0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что значит двигатель с наддувом

Зачем в двигателях нужен наддув: их виды и принцип работы

Борьба за повышение мощности двигателей велась всегда. Способов её повышения много. Можно увеличить размеры цилиндров, их число и обороты двигателя. Все эти способы приводят к увеличению размеров и массы двигателя, увеличению нагрузок на его детали.

Есть более эффективный способ увеличения мощности двигателя. Идея проста: чем больше молекул кислорода удастся затолкать в цилиндр двигателя, тем больше топлива можно там сжечь и следовательно получить большую мощность без увеличения размеров и веса двигателя. Этот способ называется наддув.

В обычном двигателе горючая смесь подается в цилиндры при давлении меньшем атмосферного. Сказывается наличие помех на пути потока (воздушный фильтр, дроссельная заслонка, повороты и шероховатость стенок впускных каналов). При наддуве давление на входе в цилиндр (перед впускным клапаном) значительно повышается.

Какие виды наддувов применяются на авто

На автомобилях используют два способа наддува: механический наддув и турбонаддув.

Механический наддув применяется на автомобилях еще с тридцатых годов двадцатого века. Представляет собой компрессор (объемный или центробежный) с приводом через шестерни от коленчатого вала двигателя. Хорошо подает воздух, начиная с минимальных оборотов двигателя. Но для работы компрессора используется мощность двигателя, уменьшая его суммарный КПД.

Объемный компрессор по принципу действия похож на масляный насос с шестернями наружного зацепления: в корпусе вращаются два трехзубых ротора, соединенные между собой.

Механический наддув — компрессор

Центробежный нагнетатель – это колесо с лопастями расположенное внутри корпуса. Воздух поступает по ости колеса, лопастями отбрасывается к стенкам корпуса и через отверстие в нем подается в цилиндры двигателя. Хорошо работает на высоких оборотах, следовательно, привод – через редуктор.

Турбонаддув часто можно встретить на современных автомобилях. Для повышения давления на впуске двигателя используется остаточная энергия выхлопных газов. Агрегат, называемый турбокомпрессором, это турбина и компрессор, насаженные на одну ось.

Турбонаддув — принцип работы

Отработанные газы, подаются на лопатки турбинного колеса и раскручивают его. Следовательно, начинает вращаться компрессорное колесо, подавая воздух в цилиндры двигателя. КПД двигателя растет – полнее используется энергия, полученная при сгорании топлива. Применение турбонаддува позволяет поднять мощность двигателя на 40 – 60%.

О минусах применения турбокомпрессора

Скорость вращения вала турбокомпрессора достигает 200 000 об/мин, что повышает его чувствительность к качеству смазочного масла.

Кроме того, турбокомпрессорам присуще явление, называемое «турбояма». Двигатель с запаздыванием откликается на нажатие педали акселератора. Причина в том, что турбокомпрессору в силу его инерционности, нужно время для увеличения оборотов и повышения подачи воздуха.

Для борьбы с этим недостатком на двигатель устанавливают параллельно два турбокомпрессора, большой и маленький.

Схема двухступенчатого турбонаддува:
1 — охладитель наддувочного воздуха; 2 — перепускной клапан наддува (bypass); 3 — турбокомпрессор ступени высокого давления; 4 — турбокомпрессор ступени низкого давления; 5 — перепускной клапан отработавших газов (wastegate).

Маленький раскручивается быстрее и подаваемого им воздуха хватает до вступления в работу большой турбины. Более эффективный способ – установить на турбину направляющий аппарат, лопасти которого, поворачиваясь, изменяют угол поступления потока выхлопных газов, тем самым регулируют скорость вращения турбины.

Двигатель с турбонаддувом. Плюсы и минусы

Двигатель с турбонаддувом. Плюсы и минусы

Что такое турбонаддув?

Турбонаддув — вид наддува, при котором воздух в цилиндры двигателя подается под давлением за счет использования энергии отработавших газов.

Турбонаддув применяется как на бензиновых и дизельных двигателях. Наиболее эффективен турбонаддув на дизелях вследствие высокой степени сжатия двигателя и относительно невысокой частоты вращения мотора. Сдерживающими факторами применения турбонаддува на бензиновых двигателях являются возможность наступления детонации, которая связана с резким увеличением частоты вращения двигателя, а также высокая температура отработавших газов и соответствующий нагрев турбонагнетателя.

