύποι υπερπληρωτών δύνανται, ανάλογα με τα εκάστοτε χαρακτηριστικά τους, να κατηγοριοποιηθούν με διάφορους τρόπους. Οι κατηγοριοποίηση αυτή προσφέρει μια εποπτική εικόνα των τεχνολογιών που βρίσκουν εφαρμογή στην υπερπλήρωση.
Η ακόλουθη κατηγοριοποίηση αναφέρεται στον τρόπο μετάδοσης του αερίου. Άλλες μορφές κατηγοριοποίησης, π.χ. με βάση τον τύπο μεταφοράς ισχύος, είναι επίσης δυνατές (μηχανικοί υπερπληρωτές και στροβιλοϋπερπληρωτές), ωστόσο η μορφή που παρουσιάζεται εδώ είναι η πλέον εποπτική των σύγχρονων τύπων υπερπλήρωσης. Οι υπερπληρωτές δυναμικής ροής δεν μπορούν να επιτύχουν αύξηση της πίεσης σε χαμηλές στροφές, σε αντίθεση με τους υπερπληρωτές θετικής εκτόπισης, οι οποίοι αποδίδουν μια σχεδόν ανεξάρτητη των στροφών του κινητήρα αύξηση πίεσης.
 
===Κατηγοριοποίηση βάσει τύπου συμπιεστή===
===Υπερπληρωτές Δυναμικής Ροής===
 
ΗΜια ακόλουθηπρώτη κατηγοριοποίηση αναφέρεται στον τρόπο μετάδοσης του αερίου. Άλλες μορφές κατηγοριοποίησης,είναι π.χ.εφικτή με βάση τον τύπο μεταφοράςτου ισχύος, είναι επίσης δυνατές (μηχανικοί υπερπληρωτές και στροβιλοϋπερπληρωτές), ωστόσο η μορφήσυμπιεστή που παρουσιάζεταιχρησιμοποιείται εδώγια είναιτην ηαύξηση πλέοντης εποπτικήπίεσης τωνστην σύγχρονωνείσοδο τύπωντου υπερπλήρωσηςκινητήρα. Οι υπερπληρωτές δυναμικής ροής δεν μπορούν να επιτύχουν αύξηση της πίεσης σε χαμηλές στροφές, σε αντίθεση με τους υπερπληρωτές θετικής εκτόπισης, οι οποίοι αποδίδουν μια σχεδόν ανεξάρτητη των στροφών του κινητήρα αύξηση πίεσης.
Οι υπερπληρωτές δυναμικής ροής έχουν ως αρχή λειτουργίας την επιτάχυνση του ρευστού σε υψηλές ταχύτητες και την επακόλουθη ανάκτηση πίεσης μέσω ενός διαχύτη.
 
===Υπερπληρωτές=Συμπιεστές Δυναμικής Ροής====
====Στροβιλοπληρωτές καυσαερίων====
 
Οι υπερπληρωτέςσυμπιεστές δυναμικής ροής έχουν ως αρχή λειτουργίας την επιτάχυνση του ρευστού σε υψηλές ταχύτητες και την επακόλουθη ανάκτηση πίεσης μέσω ενός διαχύτη. Γενικότερα, αναφέρονται στην ορολογία και ως αεριοσυμπιεστές.
Ο στροβιλοπληρωτής καυσαερίου αποτελείται από έναν [[αεριοστρόβιλο]] τοποθετημένο στον αγωγό εξαγωγής καυσαερίων, και έναν [[αεροσυμπιεστή]] τοποθετημένο στην εισαγωγή του κινητήρα. Ο αεριοστρόβιλος κινείται εκμεταλλευόμενος την ενέργεια των καυσαερίων και παράγει ισχύ με την οποία θέτει σε λειτουργία τον αεροσυμπιεστή, με τον οποίο και είναι συνδεδεμένος μηχανικά, μέσω ενός άξονα. Ο αεροσυμπιεστής, με τη σειρά του, εκτελεί τη συμπίεση του αέρα, ο οποίος και διοχετεύεται στους κυλίνδρους στη νέα, άνω της ατμοσφαιρικής πίεση, επιτυγχάνοντας έτσι την υπερπλήρωση. Ο στροβιλοπληρωτής, ανάλογα με τις απαιτήσεις της εκάστοτε εφαρμογής, μπορεί να είναι τόσο αξονικής, όσο και φυγοκεντρικής (ακτινικής) ή μικτής ροής.
 
