2088
.pdf
На рис. 5.6 показан турбокомпрессор с электронным блоком управления. Исполнительный механизм электронного блока поворачивает лопатки соплового аппарата, изменяя угол входа газа на лопатки турбины и соответственно частоту вращения колеса.
Рис. 5.6. Турбокомпрессор с электронным блоком управления
Принципиальная схема турбины с изменяемой геометрией показана на рис. 5.7. Лопатки 4 и 5 могут поворачиваться при помощи кулачка 3 или
Рис. 5.7. Принципиальная схема турбины с изменяемой геометрией
50
подвижного кольца 2. Газы (А) входят в улитку, плавно изменяя направление движения и радиально (по радиусу) поступают на лопатки колеса (Б). Газы обтекают лопатки колеса, отдают им свою энергию, приводя колесо во вращательное движение. От колеса газы выходят в осевом направлении, поэтому такие турбины называют радиальноосевыми.
На рис. 5.8 показана компоновка системы турбонаддува на оппозитном двигателе.
Рис.5.8. Компоновка системы газотурбинного наддува на двигателе
Схема наддува с двумя последовательными турбокомпрессорами это редкость в мире автомобильных моторов. Раньше такой битурбонаддув применяли на автомобилях фирмы Maserati, а сегодня «двойной последовательный» наддув серийно применяет BMW, да и то – на дизельных двигателях. Концерн Volkswagen предлагает новую схему. На Франкфуртском автосалоне демонстрировался первый в мире бензиновый мотор 1.4 FSI Twincharger ( рис. 5.9), в конструкции которого объединены непосредственный впрыск бензина и соединенные последовательно турбокомпрессор и механический нагнетатель. Идея такова. На малых
51
Рис. 5.9. Внешний вид двигателя с двойной системой наддува
частотах вращения вала двигателя наддув обеспечивает роторный компрессор типа Ruts с приводом от коленчатого вала двигателя. Агрегат, разработанный совместно с инженерами фирмы Eaton, уже при 1500 мин- 1 развивает максимальное давление 0.25 МПа. При частоте вращения более 2400 мин-1 к компрессору подключается турбонагнетатель, который после частоты 3500 мин-1 работает в одиночку (рис. 5.10). В итоге двигатель рабочим объемом всего 1.4 л развивает мощность 140 кВт и крутящий момент 240 Н м – как «атмосферник» с рабочим объемом 2,3 л .
Чтобы компактный мотор выдерживал большие нагрузки, вызванные высоким давлением наддува и степенью сжатия (10), блок цилиндров сделан чугунным, а коленчатый вал усилен. Бензин впрыскивается в цилиндры под давлением до 15 МПа. Средний расход топлива, по данным фирмы Volkswagen, не превышает 7 л на 100 км. Этот двигатель подготовлен к серийному выпуску, будет устанавливаться на Golf GT (220 км/ч и 8 с
52
времени разгона до скорости 100 км/ч).
Обзор различных схем наддува двигателей показывает, что для двигателей малой мощности возможно применение механических нагнетателей с приводом от вала двигателя, а также нагнетателей с электроприводом и электронным управлением. Для двигателей большой мощности рекомендуются турбокомпрессоры с автоматическим регулированием и электронным управлением.
Рис. 5.10. Принципиальная схема двойного наддува
53
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
У современных ДВС агрегаты наддува являются его необходимой составной частью. В процессе создания турбодвигателя техническое и художественное конструирование образуют единый процесс рационального проектирования. Техническое проектирование создаёт турбодвигатель в его материальной основе и технической целесообразности. Художественное конструирование наполняет его человеческими качествами удобства, гармонии и красоты.
Техника наддува является сложным и дорогостоящим продуктом машиностроения, которая вмешивается не только в термодинамику теплового двигателя, но и в механику, и поэтому требует применения высокотехнологичных решений.
Длительное время для повышения мощности двигателей использовался газотурбинный наддув, как наиболее экономичный. Но в последнее время
вдвигателях получили применение и механические нагнетатели.
Вперспективных двигателях возможно применение наддува с электрическим приводом и электронным управлением. Его главным достоинством является гибкое регулирование требуемого количества воздуха, подаваемого в камеру сгорания в зависимости от нагрузки и режима работы двигателя.
Всовременных двигателях получила применение двойная схема наддува. На малых частотах вращения вала наддув воздуха обеспечивается роторным компрессором с приводом от коленчатого вала. На больших частотах механический нагнетатель автоматически отключается, а в работу вступает газотурбинный наддув, обеспечивая высокие экономические и экологические показатели двигателя.
Для обеспечения высоких показателей турбины выпускной коллектор выполняют в виде двух каналов, соединяемых при помощи клапана. На режиме максимального крутящего момента клапан находится в закрытом состоянии и газ поступает на турбину импульсно. На номинальном режиме давление наддува повышается, клапан соединяет каналы коллектора и турбина работает в изобарном режиме.
Для повышения коэффициента полезного действия турбокомпрессора и двигателя применяют промежуточное охлаждение воздуха, автоматически изменяют геометрию проточной части турбины и компрессора. Для V- образных двигателей рекомендуется установка двух турбокомпрессоров.
Выбор схемы наддува, типа компрессора и турбины для современного, конкурентоспособного двигателя должны обеспечить требуемую мощность, надежность, долговечность, компактность, удобство обслуживания, минимальный расход топлива, высокие экологические показатели и красоту машины.
54
Библиографический список
1.Кудинов В.А., Карташов Э.М. Техническая термодинамика. Учеб. пособие для втузов. М.: Высш. шк., 2000.–261 с.
2.Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей / Д.Н. Вырубов, Н.И. Иващенко, В.И. Ивин. Под ред. А.С. Орлина, М.Г.
Круглова. – М.: Машиностроение, 1983. –372 с.
3.Двигатели внутреннего сгорания: Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей: Учеб. для студ. вузов / Под общей ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. – М.: Машиностроение, 1990. – 288 с.
4.Круглов М.Г., Дехович Д.А., Иванов Г.И. . Агрегаты для воздухоснабжения комбинированных двигателей внутреннего сгорания. – М.: Машиностроение, 1973.
5.Байков Б.П., Бордуков В.Г.. Турбокомпрессоры для наддува дизелей: Справочное пособие. – Л.: Машиностроение, 1982.–200 с.
6.Федюшин В.Г. Турбокомпрессоры: Методические указания к выполнению проекта по курсу «Вентиляторы, компрессоры и газовые турбины». – М.: Типография МВТУ, 1984.–24 с.
7.Хак Г. Турбодвигатели и компрессоры: Справочное пособие.– М.: ООО
Издательство «Астрель – АСТ», 2003. – 351 с.
8.Макушев Ю.П., Третьякова Т.И., Салий Т.М. Программа расчёта двигателя с газотурбинным наддувом. Энергосберегающие технологии Прииртышья: Сборник трудов. Международная научно-практическая конференция Павлодар: Изд-во Павлодарского университета, 2001.– С. 228–230.
9.Расчет турбокомпрессора с использованием математической системы MATKCAD: Методические указания к курсовой работе для специальности 280440 «Двигатели внутреннего сгорания»/ В.В. Рындин, Ю.П. Макушев.– Павлодар, Павлодарский государственный университет им. Торайгырова, 2005. – 50 с.
10.А.с. 1539353 СССР, F 02 В 29/04. Двигатель внутреннего сгорания/ В.Э. Лено, Ю.П. Макушев, Г.С. Шаталов. Заявлено 01.04.1988; Опубликовано 01.10.1989. № 4401877. Бюл. № 4. – 3 с.
55
Приложение А
Пример оформления титульного листа пояснительной записки
Федеральное агентство по образованию Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия
Кафедра «Теплотехника и тепловые двигатели»
Расчёт турбокомпрессора для двигателя КамАЗ-740
по дисциплине «Агрегаты наддува двигателей»
Преподаватель канд. техн. наук (д-р. техн. наук.)
(учёная степень)
______________ 28.10.2007 (подпись)
Студент_____________________
Специальность 140501 «Двигатели внутреннего сгорания» Группа 51 ДВС
Омск 2007
56
Приложение Б
Варианты заданий
Таблица Б.1
Двигатель типа КамАЗ-740
Величина |
|
|
|
|
|
|
|
|
Варианты |
|
|
|
|
||
Наименование |
|
Обоз- |
|
Един |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
начение |
|
изм. |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
||
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Эффективная мощность |
|
Ne |
|
кВт |
200 |
280 |
340 |
300 |
210 |
190 |
260 |
320 |
240 |
200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номинальная частота |
|
|
|
мин –1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вращения |
|
no |
|
2400 |
2600 |
2800 |
2700 |
2600 |
2500 |
2650 |
2800 |
2550 |
2400 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Число цилиндров |
|
i |
|
|
|
8 |
8 |
8 |
8 |
8 |
8 |
8 |
8 |
8 |
8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ход поршня |
|
S |
|
м |
0,12 |
0,12 |
0,12 |
0,12 |
0,12 |
0,12 |
0,12 |
0,12 |
0,12 |
0,12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диаметр цилиндра |
|
D |
|
м |
0,12 |
0,12 |
0,12 |
0,12 |
0,12 |
0,12 |
0,12 |
0,12 |
0,12 |
0,12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Эффективный удельный |
|
ge |
|
кг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кВт ч |
0,21 |
0,22 |
0,23 |
0,24 |
0,20 |
0,21 |
0,22 |
0,23 |
0,24 |
0,23 |
|||
расход топлива |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент избытка |
|
|
|
|
|
1,5 |
1,6 |
1,7 |
1,8 |
1,9 |
1,8 |
1,7 |
1,6 |
1,5 |
1,8 |
воздуха |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент наполнения |
|
v |
|
|
|
0,9 |
0,91 |
0,92 |
0,93 |
0,94 |
0,8 |
0,85 |
0,83 |
0,89 |
0,94 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент продувки |
|
|
|
|
|
1,05 |
1,10 |
1,15 |
1,13 |
1,17 |
1,18 |
1,19 |
1,20 |
1,19 |
1,16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Необходимое число |
|
it |
|
|
|
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
2 |
турбокомпрессоров |
|
|
|
|
|||||||||||
Запас крутящего момента |
|
К |
|
|
|
1,05 |
1,1 |
1,2 |
1,2 |
1,15 |
1,08 |
1,16 |
1,23 |
1,1 |
1,3 |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Частота вращения на |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
режиме максимального |
|
n |
|
мин –1 |
1600 |
1650 |
1850 |
1700 |
1650 |
1600 |
1740 |
1900 |
1680 |
1600 |
|
крутящего момента |
|
|
|||||||||||||
|
|
M |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
57
Таблица Б.2
Двигатель типа Д-440
Величина |
|
|
|
|
|
|
|
|
Варианты |
|
|
|
|
||
Наименование |
Обоз- |
Един |
11 |
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
|||
начен. |
изм.. |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Эффективная мощность |
Ne |
|
кВт |
130 |
210 |
120 |
220 |
180 |
200 |
220 |
150 |
160 |
190 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Номинальная частота |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вращения |
no |
мин–1 |
1750 |
1950 |
1650 |
1850 |
1700 |
1600 |
1640 |
1900 |
2000 |
1700 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Число цилиндров |
i |
|
|
4 |
6 |
4 |
4 |
6 |
8 |
8 |
8 |
6 |
8 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ход поршня |
S |
|
м |
0,14 |
0,14 |
0,14 |
0,14 |
0,14 |
0,14 |
0,14 |
0,14 |
0,14 |
0,14 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диаметр цилиндра |
D |
|
м |
0,13 |
0,13 |
0,13 |
0,13 |
0,13 |
0,13 |
0,13 |
0,13 |
0,13 |
0,13 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Эффективный удельный |
|
|
кг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кВт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
расход топлива |
ge |
0,21 |
0,22 |
0,23 |
0,24 |
0,25 |
0,20 |
0,21 |
0,22 |
0,23 |
0,24 |
||||
|
ч |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент избытка |
|
|
|
1,6 |
1,5 |
1,7 |
1,8 |
1,4 |
1,9 |
1,45 |
1,75 |
1,85 |
1,8 |
||
воздуха |
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент |
v |
|
|
0,9 |
0,93 |
0,93 |
0,9 |
0,9 |
0,86 |
0,95 |
0,93 |
0,91 |
0,94 |
||
наполнения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент продувки |
|
|
|
1,08 |
1,10 |
1,12 |
1,15 |
1,13 |
1,15 |
1,18 |
1,20 |
1,15 |
1,17 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Необходимое число |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
турбокомпрессоров |
it |
|
|
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
2 |
2 |
2 |
1 |
2 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Запас крутящего момента |
К |
|
|
1,08 |
1,1 |
1,2 |
1,2 |
1,15 |
1,18 |
1,21 |
1,16 |
1,12 |
1,1 |
||
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Частота вращения на |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
режиме максимального |
n |
мин–1 |
1100 |
1150 |
1160 |
1200 |
1170 |
1160 |
1130 |
1250 |
1300 |
1200 |
|||
крутящего момента |
M |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
58
Учебное издание
Макушев Юрий Петрович, Корнеев Сергей Васильевич, Рындин Владимир Витальевич
АГРЕГАТЫ НАДДУВА ДВИГАТЕЛЕЙ
Учебное пособие
***
Редактор Т. И. Калинина
***
Подписано к печати 01.07.06 Формат 60х 90 1/16. Бумага писчая Оперативный способ печати Гарнитура Таймс
Усл. п. л. 4, уч.-изд. л. 3,75 Тираж 100 экз. Заказ № ____
Цена договорная
***
Издательство Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии 644099, г. Омск, ул. П. Некрасова, 10
––––––––––––––––––––––––––––––––––
Отпечатано в ПЦ издательства СибАДИ 644099, г. Омск, ул. П. Некрасова, 10
59