Отличительной особенностью двигателя с турбонаддувом является наличие: турбокомпрессора, интеркулера, регулятора давления наддува, предохранительного клапана и других элементов. Турбокомпрессор — является основным конструктивным элементом турбонаддува и обеспечивает повышение давления воздуха во впускной системе. Подробнее в статье: что такое авто турбокомпрессор?.

Интеркулер предназначен для охлаждения сжатого воздуха. За счет охлаждения сжатого воздуха повышается его плотность и увеличивается давление. Интеркулер представляет собой радиатор воздушного или жидкостного типа.

Основным элементом управления системы турбонаддува является регулятор давления наддува, который представляет собой перепускной клапан. Клапан ограничивает энергию отработавших газов, направляя часть в обход турбинного колеса, обеспечивая оптимальное давление наддува. Клапан имеет пневматический или электрический привод. Срабатывание перепускного клапана производится на основании сигналов датчика давления наддува.

Также устанавливается предохранительный клапан. Он защищает от скачка давления воздуха, который может произойти при резком закрытии дроссельной заслонки. Избыточное давление может стравливаться в атмосферу с помощью блуофф-клапана или перепускаться на вход компрессора с помощью байпас-клапана.

Принцип работы двигателя с турбонаддувом

Работа системы турбонаддува основана на использовании энергии отработавших газов. Отработавшие газы вращают турбинное колесо, которое через вал ротора вращает компрессорное колесо. Компрессорное колесо сжимает воздух и нагнетает его в систему. Нагретый при сжатии воздух охлаждается в интеркулере и поступает в цилиндры двигателя.

Турбонаддув не имеет жесткой связи с коленчатым валом двигателя и эффективность работы системы зависит от числа оборотов двигателя. Чем выше обороты мотора, тем выше энергия отработавших газов, быстрее вращается турбина, больше сжатого воздуха поступает в цилиндры двигателя.

Система с двумя параллельными турбокомпрессорами применяется в основном на мощных V-образных двигателях. Принцип работы системы основан на том, что две маленькие турбины обладают меньшей инерцией, чем одна большая. При установке на двигатель двух последовательных турбин максимальная производительность системы достигается за счет использования разных турбокомпрессоров на разных оборотах двигателя. Некоторые производители идут еще дальше и устанавливают три последовательных турбокомпрессора — triple-turbo и даже четыре турбокомпрессора — quad-turbo.

Комбинированный наддув объединяет механический и турбонаддув. На низких оборотах коленчатого вала двигателя сжатие воздуха обеспечивает механический нагнетатель. С ростом оборотов подхватывает турбокомпрессор, а механический нагнетатель отключается.

Минусы двигателя с турбонаддувом

В силу конструкции, турбонаддув имеет ряд негативных особенностей, среди которых с одной стороны задержка увеличения мощности двигателя при резком нажатии на педаль газа — турбояма, с другой — резкое увеличение давления наддува после преодоления турбоямы — турбо подхват. Подробнее в статье: что такое турбояма?.

Обратная сторона повышения мощности мотора при сохранении общих характеристик, то есть форсирования, – интенсивный износ узлов, как следствие, снижение ресурса силовой установки. Кроме того, турбины требуют применения специальных сортов моторных масел и строгого соблюдения рекомендуемых изготовителем сроков обслуживания. Еще более требователен воздушный фильтр.

Недостаток системы турбонаддува – чувствительность к износу поршневой группы. Возрастание давления картерных газов ощутимо снижает ресурс турбины. При продолжительной работе в таких условиях наступает «масляное голодание» и поломка турбокомпрессора. Причем повреждение этого агрегата вполне может привести к выходу из строя всего двигателя.

Pressroom Egypt

Follow Us

3-литровый V6 c двойным турбонаддувом станет флагманом в линейке двигателей Cadillac нового поколения

Самый современный 6-цилиндровый двигатель – лучший в мире по показателям мощности и эффективности

ДЕТРОЙТ – Cadillac объявляет о запуске нового поколения двигателей, во главе с флагманским V6 c двойным турбонаддувом – 3.0L Twin Turbo. Этот силовой агрегат станет одним из самых современных 6-цилиндровых бензиновых двигателей в истории мировой автопромышленности. Сбалансированное сочетание эффективности, динамических качеств и плавной работы позволят использовать этот двигатель в новом спортивном седане класса люкс — CT6.