===Υπερπληρωτές=Συμπιεστές Θετικής Εκτόπισης====
Βασικά μειονεκτήματα της χρήσης του στροβιλοσυμπιεστή καυσαερίων είναι:
 
Οι υπερπληρωτέςσυμπιεστές θετικής εκτόπισης αποδίδουν ένα σχεδόν σταθερό ανα περιστροφή όγκο αέρα, ανεξάρτητα των στροφών του κινητήρα.
* H κακή χρονική απόκριση στις αλλαγές του φορτίου (φαινόμενο "υστέρησης" γνωστό και ως turbo lag), λόγω του χαμηλού ενθαλπικού περιεχομένου των καυσαερίων σε συνθήκες χαμηλού φορτίου ή/και χαμηλών στροφών, σε σχέση πάντα με έναν αντίστοιχο κινητήρα φυσικής αναπνοής (αγγλ. naturally aspirated).
 
====Παλινδρομικοί Υπερπληρωτές====
Ένα μεγάλο εύρος τεχνολογιών έχει προταθεί για την αντιμετώπιση του προβλήματος αυτού, όπως για παράδειγμα η πολυβάθμια υπερπλήρωση σε σειρά (συνδυασμός ενός μικρού και ενός μεγαλύτερου στροβιλοπληρωτή, βελτιστοποιημένοι για τα χαμηλά και τα υψηλά φορτία αντίστοιχα), η χρήση ηλεκτρικής υποβοήθησης για την επιτάχυνση του συμπιεστή μέσω ενός μικρού ηλεκτροκινητήρα, και ο συνδυασμός μηχανικής υπερπλήρωσης και στροβιλοπλήρωσης, όπου ο μηχανικός υπερπληρωτής ενεργοποιείται στις χαμηλές στροφές (η άντληση μηχανικής ενέργειας μέσω άμεσης σύνδεσης με το στροφαλοφόρο σημαίνει ότι ενέργεια είναι διαθέσιμη ακόμη και όταν το ενεργειακό περιεχόμενο των καυσαερίων είναι χαμηλό), ενώ στις υψηλότερες στροφές και φορτία, την υπερπλήρωση αναλαμβάνει ο στροβιλοπληρωτής.
Φυσικά, οι παραπάνω μέθοδοι έχουν ως σαφές μειονέκτημα την ακόμα περαιτέρω αύξηση του κόστους, των μηχανικών μερών αλλά και της δυσκολίας ελέγχου του συστήματος.
 
Στην κατηγορία αυτή συμπεριλαμβάνονται τόσο οι τύποι εμβολοφόρου και στροφαλοθάλαμου, όσο και ο συμπιεστής ταλαντούμενων πτερυγίων.
* Η τοποθέτηση του στη γραμμή των θερμών καυσαερίων απαιτεί υλικά εξαιρετικά ανθεκτικά στις υψηλές θερμοκρασίες. Φυσικά, εκτός των δυσκολιών κατεργασίας των υλικών αυτών, η χρήση στροβιλοπληρωτών αυξάνει τις πιθανότητες διαφόρων τύπων αστοχίας, αλλά και το κόστος του τελικού προϊόντος.
 
====Περιστρεφόμενοι Υπερπληρωτές====
Ιστορικά, οι χαμηλότερες θερμοκρασίες καυσαερίων των πετρελαιοκινητήρων επέτρεψαν την ταχύτερη και αποδοτικότερη εφαρμογή των στροβιλοπληρωτών σε αυτόν τον τύπο κινητήρα. Σήμερα, πρακτικά το σύνολο των πετρελαιοκινητήρων χρησιμοποιούν στροβιλοπληρωτές, σε αντίθεση με τους βενζινοκινητήρες, στους οποίους συχνά απαντώνται και ατμοσφαιρικές εφαρμογές, αν και η τάση είναι και εδώ στην κατεύθυνση της υπερπλήρωσης.
 
Οι περιστρεφόμενοι υπερπληρωτές περιλαμβάνουν τους συμπιεστές λοβοειδούς τύπου Roots και κοχλιοειδούς τύπου Lysholm, αλλά και τους συμπιεστές κοχλιωτού τύπου (screw) και ολισθαίνοντων πτερυγίων (sliding vanes). Οι δύο πρώτοι είναι και οι πλέον διαδεμένοι.
* Απαιτείται η χρήση μηχανισμού ψύξης του αέρα (intercooler) πριν αυτός εισαχθεί στους κυλίνδρους.
 
