5.1. Изменение геометрии впускной системы

Периодичность процессов в цилиндрах поршневых двигателей является причиной колебательных динамических явлений в газовоздушных трактах.

Эти явления могут быть использованы для существенного улучшения основных параметров двигателей - мощности, экономичности, крутящего момента.

Путем подбора длины и проходного сечения индивидуального трубопровода можно добиться прихода этой волны к цилиндру в наиболее благоприятный момент перед закрытием клапана, что приводит к существенному увеличению коэффициента наполнения h_v и, как следствие, приросту мощности N_e и крутящего момента M_кдвигателя.

Разработаны системы, позволяющие дискретно или непрерывно изменять геометрию впускного тракта. На рис 5.1.2 приведен вариант выпускного трубопровода с двумя вариантами длины впускного трубопрвода.

Рис. 5.1.2. Впускной трубопровод с изменяемой геометрией

Хорошие результаты дает применение так называемой комбинированной системы наддува, в которой сочетаются турбонаддув и инерционный наддув (использование газодинамических явлений во впускном трубопроводе). В этом случае длина, диаметр и форма впускного трубопровода и настройка турбокомпрессора выполняются так, чтобы на наиболее важном режиме работы двигателя обеспечивался максимальный коэффициент наполнения. Реализация данного способа в дизелях «РАБА-МАН» , «Заурер», «Хино» и др. обеспечивает снижение расхода топлива на 5-7%. Имеются реализации двух и трехрежимной (ступенчатой) газодинамической настройки длины и формы впускных каналов, например, в двигателях фирмы BMW и Фольксваген.

Трехступенчатая резонансная впускная система

Рис. 5.1.3. Трехступенчатая резонансная система: 1 — резонансная труба; 2 — переходная труба; 3 — коллектор; 4 — трубы с колеблющимися потоками заряда. Частоты вращения: а — низкие; б — средние; в — высокие

Для улучшения наполнения во всем диапазоне частот вра­щения во впускной системе был разработан трехступенчатый ре­зонансный впуск. Его схема показана на рис.5.1.3. В принятой схеме имеются две заслонки, расположенные в коллекторе и переходной трубе, которые могут быть или полностью открыты или закрыты. Положение заслонок определя­ется режимом работы двигателя.

Размеры труб выбирались из необходимости создавать на всех режимах работы двигателя резонансные колебания во впускном коллекторе. Положение заслонок в зависимости от режима работы показано на рис.5.1.3.

5.2. Управление агрегатами наддува

Рис.5.2.1. Регулирование турбокомпрессора поворотом лопаток диффузора	5.2.2. Турбина с регулируемым сопловым аппаратом (РСА)

Рис.5.2.3. Турбокомпрессор ТКР-6 НАМИ с РСА	Рис.5.2.4. Характеристики вздухоснабжения дизеля ОМ-611: ____ Турбокомпрессо с РСА; --- турбокомпрессор с перепускным клапаном.

Наибольшей сложностью и необходимостью тщательной отработки на надежность отличаются способы с применением поворотных лопаток диффузора компрессора 5.2.1 и соплового аппарата турбины 5.2.5. Кроме того, этим способам присущи утечки воздуха и газа через зазоры и возможность закоксовывания лопаток РСА. Тем не менее в последнее время ряд зарубежных фирм разработали для транспортных двигателей турбины с РСА либо турбины с регулируемым сечением соплового аппарата (Гаррет, ККК, Холсет, Хино, Альфа Ромео, Швитцер, Аэродайн Даллас и др.). Внедрение турбокомпрессоров с таким способом регулирования позволило снизить эксплуатационные расходы топлива на 7-12%.

На рис. 5.2.3 изображен турбокомпрессор ТКР-6, созданный в НАМИ, а на рис. 5.2.4 сравнение характеристик воздухоснабжения дизеля ОМ -611 при различных способах регулирования турбины.

Требования повышения удельной мощности двигатели с необходимостью приводят к созданию ситем с даухступенчатым наддувом, применене которых целесообразно при p_k больше 4 -4,5.

Помимо известных решений — применение турбокомпрес­соров с изменяемой геометрией на входе в турбину или регулируемых двухступенчатых турбокомпрессоров, большое внимание уделяется электронно-поддерживаемым системам турбонаддува e-Boost.

Разработку таких систем наддува, известных под названиями e-Boost или e-Booster, e-Turbo, e-Charger, ведет фирма BorgWarner. Принципиально они отличаются только компоновкой в одном агрегате отдельных узлов, входящих в систему наддува.

Система e-Boost состоит из компрессора, высокоэффектив­ного электродвигателя, соединенного с ним, и компактного кор­пуса, в котором размещены эти агрегаты, кроме того, в нем находятся также и элементы электронного управления.

