Чем приводится в действие в дизельном двигателе при газотурбинном наддуве компрессор
Перейти к содержимому

Чем приводится в действие в дизельном двигателе при газотурбинном наддуве компрессор

  • автор:

В дизельном двигателе с турбонаддувом, компрессор, подающий воздух в цилиндр двигателя, приводится в действие

Компрессор и турбина — это разные вещи, хоть и выполняют, по сути, одинаковые функции. Турбина — это привод выхлопными газами. Компрессор — механический привод (ремень, эл/двигатель и т. п.).

Похожие вопросы
Ваш браузер устарел

Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.

Устройство работы ДВС с надувом, его плюсы и минусы.

Некоторые машины отличаются от своих собратьев той же марки шильдиком «Turbo» на крышке багажника. Говорит он о том, что в таком автомобиле имеется турбонаддув двигателя. Что же это значит и для чего инженеры оснащают моторы дополнительными устройствами?

С самого начала эпохи автомобилестроения производители бились над задачей увеличения мощности двигателя внутреннего сгорания. Мощность силового агрегата напрямую зависит от его рабочего объема и количества топливно-воздушной смеси, подаваемой в цилиндры. Таким образом, получается, что форсировать мотор можно либо, увеличив его объем (при этом нужно решить задачу, как поместить увеличившийся агрегат в автомобиле), либо, каким-то образом загнать в цилиндры большее количество воздуха и увеличить подачу топлива.

Первый способ влечет за собой значительный перерасход горючего, к тому же увеличиваются размеры и масса двигателя, что не всегда допустимо. Для решения задачи вторым способом применяются системы принудительного нагнетания воздуха в цилиндры.

Существует три способа увеличения подачи воздуха:

резонансный (в данном случае используется кинетическая энергия воздуха во впускном коллекторе, нагнетатель не нужен);
механический (воздух нагнетается при помощи компрессора, приводимого в действие от двигателя);
газотурбинный (для работы нагнетателя используется энергия отработавших газов).
Поскольку в первом случае нагнетатель не применяется, а повышенное давление воздуха создается за счет четко выверенной формы и длины впускного коллектора, резонансный наддув в рамках данной статьи рассматриваться не будет. Гораздо интереснее два других варианта турбонаддува.

Механический наддув.
Использование компрессора – это один из способов увеличить подачу воздуха в цилиндры двигателя. Принцип его работы заключается в следующем: компрессор приводится в действие от шкива коленчатого вала, и начинает нагнетать воздух с первых секунд работы мотора.

Плюсы такой системы в том, что нагнетание воздуха происходит на любых режимах работы силового агрегата, в том числе при минимальных оборотах, а давление увеличивается с ростом оборотов коленвала. Кроме того, в случае использования компрессора отсутствует такое явление, как турбояма.

Разумеется, данное устройство наддува имеет и свои минусы. Самым главным недостатком является то, что на обеспечение работы нагнетателя расходуется часть мощности двигателя автомобиля, а значит, снижается его КПД. Помимо этого, механический наддув требует больше места для монтажа, нуждается в специальном приводе (для этого используется зубчатый ремень) и является источником повышенного шума.

Данный вид наддува появился раньше газотурбинного, но, несмотря на некоторую архаичность, его до сих пор можно встретить в современном автомобиле. Наиболее ярким примером может служить Мерседес, шильдик «compressor» на багажнике некоторых моделей этой марки указывает на то, что под капотом скрывается мотор, оснащенный системой механического наддува.

Устройство турбонаддува.
Чаще всего моторы современных автомобилей оснащаются газотурбинными нагнетателями. Их устройство сходно с механическими компрессорами, различается лишь принцип действия – вместо зубчатого ремня работают выхлопные газы.

«Турбина включилась, и машине как будто пинка дали», — такое довольно часто можно услышать от автовладельцев, моторы машин которых имеют турбонаддув. Это называется «Выход в буст». самом деле турбина – это только одна из составных частей всей системы, представляющая собой крыльчатку, жестко закрепленную на валу и приводящую в действие другую крыльчатку, также закрепленную на этом же валу. Устройство турбонаддува газотурбинного типа несколько сложнее.

Основными составными частями являются:

корпус;
две крыльчатки;
вал, на котором располагаются крыльчатки;
две улитки, в которых вращаются крыльчатки;
три подшипника скольжения (один упорный и два опорных);
перепускной клапан (необходим для стравливания избыточного давления).
Принцип работы турбонаддува
Принцип работы турбонаддува довольно прост. На одном валу расположены крыльчатка-нагнетатель и крыльчатка-турбина, каждая из которых вращается в своей улитке. Отработавшие газы из выпускного коллектора проходят через одну из улиток и вращают крыльчатку-турбину. Вращение посредством общего вала передается второй крыльчатке, которая повышает давление атмосферного воздуха, проходящего через вторую улитку.

Принцип работы турбонаддува.

Турбонаддув — плюсы и минусы.

Плюсы.
Основные плюсы турбонаддува – повышение КПД и экономичности двигателя автомобиля. Причина этого в том, что система приводится в действие за счет энергии отработавших газов, не отнимая мощность у мотора. Необходимо различать удельную и общую экономичность двигателя автомобиля.

Силовой агрегат, имеющий турбонаддув, потребляет больше топлива, чем «атмосферник» того же объема, поскольку большее количество воздуха, загнанного в цилиндры, позволяет сжечь больше топлива, но массовая доля горючего из расчета на единицу мощности в час всегда ниже, чем у мотора без турбонаддува.

Перечисляя плюсы, необходимо упомянуть лучшую экологичность «наддутых» двигателей. Турбонаддув обеспечивает более полное сгорание горючего. Кроме того, наддув понижает температуру камеры сгорания, что приводит к уменьшению образования оксида азота.

