» » Изобарная система или система наддува при постоянном давлении

Изобарная система или система наддува при постоянном давлении

Изобарная система или система наддува при постоянном давленииПроблема повышения мощности двигателя внутреннего сгорания не потеряет своей актуальности никогда. Самые очевидные пути достижения этой цели – увеличение рабочего объема цилиндров и частоты вращения коленчатого вала – имеют выраженные конечные пределы, вызванные габаритными размерами и инерционностью механических частей двигателя. Наиболее перспективным выглядит вариант увеличения количества сгораемой топливно-воздушной смеси путем принудительного наполнения камер сгорания воздухом для ее приготовления с помощью наддува.


Немного истории

Еще в конце 19-го века родоначальники двигателестроения Р. Дизель и Г. Даймлер экспериментировали с повышением выходной мощности двигателя, сжимая воздух, нагнетаемый в камеры сгорания цилиндров. Но существенный прорыв в развитии и внедрении технологий наддува был осуществлен инженером из Швейцарии А. Бюши. В 1905 году он запатентовал поршневой двигатель, где воздух, подаваемый в цилиндры, сжимался турбокомпрессором, приводимым в движение выхлопными газами двигателя. Изначально турбины использовались для авиационных и судовых силовых агрегатов. Затем к их использованию обратились производители грузового автотранспорта (1938 г) и наконец, с 60 годов прошлого века турбокомпрессоры стали устанавливать на легковые автомобили. Пионерами в этой области стали американские автогиганты CHEVROLET и GM. На сегодняшний день системами турбонаддува оснащаются практически все дизельные силовые установки коммерческого грузового автотранспорта. На бензиновых двигателях применение турбокомпрессоров ведет к экономии топлива и снижению содержания СО2и других вредных веществ в выхлопных газах.

Типы наддува

В двигателестроении различают три типа наддува:

  • Резонансный наддув. Нагнетатель отсутствует. Для повышения давления используется кинетическая энергия воздуха. При верно подобранной длине впускного трубопровода волна воздуха, многократно отразившись от его стенок, подойдет к клапану в необходимое время. На практике используются впускные тракты изменяемой длины за счет подключения дополнительной резонансной камеры или переподключения впускных каналов (динамический наддув). Избыточное давление наддува составляет от 0,005 до 0,02 атм.
  • Механический наддув. Осуществляется механическими нагнетателями (объемными или центробежными), приводящимися в движение непосредственно от коленчатого вала ДВС посредством зубчатого ременного или шестеренчатого привода. К несомненным плюсам следует отнести пропорциональное увеличение давления подаваемого воздуха с нарастанием оборотов двигателя, к минусам – габаритность и снижение КПД мотора из-за дополнительного расходования крутящего момента для привода нагнетателя. Избыточное давление достигает 0,5 атм.
  • Газотурбинный наддув. На современном автотранспорте получили наиболее широкое распространение. По сути, это тотже центробежный компрессор, использующий для привода энергию отработанных газов. Турбокомпрессор представляет собой жесткую связку турбинного и компрессорного колеса, закрепленных на одном валу. Выхлопные газы, попадая в корпус турбины, приводят ее в движение. Крутящий момент передается компрессорному колесу, подающему во впускной тракт ДВС сжатый воздух.

Конструктивные особенности ДВС с наддувом постоянного давления

Установка турбокомпрессора влечет за собой модернизацию систем смазки, охлаждения, питания двигателя и других важных систем. Конструктивные изменения могут быть незначительными, если применение наддува преследует цели улучшения экономичных и экологических показателей. Для увеличения мощностных характеристик с использованием турбонаддува, двигатель подвергается серьезному изменению.

Устанавливаются более производительные топливный и масляный насосы, дополнительные фильтрующие элементы тонкой очистки масла, отстойники и радиаторы охлаждения системы смазки. Впускные и выпускные коллекторы подвергаются наибольшему изменению. Для выравнивания давления отработанных газов производят существенное увеличение объема выпускного коллектора. Этим достигается сглаживание пульсаций газообразных продуктов сгорания топлива.

Преимущества и недостатки изобарных систем наддува

Главный недостаток систем наддува постоянного давления – небольшой крутящий момент на низкооборотистых режимах работы двигателя. Кроме того, следует отметить следующие минусы:

  • Резкое снижение нагрузки вызывает ухудшение качества продувки и наполнения цилиндра, что приводит к повышению расхода топлива.
  • Повышенная инерционность турбокомпрессора,
  • Ухудшение динамических показателей ДВС при изменении режима эксплуатации (разгоне, возрастании нагрузки и т.д.).
  • Возможность обратного проникновения газов в цилиндры на молоцилиндровых двигателях.
  • Нередкий затрудненный запуск ДВС

Основные преимущества систем изобарного наддува проявляются при устоявшемся режиме работы двигателя, с нагрузками, близкими к максимальной. Именно в этих режимах турбокомпрессор имеет самый высокий КПД и оптимальную эффективность. Гораздо легче выбрать место установки турбины на двигателе, благодаря отсутствию необходимости сохранения энергии импульсов выхлопных газов. Силовые установки с турбокомпрессорами постоянного давления получили широкое распространение в габаритных стационарных машинах.

Основные направления развития турбокомпрессоров

Развитие турбокомпрессорных технологий происходит по следующим векторам:

  • Борьба с инерционностью наддува, уменьшение размеров ТК.
  • Применение новых керамических материалов для изготовления ротора турбины.
  • Применение турбин с изменяемой геометрией.
  • Внедрение микропроцессорной электроники для регулировки давления наддува.
  • Использование нескольких турбокомпрессоров на одном двигателе («битурбо», «твинтурбо»)
2-05-2014, 00:07 | Олег
 
 
 
Ваше Имя*:
Ваш E-Mail:
  • winkwinkedsmileam
    belayfeelfellowlaughing
    lollovenorecourse
    requestsadtonguewassat
    cryingwhatbullyangry
Защита от спама: