Двигателя с Наддувом (Особенности)|АвтоЦентр

menu
person

Двигателя с Наддувом (Особенности)

Наддув является эффективным способом повышения мощности двигателя при сохранении его объема. Если степень форсирования двигателя характеризовать литровой мощностью Nn = N/Vh, где N - максимальная мощность; Vh -рабочий объем, то у двигателей с наддувом литровая мощность достигает порядка 85-4-90 кВт/л (110-5-120 л.с./л), что на 30-540% выше, чем у современных двигателей без наддува.

Основным агрегатом системы является турбокомпрессор, включающий турбину и компрессор, расположенные на одном валу. В турбину поступают отработавшие газы из цилиндров, имеющие повышенное давление и температуру, в результате чего турбина вращает компрессор. Компрессор засасывает воздух из окружающей среды и сжимает его, т.е. подает к цилиндрам двигателя с повышенным давлением (избыточное давление порядка 0,1-0,15 МПа). Чтобы создать даже такое небольшое давление, колесо компрессора должно иметь частоту вращения 800000-120000 мин-1, а в некоторых турбокомпрессорах для двигателей малого объема - даже до 180000 мин1.

Давление наддува всегда ограничивают максимальной величиной порядка 0,155-0,25 МПа из-за опасности повреждения деталей двигателя. С этой целью на турбокомпрессоре устанавливают клапан, открывающий дополнительный канал и перепускающий часть выхлопных газов мимо турбины на выхлоп в случае превышения максимального давления наддува. Помимо этого, перепускной клапан обеспечивает устойчивую работу двигателя с турбокомпрессором на режимах больших нагрузок и частот вращения.

При отсутствии регулирования турбокомпрессора с помощью перепуска газов мимо турбины (или каким-либо другим способом) частота вращения ротора и давление наддува растут вместе с частотой вращения коленчатого вала и нагрузкой. Однако расход воздуха через двигатель и, соответственно, через компрессор, растет медленнее, в результате чего увеличивается угол набегания (так называемый угол атаки) воздуха на входные кромки лопаток компрессора. Если угол атаки будет слишком большим, то возможен отрыв потока воздуха от входных кромок лопаток. При этом зона отрыва быстро занимает все проходное сечение межлопаточных каналов компрессора и фактически “запирает” его. Без поступления воздуха двигатель резко сбавляет частоту вращения - возникает характерный “провал” мощности. Одновременно с этим уменьшается частота вращения турбины, и через несколько секунд нормальный режим работы двигателя и компрессора восстанавливается. Затем снова следует срыв и т.д.

Это явление получило название “помпаж компрессора”. Чтобы его исключить, требуется, либо увеличить расход воздуха через компрессор на больших частотах вращения ротора (например, перепуском воздуха за компрессором в атмосферу) или уменьшить частоту вращения ротора за счет снижения расхода газов через турбину (например, перепуском выхлопных газов мимо турбины). У подавляющего большинства автомобильных двигателей используется второй способ.

При этом открытие клапана происходит пропорционально давлению за компрессором - чем оно больше, тем сильнее открывается клапан.

Многие фирмы (VOLVO, SAAB, MERCEDES, BMW, VOLKSWAGEN, TOYOTA, NISSAN и др.) выпускают автомобили с двигателями как с наддувом, так и без него. Основные, и достаточно существенные, отличия этих двигателей заключаются в следующем.

Двигатели с наддувом имеют меньшую геометрическую степень сжатия. Если в двигателях без наддува ее значение порядка 9,5-5-10,0, то с наддувом степень сжатия, как правило, не превышает 8,5. Дело в том, что при увеличении давления смеси в начале сжатия (что и дает наддув) на величину степени повышения давления в компрессоре тс = Рк/Ро,

где Рк - давление за компрессором, пропорционально увеличивается и давление в конце сжатия.

Воздух на выходе из компрессора имеет не только повышенное давление, но и температуру, снижающую плотность заряда, что неблагоприятно отражается на наполнении и, следовательно, мощности двигателя. Поэтому на многих двигателях с турбонаддувом с цепью повышения плотности воздуха и, соответственно, улучшения наполнения цилиндров применяют промежуточное охлаждение наддувочного воздуха (intercooler). Для этого после компрессора воздух направляют в специальный “воздухо-воздушный” радиатор, установленный рядом с радиатором системы охлаждения.

Двигатели с турбонаддувом как правило оснащены системой впрыска топлива, т.к. карбюраторное смесеобразование достаточно плохо сочетается с наддувом и не позволяет реализовать всех возможностей форсирования двигателя.

Поскольку количество топливовоздушной смеси увеличивается при сохранении рабочего объема, то увеличивается и количество выделившегося при сгорании тепла. Это приводит к необходимости усиливать детали двигателя, т.к. возрастает температура и давление в цилиндрах. В первую очередь увеличивают толщину стенок поршня и, особенно, его днища, изменяют головку блока цилиндров, фазы газораспределения, применяют клапаны из более жаропрочных материалов, а подшипники коленчатого вала увеличенной ширины и диаметра. Чем выше давление наддува, тем больше изменений требует конструкция. Применяются радиатор системы охлаждения увеличенного объема и площади, а также масляное охлаждение поршней, для чего приходится ставить масляный насос повышенной производительности и радиатор в системе смазки.

Очень высокая частота вращения ротора и теплонапряженность турбокомпрессора приводят к тому, что он становится “слабым” элементом двигателя. Именно при турбонаддуве приходится применять специальные сорта масел, в том числе синтетические, обеспечивающие эффективную смазку подшипников ротора и их работу в тяжелых условиях. И если в случае неисправности системы смазки или некачественного масла у обычных двигателей в первую очередь выходят из строя, как правило, шатунные подшипники, то в двигателях с наддувом -подшипники ротора турбокомпрессора. Кстати, следует отметить, что разрушение подшипников ротора практически сразу приводит к потере герметичности его масляных уплотнений. А это весьма опасно, т.к. из турбокомпрессора масло под давлением может попасть во впускной трубопровод. Если масла окажется много, то в одном из цилиндров может произойти гидроудар, в результате которого разрушается шатун со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Помимо турбонаддува существуют и другие системы наддува. В первую очередь к ним следует отнести наддув от приводного нагнетателя - так называемый SUPERCHARGER. На современных двигателях данная схема применяется редко из-за сложности конструкции нагнетателя и его недостаточной надежности. Преимуществом его по сравнению с турбонаддувом является более высокое давление наддува на пониженных режимах, а также отсутствие так называемой “турбоямы”, т.е. характерного “провала” мощности при резком открытии дроссельной заслонки. Это определяет область применения приводного нагнетателя - в основном на не слишком быстроходных двигателях (FORD, GM), хотя в последние годы наметилась тенденция их использования и на высокооборотных двигателях (MERCEDES).

На дизелях автомобилей MAZDA установлен волновой обменник давления COMPREX, обеспечивающий наддув за счет взаимодействия волн давления и разрежения, распространяющихся в каналах вращающегося ротора. Этот тип наддува позволяет достичь более высокого форсирования, чем другие системы наддува, но пока не получил распространиения из-за сложности.

Мы будем рады если Вы ответите на вопрос: "Помогла ли Вам статья?"
0       0
Категория: Двигатель | Добавил: autodromcar (30.03.2020)
Просмотров: 73 | Теги: частота, система, двигатель, компрессор, турбокомпрессор, вращение, воздух, Турбин, давление, наддув | Рейтинг: 0.0/0

Похожие материалы Похожие материалы

Всего комментариев: 0
avatar