Читать еще:  Щеточный двигатель в стиральной машине что это

Новый 3-литровый двигатель Cadillac с двойным турбонаддувом разрабатывался в полном соответствии с высокими стандартами нового премиального седана и устанавливает новую планку производительности, в сочетании с совершенством настроек. Мировая премьера CT6 состоится 31 марта на Международном автосалоне в Нью-Йорке. Производство начнется на заводе General Motors в Детройт-Хамтрамк во второй половине этого года.

Расчетная максимальная мощность составит 400 л.с., а максимальный крутящий момент – 543 Нм, что ставит его в ряд самых энерговооруженных двигателей V6 в мире с двойным верхним распредвалом. Удельная мощность на 1 л объема составит 133 л.с. (99 кВт).

3.0L Twin Turbo – единственный 6-цилиндровый двигатель, который сочетает технологию турбонаддува с функцией отключения цилиндров и системой «Старт-Стоп», позволяющей экономить топливо. По мнению экспертов Cadillac, это позволит улучшить показатели экономичности примерно на 6%. Функция отключения цилиндров при небольшой нагрузке отключает два из шести цилиндров, что улучшает эффективность, и незаметно для водителя активирует их, когда необходима максимальная отдача.

Используя систему «Старт-Стоп», 3.0L Twin Turbo экономит топливо при движении по городу, автоматически выключаясь при остановках и включаясь, когда водитель убирает ногу с педали тормоза.

«Выход автомобилей Cadillac на ведущие позиции в мире не в последнюю очередь зависит от современных технологий в области разработки двигателей, и в частности, с современным мотором 3.0L Twin Turbo, который позволит обойти привычных лидеров в сегменте по показателям мощности и плавности работы», – говорит заместитель главного инженера Рич Бартлетт (Rich Bartlett).

В новом седане Cadillac CT6 мощь двигателя 3.0L Twin Turbo передается через отлично зарекомендовавшую себя 8-ступенчатую автоматическую трансмиссию Hydra-Matic 8L90.

Турбонагнетатели на 3.0L Twin Turbo схожи по конструкции с теми, что применяются на спортивном седане Cadillac ATS-V: легкие, малоинерционные турбины, изготовленные из алюминида титана, и эффективные, малообъемные интеркулеры, которые отвечают за оптимальное давление наддува и мгновенный отклик двигателя.

Современные, малоинерционные турбины позволяют двигателю развивать максимальный крутящий момент в диапазоне от 2500 до 5000 об/мин. Такой широкий диапазон крутящего момента делает мотор приемистым и дает возможность получить уверенную тягу на любых оборотах.

«Крутящий момент – это важнейшая характеристика двигателя. Новый 3‑литровый V-образный турбомотор демонстрирует завидную плавность при наборе оборотов двигателя», – говорит Бартлетт.

Мощность 3.0L Twin Turbo достигает 400 л.с. (133 л.с. на 1 л объема), что на 27% выше, чем у аналогичного 3-литрового V6, которым оснащен BMW 740Li (315 л.с. и 105 л.с./1 л объема), и на 29% выше, чем у 3‑литрового двигателя V6 с механическим нагнетателем, устанавливаемого на Audi A7 (310 л.с и 103 л.с/1 л объема).

Полностью измененная конструкция

Новый двигатель Cadillac 3.0L Twin Turbo входит в линейку современных двигателей V6 нового поколения, также включающую новую версию атмосферного 3,6-литрового двигателя, который долгое время используется в модельном ряду бренда и завоевал множество наград. Все конструктивные элементы и форма камеры сгорания были усовершенствованы. При возросшей мощности и эффективности двигателя удалось достичь невероятной плавности и бесшумности работы.

3.0L Twin Turbo на 5 дБ тише, чем двигатель Audi 3.0L TFSI, а 3.6‑литровый агрегат – на 4 дБ тише, чем 3,7-литровый двигатель V6 Infiniti.

Общие элементы конструкции турбомотора 3.0L Twin Turbo и 3,6‑литрового атмосферного агрегата:

  • Более прочный и жесткий алюминиевый блок с более прочными перегородками, которые обеспечивают превосходную жесткость;
  • Коленчатый вал изготовлен из кованой стали, шатуны из стали с большим содержанием меди, поршни с полимерным покрытием;
  • Новая четырех-кулачковая система фаз газораспределения с функцией промежуточного удержания впускных клапанов на стадии закрытия если того требуют условия, улучшает наполнение камер сгорания повышая эффективность в широком диапазоне;
  • Абсолютно новая система «точечного» охлаждения, позволяющая эффективно отводить тепло от зон с высокой температурной нагрузкой, и в то же время, уменьшать время прогрева двигателя;
  • Новые головки цилиндров, улучшающие процесс сгорания топлива, включают в себя систему непосредственного впрыска и интегрированные выпускные коллекторы;
  • Измененный и доработанный механизм газораспределения с задемпфированными шестеренками цепного привода, делает работу двигателя более тихой;
  • Абсолютно новая двухстадийная система смазки с масляным насосом внутри блока обеспечивает более тихую работу и повышает эффективность.

«Новая конструкция двигателя использует то лучшее, что есть у Cadillac, в плане разработки V6, с акцентом на надежность и долговечность, в сочетании с эффективностью и мощностью», – говорит Бартлетт.

Дополнительная информация по конструкции, характеристикам и возможностям нового семейства двигателей V6, доступна в пресс-релизе по двигателю объемом 3.6 л.

Уникальное основание

Хотя в основе нового двигателя Cadillac 3.0L Twin Turbo та же структура, что и у атмосферного 3,6-литрового V6, он включает некоторые особые компоненты и системы, которые выдерживали бы повышенные нагрузки и давление в цилиндрах, характерные для двигателей с наддувом.

Диаметр поршня составляет 86 мм, что на 10% меньше, чем у 3,6‑литрового двигателя, в то время как ход поршня обоих агрегатов составляет 85,8 мм. Благодаря уменьшенному диаметру поршни 3.0L Twin Turbo более компактные и легкие, что позволяет вращающимся узлам двигателя лучше выдерживать нагрузки при возросших оборотах двигателя. Также снижению нагрузки способствует ускоренная подача смеси малоинерционных турбокомпрессоров.

«Благодаря практически нулевой «турбояме», а также низкоинерционной конструкции, этот двигатель плавно набирает обороты и доставляет тягу именно тогда, когда это нужно», – говорит Бартлетт, «Это не просто максимальная отдача, двигатель передает мощность напористо и плавно».

Уменьшенные размеры цилиндров позволили увеличить размеры кожуха с водяным охлаждением, что обеспечивает оптимальный температурный баланс во всем диапазоне оборотов и особенно на высоких скоростях, когда двигатель работает с максимальной нагрузкой.

Дополнительные элементы конструкции 3.0L Twin Turbo:

  • Более низкая степень сжатия (9.8:1) по сравнению с 3,6-литровым атмосферным двигателем (11.5:1);
  • Высокопрочный коленчатый вал из стали 44MnSiV6;
  • Механически обработанные алюминиевые поршни бочкообразной формы со стальным кольцедержателем в верхней части для увеличения прочности;
  • Впускные клапаны диаметром 36 мм и 29-милиметровые выпускные с натриевым наполнителем, которые обеспечивают постоянную циркуляцию большого объема воздуха;
  • Впускные клапаны расположены под углом 19 градусов, а выпускные – под углом 16 градусов, против 16 и 15 у двигателя объемом 3,6 л;
  • Пружины клапанов стали более жесткими для улучшения воздухообмена в пиковых режимах;
  • Седла выпускных клапанов изготовлены из закаленной стали для большей устойчивости к высоким температурам, а многослойное стальное уплотнение головок цилиндров с блоком выдерживает возросшее давление наддувного двигателя;
  • Доработанные впускной и выпускной тракты, алюминиевые клапанные крышки и другие технические особенности, способствующие тихой и плавной работе.

Малоинерционные турбокомпрессоры и перепускные клапаны с вакуумным приводом

Для улучшения отзывчивости мотора и точного дозирования крутящего момента в обоих турбокомпрессорах применяются облегченные турбины из алюминида титана и перепускные клапана с вакуумным приводом. Фактически, турбины из алюминида титана позволяют снизить инерционную нагрузку на 50% по сравнению с обычными турбинами, изготовленными из сплава инконель. Это означает, что для их раскручивания требуется меньше энергии выхлопных газов, и инерционные нагрузки в выпускном тракте понижаются.

С практической точки зрения это значит, что несмотря на небольшие размеры турбокомпрессоров и их облегченных турбинных колес, они мгновенно включаются в работу, что позволяет почувствовать практически мгновенное нарастание мощности, нивелируя «турбояму». Максимальное давление наддува, развиваемое турбокомпрессорами, составляет 1,25 Бара.

Читать еще:  В какое место двигатель масло есть

Поступление сжатого двумя турбонагнетателями и охлажденного в интеркулере воздуха в цилиндры регулируется одной дроссельной заслонкой в верхней части двигателя. Такая конструкция ускоряет отклик двигателя при нажатии педали газа, к тому же она более простая, чем пара дроссельных заслонок.

Специальные перепускные клапаны с вакуумным приводом – по одному на каждый турбокомпрессор – применены для улучшения управления наддувом двигателя и последующим нарастанием крутящего момента, и, в конечном итоге обеспечивают ощущение плавности работы мотора. Они действуют отдельно, для каждого ряда цилиндров, чтобы сбалансировать отдачу компрессоров и получить более равномерное давление наддува.

Перепускные клапаны работают согласованно с клапанами рециркуляции с вакуумным приводом – с тем, чтобы исключить эффект «воздушной волны» от турбин, который может привести к развороту потока в момент после закрытия дроссельной заслонки. Общая интеграция системы способствует наиболее плавному и точному управлению отдачей двигателя.

Запатентованный малообъемный интеркулер

Запатентованная жидкостная система охлаждения нагнетаемого воздуха также способствует большей отзывчивости мотора, поскольку от компрессора до интеркулера воздух преодолевает очень короткий путь.

Благодаря этой конструктивной особенности практически отсутствует запаздывание реакции турбокомпрессоров. Объем воздушного потока снижен на 60% по сравнению с интеркулером обычной конструкции с дистанционно расположенным теплообменником.

«Путь от турбин до дроссельной заслонки очень короток», – говорит Бартлетт. «Компрессоры забирают воздух через всасывающий патрубок и нагнетают его через интеркулер практически мгновенно, что позволяет ощущать огромный потенциал мощности и реализовывать его по первому требованию».

Теплообменники снижают температуру воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя, более чем на 94°C, что позволяет уплотнить его при нагнетании в камеры сгорания и повысить мощность. Система промежуточного охлаждения воздуха достигает эффективности в 80% уже при давлении около 1 атмосферы (7 кПа), что способствует скорейшему получению необходимого крутящего момента.

Производство

Оба новых двигателя V6 Cadillac будут производиться на заводе GM Romulus Powertrain около Детройта. Инвестиции в производство нового поколения двигателей V6 составят 540 млн долларов.

ФАКТ: Первый серийный Cadillac, выпущенный в 1903 году, оснащался 1‑цилиндровым двигателем мощностью в 10 л.с.

Что такое турбонаддув двигателя внутреннего сгорания

Турбонаддув — это фантастическая, достигающая 1200 л. с., мощность всего лишь полуторалитровых двигателей гоночных автомобилей «Формулы 1», это поразительная экономичность серийных двигателей при относительно низких степенях сжатия. Неслучайно же турбонаддув привлекает сегодня внимание не только специалистов, но и все более широких кругов людей, близких к миру техники и мотоспорта.

С момента появления двигателя внутреннего сгорания было ясно, что для получения максимальной мощности двигателя, имеющего заданный рабочий объем, нужно обеспечить поступление в цилиндры максимального количества топливо-воздушной смеси за те считанные доли секунды, что отводятся рабочим циклом на освобождение полости цилиндра от отработавших газов (продувку в двухтактном двигателе) и всасывание горючей смеси.

В первый период развития ДВС моторостроители стремились повысить мощность двигателей за счет улучшения их конструктивных параметров: расширяли фазы впуска и выпуска, увеличивали высоту подъема и площадь проходных сечений клапанов, применяли практически безынерционные системы привода клапанов, идеально чистые и плавные трубопроводы топливо-воздушной смеси и отработавших газов, использовали резонансные явления в системах впуска и выпуска. Все это способствовало улучшению наполнения цилиндров свежим зарядом, а значит, и увеличению мощности.

Конструктивные меры, однако, оказались почти исчерпанными. И тогда возникла идея перед пуском топливо-воздушной смеси в цилиндр сжать ее до повышенного давления при помощи компрессора или другого нагнетателя. Ведь в объеме заряда смеси основную часть занимает воздух — для сгорания каждого килограмма топлива требуется около 15 кг воздуха! Так появились системы наддува, в которых использовались поршневые компрессоры, а затем и объемные нагнетатели с механическим приводом от коленвала самого двигателя.

Уже при первых попытках использования наддува удалось добиться увеличения мощности на 50—75%, по сравнению с лучшими показателями двигателей без нагнетателей. В 1921 г. появились автомобильные двигатели «Мерседес-Даймлер» с наддувом, в 1922—1923 гг. — «Фиат» и «Санбим». В авиации приводной центробежный нагнетатель одним из первых применил в 1927 г. конструктор А. А. Бессонов. Кстати, именно в авиационных поршневых двигателях наддув оказался особенно эффективным для сохранения мощности. Воздух на больших высотах сильно разрежен и для получения «земной» мощности в цилиндры двигателя необходимо подавать в единицу времени значительно большие его объемы.

Однако повышение литровой мощности за счет наддува от нагнетателя с механическим приводом доставалось дорогой ценой. Во-первых, часть выигрыша в мощности затрачивалась на привод нагнетателя. Например, у двигателя «Мерседес-Бенц» объемом 3 тыс. см 3 , развивающего эффективную мощность 425 л. с., на привод нагнетателя расходовалось 160 л. с.

Во-вторых, при повышении давления наддува возрастают давление и температура газов в конце хода сжатия, появляется детонация— преждевременное воспламенение смеси. Для ее устранения приходится уменьшать степень сжатия, что влечет большие потери тепла с отработавшими газами.

Таким образом, двигатели с наддувом имели пониженный механический КПД и отличались повышенным расходом топлива. Отработавшие газы выходили из цилиндров двигателя под большим давлением и их энергия просто рассеивалась в атмосфере. Именно последний фактор и был использован в дальнейшем для повышения КПД и экономичности двигателей с наддувом. Энергию отработавших газов заставили приводить во вращение нагнетатели воздуха.

Было предложено много вариантов. В простейшем из них на выпуске газов из двигателя устанавливался центробежный нагнетатель. Устройство получилось компактным, с минимальной массой и высокой частотой вращения ротора — 50—200 тыс. об/мин. Давление наддува регулируется автоматически — в зависимости от нагрузки двигателя, а противодавление на выпуске отработавших газов компенсируется давлением воздуха на поршень в течение тактов впуска. Благодаря этому общий термический КПД двигателя с такой системой наддува сравнительно высок. При удачном размещении выпускного и впускного патрубков может быть достигнута высокоэффективная продувка цилиндров за счет инерции газов.

В современных двигателях для сжатия воздуха при наддуве применяют турбокомпрессоры, состоящие из газовой турбины и компрессора, рабочие колеса которых жестко закреплены на одном валу. Поток отработавших газов, имеющих на выходе из двигателя достаточно высокую кинетическую энергию, вращает рабочее колесо турбины, которое приводит во вращение компрессор. Производительность компрессора — количество воздуха или топливо-воздушной смеси, подаваемой в цилиндры, тем значительнее, чем выше температура отработавших газов и их давление. Поэтому эффект турбонаддува наиболее ощутим на режиме максимальной мощности или близком к нему. На переменных режимах проявляется отрицательное свойство турбокомпрессора — инерционность. Суть его состоит в том, что при открытии дроссельной заслонки температура и давление газов в выпускной системе двигателя возрастают не мгновенно. Поэтому и скорость вращения турбокомпрессора растет с некоторой задержкой.

Кроме того, энергии отработавших газов на малых нагрузках оказывается недостаточно для привода турбокомпрессора. Поэтому до последнего времени область применения турбокомпрессоров ограничивалась двигателями таких машин, для которых характерна работа с большими нагрузками, но в постоянном режиме (судовые и тепловозные двигатели, гоночные автомобили, карьерные самосвалы, магистральные грузовики и т. п.). Например, у нас в стране турбонаддувом оборудуют двигатели тракторов «Кировец-К701», тягачей, самосвалов «БелАЗ-548А». Еще ранее турбокомпрессоры устанавливали на двигатели известного семейства В-2, применявшиеся на тягачах и в судовых установках.

Читать еще:  Двигатель f23a большой расход топлива

Гоночные двигатели с турбонаддувом вытеснили все другие конструкции на автомобилях «Формулы 1» и все шире используются в младших классах автомобилей. Двигатели с турбонаддувом установлены на лучших дорожных и раллийных автомобилях. Так, из шести моделей автомобилей всемирно известной фирмы «СААБ» в 1987 г. три модели имеют двухлитровые (1985 см 3 ) двигатели с турбонаддувом. Турбонаддув используют также «Порше», «Рено», «Даймлер-Бенц» и многие другие фирмы. Сенсацией стал недавно появившийся японский мотоцикл «Хонда-СХ500Т» с двигателем рабочим объемом 500 см 3 , снабженный турбонаддувом.

При использовании турбонаддува необходима система регулирования, чтобы количество воздуха, подаваемого нагнетателем, не превышало расчетной величины. В ранних конструкциях двигателей с турбонаддувом между компрессором и карбюратором устанавливали перепускной клапан, который при достижении расчетного давления выпускал избыток воздуха в атмосферу. Эта система проста, но КПД установки снижается. Более совершенны конструкции, в которых производительность компрессора регулируется посредством изменения частоты вращения турбины. С этой целью, например, на двигателе «Порше-турбо» установлен перепускной клапан в трубопроводе, подводящем газ к турбине. Он открывается под действием давления нагнетаемого воздуха, когда оно превысит расчетную величину. При этом часть отработавших газов направляется в обход турбины к глушителю. В двигателе «СААБ-турбо» перепуск осуществляется под действием давления самих отработавших газов.

Применение турбокомпрессоров в двигателях с малым рабочим объемом имеет ряд трудностей, связанных с необходимостью получения таких же давлений наддува, как в двигателях большой мощности, но при малых расходах воздуха. Давление наддува зависит, в основном, от окружной скорости колеса компрессора, а диаметр этого колеса определяется требуемой подачей воздуха. Следовательно, необходимо, чтобы турбокомпрессор при малом диаметре рабочего колеса имел очень высокую частоту вращения. Так, турбокомпрессор двигателя «Хонда» рабочим объемом 500 см л при диаметре рабочего колеса 48,3 мм и при давлении наддува 1,3 кгс/см 2 имеет частоту вращения 180 000 об/мин.

Распространению турбонаддува на двигателях малого объема препятствовали и экономические причины. Турбокомпрессор был и остается дорогим и сложным в производстве агрегатом. В нем применяются жаростойкие, высокопрочные материалы; детали обрабатываются с высокой точностью, тщательно балансируются и собираются. И тем не менее совершенствование конструкции турбокомпрессора и технологии его изготовления позволило сегодня обеспечить необходимую эффективность при использовании рабочих колес диаметром 50—80 мм, что позволяет применять турбонаддув для двигателей мощностью около 60 л. с.

Применение турбонаддува на серийных двигателях легковых автомобилей позволяет поднять мощность на 25—45%, причем расход топлива остается практически неизменным (а иногда и несколько уменьшается) благодаря повышению термического КПД двигателя. Практикой установлено, что можно использовать относительно низкие давления наддува (0,7—0,8 кгс/см 2 ), которые практически не сказываются на надежности хорошо сконструированных стандартных двигателей.

«Высокий» турбонаддув (до 1,5 кгс/см 2 ), применяемый на гоночных двигателях с промежуточным охлаждением наддувочного воздуха в радиаторах, позволяет получить литровую мощность свыше 600 л. с./л.

К 60-м годам появилась типовая конструкция высокооборотных турбокомпрессоров. В них применяется центробежный компрессор, преимущественно с безлопаточным диффузором и корпусом из алюминиевого сплава, имеющим форму улитки или кольцевого воздухосборника. Конструкция турбины — центростремительная, с безлопаточным направляющим аппаратом и корпусом из жаропрочного чугуна и подшипниками скольжения. Колесо турбины соединено с валом при помощи сварки трением или изготовлено с ним как одно целое. Колесо компрессора крепится на валу без шпонки и шлицев. Колеса расположены консольно относительно подшипников.

В СССР принят стандартный ряд турбокомпрессоров по ГОСТ 9658—66 с радиальными центростремительными турбинами, основанный на шести базовых диаметрах колес компрессора от 74 до 230 мм, для двигателей с расходом воздуха в диапазоне 0,04—3,5 кг/с. В стандартный ряд входят турбокомпрессоры ТКР-7, ТКР-8,5, ТКР-11, ТКР-14, ТКР-18, ТКР-23.

Для двигателей с рабочим объемом 1,5—2,5 л применим серийный турбокомпрессор ТКР-7. Этот турбокомпрессор конструктивно подобен турбокомпрессору ТКР-8,5 и отличается только геометрией проточных частей и меньшими размерами деталей.

Ротор турбокомпрессора, состоящий из колеса турбины, выполненного заодно с валом, и колеса компрессора, удерживаемого от проворачивания гайкой, установлен в корпусе на специальной подшипниковой втулке. К корпусу со стороны колеса турбины крепится безлопаточный направляющий аппарат, а со стороны колеса компрессора — впускной аппарат. Подшипниковая втулка и вал турбины смазываются маслом под давлением из системы двигателя, подводимым через штуцер 11, а отводимым самотеком через штуцер 4.

Уплотнение масляной полости со стороны турбины и компрессора обеспечивается лабиринтными канавками и кольцами (типа поршневых), расположенными в маслоотражательных втулках. Особенностью конструкции корпуса является отсутствие боковых крышек, что не только сокращает количество деталей, но и повышает надежность работы — устраняется возможность течи масла через неплотности стыка крышки с корпусом.

Корпус турбины отливается из жаростойкого чугуна. Подводящий канал выполнен диффузорно-конфузорным, что позволяет снизить потери давления от поворота потока. Стенками безлопаточного аппарата с одной стороны служит корпус, а с другой — стальной диск турбины. Из улитки турбины газ поступает в кольцевой конфузор с параллельными стенками, где скорость потока выравнивается. Наибольший КПД турбины равен 0,7. К особенностям конструкции турбокомпрессора относится способ соединения корпусов при помощи «консольных» шайб, опирающихся одной частью на корпус турбины или компрессора, а другой — на фланец корпуса подшипников. Шайбы прижимаются к корпусам шпильками и гайками. Такое крепление позволяет проворачивать корпуса один относительно другого на любой угол, что облегчает размещение турбокомпрессора на двигателе.

Спортсменов-водномоторников наверняка заинтересовал вопрос — каковы перспективы использования турбонаддува на гоночных судах в нашем водно-моторном спорте? Теоретически они существуют. Уточненные правила соревнований по водно-моторному спорту 1987 г. допускают использование наддува в гоночных классах глиссеров R1 (рабочий объем двигателя до 1000 см 3 ) и R3 (до 2000 см 3 ), но при этом оговорено, что рабочий объем двигателя должен быть условно увеличен в 1,4 раза. Другими словами, если двигатель имеет фактический рабочий объем 1000 см 3 , то при использовании наддува его классификационный объем будет: 1000Х1,4=1400 см 3 . А чтобы войти в класс R1, исходный двигатель (без наддува) должен иметь около 700 см 3. Таких двигателей отечественного производства нет, так что пока в данном классе воспользоваться турбонаддувом практически невозможно.

Форсировать при помощи наддува «перенапряженный» двухтактный «Вартбург» для использования в классе R3 бессмысленно. Другое дело — двигатель «ВАЗ-2103» (объем —1458 см 3 ), устанавливаемый на серийные глиссеры класса R2 «Рапира-22». Этот исключительно надежный двигатель, основные детали которого имеют большой запас прочности, допускает форсировку мощности свыше 200% (известны специально подготовленные раллийные двигатели этого типа). Единственное препятствие состоит в том, что классификационный объем его на 41,2 см 3 превышает предусмотренный правилами для класса R3. Можно, правда, использовать двигатели меньших объемов, например, «ВАЗ-2101» (1198 см 3 ) или «ВАЗ-21011» (1300 см 3 ), но здесь имеются определенные организационные трудности. Так что, пожалуй, можно было бы на основе отечественного двигателя «ВАЗ-2103» и турбокомпрессора ТКР-7 скомпоновать, довести и испытать в гонках отечественный гоночный двигатель с турбонаддувом, полностью отвечающий девизу времени — «мощность и экономичность». Для этого следовало бы изменить пересчетный коэффициент в наших правилах с 1,4 на 1,37, но здесь слово за технической комиссией Федерации водно-моторного спорта СССР.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector