2.2. Основные изменения двс при применении турбонаддува

Применение наддува с целью увеличения мощности, требует изменений в конструкции двигателя.

Поскольку количество топливовоздушной смеси увеличивается при сохранении рабочего объема, то увеличивается и количество, выделившегося при сгорании, теплоты. Это приводит к необходимости усиливать детали двигателя, т.к. возрастает температура и давление в цилиндрах. В первую очередь увеличивают толщину стенок и днища поршня, снижают степень сжатия, изменяют головку блока цилиндров, изменяют фазы газораспределения, применяют подшипники КШМ механизма увеличенной ширины и диаметра и т.д. Для работы системы наддува также важно изменение процессов пуска, изменение впускного/выпускного коллектора, повышение производительности топливоподачи, перепрограммирование блока управления двигателем и т.д. Чем выше давление наддува, тем больше изменений требует конструкция.

Требуется установка радиаторов для охлаждения наддувочного воздуха и охлаждения масляной системы. Также для масляного охлаждения поршней приходится ставить масляный насос повышенной производительности. Приходится применять специальные сорта масел, обеспечивающие эффективную смазку подшипников ротора и их работу в тяжелых условиях.

2.3. Охлаждение наддувочного воздуха

У величение температуры воздуха при сжатии в компрессоре ведёт к потере возможного повышения его плотности, т.е. массового наполнения цилиндра. Кроме того, с повышением температуры заряда возрастает термическая напряжённость двигателя. Предварительное охлаждение воздуха снижает суммарные потери теплоты в двигателе, повышает механический КПД благодаря более высокой мощности без повышения давлений, а также снижает удельный расход топлива.

После компрессора нагретый воздух пропускают через специальный радиатор (интеркуллер) по конструкции аналогичный тому, что стоит в системе охлаждения двигателя. Нагнетаемый воздух, создаваемый компрессором, проходит по патрубкам через интеркуллер во впускной коллектор и попадает в камеру сгорания.

О хлаждение воздуха может осуществляться водой или воздухом. Несмотря на то, что вода имеет большую удельную теплоёмкость, при использовании новых технологий обработки лёгких металлов автомобильные системы охлаждения типа «воздух – воздух» получают преимущества по сравнению с системами «вода – воздух». Достоинством системы охлаждения типа «воздух – воздух» является её простота и надёжность. Однако системы с жидкотекучим промежуточным охладителем более эффективно снижают температуру наддувочного воздуха.

2.4. Комбинированный наддув

Чтобы добиться высокого КПД, в некоторых случаях возможно использование комбинированного наддува. Имеется в виду параллельный наддув, последовательный наддув и комбинации между ПН и ТКР. Вариантов подключения систем наддува много, но эти три являются основными.

П ри параллельном наддуве используются обычно два одинаковых турбокомпрессора, каждый из которых работает с отдельным рядом цилиндров. Оба ТКР функционируют параллельно на всём диапазоне нагрузки и частоты вращения. Преимущества такого способа в том, что два небольших турбокомпрессора быстрее ускоряются и выходят на рабочий режим, благодаря своим меньшим габаритам и массе. Впускной и выпускной коллекторы для двух небольших турбокомпрессоров будут короче и проще по конструкции, чем для одного большого. С другой стороны, два малых турбокомпрессора, как правило, дороже одного большого. Кроме того, требуется согласование их работы.

При последовательном наддуве используются два больших турбокомпрессора, которые не всегда действуют одновременно. В работу они включаются последовательно. На не больших частотах функционирует один ТКР. На средних частотах, когда первый ТКР выходит на номинальный режим, постоянно увеличивающийся заряд ОГ начинает раскручивать второй ТКР. Происходит это благодаря регулированию перепускными клапанами. На больших частотах, когда энергия ОГ обеспечивает оба ТКР, они работают одинаково, т.е. параллельно. Использование последовательного наддува разумно в тех случаях, когда необходимо большое давление наддува. Преимуществом такой системы является равномерная и высокая производительность на всём режиме работы.

С той же целью появились комбинации между ПН и ТКР. Благодаря механической связи ПН обеспечивает наддув на малых частотах вращения, пока ТКР набирает обороты. Далее, появляется достаточное количество отработавших газов, и ТКР начинает действовать в полной мере.

Турбокомпаунд – это интересное решение, которое позволяет получить дополнительную энергию ОГ с помощью дополнительной газовой турбины, которая не приводит в действие компрессор, а помогает вращать коленчатый вал двигателя через гидромуфту или шестеренчатый редуктор. Турбокомпаунд обычно используется на двигателях с большим рабочим объемом, применяемых на специальных рабочих машинах или грузовиках.