Управление отработавшим газом в турбокомпрессоре

Наддув на заказ

Половина забот оплачивается за счет нанимателя турбонагнетателя. Если двигатель должен сегодня одновременно исполнять нормативные требования в отношении температурного режима, хорошей подвижности, комфорта езды и не в последнюю очередь экономности, то нагнетатель должен быть строго согласован с двигателем. Он должен ему подходить, как сшитый на заказ костюм, а не долж

ен быть или слишком мал, или слишком велик. Нагнетатель и двигатель должны вступить в гармоничный союз; и при этом только в том отношении, что непосредственно лопаточная машина, а именно нагнетатель и «паровая машина», а именно, двигатель внутреннего сгорания на основе своих противоположных рабочих характеристик вступают скорее в «свободный брак», а это, несомненно, представляет собой одну из сложных задач.

Согласование нагнетателя с двигателем может продолжаться месяцами. В процессе бесчисленного количества тестовых часов, проведенных на испытательных стендах и в автомобилях, после длительного процесса взаимной подгонки и настройки рождается оптимальный нагнетатель.

Требования к современному нагнетателю.

При разработке колес турбин и компрессоров следует руководствоваться требованиями со стороны покупателей и со стороны пользователей (легковые и грузовые автомобили, корабли, стационарные сооружения). Для проектно-конструкторских работ по созданию нужного конечного продукта имеется набор следующих критериев:

1. Ширина карты характеристик, положение насосных и запорных границ.

2. Максимальная степень сжатия при определенной окружной скорости (важен для грузовых автомобилей).

3. Максимальный коэффициент полезного действия и положение «раковины» КПД.

4. Срок эксплуатации (прочность, также с учетом стоимостных затрат).

5. Диаметр и связанный с ним момент инерции колеса. Внимание: момент инерции идет с коэффициентом «пять» относительно диаметра колеса.

6. Размеры корпуса.

Для приложений в секторе легковых автомобилей особенно важны такие критерии как характер нестационарности и аспект управляемости двигателя. Это означает, что нагнетатель с низких частот вращения обязан предоставлять высокое давление наддува и должен срабатывать, по возможности, без задержек в условиях постоянно меняющегося диапазона нагрузки. Именно эти задачи входят в противоречие с характером газотурбонагнетателя и долгое время оказывали отрицательное влияние посредством много раз упоминаемой «турбоямы».

Но современные технологии и постоянно развивающиеся в последние годы «ноу-хау» производителей нагнетателей уменьшили эффект «турбоямы» до едва заметного минимума. И в значительной мере этому способствовала верная комбинация аппаратного и программного обеспечения, то есть оптимальный нагнетатель и регулирование давления наддува.

Сшитый на заказ турбонагнетатель.

Нагнетатель на заказ возникает в результате тесного сотрудничества («simultaneous engineering») с пользователями. Некоторые производители имеют четкую классификацию нагнетателей по классам и размерам для конкретного применения - для двигателей грузовых, легковых автомобилей, судов или стационарных установок.

За исключением корпуса нагнетателя, который всегда остается постоянным, имеются в разных конструктивных рядах для соответствующих сфер приложений и внутри одного конструктивного ряда другие возможности варьирования; турбонагнетатель для дизельного двигателя легкового автомобиля с мощностью 66 кВт/90 л.с. может у VW выглядеть совершенно иначе, чем у Renault или BMW, и сам нагнетатель, например, для одного и того же VW-двигателя может быть тоже различным внутри палитры VW-автомобилей.

Разумеется, при массовом производстве турбонагнетателей играет роль не только пара «колесо - корпус», но и выбор соответствующих диаметров колес компрессора и турбины. Эти диаметры не одинаковы; как правило, колеса турбин всегда несколько меньше по диаметру, чем колеса компрессоров. Такое положение связано прежде всего с эксплуатационными свойствами и коэффициентом полезного действия колес компрессора и турбины. Здесь справедливо условие: чем меньше турбина, тем меньше инерция масс колеса и тем меньше энергии необходимо применить для преодоления скачка частоты вращения. Теперь что касается компрессора: чем больше компрессор, тем меньше зазор между днищем поршня и головкой блока цилиндров (это относится, разумеется, и к турбине), тем лучше коэффициент полезного действия и объем потока. Отклонения в размерах колес друг от друга составляют, правда, всего несколько процентов.

Конструктивная программа постоянно дополняется снизу (новый КР - конструктивный ряд), чтобы в будущем можно было оптимально обслуживать и мини-двигатели.

ККК-нагнетателем конструктивного ряда (К 24), который по современным меркам необычайно велик, был оснащен двигатель Audi S2. Аналогичный нагнетатель, но с большей турбиной и более крупным компрессором для высокого расхода применялся в Avant RS2, базирующемся на пятицилиндровом двигателе Audi и используемом Porsche. Здесь еще раз подтверждается правило, что в принципе один и тот же нагнетатель может породить совершенно различный характер мощности.

Поскольку тенденция постоянно идет к небольшим нагнетателям с малыми моментами инерции масс, что гарантирует наличие хорошего характера срабатывания с низких частот вращения, то в соответствии с этим положением все производители реструктурируют свои программы. Не только новые знания, но и новые производственные технологии формирования геометрии колес позволили использовать малые нагнетатели в двигателях с большой поглощающей потребностью. Так, например, габариты нагнетателей, которые еще недавно использовались в двигателях легковых автомобилей, сегодня уже появились в классе легких и средних автомобилей для перевозки грузов и пассажиров; в этом нас убеждает и приведенный обзор на расположенном рядом рисунке.

Например, с середины 80-х годов Audi Quattro поставлялись еще с ККК - нагнетателями габарита К 27. Диаметр колеса турбины этого нагнетателя составляет 76 мм. Разумеется, двигатели гоночных автомобилей нуждаются в более крупных нагнетателях, но все-таки и здесь сегодня необходима соответствующая подгонка нагнетателей к таким моторам и были бы, несомненно, возможны нагнетатели конструктивного ряда К 1 (К 14 или К 16) с диаметрами 50 и соответственно 55 мм. Но еще в 1992 году 2,2-литровый пятицилиндровый турбодвигатель Audi модели S2 был оснащен ККК - нагнетателем конструктивного ряда К 24; этот нагнетатель обслуживает сегодня легкие двигатели грузовых автомобилей (например, 3,9-литровый Iveco 8040 или Mercedes ОМ 364А, оба рядные четырехцилиндровые двигатели.

 Скачать реферат