Для чего на двигателях внутреннего сгорания применяют турбонаддув: Что такое турбонаддув?

Содержание

Что такое турбонаддув?

Один из способов повышения мощности двигателя внутреннего сгорания является увеличение количества поступающего в цилиндры воздуха. Подача в двигатель воздуха при положительном давлении называется наддувом. В настоящее время зарубежными фирмами производится от 50 до 90 % двигателей с наддувом от общего объема выпускаемых двигателей.

В ДВС применяют механический наддув, когда воздух закачивается специальным насосом (компрессором), имеющим механический привод, и турбонаддув, при котором компрессор приводится в действие турбиной благодаря энергии отработавших газов.

Турбокомпрессоры получили наибольшее распространение. В них используются центробежные насосы. Под действием центробежных сил, вызванных вращением колеса с лопатками, воздух отбрасывается к периферии колеса, а в его центре создается разрежение, что обеспечивает всасывание воздуха. Для эффективной работы турбокомпрессора частота вращения его колеса должна быть очень высокой.

При работе ДВС из выпускного трубопровода под давлением выбрасываются продукты сгорания, которые имеют высокую температуру. Поток газов приводит колесо турбины во вращение, которое затем передается закрепленному на общем вале колесу компрессора. Для достижения фазы наддува, т. е. момента, когда давление воздуха на впуске превысит атмосферное, необходимо, чтобы была достигнута определенная частота вращения турбины. При малых оборотах двигателя турбокомпрессор работает в дежурном режиме. Необходимо учитывать, что наличие турбины в выпускном тракте создает сопротивление выходу отработавших газов.

Промежуточное охлаждение воздуха

Известно, что сжатие воздуха приводит к повышению его температуры. В современных наддувных двигателях часто применяют промежуточное охлаждение поступающего от турбокомпрессора воздуха. Воздух, сжатый в турбокомпрессоре, поступает в специальный теплообменник, в котором охлаждается до температуры +50…+60 °С. Охлажденный воздух лучше наполняет цилиндры за счет своей увеличенной плотности и снижает вероятность возникновения детонации. Охлаждение воздуха повышает мощность двигателя с наддувом примерно на 20 % при одновременном улучшении топливной экономичности.

Регулирование давления наддува

Принцип регулирования заключается в ограничении частоты вращения турбокомпрессора после достижения необходимого давления наддува. С этой целью используется специальный перепускной клапан, который ограничивает количество отработавших газов, проходящих через турбину.

В системе выпуска перед турбиной имеется обводной (байпасный) 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.

В современных двигателях с турбонаддувом максимальное давление наддува регулируется системой управления двигателем. Компьютер получает сигнал от датчика абсолютного давления, сравнивает его с величиной номинального значения давления, содержащимся в памяти, и управляет электромагнитным перепускным клапаном. Работа последнего корректируется в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов двигателя.

Очень важный вопрос — выбор турбины правильного размера для конкретного двигателя. В первых двигателях с турбонаддувом для легковых автомобилей 1970-х гг. использовались готовые конструкции, разработанные, как правило, для дизелей больших грузовых автомобилей. 

Такие устройства давали хороший результат с точки зрения увеличения максимальной мощности, но были неэффективны для образования большого крутящего момента в среднем диапазоне частот вращения двигателя, т. е. для получения достаточной приемистости автомобиля. Кроме того, большие турбины требовали некоторого времени на «раскрутку», когда при небольших нагрузках открывалась дроссельная заслонка, что приводило к задержке нарастания давления наддува.

Этот эффект получил название турбоямы.

Большинство современных турбокомпрессоров легковых автомобилей имеют небольшие размеры и высокую частоту вращения.

Для того чтобы увеличить диапазон частот вращения двигателя, при которых турбонаддув обеспечивает повышение давления, применяются по два турбокомпрессора на одном двигателе. Один турбокомпрессор работает при низких оборотах, а второй при высоких. В наддувных двигателей последнего поколения стали применяться турбокомпрессоры с переменной геометрией, которые сохраняют высокую скорость газов при малых нагрузках, так что турбина всегда вращается с нужной скоростью.

В таких турбокомпрессорах поток направляемых на турбину газов управляется с помощью специальных поворачивающихся заслонок. Одновременный поворот заслонок производится с помощью штока вакуумной камеры. Разрежение в камере регулируется электромагнитным клапаном по сигналу компьютера.

При работе системы турбонаддува происходит сильный нагрев турбины, а компрессор остается сравнительно холодным. Очень важным узлом, определяющим долговечность турбокомпрессора, является узел подшипников вала. Обычно масло для смазки подшипников подается под давлением из системы смазки двигателя.

Иногда для повышения работоспособности наддува применяют охлаждение корпуса турбины жидкостью из системы охлаждения двигателя. После продолжительного движения автомобиля с турбонаддувом на высокой скорости турбина может раскрутиться до высоких скоростей (сотни тысяч оборотов в минуту). После остановки двигателя турбокомпрессор останавливается не сразу, а масло уже не поступает к подшипникам. Чтобы не произошло повреждения подшипников, рекомендуется перед выключением двигателя дать ему возможность некоторое время поработать на холостом ходу.

Очень хорошо система турбонаддува работает в дизельных двигателях. Отработавшие в них газы холоднее, чем в бензиновых двигателях, и это облегчает работу турбокомпрессора. Кроме того, в дизелях не существует опасности возникновения детонации. Поэтому турбонаддув неслучайно устанавливается почти на всех современных дизельных легковых автомобилях.

В многоцилиндровых двигателях с большим рабочим объемом, которыми оборудованы некоторые грузовые автомобили, отработавшие газы продолжают обладать большой энергией даже после прохождения через турбокомпрессор. Эту энергию можно использовать для дальнейшего повышения мощностных характеристик двигателя, создавая так называемые турбокомпаундные двигатели.

В таких двигателях часть энергии отработавших газов используется для раскручивания дополнительной турбины, которая через гидравлическую муфту связана с коленчатым валом. Такая конструкция дает возможность увеличить крутящий момент на вале двигателя.

Механический наддув

Механический наддув появился раньше турбонаддува, но до настоящего времени остается его альтернативой. Частота вращения насоса-компрессора любой механической системы наддува прямо пропорциональна частоте вращения коленчатого вала (поскольку приводится от него).

Поэтому и количество воздуха при наддуве пропорционально частоте вращения.

При этом исключаются высокие температуры и задержки наддува. С другой стороны, системы механического наддува занимают больше места, требуют специального привода (обычно зубчатый ремень) и сильно шумят.


Система наддува в двигателях внутреннего сгорания. Тема 2.16

1. ПМ.01. Техническое обслуживание и ремонт автотранспорта МДК 01.01 Устройство автомобилей

Раздел 2. Конструкция двигателя и рабочие процессы
Тема 2.16. Система наддува в двигателях внутреннего сгорания
Урок № 56
Механический (компрессорный) наддув
Газотурбинный наддув
Учебник АВТОМОБИЛИ . Устройство автотранспортных средств А.Г. Пузанков ,
7.6. Турбонаддув в дизелях, стр. 172.
Учебник «Основные конструкции автомобиля» Иванов A.M., Солнцев А.Н., Гаевский В.В. Глава 2 Двигатель,
Параграф 16, Наддув в ДВС, стр. 111 — 116
& 5.4. Виды наддува Глава 15 Система питания двигателя. Учебника В.К. Вахламова, М.Г. Шатрова, Юрчевского
«Автомобили» стр. 76.

2. Методы форсирования двигателя

наддув

3. наддув

Мощность
двигателя
можно
повышать
экстенсивно,
увеличивая
рабочий объем
цилиндра Vh или
число
цилиндров,
однако при этом
возрастают
габаритные
размеры и масса
двигателя.

5. Повышение литровой мощности

Мероприятия
по
интенсивном
у повышению
мощности
оценивают
литровой
мощностью
Nn, которая
представляет
собой
отношение
номинальной
эффективной
мощности к
рабочему
объему
двигателя.

6. НАДДУВ

Номинальн
ая частота
вращения
современн
ых
двигателей
с искровым
зажигание
м
достигает
6500
мин»1,
наддувом.

7. Дизельный грузовой автомобиль у дизелей грузовых автомобилей — 2600 мин»1 коленвала

Дизельный грузовой автомобиль
у дизелей грузовых автомобилей — 2600 мин»1 коленвала

8.

Дизельный легковой автомобиль а у дизелей легковых автомобилей — 5500 мин»1 Дизельный легковой автомобиль а у
дизелей легковых автомобилей — 5500 мин»1
.

9. Бензиновый легковой автомобиль Какое количество оборотов в минуту у коленчатого вала?

10. Дизельный легковой автомобиль Какое количество оборотов в минуту у коленчатого вала?

11. Дизельный грузовой автомобиль Какое количество оборотов в минуту у коленчатого вала?

12. НАДДУВ

Различают
четыре
основные типа
наддува:
динамический
(резонансный)
, наддув от
приводного
компрессора,
газотурбинны
й
и
комбинирован
ный.
ФОРСИРОВНИЕ ДВС — НАДДУВ
Иванов A.M., Солнцев А.Н., Гаевский В.В. и др.
И20 Основы конструкции автомобиля. — М. 000 «Книжное издательство
«За рулем», 2005. — 336 с: ил.
http://avto-blogger.ru/dv/chto-takoe-dvigatel-tsi.html
http://avto-i-avto.ru/tyuning-avto/kompressor-ili-turbina-dlya-avtomobilya. html

14. В ДВС применяют механический наддув, когда воздух закачивается специальным насосом (компрессором), имеющим механический привод,

и
турбонаддув, при котором компрессор приводится в действие турбиной
благодаря энергии отработавших газов.

15. В ДВС применяют механический наддув, когда воздух закачивается специальным насосом (компрессором)

Одним из способов повышения мощности двигателя внутреннего сгорания
является увеличение количества поступающего в цилиндры воздуха. Подача в
двигатель воздуха при положительном давлении называется наддувом

17. В ДВС применяют механический наддув, когда воздух закачивается специальным насосом (компрессором), имеющим механический привод,

18. В ДВС применяют механический наддув, когда воздух закачивается специальным насосом (компрессором), имеющим механический привод

19. В ДВС применяют механический наддув, когда воздух закачивается специальным насосом (компрессором), имеющим механический привод

В ДВС применяют механический наддув, когда воздух закачивается специальным насосом
(компрессором), имеющим механический привод
В ДВС применяют механический наддув, когда воздух закачивается специальным насосом
(компрессором), имеющим механический привод

22.

В ДВС применяют механический наддув, когда воздух закачивается специальным насосом (компрессором), имеющим механический привод

23. В турбокомпрессоре используются центробежные насосы

Для повышения степени наддува и снижения высокой тепловой
напряженности лопаток турбины в системе наддува организуют
охлаждение надувочного воздуха

25. Для достижения фазы наддува, т. е. момента, когда давление воздуха на впуске превысит атмосферное, необходимо, чтобы была

достигнута определенная
частота вращения турбины (не менее 60 000 мин-1)

26. При малых оборотах двигателя турбокомпрессор работает в дежурном режиме (частота 5 000-10 000 мин-1). Необходимо учитывать, что

наличие
турбины в выпускном тракте создает сопротивление выходу отработавших газов

27. Существует две проблемы, связанные с наддувом двигателей. Первая заключается в том, что давление наддува увеличивает степень

сжатия двигателя и увеличивает склонность
двигателя к детонации.

28. Если не предусмотреть специальных мер, этот процесс приведет к разрушению деталей двигателя или турбокомпрессора.

29. ПРОМЕЖУТОЧНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ВОЗДУХА

30. имеющим механический привод, и турбонаддув, при котором компрессор приводится в действие турбиной благодаря энергии

отработавших газов.

31. Одним из способов повышения мощности двигателя внутреннего сгорания является увеличение количества поступающего в цилиндры

воздуха

32. За счет чего произойдет увеличение мощности ДВС при увеличении объема подачи воздуха в цилиндр?

33. Увеличение мощности ДВС при увеличенной подачи воздуха произойдет за счет увеличения заряда в камере сгорания. ЭБУ сделает

впрыск бензина пропорционально поступившему воздуху

34. Подача в двигатель воздуха при положительном давлении называется наддувом.

35. В настоящее время зарубежными фирмами производится от 50 до 90 % двигателей с наддувом от общего объема выпускаемых двигателей.

36.

Турбокомпрессоры получили наибольшее распространение.

37. Под действием центробежных сил, вызванных вращением колеса с лопатками, воздух отбрасывается к периферии колеса

38. а в его центре создается разрежение, что обеспечивает всасывание воздуха

39. Для эффективной работы турбокомпрессора частота вращения колеса компрессора должна быть очень высокой не менее 50-100 тыс.

мин-1.

40. При работе ДВС из выпускного трубопровода под давлением выбрасываются продукты сгорания, которые имеют высокую температуру.

41. Поток газов приводит во вращение колесо турбины, которое передается закрепленному на общем вале колесу компрессора.

42. Для достижения фазы наддува, т. е. момента, когда давление воздуха на впуске превысит атмосферное, необходимо, чтобы была

достигнута определенная частота вращения турбины
(не менее 60 000 мин-1).

43. При малых оборотах двигателя турбокомпрессор работает в дежурном режиме (частота 5 000-10 000 мин-1).

44. Необходимо учитывать, что наличие турбины в выпускном тракте создает сопротивление выходу отработавших газов.

45. Существует две проблемы, связанные с наддувом двигателей.

46. Первая заключается в том, что давление наддува увеличивает степень сжатия двигателя и…(к чему это может привести)?

47. и увеличивает склонность двигателя к детонации.

48. Вторая проблема связана с тем, что чем больше частота вращения коленчатого вала, тем больше образуется отработавших газов и тем

быстрее вращается компрессор, увеличивая количество воздуха, поступающего в
цилиндры.

49. Это приводит к увеличению мощности двигателя и одновременному увеличению количества отработавших газов с последующим ростом

числа оборотов турбины

50. Если не предусмотреть специальных мер, этот процесс приведет к разрушению деталей двигателя или турбокомпрессора.

51. THE END

52. ПРОМЕЖУТОЧНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ВОЗДУХА

53. ПРОМЕЖУТОЧНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ВОЗДУХА

54.

Известно, что сжатие воздуха приводит к повышению его температуры и ………….. ……………………………..это в связи с чем?

55. В современных наддувных двигателях часто применяют промежуточное охлаждение поступающего от турбокомпрессора воздуха

56. С этой целью воздух, сжатый в турбокомпрессоре, поступает в специальный теплообменник, в котором воздух охлаждается до

температуры 5 0 — 6 0 «С.

57. Охлаждение воздуха дает возможность улучшить наполнение цилиндров за счет увеличения плотности воздуха и снизить вероятность

возникновения детонации.

58. Охлаждение воздуха повышает мощность двигателя с наддувом примерно на 20 % при одновременном улучшении топливной экономичности.

59. THE END

60. РЕГУЛИРОВАНИЕ ДАВЛЕНИЯ НАДДУВА

61. Принцип регулирования заключается в ограничении частоты вращения турбокомпрессора после достижения необходимого давления

наддува

62. С этой целью используется специальный перепускной клапан, который ограничивает количество отработавших газов, проходящих через

турбину

63.

В системе выпуска перед турбиной имеется обводной (байпасный) канал, который дает возможность отработавшим газам миноватьтурбину.

64. 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.

65. При достижении заданного давления наддува мембрана прогибается, сжимая пружину, а соединенный с мембраной клапан открывает

обводной канал.

66. При достижении заданного давления наддува мембрана прогибается, сжимая пружину, а соединенный с мембраной клапан открывает

обводной канал.

67. Давление наддува можно отрегулировать предварительным сжатием пружины.

68. В современных двигателях с турбонаддувом максимальное давление наддува регулируется системой управления двигателем.

69. Компьютер получает сигнал от датчика абсолютного давления, сравнивает его с величиной номинального значения давления,

содержащимся
в памяти, и управляет электромагнитным перепускным клапаном

70.

Работа электромагнитного клапана корректируется в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов двигателя.

71. Турбокомпрессор Garret: 1 — лопатки турбины; 2 — корпус турбины; 3 — тепловая защита; 4 — корпус подшипников; 5 — упор; 6 —

защитная пластина; 7
— корпус компрессора; 8 — диффузор; 9 — клапан; 10 — насос компрессора; 11
— уплотнение; 12 — подшипник; 13 — втулка подшипника; 14 — заслонка

72. Очень важный вопрос — выбор правильного размера турбины для конкретного двигателя.

73. В первых двигателях с турбонаддувом для легковых автомобилей 1970-х гг. использовались готовые конструкции, разработанные, как

правило, для
дизелей больших грузовых автомобилей

74. Такие устройства давали хороший результат для увеличения максимальной мощности, но были неэффективными для получения большого

крутящего
момента в среднем диапазоне частот вращения двигателя, т. е. для получения
достаточной приемистости автомобиля

75.

Большие турбины требовали некоторого времени на «раскрутку», когда при небольших нагрузках открывалась дроссельная заслонка, что приводило к
задержке нарастания давления наддува. Этот эффект получил название турбоямы.

76. Большинство современных турбокомпрессоров легковых автомобилей имеют небольшие размеры и высокую частоту вращения.

77. Для того чтобы увеличить диапазон частот вращения двигателя, при которых турбонаддув обеспечивает повышение давления,

применяются по два
турбокомпрессора на одном двигателе.

78. Один турбокомпрессор работает при низких оборотах, а второй при высоких.

79. В последних поколениях наддувных двигателей стали применяться турбокомпрессоры с переменной геометрией, которые сохраняют

высокую
скорость газов при малых нагрузках, так что турбина всегда вращается с нужной
скоростью.

80. В таких турбокомпрессорах поток направляемых на турбину газов управляется с помощью специальных поворачивающихся заслонок.

81. Одновременный поворот заслонок производится с помощью штока вакуумной камеры. Разрежение в камере регулируется электромагнитным

клапаном по сигналу компьютера.

82. Компания DaimlerChrysler, которая на своих автомобилях Mercedes в течение продолжительного времени применяла механический

наддув, сейчас использует
турбокомпрессор с изменяемой геометрией, в котором поворот заслонок
осуществляется с помощью электродвигателя

83. При работе системы турбонаддува происходит сильный нагрев турбины, а компрессор остается сравнительно холодным.

84. Очень важным узлом, определяющим долговечность турбокомпрессора, является узел подшипников вала. Обычно масло для смазки

подшипников подается под давлением из системы
смазки двигателя

85. Иногда для повышения работоспособности наддува применяют охлаждение корпуса турбины жидкостью из системы охлаждения двигателя.

86. После продолжительного движения на высокой скорости автомобиля с турбонаддувом турбина может раскрутиться до высоких скоростей

(сотни тысяч оборотов в минуту).

87. После остановки двигателя турбокомпрессор останавливается не сразу, а масло уже не поступает к подшипникам. Чтобы не произошло

повреждения
подшипников, рекомендуется перед выключением двигателя дать ему
возможность некоторое время поработать на холостом ходу

88. Очень хорошо система турбонаддува работает в дизелях. Отработавшие газы в дизеле холоднее, чем в бензиновых двигателях, что

облегчает работу турбокомпрессора, и,
кроме того, в дизеле не существует опасности возникновения детонации. Поэтому
неслучайно, что турбонаддув устанавливается почти на всех современных дизельных
двигателях легковых автомобилей

89. В многоцилиндровых двигателях с большим рабочим объемом некоторых грузовых автомобилей отработавшие газы продолжают обладать

большой
энергией, даже после прохождения турбокомпрессора.

90. Эту энергию можно использовать для дальнейшего повышения мощностных характеристик двигателя, создавая так называемые

турбокомпаундные двигатели

91.

В таком двигателе часть энергии отработавших газов используется для раскручивания дополнительной турбины, которая через гидравлическую муфту
связана с коленчатым валом. Такая конструкция дает возможность, увеличить
крутящий момент на вале двигателя.

92. THE END

93. МЕХАНИЧЕСКИЙ НАДДУВ

94. Механический наддув появился раньше турбонаддува, но до настоящего времени остается альтернативой турбонаддуву. Частота

вращения насоса-компрессора
любой механической системы наддува прямо пропорциональна частоте вращения
коленчатого вала (поскольку приводится от него).

95. Поэтому и количество воздуха при наддуве пропорционально частоте вращения. При этом исключаются высокие температуры и задержки

наддува

96. С другой стороны, системы механического наддува занимают больше места, требуют специального привода (обычно зубчатый ремень) и

сильно шумят. В качестве насосов в
системе механического наддува могут использоваться различные устройства, но
наибольшее распространение получили нагнетатели типа Ruts

97.

Наддув с механическим приводом компрессора Наддув
с
механическим
приводом
компрессора от
коленчатого вала
позволяет
хорошо
согласовать
работу
компрессора
с
тяговыми
характеристикам
и двигателя.

98. Наддув с механическим приводом компрессора

Он
обычно
используется для
кратковременного
повышения
мощности ДВС за
счет
невысокой
степени наддува.
Однако
применение такого
наддува вызывает
существенное
снижение
экономичности
двигателя,
что
обусловлено
затратами энергии
на
привод
компрессора.

99. THE END

100. Газотурбинный наддув получил наиболее широкое распространение в современных двигателях.

101. Газотурбинный наддув

Для привода
центробежн
ого
компрессора
/используетс
я часть
энергии
отработавш
их газов,
поступающи
х на лопатки
газовой
турбины .

102. Агрегат, объединяющий газовую турбину и компрессор, называют турбокомпрессором

103. При газотурбинном наддуве возможны два способа использования энергии отработавших газов:

104. при постоянном давлении перед турбиной — отработавшие газы поступают в ресивер, а затем при постоянном давлении подаются на

турбину;

105. НАДДУВ

. В связи со снижением
энергии
отработавших
газов на малых нагрузках в
начале разгона может не
обеспечиваться подача в
цилиндр
требуемого
количества свежего заряда.
Эти недостатки могут
быть устранены путем
использования
комбинированного наддува

последовательной
комбинации
наддува
с
приводным компрессором и
газотурбинного
наддува.
Применение газотурбинного
наддува
обеспечивает
увеличение
мощности
двигателя на 20… 50 %.

106. При газотурбинном наддуве механическая связь агрегата наддува с коленчатым валом двигателя отсутствует, поэтому могут

существенно ухудшиться тяговые
характеристики и приемистость двигателя из-за инерционности турбинного
колеса

108.

Импульсный наддув отработавшие газы подаются непосредственно на турбину

109. Импульсный наддув наиболее эффективен при малых значениях давления наддува (рк < 0,15 МПа), когда энергия импульса оказывается

Импульсный наддув
наиболее эффективен при малых значениях давления наддува (рк
0,15 МПа), когда энергия импульса оказывается значительно больше
среднего значения давления

111. Динамический (резонансный) наддув предполагает использование колебательных явлений в системе впуска и выпуска, возникающих в

результате циклического повторения процессов газообмена в
цилиндре.

112. Принцип его заключается в создании зоны сжатия свежего заряда перед впускным клапаном до момента его закрытия, что обеспечивает

увеличение массы поступающего в цилиндр заряда

113. Кроме того, в выпускном трубопроводе во время перекрытия клапанов за закрывающимся выпускным клапаном создается зона разрежения

отработавших газов, что позволяет улучшить очистку
цилиндра и полнее заполнить его свежим зарядом

114.

Конструктивно данная настройка системы осуществляется путем изменения длины и площади проходного сечения впускных и выпускных каналов. В ряде
конструкций длина впускного трубопровода изменяется в зависимости от режима
работы двигателя.

115. Динамический наддув позволяет увеличить мощность двигателя на 5…10%.

117. НАДДУВ повторение пройденной темы

118. По мере повышения степени наддува увеличивается механическая и тепловая напряженность элементов, формирующих камеры сгорания

119. Предъявляет повышенные требования к их конструкции и материалам, к эффективности системы охлаждения и качеству используемого

масла.

