VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

Турбонаддув двигателей легковых автомобилей, еще недавно считавшийся редкостью, получает все более широкое распространение. Сегодня он применяется не только для повышения мощности, но и для улучшения топливной экономичности и соблюдения экологических норм.

1. Наддув

Наддув - сжатие воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя внутреннего сгорания.

Этот способ позволяет поместить в одном и том же объеме цилинров большее количество топливо-воздушной смеси и , соответственно , увеличить мощность двигателя. Кроме того , наддув дает возможность конструкторам уменьшить рабочий объем двигателя при сохранении той же мощности

Наддув осуществляется с помощью специальных нагнетателей ( компрессоров) различной конструкции. Они приводятся в действие от коленчатого вала или от энергии отработавших газов. Последний способ называется турбонаддувом , а нагнетатель – турбокомпрессором. Он получил наибольшее распространение благодаря использованию незадействованной энергии отработавших газов.

1. Устройство и работа турбокомпрессора

Турбокомпрессор - является основным конструктивным элементом турбонаддува и обеспечивает повышение давления воздуха во впускной системе. Конструкция турбокомпрессора объединяет два колеса - турбинное и компрессорное, расположенные на валу ротора. Каждое из колес, а также вал с подшипниками помещены в отдельные корпуса.

Турбинное колесо воспринимает энергию отработавших газов. Колесо вращается в корпусе специальной формы. Турбинное колесо и корпус турбины изготавливаются из жаропрочных материалов (сплавы, керамика).

Компрессорное колесо всасывает воздух, сжимает и нагнетает его в цилиндры двигателя. Компрессорное колесо также вращается в специальном корпусе.

Турбинное и компрессорное колеса жестко закреплены на валу ротора. Вал вращается в подшипниках скольжения. Подшипники плавающего типа, имеют зазор со стороны корпуса и вала. Подшипники смазываются моторным маслом из системы охлаждении двигателя. Масло подается по каналам в корпусе подшипников. Для герметизации масла на валу установлены уплотнительные кольца.

В некоторых конструкциях бензиновых двигателей для улучшения охлаждения дополнительно к смазке применяется жидкостное охлаждение турбонагнетателей.

Принцип работы системы турбонаддува

Работа системы турбонаддува основана на использовыании 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.

Несмотря на то, что турбонаддув не имеет жесткой связи с коленчатым валом двигателя, эффективность работы системы во многом зависит от числа оборотов двигателя. Чем выше частота вращения коленчатого вала двигателя, тем выше энергия отработавших газов, быстрее вращается турбина, больше сжатого воздуха поступает в цилиндры двигателя.

3.Регулировка наддува

На малых оборотах ( от 1000 до 2500 об/мин) энергии отработавших газов недостаточно для того чтобы турбокомпрессор создавал необходимое давление наддува и оказывал влияние на мощность и крутящий момент двигателя ( эффект “Турбоямы” ). При увеличении оборотов давления наддува увеличивается и мощность, развиваемая двигателем, резко возрастает ( Эффект “турбоподхвата” ). Чтобы компенсировать разницу между этими режимами , некоторые модели турбокомпрессоров имеют изменяемое проходное сечение корпуса турбины. На малых оборотах его уменьшают поворотом лопаток , расположенных на корпусе. В результате скорость прохождения отработавших газов увеличивается быстрее , создавая большое давление. На оборотах коленвала, близких к максимальным , может создаваться чрезмерное давление наддува, приводящая к детонационному сгоранию топлива и недопустимо высоким нагрузкам на детали цилиндро-поршневой группы . Чтобы избежать этого, наддув регулируют с помощью перепускного клапана. Клапан ограничивает энергию отработавших газов, направляя их часть в обход турбинного колеса, тем самым обеспечивает оптимальное давление наддува. Клапан имеет пневматический или электрический привод. Срабатывание перепускного клапана производится на основании сигналов системой управления двигателем.

Он защищает системы от скачка давления воздуха, который может произойти при резком закрытии дроссельной заслонки. В системе выпуска перед турбиной имеется обводной канал, который дает возможность отработавшим газам миновать турбину. Этот канал открывается перепускным клапаном. Чувствительным элементом клапана является подпружиненная мембрана, на которую воздействуют две противоположно направленные силы: сила сжатия пружины и давление воздуха после турбокомпрессора. При достижении заданного давления наддува мембрана прогибается, сжимая пружину, а соединенный с мембраной клапан открывает обводной канал. Давление наддува можно отрегулировать предварительным сжатием пружины.

1. Охлаждение наддувочного воздуха

В двигателях, оборудованных турбонаддувом, всасываемый воздух сжимается с увеличением плотности. Вместе с тем, термодинамический эффект от сжатия воздуха приводит к увеличению температуры до 200°С. Этому способствует и сам турбокомпрессор, нагреваемый отработавшими газами. При нагреве плотность воздуха снижается и соответственно снижается давление наддува. В бензиновых двигателях, кроме этого, горячий воздух увеличивает вероятность наступления детонации, а в отработавших газах в большом количестве образуются оксиды азота.

Для охлаждения, поступающего от турбокомпрессора воздуха, применяется интеркулер.

Интеркулер обеспечивает охлаждение воздуха до 50-60°С, чем достигается лучшее наполнение цилиндров и соответственно увеличивается мощность двигателя.

При этом горение топливно-воздушной смеси становится более эффективным, повышается топливная экономичность и снижение вредных выбросов. В целом эффект от использования интеркулера составляет порядка 20% повышения мощности двигателя.

Интеркулер устанавливается между компрессором и впускным коллектором.

1. Список использованной литературы.

Журнал за рулем 2000 г выпуск №7 стр 291.

Код для цитирования: Скопировать