Система e-Boost новаторская, открывающая новые возмож­ности для создания перспективных двигателей. На рис.5.2.9 представлена последняя модель электронно-поддерживаемого турбокомпрессора.

Рис. 5.2.9. Электрически поддерживаемый наддув фирмы Borg Warner

Наилучшим вариантом является установка на двигателе двух систем наддува: обычный турбокомпрессор, работающий на отра­ботавших газах, и система e-Boost, состоящая из компрессора с приводом от электродвигателя.

В настоящее время на фирме BorgWarner идет доводка системы e-Boost до уровня, необходимого для ее серийного производства. Кроме того, на фирме до сих пор велись разработки новой системы наддува исходя из заявлений, что очень скоро бортовая электросеть автомобиля будет работать с напряжением 42 В. Теперь стало очевидным, что это произойдет не так скоро, и поэтому на фирме BorgWarner усиленно ведутся работы по применению напряжения в 12 В.

Будущее турбонаддува

При помощи турбонаддува, эффективный, отвечающий требованиям к выхлопу автомобиль сегодняшних дней улучшил свои характеристики больше чем любой другой класс транспортных средств за все время.

Автомобильные инженеры создали набор средств управления с такими исключительными технологиями, что сегодняшний мощный уличный автомобиль может иметь меньший расход топлива, чем вчерашний экономичный автомобиль, а сегодняшний экономичный автомобиль часто может быть мощнее вчерашнего суперкара. Высокие технологии, примененные к поставленной задаче автомобильными инженерами, постоянно расширяющими границы, дали результат в виде многочисленного парка автомобилей, которые лучше функционируют, более экономичны, имеют больший ресурс, требуют меньшего обслуживания, и при этом доставляют удовольствие от их вождения. Что сделали специалисты, чтобы достичь таких успехов? Они изобрели новое оборудование. Они хорошо его оптимизировали и настроили его в строгих рамках. Оно изготовлено под строгим контролем и является высоконадежным. Нет никакого сомнения в высокой надежности электронных систем управления двигателем по сравнению с контактными системами зажигания, распределителями зажигания и карбюраторами. Технологии, развитые, чтобы отвечать сегодняшним требованиям, прежде всего, представляют собой электронную систему впрыска топлива, микропроцессорное управление углом опережения зажигания, обратную связь по датчику кислорода и каталитический нейтрализатор.

Комбинация этих четырех пунктов - ключ к получению высоких характеристик автомобиля и экономии, в которой мы нуждаемся для обеспечения низких выбросов. Технически возможно использовать эти элементы оборудования, тщательно их настраивать, и создавать полностью сертифицированное транспортное средство в рамках технических требований. Для начала нужно, во-первых, узнать эти правила.

Это интересное время для автомобилей с высокими характеристиками. Инженерные разработки, качество, высокие характеристики, экономичность, низкие выбросы и высокая долговечность - все это будет и далее совершенствоваться. Если все это произойдет, а так скорее всего и будет, большая работа будет проделана в трех различных областях: турбонагнетатель, оборудование, относящееся к турбонагнетателю, и соответствующие требованиям двигатели.

Любое усовершенствование турбонагнетателя было бы нацелено на то, чтобы заставить его быстрее достигать скоростей, на которых он начинает создавать давление наддува. Если турбонагнетатель можно было бы сделать мгновенно отзывчивым, форма кривой крутящего момента обычного атмосферного двигателя и двигателя с турбонаддувом была бы по существу одной и той же. Это - желаемая цель. Так как достичь этого пока еще не возможно, развитие турбонагнетателей пойдет по двум направлениям: потери в подшипниках и корпус турбины с переменным отношением A/R.

Используемая литература

1. Corky Bell, Maximum Boost 1999. - 122 с.

2. Мацкерле Ю. Современный экономичный автомобиль/Пер. с чешск. В. Б. Иванова; Под ред. А. Р. Бенедиктова. - М.: Машиностроение, 1987. - 320 с

3. Патрахальцев Н.Н., Савастенко А.А. Форсирование двигателей внутреннего сгорания наддувом: - М.: Легион - Автодата, 2004. - 176 с.: ил.

4. Турбодвигатели и компрессоры: Справ. пособие / Г. Хак, Лангкабель. - М.: ООО "Издательство Астрель": ООО "Издательство АСТ", 2003. - 351 с.: ил.

СОДЕРЖАНИЕ

1.Строение турбокмпрессора

2. принцип работы

3. Основные характеристики турбокомпрессора

4. Промежуточное охлаждение

5. система зажигания и впрыска топлива

6. будущее турбонаддува