Управление отработавшим газом в турбокомпрессоре

Содержание

1) Виды энергии, содержащиеся в отработавшем газе, и их преобразование в турбине.

а) Импульсный газотурбинный наддув.

б) Газотурбонаддув с подводом к турбонагнетателю отработавшего газа с постоянным давлением.

2) Выпускной коллектор

3) Импульсный преобразователь

4) Система выпуска отработавших газов

5) Турбонагнетатель в подробностях.

6) Наддув на за

каз

7) Требования к современному нагнетателю.

8) Сшитый на заказ турбонагнетатель.

9) Различные типы турбонагнетателей.

а) Осевая турбина.

б) Радиальная турбина.

в) Турбина смешанного типа.

Виды энергии, содержащиеся в отработавшем газе, и их преобразование в турбине.

При газотурбонаддуве различают два противоположных варианта использования содержащейся в отработавшем газе энергии для привода турбины: импульсный газотурбинный наддув или газотурбинный наддув с подводом отработавшего газа с постоянным давлением. Оба вида имеют свои характерные признаки.

При газотурбонаддуве с подводом к турбонагнетателю отработавшего газа с постоянным давлением используется термическая энергия, которая освобождается в результате спада давления и температуры до и после впуска в турбину. Импульсный наддув, напротив, использует кинетическую энергию отработавших газов, которая определяется скоростью выходящего из цилиндров двигателя отработавшего газа. В зависимости от типа наддува формируется и коллектор отработавших газов. Соответственно и корпус турбины также должен быть сконструирован по-другому.

В то время как в секторе грузовых автомобилей имеют дело исключительно с импульсным наддувом, для сектора легковых автомобилей используется смешанная форма из указанных выше типов наддува. Поэтому не следует вводить кого-либо в заблуждение, когда часто говорят о том, что «отработавший газ скапливается перед турбиной». Долевой эффект от импульсного наддува при использовании его в секторе легковых автомобилей по меньшей мере точно так же высок, но сначала он был основательно преобразован с помощью прогрессивных разработок и с учетом получаемых от этого результатов.

Импульсный газотурбинный наддув.

При импульсном газотурбинном наддуве, как уже было сказано выше, используется кинетическая энергия выходящих из цилиндров газов. Для этого необходимы отдельные выпускные трубопроводы и рекомендуемые многоструйные впускные корпуса турбин. Для подводки выпускных трубопроводов при этом соответственно объединяются расположенные в порядке зажигания далеко друг от друга цилиндры. Таким образом, четырехцилиндровому двигателю необходимо иметь два выпускных трубопровода, пятицилиндровому - три и шестицилиндровому соответственно два отдельно подведенных трубопровода. Длины и поперечные сечения этих трубопроводов, как и у оптимального двигателя без наддува, должны быть согласованы. Однако на основании специфических условий или конструктивных данных часто невозможно получить оптимальное исполнение импульсного газотурбонаддува. В результате этого при импульсном наддуве перед турбиной нагнетателя создаются переменные степени сжатия; за счет этого импульсный наддув улучшает коэффициент полезного действия турбины и характер срабатывания турбонагнетателя. Помимо этого давление наддува спадает не так уж сильно в соответствии с частотой вращения, как это происходит при чистом наддуве с подводом отработавшего газа постоянного давления.

Импульсный газотурбонаддув является стандартом для грузовых автомобилей, в которых специально для этого применяется двухструйный впускной корпус турбины (так называемая двойная лопаточная турбина). Здесь потоки отработавших газов от выпуска двигателя до впуска в турбину ведутся по отдельности, при этом всегда в один поток вбрасывают отработавший газ те цилиндры, которые по интервалу между вспышками и впуском согласованы друг с другом, так что при смене заряда никаких взаимных помех не происходит. Таким образом, импульсы газа беспрепятственно достигают колеса турбины, без того, чтобы один цилиндр столб газа выпускающего соседнего цилиндра в свою очередь впускал в камеру сгорания.

Однако практикуемый в таком виде «классический» импульсный газотурбонаддув трудно реализовать в двигателях легковых автомобилей. Ну, а в дизельных двигателях это затруднительно сугубо по причине размеров корпуса турбины: средний язычок, который у двухструйных корпусов турбины отделяет впускные каналы друг от друга, получается здесь слишком тонким, чтобы противостоять нагрузкам импульсных волн. У бензиновых двигателей к тому же еще добавляется аспект допустимых термических нагрузок корпуса турбины и среднего язычка. В качестве наглядного примера из истории газотурбонаддува рекомендуется в этой связи взглянуть на первый дорожный турбоавтомобиль Германии, BMW 2002. Этот двигатель использует импульсный наддув с двухструйным корпусом турбины. Но нагнетатель здесь оказался не очень надежным, и это стало причиной того, что этот BMW через год тихо убрался с авторынка. Однако чистокровный импульсный турбонаддув с двухструйным корпусом турбины для сектора легковых автомобилей окончательно не умер: в конце прошедшего столетия Volvo вновь бросил вызов и использовал его на своем S/V 40.

Но, несмотря на все это, импульсный газотурбонаддув, хотя не в своем классическом исполнении, практикуется на бензиновых двигателях. То, что при этом могут быть использованы и одноструйные корпуса турбин, доказал пионер турбо Porsche. Biturbo 911 вполне подходит для импульсного газотурбонаддува: как многорядный двигатель он имел цилиндры с сочетающимися интервалами между вспышками в отдельном блоке; по три цилиндра с углом поворота коленчатого вала в 240° нагружали турбину почти друг за другом; при этом минимальное наложение появлялось здесь за счет небольшого различия в длинах отдельных отводных трубопроводов. Но они были кратковременными, что допускало использование импульсной энергии. Эти трубопроводы должны как можно позже быть сведены перед турбиной, для чего предусматривался магистральный трубопровод, объединяющий все три выпускных трубопровода; благодаря чему как раз этот тип импульсного газотурбонаддува уже не являлся «классическим». Подобным образом поступил и Audi со своим 2,7-литровым Biturbo. Такая конструкция сберегает как тепловую, так и кинетическую энергию отработавших газов. А отсюда соответственно растет и коэффициент полезного действия турбины.

 Скачать реферат