BMW_N57TOP_RU

Двигатель N57 TOP. 4. Система впуска и система выпуска ОГ.

•пределом нагнетания

•объемным пределом

•максимально допустимой частотой вращения турбонагнетателя.

Предел нагнетания

При слишком малых объемных расходах и слишком больших соотношениях давлений поток воздуха срывается с лопастей компрессора.Процесс подачи прерывается.Вследствие разрежения воздух устремляется обратно на сторону впуска через компрессор до тех пор, пока снова не установится стабильное соотношение давления и воздух снова не пойдет вперед.Давление восстанавливается.Процесс повторяется с большой частотой.Вследствие возникающего при этом шума возникло понятие«помпаж».

Объемный предел

Максимальный объемный расход турбонагнетателя ограничен поперечным сечением на входе компрессора.Даже при неограниченном увеличении частоты вращения пропускная способность не может превысить определенное значение.Это значение достигается,когда скорость воздуха на входе колеса достигает скорости звука.

4.3.2. Ступенчатый турбонаддув

Конструкция турбонагнетателя должна разрешать конфликт между приведенными выше рабочими характеристиками.Малый турбонагнетатель реагирует быстро и обеспечивает полный крутящий момент уже при низких частотах вращения.Однако,его производительность ограничена,т.к.он раньше достигает предела нагнетания и объемного предела.Он может создавать высокие давления,но его размеры ограничивают объемный расход.Большой турбонагнетатель способен обеспечивать большую мощность при высоких частотах вращения. Но он инерционный и не может создать высокое давление наддува при низких частотах вращения. Компромиссным решением является так называемая переменная геометрия турбонаддува(Variable Nozzle Turbine, VNT),которая находит применение в обычных дизельных двигателяхBMW. С помощью регулировки положения направляющих лопаток турбинного колеса проходное сечение приводится в соответствие с режимом работы двигателя.Однако,и эта система имеет ограничения,так что не удается оптимально перекрыть весь рабочий диапазон двигателя. Оптимальными были бы два турбонагнетателя.Малый для быстрого реагирования и большой для обеспечения максимальной мощности.

Преимущества двухступенчатого турбонагнетателя

17

Двигатель N57 TOP. 4. Система впуска и система выпуска ОГ.

Именно такая конструкция внедрена на дизельных двигателяхBMW TOP.Используются два последовательно включенных турбонагнетателя.Малый турбонагнетатель образует ступень высокого давления,большой турбонагнетатель–ступень низкого давления.Новым является то,что турбонагнетатель ступени высокого давления впервые имеет турбину с переменной геометрией.Ступень низкого давления имеет неизменяемую геометрию турбины,без изменения положения направляющих лопаток.

Оба турбонагнетателя комбинируются в разных вариантах.При этом достигаются оптимальные результаты во всем рабочем диапазоне.Такое взаимодействие становится возможным благодаря различным заслонкам и переменной геометрии турбины.

Это:

•регулирующая заслонка турбины(со стороны ОГ)

•байпасная заслонка нагнетателя(со стороны воздуха)

•перепускной клапан(со стороны ОГ)

•переменная геометрия турбины(со стороны ОГ).

18

Двигатель N57 TOP. 4. Система впуска и система выпуска ОГ.

Обзор

Двигатель N57 TOP, ступенчатый турбонаддув

19

Двигатель N57 TOP. 4. Система впуска и система выпуска ОГ.

Двигатель N57 TOP, ступенчатый турбонаддув

20

Двигатель N57 TOP. 4. Система впуска и система выпуска ОГ.

Ступень высокого давления

Ступень высокого давления–это меньший из двух турбонагнетателей.Он соединен тремя болтами и двумяV-образными кольцевыми уплотнениями с выпускным коллектором.Ступень высокого давления не соединена с заслонками.Трубопроводы подвода и отвода масла обеспечивают необходимую смазку и охлаждение подшипника в корпусе.Турбонагнетатель имеет турбину с переменной геометрией(VNT).

Ступень высокого давления

Ступень низкого давления

В работе большого турбонагнетателя учувствуют регулирующая заслонка турбины и перепускной клапан.Он закреплен на выпускном коллекторе и дополнительно опирается на блоккартер.Кроме того,ступень низкого давления имеет отдельную подачу масла для подшипников.

Ступень низкого давления

21

Двигатель N57 TOP. 4. Система впуска и система выпуска ОГ.

Регулирующая заслонка турбины

Регулирующая заслонка турбины открывает канал со стороны ОГ к ступени низкого давления и,тем самым,уменьшает поток ОГ к ступени высокого давления.Она приводится в движение пневматически с помощью мембранного механизма вакуумного регулятора и ее положение может меняться.Электропневматический преобразователь давления(EPDW)подает разрежение на мембранный механизм вакуумного регулятора и закрывает заслонку.

Регулирующая заслонка турбины

Байпасная заслонка нагнетателя

Байпасная заслонка нагнетателя позволяет обходить ступень высокого давления со стороны воздуха.Она приводится в движение пневматически с помощью мембранного механизма вакуумного регулятора.Байпасная заслонка нагнетателя имеет два положения:полностью открытое или полностью закрытое.Электромагнитный переключающий клапан(EUV)подает разрежение на мембранный механизм вакуумного регулятора и открывает заслонку.

22

Двигатель N57 TOP. 4. Система впуска и система выпуска ОГ.

Байпасная заслонка нагнетателя

Перепускной клапан

При достижении номинальной мощности двигателя открывается перепускной клапан для того,чтобы предотвратить слишком высокое давление наддува и давление в турбине.Через перепускной клапан часть ОГ проходит мимо турбины ступени низкого давления.Клапан приводится в движение пневматически с помощью мембранного механизма вакуумного регулятора.Положение перепускного клапана может меняться.Электропневматический преобразователь давления(EPDW)подает разрежение на мембранный механизм вакуумного регулятора и открывает клапан.Функция перепускного клапана реализуется с помощью заслонки.

Перепускной клапан

Сервопривод (VNT)

Переменная геометрия турбины позволяет лучше и точнее регулировать ступень высокого давления,а значит,и наддув в целом.Турбонагнетатель с переменной геометрией турбины для ступени высокого давления в сочетании с двухступенчатым наддувом является мировым

23

Двигатель N57 TOP. 4. Система впуска и система выпуска ОГ.

новшеством.Турбонагнетатель с переменной геометрией турбины начинает работать уже на малых оборотах двигателя и оптимально подстраивается под поток ОГ путем изменения положения направляющих лопаток турбины.Вся энергия отработавших газов оптимально используется вплоть до начала работы ступени низкого давления.

Ступень высокого давления двигателяN57 TOP (турбонагнетатель с переменной геометрией турбины с сервоприводом)

4.3.3. Моменты переключения

Для оптимального наддува во всем рабочем диапазоне двигателя управление заслонками выполняетDDE.Моменты переключения содержатся в поле характеристик,в основу которого заложены частота вращения коленвала и нагрузка двигателя.Переход между моментами переключения плавный.Кроме того,гистерезис предотвращает постоянное пороговое переключение.Изображения(сильно упрощенные)показывают различные положения переключения ступенчатого турбонаддува при полной нагрузке.

24

Двигатель N57 TOP. 4. Система впуска и система выпуска ОГ.

Упрощенное изображение системы наддува двигателяN57 TOP

25

Двигатель N57 TOP. 4. Система впуска и система выпуска ОГ.

а направляются к ступени низкого давления.

Графическое

изображение

26