====Χωρίς Συμπιεστή====
Η αύξηση της πίεσης του αέρα εισαγωγής οδηγεί αναπόφευκτα και στην αύξηση της θερμοκρασίας (καταστατική εξίσωση), η οποία δρα στην κατεύθυνση μείωσης της πυκνότητας του αέρα και σε συνθήκες υψηλού φορτίου και στροφών ενδέχεται να βρίσκεται σε επίπεδα αρκετά υψηλά ώστε να θέτει σε κίνδυνο τα πιο συμβατικά υλικά τα οποία χρησιμοποιούνται στην εισαγωγή (σε σύγκριση πάντα με αυτά της εξαγωγής), αλλά και να μειώνει το βαθμό απόδοσης της καύσης εντός των κιλύνδρων. Στους κινητήρες Otto χωρίς τεχνολογία άμεσης έγχυσης καυσίμου, η αύξηση της θερμοκρασίας εισαγωγής ευνοεί το κτύπημα (αγγλ. knocking ή preignition) του κινητήρα, την αυτανάφλεξη δηλαδή του μίγαμτος αέρα-καυσίμου (η οποία οδηγεί σε φθορά των κυλίνδρων και μείωση της απόδοσης της μηχανής). Για το λόγο αυτό, η άμεση έγχυση καυσίμου θεωρείται στους βενζινοκινητήρες τεχνολογία-καταλύτης (enabling technology) για την επιτυχή εγκατάσταση συστήματος υπερπλήρωσης.
 
Στην αγγλική ορολογία, τα συστήματα αυτά είναι γνωστοίγνωστά ως Pressure Wave Superchargers. Τα πλέον διαδεδομένα συστήματα αυτού του τύπου είναιείνα τα Comprex και Hyprex, τα οποία αναπτύχθηκαν από την Ελβετικές εταιρίες Brown Bovery & Cie και Wenko AG αντίστοιχα. Η συμπίεση δεν προέρχεται από κάποιον συμπιεστή, αλλά επιτυγχάνεται μέσω κυμάτων πίεσης προερχόμενων από την εκτόνωση των θερμών καυσαερίων σε πτερυγιοφόρο δρομέα.
====Υπερπληρωτές Κύματος Πίεσης====
 
===Κατηγοριοποίση βάσει πηγής ενέργειας===
Στην αγγλική ορολογία γνωστοί ως Pressure Wave Superchargers. Τα πλέον διαδεδομένα συστήματα αυτού του τύπου είναι τα Comprex και Hyprex, τα οποία αναπτύχθηκαν από την Ελβετικές εταιρίες Brown Bovery & Cie και Wenko AG αντίστοιχα.
 
Η κατηγοριοποίηση των υπερπληρωτών είναι επίσης δυνατή βάσει της πηγής από την οποία προέρχεται η ενέργεια για την κίνηση του συμπιεστή.
===Υπερπληρωτές Θετικής Εκτόπισης===
 
====Στρόβιλος====
Οι υπερπληρωτές θετικής εκτόπισης αποδίδουν ένα σχεδόν σταθερό ανα περιστροφή όγκο αέρα, ανεξάρτητα των στροφών του κινητήρα.
 
Η ενέργεια προέρχεται από την εκτόνωση θερμών καυσεριών σε στρόβιλο ο οποίος είναι μηχανικά συνδεδεμένος με τον συμπιεστή και δύναται να είναι φυγοκεντρικής, μικτής ή και αξονικής ροής. Τα συστήματα αυτά είναι γνωστά και ως στροβιλοϋπερπληρωτές καυσαερίου (exhaust gas turbochargers).
Συνηθέστερα, οι υπερπληρωτές αυτού του τύπου είναι μηχανικά συνδεδεμένοι με τον στροφαλοφόρο άξονα του κινητήρα, γι'αυτό και στις χαμηλές στροφές, όπου η ενθαλπία των καυσαερίων παραμένει σε χαμηλά επίπεδα, πλεονεκτούν έναντι των υπερπληρωτών δυναμικής ροής και ειδικά των στροβιλοπληρωτών. Αντίθετα, οι τελευταίοι εκμεταλλεύονται ενέργεια που ούτως ή άλλως θα αποδιδόταν αχρησιμοποίητη στο περιβάλλον υπό μορφή θερμών καυσαεριών, βελτιώνοντας έτσι τον ολικό βαθμό απόδοσης του συστήματος, ενώ η ενέργεια που απαιτείται για τη λειτουργία των μηχανικών υπερπληρωτών ουσιαστικά προέρχεται άμεσα από το καύσιμο.
 
Βασικά μειονεκτήματα της χρήσης τουτων στροβιλοσυμπιεστήστροβιλοϋπερπληρωτών καυσαερίων είναι:
Όπως προαναφέρθηκε, σε περίπτωση συνδυασμού των δύο συστημάτων, λειτουργεί πρώτα ο μηχανικός συμπιεστής στις χαμηλές στροφές, έως ότου τα καυσαέρια αποκτήσουν την απαιτούμενη ενέργεια, οπότε και εκκινεί τη λειτουργία του ο στροβιλοσυμπιεστής. Το σύστημα είναι σχετικά πολύπλοκο και κοστοβόρο.
 
* H κακή χρονική απόκριση στις αλλαγές του φορτίου (φαινόμενο "υστέρησης" γνωστό και ως turbo lag), λόγω του χαμηλού ενθαλπικού περιεχομένου των καυσαερίων σε συνθήκες χαμηλού φορτίου ή/και χαμηλών στροφών, σε σχέση πάντα με έναν αντίστοιχο κινητήρα φυσικής αναπνοής (αγγλ. naturally aspirated).
====Παλινδρομικοί Υπερπληρωτές====
 
Ένα μεγάλο εύρος τεχνολογιών έχει προταθεί για την αντιμετώπιση του προβλήματος αυτού, όπως για παράδειγμα η πολυβάθμια υπερπλήρωση σε σειρά (συνδυασμός ενός μικρού και ενός μεγαλύτερου στροβιλοπληρωτήστροβιλοϋπερπληρωτή, βελτιστοποιημένοι για τα χαμηλά και τα υψηλά φορτία αντίστοιχα), η χρήση ηλεκτρικής υποβοήθησης για την επιτάχυνση του συμπιεστή μέσω ενός μικρού ηλεκτροκινητήρα, και ο συνδυασμός μηχανικής υπερπλήρωσης και στροβιλοπλήρωσηςστροβιλοϋπερπλήρωσης, όπου ο μηχανικός υπερπληρωτής ενεργοποιείται στις χαμηλές στροφές (η άντληση μηχανικής ενέργειας μέσω άμεσης σύνδεσης με το στροφαλοφόρο σημαίνει ότι ενέργεια είναι διαθέσιμη ακόμη και όταν το ενεργειακό περιεχόμενο των καυσαερίων είναι χαμηλό), ενώ στις υψηλότερες στροφές και φορτία, την υπερπλήρωση αναλαμβάνει ο στροβιλοπληρωτήςστροβιλοϋπερπληρωτής.
Στην κατηγορία αυτή συμπεριλαμβάνονται τόσο οι τύποι εμβολοφόρου και στροφαλοθάλαμου, όσο και ο συμπιεστής ταλαντούμενων πτερυγίων.
Φυσικά, οι παραπάνω μέθοδοι έχουν ως σαφές μειονέκτημα την ακόμα περαιτέρω αύξηση του κόστους, των μηχανικών μερών αλλά και της δυσκολίας ελέγχου του συστήματος.
 
* Η τοποθέτηση του στη γραμμή των θερμών καυσαερίων απαιτεί υλικά εξαιρετικά ανθεκτικά στις υψηλές θερμοκρασίες. Φυσικά, εκτός των δυσκολιών κατεργασίας των υλικών αυτών, η χρήση στροβιλοπληρωτών αυξάνει τις πιθανότητες διαφόρων τύπων αστοχίας, αλλά και το κόστος του τελικού προϊόντος.
====Περιστρεφόμενοι Υπερπληρωτές====
 
Ιστορικά, οι χαμηλότερες θερμοκρασίες καυσαερίων των πετρελαιοκινητήρων επέτρεψαν την ταχύτερη και αποδοτικότερη εφαρμογή των στροβιλοπληρωτώνστροβιλοϋπερπληρωτών σε αυτόν τον τύπο κινητήρα. Σήμερα, πρακτικά το σύνολο των πετρελαιοκινητήρων χρησιμοποιούν στροβιλοπληρωτέςστροβιλοϋπερπληρωτές, σε αντίθεση με τους βενζινοκινητήρες, στους οποίους συχνά απαντώνται και ατμοσφαιρικές εφαρμογές, αν και η τάση είναι και εδώ στην κατεύθυνση της υπερπλήρωσης.
Οι περιστρεφόμενοι υπερπληρωτές περιλαμβάνουν τους συμπιεστές λοβοειδούς τύπου Roots και κοχλιοειδούς τύπου Lysholm, αλλά και τους συμπιεστές κοχλιωτού τύπου (screw) και ολισθαίνοντων πτερυγίων (sliding vanes). Οι δύο πρώτοι είναι και οι πλέον διαδεμένοι.
 
* Απαιτείται η χρήση μηχανισμού ψύξης του αέρα (intercooler) πριν αυτός εισαχθεί στους κυλίνδρους.
 
Η αύξηση της πίεσης του αέρα εισαγωγής οδηγεί αναπόφευκτα και στην αύξηση της θερμοκρασίας (καταστατική εξίσωση), η οποία δρα στην κατεύθυνση μείωσης της πυκνότητας του αέρα και σε συνθήκες υψηλού φορτίου και στροφών ενδέχεται να βρίσκεται σε επίπεδα αρκετά υψηλά ώστε να θέτει σε κίνδυνο τα πιο συμβατικά υλικά τα οποία χρησιμοποιούνται στην εισαγωγή (σε σύγκριση πάντα με αυτά της εξαγωγής), αλλά και να μειώνει το βαθμό απόδοσης της καύσης εντός των κιλύνδρων. Στους κινητήρες Otto χωρίς τεχνολογία άμεσης έγχυσης καυσίμου, η αύξηση της θερμοκρασίας εισαγωγής ευνοεί τοτην κτύπημαεμφάνιση κτυπήματος (αγγλ. knocking ή preignition) του κινητήρα, την αυτανάφλεξη δηλαδή του μίγαμτος αέρα-καυσίμου (η οποία οδηγεί σε φθορά των κυλίνδρων και μείωση της απόδοσης της μηχανής). Για το λόγο αυτό, η άμεση έγχυση καυσίμου θεωρείται στους βενζινοκινητήρες τεχνολογία-καταλύτης (enabling technology) για την επιτυχή εγκατάσταση συστήματος υπερπλήρωσης.
 
====Στροφαλοφόρος Άξονας====
 
Η ενέργεια για την κίνηση του συμπιεστή παραλαμβάνεται ως μηχανική ενέργεια από τον στροφαλοφόρο άξονα του κινητήρα. Είναι γνωστοί και ως μηχανικοί συμπιεστές, μιας και τα συστήματα αυτά εφαρμόζονται σχεδόν καθολικά σε συνδυασμό με συμπιεστή θετικής εκτόπισης, σε αντίθεση με τους συμπιεστές δυναμικής ροής που σχεδόν καθολικά συνδυάζονται με στροβίλους εκτόνωσης θερμών καυσαεριών.
 
Συνηθέστερα,Για οιτο υπερπληρωτέςλόγο αυτού του τύπου είναι μηχανικά συνδεδεμένοι με τον στροφαλοφόρο άξονα του κινητήρααυτό, γι'αυτό και στις χαμηλές στροφές, όπου η ενθαλπία των καυσαερίων παραμένει σε χαμηλά επίπεδα, πλεονεκτούν έναντιοι τωνμηχανικοί υπερπληρωτώνσυμπιεστές δυναμικής ροής και ειδικάέναντι των στροβιλοπληρωτών. Αντίθεταστροβιλοϋπερπληρωτών, οι τελευταίοιοποίοι εκμεταλλεύονταιωστόσο κμεταλλεύονται ενέργεια που ούτως ή άλλως θα αποδιδόταν αχρησιμοποίητη στο περιβάλλον υπό μορφή θερμών καυσαεριών, βελτιώνοντας έτσι τον ολικό βαθμό απόδοσης του συστήματος, ενώ η ενέργεια που απαιτείται για τη λειτουργία των μηχανικών υπερπληρωτών ουσιαστικά προέρχεται άμεσα από το καύσιμο.
 
Όπως προαναφέρθηκε, σε περίπτωση συνδυασμού των δύο συστημάτων, λειτουργεί πρώτα ο μηχανικός συμπιεστής στις χαμηλές στροφές, έως ότου τα καυσαέρια αποκτήσουν την απαιτούμενη ενέργεια, οπότε και εκκινεί τη λειτουργία του ο στροβιλοσυμπιεστήςστροβιλοϋπερπληρωτής. ΤοΤέτοιου σύστημαείδους συστήματα είναι σχετικά πολύπλοκοπολύπλοκα και κοστοβόροκοστοβόρα.
 
== Παραπομπές ==
38

επεξεργασίες

Μενού πλοήγησης