 ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ Сила воли ведет к действию, а позитивные действия формируют позитивное отношение Как определить диапазон голоса - ваш вокал Игровые автоматы с быстрым выводом Как самому избавиться от обидчивости Противоречивые взгляды на качества, присущие мужчинам Вкуснейший "Салат из свеклы с чесноком" Натюрморт и его изобразительные возможности Применение, как принимать мумие? Мумие для волос, лица, при переломах, при кровотечении и т.д. Как научиться брать на себя ответственность Зачем нужны границы в отношениях с детьми? Световозвращающие элементы на детской одежде Как победить свой возраст? Восемь уникальных способов, которые помогут достичь долголетия Классификация ожирения по ИМТ (ВОЗ) Глава 3. Завет мужчины с женщиной
Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.
| Коэффициент полезного действия
Увеличение КПД ТКР приводит к повышению мощности и экономичности двигателя. Это объясняется, во-первых, тем, что с повышением КПД турбины располагаемая энергия газа более полно превращается во вращательное движение колеса турбины, что приводит к увеличению частоты вращения ротора и росту давления наддува. К повышению давления наддува приводит также увеличение КПД компрессора. В результате повышается плотность наддувочного воздуха, увеличивается коэффициент избытка воздуха. Во-вторых, при повышенном КПД ТКР, при неизменном давлении наддува, требуется затратить меньшую работу выталкивания на привод турбины. При неизменной работе выталкивания будет получено большее давление наддува. В результате в обоих случаях улучшается баланс работ наполнения – выталкивания, что приводит к снижению потерь при газообмене и, как следствие, к повышению механического КПД двигателя. Способы подвода газа к турбине В выпускных коллекторах двигателя без их специального расчёта возможно появление хаотичных (беспорядочных) волн давления, что приводит к неравномерности работы газовой турбины и снижению КПД всего ТКР. В процессе решения этой проблемы появилось три принципа наддува.
При импульсном наддуве несколько снижается КПД турбины. Поступая в турбину, меняется угол входа потока газа на лопатки рабочего колеса. КПД снижается за счет перетекания газа между секторами турбины с парциальным подводом газа, поскольку давление в них различно и постоянно меняется в течение цикла. Импульсные системы более эффективны при малых частотах вращения и сравнительно низких давлениях в выпускном коллекторе. Система с преобразователями импульсов. Система с преобразователями импульсов является промежуточной и сочетает выгоды от пульсаций давления в выпускном коллекторе (уменьшение работы выталкивания и улучшение продувки цилиндра) с выигрышем от уменьшения пульсаций давления перед турбиной, что повышает ее КПД. Регулирование ТКР Так как частота вращения турбокомпрессора напрямую не зависит от числа оборотов двигателя и характеризуется некоторой инерционностью, для улучшения параметров мощности и динамики, давление наддува необходимо регулировать. Регулирование наддува может осуществляться различными способами, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Все основные способы регулирования наддува можно поделить на внешнее и внутреннее регулирование. Внешнее регулирование. Регулирование осуществляется вне ТКР.
Внутреннее регулирование. Основано на использовании подвижных элементов в корпусах компрессора и турбины.
Широкому применению внутреннего регулирования препятствуют конструктивная сложность и недостаточная надежность работы подвижных элементов в условиях высоких температур. Кроме того, снижается КПД из-за дополнительных сопротивлений в корпусе. На сегодняшний день современные турбокомпрессоры оснащаются электронной системой управления. Регулирование наддува является составной частью блока управления процессами в двигателе. Блок управления современного двигателя представляет собой сплошное переплетение взаимно зависимых процессов, таких как регулирование давления наддува и регулирование детонации, управление зажигания и впрыскивания и т.д. Для удовлетворения постоянного возрастающих требований, очень многие системы двигателя теперь контролируются компьютером. Смазывание ТКР
Масло, подаваемое в турбокомпрессор, должно быть всегда чистым и соответствовать требованиям, предъявляемым изготовителем двигателя. При грамотной эксплуатации двигателя с турбонаддувом ресурс ТКР составляет 150 тыс. км. Некоторые «экземпляры» работают до 350 тыс. км.
2.2. Основные изменения ДВС при применении турбонаддува Применение наддува с целью увеличения мощности, требует изменений в конструкции двигателя. Поскольку количество топливовоздушной смеси увеличивается при сохранении рабочего объема, то увеличивается и количество, выделившегося при сгорании, теплоты. Это приводит к необходимости усиливать детали двигателя, т.к. возрастает температура и давление в цилиндрах. В первую очередь увеличивают толщину стенок и днища поршня, снижают степень сжатия, изменяют головку блока цилиндров, изменяют фазы газораспределения, применяют подшипники КШМ механизма увеличенной ширины и диаметра и т.д. Для работы системы наддува также важно изменение процессов пуска, изменение впускного/выпускного коллектора, повышение производительности топливоподачи, перепрограммирование блока управления двигателем и т.д. Чем выше давление наддува, тем больше изменений требует конструкция. Требуется установка радиаторов для охлаждения наддувочного воздуха и охлаждения масляной системы. Также для масляного охлаждения поршней приходится ставить масляный насос повышенной производительности. Приходится применять специальные сорта масел, обеспечивающие эффективную смазку подшипников ротора и их работу в тяжелых условиях.
2.3. Охлаждение наддувочного воздуха
После компрессора нагретый воздух пропускают через специальный радиатор (интеркуллер) по конструкции аналогичный тому, что стоит в системе охлаждения двигателя. Нагнетаемый воздух, создаваемый компрессором, проходит по патрубкам через интеркуллер во впускной коллектор и попадает в камеру сгорания.
2.4. Комбинированный наддув
Чтобы добиться высокого КПД, в некоторых случаях возможно использование комбинированного наддува. Имеется в виду параллельный наддув, последовательный наддув и комбинации между ПН и ТКР. Вариантов подключения систем наддува много, но эти три являются основными.
При последовательном наддуве используются два больших турбокомпрессора, которые не всегда действуют одновременно. В работу они включаются последовательно. На не больших частотах функционирует один ТКР. На средних частотах, когда первый ТКР выходит на номинальный режим, постоянно увеличивающийся заряд ОГ начинает раскручивать второй ТКР. Происходит это благодаря регулированию перепускными клапанами. На больших частотах, когда энергия ОГ обеспечивает оба ТКР, они работают одинаково, т.е. параллельно. Использование последовательного наддува разумно в тех случаях, когда необходимо большое давление наддува. Преимуществом такой системы является равномерная и высокая производительность на всём режиме работы.
Турбокомпаунд – это интересное решение, которое позволяет получить дополнительную энергию ОГ с помощью дополнительной газовой турбины, которая не приводит в действие компрессор, а помогает вращать коленчатый вал двигателя через гидромуфту или шестеренчатый редуктор. Турбокомпаунд обычно используется на двигателях с большим рабочим объемом, применяемых на специальных рабочих машинах или грузовиках.
2.5. Достоинства и недостатки применения наддува
Чтобы оценить все преимущества двигателя с турбокомпрессором, стоит рассмотреть все достоинства и недостатки применения турбонаддува. Достоинства: g главным достоинством ДВС с турбонаддувом является повышение мощности и крутящего момента двигателя при его небольших размерах. Небольшие двигатели с турбонаддувом эффективнее переводят энергию сжигаемого топлива в полезную работу, увеличивая КПД (чем больше объем двигателя, тем выше будет теплоотдача и трение). С помощью турбонаддува возможно повышение мощности по сравнению с мощностью двигателя без него на 20…60%; g повышение мощности происходит благодаря наиболее полному сгоранию топлива, отсюда ещё два важных достоинства, которые очень важны для современного двигателя. Это экономичность и экологичность. Благодаря более полному сгоранию топлива, не увеличивая подачу топлива, происходит повышение мощности двигателя. Это означает, что уменьшается удельный расход топлива примерно на 5…15%. К тому же более полное сгорание топлива способствует уменьшению вредных выбросов в атмосферу; g более высокий крутящий момент на средних и высоких оборотах, это делает автомобиль более динамичным при движении. g двигатель с турбонаддувом почти невосприимчив к значительной перемене высоты, в сравнении с атмосферным двигателем. g двигатель, оснащенный турбонаддувом, работает стабильней и тише. Недостатки: g стоимость агрегатов наддува достаточно велика, как и стоимость установки наддува на атмосферный двигатель; g повышаются требования к качеству топлива – для большинства двигателей требуются бензины с октановым числом не меньше 96…98; g для системы смазывания турбокомпрессора требуются специальные масла, выдерживающие высокие температуры и частоты вращения более 100 000 мин-1; g в большинстве случаев использование наддува требует установки дополнительного интеркулера, который должен охлаждать наддувочный воздух; g поскольку при газотурбинном наддуве отсутствует механическая связь с коленчатым валом двигателя, применение ТК заметно ухудшает приемистость двигателя.
Учитывая все недостатки и достоинства турбокомпрессоров, форсирование двигателей турбонаддувом является наиболее перспективным способом повышения мощности. Турбокомпрессор, в отличие от приводного нагнетателя, использует энергию отработавших газов, что позволяет получать более высокий КПД двигателя. Наибольшее распространение турбонаддув получил на дизельных двигателях. На бензиновых двигателях для форсирования чаще используют приводной нагнетатель. Использование наддува позволяет уменьшать габариты двигателей, повышать литровую мощность, уменьшать расход топлива и выбросы вредных веществ в атмосферу. Список используемой литературы 1. Патрахальцев Н.Н., Савастенко А.А. «Форсирование двигателей внутреннего сгорания наддувом»: – М.: Легион-Автодата, 2007. – 176 с.: ил.
Рецензенты: докт. техн. наук, проф. Иващенко Н. А., канд. техн. наук Пономарёв Е. Г.
2. Луканин В.Н., Морозов К.А., Хачиян А.С., Алексеев И.В., Голубков Л.Н., Черняк Б.Я., Трусов В.И., Камфер Г.М., Махов В.З., Пришвин С.А, Синявский В.В. Матюхин Л.М., Назаров Н.И., Шатров М.Г. Двигатели внутреннего сгорания. Учебник для вузов. В 3 кн. Кн. 1 «ДВС Теория рабочих процессов». – М.: Высшая школа, 2007. – 479 с.: ил.
3. Луканин В.Н., Алексеев И.В., Шатров М.Г., Павлов А.В., Горшков Ю.В., Назаров Н.И., Ежов С.П., Матюхин Л.М., Синявский В.В. Под ред. Луканина В.Н. и Шатрова М.Г. – 2-е изд. перераб. и доп. Двигатели внутреннего сгорания. Учебник для вузов. В 3 кн. Кн. 2 «ДВС Динамика и конструирование». – М.: Высшая школа, 2007. – 400 с.: ил.
4. Хак Г., Лангкабель. Справочное пособие «Турбодвигатели и компрессоры»: – М.: ООО «Издательство АСТ», 2003. – 351 с.: ил.
http://www.turbosnab.ru/lib/#book2
http://www.serviceturbo.ru/turbo.htm
http://www.rusturbocom.ru/book.htm
http://azbelturbo.boom.ru/conference.html
http://www.zr.ru/ |
Изобарная система (при постоянном давлении). В изобарной системе газы из цилиндров выходят в один общий выпускной коллектор большого объема, в котором пульсации давления в значительной степени сглаживаются. При расширении газов, вытекающих из цилиндра в этот объем, часть располагаемой работы теряется, способствуя повышению внутренней энергии. Изобарные системы более эффективны на больших частотах вращения и при больших давлениях в выпускном коллекторе (при высокой степени форсирования турбонаддувом), когда пульсации давления сглаживаются.
Импульсная система. Чаще других используется на автомобильных ДВС. Принцип работы основан на использовании энергии волн давления ОГ. Здесь газы подводятся к турбине от нескольких групп цилиндров, объединенных общим участком трубопровода, при этом обычно используют турбину с парциальным (лопаточный направляющий аппарат турбины) подводом газа. Во время работы в выпускном коллекторе создаются пульсации давления, обеспечивающие разрежение в камере сгорания, создавая низкий уровень противодавления в ходе такта выпуска из каждого цилиндра, что уменьшает работу выталкивания.
Наиболее распространённым способом представляется перепуск части отработавших газов (способ с перепуском ОГ является более разумным и характеризуется несколько более высоким КПД, по сравнению с перепуском воздуха на впуске). Достоинствами является простота в конструкции и надежность. Однако при открытии перепускного клапана показатели экономичности несколько уменьшаются.
Наиболее эффективна установка поворотных лопаток в направляющей части корпуса турбины. Изменение положения лопаток приводит к увеличению частоты вращения ротора ТКР. Недостаток заключается в том, что может применяться в ТКР, имеющие достаточно большие диаметры колес.
Смазывание ТКР происходит в картридже, т.е. в подшипниковом узле. Для уменьшения трения в картридже устанавливаются подшипники, к которым в процессе работы подводится масло. Главная задача подшипников – поддерживать необходимый масляный клин. Масляный клин позволяет избежать прямого контакта между трущимися деталями, что в значительной мере снижает силы трения. Смазывание подшипникового узла осуществляется от системы смазывания ДВС. Причем, как и в самом двигателе, масло служит скорее больше для отвода тепла от подшипников и корпуса, нежели чем для непосредственно смазки трущихся поверхностей. Для снижения температуры корпуса в нем могут быть предусмотрены каналы подачи охлаждающей жидкости.
Увеличение температуры воздуха при сжатии в компрессоре ведёт к потере возможного повышения его плотности, т.е. массового наполнения цилиндра. Кроме того, с повышением температуры заряда возрастает термическая напряжённость двигателя. Предварительное охлаждение воздуха снижает суммарные потери теплоты в двигателе, повышает механический КПД благодаря более высокой мощности без повышения давлений, а также снижает удельный расход топлива.
Охлаждение воздуха может осуществляться водой или воздухом. Несмотря на то, что вода имеет большую удельную теплоёмкость, при использовании новых технологий обработки лёгких металлов автомобильные системы охлаждения типа «воздух – воздух» получают преимущества по сравнению с системами «вода – воздух». Достоинством системы охлаждения типа «воздух – воздух» является её простота и надёжность. Однако системы с жидкотекучим промежуточным охладителем более эффективно снижают температуру наддувочного воздуха.
При параллельном наддуве используются обычно два одинаковых турбокомпрессора, каждый из которых работает с отдельным рядом цилиндров. Оба ТКР функционируют параллельно на всём диапазоне нагрузки и частоты вращения. Преимущества такого способа в том, что два небольших турбокомпрессора быстрее ускоряются и выходят на рабочий режим, благодаря своим меньшим габаритам и массе. Впускной и выпускной коллекторы для двух небольших турбокомпрессоров будут короче и проще по конструкции, чем для одного большого. С другой стороны, два малых турбокомпрессора, как правило, дороже одного большого. Кроме того, требуется согласование их работы.
С той же целью появились комбинации между ПН и ТКР. Благодаря механической связи ПН обеспечивает наддув на малых частотах вращения, пока ТКР набирает обороты. Далее, появляется достаточное количество отработавших газов, и ТКР начинает действовать в полной мере.