120. Для повышения степени наддува и снижения высокой тепловой напряженности лопаток турбины в системе наддува организуют охлаждение

надувочного воздуха

121. НАДДУВ

В двигателях с
искровым
зажиганием
применение
наддува требует
принятия
специальных
мер
по
предотвращени
ю
нарушения
процесса
сгорания,
называемого
детонацией:
некоторого
снижения
степени сжатия,
интенсификации
охлаждения
деталей камеры
сгорания

122.

В настоящее время зарубежными фирмами производится от 50 до 90 % двигателей с наддувом от общего объема выпускаемых двигателей В
ДВС
применяют
механически
й
наддув,
когда воздух
закачивается
специальны
м
насосом
(компрессор
ом),
имеющим
механически
й привод, и
турбонаддув,
при котором
компрессор
приводится в
действие
турбиной
благодаря
энергии
отработавши
х
газов.
Турбокомпре
ссоры
получили
наибольшее
распростран
ение

123. В турбокомпрессоре используются центробежные насосы

Под
действием
центробежных
сил, вызванных вращением
колеса с лопатками, воздух
отбрасывается к периферии
колеса,
а в его центре создается
разрежение,
что
обеспечивает
всасывание
воздуха
Для эффективной работы
турбокомпрессора частота
вращения
колеса
компрессора должна
быть очень высокой не
менее 50-100 тыс. мин-1.

124. НАДДУВ

Для достижения фазы
наддува, т. е. момента,
когда давление воздуха
на впуске превысит
атмосферное,
необходимо, чтобы была
достигнута
определенная частота
вращения турбины
(не менее 60 000 мин-1).
При малых оборотах
двигателя
турбокомпрессор
работает в дежурном
режиме (частота 5 00010 000 мин-1).
Необходимо учитывать,
что наличие турбины
в выпускном тракте
создает сопротивление
выходу отработавших
газов.

125. ТУРБОКОМРЕССОР

Существует две проблемы, связанные
с наддувом двигателей. Первая заключается
в том, что давление наддува увеличивает
степень сжатия двигателя и увеличивает
склонность двигателя к детонации. Вторая
проблема связана с тем, что чем больше частота
вращения коленчатого вала, тем больше
образуется отработавших газов и тем
быстрее вращается компрессор, увеличивая
количество воздуха, поступающего в цилиндры.
Это приводит к увеличению мощности
двигателя и одновременному увеличению
количества отработавших газов с последующим
ростом числа оборотов турбины. Если
не предусмотреть специальных мер, этот
процесс приведет к разрушению деталей
двигателя или турбокомпрессора.

126. теплообменник

Известно, что сжатие воздуха
приводит к повышению его
температуры. В современных
наддувных двигателях часто
применяют промежуточное
охлаждение поступающего от
турбокомпрессора воздуха. С этой
целью воздух, сжатый в
турбокомпрессоре, поступает в
специальный теплообменник,
в котором воздух охлаждается до
температуры 5 0 — 6 0 «С. Охлаждение
воздуха дает возможность улучшить
наполнение цилиндров за счет
увеличения плотности воздуха и
снизить вероятность возникновения
детонации. Охлаждение воздуха
повышает мощность двигателя с
наддувом примерно на 20 % при
одновременном улучшении
топливной экономичности.

127. РЕГУЛИРОВАНИЕ ДАВЛЕНИЯ НАДДУВА

Принцип регулирования заключается в
ограничении частоты вращения
турбокомпрессора после достижения
необходимого давления наддува. С этой
целью используется специальный
перепускной клапан, который ограничивает
количество отработавших газов,
проходящих через турбину В системе
выпуска перед турбиной имеется обводной
(байпасный) 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.

128. Турбокомпрессор Garret:

Турбокомпрессо
р Garret:
В современных двигателях с
турбонаддувом максимальное
давление наддува регулируется
системой управления
двигателем. Компьютер получает
сигнал от датчика абсолютного
давления, сравнивает его с
величиной номинального
значения давления,
содержащимся в памяти, и
управляет электромагнитным
перепускным клапаном. Работа
электромагнитного
клапана корректируется в
зависимости от скоростного и
нагрузочного режимов двигателя

129. Схема работы турбокомпрессора с изменяемой геометрией

Очень важный вопрос — выбор
правильного размера турбины для
конкретного двигателя. В первых
двигателях с турбонаддувом для
легковых автомобилей 1970-х гг.
использовались готовые конструкции,
разработанные, как правило, для
дизелей больших грузовых
автомобилей. Такие устройства давали
хороший результат для увеличения
максимальной мощности, но были
неэффективными для получения
большого крутящего момента в
среднем диапазоне частот вращения
двигателя, т. е. для получения
достаточной приемистости автомобиля.
Большие турбины требовали
некоторого времени на «раскрутку»,
когда при небольших нагрузках
открывалась дроссельная заслонка, что
приводило к задержке нарастания
давления наддува. Этот эффект
получил название турбоямы.

130. турбокомпрессор с изменяемой геометрией

Большинство
современных
турбокомпрессоров легковых автомобилей
имеют небольшие размеры и высокую
частоту вращения. Для того чтобы увеличить
диапазон частот вращения двигателя, при
которых
турбонаддув
обеспечивает
повышение давления, применяются по два
турбокомпрессора на одном двигателе. Один
турбокомпрессор работает при низких
оборотах, а второй при высоких. В последних
поколениях наддувных двигателей стали
применяться
турбокомпрессоры
с
переменной геометрией которые сохраняют
высокую скорость газов при малых
нагрузках, так что турбина всегда вращается
с
нужной
скоростью.
В
таких
турбокомпрессорах поток направляемых на
турбину газов управляется с помощью
специальных поворачивающихся заслонок.
Одновременный
поворот
заслонок
производится с помощью штока вакуумной
камеры. Разрежение в камере регулируется
электромагнитным клапаном по сигналу
компьютера.

131. Дизельный двигатель с турбонадувом

При работе системы турбонаддува происходит
сильный нагрев турбины, а компрессор остается
сравнительно холодным. Очень важным узлом,
определяющим долговечность турбокомпрессора,
является узел подшипников вала. Обычно масло
для смазки подшипников подается под давлением
из системы смазки двигателя. Иногда для
повышения работоспособности наддува
применяют охлаждение корпуса турбины
жидкостью из системы охлаждения двигателя.
После продолжительного движения на высокой
скорости автомобиля с турбонаддувом турбина
мо- жет раскрутиться до высоких скоростей
(сотни тысяч оборотов в минуту). После
остановки двигателя турбокомпрессор
останавливается не сразу, а масло уже не
поступает к подшипникам. Чтобы не произошло
повреждения подшипников, рекомендуется перед
выключением двигателя
дать ему возможность некоторое время
поработать на холостом ходу.

132.

Турбокомпаундный двигатель Scania Очень хорошо система турбонаддува
работает в дизелях. Отработавшие газы в
дизеле холоднее, чем в бензиновых
двигателях, что облегчает работу
турбокомпрессора, и, кроме того,
в дизеле не существует опасности
возникновения детонации. Поэтому
неслучайно, что турбонаддув
устанавливается почти на всех современных
дизельных двигателях легковых
Автомобилей В многоцилиндровых
двигателях с большим рабочим объемом
некоторых грузовых автомобилей
отработавшие газы продолжают обладать
большой энергией, даже после прохождения
турбокомпрессора. Эту энергию можно
использовать для дальнейшего повышения
мощностных характеристик двигателя,
создавая так называемые турбокомпаундные
двигатели В таком двигателе часть энергии
отработавших газов используется для
раскручивания дополнительной турбины,
которая через гидравлическую муфту
связана с коленчатым валом. Такая
конструкция дает возможность, увеличить
крутящий момент на вале двигателя.

133. МЕХАНИЧЕСКИЙ НАДДУВ

Механический наддув появился
раньше турбонаддува, но до
настоящего времени остается
альтернативой турбонаддуву. Частота
вращения насоса-компрессора любой
механической системы наддува
прямо пропорциональна частоте
вращения коленчатого вала
(поскольку приводится от него).
Поэтому и количество воздуха при
наддуве пропорционально частоте
вращения. При этом исключаются
высокие температуры и задержки
наддува. С другой стороны,
системы механического наддува
занимают больше места, требуют
специального привода (обычно
зубчатый ремень) и сильно шумят. В
качестве насосов в системе
механического наддува могут
использоваться различные
устройства, но наибольшее
распространение
получили нагнетатели типа Rut

135. Домашнее задание

Учебник АВТОМОБИЛИ . Устройство автотранспортных средств А. Г. Пузанков ,
7.6. Турбонаддув в дизелях, стр. 172.
Учебник «Основные конструкции автомобиля» Иванов A.M., Солнцев А.Н.,
Гаевский В.В. Глава 2 Двигатель, Параграф 16, Наддув в ДВС, стр. 111 – 116
& 5.4. Виды наддува Глава 15 Система питания двигателя. Учебника В.К.
Вахламова, М.Г. Шатрова, Юрчевского «Автомобили» стр. 76.
Индивидуальные задания студентам
Сделать презентации на тему: «Механический наддув».
Сделать презентации на тему: «Газотурбинный наддув».
Сделать презентации на тему: «Устройство турбокомпрессора».
Сделать презентации на тему: «Устройство турбокомпрессора».
Сделать презентации на тему: «Регулирование давления наддува».
Сделать презентации на тему: «Виды наддува».

ТУРБОНАДДУВ

 

 Задача повышения мощности и крутящего момента двигателя была актуальна всегда. Мощность двигателя напрямую связана с рабочим объемом цилиндров и количеством подаваемой в них топливо-воздушной смеси. Т.е. , чем больше в цилиндрах сгорает топлива, тем более высокую мощность развивает силовой агрегат. Однако самое простое решение — повысить мощность двигателя путем увеличения его рабочего объема приводит к увеличению габаритов и массы конструкции. Количество подаваемой рабочей смеси можно поднять за счет увеличения оборотов коленчатого вала (другими словами, реализовать в цилиндрах за единицу времени большее число рабочих циклов), но при этом возникнут серьезные проблемы, связанные с ростом сил инерции и резким увеличением механических нагрузок на детали силового агрегата, что приведет к снижению ресурса мотора. Наиболее действенным способом в этой ситуации является наддув.

Представим себе такт впуска двигателя внутреннего сгорания: мотор в это время работает как насос, к тому же весьма неэффективный — на пути воздуха находится воздушный фильтр, изгибы впускных каналов, в бензиновых моторах — еще и дроссельная заслонка. Все это, безусловно, снижает наполнение цилиндра. Ну а что требуется, чтобы его повысить? Поднять давление перед впускным клапаном — тогда воздуха в цилиндре «поместится» больше. При наддуве улучшается наполнение цилиндров свежим зарядом, что позволяет сжигать в цилиндрах большее количество топлива и получать за счет этого более высокую агрегатную мощность двигателя.

Виды наддува

В ДВС применяют три типа наддува:
резонансный –при котором используется кинетическая энергия объема воздуха во впускных коллекторах (нагнетатель в этом случае не нужен)
механический – в этом варианте компрессор приводится во вращение ремнем от двигателя
газотурбинный (или турбонаддув) – турбина приводится в движение потоком отработавших газов.

У каждого способа свои преимущества и недостатки, определяющие область применения.

Резонансный наддув


Как уже отмечалось в начале статьи, для лучшего наполнения цилиндра следует поднять давление перед впускным клапаном. Между тем повышенное давление необходимо вовсе не постоянно — достаточно, чтобы оно поднялось в момент закрытия клапана и «догрузило» цилиндр дополнительной порцией воздуха. Для кратковременного повышения давления вполне подойдет волна сжатия, «гуляющая» по впускному трубопроводу при работе мотора. Достаточно лишь рассчитать длину самого трубопровода, чтобы волна, несколько раз отразившись от его концов, пришла к клапану в нужный момент. Теория проста, а вот воплощение ее требует немалой изобретательности: клапан при разных оборотах коленчатого вала открыт неодинаковое время, а потому для использования эффекта резонансного наддува требуются впускные трубопроводы переменной длины. При коротком впускном коллекторе мотор лучше работает на высоких оборотах , при низких оборотах более эффективен длинный впускной тракт. Переменные длины впускных трубопроводов можно создать двумя способами: или путем подключения резонансной камеры, или через переключение на нужный впускной канал или его подключение. Последний вариант называют еще динамическим наддувом. Как резонансный, так и динамический наддув могут ускорить течение впускного столба воздуха. Эффекты наддува, создаваемые за счет колебаний напора воздушного потока, находится в диапазоне от 5 до 20 миллибар. Для сравнения: с помощью турбонаддува или механического наддува можно получить значения в диапазоне между 750 и 1200 миллибар. Для полноты картины отметим, что существует еще инерционный наддув, при котором основным фактором создания избыточного давления перед клапаном является скоростной напор потока во впускном трубопроводе. Дает незначительную прибавку мощности при высоких (больше 140 км/ч) скоростях движения. Используется в основном на мотоциклах.

Механический наддув

Механические нагнетатели (по англ. supercharger) позволяют довольно простым способом существенно поднять мощность мотора. Имея привод непосредственно от коленчатого вала двигателя, компрессор способен закачивать воздух в цилиндры при минимальных оборотах и без задержки увеличивать давление наддува строго пропорционально оборотам мотора. Но у них есть и недостатки. Они снижают КПД ДВС, так как на их привод расходуется часть мощности, вырабатываемой силовым агрегатом. Системы механического наддува занимают больше места, требуют специального привода (зубчатый ремень или шестеренчатый привод) и издают повышенный шум.

Существует два вида механических нагнетателей: объемные и центробежные.
Типичными представителемя объемных нагнетателей являются нагнетатель Roots и компрессор Lysholm.

Конструкция Roots напоминает масляный шестеренчатый насос. Два ротора вращаются в противоположные стороны внутри овального корпуса. Оси роторов связаны между собой шестернями. Особенность такой конструкции в том, что воздух сжимается не в нагнетателе, а снаружи – в трубопроводе, попадая в пространство между корпусом и роторами. Основной недостаток – в ограниченном значении наддува. Как бы безупречно ни были подогнаны детали нагнетателя, при достижении определенного давления воздух начинает просачиваться назад, снижая КПД системы. Способов борьбы немного: увеличить скорость вращения роторов либо сделать нагнетатель двух- и даже трехступенчатым. Таким образом можно повысить итоговые значения до приемлемого уровня, однако многоступенчатые конструкции лишены своего главного достоинства – компактности. Еще одним минусом является неравномерное нагнетание на выходе, ведь воздух подается порциями. В современных конструкциях применяются трехзубчатые роторы спиральной формы, а впускное и выпускное окна имеют треугольную форму. Благодаря этим ухищрениям нагнетатели объемного типа практически избавились от пульсирующего эффекта. Невысокие скорости вращения роторов, а следовательно, долговечность конструкции вкупе с низким шумом привели к тому, что ими щедро оснащают свою продукцию такие именитые бренды, как DaimlerChrysler, Ford и General Motors. Объемные нагнетатели поднимают кривые мощности и крутящего момента, не изменяя их формы. Они эффективны уже на малых и средних оборотах, а это наилучшим образом сказывается на динамике разгона. Проблема лишь в том, что подобные системы очень прихотливы в изготовлении и установке, а значит, довольно дороги.

Еще один способ нагнетать во впускной коллектор воздух под избыточным давлением в свое время предложил инженер Лисхольм (Lysholm). Его детище окрестили винтовым нагнетателем, или «double screw» (двойной винт). Конструкция наддува Лисхольма чем-то напоминает обычную мясорубку. Внутри корпуса установлены два взаимодополняющих винтовых насоса (шнека). Вращаясь в разные стороны, они захватывают порцию воздуха, сжимают и загоняют ее в цилиндры. Характерна такая система внутренним сжатием и минимальными потерями, благодаря точно выверенным зазорам. Кроме того, винтовые наддувы эффективны практически во всем диапазоне оборотов двигателя, бесшумны, очень компактны, но чрезвычайно дороги из-за сложности в изготовлении. Однако ими не брезгуют такие именитые тюнинг-ателье, как AMG или Kleemann.

Центробежные нагнетатели по конструкции напоминают турбонаддув. Избыточное давление во впускном коллекторе также создает компрессорное колесо (крыльчатка). Его радиальные лопасти захватывают и отбрасывают воздух в окружной тоннель при помощи центробежной силы. Отличие от турбонаддува лишь в приводе. Центробежные нагнетатели страдают аналогичным, хотя и менее заметным инерционным пороком, но есть и еще одна важная особенность. Фактически величина производимого давления пропорциональна квадрату скорости компрессорного колеса. Проще говоря, вращаться оно должно очень быстро, чтобы надуть в цилиндры необходимый воздушный заряд, порой в десятки раз превышая обороты двигателя. Эффективен центробежный нагнетатель на высоких оборотах. Механические «центробежники» не так капризны в обслуживании и долговечнее газодинамических собратьев, поскольку работают при менее экстремальных температурах. Неприхотливость, а следовательно, и дешевизна конструкции снискали им популярность в сфере любительского тюнинга.

Схема управления механическим нагнетателем довольно проста. При полной нагрузке заслонка перепускного трубопровода закрыта, а дроссельная открыта — весь поток воздуха поступает в двигатель. При работе с частичной нагрузкой дроссельная заслонка закрывается, а заслонка трубопровода открывается — избыток воздуха возвращается на вход нагнетателя. Входящий в схему охладитель наддувочного воздуха (Intercooler) является почти непременной составной частью не только механических, но и газотурбинных систем наддува. При сжатии в компрессоре (либо в нагнетателе) воздух нагревается, в результате чего его плотность уменьшается. Это приводит к тому, что в рабочем объеме цилиндра воздуха, а, следовательно, и кислорода, по массе помещается меньше, чем могло бы поместиться при отсутствии нагревания. Поэтому сжатый воздух перед подачей его в цилиндры двигателя предварительно охлаждается в интеркулере. По своей конструкции это обычный радиатор, который охлаждается либо потоком набегающего воздуха, либо охлаждающей жидкостью. Понижение температуры наддувочного воздуха на 10 градусов позволяет увеличить его плотность примерно на 3%. Это, в свою очередь, позволяет увеличить мощность двигателя примерно на такой же процент.

Газотурбинный наддув


Более широко на современных автомобильных двигателях применяются турбокомпрессоры. По сути, это тот же центробежный компрессор, но с другой схемой привода. Это самое важное, можно сказать, принципиальное отличие механических нагнетателей от «турбо». Именно схема привода в значительной мере определяет характеристики и области применения тех или иных конструкций. У турбокомпрессора крыльчатка-нагнетатель сидит на одном валу с крыльчаткой-турбиной, которая встроена в выпускной коллектор двигателя и приводится во вращение отработавшими газами. Частота вращения может превышать 200.000 об./мин. Прямой связи с коленвалом двигателя нет, и управление подачей воздуха осуществляется за счёт давления отработавших газов.

К достоинствам турбонаддува относят: повышение КПД и экономичности мотора (механический привод отбирает мощность у двигателя, этот же использует энергию отработавших газов, следовательно, КПД увеличивает). Не следует путать удельную и общую экономичность мотора. Естественно, для работы двигателя, мощность которого возросла за счет применения турбонаддува, требуется больше топлива, чем для аналогичного безнаддувного мотора меньшей мощности. Ведь наполнение цилиндров воздухом улучшают, как мы помним, для того, чтобы сжечь в них большее количество топлива. Но массовая доля топлива, приходящаяся на единицу мощности в час у двигателя, оснащенного ТК, всегда ниже, чем у схожего по конструкции силового агрегата, лишенного наддува. Турбонаддув дает возможность достичь заданных характеристик силового агрегата при меньших габаритах и массе, чем в случае применения «атмосферного» двигателя. Кроме того, у турбодвигателя лучше экологические показатели. Наддув камеры сгорания приводит к снижению температуры и, следовательно, уменьшению образования оксидов азота. В бензиновых двигателях наддувом добиваются более полного сгорания топлива, особенно на переходных режимах работы. В дизелях дополнительная подача воздуха позволяет отодвинуть границу возникновения дымности, т. е. бороться с выбросами частиц сажи. Дизели существенно лучше приспособлены к наддуву вообще, и к турбонаддуву в частности. В отличие от бензиновых моторов, в которых давление наддува ограничивается опасностью возникновения детонации, им такое явление неведомо. Дизель можно наддувать вплоть до достижения предельных механических нагрузок в его механизмах. К тому же отсутствие дросселирования воздуха на впуске и высокая степень сжатия обеспечивают большее давление отработавших газов и их меньшую температуру в сравнении с бензиновыми моторами. В общем, как раз то, что нужно для применения турбокомпрессора. Турбокомпрессоры более просты в изготовлении, что окупает ряд присущих им недостатков.

При низкой частоте вращения двигателя количество отработавших газов невелико, соответственно, эффективность работы компрессора невысока. Кроме того, турбонаддувный двигатель, как правило, имеет т. н. «турбояму» (по-английски «turbo-lag») — замедленный отклик на увеличение подачи топлива. Вам нужно резко ускориться — вдавливаете педаль газа в пол, а двигатель некоторое время «думает» и лишь потом подхватывает. Объяснение простое — требуется время, пока мотор наберет обороты, увеличится давление выхлопных газов, раскрутится турбина, с ней крыльчатка нагнетателя — и наконец, «пойдет» воздух. Избавиться от указанных недостатков конструкторы пытаются разными способами. В первую очередь, снижением массы вращающихся деталей турбины и компрессора. Ротор современного турбокомпрессора настолько мал, что легко умещается на ладони. Снижение массы достигается не только конструкцией ротора, но и выбором для него соответствующих материалов. Основная сложность при этом- высокая температура отработавших газов. Металлокерамический ротор турбины примерно на 20% легче изготовленного из жаростойких сплавов, да к тому же обладает меньшим моментом инерции. До последнего времени срок службы всего агрегата ограничивала долговечность подшипников. По сути, это были вкладыши, подобные вкладышам коленчатого вала, которые смазывались маслом под давлением. Износ таких подшипников скольжения был, конечно, велик, однако шариковые не выдерживали огромной частоты вращения и высоких температур. Выход нашли когда удалось разработать подшипники с керамическими шариками. Однако достойно удивления не применение керамики — подшипники заполнены постоянным запасом пластичной смазки, то есть канал от штатной масляной системы двигателя уже не нужен! Избавиться от недостатков турбокомпрессора позволяет не только уменьшение инерционности ротора, но и применение дополнительных, иногда довольно сложных схем управления давлением наддува. Основные задачи при этом — уменьшение давления при высоких оборотах двигателя и повышение его при низких. Полностью решить все проблемы можно использованием турбины с изменяемой геометрией (Variable Nozzle Turbine), например, с подвижными (поворотными) лопатками , параметры которой можно менять в широких пределах. Принцип действия VNT турбокомпрессора заключается в оптимизации потока выхлопных газов, направляемых на крыльчатку турбины. На низких оборотах двигателя и малом количестве выхлопных газов VNT турбокомпрессор направляет весь поток выхлопных газов на колесо турбины, тем самым увеличивая ее мощность и давление наддува. При высоких оборотах и высоком уровне газового потока турбокомпрессор VNT располагает подвижные лопатки в открытом положении, увеличивая площадь сечения и отводя часть выхлопных газов от крыльчатки, защищая себя от превышения оборотов и поддерживая давление наддува на необходимом двигателю уровне, исключая перенаддув.

Комбинированные системы


Помимо одиночных систем наддува сейчас часто встречается и двухступенчатый наддув. Первая ступень — приводной компрессор — обеспечивает эффективный наддув на малых оборотах ДВС, а вторая — турбонагнетатель — утилизирует энергию выхлопных газов. После достижения силовым агрегатом достаточных для нормальной работы турбины оборотов, компрессор автоматически выключается, а при их падении вновь вступает в действие.

Ряд производителей устанавливают на свои моторы сразу два турбокомпрессора. Такие системы называют «битурбо» или «твинтурбо». Принципиальной разницы в них нет, за одним лишь исключением. «Битурбо» подразумевает использование разных по диаметру, а следовательно и производительности, турбин. Причем алгоритм их включения может быть как параллельным, так и последовательным (секвентальным). На низких оборотах быстро раскручивается и вступает в работу турбонаддув маленького диаметра, на средних к нему подключается «старший брат». Таким образом, выравнивается разгонная характеристика автомобиля. Система дорогостоящая, поэтому ее можно встретить на престижных автомобилях, например Maserati или Aston Martin. Основная задача «твинтурбо» заключается не в сглаживании «турбоямы», а в достижении максимальной производительности. При этом используются две одинаковые турбины. Устанавливаются «твин-» и «битурбо» как на V-образные блоки, так и на рядные моторы. Варианты подключения турбин также идентичны системе «битурбо». В чем же смысл? Дело в том, что производительность турбины напрямую зависит от двух ее параметров: диаметра и скорости вращения. Оба показателя весьма капризны. Увеличение диаметра приводит к повышению инерционности и, как следствие, к пресловутой «турбояме». Скорость же турбины ограничивается допустимыми нагрузками на материалы. Поэтому две скромные и менее инерционные турбины могут оказаться эффективнее одной большой.

Рекомендации

Во-первых, вовремя меняйте масло и масляный фильтр. Во-вторых, используйте только масло, предназначенное для двигателей, оборудованных турбонаддувом, которое изначально рассчитано на более высокие температуры, чем обычное. Но в дороге всякое может случиться, и если вам пришлось залить неизвестное масло, то не гоните, двигайтесь потихоньку. Двигатель это масло переживет, а вот турбонаддув — не обязательно. Приехав домой, сразу же смените масло и масляный фильтр. И, наконец, третье, самое главное условие нормальной работы турбонаддува. В жизни турбины есть два самых ответственных момента: запуск двигателя и его остановка. При запуске холодного двигателя масло в нем имеет высокую вязкость, оно с трудом прокачивается по зазорам; еще не установились тепловые зазоры; нагрев разных деталей компрессора, а следовательно, и тепловое расширение, идут с разной скоростью. Поэтому не спешите, дайте двигателю прогреться. Если вам надо остановиться, никогда не глушите двигатель сразу. В зависимости от режима езды дайте ему поработать на холостом ходу 2-5 минут (зимой можно дольше). За это время вал турбины снизит обороты до минимальных, а детали, непосредственно соприкасающиеся с выхлопными газами, плавно остынут. В этой ситуации значительно облегчает жизнь турбо-таймер. Он проследит за тем, чтобы разгоряченный двигатель автомобиля поработал несколько минут на холостом ходу, остужая элементы турбонаддува, даже если владелец уже покинул и закрыл своё авто. Впрочем, подобную функцию имеют и многие охранные сигнализации.

 

Источник: http://avtonov.svoi.info 

 

 

                                                                                       

 

 

                                          

 

                                                                   

                                                                   

                                                                              НА ВЕРХ

Турбодизель – Автомобили – Коммерсантъ

&nbspТурбодизель

Часть вторая

       В первой части статьи мы говорили о системах наддува двигателей внутреннего сгорания. Сейчас речь пойдет о дизельных двигателях.
       Если не слишком искушенному в технике человеку задать вопрос, чем дизельный двигатель отличается от бензинового, то ответы, скорее всего, будут такими: работает на солярке, обходится без свечей зажигания, больше шумит и при этом развивает меньшую мощность. Все это правильно, но…
       При слове «дизель» у человека с воображением обычно возникает картинка: весь в грязных потеках грубый механизм на мощной станине, который изрыгает клубы черного дыма и своим ревом заглушает все в радиусе нескольких десятков метров. Если уточнить, что речь идет о двигателе автомобиля, картинка получается не такой страшной, но не более привлекательной: по-прежнему нечто грязное, пахнет, гремит, в мороз не заведешь, машина тупая — за полчаса не разгонишься…
       Да, когда-то все так и было. Но с тех пор утекло немало солярки. Дизели сегодня прочно завоевали себе место не только на грузовиках, но и на легковых автомобилях, от самых массовых до вполне респектабельных. Все шире применяются дизели с турбонаддувом, автомобили с такими двигателями по основным параметрам не уступают машинам с привычными бензиновыми моторами.
       В таблице 1 в качестве примера приведены основные характеристики Volkswagen Passat GT TDI с 4-цилиндровым турбодизелем. Таким же двигателем комплектуются, кстати, и вполне престижные Audi A4 1.9 TDI и A6 1.9 TDI. Из таблицы видно, что единственное, в чем автомобиль с дизелем явно уступает, — это время разгона. 13,9 сек. до сотни все-таки многовато. Но бывают машины и пошустрее.
       Перед тем как рассматривать системы наддува дизельных двигателей, есть смысл остановиться на основных особенностях самих дизелей — для большинства наших автовладельцев они пока не слишком знакомы.
       
Дизель
       Этот тип двигателя получил свое название по имени немецкого инженера Рудольфа Дизеля, построившего в 1897 году первый мотор с самовоспламенением топлива. Конструктивно дизель очень похож на привычный бензиновый двигатель: те же цилиндры, поршни, распредвал, клапаны. Но имеется и ряд отличий, из которых главное, можно даже сказать принципиальное, заключается в том, что воспламенение топлива в дизеле производится не искрой от свечи зажигания, а за счет высокой температуры, которой достигает воздух в результате сжатия его поршнем в цилиндре.
       Второй важный момент — способ подачи топлива. В бензиновом двигателе рабочим телом является смесь бензина с воздухом. Смесь готовится заранее (в карбюраторе) или непосредственно в момент ее подачи в цилиндры (в системах впрыска) — главное то, что топливо подается вместе с воздухом, а поджигается и сгорает относительно гомогенная топливо-воздушная смесь.
       В дизельном двигателе подача топлива и воздуха происходит раздельно. Вначале в цилиндр всасывается воздух, затем он сжимается, и только после этого впрыскивается топливо, поэтому говорить о гомогенной топливо-воздушной смеси не приходится. Впрыск производится в конце такта сжатия, топливо и воздух фактически не смешиваются друг с другом, горение происходит на фронте впрыскиваемой в сжатый воздух струи топлива (рис. 1).
       Самовоспламенение топлива сопровождается резким, скачкообразным повышением давления в цилиндре — этим объясняется обычно шумная, жесткая работа дизельного двигателя. В низкооборотных дизелях с большим рабочим объемом, которые используются на грузовиках, этот недостаток проявляется в меньшей степени, и с ним мирятся. В дизелях легковых автомобилей от него пытаются избавиться применением форкамеры, или предкамеры, — небольшого отсека камеры сгорания, в который впрыскивается топливо. Там оно воспламеняется, частично перемешивается с воздухом, после чего горящая смесь распространяется по основному объему цилиндра.
       Этот способ несколько уменьшает жесткость работы двигателя, но снижает его тепловую эффективность и топливную экономичность, поэтому в современных дизелях легковых автомобилей от форкамеры отказываются. Примером может служить 2,5-литровый дизель с турбонаддувом, который в 1990 г. был применен на Audi 100. Двигатель с прямым впрыском, 5-цилиндровый, 120 л. с. и 265 Нм (2250 об./мин.). Расход топлива 5,7 л/100 км. Для более плавного воспламенения топлива использованы двухступенчатый впрыск и сложная электронная схема управления.
       Более свежий пример — 1,9-литровый атмосферный дизель с непосредственным впрыском мощностью 64 л. с., который Volkswagen собирается показать на Женевском салоне в этом году на Golf SDI. Отказ от форкамеры позволил на 12% улучшить и так неплохую экономичность двигателя: расход топлива составляет 4,9 л/100 км. Автомобиль Golf SDI с этим дизелем развивает скорость 156 км/час и разгоняется до сотни за 17,6 сек. (11,2 сек. до 80 км/час). Этот же дизель в турбированном варианте развивает мощность уже 90 л. с., потребляет 5,2 л/100 км и разгоняет Golf Cabrio TDI до 100 км/час за 13,3 сек. (8,8 сек. до 80 км/час). Максимальная скорость — 172 км/час.
       Очевидное отличие дизельных двигателей от бензиновых — используемое топливо. Дизельное топливо, в просторечии солярка или ДТ, — тяжелая керосино-газойлевая фракция нефти C10 — C14 (у бензинов C6 — C8). Характерной особенностью дизелей является наличие твердых частиц в отработавших газах. Из-за гетерогенности процесса горения на поверхности отдельных частиц топлива всегда наблюдается некоторый недостаток кислорода, в результате чего вместо их окисления происходит частичное термическое разложение с образованием твердых продуктов — сажи. Для хорошего сжигания дизельного топлива требуется значительное, даже избыточное количество воздуха.
       Ну и наконец, еще одна особенность — степень сжатия у дизеля в 2 раза выше, чем у бензинового двигателя. Высокая, не менее 14, степень сжатия необходима для того, чтобы температура воздуха в цилиндре поднялась до величины, достаточной для воспламенения топлива. Обычно в дизелях степень сжатия составляет 21-22 и ограничивается лишь прочностными характеристиками двигателя.
       Стоит отметить, что устройства для подачи топлива в дизельных двигателях значительно сложнее, чем в бензиновых. Их сложность определяется прежде всего тем, что приходится впрыскивать очень маленькие, всего несколько миллиграмм, порции топлива в среду с высоким давлением. Эти порции должны быть очень точно отмерены — именно количеством подаваемого топлива управляется работа дизеля. Для этого нужны быстродействующие и точные форсунки. Высокая степень сжатия дизеля требует применения соответствующих топливных насосов — давление в сопле форсунки должно достигать нескольких сотен бар. Все это усложняет и ощутимо удорожает систему подачи топлива и, соответственно, сам дизельный двигатель.
       Надо еще учесть, что почти все дизели до сих пор оснащаются механическими устройствами впрыска, ненамного отличающимися от тех, которые Bosch GmbH начала выпускать в 1927 году. Они уже почти изжили себя и скоро будут вытесняться гораздо более сложными устройствами с электронным управлением, индивидуальными для каждого цилиндра топливными насосами, совмещенными с форсунками, различными датчиками. Понятно, что стоимость таких систем тоже будет расти.
       К числу недостатков дизелей обычно относят большую шумность, более высокую стоимость и, главное, меньшую, при том же рабочем объеме, мощность.
       С шумностью пытаются справиться совершенствованием конструкции дизеля, изменением элементов его подвески, поговаривают даже о том, что двигатель можно капсулировать звукопоглощающим материалом. Стоимость — понятие относительное: заплатив за автомобиль больше при покупке, можно сэкономить на эксплуатации — это надо подсчитывать в каждом конкретном случае. А что касается мощности, то способ ее повышения известен — наддув.
       
Турбодизель
       Применение наддува в дизельном двигателе преследует ту же основную цель, что и в бензиновом — увеличить количество топлива, сжигаемого в единицу времени. Устройство и работу различных типов нагнетателей воздуха мы рассматривали в первой части статьи. Все они могут быть применены и на дизельном двигателе. Из графика, приведенного на рис. 2, следует, что механический нагнетатель Comprex обеспечивает наибольшее увеличение крутящего момента двигателя, особенно на низких, около 2000 об./мин., частотах вращения, но общая характеристика при этом получается слишком острой. Нагнетатель Roots придает 1,2-литровому дизелю практически такую же характеристику крутящего момента, как у 1,6-литрового атмосферного бензинового двигателя. Характеристика, которую обеспечивает турбокомпрессор, занимает промежуточное положение: она достаточно плоская, а на средних (2000-4000 об./мин.) частотах вращения крутящий момент даже больше, чем с нагнетателем Roots.
       Механические нагнетатели сложнее и дороже, кроме того, благодаря некоторым особенностям работы дизеля к нему легче всего удается приспособить именно турбокомпрессор.
       Во-первых, как уже указывалось, подача воздуха в дизеле не связана с подачей топлива и не требует тонкой регулировки — чем больше воздуха, тем лучше. Во-вторых, диапазон рабочих оборотов — от холостых до максимальных — у дизеля меньше, соответственно, проще осуществляется управление турбокомпрессором, с этим вполне справляется обычный перепускной клапан в турбине. Кроме того, благодаря высокой степени сжатия давление отработавших газов дизеля в 1,5-2,5 раза выше — это делает эффективней работу турбины на низких оборотах.
       Все это объясняет, почему практически все, по крайней мере европейские, производители для наддува дизельных двигателей применяют именно турбокомпрессор. Исключением является, пожалуй, только японская Mazda, которая на модели 626 Wagon предлагает 4-цилиндровый дизель с нагнетателем Comprex, характеристики которого не особенно впечатляют: при объеме 1998 см куб. мощность и крутящий момент, соответственно, 75 л. с. (4000 об./мин.) и 169 Нм (2000 об./мин.).
       Есть и другие факторы, облегчающие применение наддува на дизелях. В отличие от бензиновых двигателей, где из-за опасности детонации степень сжатия при турбировании приходится уменьшать примерно на 20%, дизели к детонации не склонны, поэтому при применении наддува степень сжатия приходится снижать незначительно, всего на несколько процентов, а иногда можно обойтись и без этого.
       
Эксплуатация: плюсы и минусы
       К числу несомненных достоинств дизельных двигателей, как атмосферных, так и турбированных, относятся меньший, чем в бензиновых, расход топлива (примерно на 30%), нетребовательность к качеству топлива и экологическая чистота выхлопа. Дизельное топливо к тому же на 20-30% дешевле, хотя это сильно зависит от страны или региона.
       Меньшая мощность дизелей с успехом компенсируется, как мы видели, применением наддува. На рис. 2 видно, что 1,2-литровый турбодизель по мощностным характеристикам эквивалентен 1,6-литровому атмосферному бензиновому двигателю.
       В целом дизельный двигатель долговечен — его ресурс обычно на 20-30% больше, чем у бензинового. При турбировании ресурс, естественно, уменьшается, но не так сильно, как у бензинового, всего лишь на 10-20%. Иногда, как бы странно это ни звучало, турбирование может даже увеличить ресурс, например, при постоянной эксплуатации автомобиля в высокогорных районах, где атмосферному дизелю не хватает воздуха — наддув оптимизирует сгорание и позволяет избавиться от жесткой работы двигателя, снижая тем самым ударные нагрузки на его узлы и детали.
       Благодаря простоте схемы управления турбокомпрессором повышается надежность и снижаются расходы на обслуживание.
       В эксплуатации дизельных автомобилей есть некоторые особенности — неважно, турбирован их двигатель или нет. Главная из них — зимний запуск. По традиции многие считают, что дизель на морозе не запустишь. Это не так — если автомобиль рассчитан на эксплуатацию при низких температурах. Двигатель, например, Peugeot 405 при использовании соответствующего масла, зимней солярки и встроенных свечей накаливания для подогрева зоны впрыска пускается при температуре -32°С — доказано практикой. А вот в инструкции по эксплуатации Chevrolet Suburban с 6,5-литровым турбодизелем, который тоже оснащен свечами накаливания, уже при -18°С предлагается пользоваться электрическим нагревателем блока цилиндров с внешним, из розетки, питанием.
       Еще одна проблема, на которую иногда жалуются, — это загрязнение форсунок от плохой солярки. Но эта же проблема возникает и в бензиновых двигателях с системами впрыска топлива. Решить ее позволяет периодическая, строго по инструкции или даже чаще, замена топливного фильтра. Заодно это продлит и срок службы плунжерных пар.
       И наконец, стоимость. Как уже говорилось, дизель дороже. Но по сравнению со стоимостью самого двигателя стоимость турбокомпрессора относительно невелика, поэтому турбирование дизеля, значительно улучшая потребительские качества автомобиля, лишь ненамного увеличивает его цену.
       В таблице 2 приведены некоторые характеристики автомобиля Peugeot 306 XT, оснащенного разными двигателями — двумя бензиновыми с впрыском и турбодизелем примерно такой же мощности. Сравнение характеристик показывает, что турбодизельный вариант ни в чем не уступает бензиновым. Действительно, турбодизельная версия стоит дороже на $1000. Но подсчитано, что на ее эксплуатации, например, в Германии в год при пробеге 20 тыс. км экономится DM900. Для России годовая экономия только на топливе составила бы $250-300. С учетом долговечности дизельного двигателя и меньших расходов на его эксплуатацию первоначальные дополнительные затраты окупятся за 2-3 года.
       Некоторые могут возразить, что через такой срок автомобиль уже пора менять. Наверное, это правильно. Но не всем по карману. Да и покупать дизельный или турбодизельный автомобиль будут не любители острой спортивной езды, у которых машина все равно долго не живет, а те, кто предпочитает экономичность и надежность, пусть даже и несколько медлительную.
       
Виталий Струговщиков
       
Таблица 1.
       Характеристики Volkswagen Passat GT TDI
       


Двигатель турбодизель
Рабочий объем (см куб. ) 1898
Мощность (л. с.) 90 (4000 об./мин.)
Крутящий момент (Нм) 202 (1900 об./мин.)
Вес (кг) 1343
Максимальная скорость (км/ч) 178
Разгон от 0 до 100 км/час с 13,9
переключением передач (сек.)
Разгон от 60 до 100 км/ч на 11,6
4-й передаче (сек.)
Расход топлива (л/100 км) 5,0-8,8
Уровень шума в салоне при 100 км/ч (дБ) 67
Цена в Германии (DM) 43600
       
       
Таблица 2.
       Характеристики Peugeot 306 XT
       
Модель Peugeot 306 XT 1.6i Peugeot 306 XT 1.8i Peugeot 306 XTDT
Двигатель бензиновый с бензиновый с турбодизель
впрыском впрыском
Рабочий объем (см куб.) 1587 1762 1905
Степень сжатия 9,6 9,25 21,8
Мощность (л. с.) 88 (5600 об./мин.) 101 (6000 об./мин.) 92 (4000 об./мин.)
Крутящий момент (Нм) 135 (3000 об./мин.) 153 (3050 об./мин.) 196 (2250 об./мин.)
Полная масса (кг) 1570 1590 1630
Разгон от 0 до 100 км/ч 12,9 12,3 12,4
(сек.)
Максимальная скорость 180 185 180
(км/ч)
Расход топлива по 9,0 10,4 7,5
городскому циклу
(л/100 км)
Каталожная цена (шв. 22950 23500 24950
франки)
       
       
       

Система Twin Turbo — назначение, устройство, принцип работы. Отличие biturbo от twinturbo Что такое твин турбо и битурбо

Основной проблемой использования турбонаддува является инерционность системы или возникновение так называемой «турбоямы» (временная задержка между увеличением оборотов двигателя и фактическим увеличением мощности). Для ее устранения была разработана схема с использованием двух , получившая наименование TwinTurbo. У некоторых производителей эта технология также известна как BiTurbo, но отличия конструкций заключается только в коммерческом названии.

Особенности работы Твин Турбо

Система наддува TwinTurbo

Системы с двумя компрессорами применяются и на дизельных, и на бензиновых двигателях. Однако для последних требуется использование более качественного топлива с высоким октановым числом, что позволяет снизить вероятность детонации (негативное явление возникающее в цилиндрах двигателя, разрушающее цилиндро-поршневую группу).

Помимо основной функции уменьшения времени турбозадержки, схема Твин Турбо позволяет получить более высокую , снижает расход топлива и сохраняет максимальный крутящий момент в широком диапазоне оборотов. Это достигается использованием различных схем подключения компрессоров.

Виды схем наддува с двумя турбокомпрессорами

В зависимости от способа подключения пары турбокомпрессоров различают три основных схемы системы TwinTurbo:

  • параллельная;
  • последовательная;
  • ступенчатая.

Параллельная схема подключения турбин

Предусматривает подключение двух одинаковых турбокомпрессоров, работающих параллельно (одновременно). Сущность применения конструкции заключается в том, что две меньших по объему турбины имеют меньшую инерционность, чем одна большая.

Перед подачей в цилиндры воздух, нагнетаемый обоими турбокомпрессорами, поступает в один впускной коллектор, где смешивается с топливом и распределяется в камеры сгорания. Эта схема чаще используется на дизельных двигателях.

Последовательное включение


Последовательная схема подключения Твин Турбо

Последовательно-параллельная схема предполагает установку двух одинаковых турбин. Одна работает постоянно, а вторая подключается при повышении оборотов двигателя, увеличении нагрузки или других особых режимах. Переключение режимов работы осуществляется с помощью клапана, приводимого в действие ЭБУ двигателя автомобиля.

Эта система прежде всего ориентирована на устранение турбоямы и получение более плавной динамики разгона автомобиля. По аналогичной схеме работают системы с тройным турбонаддувом TripleTurbo.

Ступенчатая схема

Ступенчатая схема Битурбо

Двухступенчатый турбонаддув представляет собой два турбокомпрессора разного размера, которые установлены последовательно и подключены к впускному и выпускному каналам. Последние оснащены перепускными клапанами, регулирующими потоки воздуха и отработавших газов. Ступенчатая схема имеет три режима работы:

  • При малых оборотах двигателя клапаны находятся в закрытом положении. Отработавшие газы проходят через обе турбины. Поскольку давление газов низкое, крыльчатки большой турбины практически не вращаются. Воздух проходит через обе ступени компрессоров, получая минимальное избыточное давление.
  • При увеличении оборотов двигателя клапан отработавших газов начинает открываться, что приводит в движение большую турбину. Больший компрессор сжимает воздух, после чего он направляется на малое колесо, где производится дополнительное сжатие.
  • Когда двигатель работает на максимуме оборотов, оба клапана полностью открыты, что направляет поток отработавших газов напрямую на большую турбину, воздух проходит через больший компрессор и сразу отправляется к цилиндрам двигателя.

Ступенчатая схема наиболее часто применяется для автомобилей с дизельными двигателями.

Преимущества и недостатки двойного турбонаддува

В настоящее время TwinTurbo в основном устанавливается на мощных автомобилях. Применение этой системы позволяет добиться такого преимущества как обеспечение максимального крутящего момента в широком диапазоне оборотов двигателя. Также благодаря двойному турбонаддуву достигается увеличение мощности при относительно небольших габаритах двигателя, что делает его более экономичным по сравнению с атмосферным двигателем.

К основным недостаткам БиТурбо можно отнести высокую стоимость, что обусловлено сложностью конструкции. Так же, как и с классической турбиной, системы с двумя турбокомпрессорами нуждаются в более бережном отношении, качественном топливе и своевременной замене масла.

Твинтурбо и битурбо в чем разница и какие отличия

Вы не раз слышали названия твинтурбо (twinturbo) и битурбо (biturbo), но в чем же разница? А разницы на самом деле никакой! Твин-турбо и Би-Турбо – это все маркетинговые уловки и различные названия для одной и той же системы турбонаддува. Кстати, почитайте полезную статью Кости Неклюдина о плюсах и минусах различных систем турбонаддува​

Вопреки убеждениям некоторых «экспертов» название системы битурбо или твинтурбо не отображают схему работы турбины – параллельную или последовательную (секвентальную).

Например, у автомобиля Mitsubishi 3000 VR-4 система турбонаддува носит название TwinTurbo (твинтурбо). В автомобиле стоит двигатель V6 и у него две турбины, каждая из которых использует энергию выхлопных газов из своих трех цилиндров, но задувают они в один общий впускной коллектор. У, например, немецких автомобилей есть схожие по рабочему принципу системы, но называются они не твинтурбо (twinturbo), а БиТурбо (BiTurbo).

На автомобиле Toyota Supra с рядной шестеркой установлены две турбины, система турбонаддува называется TwinTurbo (твинтурбо), но работают они в особой последовательности, включаясь и выключаясь с помощью специальных перепускных клапанов. На автомобиле Subaru B4 тоже стоят две турбины, но работают они последовательно: на низких оборотах дует маленькая турбина, а на высоких, когда та не справляется, подключается вторая турбина большего размера.

Давайте теперь по порядку разберем обе системы би-турбо (biturbo) и твинтурбо (twinturbo), а точнее, что о них пишут в «этих ваших интернетах»:

Би-турбо (biturbo) – система турбонаддува, представляющая собой две последовательно включаемых в работу турбин. В системе битурбо используют две турбины, одну малого размера, а вторую большего размера. Маленькая турбина раскручивается быстрее, но на высоких оборотах двигателя маленькая турбина не может справиться с компрессией воздуха и созданием нужного давления. Тогда подключается большая турбина, добавляющая мощный заряд сжатого воздуха. Следовательно, минимизируется задержка (или турболаг), образуется ровная разгонная динамика. Системы битурбо весьма не дешевое удовольствие и обычно устанавливаются на автомобили высокого класса.

Система битурбо (bitrubo) может быть установлена как на двигатель V6, где каждая турбина будет установлена со своей стороны, но с общим впуском. Либо на рядном моторе, где установка турбины осуществляется по цилиндрам (напр, 2 для малой и 2 для больщой турбины), так и секвентально, когда на выпускном коллекторе сначала устанавливается большая трубина, а потом маленькая.

Твин-турбо (twinturbo) – данная система отличается от би-турбо тем, что нацелена не на снижения турбо-лага или выравнивание разгонной динамики, а на увеличение производительности. В системах твинтурбо (twinturbo) применяются две одинаковые турбины, соответственно производительность такой системы турбонаддува эффективней, чем системы с одной турбиной. К тому же, если применить 2 небольших турбины, схожих по производительности с одной большой, то можно снизить нежелаемый турболаг. Но это не значит, что никто не использует две больших турбины. Например, в серьезном драге могут использоваться две больших турбины для еще большей производительности. Система твин-турбо может работать как на V-образных моторах, так и на рядных. Последовательность включения турбин может варьироваться, как и на битурбо системах.

А вообще для еще большего веселья никто вам не мешает воткнуть сразу 3 (!) турбины или более. Цель преследуется такая же, как и для твинтурбо. Должен заметить, что такое зачастую применяется в драг рейсинге и никогда на серийных автомобилях.

Кстати, почитайте полезную статью Кости Неклюдина о плюсах и минусах различных систем турбонаддува

Любите турбо или у вас автомобиль с турбонаддувом? Тогда вступайте в нашу группу!

На современных автомобилях нередко применяется турбонаддув — он позволяет повысить мощность двигателя благодаря увеличению количества топлива, впрыскиваемого в цилиндр за один цикл. Ещё с середины XX века существуют автомобили, в которых используются сразу две турбины — такую компоновку называют Twinturbo, Biturbo, Double Turbo и другими словами. Нередко можно встретить информацию о принципиальных различиях Твинтурбо и Битурбо — в отдельных статьях приводятся определения и сущность уникальных конструктивных элементов. Попробуем разобраться в компоновке этих систем и мы.

Турбонаддув всё чаще применяют для повышения мощности двигателя

Самый интересный момент в этой проблеме заключается в том, что принципиальных отличий как раз не существует. Biturbo и его аналог Twinturbo являются просто альтернативными названиями одинаковых систем наддува с двумя компрессорами. Причём как Biturbo, так и Twinturbo предполагают использование различных вариаций технической части.

Различные названия были придуманы маркетологами известных автомобильных производителей, чтобы выделить свою продукцию среди множества аналогичных машин, построенных с применением той же компоновки. Интересно, что японцы предпочитать свои сдвоенные турбокомпрессоры Twinturbo, тогда как европейские компании пишут Biturbo — так сложилось исторически. В нашу страну поступают машины из обеих частей света, поэтому что название Biturbo, что Twinturbo знакомы отечественному потребителю. Поэтому спор о различиях между названиями турбокомпрессоров можно считать несостоятельным — а вот узнать о принципиально разных системах, используемых в международной практике, будет интересно.

Если вы знаете, что такое турбонаддув, то поймёте, что в установке двух турбокомпрессоров есть свои сложности. Обе турбины системы Biturbo приходится устанавливать на одну выхлопную магистраль, причём между ними должно сохраняться определённое расстояние. Проблема заключается в том, что дальний турбокомпрессор будет получать меньше энергии и работать не столь эффективно. В середине XX века эту проблему решали достаточно просто — вторая турбина в компоновке Twinturbo имела отличающиеся характеристики подшипников и форму крыльчатки. За счёт этого удавалось синхронизировать работу двух агрегатов и существенно повышать мощность двигателя при помощи системы Biturbo.

Система Biturbo используется всё реже

Однако практика показала, что последовательная компоновка Twinturbo имеет несколько важных недостатков:

  • Наличие серьёзной «турбоямы», то есть диапазона оборотов, в котором турбины попросту не работают;
  • Достаточно большое время отклика на подачу газа;
  • Ускоренный износ ближней турбины;
  • Неудобство установки на V-образные моторы.

Проблему пытались решить различными способами. Однако наиболее элегантное и эффективное инженерное решение предложила компания Toyota, которая сделала включение турбокомпрессоров своего варианта Biturbo. На низких оборотах клапаны закрыты и выхлопные газы проходят только через небольшую первую турбину, легко раскручивая её и обеспечивая ранний выход из «турбоямы». После достижения 3500 об/мин, когда давление газов уже становится избыточным, электроника открывает специальную заслонку, и горячий поток устремляется ко второму турбокомпрессору большего размера, обеспечивая существенный прирост мощности двигателя.

Однако с массовым распространением V-образных моторов последовательная система Biturbo стала применяться всё реже, поскольку использовать её было неудобно с конструктивной точки зрения. Приблизительно в начале 80-х была предложена альтернативная компоновка Twinturbo, в которой каждая турбина была закреплена за несколькими цилиндрами двигателя — как правило, речь шла о той или иной «половинке» блока. Турбокомпрессоры могли располагаться намного ближе к впускному и выпускному коллектору, что существенно уменьшило уровень механических и аэродинамических потерь, а также повысило мощность двигателя. Кроме того, параллельная система Biturbo, использующая компактные турбины, позволила избавиться от «турбоямы» и сделать мотор очень чувствительным к изменению подачи топлива.

В большинстве случаев параллельная схема Twin Turbo предполагает использование общего впускного коллектора, что упрощает её и делает менее затратной в обслуживании, но ограничивает динамический потенциал автомобиля. Поэтому в качестве альтернативы была предложена компоновка Biturbo с раздельными впускными трактами и коллекторами. Помимо прочего, это позволило адаптировать систему для использования на компактных рядных моторах, которые ранее оснащались исключительно двумя турбокомпрессорами, расположенными последовательно.

Однако наиболее интересную схему Twinturbo предложила компания BMW — её отличие заключалось в расположении турбин в развале V8, а не по сторонам от блока цилиндров. Причём каждый из турбокомпрессоров был запитан от цилиндров, находящихся по обе стороны двигателя! Несмотря на огромные сложности, которые пришлось преодолеть инженерам, результат превзошёл все ожидания. Такая оригинальная система Biturbo уменьшила протяжённость «турбоямы» на 40% без снижения надёжности узла. Кроме того, существенно повысилась стабильность работы двигателя и уменьшилась интенсивность его вибраций.

Иногда с компоновкой Twinturbo путают турбину Twinscroll. Последняя предполагает использование одной турбины, имеющей два канала и два участка крыльчатки с разной формой лопастей. На низких оборотах открывается клапан, ведущий к меньшей крыльчатке — в результате турбокомпрессор разгоняется достаточно быстро и обеспечивает прирост мощности без «турбоямы». Однако с повышением скорости вращения коленвала давление выхлопных газов становится избыточным и открывается второй клапан — теперь используется только большая крыльчатка. Как следствие, автомобиль получает дополнительный рост производительности.

Конечно, такая система имеет несколько меньшую эффективность, чем классическая Biturbo. Однако в сравнении с одной турбиной тяговые возможности двигателя всё же возрастают. Конечно, компоновка Twinscroll сложна в производстве и считается достаточно ненадёжной. Однако в настоящее время её очень часто применяют в мощных автомобилях — в том числе и в составе системы Biturbo.

Если вы знаете, чем отличается механический компрессор от турбины, то поймёте, почему эти две системы считаются несовместимыми — первый приводится от коленвала, тогда как турбокомпрессор использует энергию выхлопных газов и совместить их практически невозможно. Однако для инженеров Volkswagen нет ничего невозможного — в свой вариант системы Twinturbo они включили оба узла. Турбина работает постоянно, тогда как компрессор помогает устранить «турбояму» на низких оборотах. Впоследствии он отключается, но при резком нажатии педали газа вновь вступает в действие, улучшая реакцию двигателя на подачу топлива.

Результатом использования такого варианта Biturbo стало значительное повышение мощности, достижение предела крутящего момента на малых оборотах, ускорение набора оборотов, а также уменьшение времени отклика на нажатие педали газа. Разница с простым Twinturbo для водителя практически незаметна — он чувствует лишь легко прогнозируемую мощную динамику и не отвлекается на провалы мощности либо иные проблемы. Однако система, разработанная Volkswagen, оказалась очень сложной в производстве и ненадёжной. Поэтому в настоящее время на машинах брендов, входящих в группу компаний, использует только один из двух вариантов наддува.

Резюмируя вышесказанное, можно сделать вывод о том, что отличия Twinturbo от Biturbo заключаются только в названии. Если же вас действительно интересуют различные системы наддува, вам стоит обратить внимание на параллельные и последовательные компоновки. Кроме того, нелишним будет более подробно ознакомиться с отличиями турбокомпрессора от механического наддува и плюсами их совместного применения.

Как работают двигатели Biturbo и Twin Turbo в автомобилях?

В дословном переводе с английского языка словосочетание twin-turbo обозначает «двойное турбо» или «удвоенное турбо». Правильными являются оба варианта перевода. Теперь давайте оставим лингвистический аспект и изучим подробно техническую сторону данного вида турбонаддува.

Для того, чтобы добиться заметного увеличения мощности двигателя в его конструкцию устанавливают турбину. Twin-Turbo является одним из видов турбосистемы автомобиля и именно на нем мы и остановим наше внимание. Твин турбо подразумевает установку сразу двух одинаковых турбин, которые многократно увеличивают производительность всей системы турбонаддува. Подобная компоновка намного эффективней турбосистемы, в работе которой используется только одна турбина.

Изначально битурбо было спроектировано для решения главной проблемы всех надувных двигателей – устранение так называемой «турбоямы». Это явление проявляется в снижении эластичности и резком падении мощности двигателя на низких оборотах. Все это происходит в момент, когда турбина двигателя под давлением выхлопных газов не успевает раскрутиться до оптимальных оборотов.

Впоследствии было замечено, что сдвоенные турбины позволяют существенным образом расширить диапазон оборотов номинального крутящего момента, повысив тем самым максимальную мощность, одновременно сократив общий расход топлива.

Знаете ли Вы? Эксклюзивный суперкар Bugatti Veyron оснащен сразу четырьмя турбинами, а такая система турбонаддува получила соответствующее название — Quad-Turbo.

Существует несколько основных видов системы Twin-Turbo: параллельная, последовательная и ступенчатая. Каждый вид турбонаддува характеризуется собственной геометрией, принципом работы и выдаваемыми динамическими характеристиками.

Это относительно простой тип турбосистемы, конструкция которого включает симметричную пару одновременно работающих компрессоров. Благодаря такой синхронизации достигается равномерное распределение входящего воздуха.

Зачастую данная схема применяется в дизельных V-образных двигателях, где каждый компрессор отвечает за подачу воздуха во впускной коллектор своей группы цилиндров.

Уменьшение инертности достигается путем снижения массы ротора турбины, поскольку 2 небольших компрессора создают большее давление, раскручиваясь при этом значительно быстрее, чем один большой и более производительный компрессор. В итоге значительно уменьшается та турбояма, о которой говорилось выше, а двигатель выдает лучшие характеристики во всем диапазоне оборотов.

Данный тип подразумевает компоновку, состоящую из двух соизмеримых компрессоров, которые при этом могут иметь разные характеристики и работать в дополняющем режиме. Более легкий и быстрый нагнетатель работает в непрерывном режиме, устраняя тем самым глубокую и широкую турбояму. Второй нагнетатель по специальным сигналам электроники контролирует обороты двигателя и включается при более тяжелых режимах работы двигателя, обеспечивая таким образом максимальный показатель мощности и топливной эффективности.

На пиковых режимах работы двигателя включаются сразу 2 турбины, работая в паре. Подобная схема может применяться на двигателях с любым топливным циклом.

Самый сложный и прогрессивный тип турбонаддува, обеспечивающий самый широкий диапазон мощности. Создание необходимого наддува становится возможным благодаря установке двух разновеликих компрессоров, соединенных между собой особой системой bypass-клапанов и патрубков.

Данный тип турбонаддува называется ступенчатым из-за того, что выхлопные газы в минимальных режимах раскручивают малую турбину, а это позволяет двигателю легко набирать обороты и работать с большей эффективностью. При увеличении оборотов происходит открытие клапана, что в свою очередь приводит в движение большую турбину. Но давление, которое она создает необходимо увеличить, что и делает малая турбина.

После достижения максимальных оборотов большая турбина выдает огромное давление, которое превращает малый нагнетатель в аэродинамическое сопротивление. В этот самый момент автоматика открывает перепускной клапан, и сжатый воздух поступает в двигатель, минуя на своем пути малую турбину.

Но вся сложность данной системы в полной мере компенсируется гибкостью работы двигателя и его высочайшими характеристиками.

Какие преимущества использования Twin-Turbo и есть ли недостатки

Несомненным преимуществом системы Twin Turbo является большая мощность при сравнительно небольшом рабочем объеме двигателя. Сюда же относится высокий крутящий момент и отличная динамика автомобиля, оснащенным Twin-Turbo. Двигатель с двумя турбинами намного экологичнее, чем обычный, поскольку турбонаддув позволяет топливу намного эффективнее сгорать в системе цилиндров.

Из недостатков битурбо можно выделить сложность эксплуатации такой системы. Силовая установка становится более чувствительной к качеству топлива и моторного масла. Турбированные двигатели нуждаются в специальном масле, так как без него заметно уменьшается срок службы масляного фильтра. Высокие температуры, в которых работают турбины негативно сказываются на всем двигателе автомобиля.

Главный недостаток системы Twin-Turbo – это большой расход топлива. Для создания топливовоздушной смеси в цилиндрах необходим большой объем воздуха, что влечет увеличение подачи горючего.

Турбины довольно быстро изнашиваются, если при остановке авто сразу же глушить двигатель. Чтобы продлить срок эксплуатации Twin-Turbo следует давать двигателю поработать некоторое время на холостых оборотах, охладив таким образом турбины, а только после этого можно смело доставать ключ зажигания.

Помните! Twin-Turbo – это сложная и весьма чувствительная система турбонаддува, которая нуждается в бережном отношении и качественных комплектующих. Соблюдение этих простых правил позволяет максимально насладиться скоростью и динамикой автомобиля.

Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Вконтакте и Instagram: все самые интересные автомобильные события в одном месте.

Была ли эта статья полезна?

Би-турбо (Bi-Turbo) и Твин-турбо (Twin-Turbo), двойной наддув – различия. Так отличаются или нет?

Турбированные двигатели не так просты, как кажется, рядом с этой темой витает много непоняток и неопределенностей. Одна из таких – про два строения «би-турбо» и «твин-турбо». Не так давно сам лично был свидетелем разговора двух автовладельцев, один заверял — что разница есть, а вот другой – что отличий нет! Так в чем же правда? Действительно, чем отличаются эти два строения ТУРБО моторов, давайте разбираться …

Если честно, то разница, конечно — будет, но она не будет носить категорический характер! Лишь потому что названия взяты у разных производителей, которые устанавливают свои агрегаты с различной компоновкой и строением.

Однако и система «Би-турбо» и «Тви-нтурбо» — по сути одно и тоже. Если взять английский язык и посмотреть на обозначение, Bi-Turbo и Twin-Turbo, можно увидеть две приставки «Bi» и «Twin» — если грубо перевести то получается – «ДВА» или «ДВЕ». Не что иное — как обозначение наличия двух турбин на двигателе, причем и одно и другое название можно применять к одному и тому же двигателю, то есть они абсолютно — взаимозаменяемые. Эти названия не несут в себе какие-то технические различия, так что это «голый маркетинг».

Сейчас может возникнуть вопрос, а вообще зачем? Все просто есть всего два вопроса, которые они призваны решать:

  • Устранение турбоямы, можно сказать, что это первоочередная проблема.
  • Увеличение мощности.
  • Строение двигателя.

Начну, пожалуй, с самого простого пункта – это строение двигателя. Конечно, легко ставить одну турбину, когда у вас есть рядный двигатель на 4 или 6 цилиндров. Глушитель то один. Но вот что делать, когда у вас скажем V образный мотор? И по три – четыре цилиндра на каждую строну, тогда и глушителя два! Вот и ставят на каждый по турбине, средней или малой мощности.

Устранение турбоямы – как я уже писал сверху, это задача номер «1». Все дело в том что у турбированного мотора, есть провал — когда вы нажимаете на газ, отработанным газам нужно пройти и раскрутить крыльчатку турбины, именно это время и «проседает» мощность, это может быть от 2 до 3 секунд! А если вам на скорости нужно сделать обгонный маневр – это не безопасно! Вот и устанавливают различные турбины, а зачастую компрессор + турбина. Один работает на низких оборотах, то есть на старте, чтобы избежать «турбоямы», вторая – на скорости когда нужно оставить тягу.

Увеличение мощности – это самый банальный случай. То есть для увеличения мощности мотора, к маломощной турбине устанавливают еще одну мощную, таким образом — дуют они две, что значительно повышает производительность. Кстати на некоторых гоночных машинах, есть и три и даже четыре турбины, но это очень сложно и в серию, как правило не идет!

Вот собственно и решения, для которых применяют «ТВИНТУРБО» или «БИТУРБО» и знаете это реально выход, от избавления от турбоямы и увеличения мощности.

Сейчас на многих авто применяются всего два основных строения — расположения двух турбин. Это параллельное и последовательное (известное еще как секвентальное).

Например, некоторые Мицубиши имеют именно «ТВИНТУРБО», но параллельную работу, как я уже отмечал сверху, это две турбины на агрегате V6, по одной на каждую сторону. Дуют они в общий коллектор. А вот например на некоторых АУДИ, также есть параллельная работа на двигателе V6, но название «БИТУРБО».

На автомобилях Тойота в частности на «СУПРА», стоит рядная шестерка, однако тут также есть два наддува – работают они в хитром порядке, могут работать сразу два, могут один работает, другой нет, могут включаться попеременно. Все зависит от вашей манеры езды – добиваются такой работы «хитрыми» перепускными клапанами. Вот вам последовательно-параллельная работа.

Как и на некоторых автомобилях СУБАРУ – первая (малая) нагнетает воздух на низких оборотах, вторая (большая) подключается только тогда, когда обороты значительно выросли, вот вам и параллельное включение.

Так разница все же есть или отличий вообще нет? Знаете негласно, производители все же отличают эти два строения, давайте подробнее.

Как правило, это два последовательно включаемых турбины в работу. На ярком примере СУБАРУ – одна малая и затем другая большая.

Малая раскручивается намного быстрее, потому как не обладает большой инерционной энергией – логично она включается в работу на низах, то есть первой. Для малых скоростей и до невысоких оборотов этого вполне достаточно. Но при больших скоростях и оборотах этот «малыш» практически бесполезен, тут нужна подача, куда большего объема сжатого воздуха – включается вторая более тяжелая и мощная турбина. Которая дает нужную мощность и производительность. Что дает такое последовательное размещение в BI-TURBO? Это почти исключение турбоямы (комфортное ускорение) и высокая производительность на высоких скоростях, когда тяга остается даже на скоростях за 200 км/ч.

Нужно отметить, что могут быть установлены как на V6 агрегат (с каждой стороны по своей турбине), так и на рядную версию (здесь могут разделить выпускной коллектор, например с двух цилиндров дует одна, с других двух другая).

Минусами можно назвать высокую стоимость и работы по настройки такой системы. Ведь здесь применяются тонкие настройки перепускных клапанов. Поэтому установка обусловлена на дорогих спортивных машинах, таких как ТОЙОТА СУПРА, либо на авто элитного класса – МАЗЕРАТТИ, АСТОН МАРТИН и т.д.

Здесь в основном стоит задача не избавиться от «турбоямы», а максимально повысить производительность (нагнетание сжатого воздуха). Как правило работает такая система на высоких оборотах, когда один нагнетатель не может справиться с возросшей на него нагрузкой, поэтому устанавливается (параллельно) еще один такой же. Вместе они нагнетают воздуха в два раза больше, что даете почти такой же прирост производительности!

Но как же «турбояма», что она здесь свирепствует? А вот и нет, ее тоже эффективно побеждают только немного другим способом. Как я уже говорил, малые турбины гораздо быстрее раскручиваются, так вот представьте – меняют 1 большую, на 2 малых – производительность практически не падает (работают параллельно), а вот «ЯМА» уходит потому как реакция быстрее. Поэтому, получается, создать нормальную тягу, с самого низа.

Установка может быть как на рядные модели силовых агрегатов, так и на V-образные.

Производство и настройка намного дешевле, поэтому это строение применяется у многих производителей.

Это тоже можно назвать «БИ-ТУРБО» или «ТВИН-ТУРБО» — как хотите. По сути, и компрессор и турбо вариант, делают одну работу, только один (механический) намного эффективнее в низах, другой (от отработанных газов) — в верхах! Про различия наддувов читаем здесь.

Как правило, компрессор устанавливается на ременную передачу от коленчатого вала двигателя, поэтому максимально быстро раскручивается с ним. Тем самым позволяя избегать «ЯМЫ», а вот на высоких оборотах он бесполезен – тут уже вступает турбо вариант.

Этот симбиоз применяется на некоторых немецких машинах, большой плюс компрессора, что у него намного выше ресурс, чем у оппонента!

Сейчас небольшое видео, смотрим

Читайте наш АВТОБЛОГ, подписывайтесь на обновления.

Турбированные двигатели не так просты, как кажется, рядом с этой темой витает много непоняток и неопределенностей. Одна из таких – про два строения «би-турбо» и «твин-турбо». Не так давно сам лично был свидетелем разговора двух автовладельцев, один заверял — что разница есть, а вот другой – что отличий нет! Так в чем же правда? Действительно, чем отличаются эти два строения ТУРБО моторов, давайте разбираться …

Если честно, то разница, конечно — будет, но она не будет носить категорический характер! Лишь потому что названия взяты у разных производителей, которые устанавливают свои агрегаты с различной компоновкой и строением.

Однако и система «Би-турбо» и «Тви-нтурбо» — по сути одно и тоже. Если взять английский язык и посмотреть на обозначение, Bi-Turbo и Twin-Turbo, можно увидеть две приставки « Bi» и « Twin» — если грубо перевести то получается – «ДВА» или «ДВЕ». Не что иное — как обозначение наличия двух турбин на двигателе, причем и одно и другое название можно применять к одному и тому же двигателю, то есть они абсолютно — взаимозаменяемые. Эти названия не несут в себе какие-то технические различия, так что это «голый маркетинг».

Две турбины на двигатель – как и зачем?

Сейчас может возникнуть вопрос, а вообще зачем? Все просто есть всего два вопроса, которые они призваны решать:

  • Устранение , можно сказать, что это первоочередная проблема.
  • Увеличение мощности.
  • Строение двигателя.

Начну, пожалуй, с самого простого пункта – это строение двигателя . Конечно, легко ставить одну турбину, когда у вас есть рядный двигатель на 4 или 6 цилиндров. Глушитель то один. Но вот что делать, когда у вас скажем V образный мотор? И по три – четыре цилиндра на каждую строну, тогда и глушителя два! Вот и ставят на каждый по турбине, средней или малой мощности.

Устранение турбоямы – как я уже писал сверху, это задача номер «1». Все дело в том что у турбированного мотора, есть провал — когда вы нажимаете на газ, отработанным газам нужно пройти и раскрутить крыльчатку турбины, именно это время и «проседает» мощность, это может быть от 2 до 3 секунд! А если вам на скорости нужно сделать обгонный маневр – это не безопасно! Вот и устанавливают различные турбины, а зачастую компрессор + турбина. Один работает на низких оборотах, то есть на старте, чтобы избежать «турбоямы», вторая – на скорости когда нужно оставить тягу.

Увеличение мощности – это самый банальный случай. То есть для увеличения мощности мотора, к маломощной турбине устанавливают еще одну мощную, таким образом — дуют они две, что значительно повышает производительность. Кстати на некоторых гоночных машинах, есть и три и даже четыре турбины, но это очень сложно и в серию, как правило не идет!

Вот собственно и решения, для которых применяют «ТВИНТУРБО» или «БИТУРБО» и знаете это реально выход, от избавления от турбоямы и увеличения мощности.

Про строение

Сейчас на многих авто применяются всего два основных строения — расположения двух турбин. Это параллельное и последовательное (известное еще как секвентальное).

Например, некоторые Мицубиши имеют именно «ТВИНТУРБО», но параллельную работу, как я уже отмечал сверху, это две турбины на агрегате V6, по одной на каждую сторону. Дуют они в общий коллектор. А вот например на некоторых АУДИ, также есть параллельная работа на двигателе V6, но название «БИТУРБО».

На автомобилях Тойота в частности на «СУПРА», стоит рядная шестерка, однако тут также есть два наддува – работают они в хитром порядке, могут работать сразу два, могут один работает, другой нет, могут включаться попеременно. Все зависит от вашей манеры езды – добиваются такой работы «хитрыми» перепускными клапанами. Вот вам последовательно-параллельная работа.

Как и на некоторых автомобилях СУБАРУ – первая (малая) нагнетает воздух на низких оборотах, вторая (большая) подключается только тогда, когда обороты значительно выросли, вот вам и параллельное включение.

Так разница все же есть или отличий вообще нет? Знаете негласно, производители все же отличают эти два строения, давайте подробнее.

БИ-ТУРБО (BI- TURBO)

Как правило, это два последовательно включаемых турбины в работу. На ярком примере СУБАРУ – одна малая и затем другая большая.

Малая раскручивается намного быстрее, потому как не обладает большой инерционной энергией – логично она включается в работу на низах, то есть первой. Для малых скоростей и до невысоких оборотов этого вполне достаточно. Но при больших скоростях и оборотах этот «малыш» практически бесполезен, тут нужна подача, куда большего объема сжатого воздуха – включается вторая более тяжелая и мощная турбина. Которая дает нужную мощность и производительность. Что дает такое последовательное размещение в BI-TURBO? Это почти исключение турбоямы (комфортное ускорение) и высокая производительность на высоких скоростях, когда тяга остается даже на скоростях за 200 км/ч.

Нужно отметить, что могут быть установлены как на V6 агрегат (с каждой стороны по своей турбине), так и на рядную версию (здесь могут разделить выпускной коллектор, например с двух цилиндров дует одна, с других двух другая).

Минусами можно назвать высокую стоимость и работы по настройки такой системы. Ведь здесь применяются тонкие настройки перепускных клапанов. Поэтому установка обусловлена на дорогих спортивных машинах, таких как ТОЙОТА СУПРА, либо на авто элитного класса – МАЗЕРАТТИ, АСТОН МАРТИН и т.д.

ТВИН-ТУРБО (TWIN- TURBO)

Здесь в основном стоит задача не избавиться от «турбоямы», а максимально повысить производительность (нагнетание сжатого воздуха). Как правило работает такая система на высоких оборотах, когда один нагнетатель не может справиться с возросшей на него нагрузкой, поэтому устанавливается (параллельно) еще один такой же. Вместе они нагнетают воздуха в два раза больше, что даете почти такой же прирост производительности!

Но как же «турбояма», что она здесь свирепствует? А вот и нет, ее тоже эффективно побеждают только немного другим способом. Как я уже говорил, малые турбины гораздо быстрее раскручиваются, так вот представьте – меняют 1 большую, на 2 малых – производительность практически не падает (работают параллельно), а вот «ЯМА» уходит потому как реакция быстрее. Поэтому, получается, создать нормальную тягу, с самого низа.

Установка может быть как на рядные модели силовых агрегатов, так и на V-образные.

Производство и настройка намного дешевле, поэтому это строение применяется у многих производителей.

Турбина + компрессор

Это тоже можно назвать «БИ-ТУРБО» или «ТВИН-ТУРБО» — как хотите. По сути, и компрессор и турбо вариант, делают одну работу, только один (механический) намного эффективнее в низах, другой (от отработанных газов) — в верхах! .

На чтение 4 мин.

Борьба за повышение КПД (коэффициент полезного действия) идет с самого появления двигателя внутреннего сгорания как такового. И почти сразу же вслед за ДВС придумали и турбокомпрессоры и просто механические нагнетатели воздуха. Для лучшего понимания стоит знать, что принцип работы двигателя основывается на правильном соотношении топлива и воздуха, что попадает в цилиндры двигателя. Равняется это правильное соотношение 1:14,7. Именно в таком виде обеспечивается качественное распределение смеси по цилиндру и ее сгорание. Установка турбины, или даже двух турбин в виде twin turbo значительно увеличит количество воздуха и давление с которым он будет поступать в двигатель.

Основы

Если дословно перевести twin turbo английского языка, то выйдет или «двойное турбо» или «удвоение турбо». В принципе, правильными являются оба варианта. То есть, из названия можно понять, что имеют место быть не одна, а две турбины. Существует несколько разновидностей способов применения двух нагнетателей одновременно:

  • Ступенчатая.
  • Параллельное.
  • Последовательное.

Любая из систем, так или иначе, управляется электронным блоком управления, без него создать эффективную работу твин турбо будет невозможно. ЭБУ управляет входными датчиками турбокомпрессоров, электрическими системами приводов клапанов управления воздуха, за счет чего происходит очень тонка настройка работы твин турбо.

Параллельный принцип работы

Параллельное твин турбо представляет собой одновременную работу двух турбокомпрессоров, который работают параллельно друг другу. Одинаковая работа двух турбин получается за счет того, что каждая турбина выхватывает одинаковую порцию выхлопных газов. Из каждого компрессора выходит также равное количество воздуха и под равным давлением. Сжатый воздух поступает в общий для них впускной коллектор, где потом уже происходит распределение по цилиндрам. Параллельное twin turbo характерно для V-образных двигателей, особенно для дизельных, где очень важна степень инерционности. Две небольших турбины обеспечивают более меньшую инерционность, нежели одна большая.

Последовательная работа

Смысл работы последовательного twin turbo заключается в том, что турбокомпрессоры работают не одновременно, а последовательно сменяют друг друга. То есть запустив двигатель работает один компрессор, а по степени увеличения количества оборотов коленчатого вала включается второй. Такое решение позволяет экономить топливо и не использовать постоянно одну из турбин. К слову, такая система твин турбо включает два одинаковых по характеристикам компрессора. Переход между турбинами также обеспечивает электронный блок управления. В такой системе основной его задачей является регулирование и распределение потока сгоревших газов между турбинами. Регулирование потока газов ко второму компрессору осуществляется за счет специального электромагнитного клапана. Также нередко в ЭБУ заносят такие характеристики для турбин, чтобы минимизировать побочный эффект турбозадержки. Применение twin turbo было замечено как на бензиновом, так и на дизельном двигателе.


Ступенчатая работа турбин

Рассматривая ступенчатую систему твин турбо важно отметить, что именно она является самой технически грамотной и совершенной, обуславливает самый большой подъем КПД. В такой системе присутствует электронное управление как сгоревшими газами, так и выходящим потоком сжатого воздуха. Здесь, в отличие от предыдущих вариантов, есть возможность применять два разных по размеру турбонаддува. Когда обороты двигателя низкие перепускной клапан сгоревших газов закрыт. Газы следуют по системе твин турбо сначала посещая малый компрессор, где получают максимальную отдачу на давление при минимальной инерции. Далее, они попадают в большую турбину. Когда обороты увеличиваются начинается совместная работа турбин. Перепускной клапан постепенно открывается, то начинает постепенно раскручивать вторую турбину, пуская газы прямо через нее. Когда обороты растут до максимальных, то клапан открывается полностью, и большая турбина начинает работать на полную свою мощность и воздух поступает из нее в двигатель.

Понятие и принцип работы системы турбонаддува под названием Твин Турбо. Фотографии нового турбированного двигателя Biturbo, видео и схемы.

Что это такое и как оно работает?

Twin Turbo в переводе с английского означает двойное турбо и в этой системе турбонаддува стоит два турбокомпрессора. Сначала турбокомпрессоры использовались для преодоления и инерционности системы. Сейчас же использование и применение этих турбокомпрессоров значительно выросло, так как он снижает расход горючего. Выходная мощность возрастает и способствует поддерживать номинальный крутящий момент в широком диапазоне оборотов двигателя.

Виды Твин Турбо и их отличия

Есть три разновидности схемы системы Twin Turbo: последовательная, параллельная, и ступенчатая. Эти три схемы отличаются друг от друга расположением, характеристиками и последовательностью работы турбокомпрессоров. Электронная система управления очень точно настраивает работу турбокомпрессоров. Система включает входные датчики, приводы клапанов управления потоком воздуха и переработанным горючем.

Торговый лейбл системы турбонаддува это Twin Turbo, но и есть другое название этой системы — «Biturbo». Не совсем правильно в разных информационных источниках Biturbo воспринимают, как систему с параллельной схемой работы турбокомпрессора.

Видео: как работает турбина:

1. Параллельный Twin Turbo или Biturbo


Параллельная система Твин Турбо работает одновременно и параллельно друг другу, и включает в себя два одинаковых турбокомпрессора. Параллельная работа происходит из-за ровного деления потока сгоревших газов между турбокомпрессорами. Из каждого компрессора выходит сжатый воздух и поступает в общий впускной коллектор, и потом распределяется по цилиндрам. Параллельный Twin Turbo используется, как правило, на дизельных V-образных двигателях. Из-за параллельной схемы турбонаддува эффективность системы основывается на том, что две маленькие турбины имеют меньшую инерционность, чем одна большая турбина. Турбокомпрессоры работают на всех оборотах двигателях обеспечивая быстрое повышение наддува. И каждая турбина установлена на своём выпускном коллекторе.


В системе последовательного Twin Turbo постоянно работает первый турбокомпрессор, а второй начинает работать в определённом порядке работы двигателя (повышенная частота оборотов, нагрузка). Последовательный турбокомпрессор включает два одинаковых по характеристикам турбокомпрессора.


Электронная система управления обеспечивает переход между режимами и регулирует поток сгоревших газов ко второму турбокомпрессору за счёт специального клапана. Правильно такую систему называть последовательно — параллельная, потому что при полном открытии клапана управления подачей сгоревших газов оба турбокомпрессора работают параллельно. Сжатый воздух подаётся в общий впускной коллектор от двух турбокомпрессоров и распределяется по цилиндрам.

Чтобы достичь максимально высокого выхода мощности, система последовательности Twin Turbo минимизирует последствия турбозадержки. Применяются, как на дизельные двигатели, так и на бензиновые. В 2011 году была представлена система с тремя последовательными турбокомпрессорами компанией BMW и называется она Triple Turbo.


В техническом плане система двухступенчатого турбонаддува является самой совершенной. Компания BorgWarner Turbo Systems ставит эту систему на дизельные двигатели Cummins и BMW, а с 2004 года начали применять систему двухступенчатого турбонаддува на некоторых дизельных двигателях от Opel.


В системе двухступенчатого турбонаддува используется клапанное регулирование потока сгоревших газов и нагнетаемого воздуха. Эта система состоит из двух турбокомпрессоров разного размера. В последствии установленных в впускном и выпускном трактах.

Перепускной клапан сгоревших газов закрыт при низких оборотах двигателя. Сгоревшие газы через малый турбокомпрессор, имея максимальную отдачу и минимальную инерцию проходят дальше через большой турбокомпрессор. И так как давление отработавших газов не сильное, то следовательно и большая турбина практически не вращается. Перепускной клапан наддува закрыт на впуске и воздух поступает последовательно через большой и малый компрессоры.

Общая работа турбокомпрессоров начинает осуществляться при росте оборотов. И постепенно начинает открываться перепускной клапан сгоревших газов. Большая турбина начинает все больше и интенсивно раскручиваться, так как часть отработавших газов идёт прямо через неё.

Большой компрессор на впуске с определённым давлением начинает сжимать воздух, но давление не слишком большое и сжатый воздух дальше поступает в малый компрессор, где продолжает повышается давление. При этом перепускной клапан остаётся закрыт. Перепускной клапан сгоревших газов открывается полностью при полной нагрузки. Останавливается малая турбина, а большая начинает раскручиваться до максимальной частоты, так как через неё практически полностью проходят сгоревшие газы. Давление наддува достигает своего максимального значения на впуске большого компрессора при этом малый компрессор создаёт помеху для воздуха. И в определённый момент перепускной клапан наддува открывается и сжатый воздух непосредственно напрямую поступает к двигателю.

Благодаря системе двухступенчатых турбокомпрессоров системы Twin Turbo мгновенно достигается номинальный крутящий момент и поддерживается в широком диапазоне оборотов двигателя. При этом достигается максимальное увеличение мощности. Таким образом, система поддерживает блестящую работу турбокомпрессоров на всех режимах работы двигателя. Так же система объясняет известное противостояние дизельных двигателей между предельной мощностью на высоких оборотах и высоким крутящим моментом на низких оборотах.

Видео про Твин Турбо: как работает

Двигатели внутреннего сгорания с турбонаддувом

Необходимость контролировать выбросы и поддерживать экономию топлива приводит к использованию передовой технологии турбонаддува как в дизельных, так и в бензиновых двигателях. По мере увеличения использования дизельных двигателей в бензиновых и дизельных двигателях легковых автомобилей все большее внимание уделяется передовым технологиям турбонаддува, чтобы воспользоваться преимуществами, полученными от турбонаддува и уменьшения размеров двигателя.

Этот семинар охватывает основные концепции турбонаддува бензиновых и дизельных двигателей (легких и тяжелых), включая согласование турбонагнетателя и охлаждение наддувочного воздуха и EGR, а также соответствующие элементы управления.Будут рассмотрены ограничения и будущие возможности современных систем, а также подробности о том, как новые технологии повлияют на работу двигателя/автомобиля. Основное внимание на семинаре уделяется взаимодействию турбокомпрессора и двигателя (такие темы, как согласование, преимущества, ограничения и новые технологии), а не подробной аэродинамике и конструкции турбокомпрессора. Обсуждаются передовые технологии, такие как изменяемая геометрия и многоступенчатый турбонаддув, системы EGR контура высокого и низкого давления, вспомогательный турбонаддув и турбокомпаундирование.Студенты будут иметь возможность выполнять практические упражнения, чтобы получить представление о параметрических эффектах в широком диапазоне двигателей.

** Ожидается, что участники принесут на семинар портативный компьютер с установленным Excel для занятий в классе.

Цели обучения

Посещая этот семинар, вы сможете:

  • Описать термодинамические принципы, управляющие турбонаддувом двигателей внутреннего сгорания
  • Сформулировать решающий вклад турбонаддува в работу современных дизельных двигателей и контроль выбросов
  • Определить возможные преимущества турбонаддува для конкретных бензиновых и дизельных двигателей большой и малой мощности
  • Оценка соответствующих характеристик турбокомпрессора для конкретных применений на основе требований к системе двигателя
  • Описать ограничения существующих технологий и оценить новые технологии и их возможную роль в соответствии с будущими двигателями/транспортными средствами системные проблемы
  • Применение основных принципов подбора турбонагнетателя к двигателю и оптимизации системы в целом для достижения желаемой производительности и уровня выбросов
Кто должен участвовать

Этот семинар предназначен для инженеров, менеджеров и другого технического персонала из OEM и вспомогательных отраслей, занимающихся проектированием и разработкой оптимизированных систем дизельных двигателей и двигателей с искровым зажиганием, включая производительность, экономию топлива и выбросы для легковых автомобилей, легких грузовиков и большегрузных автомобилей. двигатели.Некоторые сведения по термодинамике, характеристикам двигателей внутреннего сгорания и выбросам будут полезны. Лицам, которым требуется дополнительная подготовка, следует подумать о посещении курса «Технология дизельных двигателей» (PD730812) или «Основы двигателей внутреннего сгорания» (ID# C0103) или курса по требованию.

Отзывы

«Обеспечивает хорошее базовое понимание истории турбо и того, куда она движется в будущем. Это того стоит.»
Роберт Парди
Специалист по техническому развитию
Wescast Industries

«Этот семинар превзошел все мои ожидания.Материал был очень актуальным и практичным, и представлен очень ясно и лаконично.»

Дэвид Хайцманн
Главный инженер
MOR/ryde International

 

«Курс на высшем уровне. Рой и Кевин проделали отличную работу, предоставив обширный материал, который охватывает все, от уравнений стехиометрии до современных турбометодов и стратегий.»
Трент Браун
Инженер по силовым агрегатам
Roush Enterprises

Вы должны пройти все контактные часы курса и успешно пройти оценку обучения, чтобы получить CEU.

%PDF-1.7 % 236 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 236 84 0000000016 00000 н 0000002753 00000 н 0000002970 00000 н 0000003022 00000 н 0000003157 00000 н 0000003193 00000 н 0000003615 00000 н 0000003770 00000 н 0000003920 00000 н 0000004077 00000 н 0000004226 00000 н 0000004382 00000 н 0000004526 00000 н 0000004682 00000 н 0000004826 00000 н 0000004981 00000 н 0000005129 00000 н 0000005171 00000 н 0000005868 00000 н 0000006155 00000 н 0000016555 00000 н 0000016592 00000 н 0000016756 00000 н 0000016920 00000 н 0000017082 00000 н 0000017295 00000 н 0000041318 00000 н 0000041759 00000 н 0000042070 00000 н 0000044615 00000 н 0000044702 00000 н 0000044737 00000 н 0000064696 00000 н 0000065160 00000 н 0000065313 00000 н 0000065476 00000 н 0000065646 00000 н 0000066047 00000 н 0000088284 00000 н 0000088599 00000 н 0000088914 00000 н 0000089071 00000 н 0000089426 00000 н 0000119178 00000 н 0000119960 00000 н 0000138853 00000 н 0000139137 00000 н 0000139444 00000 н 0000139777 00000 н 0000139938 00000 н 0000204409 00000 н 0000217777 00000 н 0000218086 00000 н 0000218423 00000 н 0000234351 00000 н 0000234640 00000 н 0000235016 00000 н 0000235191 00000 н 0000235337 00000 н 0000235483 00000 н 0000235629 00000 н 0000235739 00000 н 0000245775 00000 н 0000245814 00000 н 0000247530 00000 н 0000247841 00000 н 0000278002 00000 н 0000278073 00000 н 0000278180 00000 н 0000278285 00000 н 0000278329 00000 н 0000278453 00000 н 0000278497 00000 н 0000278616 00000 н 0000278660 00000 н 0000278775 00000 н 0000278819 00000 н 0000278963 00000 н 0000279007 00000 н 0000279153 00000 н 0000279196 00000 н 0000279327 00000 н 0000279370 00000 н 0000001976 00000 н трейлер ]/предыдущая 1258318>> startxref 0 %%EOF 319 0 объект >поток h SKLSQ=(~/ki,*»»W~-m(J5DaRW] \hbhJb4$.L\ qspoke93sy0B&S

Будущее двигателей внутреннего сгорания

Карлос Гон, генеральный директор Nissan и Renault, заявил, что к 2020 году на автомобили с батарейным питанием будет приходиться 10 процентов мировых продаж новых автомобилей. Г-н Гон, конечно же, планирует представить как минимум четыре электромобиля в следующем году. три года. Однако независимые аналитики, такие как Тим Уркхарт из IHS Global Insight, считают, что в 2020 году автомобили с батарейным питанием останутся на уровне менее одного процента от общего числа новых автомобилей.

Дело в том, что электромобили сегодня непомерно дороги — одна только батарея в электромобиле может стоить 20 000 долларов — и будет оставаться таковой еще какое-то время. Более того, электромобили не испытаны в реальном мире. Если автопроизводители и собираются делать ставку на эту технологию, они будут делать это очень постепенно. Даже по оптимистичному мнению Гона, двигатели внутреннего сгорания (ДВС) будут использоваться в 90% автомобилей 2020 года. Коей Сага, начальник отдела передовых технологий Toyota (в том числе электромобилей), идет дальше: «По моему личному мнению, я думаю, что мы никогда не откажемся от двигателя внутреннего сгорания.”

Но это будут уже не те двигатели внутреннего сгорания, которые сегодня используются в транспортных средствах. Поскольку федеральные стандарты экономии топлива ужесточатся на 35 процентов в течение следующих пяти лет, эффективность ДВС должна резко повыситься, а если нет, то мы все будем вынуждены ездить на эконобоксах.

Пообщавшись с ведущими инженерами по силовым агрегатам и некоторыми независимыми изобретателями, мы рассмотрели некоторые технологии, позволяющие добиться такого повышения эффективности.

Распыление топлива непосредственно в камеры сгорания бензинового двигателя вместо его впускных отверстий не является новой идеей — она использовалась в немецком истребителе ME109 времен Второй мировой войны.Mitsubishi Galant для японского рынка был первым автомобилем, в котором непосредственный впрыск сочетался с форсунками с компьютерным управлением в 1996 году. Прямой впрыск (DI) стоит дороже, чем впрыск через порт, потому что топливо распыляется при давлении 1500–3000 фунтов на квадратный дюйм, а не 50–100 фунтов на квадратный дюйм, и форсунки должны выдерживать давление и теплоту сгорания.

Но у DI есть ключевое преимущество: благодаря впрыску топлива непосредственно в цилиндр во время такта сжатия охлаждающий эффект испаряющегося топлива не рассеивается до того, как свеча зажигания сработает.В результате двигатель более устойчив к детонации — преждевременному и близкому к взрыву сгоранию топлива, производящему стук и удары поршней давлением и теплом — и поэтому может работать с более высокой степенью сжатия — около 12:1. вместо 10,5:1. Это само по себе улучшает экономию топлива на два-три процента.

Кроме того, система прямого впрыска обеспечивает возможность сжигания обедненной смеси, поскольку струя топлива может быть ориентирована таким образом, что рядом со свечой зажигания всегда находится горючая смесь.Это может повысить эффективность на пять процентов.

Несколько европейских автопроизводителей уже используют эту стратегию экономичного сжигания топлива. К сожалению, сжигание обедненной смеси вызывает более высокие выбросы NOx (оксидов азота) в выхлопных газах, что противоречит более жестким ограничениям, установленным в Америке. Катализаторам, способным решить эту проблему, не нравится высокое содержание серы в американском бензине. Новые катализаторы обещают сократить выбросы. Между тем, ожидается, что непосредственный впрыск станет универсальным к 2020 году.

Современные двигатели достигают уровней мощности, о которых мы могли только мечтать 20 лет назад.Недостатком является то, что во время обычного вождения большинство двигателей бездельничают, а двигатели мощностью 300 л. Когда дроссельная заслонка двигателя едва приоткрыта, во впускном коллекторе возникает сильный вакуум. Во время такта впуска, когда поршни всасывают этот вакуум, эффективность страдает.

Классическое решение этой проблемы — сделать двигатель меньше. Небольшой двигатель работает тяжелее, работает с меньшим вакуумом и, следовательно, более эффективен.Но маленькие двигатели производят меньше энергии, чем большие.

Чтобы получить мощность большого двигателя при небольшой экономии топлива, многие компании обращаются к двигателям меньшего размера с турбонагнетателями, непосредственным впрыском топлива и регулируемыми фазами газораспределения. Эти три технологии работают вместе, принося общую пользу.

Нагнетание дополнительного воздуха в камеры сгорания двигателя с помощью турбонагнетателя определенно увеличивает мощность; производители автомобилей делают это годами. Но в прошлом, чтобы избежать вредной детонации, двигателям с турбонаддувом требовалась более низкая степень сжатия, что снижало эффективность.

Как мы видели, непосредственный впрыск топлива помогает решить эту проблему за счет охлаждения всасываемого заряда для минимизации детонации. Во-вторых, если изменение фаз газораспределения увеличивает время, когда и впускной, и выпускной клапаны открыты, турбонагнетатель может пропускать свежий воздух через цилиндр, чтобы полностью удалить горячие остаточные газы из предыдущего цикла сгорания. И поскольку форсунки впрыскивают топливо только после закрытия клапанов, оно не выходит через выпускной клапан.

Первым двигателем в Америке со всеми тремя этими элементами был base 2.0-литровый четырехцилиндровый двигатель Audi A4 2006 года выпуска. У него была степень сжатия 10,5: 1 — такая же высокая, как у многих безнаддувных двигателей, несмотря на пиковое давление наддува 11,6 фунтов на квадратный дюйм. Он производил 200 лошадиных сил и 207 фунт-фут крутящего момента.

Система Ford EcoBoost — это не что иное, как непосредственный впрыск и турбонаддув. Дэн Капп, директор Ford по разработке передовых силовых агрегатов, говорит, что эта технология будет распространяться на легковые и грузовые автомобили компании. «Ничто другое не обеспечивает двузначного повышения эффективности использования топлива по разумной цене.”

В будущем Ford рассчитывает заменить свой 5,4-литровый V-8 на 3,5-литровый EcoBoost V-6; его 3,5-литровый V-6 с 2,2-литровым рядным четырехцилиндровым двигателем EcoBoost; и его 2,5-литровый рядный четырехцилиндровый двигатель с 1,6-литровым рядным четырехцилиндровым двигателем EcoBoost. При каждом уменьшении пиковая мощность должна быть одинаковой, крутящий момент на низких оборотах должен быть выше примерно на 30 процентов, а экономия топлива должна быть выше на 10–20 процентов. Единственным недостатком будет дополнительная плата в размере 1000 долларов или около того к цене автомобилей с турбонаддувом DI для оплаты дополнительного оборудования.

БМВ, Мерседес, Тойота и Фольксваген планируют аналогичные двигатели, некоторые из которых используют нагнетатели вместо турбонагнетателей. Турбонаддув с непосредственным впрыском будет продолжать расширяться.

Позже в этом десятилетии мы увидим второе поколение этих двигателей с более высоким давлением наддува. Это позволит дополнительно уменьшить размеры двигателя, чтобы добиться дополнительного 10-процентного повышения эффективности.

Чтобы это произошло, потребуется рециркуляция охлажденных выхлопных газов для контроля детонации и либо ступенчатые турбины, либо турбины с изменяемой геометрией, чтобы ограничить обычное отставание.Эти технологии уже используются в дизельных двигателях, но более высокие температуры выхлопных газов газовых двигателей создают проблемы с долговечностью, которые необходимо решить, прежде чем автопроизводители смогут внедрить эти технологии.

Еще один способ повысить эффективность большого двигателя — отключить некоторые из его цилиндров. Поскольку дроссельная заслонка должна быть открыта шире, чтобы получить ту же мощность от остальных цилиндров, разрежение во впускном коллекторе снижается, а эффективность повышается.

В реальном вождении это может привести к улучшению экономии топлива на пять процентов при довольно низких затратах. Эта технология особенно рентабельна для двухклапанных двигателей с толкателем, поэтому мы видели переменный рабочий объем на двигателях GM и Chrysler V-8.

Honda использует переменный рабочий объем на своих 24-клапанных двигателях V-6, но дополнительное оборудование для закрытия множества клапанов увеличивает стоимость. Кроме того, отключение некоторых цилиндров на V-6 создает больше проблем с вибрацией и шумом, чем на V-8, потому что V-6 имеют более грубые импульсы зажигания и худший баланс.Активные опоры двигателя и регулируемые впускные коллекторы, необходимые для решения этих проблем, увеличивают дополнительные расходы.

Простейшая реализация системы изменения фаз газораспределения началась около 25 лет назад с использованием двухпозиционного опережения или замедления впускного или выпускного распределительного вала двигателя для лучшего соответствия условиям работы двигателя. Сегодня большинство двигателей DOHC с четырьмя клапанами на цилиндр имеют бесступенчатую регулировку фаз как на впускном, так и на выпускном распределительных валах.

Около 20 лет назад Honda представила более сложный подход со своей системой VTEC, которая переключалась между двумя (а позже и тремя) отдельными наборами кулачков — один для работы на высокой скорости, а другой — на низкой. VTEC также может просто отключить один из двух впускных клапанов цилиндра при небольших нагрузках. В 2001 году компания BMW сделала еще один шаг вперед, представив систему Valvetronic, которая может непрерывно изменять ход открытия впускных клапанов для оптимизации мощности и эффективности двигателя. Кроме того, такое обширное управление впускными клапанами служит заменой дроссельной заслонки, которая устраняет вакуум и, следовательно, снижает насосные потери.

Хотя они обеспечивают преимущества в эффективности, системы с регулируемой высотой подъема сложны и дороги. Продолжается разработка чисто электронных систем, которые могли бы заменить распределительные валы и просто открывать и закрывать клапаны двигателя в соответствии с компьютером. Но электронные механизмы открытия клапана также дороги и потребляют значительную мощность. Вице-президент GM Powertrain Дэн Хэнкок предполагает, что двухступенчатый механизм подъема клапана может обеспечить 90 процентов преимуществ полностью регулируемого подъема. Более того, Капп из Ford говорит, что преимущества регулируемого подъема клапана в сочетании с EcoBoost (DI turbo) ограничены.

С другой стороны, BMW, со своей последней 3,0-литровой рядной шестеркой с прямым впрыском топлива (N55), которая заменяет твин-турбо (N54) во всей линейке, сделала именно это, добавив Valvetronic к своим DI-двигателям. турбо конфигурация. Говорят, что в сочетании с переходом от шестиступенчатого автомата к восьмиступенчатому это изменение обеспечивает на 10 процентов больше миль на галлон.

Возможно, ответом станет система Fiat Multiair, конструкция с регулируемой высотой подъема с гидравлическим приводом, которая гораздо менее сложна, чем механические системы, такие как у BMW.Ожидайте скоро увидеть Multiair на будущих автомобилях Chrysler.

Эта технология, сокращенно HCCI, представляет собой комбинацию принципов работы газового двигателя и дизеля. Когда требуется большая мощность, двигатель HCCI работает как обычный бензиновый двигатель, при этом сгорание инициируется свечой зажигания. При более скромных нагрузках он работает скорее как дизель, при этом сгорание инициируется просто давлением и теплотой сжатия.

В дизельном двигателе сгорание начинается, когда топливо впрыскивается поршнем в верхней части такта сжатия, а сгорание регулируется скоростью впрыска топлива. Однако с HCCI топливо уже впрыскивается и смешивается с воздухом до начала такта сжатия.

Поскольку только сжатие инициирует сгорание, это больше похоже на большой взрыв, чем даже на резкий рабочий ход дизеля. Если двигатель сделать достаточно прочным, чтобы он не разорвался на части, это делает HCCI как минимум таким же тяжелым, как дизель.Ключевым моментом является достижение достаточного контроля горения, чтобы цикл HCCI можно было использовать в максимально широком диапазоне скоростей и нагрузок, чтобы получить преимущества эффективности.

Один из способов расширить режим HCCI — использовать переменную степень сжатия, что Mercedes и сделал на своем экспериментальном двигателе Dies-Otto. Но другие инженеры, такие как Хэнкок из GM, хотели бы избежать этого осложнения. «Чтобы заставить HCCI работать, нам нужен очень хороший контроль над процессом сгорания с более быстрым компьютером управления двигателем и обратной связью по давлению сгорания.”

Все это звучит сложно, но отдача может быть 20-процентным улучшением экономии топлива без сажевых уловителей и катализаторов NOx, которые необходимы дизелям. Этого достаточно, чтобы поддерживать интерес крупных игроков. Хэнкок предполагает, что HCCI может быть запущен в производство к концу этого десятилетия, возможно, в качестве эффективного двигателя для подключаемого гибрида, поскольку для питания генератора ему нужно работать только в небольшом диапазоне оборотов.

Выключение двигателя при остановке на светофоре определенно может сэкономить топливо.Легко запрограммировать компьютер управления двигателем, чтобы он выключал двигатель, когда скорость автомобиля падала до нуля, и перезапускал его, когда водитель убирает ногу с педали тормоза. Возможно, потребуется усилить стартер и аккумулятор, чтобы выдерживать более частое использование, но это не техническая проблема.

Mazda придумала более простой способ достижения подвига «стоп-старт». В своей системе, называемой i-stop, компьютер останавливает двигатель, когда один из поршней проходит верхнюю часть такта сжатия.Для перезапуска в цилиндр впрыскивается топливо, зажигается свеча зажигания, и двигатель мгновенно снова запускается.

К сожалению, в то время как эти системы могут сэкономить до пяти процентов расхода топлива в городских условиях, тестовые циклы Агентства по охране окружающей среды демонстрируют только однопроцентную выгоду из-за ограниченного времени простоя. В результате большинство производителей неохотно вкладывают средства в технологию, которая мало что делает для достижения целей CAFE, независимо от реальной выгоды.

Одним из недостатков этанола на основе кукурузы является то, что современные двигатели с гибким топливом, как правило, не в полной мере используют 95-октановое число E85.Но легко представить себе турбодвигатель с прямым впрыском второго поколения, который работает с более высоким давлением наддува при сжигании E85. Такой двигатель может быть вдвое меньше нынешней безнаддувной силовой установки со значительно более высокой топливной экономичностью. А при заправке чистым бензином компьютер просто снижал наддув. Двигатель потерял бы некоторую мощность, но без ущерба для долговечности или топливной экономичности.

Более радикальным способом использования более высокого октанового числа этанола является «система повышения этанола» (EBS), над которой работают несколько профессоров Массачусетского технологического института, а также Нил Ресслер, бывший топ-менеджер Ford по технологиям.

Концепция проста. Начните с двигателя DI-turbo и добавьте к нему обычную систему впрыска топлива через порт. Затем добавьте второй, небольшой топливный бак и заполните его E85. При умеренных нагрузках двигатель работает на бензине и с распределенным впрыском. Но когда вы требуете большей мощности и появляется наддув, система прямого впрыска впрыскивает E85. Мало того, что E85 имеет более высокое октановое число, чем бензин, он также обладает более сильным охлаждающим эффектом. Это обеспечивает безопасную работу с наддувом выше 20 фунтов на квадратный дюйм.

Форд проявил серьезный интерес к проекту.Для пикапа 5,0-литровый двигатель EBS с двойным турбонаддувом может заменить 6,7-литровый дизель в грузовике Super Duty. Он будет развивать ту же мощность и крутящий момент, достигать аналогичной эффективности использования топлива и будет дешевле в производстве, потому что ему не нужна какая-либо дорогостоящая дополнительная обработка выхлопных газов, как у дизельного двигателя.

При нормальном использовании расход E85 составит менее 10 процентов от расхода бензина. Таким образом, вы экономите много газа, потребляя лишь немного этанола. Двигатель EBS кажется технически исправным и уже прошел предварительные испытания.Мы ожидаем, что он будет запущен в производство в той или иной форме в течение следующих пяти лет.

Воображаемых концепций новых двигателей пруд пруди. Наш технический директор обычно держит толстый файл, полный их, с пометкой «чокнутые двигатели». Большинство из них даже не доходят до стадии прототипа. И даже те, которые строятся, как правило, выгорают из-за проблем, связанных с долговечностью, сложностью конструкции или эффективностью. Те немногие, кто преодолеет эту стадию, вступят в тяжелую борьбу с автопроизводителями, которые вложили миллиарды в создание обычных двигателей, доказавших свою надежность и производительность.

Одной из немногих новых концепций двигателя, которая выглядит многообещающе, является двухтактный двигатель OPOC от EcoMotors. OPOC расшифровывается как «оппозитный цилиндр с оппозитным поршнем». Чтобы визуализировать двигатель, начните с горизонтально оппозитного четырехцилиндрового двигателя, такого как у Subaru Legacy. Затем выдвиньте цилиндры и снимите головки цилиндров, чтобы освободить место для второго набора поршней внутри каждого цилиндра, которые движутся в противоположную сторону от обычных поршней. Длинные шатуны передают движение этих дополнительных поршней на коленчатый вал.

Как и в типичном двухтактном двигателе, дыхание происходит через порты по бокам цилиндров. Но в двигателе OPOC впускные и выпускные отверстия находятся на противоположных концах цилиндров. По мере движения поршней выхлопные газы открываются перед впускными отверстиями, и турбонагнетатели продувают воздух через цилиндры, чтобы вытолкнуть выхлопные газы и заполнить их чистым воздухом. Поскольку для этого двигателю требуется положительное давление, турбонагнетатели имеют электродвигатели, которые приводят их в действие на низких оборотах, когда энергия выхлопа низкая.

Хотя первыми двигателями OPOC были дизельные двигатели, эта концепция также может работать с бензином. В любом случае, форсунка прямого впрыска находится в середине цилиндра, где две головки поршня почти сходятся, и именно там должна быть свеча зажигания в газовой версии.

Если дизайн OPOC кажется радикальным, его поддерживают солидные люди. Дизайнером двигателя является Петер Хофбауэр, бывший главный инженер по двигателям Volkswagen. Генеральным директором EcoÂMotors является Дон Ранкл, бывший топ-менеджер Delphi и GM.Президентом является Джон Колетти, легендарный бывший глава подразделения Ford SVT. И выдающийся производитель выхлопных газов Алекс Борла входит в совет директоров. Большая часть финансирования компании поступает от Винода Хосла, мегаинвестора из Силиконовой долины.

К настоящему времени прототипы двигателя OPOC показали КПД на 12-15% выше, чем у обычных поршневых двигателей, в первую очередь из-за отсутствия головок цилиндров, что исключает большую поверхность, через которую теплота сгорания отдается охлаждающей жидкости, и отсутствие клапанного механизма, снижающего трение примерно на 40 процентов.

Кроме того, поскольку каждый двухцилиндровый четырехпоршневой модуль идеально сбалансирован, в четырехцилиндровой версии двигателя можно полностью разъединить одну пару цилиндров при небольших нагрузках. Это не только снижает насосные потери, но и полностью устраняет трение от неисправного цилиндра, повышая эффективность использования топлива еще на 15 процентов.

Пока Колетти говорит, что явных проблем нет: «Выбросы выглядят хорошо, как и расход масла.Меня ничего не беспокоит». Ранкл добавляет, что из-за меньшего количества деталей — без головок и клапанов — двигатель должен быть на 20 процентов дешевле в производстве, чем современный V-6. «Мы работаем над двумя семействами двигателей. EM100d — это дизель с диаметром цилиндра 100 мм, развивающий 325 лошадиных сил, а EM65ff имеет диаметр цилиндра 65 мм и развивает мощность около 75 лошадиных сил в двухцилиндровом варианте на бензине».

Двигатель снят с производства через несколько лет. Для небольшой развивающейся компании без огромных инвестиций в обычные двигатели — например, китайские или индийские — двигатель OPOC привлекателен.Военный контракт также проложил бы путь к приемлемости для гражданского населения.

Как уже упоминалось, возможность изменить степень сжатия работающего двигателя поможет заставить работать HCCI. В большинстве таких схем каким-либо образом изменяется либо ход поршня двигателя, либо расстояние от коленчатого вала до камеры сгорания. Оба подхода механически проблематичны. Умные инженеры Lotus придумали более простой способ изменения компрессии двигателя.Они создали головку блока цилиндров с подвижной частью — они называют ее шайбой — которая может проходить в камеру сгорания. При полностью втянутой шайбе степень сжатия составляет 10:1. Когда он расширяется в головку, он уменьшает объем камеры сгорания, тем самым увеличивая соотношение до 40: 1. Для этой шайбы есть место, потому что двигатель, который Lotus называет «Всеядным», является двухтактным без каких-либо клапанов. Вместо этого впускные и выпускные потоки происходят через отверстия в стенках цилиндров. Впрыск топлива происходит непосредственно в цилиндр через пневматическую систему, разработанную Orbital для другого двухтактного двигателя, над которым компания работала около 30 лет.Lotus утверждает, что двигатель Omnivore может широко работать в режиме HCCI и обеспечивает 10-процентный прирост эффективности использования топлива по сравнению с современными бензиновыми двигателями с непосредственным впрыском топлива. Из-за переменной степени сжатия он также может работать на различных видах топлива, отсюда и его название. На данный момент двигатель представляет собой только одноцилиндровый исследовательский проект. Умно, но будет ли он продвигаться дальше, еще неизвестно.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.Вы можете найти дополнительную информацию об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Турбокомпрессор — Academic Kids

От академических детей

Турбокомпрессор в разрезе

Турбокомпрессор представляет собой компрессор, используемый в двигателях внутреннего сгорания для увеличения выходной мощности двигателя за счет увеличения массы кислорода и топлива, поступающих в двигатель. Ключевым преимуществом турбокомпрессоров является то, что они обеспечивают значительное увеличение мощности двигателя при незначительном увеличении веса.

Недостатком бензиновых двигателей является необходимость снижения степени сжатия (чтобы не превысить максимальное давление сжатия и предотвратить детонацию двигателя), что снижает КПД двигателя при работе на малой мощности. Этот недостаток не относится к специально разработанным дизельным двигателям с турбонаддувом. Однако при работе на высоте рекуперация мощности турбонагнетателя имеет большое значение для общей выходной мощности обоих типов двигателей. Этот последний фактор делает авиационные двигатели с турбонаддувом значительно выгоднее — и послужил первоначальной причиной разработки устройства.

Принцип работы

Турбокомпрессор представляет собой нагнетатель с приводом от выхлопных газов. Все нагнетатели имеют газовый компрессор во впускном тракте двигателя, который сжимает всасываемый воздух под давлением выше атмосферного, что значительно увеличивает объемную эффективность по сравнению с безнаддувными двигателями. Турбокомпрессор также имеет турбину, которая приводит в действие компрессор, используя отработанную энергию выхлопных газов. Компрессор и турбина имеют один и тот же вал, как у турбореактивного авиационного двигателя.

Термин нагнетатель очень часто используется, когда речь идет о нагнетателе с механическим приводом, который чаще всего приводится от коленчатого вала двигателя с помощью ремня (иначе, и во многих авиационных двигателях, с помощью зубчатой ​​передачи), тогда как турбонагнетатель приводится в действие выхлопными газами, название турбокомпрессор является сокращением от более раннего « турбонагнетатель ».

Компрессор увеличивает давление воздуха, поступающего в двигатель, поэтому больший «заряд» (топливно-воздушная смесь) поступает в двигатель за тот же интервал времени (увеличение количества топлива необходимо для сохранения соотношения смеси).Это значительно улучшает объемный КПД двигателя.

Повышение давления называется «наддувом» и измеряется в паскалях, барах или фунт-силах/дюйм². Энергия от дополнительного топлива приводит к увеличению общей мощности двигателя. Например, при 100% эффективности турбонагнетатель, обеспечивающий наддув 100 кПа (14,7 фунт-сила / дюйм²), фактически удвоит мощность двигателя. Однако существуют некоторые паразитные потери из-за тепла и противодавления выхлопных газов из турбины, поэтому эффективность турбонагнетателей, как правило, составляет лишь около 80%, поскольку двигателю требуется некоторая работа, чтобы протолкнуть эти газы через турбину турбонагнетателя (которая действует как ограничение в выхлопе).

Типичное давление наддува для автомобилей находится в районе 80 кПа (11,6 lbf/in²), но может быть намного больше. Поскольку это центробежный насос, типичный турбокомпрессор, в зависимости от конструкции, начинает создавать наддув только с определенных оборотов в минуту, когда двигатель начинает производить достаточно выхлопных газов, чтобы вращать турбокомпрессор достаточно быстро для создания давления. Эта частота вращения двигателя называется порогом наддува.

Основным недостатком высокого давления наддува для двигателей внутреннего сгорания является то, что сжатие впускного воздуха увеличивает его температуру.Это увеличение температуры наддува является ограничивающим фактором для бензиновых двигателей, которые могут выдержать только ограниченное повышение температуры наддува до того, как произойдет детонация. Более высокая температура означает снижение объемного КПД для обоих типов двигателей. Нагрев с эффектом накачки можно уменьшить за счет промежуточного или доохлаждения, или того и другого.

Детали дизайна

При сжатии газа его температура повышается. Турбокомпрессор нередко выталкивает воздух с температурой 90 °C (200 °F).Сжатый воздух от турбонаддува может быть (и чаще всего на бензиновых двигателях) охлаждается перед подачей в цилиндры с помощью промежуточного охладителя или охладителя наддувочного воздуха (теплообменное устройство).

Турбина вращается очень быстро, максимальная скорость составляет от 80 000 до 150 000 об/мин в зависимости от размера (при использовании малоинерционных турбин, 190 000 об/мин), массы вращающихся частей, развиваемого давления наддува и конструкции компрессора. Такие высокие скорости вращения вызовут проблемы для стандартных шарикоподшипников, что приведет к выходу из строя турбонагнетателя.В большинстве турбокомпрессоров используется жидкостный подшипник. Это текущий слой масла, который подвешивает и охлаждает движущиеся части. Масло обычно берется из контура моторного масла и обычно нуждается в охлаждении с помощью масляного радиатора, прежде чем оно циркулирует в двигателе. В некоторых турбокомпрессорах используются невероятно точные шарикоподшипники, которые обеспечивают меньшее трение, чем жидкостные подшипники, но они также подвешены в демпфированных жидкостью полостях. Меньшее трение означает, что вал турбокомпрессора может быть изготовлен из более легких материалов, что снижает так называемую турбо-задержку или задержку наддува .Некоторые автопроизводители используют турбокомпрессоры с водяным охлаждением для увеличения срока службы подшипников.

Турбокомпрессоры с фольгированными подшипниками находятся в разработке (см. рисунок выше). Эта конструкция устраняет необходимость в системах охлаждения подшипников или подачи масла.

Для управления давлением воздуха на верхней палубе поток выхлопных газов турбонагнетателя регулируется перепускным клапаном, который перепускает избыточные выхлопные газы, поступающие в турбину турбонагнетателя. Он регулирует скорость вращения турбины и мощность компрессора.Вестгейт открывается и закрывается сжатым воздухом от турбины (давление на верхней палубе) и может подниматься с помощью соленоида для изменения давления, подаваемого на мембрану вестгейта. Этим соленоидом можно управлять с помощью автоматического контроля производительности, электронного блока управления двигателем или компьютера управления наддувом. Другой метод повышения давления наддува — использование обратных клапанов и выпускных клапанов, чтобы сделать давление на мембране ниже, чем давление в системе.

Существуют также турбокомпрессоры, в которых используется набор лопастей в корпусе выхлопной трубы для поддержания постоянной скорости газа на турбине, такой же тип управления, как и на турбинах электростанций.Эти турбокомпрессоры имеют минимальное запаздывание, имеют низкий порог наддува и очень эффективны при более высоких оборотах двигателя. Во многих конфигурациях этим турбинам даже не нужен вестгейт. Лопасти контролируются мембраной, идентичной мембране вестгейта, но требуемый уровень контроля немного отличается. Первым производителем автомобилей, использовавшим эти турбины, была выпущенная ограниченным тиражом Shelby CSX-VNT 1989 года. В нем использовалась турбина от Garrett, названная VNT-25, потому что в ней используется тот же компрессор и вал, что и в более распространенном Garrett T-25.Этот тип турбины называется турбиной с регулируемым соплом (VNT). Производитель турбокомпрессоров Aerocharger использует термин «турбинное сопло с переменным сечением» (VATN) для описания этого типа турбинного сопла.

Надежность

Пока масло подается чистое и выхлопные газы не нагреваются слишком сильно (бедная смесь или задержка зажигания на бензиновом двигателе), турбокомпрессор может быть очень надежным, но уход за агрегатом важен. Замена турбины, которая отпускает и сбрасывает лопасти, будет дорогой.В двигателях с турбонаддувом рекомендуется использование синтетических масел.

После работы двигателя на высоких оборотах важно дать двигателю поработать на холостом ходу от одной до трех минут перед выключением. Saab в руководствах по эксплуатации рекомендует только 30 секунд. Это позволяет вращающемуся узлу турбокомпрессора охлаждаться из-за более низкой температуры выхлопных газов. Если этого не сделать, критическая подача масла к турбокомпрессору будет прервана при остановке двигателя, когда корпус турбины и выпускной коллектор еще очень горячие, что приведет к закоксовыванию (сгоранию) смазочного масла, оставшегося в агрегате, когда двигатель тепло проникает в подшипники, а затем перебои в подаче масла при следующем запуске двигателя приводят к быстрому износу и выходу из строя подшипников.Даже мелкие частицы сгоревшего масла будут скапливаться и приводить к перекрытию подачи масла и выходу его из строя. Турботаймер — это устройство, предназначенное для поддержания работы автомобильного двигателя в течение заранее определенного периода времени, чтобы автоматически выполнять этот период охлаждения. Турбины с картриджами подшипников с водяным охлаждением имеют защитный барьер от закоксовывания. Вода закипает в картридже при выключении двигателя и образует естественную рециркуляцию для отвода тепла. По-прежнему рекомендуется не глушить двигатель, пока горят турбина и коллектор.В пользовательских приложениях, использующих трубчатые коллекторы, а не чугунные коллекторы, потребность во времени охлаждения намного ниже, поскольку легкий трубчатый коллектор сохраняет гораздо меньше тепла, чем тяжелый чугунный коллектор.

Дизельные двигатели обычно более щадящие по отношению к турбодвигателям, поскольку температура их выхлопных газов намного ниже, чем у бензиновых двигателей, а также потому, что большинство операторов позволяют двигателю работать на холостом ходу и не выключают его сразу после большой нагрузки.

Отставание

Водитель автомобиля с турбонаддувом иногда ощущает отставание как задержку между нажатием на педаль акселератора и моментом включения турбо .Это симптоматично для времени, необходимого для того, чтобы выхлопная система, приводящая турбину, достигла высокого давления, а ротор турбины преодолел свою инерцию вращения и достиг скорости, необходимой для создания давления наддува. Компрессор с прямым приводом в нагнетателе не страдает от этой проблемы. И наоборот, при малых нагрузках или низких оборотах турбокомпрессор обеспечивает меньший наддув, и двигатель более эффективен, чем двигатель с наддувом.

Запаздывание можно уменьшить, уменьшив инерцию вращения турбины, например, используя более легкие детали, чтобы раскрутка происходила быстрее.Керамические турбины — большой помощник в этом направлении. Другой способ уменьшить запаздывание — изменить соотношение сторон турбины за счет уменьшения диаметра и увеличения длины пути газового потока. Увеличение давления воздуха на верхней палубе и улучшение реакции вестгейта помогают, но есть увеличение стоимости и недостатки надежности, которые не нравятся производителям автомобилей. Отставание также уменьшается за счет использования прецизионного подшипника, а не жидкостного подшипника, что снижает трение, а не инерцию вращения, но способствует более быстрому ускорению вращающегося узла турбокомпрессора.

Другим распространенным методом выравнивания турбоямы является «обрезание» турбинного колеса или уменьшение площади поверхности вращающихся лопаток турбинного колеса. Благодаря отсечению небольшой части кончика каждой лопасти турбинного колеса на выходящие выхлопные газы налагается меньше ограничений. Это придает меньшее сопротивление потоку выхлопных газов на низких оборотах, позволяя автомобилю сохранять больше крутящего момента на низких оборотах, но также увеличивает эффективную скорость наддува до немного более высокого уровня.Величина, на которую может быть обрезано турбинное колесо, сильно зависит от приложения. Отсечение турбины измеряется и указывается в градусах.

В других установках, особенно в двигателях V-образного типа, используются две турбины одинакового размера, но меньшего размера, каждая из которых питается от отдельного набора выхлопных потоков двигателя. Две меньшие турбины производят такое же (или больше) совокупное количество наддува, как и большая одиночная турбина, но, поскольку они меньше, они быстрее достигают своих оптимальных оборотов и, следовательно, оптимальной подачи наддува.Такое расположение турбокомпрессоров обычно называют установкой с двойным турбонаддувом.

Некоторые автопроизводители борются с отставанием, используя две маленькие турбины (например, Toyota, Maserati, Mazda и Audi). Типичная схема для этого состоит в том, чтобы один турбонаддув был активен во всем диапазоне оборотов двигателя, а другой подключался к сети при более высоких оборотах. В ранних конструкциях один турбокомпрессор был активен до определенного числа оборотов в минуту, после чего активировались оба турбокомпрессора. Ниже этого числа оборотов и выхлоп, и воздухозаборник вторичного турбонаддува закрыты.Будучи по отдельности меньше, они не страдают от чрезмерной задержки, а наличие второго турбонагнетателя, работающего в более высоком диапазоне оборотов, позволяет ему достичь полной скорости вращения раньше, чем это потребуется. Такие комбинации называются «последовательными турбинами». Последовательные турбокомпрессоры обычно намного сложнее, чем системы с одним или двумя турбонагнетателями, потому что они требуют трех наборов труб — впускных и перепускных труб для двух турбонагнетателей, а также клапанов для управления направлением выхлопных газов.

Запаздывание не следует путать с порогом повышения, однако многие публикации до сих пор допускают эту основную ошибку. Порог наддува турбосистемы описывает минимальные обороты турбонаддува, при которых турбонаддув физически способен обеспечить требуемый уровень наддува. Новые разработки турбокомпрессора и двигателя привели к неуклонному снижению порога наддува до уровня, при котором повседневное использование кажется совершенно естественным. Нажатие на педаль газа при 1200 об/мин и отсутствие наддува до 2000 об/мин — это пример порога наддува, а не отставание .

В гоночных автомобилях часто используется система защиты от запаздывания, чтобы полностью устранить запаздывание, как правило, за счет срока службы турбокомпрессора.

Повышение

Наддув относится к повышенному давлению в коллекторе, создаваемому турбиной на стороне впуска. Это ограничено, чтобы удерживать турбонаддув в расчетном рабочем диапазоне за счет управления перепускным клапаном, который отводит выхлопные газы от турбины со стороны выхлопа. Многие дизельные двигатели не имеют перепускной заслонки, потому что количество энергии выхлопа напрямую зависит от количества топлива, впрыскиваемого в двигатель, а небольшие изменения давления наддува не имеют значения для двигателя.

Приложения

Турбокомпрессор очень распространен в дизельных двигателях обычных автомобилей, грузовиков, судовых и тяжелых машин. Фактически, для современных автомобильных приложений дизельные двигатели без турбонаддува становятся все более редкими. Дизели особенно подходят для турбонаддува по нескольким причинам:

  • Безнаддувные дизели имеют более низкую удельную мощность по сравнению с бензиновыми двигателями, турбонаддув улучшит это отношение P:W.
  • Дизельные двигатели требуют более прочной конструкции, потому что они уже работают при очень высокой степени сжатия и при высоких температурах, поэтому они, как правило, требуют незначительного дополнительного усиления, чтобы выдержать добавление турбонагнетателя. Бензиновые двигатели часто требуют серьезной модификации для турбонаддува.
  • Дизельные двигатели имеют более узкий диапазон частот вращения, в котором они работают, что делает рабочие характеристики турбокомпрессора в этом «диапазоне оборотов» менее компромиссными, чем у бензинового двигателя.

Первые серийные двигатели с турбонаддувом поступили от General Motors. Oldsmobile Cutlass с кузовом A и Chevrolet Corvair были оснащены турбокомпрессорами в 1962 году. Oldsmobile часто называют первым, поскольку он вышел на несколько месяцев раньше, чем Corvair. Его Turbo Jetfire был V8 объемом 215 дюймов³ (3,5 л), а двигатель Corvair был оппозитным 6-цилиндровым двигателем объемом 140 дюймов³ (2,3 л). От обоих этих двигателей отказались в течение нескольких лет, а следующий турбодвигатель GM появился более чем через два десятилетия.

Сегодня турбонаддув чаще всего используется в двух типах двигателей: бензиновые двигатели в высокопроизводительных автомобилях и дизельные двигатели в грузовиках. Небольшие автомобили особенно выигрывают от этой технологии, поскольку часто не хватает места для установки двигателя большей мощности (и физически большего размера). Saab был ведущим автопроизводителем, использующим турбонагнетатели в серийных автомобилях, начиная с Saab 99 1978 года. Porsche 944 использовал турбоагрегат в 944 Turbo (внутренний номер модели Porsche 951), что дало большое преимущество, обеспечивая скорость 0-100. очень близок к своему современному старшему брату без турбонаддува, Porsche 928.Современные примеры высокопроизводительных автомобилей с турбонаддувом включают Subaru Impreza WRX, Mazda RX-7, Mitsubishi Lancer Evolution и Porsche 911 Turbo.

В Формуле-1, в так называемую «турбо-эру», двигатели объемом 1500 куб.см могли развивать мощность от 1500 до 1800 л.с. (от 1100 до 1350 кВт) (Renault, Honda, BMW).

Турбины для небольших автомобилей все чаще используются в качестве основы для небольших реактивных двигателей, используемых для летающих моделей самолетов, хотя преобразование является узкоспециализированной работой, не лишенной опасностей.

Турбокомпрессоры были впервые использованы на самолетах в конце Второй мировой войны. Основная цель большинства авиационных приложений заключалась в том, чтобы увеличить высоту, на которой может летать самолет, за счет компенсации более низкого атмосферного давления на большой высоте. Широкому развитию турбокомпрессоров для самолетов с поршневыми двигателями помешала проблема создания турбины, которая могла бы выдерживать высокие температуры и присутствующие центростремительные силы, подобно реактивной турбине.Не имея металлургических знаний для изготовления одного из них, большинство истребителей с поршневыми двигателями, использовавшихся во время Второй мировой войны, использовали нагнетатели для улучшения высотных характеристик, поскольку они работали при гораздо более низкой температуре, чем турбокомпрессоры. Ярким примером является Supermarine Spitfire ВВС Великобритании, в котором использовался Rolls Royce Merlin с наддувом.

В большинстве современных самолетов с турбонаддувом используется регулируемый перепускной клапан. Вестгейт управляется вручную или, что становится все более распространенным, бортовым компьютером.В интересах долговечности двигателя вестгейт обычно остается открытым или почти открытым на уровне моря, чтобы не допустить чрезмерного наддува двигателя. По мере набора высоты вестгейт постепенно закрывается, поддерживая давление в коллекторе на уровне моря. В отличие от автомобильных применений, авиационные турбокомпрессоры не перегружают двигатель (во всем есть исключения), а скорее сжимают окружающий воздух до давления на уровне моря. По этой причине самолеты с турбонаддувом иногда называют турбонормализованными.

См. также

de:Турболадер es: Турбокомпрессор ja:ターボチャージャー нет:Турбо sv: Турбодрифт

Исследование процесса сгорания и выбросов дизельного двигателя с турбонаддувом и рециркуляцией отработавших газов

Система рециркуляции отработавших газов высокого давления была адаптирована к дизельному двигателю с турбонаддувом и промежуточным охлаждением для анализа характеристик его сгорания и выбросов при различных нагрузках и постоянной скорости. На том же установившемся режиме работы с увеличением скорости РОГ температура сжатого газа росла, задержка воспламенения сокращалась, давление и температура отработавших газов снижались, а процесс сгорания удлинялся.По экспериментальным данным установлено, что при одинаковой скорости рециркуляции отработавших газов, чем ниже была нагрузка на двигатель, тем ниже была температура в цилиндре и тем выше скорость роста СО. Однако темпы роста НС имеют тенденцию к снижению. Скорость снижения удельного выброса NO x линейно изменялась в зависимости от скорости EGR с наклоном 1,651. Скорость увеличения непрозрачности дыма характеризовалась полиномиальной восходящей тенденцией второго порядка, и чем выше была нагрузка, тем резче ухудшалась дымность с увеличением скорости рециркуляции отработавших газов.С точки зрения выбросов, двигатель с системой рециркуляции отработавших газов может обеспечить меньшие выбросы выхлопных газов в некоторых операциях путем регулировки параметров двигателя.

1. Введение

Экономия нефтяных ресурсов и сокращение выбросов парниковых газов стали общемировым консенсусом, когда Земля сталкивается с проблемами окружающей среды и источников энергии [1–3]. Дизельный двигатель с непосредственным впрыском стал предпочтительным для коммерческих автомобилей из-за его высокой тепловой эффективности и применяется на 15-30% легковых автомобилей на евро-американских рынках.При этом нормативы по вредным выбросам выхлопных газов двигателей ужесточаются [4, 5]. Турбонаддув, впрыск топлива под высоким давлением, рециркуляция отработавших газов (EGR), система подачи топлива с электронным управлением и доочистка отработавших газов, успешно используемые в сочетании друг с другом, стали техническими мерами [6] для соблюдения законодательства о выбросах на различных этапах. Среди технических способов реализации контроля выбросов система рециркуляции отработавших газов представляет собой внешнее устройство, используемое для контроля выбросов NOx [7, 8], которое рассматривается как мера очистки двигателя для реорганизации впуска и регулировки процесса сгорания в цилиндре. [9].Механизм системы рециркуляции отработавших газов, снижающий выбросы NOx, заключается в подаче части выхлопных газов в камеру сгорания для увеличения теплоемкости газов, снижения температуры дымовых газов и, таким образом, уменьшения выбросов NOx.

Поскольку система рециркуляции отработавших газов приведет к задержке сгорания и снижению температуры [10], также существует вероятность того, что выхлопы углеводородов, CO и твердых частиц увеличатся при снижении выбросов NOx [11]. Следовательно, для достижения наилучших показателей мощности двигателя и наименьшего уровня выбросов необходимо определить надлежащую скорость рециркуляции отработавших газов, комбинируя некоторые другие методы оптимизации с рециркуляцией отработавших газов [12].

Учитывая систему охлаждения двигателя, для дизельного двигателя с турбонаддувом и промежуточным охлаждением подходит метод EGR высокого давления, при котором выхлопные газы рециркулируют во всасываемый воздух до достижения турбонагнетателя [13]. Как показано на рис. 1, компрессор и промежуточный охладитель можно было бы избежать загрязнения рециркулирующими выхлопными газами. Если выхлопные газы проходят через компрессор и промежуточный охладитель, такие вещества, как твердые частицы, углеводороды и сера в выхлопных газах, могут вызвать засорение и коррозию узкого канала системы охлаждения.Кроме того, применяемые на транспортных средствах дизельные двигатели с турбонаддувом и непосредственным впрыском обычно работают в переменных режимах работы, и стандартные процедуры испытаний на выбросы также проводились в условиях переменных режимов работы [14]. Другая схема рециркуляции отработавших газов, при которой выхлопные газы попадают во всасываемый воздух после достижения турбонагнетателя, задерживает реакцию двигателя в переходных режимах работы, что оказывает неблагоприятное влияние на контроль выбросов NOx.


2.Устройства и методы испытаний
2.1. Экспериментальное оборудование

Используемый двигатель представляет собой четырехцилиндровый четырехтактный дизельный двигатель YZ4D21 с турбонаддувом и промежуточным охлаждением и непосредственным впрыском топлива с камерой сгорания в поршне. Основные данные используемого двигателя приведены в таблице 1.


8 Степень сжатия5 3000 RPM 90 RPM

двигатель 4-цилиндр, 4-ход, Di

Bore 85 мм
Ход 92 мм
Шатун 145 мм
Огонь Заказать 0 1-3-4-2
RPM
48 кВт
VE4 11E1600R2D01
Инжектор KBAL-P028
статические впрыскивания 30325 7 ° Ca до TDC
60325 16 ° C CA перед TDC
закрытие впускного клапана 42 ° Ca после BDC
Выпускной клапан Открытие 45 ° Ca до TDC
Закрытие выпускного клапана 14 ° C CA после BDC

NOx выбросы были измерены с помощью химилюминесцентных анализатора и выбросов HC были измерены пламенно-ионизационным детектором.Рабочая температура анализатора углеводородов составляет 191°C, а рабочая температура NOx составляет 110°C. Образец газа, подаваемый в анализаторы NOx и HC, не осушается, поэтому значение, определяемое анализатором NOx и анализатором HC, представляет собой тип концентрации во влажном состоянии. И CO, и CO 2 были обнаружены недисперсионным инфракрасным анализатором, но разного типа соответственно. Для измерения концентрации O 2 использовали магнитопневматический детектор. Газовая проба, подаваемая в анализаторы СО, СО 2 и О 2 , была обезвожена и получена сухая концентрация.Нагретая линия отбора проб от выхлопной трубы до анализаторов контролировалась термостатом. Непрозрачность дыма, выбрасываемого дизельным двигателем, измерялась оптическим дымомером Hartridge AVL 439.

Основные характеристики других контрольно-измерительных приборов, используемых для измерения давления, температуры, массового расхода, силы торможения и т.д. приведены в таблице 2.

9032 6 5 NDispersive Infrared детектор DEWET-800-CA-SE

Блок Instrumentation Тип Точность эксплуатации Основной

Динамометр Список AVL GmbH AFA335 ±0.1% Electric Direct Direct Teake
Массовый расходомер AVL Список GmbH 733S ± 0,1% ± 0,1% Coriolis Effect
Mass Mass Mater AVL Список GmbH SENSYFLOW ± 0,1% Анемометр горячего пленки Smoke Smoke AVL Список GmbH 439 ± 0,1%
NOx Horiba CLA-755A [мокрые] ± 1% Хемилюминесценция детектор
HC HORIBA FIA-725A [влажный] ± 1% Flame Ионизация детектор
CO Horiba AIA-721 [сухие] ±1% Недисперсионный инфракрасный детектор
CO 2 HORIBA AIA722 [сухой] ±1% 5 Нет
O 2 O 2 MPA-720 MPA-720 [сухие] ± 1% Магнитопневматический детектор Анализатор сгорания DEWETRON
 Пьезодатчик Kistler 6125B11 ±0.3%
Усилитель заряда Kistler DAQP-Charge-B Time Drift-B Time Drift: 0,03 PC / S
Deletron CA-RIE-360 ± 0,2 ° Ca

Принимая во внимание нецелесообразность использования системы рециркуляции отработавших газов при полной нагрузке, в качестве целей исследования были выбраны режимы работы 75%, 50%, 25%, 10% нагрузки при 18:00 об/мин.Во время испытаний двигатель работал в целевом устойчивом режиме, путем регулировки подъема клапана рециркуляции отработавших газов, параметров работы двигателя и выбросов, а также были собраны данные о давлении в цилиндрах. Этот метод гарантировал согласованность и согласованность этих данных. Были собраны сигналы давления в цилиндре за 100 циклов, усреднены и математически сглажены. По индикаторным диаграммам среднего давления рассчитаны скорость тепловыделения и объемная температура газа в баллоне по первому закону термодинамики.

2.2. Система клапана EGR

В системе клапана EGR используется пружинно-мембранный клапан, управляемый разрежением вакуума. Помимо внешних вводимых сигналов параметров работы двигателя, сама система клапана EGR включает пружинный мембранный клапан, устройство контроля вакуумного ресурса и контроллер клапана EGR. В соответствии с сигналом входного напряжения устройство регулировки вакуума выдает соответствующий вакуум. А вакуум контролирует подъем клапана EGR и управляет потоком рециркулируемых выхлопных газов в качестве мощности открытия.

Скорость рециркуляции отработавших газов определяется объемным процентным содержанием CO 2 во впускных и выхлопных газах: 𝜑скорость EGR=CO2вх 𝜑CO2выхлоп×100%.(1)

В этом уравнении 𝜑CO2вх обозначает объемный процент CO рециркуляция выхлопных газов на впуске и 𝜑CO2выхлоп для объемного процента CO 2 в выхлопе.

Когда двигатель стабилизировался при данных нагрузках 1800 об/мин, характеристики потока рециркулируемых выхлопных газов можно было бы получить путем регулировки подъема клапана EGR, как показано на рисунке 2.Чем выше был подъем клапана EGR, тем больше поток рециркулирующих отработавших газов. Тем не менее, при разных нагрузках и одинаковом подъеме клапана EGR было обнаружено, что чем ниже нагрузка двигателя, тем легче будет рециркулировать выхлопной газ, что было представлено увеличением потока рециркулируемых выхлопных газов, а также EGR. показатель. Например, в то время как клапан рециркуляции отработавших газов продолжал открываться при высоте подъема 2,5  мм, скорость рециркуляции отработавших газов составляла 9,5 %, 13,2 %, 18,4 % и 20,3 % соответственно при нагрузке двигателя 75 %, 50 %, 25 % и 10 %.При одинаковом подъеме клапана и площади поперечного сечения дроссельной заслонки количество рециркулируемых отработавших газов зависит от разницы давлений между входом и выходом клапана EGR. Когда двигатель работает при высоких нагрузках, эффективность преобразования энергии выхлопных газов при высоком давлении может быть относительно высокой. Работа вала передается компрессору и соответственно увеличивает давление на входе. Таким образом, разница давлений между впускным и выпускным концами канала EGR будет незначительной, что неблагоприятно для поступления отработавших газов во впускную систему.Следовательно, чем выше нагрузка на двигатель, тем меньше EGR. Вот почему иногда может быть трудно добиться EGR в условиях полной нагрузки на низкой скорости.


3. Анализ характеристик сгорания дизельных двигателей с EGR

Как показано на Рисунке 3, благодаря уменьшению впуска свежего воздуха, потребление свежего воздуха уменьшилось, а коэффициент избытка воздуха линейно уменьшился по мере увеличения скорости EGR. Но эффективный удельный расход топлива оставался неизменным или несколько колебался.На этом графике BMEP используется для обозначения среднего эффективного давления в тормозной системе в различных рабочих условиях при частоте вращения двигателя 1800  об/мин. Иллюстрации рабочих условий на рисунках 6, 7, 9, 11 впоследствии идентичны иллюстрациям на рисунке 3.


Поток вводимых отработавших газов увеличивался с увеличением подъема клапана EGR, но максимальное взрывное давление сгоревшего газа снижалось. Скорость рециркуляции отработавших газов и ее влияние на характеристики сгорания при BEMP 0,67 МПа и частоте вращения 1800 об/мин показаны и проанализированы на рисунке 4.На диаграмме индикатора давления, рис. 4(а), когда уровень рециркуляции отработавших газов увеличился до 9,5%, угол поворота коленчатого вала до максимального давления взрыва был примерно на 2 ° C вперед. А максимальное давление при уровне рециркуляции отработавших газов 9,5% упало на 2,2% по сравнению со случаем без рециркуляции отработавших газов. С увеличением EGR скорость роста давления, как показано на рисунке 4(b), уменьшается, а соответствующий угол поворота коленчатого вала замедляется. А пик скорости нарастания давления при скорости EGR 9,5% приходится на 26,8% ниже, чем в случае без EGR. В области, отмеченной кружком, точка резкого подъема кривой скорости нарастания давления может свидетельствовать о начале воспламенения, по той причине, что кривая скорости нарастания давления плавно спадала бы точно в отмеченной области, если бы нет огня в цилиндре.В соответствии с этим критерием зажигание в случае с рециркуляцией отработавших газов 9,5 % произошло примерно на 1,5° СА раньше, чем в случае без рециркуляции отработавших газов.

На рисунке 4(c) с увеличением скорости РОГ зажигание происходило раньше и начальный пик скорости тепловыделения уменьшался, а максимальная скорость снижения начального пика тепловыделения составляла 18,3% при скорости РОГ 9,5%. Задержка воспламенения дизельного двигателя в основном зависит от природы топлива, концентрации смесей и соответствующих условий температуры и давления.После введения EGR соотношение воздух-топливо и концентрация кислорода в смесях уменьшились, а количество инертного газа увеличилось, что может увеличить задержку воспламенения. Однако рециркулирующий газ повысил температуру на впуске, а также общую температуру газа в цилиндре в конце сжатия, как показано на рис. 4(e). А кривая переходной скорости тепловыделения на рис. 4(с) указывает на то, что тепло выделялось явно раньше при интенсивной рециркуляции отработавших газов. Из вышеизложенного следует, что концентрация кислорода в смесях не будет так сильно влиять на задержку воспламенения, как температура, и более высокая скорость рециркуляции отработавших газов будет способствовать сокращению задержки воспламенения [15].

При малых нагрузках основным фактором, влияющим на задержку воспламенения, была температура на впуске [16]. Из-за небольшой подачи топлива в этом состоянии базовые данные коэффициента избытка воздуха были достаточно большими, чтобы мало влиять на задержку воспламенения, хотя коэффициент избытка воздуха мог снижаться с увеличением скорости рециркуляции отработавших газов. Кроме того, из вышеизложенного можно сделать вывод, что уменьшение задержки воспламенения будет гораздо более заметным из-за отчетливого согревающего эффекта впуска при низких нагрузках с высокой скоростью рециркуляции отработавших газов.

Хотя без рециркуляции отработавших газов воспламенение смеси начнется немного позже, как только это произойдет, аккумулятивное тепловыделение будет быстро увеличиваться, как показано на рис. 4(d). Инертная атмосфера и удельная теплоемкость повышены за счет рециркуляции выхлопных газов; другими словами, сгорание может быть задержано. При более высокой скорости рециркуляции отработавших газов пиковая температура сгорания заметно снижалась. Кривая объемной температуры газа также отражает недостаток системы рециркуляции отработавших газов, заключающийся в увеличении продолжительности сгорания и соответственно увеличении температуры выхлопных газов, как показано на рисунке 5.Избыточная скорость рециркуляции отработавших газов может привести к ухудшению сгорания в цилиндре. Таким образом, для достижения оптимального контроля сгорания и выбросов следует определить разумное значение скорости рециркуляции отработавших газов в соответствии с различными условиями эксплуатации.



(a) Удельный выброс Н О x
(b) Скорость снижения Н О x
(a) Удельный выброс Н О x
(b) Скорость снижения Н О x
(a) Непрозрачность дыма
(b) Увеличение скорости дыма
(a) Непрозрачность дыма
(b) Увеличение скорости дыма
4.Влияние EGR на характеристики выбросов дизельных двигателей
4.1. Характеристики выбросов NOx

Приведенный выше анализ процесса сгорания дизельных двигателей с РОГ показал, что РОГ позволит сократить задержку воспламенения, повысить удельную теплоемкость рабочего тела в цилиндре, снизить тепловыделение в период предварительного смешения. сгорание, снизить температуру сгорания в цилиндре и одновременно уменьшить концентрацию кислорода на впуске; все это будет играть активную роль в сдерживании образования NOx в цилиндрах.Чтобы не ухудшить характеристики двигателя, значение скорости рециркуляции отработавших газов должно оставаться ниже при высоких и средних нагрузках и умеренно увеличиваться при малых нагрузках.

На рис. 6 показано, что при различных нагрузках при частоте вращения двигателя 1800 об/мин удельный выброс NOx снижался с увеличением скорости рециркуляции отработавших газов. Учитывая пересмотр условий испытаний, включая температуру, влажность места испытаний, а также отклонение данных заданных рабочих параметров (скорость, крутящий момент и т. д.), целесообразно принять удельный выброс в качестве эталона для оценки двигателя. представление.

Как изменились удельные выбросы NOx при увеличении скорости рециркуляции отработавших газов, показано на рис. 6(а). В верхней части рисунка 6(а) кривая подгонки для точек нагрузки 10 % может быть округлена до линейной функции с наклоном −0,148 и точкой пересечения 10,538. В приведенных ниже точках показано, как удельные выбросы NOx изменялись в зависимости от скорости рециркуляции отработавших газов при нагрузках 75, 50 и 25 процентов соответственно. После интегрирования эти точки можно разместить на кривой с наклоном -0,145 и точкой пересечения 7,372.Как видно из этого графика, наклоны этих двух кривых примерно равны. Таким образом, ясно, что при различных нагрузках скорость уменьшения удельного выброса NOx менялась в зависимости от скорости рециркуляции отработавших газов с линейным наклоном 1,651, как показано на рисунке 6(b).

4.2. Характеристики эмиссии дыма

На рис. 7(а) показано, как дымность дыма изменялась в зависимости от скорости рециркуляции отработавших газов при различных нагрузках при частоте вращения двигателя 1800 об/мин. Вообще говоря, введение выхлопных газов снизит концентрацию кислорода во впуске и вызовет увеличение прозрачности дыма.Из рис. 7(б) видно, что в целом связь между дымностью дыма и скоростью рециркуляции отработавших газов представляет собой полиномиальную зависимость второго порядка. При средних и высоких нагрузках, при которых базовое значение коэффициента избытка воздуха относительно невелико, дымность сильно изменилась, даже если коэффициент избытка воздуха изменился незначительно. С увеличением скорости EGR дымность дыма быстро увеличивалась и резко ухудшалась, а при малых нагрузках влияние скорости EGR на коэффициент избытка воздуха ослабевало из-за увеличения мощности коэффициента избытка воздуха, а также снижалась тенденция к ухудшению дымности.Кроме того, на рисунке 7(b) по мере увеличения скорости рециркуляции отработавших газов кривые высоких и средних нагрузок имеют больший наклон, чем кривые низких нагрузок. По этой причине значение скорости рециркуляции отработавших газов должно быть ограничено при высоких нагрузках.

4.3. Характеристики эмиссии СО

Образование СО, обусловленное динамикой химической реакции, заняло много времени. При этом ключевое влияние на образование СО оказывала объемная температура газа. По мере увеличения количества рециркулируемых отработавших газов температура сгорания и необходимая концентрация кислорода в цилиндре снижались, и, следовательно, концентрация СО росла.Иллюстрация [L] на рисунке 8 соответствует левой оси координат, а [R] наоборот. На графике все данные, ориентированные по правой оси координат, отмечены направляющими стрелками. На правой оси координат φ означает объемную концентрацию, которая также может относиться к следующим цифрам. На рисунке 8 (а) показано, как при высоких и средних нагрузках при частоте вращения двигателя 1800  об/мин изменяется удельный выброс CO и объемная концентрация в зависимости от скорости рециркуляции отработавших газов.Аналоги при двух соответствующих низких нагрузках показаны на рисунке 8(b). Можно заметить, что с увеличением скорости рециркуляции отработавших газов увеличивается объемный процент СО, а удельный выброс СО снижается. Внедрение системы рециркуляции отработавших газов уменьшило общий объем выхлопных газов, попадающих в атмосферу. Удельный выброс CO значительно отражал увеличение объемной концентрации CO и уменьшение потока выхлопных газов.


(a) Средние и высокие нагрузки
(b) Низкие нагрузки
(a) Средние и высокие нагрузки
(b) Низкие нагрузки
9000tric2 Скорость увеличения концентрации CO в зависимости от объема EGR скорости при различных нагрузках со скоростью 1800 об/мин, что показано на рисунке 9.Точка, отмеченная кружком на графике, используется для интерпретации скорости увеличения объемной концентрации CO. Здесь скорость увеличения СО означает процент добавленного количества объемной концентрации СО со скоростью рециркуляции отработавших газов 20,7% по отношению к исходной объемной концентрации СО без рециркуляции отработавших газов в этом режиме работы. Однако увеличение скорости рециркуляции отработавших газов означает уменьшение валового выхлопа. Как показано на Рисунке 8, удельный выброс CO уменьшался с увеличением скорости EGR, потому что объемная концентрация CO увеличивалась медленнее, чем скорость EGR.После этого необходимо обсудить влияние нагрузки двигателя на изменение объемной концентрации CO в зависимости от скорости рециркуляции отработавших газов. Из рисунка 9 видно, что линейные наклоны скорости увеличения СО к скорости EGR составляли 0,727, 0,730, 0,814 и 0,892 для нагрузки двигателя 75 %, 50 %, 25 % и 10 % соответственно. в порядке. Скорость увеличения объемной концентрации СО имела тенденцию к росту по сравнению со скоростью рециркуляции отработавших газов по мере снижения нагрузки двигателя. Причина заключалась в том, что при работе двигателя на малых нагрузках объемная температура газов в цилиндре также была относительно низкой.Но температура сгорания заметно повлияла на образование CO. Скорость увеличения объемной концентрации CO была меньше, чем скорость увеличения EGR. Наклон скорости увеличения был меньше, но близок к 1,0 на рис. 9 при низких нагрузках, и можно предположить, что удельный выброс CO может сохраняться примерно на том же уровне.

4.4. Характеристики выброса углеводородов

По мере увеличения скорости рециркуляции отработавших газов тренд объемной концентрации углеводородов аналогичен зарегистрированным трендам CO.На рис. 10 показано, как удельный выброс и объемная концентрация углеводородов изменялись в зависимости от скорости рециркуляции отработавших газов в условиях четырех соответствующих нагрузок со скоростью 1800 об/мин. Как показано на Рисунке 10(а), хотя общий объем выхлопных газов уменьшился, удельный выброс углеводородов немного увеличился с увеличением скорости рециркуляции отработавших газов при высоких и средних нагрузках, поскольку объемная концентрация углеводородов резко увеличилась. Тем не менее, удельный выброс УВ, напротив, как показано на рисунке 10(б), имеет нисходящий тренд с увеличением скорости рециркуляции отработавших газов при низких нагрузках, хотя объемная концентрация УВ, как обычно, увеличивается.


(a) Средние и высокие нагрузки
(b) Низкие нагрузки
(a) Средние и высокие нагрузки
(b) Низкие нагрузки
воспламеняться во время задержки воспламенения. Таким образом, выбросы углеводородов были связаны с задержкой воспламенения. При малых нагрузках, чем больше было рециркуляции отработавших газов, тем лучше эффект обогрева впуска, короче задержка воспламенения и тем выгоднее для снижения HC.

Выбросы углеводородов также были результатом неполного сгорания, поэтому они тесно связаны с концентрацией кислорода в смесях. Как указывалось ранее, при средних и высоких нагрузках базовое значение коэффициента избытка воздуха было относительно небольшим, а снижение концентрации кислорода, вызванное рециркуляцией отработавших газов, заметно влияло на выбросы углеводородов. В то время как при низких нагрузках инертная атмосфера, создаваемая рециркуляцией отработавших газов, не будет так сильно влиять на выбросы углеводородов, как при средних и высоких нагрузках.

На рис. 11 показано, при разных нагрузках, как скорость увеличения объемной концентрации углеводородов зависит от скорости рециркуляции отработавших газов.А смысл скорости роста объемной концентрации УВ можно отнести к интерпретации скорости роста объемной концентрации СО. Из рисунка 11 видно, что линейные наклоны скорости увеличения HC к скорости EGR составили 1,348, 1,241, 0,570 и 0,357 для нагрузки двигателя 75 %, 50 %, 25 % и 10 % соответственно. в порядке. EGR приведет к снижению концентрации кислорода и задержке воспламенения, поэтому по мере увеличения скорости EGR объемная концентрация HC быстро увеличивалась при высоких и средних нагрузках, в то время как она имела тенденцию к медленному увеличению при низких нагрузках.В первом случае объемная концентрация углеводородов увеличивалась даже быстрее, чем скорость рециркуляции отработавших газов. А в последнем все было наоборот. Следовательно, можно сделать вывод, что удельный выброс углеводородов будет увеличиваться с увеличением скорости рециркуляции отработавших газов при высоких нагрузках; с другой стороны, удельный выброс углеводородов будет уменьшаться с увеличением скорости рециркуляции отработавших газов при низких нагрузках.

Как правило, удельный выброс НС и СО определялся не только объемной концентрацией, которая увеличивалась бы из-за скорости рециркуляции отработавших газов, но и объемным потоком выхлопных газов, который, наоборот, уменьшался бы из-за скорости рециркуляции отработавших газов.Будет ли скорость увеличения объемной концентрации УВ и СО перевешивать увеличение скорости РОГ или нет, будет доминировать тенденция удельного выброса УВ и СО. Согласно экспериментальным данным, наклон скорости увеличения объемной концентрации УВ при одинаковом Скорость рециркуляции отработавших газов при каждой нагрузке будет снижаться при снижении нагрузки двигателя; однако скорость увеличения СО вела себя совершенно обратно, и причина была рассказана ранее, связывая характеристики процесса сгорания с рециркуляцией отработавших газов.

5. Резюме/Вывод
(1) При постоянной скорости и одинаковом подъеме клапана рециркуляции отработавших газов поток выхлопных газов уменьшался по мере снижения нагрузки. Но количество рециркулируемых выхлопных газов увеличилось, а скорость рециркуляции отработавших газов заметно возросла. По мере увеличения подъема клапана EGR максимальное давление взрыва уменьшалось, а угол поворота коленчатого вала максимального давления перемещался к верхней мертвой точке. Увеличение скорости EGR привело к повышению температуры впуска, что сократило задержку воспламенения, и в то же время пик скорости роста давления, начальный пик тепловыделения и температура сгорания в цилиндре снизились, а воспламенение замедлилось. .(2) В условиях умеренной скорости EGR удельный выброс NOx уменьшался почти линейно по мере увеличения скорости EGR. Зависимость между скоростью уменьшения удельного выброса NOx и скоростью EGR можно линейно округлить с наклоном 1,651. Тем не менее, скорость увеличения непрозрачности дыма характеризовалась полиномиальной восходящей тенденцией второго порядка, и чем выше была нагрузка, тем сильнее ухудшалась дымность дыма с увеличением скорости рециркуляции отработавших газов. (3) Образование CO зависело от объемного газа. температура.С увеличением скорости рециркуляции отработавших газов температура сгорания в цилиндрах явно снижалась в условиях малых нагрузок, поэтому скорость роста объемной концентрации СО увеличивалась в порядке возрастания наклонов 0,727, 0,730, 0,814 и 0,892, когда нагрузка на двигатель снизилась с порядком нагрузки на двигатель 75%, 50%, 25% и 10%. (4) Поскольку уменьшение задержки зажигания и снижение концентрации кислорода, вызванное рециркуляцией отработавших газов, рассматривались как два фактора, влияющих на HC эмиссии, скорость увеличения объемной эмиссии УВ снижалась в порядке убывания наклона 1.348, 1,241, 0,570 и 0,357, когда нагрузка двигателя снижалась с порядком нагрузок двигателя 75%, 50%, 25% и 10%.
Благодарность

Авторы хотели бы выразить свою признательность за финансирование от Национального фонда естественных наук Китая (№ 50976051), который поддержал это исследование.

Дюпон™ Веспел® | Материалы для турбокомпрессоров

Самые большие проблемы, стоящие перед автомобильной промышленностью, заключаются в повышении экономии топлива и снижении выбросов без ущерба для мощности, что влияет на материалы для турбокомпрессоров и систем выбросов.Несмотря на все разговоры об электроприводах, в ближайшие 15–20 лет промышленность все равно будет опираться на двигатель внутреннего сгорания при решении этих задач.

В результате произойдет значительный рост производства небольших двигателей внутреннего сгорания, таких как двигатели объемом менее 2,5 л. Эти двигатели меньшего объема помогут обеспечить экономию топлива и показатели выбросов, но, вероятно, потребуют некоторого повышения производительности, чтобы обеспечить выходную мощность, требуемую клиентами. Этот импульс будет исходить от таких устройств, как турбокомпрессоры.

Материалы для турбокомпрессоров и выхлопных систем теперь должны выдерживать гораздо более суровые условия эксплуатации, вызванные:

  • Более высокие температуры (от 170 º C до 230 º C на пике)
  • Повышенная кислотность EGR (рециркуляция отработавших газов)
  • Повышенное давление
  • Агрессивные охлаждающие жидкости
  • Одежда

Материалы, устойчивые к высоким температурам и агрессивным жидкостям

Некоторые материалы DuPont для турбокомпрессоров и систем выхлопа могут выдерживать эти новые условия: DuPont Zytel ®  PLUS нейлон и DuPont Zytel ®  HTN92 Series PPA смолы.Эти смолы основаны на нашей технологии SHIELD и предлагают значительный скачок в стойкости к термическому окислению или долговременному тепловому старению.

Применение технологии SHIELD к полимерам Zytel ®  PLUS повышает их устойчивость к старению на горячем воздухе. Zytel ®  PLUS и Zytel ®  HTN92 PPA сохраняют хорошую прочность после воздействия горячего воздуха 180º C в течение 3000 часов. Эти три продукта также сохранили свою прочность на 75–100 % лучше, чем у нейлона 66, и примерно на 40–70 % выше, чем у ПФС.

Улучшенные характеристики теплового старения означают, что автопроизводители могут использовать эти материалы для повышения долговечности компонентов или использовать эти новые композиты для замены металлических компонентов в высокотемпературных контурах для снижения затрат и снижения веса.

Что касается сохранения прочности на растяжение, PPA серии Zytel ®  HTN92 и новый нейлон Zytel ®  PLUS сохраняют более 50 % своих первоначальных свойств в конце 2000-часового испытания на старение при погружении их в раствор рециркуляции отработавших газов. .

Для прокладок и уплотнений для охладителей хорошим решением являются синтетический каучук DuPont Vamac ®  AEM и синтетический каучук DuPont Viton ®  FKM. Эти эластомеры обладают хорошими эксплуатационными характеристиками, выдерживая более высокие требования к температуре и сопротивлению жидкости.

Терморегулирование турбосистем

Использование полимеров в терморегулировании турбосистем также дает возможность снизить вес и снизить затраты.

В охладителях наддувочного воздуха экономия средств может быть достигнута за счет использования пластиковых концевых баков. Резервуары из пластика можно было обжимать металлическим сердечником с меньшими затратами. Экономия затрат также может быть распространена на холодную сторону охладителей рециркуляции отработавших газов низкого давления.

Другой потенциал интеграции заключается в соединении прокладки с концевыми баками с помощью метода формования компонентов перед их сборкой с сердечником. Резонатор турбонагнетателя, изготовленный из Zytel ®  HTN PPA, используется в некоторых небольших дизельных двигателях.Это позволяет проектировать и интегрировать сложную форму, что приводит к снижению затрат и веса.

Крышка и некоторые компоненты привода клапана рециркуляции отработавших газов могут быть изготовлены из Zytel ®  HTN PPA, что позволяет интегрировать в конструкцию несколько электрических компонентов, что опять же приводит к снижению затрат и веса.

Износ и трение в турбокомпрессорах и системах выбросов

За последние несколько лет компания DuPont применила фундаментальную науку о материалах для решения проблем, связанных с движущимися частями турбокомпрессоров и выхлопными системами — деталями с уникальными требованиями к износу и трению.

Хотя существует множество видов износа, DuPont определяет износ как скольжение одного предмета по другому. Износ — это способность — или неспособность — подложки сопротивляться разрушению, поскольку она пытается сопротивляться движению другого объекта.

Определив набор критических свойств материала, влияющих на износ при высоких температурах, ученые DuPont смогли продемонстрировать улучшение износа в диапазоне 60-70%.

Например, пластина дисковой системы со смазкой между вращающимися поверхностями обычно используется в трансмиссиях, таких как упорные шайбы и уплотнительные кольца.Тщательно оптимизировав выбор материалов и рекомендации по проектированию, а также понимая потребности системы в тепле, мы смогли продемонстрировать снижение измеряемого трения на 45–55 % — значительный выигрыш для вращающихся компонентов трансмиссии.

Для обеспечения длительного срока службы компоненты должны иметь незначительный износ или вообще отсутствовать. А для предсказуемого времени отклика трение должно оставаться постоянным в течение всего срока службы автомобиля. Применительно к двигателям с турбонаддувом уменьшенного размера и передовыми системами контроля выбросов условия воздействия расширяют пределы эксплуатационных характеристик обычных материалов.

Семейство смолистых пластмасс DuPont Vespel ®  SCP является одним из результатов исследования DuPont трения и износа. Vespel ®  предложения материалов SCP:

  • Снижение износа до 60-70%.
  • Увеличенный срок службы при более высоких температурах и более высоких временах давления и предельных скоростях.
  • Коэффициент теплового расширения, близкий к алюминию.

Автопроизводители наблюдают улучшение характеристик клапанов EGR после оценки материалов Vespel ®  SCP в выпускных клапанах, подверженных воздействию высоких уровней частиц сажи и кокса, что также способствует как проблемам износа, так и проблемам со скоростью срабатывания, в первую очередь из-за изменения фрикционные свойства во времени.

Турбокомпрессор и устройства контроля выбросов

Vespel ®  был успешно испытан в таких областях применения, как концы рычагов подвески и втулки рычажного механизма, которые расположены снаружи турбонагнетателя и подвергаются воздействию окружающей среды моторного отсека. Инженеры также рассматривают внутренние компоненты подшипников, такие как фиксаторы шарикоподшипников, прокладки валов и уплотнения.

При более широком использовании электронных средств управления эти компоненты должны работать с очень высокой скоростью срабатывания.Компания DuPont продемонстрировала, что даже после миллионов циклов детали из Веспел ® сохраняют свою плавную и стабильную работу.

От «Искусство к части»

DuPont предлагает глубокую глобальную техническую поддержку по эластомерам, смолам и высокопроизводительным деталям. Группы разработчиков материалов и приложений DuPont продолжают находить новые способы интеграции эластомеров и смол, чтобы помочь автопроизводителям снизить вес и стоимость без ущерба для производительности. Ученые DuPont постоянно изобретают семейства легких материалов с высокой термостойкостью, чтобы помочь автопроизводителям выбрать наиболее подходящие материалы для турбокомпрессоров и систем выбросов.DuPont работает по всей цепочке создания стоимости как на местном, так и на глобальном уровне, чтобы помочь автопроизводителям сократить время от «искусства до детали».

(PDF) Новые решения в области гибридных турбокомпрессоров для специальных военных транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания

, соединенных с электрогенератором, редуктор

, уменьшающий вращение турбокомпрессора

для электрогенератора.

Основной целью гибридного турбокомпрессора

является сжатие воздуха, а также выработка

электроэнергии для электродвигателя транспортного средства

или для потребления, или для хранения в батареях

для покрытия всего диапазона аккумуляторов [8 ].

Это техническое приложение лучше всего подходит для

специальных военных автомобилей, где электричество

автономность очень необходима для

систем связи.

Рис. 16: Специальный танк Puma производства

Rheinmetall Defense Germany [9]

Это техническое приложение имеет множество

преимуществ, таких как: сжатие воздуха,

электроэнергия, простота обслуживания,

жесткость вала турбокомпрессора на

Конструкция

устраняет трибологические проблемы

[10], [11].

Благодарности

Я хотел бы поблагодарить за сотрудничество с

компанию Garrett by Honeywell — производителей турбокомпрессоров

, компанию Siemens

за программное обеспечение AMESim, Turbocar Serv

SRL за экспериментальную работу и

3 Transilvania

3 Университет Брашова.

Ссылки

[1] Митхун Д., Экспериментальное исследование характеристик сгорания, производительности и выбросов

дизельного двигателя, работающего на дизельно-касторовом биодизельном топливе,

Возобновляемая энергия (2017)

[2 ] Хайм К., Существующие и перспективные требования к турбонаддуву современных больших двухтактных дизелей

. В: 8-я конференция Supercharging, 1–2 октября 2002 г., Дрезден,

Германия. Автор Ф., Автор С.: Название судебного заседания. В: Editor, F., Editor, S.

(eds.) CONFERENCE 2016, LNCS, стр. 1–13. Спрингер, Гейдельберг (2016).

[3]. характеристики двигателей внутреннего сгорания

с наземным и морским программным обеспечением для сбора данных dyno-max и испытательной станиной

, AFASES 2018, Брашов, Румыния, DOI: 10.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

*