У турбонаддува есть и свои минусы. Во-первых, такое устройство требует аккуратного обращения. Дело в том, что масло к подшипникам компрессора подается под давлением, пока работает двигатель автомобиля. После поездки, когда мотор горячий, стоит только выключить зажигание, и масло подаваться перестанет. Если двигатель работал в тяжелых режимах, то вполне вероятен перегрев компрессора и выход его из строя. Чтобы избежать поломки, необходимо дать мотору поработать некоторое время на холостых оборотах, и только потом заглушить. Некоторые автомобили оснащаются турботаймером, который берет эту заботу на себя.

Другие минусы – это ограниченный диапазон эффективной работы турбокомпрессора и турбояма (замедленный отклик турбины на нажатие педали газа). Система турборнаддува эффективно работает в довольно узком диапазоне частоты вращения коленвала, который зависит от размеров турбины. Для решения данной проблемы производители часто применяют двойной турбонаддув, т.е. устанавливают две турбины с крыльчатками разного диаметра, каждая из которых эффективно работает в разных диапазонах, либо две одинаковых турбины (Би-турбо и Твин-турбо).
Другими словами — чем больше улитка, тем ее сложнее раскрутить, т.е. она позже выходит в буст, но буст более «жесткий». И наоборот.

В первом случае система турбонаддува расширяет диапазон эффективности. Принцип действия заключается в том, что там, где первая турбина теряет эффективность, подхватывает вторая. Во втором достигается максимальная производительность системы. Устанавливается двойной турбонаддув как на рядные, так и на V-образные моторы. Для уменьшения эффекта турбоямы производители стараются максимально снизить вес валов и крыльчаток, чтобы уменьшить инерцию.

Турбуйтесь ребята! Всем Мира!

Система наддува в двигателях внутреннего сгорания. Тема 2.16

Турбины и двигатели

1. ПМ.01. Техническое обслуживание и ремонт автотранспорта МДК 01.01 Устройство автомобилей

Раздел 2. Конструкция двигателя и рабочие процессы
Тема 2.16. Система наддува в двигателях внутреннего сгорания
Урок № 56
Механический (компрессорный) наддув
Газотурбинный наддув
Учебник АВТОМОБИЛИ . Устройство автотранспортных средств А.Г. Пузанков ,
7.6. Турбонаддув в дизелях, стр. 172.
Учебник «Основные конструкции автомобиля» Иванов A.M., Солнцев А.Н., Гаевский В.В. Глава 2 Двигатель,
Параграф 16, Наддув в ДВС, стр. 111 — 116
& 5.4. Виды наддува Глава 15 Система питания двигателя. Учебника В.К. Вахламова, М.Г. Шатрова, Юрчевского
«Автомобили» стр. 76.

2. Методы форсирования двигателя

3. наддув

Мощность
двигателя
можно
повышать
экстенсивно,
увеличивая
рабочий объем
цилиндра Vh или
число
цилиндров,
однако при этом
возрастают
габаритные
размеры и масса
двигателя.

4.

5. Повышение литровой мощности

Мероприятия
по
интенсивном
у повышению
мощности
оценивают
литровой
мощностью
Nn, которая
представляет
собой
отношение
номинальной
эффективной
мощности к
рабочему
объему
двигателя.

6. НАДДУВ

Номинальн
ая частота
вращения
современн
ых
двигателей
с искровым
зажигание
м
достигает
6500
мин»1,
наддувом.

7. Дизельный грузовой автомобиль у дизелей грузовых автомобилей — 2600 мин»1 коленвала

Дизельный грузовой автомобиль
у дизелей грузовых автомобилей — 2600 мин»1 коленвала

8. Дизельный легковой автомобиль а у дизелей легковых автомобилей — 5500 мин»1

Дизельный легковой автомобиль а у
дизелей легковых автомобилей — 5500 мин»1
.

9. Бензиновый легковой автомобиль Какое количество оборотов в минуту у коленчатого вала?

10. Дизельный легковой автомобиль Какое количество оборотов в минуту у коленчатого вала?

11. Дизельный грузовой автомобиль Какое количество оборотов в минуту у коленчатого вала?

12. НАДДУВ

Различают
четыре
основные типа
наддува:
динамический
(резонансный)
, наддув от
приводного
компрессора,
газотурбинны
й
и
комбинирован
ный.

13.

ФОРСИРОВНИЕ ДВС — НАДДУВ
Иванов A.M., Солнцев А.Н., Гаевский В.В. и др.
И20 Основы конструкции автомобиля. — М. 000 «Книжное издательство
«За рулем», 2005. — 336 с: ил.
http://avto-blogger.ru/dv/chto-takoe-dvigatel-tsi.html
http://avto-i-avto.ru/tyuning-avto/kompressor-ili-turbina-dlya-avtomobilya.html

14. В ДВС применяют механический наддув, когда воздух закачивается специальным насосом (компрессором), имеющим механический привод,

и
турбонаддув, при котором компрессор приводится в действие турбиной
благодаря энергии отработавших газов.

15. В ДВС применяют механический наддув, когда воздух закачивается специальным насосом (компрессором)

16.

Одним из способов повышения мощности двигателя внутреннего сгорания
является увеличение количества поступающего в цилиндры воздуха. Подача в
двигатель воздуха при положительном давлении называется наддувом

17. В ДВС применяют механический наддув, когда воздух закачивается специальным насосом (компрессором), имеющим механический привод,

18. В ДВС применяют механический наддув, когда воздух закачивается специальным насосом (компрессором), имеющим механический привод

19. В ДВС применяют механический наддув, когда воздух закачивается специальным насосом (компрессором), имеющим механический привод

20.

В ДВС применяют механический наддув, когда воздух закачивается специальным насосом
(компрессором), имеющим механический привод

21.

В ДВС применяют механический наддув, когда воздух закачивается специальным насосом
(компрессором), имеющим механический привод

22. В ДВС применяют механический наддув, когда воздух закачивается специальным насосом (компрессором), имеющим механический привод

23. В турбокомпрессоре используются центробежные насосы

24.

Для повышения степени наддува и снижения высокой тепловой
напряженности лопаток турбины в системе наддува организуют
охлаждение надувочного воздуха

25. Для достижения фазы наддува, т. е. момента, когда давление воздуха на впуске превысит атмосферное, необходимо, чтобы была

достигнута определенная
частота вращения турбины (не менее 60 000 мин-1)

26. При малых оборотах двигателя турбокомпрессор работает в дежурном режиме (частота 5 000-10 000 мин-1). Необходимо учитывать, что

наличие
турбины в выпускном тракте создает сопротивление выходу отработавших газов

27. Существует две проблемы, связанные с наддувом двигателей. Первая заключается в том, что давление наддува увеличивает степень

сжатия двигателя и увеличивает склонность
двигателя к детонации.

28. Если не предусмотреть специальных мер, этот процесс приведет к разрушению деталей двигателя или турбокомпрессора.

29. ПРОМЕЖУТОЧНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ВОЗДУХА

30. имеющим механический привод, и турбонаддув, при котором компрессор приводится в действие турбиной благодаря энергии

отработавших газов.

31. Одним из способов повышения мощности двигателя внутреннего сгорания является увеличение количества поступающего в цилиндры

32. За счет чего произойдет увеличение мощности ДВС при увеличении объема подачи воздуха в цилиндр?

33. Увеличение мощности ДВС при увеличенной подачи воздуха произойдет за счет увеличения заряда в камере сгорания. ЭБУ сделает

впрыск бензина пропорционально поступившему воздуху

34. Подача в двигатель воздуха при положительном давлении называется наддувом.

35. В настоящее время зарубежными фирмами производится от 50 до 90 % двигателей с наддувом от общего объема выпускаемых двигателей.

36. Турбокомпрессоры получили наибольшее распространение.

37. Под действием центробежных сил, вызванных вращением колеса с лопатками, воздух отбрасывается к периферии колеса

38. а в его центре создается разрежение, что обеспечивает всасывание воздуха

39. Для эффективной работы турбокомпрессора частота вращения колеса компрессора должна быть очень высокой не менее 50-100 тыс.

40. При работе ДВС из выпускного трубопровода под давлением выбрасываются продукты сгорания, которые имеют высокую температуру.

41. Поток газов приводит во вращение колесо турбины, которое передается закрепленному на общем вале колесу компрессора.

42. Для достижения фазы наддува, т. е. момента, когда давление воздуха на впуске превысит атмосферное, необходимо, чтобы была

достигнута определенная частота вращения турбины
(не менее 60 000 мин-1).

43. При малых оборотах двигателя турбокомпрессор работает в дежурном режиме (частота 5 000-10 000 мин-1).

44. Необходимо учитывать, что наличие турбины в выпускном тракте создает сопротивление выходу отработавших газов.

45. Существует две проблемы, связанные с наддувом двигателей.

46. Первая заключается в том, что давление наддува увеличивает степень сжатия двигателя и. (к чему это может привести)?

47. и увеличивает склонность двигателя к детонации.

48. Вторая проблема связана с тем, что чем больше частота вращения коленчатого вала, тем больше образуется отработавших газов и тем

быстрее вращается компрессор, увеличивая количество воздуха, поступающего в
цилиндры.

49. Это приводит к увеличению мощности двигателя и одновременному увеличению количества отработавших газов с последующим ростом

числа оборотов турбины

50. Если не предусмотреть специальных мер, этот процесс приведет к разрушению деталей двигателя или турбокомпрессора.

51. THE END

52. ПРОМЕЖУТОЧНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ВОЗДУХА

53. ПРОМЕЖУТОЧНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ВОЗДУХА

54. Известно, что сжатие воздуха приводит к повышению его температуры и ………….. ……………………………..это в связи с чем?

55. В современных наддувных двигателях часто применяют промежуточное охлаждение поступающего от турбокомпрессора воздуха

56. С этой целью воздух, сжатый в турбокомпрессоре, поступает в специальный теплообменник, в котором воздух охлаждается до

температуры 5 0 — 6 0 «С.

57. Охлаждение воздуха дает возможность улучшить наполнение цилиндров за счет увеличения плотности воздуха и снизить вероятность

возникновения детонации.

58. Охлаждение воздуха повышает мощность двигателя с наддувом примерно на 20 % при одновременном улучшении топливной экономичности.

59. THE END

60. РЕГУЛИРОВАНИЕ ДАВЛЕНИЯ НАДДУВА

61. Принцип регулирования заключается в ограничении частоты вращения турбокомпрессора после достижения необходимого давления

62. С этой целью используется специальный перепускной клапан, который ограничивает количество отработавших газов, проходящих через

63. В системе выпуска перед турбиной имеется обводной (байпасный) канал, который дает возможность отработавшим газам миновать

64. Этот канал открывается перепускным клапаном. Чувствительным элементом клапана является подпружиненная мембрана,на которую

воздействуют две
противоположно направленные силы: сила сжатия пружины и давление воздуха
после турбокомпрессора.

65. При достижении заданного давления наддува мембрана прогибается, сжимая пружину, а соединенный с мембраной клапан открывает

обводной канал.

66. При достижении заданного давления наддува мембрана прогибается, сжимая пружину, а соединенный с мембраной клапан открывает

обводной канал.

67. Давление наддува можно отрегулировать предварительным сжатием пружины.

68. В современных двигателях с турбонаддувом максимальное давление наддува регулируется системой управления двигателем.

69. Компьютер получает сигнал от датчика абсолютного давления, сравнивает его с величиной номинального значения давления,

содержащимся
в памяти, и управляет электромагнитным перепускным клапаном

70. Работа электромагнитного клапана корректируется в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов двигателя.

71. Турбокомпрессор Garret: 1 — лопатки турбины; 2 — корпус турбины; 3 — тепловая защита; 4 — корпус подшипников; 5 — упор; 6 —

защитная пластина; 7
— корпус компрессора; 8 — диффузор; 9 — клапан; 10 — насос компрессора; 11
— уплотнение; 12 — подшипник; 13 — втулка подшипника; 14 — заслонка

72. Очень важный вопрос — выбор правильного размера турбины для конкретного двигателя.

73. В первых двигателях с турбонаддувом для легковых автомобилей 1970-х гг. использовались готовые конструкции, разработанные, как

правило, для
дизелей больших грузовых автомобилей

74. Такие устройства давали хороший результат для увеличения максимальной мощности, но были неэффективными для получения большого

крутящего
момента в среднем диапазоне частот вращения двигателя, т. е. для получения
достаточной приемистости автомобиля

75. Большие турбины требовали некоторого времени на «раскрутку», когда при небольших нагрузках открывалась дроссельная заслонка,

что приводило к
задержке нарастания давления наддува. Этот эффект получил название турбоямы.

76. Большинство современных турбокомпрессоров легковых автомобилей имеют небольшие размеры и высокую частоту вращения.

77. Для того чтобы увеличить диапазон частот вращения двигателя, при которых турбонаддув обеспечивает повышение давления,

применяются по два
турбокомпрессора на одном двигателе.

78. Один турбокомпрессор работает при низких оборотах, а второй при высоких.

79. В последних поколениях наддувных двигателей стали применяться турбокомпрессоры с переменной геометрией, которые сохраняют

высокую
скорость газов при малых нагрузках, так что турбина всегда вращается с нужной
скоростью.

80. В таких турбокомпрессорах поток направляемых на турбину газов управляется с помощью специальных поворачивающихся заслонок.

81. Одновременный поворот заслонок производится с помощью штока вакуумной камеры. Разрежение в камере регулируется электромагнитным

клапаном по сигналу компьютера.

82. Компания DaimlerChrysler, которая на своих автомобилях Mercedes в течение продолжительного времени применяла механический

наддув, сейчас использует
турбокомпрессор с изменяемой геометрией, в котором поворот заслонок
осуществляется с помощью электродвигателя

83. При работе системы турбонаддува происходит сильный нагрев турбины, а компрессор остается сравнительно холодным.

84. Очень важным узлом, определяющим долговечность турбокомпрессора, является узел подшипников вала. Обычно масло для смазки

подшипников подается под давлением из системы
смазки двигателя

85. Иногда для повышения работоспособности наддува применяют охлаждение корпуса турбины жидкостью из системы охлаждения двигателя.

86. После продолжительного движения на высокой скорости автомобиля с турбонаддувом турбина может раскрутиться до высоких скоростей

(сотни тысяч оборотов в минуту).

87. После остановки двигателя турбокомпрессор останавливается не сразу, а масло уже не поступает к подшипникам. Чтобы не произошло

повреждения
подшипников, рекомендуется перед выключением двигателя дать ему
возможность некоторое время поработать на холостом ходу

88. Очень хорошо система турбонаддува работает в дизелях. Отработавшие газы в дизеле холоднее, чем в бензиновых двигателях, что

облегчает работу турбокомпрессора, и,
кроме того, в дизеле не существует опасности возникновения детонации. Поэтому
неслучайно, что турбонаддув устанавливается почти на всех современных дизельных
двигателях легковых автомобилей

89. В многоцилиндровых двигателях с большим рабочим объемом некоторых грузовых автомобилей отработавшие газы продолжают обладать

большой
энергией, даже после прохождения турбокомпрессора.

90. Эту энергию можно использовать для дальнейшего повышения мощностных характеристик двигателя, создавая так называемые

турбокомпаундные двигатели

91. В таком двигателе часть энергии отработавших газов используется для раскручивания дополнительной турбины, которая через

гидравлическую муфту
связана с коленчатым валом. Такая конструкция дает возможность, увеличить
крутящий момент на вале двигателя.

92. THE END

93. МЕХАНИЧЕСКИЙ НАДДУВ

94. Механический наддув появился раньше турбонаддува, но до настоящего времени остается альтернативой турбонаддуву. Частота

вращения насоса-компрессора
любой механической системы наддува прямо пропорциональна частоте вращения
коленчатого вала (поскольку приводится от него).

95. Поэтому и количество воздуха при наддуве пропорционально частоте вращения. При этом исключаются высокие температуры и задержки

96. С другой стороны, системы механического наддува занимают больше места, требуют специального привода (обычно зубчатый ремень) и

сильно шумят. В качестве насосов в
системе механического наддува могут использоваться различные устройства, но
наибольшее распространение получили нагнетатели типа Ruts

97. Наддув с механическим приводом компрессора

Наддув
с
механическим
приводом
компрессора от
коленчатого вала
позволяет
хорошо
согласовать
работу
компрессора
с
тяговыми
характеристикам
и двигателя.

98. Наддув с механическим приводом компрессора

Он
обычно
используется для
кратковременного
повышения
мощности ДВС за
счет
невысокой
степени наддува.
Однако
применение такого
наддува вызывает
существенное
снижение
экономичности
двигателя,
что
обусловлено
затратами энергии
на
привод
компрессора.

99. THE END

100. Газотурбинный наддув получил наиболее широкое распространение в современных двигателях.

101. Газотурбинный наддув

Для привода
центробежн
ого
компрессора
/используетс
я часть
энергии
отработавш
их газов,
поступающи
х на лопатки
газовой
турбины .

102. Агрегат, объединяющий газовую турбину и компрессор, называют турбокомпрессором

103. При газотурбинном наддуве возможны два способа использования энергии отработавших газов:

104. при постоянном давлении перед турбиной — отработавшие газы поступают в ресивер, а затем при постоянном давлении подаются на

105. НАДДУВ

В связи со снижением
энергии
отработавших
газов на малых нагрузках в
начале разгона может не
обеспечиваться подача в
цилиндр
требуемого
количества свежего заряда.
Эти недостатки могут
быть устранены путем
использования
комбинированного наддува

последовательной
комбинации
наддува
с
приводным компрессором и
газотурбинного
наддува.
Применение газотурбинного
наддува
обеспечивает
увеличение
мощности
двигателя на 20. 50 %.

106. При газотурбинном наддуве механическая связь агрегата наддува с коленчатым валом двигателя отсутствует, поэтому могут

существенно ухудшиться тяговые
характеристики и приемистость двигателя из-за инерционности турбинного
колеса

107. THE END

108. Импульсный наддув отработавшие газы подаются непосредственно на турбину

109. Импульсный наддув наиболее эффективен при малых значениях давления наддува (рк < 0,15 МПа), когда энергия импульса оказывается

Импульсный наддув
наиболее эффективен при малых значениях давления наддува (рк 0,15 МПа), когда энергия импульса оказывается значительно больше
среднего значения давления

110. THE END

111. Динамический (резонансный) наддув предполагает использование колебательных явлений в системе впуска и выпуска, возникающих в

результате циклического повторения процессов газообмена в
цилиндре.

112. Принцип его заключается в создании зоны сжатия свежего заряда перед впускным клапаном до момента его закрытия, что обеспечивает

увеличение массы поступающего в цилиндр заряда

113. Кроме того, в выпускном трубопроводе во время перекрытия клапанов за закрывающимся выпускным клапаном создается зона разрежения

отработавших газов, что позволяет улучшить очистку
цилиндра и полнее заполнить его свежим зарядом

114. Конструктивно данная настройка системы осуществляется путем изменения длины и площади проходного сечения впускных и выпускных

каналов. В ряде
конструкций длина впускного трубопровода изменяется в зависимости от режима
работы двигателя.

115. Динамический наддув позволяет увеличить мощность двигателя на 5. 10%.

116. THE END

117. НАДДУВ повторение пройденной темы

118. По мере повышения степени наддува увеличивается механическая и тепловая напряженность элементов, формирующих камеры сгорания

119. Предъявляет повышенные требования к их конструкции и материалам, к эффективности системы охлаждения и качеству используемого

120. Для повышения степени наддува и снижения высокой тепловой напряженности лопаток турбины в системе наддува организуют охлаждение

надувочного воздуха

121. НАДДУВ

В двигателях с
искровым
зажиганием
применение
наддува требует
принятия
специальных
мер
по
предотвращени
ю
нарушения
процесса
сгорания,
называемого
детонацией:
некоторого
снижения
степени сжатия,
интенсификации
охлаждения
деталей камеры
сгорания

122. В настоящее время зарубежными фирмами производится от 50 до 90 % двигателей с наддувом от общего объема выпускаемых двигателей

В
ДВС
применяют
механически
й
наддув,
когда воздух
закачивается
специальны
м
насосом
(компрессор
ом),
имеющим
механически
й привод, и
турбонаддув,
при котором
компрессор
приводится в
действие
турбиной
благодаря
энергии
отработавши
х
газов.
Турбокомпре
ссоры
получили
наибольшее
распростран
ение

123. В турбокомпрессоре используются центробежные насосы

Под
действием
центробежных
сил, вызванных вращением
колеса с лопатками, воздух
отбрасывается к периферии
колеса,
а в его центре создается
разрежение,
что
обеспечивает
всасывание
воздуха
Для эффективной работы
турбокомпрессора частота
вращения
колеса
компрессора должна
быть очень высокой не
менее 50-100 тыс. мин-1.

124. НАДДУВ

Для достижения фазы
наддува, т. е. момента,
когда давление воздуха
на впуске превысит
атмосферное,
необходимо, чтобы была
достигнута
определенная частота
вращения турбины
(не менее 60 000 мин-1).
При малых оборотах
двигателя
турбокомпрессор
работает в дежурном
режиме (частота 5 00010 000 мин-1).
Необходимо учитывать,
что наличие турбины
в выпускном тракте
создает сопротивление
выходу отработавших
газов.

125. ТУРБОКОМРЕССОР

Существует две проблемы, связанные
с наддувом двигателей. Первая заключается
в том, что давление наддува увеличивает
степень сжатия двигателя и увеличивает
склонность двигателя к детонации. Вторая
проблема связана с тем, что чем больше частота
вращения коленчатого вала, тем больше
образуется отработавших газов и тем
быстрее вращается компрессор, увеличивая
количество воздуха, поступающего в цилиндры.
Это приводит к увеличению мощности
двигателя и одновременному увеличению
количества отработавших газов с последующим
ростом числа оборотов турбины. Если
не предусмотреть специальных мер, этот
процесс приведет к разрушению деталей
двигателя или турбокомпрессора.

126. теплообменник

Известно, что сжатие воздуха
приводит к повышению его
температуры. В современных
наддувных двигателях часто
применяют промежуточное
охлаждение поступающего от
турбокомпрессора воздуха. С этой
целью воздух, сжатый в
турбокомпрессоре, поступает в
специальный теплообменник,
в котором воздух охлаждается до
температуры 5 0 — 6 0 «С. Охлаждение
воздуха дает возможность улучшить
наполнение цилиндров за счет
увеличения плотности воздуха и
снизить вероятность возникновения
детонации. Охлаждение воздуха
повышает мощность двигателя с
наддувом примерно на 20 % при
одновременном улучшении
топливной экономичности.

127. РЕГУЛИРОВАНИЕ ДАВЛЕНИЯ НАДДУВА

Принцип регулирования заключается в
ограничении частоты вращения
турбокомпрессора после достижения
необходимого давления наддува. С этой
целью используется специальный
перепускной клапан, который ограничивает
количество отработавших газов,
проходящих через турбину В системе
выпуска перед турбиной имеется обводной
(байпасный) канал, который дает
возможность отработавшим газам
миновать турбину. Этот канал открывается
перепускным клапаном. Чувствительным
элементом клапана является
подпружиненная мембрана, на которую
воздействуют две противоположно
направленные силы: сила сжатия пружины
и давление воздуха после
турбокомпрессора.

128. Турбокомпрессор Garret:

Турбокомпрессо
р Garret:
В современных двигателях с
турбонаддувом максимальное
давление наддува регулируется
системой управления
двигателем. Компьютер получает
сигнал от датчика абсолютного
давления, сравнивает его с
величиной номинального
значения давления,
содержащимся в памяти, и
управляет электромагнитным
перепускным клапаном. Работа
электромагнитного
клапана корректируется в
зависимости от скоростного и
нагрузочного режимов двигателя

129. Схема работы турбокомпрессора с изменяемой геометрией

Очень важный вопрос — выбор
правильного размера турбины для
конкретного двигателя. В первых
двигателях с турбонаддувом для
легковых автомобилей 1970-х гг.
использовались готовые конструкции,
разработанные, как правило, для
дизелей больших грузовых
автомобилей. Такие устройства давали
хороший результат для увеличения
максимальной мощности, но были
неэффективными для получения
большого крутящего момента в
среднем диапазоне частот вращения
двигателя, т. е. для получения
достаточной приемистости автомобиля.
Большие турбины требовали
некоторого времени на «раскрутку»,
когда при небольших нагрузках
открывалась дроссельная заслонка, что
приводило к задержке нарастания
давления наддува. Этот эффект
получил название турбоямы.

130. турбокомпрессор с изменяемой геометрией

Большинство
современных
турбокомпрессоров легковых автомобилей
имеют небольшие размеры и высокую
частоту вращения. Для того чтобы увеличить
диапазон частот вращения двигателя, при
которых
турбонаддув
обеспечивает
повышение давления, применяются по два
турбокомпрессора на одном двигателе. Один
турбокомпрессор работает при низких
оборотах, а второй при высоких. В последних
поколениях наддувных двигателей стали
применяться
турбокомпрессоры
с
переменной геометрией которые сохраняют
высокую скорость газов при малых
нагрузках, так что турбина всегда вращается
с
нужной
скоростью.
В
таких
турбокомпрессорах поток направляемых на
турбину газов управляется с помощью
специальных поворачивающихся заслонок.
Одновременный
поворот
заслонок
производится с помощью штока вакуумной
камеры. Разрежение в камере регулируется
электромагнитным клапаном по сигналу
компьютера.

131. Дизельный двигатель с турбонадувом

При работе системы турбонаддува происходит
сильный нагрев турбины, а компрессор остается
сравнительно холодным. Очень важным узлом,
определяющим долговечность турбокомпрессора,
является узел подшипников вала. Обычно масло
для смазки подшипников подается под давлением
из системы смазки двигателя. Иногда для
повышения работоспособности наддува
применяют охлаждение корпуса турбины
жидкостью из системы охлаждения двигателя.
После продолжительного движения на высокой
скорости автомобиля с турбонаддувом турбина
мо- жет раскрутиться до высоких скоростей
(сотни тысяч оборотов в минуту). После
остановки двигателя турбокомпрессор
останавливается не сразу, а масло уже не
поступает к подшипникам. Чтобы не произошло
повреждения подшипников, рекомендуется перед
выключением двигателя
дать ему возможность некоторое время
поработать на холостом ходу.

132. Турбокомпаундный двигатель Scania

Очень хорошо система турбонаддува
работает в дизелях. Отработавшие газы в
дизеле холоднее, чем в бензиновых
двигателях, что облегчает работу
турбокомпрессора, и, кроме того,
в дизеле не существует опасности
возникновения детонации. Поэтому
неслучайно, что турбонаддув
устанавливается почти на всех современных
дизельных двигателях легковых
Автомобилей В многоцилиндровых
двигателях с большим рабочим объемом
некоторых грузовых автомобилей
отработавшие газы продолжают обладать
большой энергией, даже после прохождения
турбокомпрессора. Эту энергию можно
использовать для дальнейшего повышения
мощностных характеристик двигателя,
создавая так называемые турбокомпаундные
двигатели В таком двигателе часть энергии
отработавших газов используется для
раскручивания дополнительной турбины,
которая через гидравлическую муфту
связана с коленчатым валом. Такая
конструкция дает возможность, увеличить
крутящий момент на вале двигателя.

133. МЕХАНИЧЕСКИЙ НАДДУВ

Механический наддув появился
раньше турбонаддува, но до
настоящего времени остается
альтернативой турбонаддуву. Частота
вращения насоса-компрессора любой
механической системы наддува
прямо пропорциональна частоте
вращения коленчатого вала
(поскольку приводится от него).
Поэтому и количество воздуха при
наддуве пропорционально частоте
вращения. При этом исключаются
высокие температуры и задержки
наддува. С другой стороны,
системы механического наддува
занимают больше места, требуют
специального привода (обычно
зубчатый ремень) и сильно шумят. В
качестве насосов в системе
механического наддува могут
использоваться различные
устройства, но наибольшее
распространение
получили нагнетатели типа Rut

134. THE END

135. Домашнее задание

Учебник АВТОМОБИЛИ . Устройство автотранспортных средств А.Г. Пузанков ,
7.6. Турбонаддув в дизелях, стр. 172.
Учебник «Основные конструкции автомобиля» Иванов A.M., Солнцев А.Н.,
Гаевский В.В. Глава 2 Двигатель, Параграф 16, Наддув в ДВС, стр. 111 – 116
& 5.4. Виды наддува Глава 15 Система питания двигателя. Учебника В.К.
Вахламова, М.Г. Шатрова, Юрчевского «Автомобили» стр. 76.
Индивидуальные задания студентам
Сделать презентации на тему: «Механический наддув».
Сделать презентации на тему: «Газотурбинный наддув».
Сделать презентации на тему: «Устройство турбокомпрессора».
Сделать презентации на тему: «Устройство турбокомпрессора».
Сделать презентации на тему: «Регулирование давления наддува».
Сделать презентации на тему: «Виды наддува».

Судовые двигатели внутреннего сгорания (СДВС)

Судовые двигатели внутреннего сгорания (СДВС)

ИА Neftegaz.RU. Первые судовые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) появились в начале 20-го века. Датское судно Зеландия, построенное в 1912 г, имело дизельную установку с 2-мя дизелями мощностью по 147,2 кВт.

В настоящее время основную часть устанавливаемых на судах главных энергетических установок составляют ДВС.

Паротурбинные установки имеют только суда с мощностью двигателей от 14700 до 22 100 кВт, и, конечно, атомоходы — суда с ядерной парогенераторной установкой.

Дизельная энергетическая установка состоит из 1-го или нескольких основных двигателей, а также из обслуживающих их механизмов.

В зависимости от способа осуществления рабочего цикла ДВС разделяют на 4-тактные и 2-тактные.

Дополнительное увеличение мощности достигается с помощью наддува.

По частоте вращения ДВС разделяются на:

  • малооборотные дизели с частотой вращения 100-150 об/мин, которые непосредственно приводят в движение судовой движитель;
  • среднеоборотные — 300-600 об/мин, которые приводят в движение судовой движитель через редуктор.

В 60-х гг одновременно с появлением винтов регулируемого шага начали в качестве главного двигателя применять нереверсивные ДВС вначале на малых судах, траулерах и буксирах, а затем и на больших торговых судах. За счет этого конструкция двигателей упростилась.

Машинное отделение (дизель со вспомогательными механизмами).

Судовая энергетическая установка с ДВС изображена на рисунке.

Кроме главного двигателя предусмотрены еще 2 вспомогательных, которые приводят во вращение генераторы.

Для обслуживания главного и вспомогательных двигателей используются вспомогательные механизмы и системы, а также система трубопроводов и клапанов.

Топливная система предназначена для подачи топлива из цистерн к двигателю.

При этом для уменьшения вязкости топливо подогревается и освобождается в сепараторах и фильтрах от жидких и твердых примесей.

Система смазки служит для прокачивания смазочного масла через двигатель с целью уменьшения трения между трущимися поверхностями, а также для отвода части полученного от двигателя тепла и очистки масла.

Система охлаждения предусмотрена для отвода от двигателя тепла, которое проникает в основном через стенки цилиндра и возникает во время сжигания топлива, а также для охлаждения циркулирующего смазочного масла.

Эта система состоит из насосов для пресной и морской воды и охладителей воды и масла.

Пусковая установка, включающая в себя компрессоры, резервуары сжатого воздуха, а также трубопроводы и клапаны, служит для пуска главного и вспомогательных двигателей.

Наряду с указанными выше вспомогательными системами главного и вспомогательных двигателей в машинном отделении находятся и другие судовые механизмы общего назначения.

Принцип действия 4-тактного ДВС показан на рисунке ниже.

В 4-тактном двигателе рабочий цикл осуществляется за 2 поворота коленчатого вала, т. е. за 4 хода поршня.

Механическая работа совершается только за время 1-го такта, 3 остальных служат для подготовки.

При 1-м такте поршень движется в направлении коленчатого вала.

Под воздействием возникающего при этом разрежения воздух через открытый всасывающий клапан устремляется в цилиндр.

В дизеле без наддува давление всасываемого воздуха равно атмосферному, в дизеле с наддувом к цилиндру подводится уже предварительно сжатый воздух. Во время 2-го такта при закрытых всасывающих клапанах предварительно поступивший воздух перед поршнем подвергается сжатию, за счет чего повышаются температура и давление.

Топливоподкачивающий насос, привод которого согласован с движением соответствующего поршня, повышает давление топлива.

При достижении давления 19,62-39,24 МПа топливо через форсунку впрыскивается в цилиндр, в котором у дизелей без наддува давление сжатого воздуха составляет 2,94-3,43 МПа и температура 550-600°С, а у дизелей с наддувом соответственно 3,92-4,91 МПа и 600-700°С.

Принцип действия 4-тактного дизеля.

Топливо впрыскивается незадолго до того момента, когда поршень достигнет верхнего положения.

Впрыснутое и тщательно распыленное топливо в сжатом воздухе нагревается, испаряется и вместе с воздухом образует горячую самовоспламеняющуюся смесь. 3-й такт является рабочим.

Во время процесса сгорания топлива образуются горячие газы, которые вызывают увеличение давления над поршнем в дизелях без наддува от 4,41 до 5,4 МПа, а в дизелях с наддувом — от 5,89 до 7,85 МПа.

Под давлением силы, возникающей за счет давления газов, поршень движется вниз, газы расширяются и производят при этом механическую работу.

Во время 4-го такта открывается выпускной клапан и отработавшие газы выходят наружу.

4-тактные судовые ДВС изготовляются как многоцилиндровые двигатели. Они устроены так, что рабочие такты равномерно распределяются по отдельным цилиндрам.

Принцип действия 2-тактного дизеля.

В рабочий цикл 2-тактного дизеля входят 2 такта, или 1 оборот коленчатого вала.

1-й такт, называемый сжатием, начинается, когда поршень находится в нижнем положении.

Впускные окна в боковых стенках цилиндра открыты. Через эти окна проходит предварительно сжатый продувочный воздух, давление которого должно быть выше давления находящихся в цилиндре расширившихся газов. Одновременно продувочный воздух через открытый выпускной клапан вытесняет отработавшие газы из цилиндра и наполняет цилиндр новой дозой. Когда впускные окна закрываются поршнем, к цилиндру воздух не подводится. Так как одновременно закрывается и выпускной клапан, воздух в цилиндре сжимается. Этот процесс не показан на рисунке.

Впрыскивание топлива и воспламенение происходит точно так же, как и в 4-тактном ДВС.

Во время 2-го такта — рабочего (или расширения) — расширяющиеся газы совершают механическую работу.

В конце этого такта впускные окна открываются поршнем и процесс продувки цилиндра начинается снова.

Отработавшие газы могут выйти из цилиндра через внешний клапан, либо через управляемые поршнем выпускные окна.

Под наддувом дизельного двигателя понимают подачу к цилиндрам большего количества воздуха, чем требуется для заполнения всего цилиндра при такте всасывания.

Цель наддува заключается в том, чтобы способствовать сжиганию наибольшего количества топлива за 1 рабочий цикл.

Это означает повышение мощности двигателя без увеличения его размеров (диаметра, хода и числа цилиндров), а также частоты вращения.

Наддув можно осуществлять за счет предварительного сжатия воздуха перед цилиндром.

Во всех выпускаемых 4-тактных судовых ДВС предварительное сжатие воздуха происходит с помощью центробежного компрессора, который приводится в действие газовой турбиной, работающей на отработавших газах дизеля.

Принцип действия газотурбинного нагнетателя.
1 — турбина, работающая на отработавших газах; 2 — отработавшие газы; 3 — свежий воздух; 4 — компрессор; 5 — коленчатый вал; 6 — цилиндр; 7 — поршень.

Принцип действия компрессора показан на рисунке выше. Поступивший из компрессора воздух проходит через фильтры. После открытия впускного клапана сжатый воздух подается через воздушный коллектор к соответствующим цилиндрам.

В двухтактных дизелях предварительное сжатие воздуха происходит в центробежных компрессорах, в пространстве под поршнем, а также в поршневых компрессорах, приводимых в действие двигателем. Давление наддувочного воздуха достигает 0,14-0,25 МПа. На рисунке ниже показан в разрезе главный малооборотный дизель с наддувом.

Принцип действия малооборотного двухтактного дизеля: а — предварительно сжатый воздух вытесняет отработавшие газы из цилиндра; b — одновременно происходит сжатие и всасывание; с — рабочий такт и предварительное сжатие; d — предварительно сжатый воздух вытесняет отработавшие газы из цилиндра двигателя без выходного клапана.

2-тактные дизели изготовляют в виде многоцилиндровых рядных двигателей с 10-12 цилиндрами.

Диаметр цилиндров больших 2-тактных дизелей достигает 1000 мм, ход — 1500-2000 мм.

Мощность цилиндра при общей мощности двигателя более 29 440 кВт составляет от 2900 до 3700 кВт.

В связи с этим ДВС можно использовать в качестве главных двигателей и на крупных судах.

2-тактные дизели имеют очень большие размеры и массу.

Их удельная масса достигает 40-55 кг/кВт. При мощности, например 14 720 кВт, масса составляет 600-800 т.

4-тактный дизель (рядный двигатель).
1 — наддувочный агрегат; 2 — охладитель наддувочного воздуха; 3 — трубопровод отработавших газов; 4 — трубопровод наддувочного воздуха; 5 — трубопровод охлаждающей воды; 6 — масляный трубопровод; 7 — топливный трубопровод; в — распределительный вал; 9 — приводное колесо; 10 — промежуточные шестерни; 11 — приводное колесо коленчатого вала; 12 — коленчатый вал; 13 — шатун; 14 — поршень; 15 — цилиндровая гильза; 16 — камера охлаждающей воды; 17 — крышка цилиндра; 18 — выпускной клапан; 19 — впускной клапан; 20 — топливный клапан; 21 — штанга; 22 — топливный насос; 23 — маслораэбрызгивающее кольцо; 24 — масляная ванна картера; 25 — станина двигателя; 26 — блок цилиндров.

Четырехтактные дизели применяют на судах либо в составе дизель-генераторных установок, либо в качестве главного двигателя в многовальных энергетических установках (по одному дизелю на один движитель) и, соответственно, в многодвигательных установках для одного движителя. Применение среднеоборотных дизелей в качестве главного двигателя дает следующие преимущества:

— увеличение надежности (при выходе из строя одного двигателя остальные продолжают работать);

— уменьшение габаритов и собственной массы деталей (например, клапанов, поршней, кривошипных механизмов, подшипников и т. д.);

— уменьшение удельной массы, которая в зависимости от мощности составляет от 14 до 35 кг/кВт (для мощностей около 2200 кВт).

Среднеоборотные дизели используются также в дизель-электрических энергетических установках в качестве главного двигателя.

4-тактный дизель V-образной конструкции.
1 — поршень; 2 — цилиндровая гильза; 3 — коленчатый вал.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *