Турбина на двигатель — дизельный и бензиновый

Дизельная турбина и бензиновая турбина

Бензин или дизель?
В чем отличия между турбинами на дизельном и бензиновом агрегате?
Возможна ли замена бензиновой турбины на дизельную и наоборот?

Турбоагрегаты, предназначенные для бензиновых моторов, в отличие от дизельных рассчитаны на малую степень повышения давления. Поставить дизельную турбину на бензиновый двигатель означает спровоцировать опасность возникновения детонации. Кроме того, нехарактерные рабочие условия бензиновой турбины повлекут за собой гораздо меньшую эффективность агрегата.

Разница турбин по типу двигателя

Температура газа

Турбины дизельных двигателей раскручиваются благодаря выхлопным газам, максимальная температура которых равна 850 градусам. А вот на бензиновую турбину газ воздействует при температуре около 1000 градусов. Специалисты прогнозируют, что в очень скором времени из-за экологических ограничений придется увеличить указанную выше температуру воздействия. В этом и состоит главное отличие между турбинами дизельного и бензинового двигателя.

Материалы дизельной турбины и бензиновой

Из-за разницы температур различны и требования к материалам, используемым для изготовления «горячих» частей турбокомпрессора – корпуса и колеса турбины. Так, конструкция бензиновой турбины требует применения более жаропрочных и жаростойких сплавов, нежели турбина дизельная.

Из всего вышесказанного напрашивается вывод: использовать дизельную турбину для осуществления наддува двигателя, работающего на бензине, очень рискованно. То же самое можно сказать и по поводу эксплуатации дизельного мотора с бензиновой турбиной.

Механизмы VNT для турбин разных типов двигателей

VNT (Variable Turbo Geometry) — это турбокомпрессор с изменяемой геометрией с помощью специального направляющего аппарата.

Стоит отметить, что ассортимент турбоагрегатов, работающих на бензине, не включает никаких приспособлений, сравнимых по эффективности с турбинами для дизеля, оснащенными регулируемым сопловым аппаратом. Таких бензиновых турбоагрегатов просто-напросто не производят.

Технологии VNT, VTG, VGT, которые применяются в дизельных моторах с турбонаддувом современного образца, на сегодняшний день совершенно неактуальны для мира серийных бензиновых двигателей.

Почему же возникает такая ситуация? Дело в недостаточной надежности механизма VNT при высокой температуре выхлопных газов у бензиновых «зажигалок».

Аппарат становится малоподвижным после долгой работы при высоких температурах близких к 1000 градусам. Поэтому, на сегодняшний день, вопрос — «Каким должен быть идеальный турбокомпрессор?» остается открытым.

ЧТО ТАКОЕ ТУРБИНА И КАК РАБОТАЕТ ТУРБО МОТОР Часть 1.

Основы турбо-наддува. Часть 1.

Основные принципы работы турбо двигателя.

Как известно, мощность двигателя пропорциональна количеству топливо-воздушной смеси попадающей в цилиндры. При прочих равных, двигатель большего объема пропустит через себя больше воздуха и, соответственно, выдаст больше мощности, чем двигатель меньшего объема. Если нам требуется что бы маленький двигатель выдавал мощности как большой или мы просто хотим что бы большой выдавал еще больше мощности, нашей основной задачей станет поместить больше воздуха в цилиндры этого двигателя. Естественно, мы можем доработать головку блока и установить спортивные распредвалы, уеличив продувку и количество воздуха в цилиндрах на высоких оборотах. Мы даже можем оставить количество воздуха прежним, но поднять степень сжатия нашего мотора и перейти на более высокий октан топлива, тем самым подняв КПД системы. Все эти способы действенны и работают в случае когда требуемое увеличение мощности составляет 10-20%. Но когда нам нужно кардинально изменить мощность мотора — самым эффективным методом будет использование турбокомпрессора.

Каким же образом турбокомпрессор позволит нам получить больше воздуха в цилиндрах нашего мотора? Давайте взгянем на приведенную ниже диаграмму:

Рассмотрим основные этапы прохождения воздуха в двигателе с турбокомпрессором:

— воздух проходит через воздушный фильтр (не показан на схеме) и попадает на вход турбокомпрессора (1)
— внутри турбокомпрессора вошедший воздух сжимается и при этом увеличивается количество кислорода в единице объема воздуха. Побочным эффектом любого процесса сжатия воздуха является его нагрев, что несколько снижает его плотность.
— Из турбокомпрессора воздух поступает в интеркулер (3) где охлаждается и в основной мере восстанавливает свою температуру, что кроме увеличения плотности воздуха ведет еще и к меньшей склонности к детонации нашей будущей топливо-воздушной смеси.
— После прохождения интеркулера воздух проходит через дросеель, попадает во впускной коллектор (4) и дальше на такте впуска — в цилиндры нашего двигателя.
Объем цилиндра является фиксированной величиной, обусловленной его диаметром и ходом поршня, но так как теперь он заполняется сжатым турбокомпрессором воздухом, количество кислорода зашедшее в цилиндр становится значительно больше чем в случае с атмосферным мотором. Большее количество кислорода позволяет сжечь большее количество топлива за такт, а сгорание большего количества топлива ведет к увеличению мощности выдаваемой двигателем.
— После того как топливо-воздушная смесь сгорела в цилиндре, она на такте выпуска уходит в выпускной коллекторе (5) где этот поток горячего (500С-1100С) газа попадает в турбину (6)
— Проходя через турбину поток выхлопных газов вращает вал турбины на другой стороне которого находится компрессор и тем самым совершает работу по сжатию очередной порции воздуха. При этом происходит падение давления и температуры выхлопного газа, поскольку часть его энергии ушла на обеспечение работу компрессора через вал турбины.

Ниже приведена схема внутреннего устройства турбокомпрессора:

В зависимоти от конкретного мотора и его компоновки под капотом, турбокомпрессор может иметь дополнительные встроенные элементы, такие как Wastegate и Blow-Off. Рассмотрим их подробнее:

Blow-off
Блоуофф (перепускной клапан) это устройство установленное в воздушной системе между выходом из компрессора и дроссельной заслонкой с целью недопустить выход компрессора на режим surge. В моменты когда дроссель резко закрывается, скорость потока и расход воздуха в системе резко падает, при этом турбина еще некоторое время продолжает вращаться по инерции со скоростью не соответствующей новому упавшему расходу воздуха. Это вызывает циклические скачки давления за компрессором и слышимый характерный звук прорывающегося через компрессор воздуха. Surge со временем приводит к выходу из строя опорных подшипников турбины, в виду значительной наргрузки на них в этих переходных режимах. БлоуОфф использует комбинацию давлений в коллекторе и установленной в нем пружины что бы определить момент закрытия дросселя. В случае резкого закрытия дросселя блоуофф сбрасывает в атмосферу, возникающий в воздушном тракте избыток давления и тем самым спасает турбокомпрессор от повреждения.

Wastegate:
Представляет собой механический клапан устанавленный на турбинной части или на выпускном коллекторе и обеспечивающий контроль за создаваемым турбокомпрессором давлением. Некоторые дизельние моторы используют турбины без вейстгейтов. Тем не менее подавляющее большинство бензиновых моторов обязательно требуют его наличия. Основной задачей вейстгейта является обеспечивать выхлопным газам возможность выхода из системы в обход турбины. Пуская часть газов в обход турбины, мы контролируем количество энергии газов которое уходит через вал на компрессор и тем самым управляем давлением наддува, создаваемое компрессором. Как правило вейстгейт использует давление наддува и давление встроенной пружины что бы контролировать обходной поток выхлопных газов.
Встроенный вейстгейт состоит из заслонки встроенной в турбинный хаузинг (улитку), пневматического актуатора и тяги от актуатора к заслонке.
Внешний гейт представляет собой клапан устанавливаемый на выпускной коллектор до турбины. Преимуществом внешнего гейта является то, что сбрасываемый им обходной поток может быть возвращен в выхлопную систему далеко от выхода из турбины или вообще сброшен в атмосферу на спортивных автомобилях. Все это ведет к улучшению прохождения газов через турбину в виду отсутствия разнонаправленных потоков в компактном объеме турбинного хаузинга.

Водяное и маслянное обеспечение:
Шарикоподшипниковые турбины Garrett требуют значительно меньше масла чем втулочные аналоги. Поэтому установка маслянного рестриктора на входе в турбину крайне рекомендована если давление масла в вашей системе привышает 4 атм. Слив масла должен быть заведен в поддон выше уровня масла. Поскольку слив масла из турбины происходит естественным путем под действием гравитации, крайне важно что бы центральный картридж турбины был ориентирован сливом масла вниз.
Частой причиной выхода из строя турбин является закоксовка маслом в центральном картридже. Быстрая остановка мотора после больших продолжительных нагрузок ведет к теплообмену между турбиной и нагретым выпускным коллектором, что в отсутствии притока свежего масла и поступления холодного воздуха в компрессор ведет к общему перегреву картриджа и закоксовке имеющегося в нем масла.
Для минимизации этого эффекта турбины снабдили водяным охлаждением. Водные шланги обеспечивают эффект сифона снижая температуру в центральном картридже даже после остановки двигателя, когда нет принудительной циркуляции воды. Желательно так же обеспечить минимум неравномерности по вертикали линии подачи воды, а так же несколько развернуть центральный картридж вокруг оси турбины на угол до 25 градусов.

Читать еще: Что такое cdda двигателя ford

Правильный подбор турбины является ключевым моментом в постройке турбо-мотора и основан на многих вводных данных. Самым основным фактом выбора является требуемая от мотора мощность. Важно также выбирать эту цифру максимально реалистично для вашего мотора. Поскольку мощность мотора зависит от количества топливо-воздушной смеси которая через него проходит за единицу времени, опредлив целевую мощность мы приступим к выбору турбины способной обеспечить необходимый для этой мощности поток воздуха.

Другим крайне важным фактором выбора турбины является скорость ее выхода на наддув и минимальные обороты двигателя на которых это происходит. Меньшая турбина или меньший горячий хаузинг позволяют улучшить эти показатели, но максимальная мощность при этом будет снижена. Тем не менее за счет большего рабочего диапазона работы двигателя и быстрого выход турбины на наддув при открытии дросселя в целом результат может быть значительно лучше, чем при использовании большей турбины с большой пиковой мощностью, но в узком верхнем диапазоне работы мотора.

Втулочные и шарикоподшипниковые турбины.
Втулочные турбины были самыми распространенными в течении долгого времени, тем не менее новые и более эффективные шарикоподшипниковые турбины используются все чаще. Шарикоподшипниковые турбины появились как результат работы Garrett Motorsport во многих гоночных сериях.
Отзывчивость турбины на дроссель очень зависит от конструкции центрального картриджа. Шарикоподшипниковые турбины Garrett обеспечивают на 15% более быстрый выход на наддув относительно их втулочных аналогов, снижая эффект турбо-ямы и приближая ощущение от турбо-мотора к атмосферному большеобъемнику.
Шарикоподшипниковые турбины так же требуют значительно меньшего потока масла через картридж для смазки пошипников. Это снижает вероятность утечек масла через сальники. Так же такие турбины менее требовательны к качеству масла и менее склонны к закоксовке после глушения двигателя.

Jeep Wrangler Unlimited

СПОСОБНЫЙ НА ВСЕ

От путешествий по бездорожью до городских приключений — Jeep_® Wrangler готов к любым испытаниям. Новый мощный двигатель и увеличенный дорожный просвет обеспечивают автомобилю превосходную проходимость. В сочетании с прекрасной устойчивостью и силой тяги это открывает вам свободу действий.

TRAIL RATED ® TRAILHAWK ®

Благодаря своему выдающимся внедорожному потенциалу Jeep® Wrangler с эмблемой Trail Rated ® достойно соответствует легендарному имиджу бренда Jeep_®.

КАК WRANGLER ЗАСЛУЖИЛ СВОЮ ЭМБЛЕМУ TRAIL RATED ®

МОЩНОСТЬ — ЗАРЯД ДЛЯ ВАШИХ ПРИКЛЮЧЕНИЙ

Благодаря новым двигателям Jeep_® Wrangler способен преодолеть любой ландшафт. Снег, камни, грязь — ничто не остановит его.

Новый 2,0-литровый двигатель GME T4

Макс. мощность: 272 л.с.; макс. крутящий момент: 400 Нм при частоте вращения 3000 мин-1 Jeep® Wrangler предлагается с новым 2,0-литровым бензиновым двигателем с турбонаддувом и оснащенным системой Start-Stop. Двигатель сочетается с 8-ступенчатой автоматической трансмиссией. Эта комбинация оптимизирует эффективность и экономичность силового агрегата, повышая тягово-динамические характеристики автомобиля и снижая расход топлива.

МАКСИМАЛЬНОЕ СЦЕПЛЕНИЕ С ДОРОГОЙ

Каждому любителю внедорожников знакома система полного привода Rock-Trac ® . Эта система, базовая для версии Rubicon, позволяет лучше контролировать ситуацию. Она оптимизирует распределение крутящего момента, обеспечивая превосходный внедорожный потенциал. Вам нужна еще более высокая проходимость? Надежная раздаточная коробка NV241-Off-Road с понижающим передаточным отношением 4:1, передний и задний дифференциалы Tru-Lok ® с электронной блокировкой, а также электронно отключаемый передний стабилизатор поперечной устойчивости всегда готовы к испытаниям.

ВЫСОКИЙ ПОТЕНЦИАЛ

Когда вам требуется тяга на всех четырех колесах, в игру вступает система полного привода Command-Trac ® с раздаточной коробкой NV241 GII. Эта система, базовая для Sport и Sahara, помогает с легкостью выбраться из сложной ситуации. Command-Trac — проверенная система с возможностью подключения полного привода на ходу автомобиля и понижающим передаточным отношением 2,72:1, чтобы вы могли свободно отправиться куда угодно, следуя своей страсти к приключениям.

Мосты Dana 44 нового поколения

Jeep_® Wrangler Rubicon, безусловно, стоит выше остальных автомобилей — ведь он оборудован передним и задним мостами Dana ® 44. Они усилены за счет применения более толстых труб и кованых деталей, обеспечивающих превосходную прочность, жесткость и долговечность.

Система полного привода Rock-trac ® с дифференциалами Tru-lok ®

Wrangler Rubicon оборудован электронно блокируемыми дифференциалами Tru-Lock ® . С помощью переключателя на панели управления водитель может подключать либо только задний мост, либо оба моста, обеспечивая оптимальное тяговое усилие.

Система отключения переднего стабилизатора поперечной устойчивости

Система, предлагаемая исключительно для версии Rubicon, автоматически отключает передний стабилизатор, когда скорость движения не превышает 30 км/ч, а в трансмиссии выбран режим 4LO. В таком случае ход передних колес увеличивается на величину до 25%, чтобы автомобиль мог справиться с самым сложным рельефом.

ВОЗМОЖНОСТЬ БУКСИРОВКИ

Jeep_® Wrangler может буксировать прицепы массой до 2,495 кг.

Двигатель 2.0 L Turbo

Макс. мощность: 272 л.с.; макс. крутящий момент: 400 Нм при частоте вращения 3000 мин -1 -1

КОНФИГУРАТОР
АВТОМОБИЛИ В НАЛИЧИИ
ТЕСТ-ДРАЙВ

Модели

ПОКУПКА

Jeep_® Life

СПЕЦИАЛЬНЫЕ ПРЕДЛОЖЕНИЯ

ВОЗМОЖНОСТИ

ПОКУПКА

Мы в социальных сетях

ВОЗМОЖНОСТИ

СЕРВИС

Jeep_® Life

Контакты

Мы в социальных сетях

Поддержка клиентов Jeep_®

8 800 100 81 82

Телефон горячей линии

Chrysler, Jeep, Dodge, Ram, Mopar и логотип Pentastar являются зарегистрированными товарными знаками FCA US LLC.

Вся представленная на сайте информация носит информационный характер и не является публичной офертой, определяемой Статьей 437 Гражданского кодекса Российской Федерации. Производитель оставляет за собой право изменять спецификации и цены в любое время без предварительного уведомления.

* Цена указана на а/м 2019 и 2020 года выпуска.

1 Предложение действует с 01.08.2021 по 31.08.2021 и распространяется на ограниченную партию автомобилей, находящихся на складе АО «ЭфСиЭй РУС» и складах официальных дилеров Jeep®. Подробности по наличию автомобилей и конкретным размерам преимущества в отношении той или иной модели автомобиля, участвующего в данной акции, уточняйте в салонах официальных дилеров Jeep®. Выгода по данной программе суммируется с выгодой по программам поддержки «Стандартный Trade-in» и / или «Лояльный Trade-in».

2 Выгода при покупке автомобилей по программе “Компенсация за Trade-in”, реализуемая дистрибьютором, совместно с официальными дилерами. Указанная программа позволяет получить выгоду при сдаче дилеру автомобиля по системе Трейд — ин (обмен подержанных автомобилей на новые). Программа «Лояльный Trade-in» – обмен старого а/м клиента марки Jeep, Chrysler, Dodge не старше 2011 года выпуска по ПТС на новый а/м Jeep или Chrysler. Предложение ограничено. Подробности у официальных дилеров Jeep®

3 При покупке автомобилей в кредит обязательно оформление полиса КАСКО. Минимально возможная сумма кредита 50 000руб, максимальная сумма кредита 6,5 млн. руб. В случае несвоевременной уплаты процентов и возврата кредита с заемщика взимается штраф 0,1% от суммы неуплаченных в срок процентов и части непогашенной ссудной задолженности за каждый день просрочки. Кредиты по программам Jeep Finance предоставляются ООО “Русфинанс Банк”, Генеральная лицензия Центрального Банка Российской Федерации № 1792 от 13.02.2013 г. При погашении кредита через иные кредитные организации, платежные системы, Почту России взимается дополнительная комиссия за перевод средств.

Читать еще: Асинхронный запуск синхронного двигателя

Настоящим Я, в соответствии с требованиями Федерального закона от 27.07.2006 г. №152-ФЗ «О персональных данных» даю свое согласие лично, своей волей и в своем интересе на обработку (сбор, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), использование, распространение, передачу (включая трансграничную передачу), обезличивание, блокирование и уничтожение) моих персональных данных, в т.ч. с использованием средств автоматизации.

Согласие предоставляется в отношении следующих персональных данных: Фамилия, имя, отчество, Год, месяц, дата рождения; Пол; Контактные телефоны; Контактный адрес; Контактный email; адрес; Сведения о профессиональной деятельности; Модель приобретенного; обслуживаемого автомобиля; Название дилерского центра, где приобретен / обслуживался / ремонтировался а/м; Дата выдачи автомобиля при покупке / из сервиса; Государственный номерной знак автомобиля; VIN –номер автомобиля; Пробег автомобиля; Перечень работ, проведенных с автомобилем; Перечень замененных деталей.

Согласие предоставляется в целях определения потребностей в производственной мощности, мониторинга исполнения сервисными центрами гарантийной политики; ведения истории обращения в сервисные центры; проведения маркетинговых исследований в области продаж, сервиса и послепродажного обслуживания; для рекламных, исследовательских, информационных, а также иных целей.

Предоставляя свои персональные данные, я даю согласие на направление мне рекламной информации и участие в маркетинговых опросах.

АО «Авилон АГ», адрес: 109316, г. Москва, Волгоградский пр., д.43, корп.3

Я выражаю согласие на передачу моих персональных данных:

АО «АкитА», адрес: 109316, г. Москва, просп. Волгоградский, д. 43, корп. 3

Согласие действует 75 лет и может быть отозвано в любой момент на основании письменного заявления.

Что такое VC-Turbo: как работает двигатель с изменяемой степенью сжатия

Второе поколение кроссовера Infiniti QX50 получило кучу новшеств, самым важным из которых стал уникальный мотор — 2,0‑литровая «турбочетверка» VC-Turbo с изменяемой степенью сжатия.

Идея создания бензинового мотора, где степень сжатия в цилиндрах была бы величиной непостоянной, не нова. Так, при разгоне, когда требуется наибольшая отдача двигателя, можно на несколько секунд пожертвовать его экономичностью, уменьшив степень сжатия, — это позволит предотвратить детонацию, самопроизвольное возгорание топливной смеси, которое может возникнуть при высоких нагрузках. При равномерном движении степень сжатия, напротив, желательно повысить, чтобы добиться более эффективного сгорания топливной смеси и снижения расхода горючего — в этом случае нагрузка на мотор невелика и опасность возникновения детонации минимальна.

В общем, в теории все просто, однако реализовать эту идею на практике оказалось не так уж легко. И японские конструкторы стали первыми, кто сумел довести замысел до серийного образца.

Суть разработанной корпорацией Nissan технологии в том, чтобы, в зависимости от требуемой отдачи мотора, непрерывно изменять максимальную высоту подъема поршней (так называемую верхнюю мертвую точку — ВМТ), что в свою очередь приводит к уменьшению или росту степени сжатия в цилиндрах. Ключевой деталью этой системы является особое крепление шатунов, которые соединяются с коленчатым валом через подвижный блок коромысел. Блок в свою очередь связан с эксцентриковым управляющим валом и электромотором, который по команде электроники приводит этот хитрый механизм в движение, меняя наклон коромысел и положение ВМТ поршней во всех четырех цилиндрах одновременно.

Разница степени сжатия в зависимости от положения ВМТ поршня. На левой картинке мотор находится в экономичном режиме, на правой — в режиме максимальной отдачи. A: когда требуется изменение степени сжатия, электромотор поворачивает и перемещает рычаг привода. B: приводной рычаг поворачивает управляющий вал. C: когда вал вращается, он действует на рычаг, связанный с коромыслом, изменяя угол наклона последнего. D: в зависимости от положения коромысла, ВМТ поршня поднимается или опускается, таким образом изменяя степень сжатия.

В результате при разгоне степень сжатия уменьшается до 8:1, после чего мотор переходит в экономичный режим работы со степенью сжатия 14:1. Его рабочий объем при этом меняется от 1997 до 1970 см 3 . «Турбочетверка» нового Infiniti QX50 развивает мощность 268 л. с. и крутящий момент в 380 Нм — ощутимо больше, чем 2,5‑литровый V6 предшественника (его показатели — 222 л. с. и 252 Нм), расходуя при этом на треть меньше бензина. Кроме того, VC-Turbo на 18 кг легче атмосферной «шестерки», занимает меньше места под капотом и достигает максимума крутящего момента в зоне более низких оборотов.

Кстати, система регулировки степени сжатия не только повышает эффективность работы мотора, но и снижает уровень вибраций. Благодаря коромыслам шатуны при рабочем ходе поршней занимают почти вертикальное положение, в то время как у обычных двигателей они ходят из стороны в сторону (из-за чего шатуны и получили свое название). В результате даже без уравновешивающих валов этот 4‑цилиндровый агрегат работает так же тихо и плавно, как V6.

Но изменяемое положение ВМТ при помощи сложной системы рычагов — не единственная особенность нового мотора. Меняя степень сжатия, этот агрегат также способен переключаться между двумя рабочими циклам: классическим Отто, по которому функционирует основная масса бензиновых двигателей, и циклом Аткинсона, встречающимся в основном у гибридов. В последнем случае (при высокой степени сжатия) из-за большего хода поршней рабочая смесь сильнее расширяется, сгорая с большей эффективностью, в результате растет КПД и снижается расход бензина.

Помимо двух рабочих циклов, этот мотор также использует две системы впрыска: классический распределенный MPI и непосредственный GDI, который повышает эффективность сгорания топлива и позволяет избежать детонации при высоких степенях сжатия. Обе системы работают попеременно, а при высоких нагрузках — одновременно. Положительный вклад в повышение КПД двигателя вносит и особое покрытие стенок цилиндров, которое наносится методом плазменного напыления, а затем закаливается и хонингуется. В результате получается ультрагладкая «зеркальная» поверхность, на 44 % уменьшающая трение поршневых колец.

Еще одна уникальная особенность мотора VC-Turbo — это интегрированная в его верхнюю опору система активного подавления вибраций Active Torque Road, основой которой является возвратно-поступательный актуатор. Эта система управляется датчиком ускорений, фиксирующим колебания двигателя и в ответ генерирует гасящие вибрации в противофазе. Активные опоры в Infiniti впервые использовали в 1998 году на дизельном моторе, но та система оказалась слишком громоздкой, поэтому не получила распространения. Проект пролежал под сукном до 2009 года, пока японские инженеры не взялись за его усовершенствование. На то, чтобы решить проблему избыточного веса и размеров гасителя колебаний, ушло еще 8 лет. Но результат впечатляет: благодаря ATR 4‑цилиндровый агрегат нового Infiniti QX50 работает на 9 дБ тише, чем V6 его предшественника!

» ТУРБОНАДДУВ: ВТОРОЕ ДЫХАНИЕ ДЛЯ ВАШЕГО ДВИГАТЕЛЯ

Русский
- American
- Čeština
- Deutsch
- UK
- Español
- Français
- Italiano
- 简体中文
- Global Edition

ТУРБОНАДДУВ: ВТОРОЕ ДЫХАНИЕ ДЛЯ ВАШЕГО ДВИГАТЕЛЯ

Приводные системы находятся в центре внимания конструкторов автомобилей, стремящихся улучшить рабочие характеристики дизельных двигателей в ответ на ужесточение требований экологических стандартов стран Европейского Союза и США. SKF принимает активное участие в разработке специальных подшипников качения для сложных систем турбонаддува.

Одним из потенциальныхкандидатов на использование в дизельных двигателях для грузовых автомобилей является привод для системы Turbocompound. Для данного сегмента рынка SKF разработала подшипниковую систему, отвечающую требованиям, предъявляемым к конструкции приводов турбонаддува изельных двигателей.

Системы турбонаддува особенно важны для дизельных двигателей, так как они обеспечивают значительное увеличение мощности двигателя при незначительном увеличении его массы. Данная технология весьма выгодна для владельцев легковых и грузовых машин с точки зрения топливной экономичности, общих характеристик управляемости и экологической безопасности.

Читать еще: Что такое дизельный двигатель определение

Турбокомпрессор вращается за счет энергии потока отработавших газов и повышает мощность двигателя внутреннего сгорания путем увеличения содержания кислорода в потоке воздуха, поступающем в двигатель. Горячие отработавшие газы из выпускного коллектора поступают непосредственно в турбину турбокомпрессора и приводят в движение рабочее колесо. Рабочие колеса турбины и турбокомпрессора соединены общим валом. При вращении рабочего колеса компрессора воздух засасывается, затем сжимается и подается в камеры сгорания двигателя (рис. 1).

Самой распространенной «болезнью» турбокомпрессоров является так называемый «эффект запаздывания турбонаддува», возникающий вследствие инерции ротора турбокомпрессора, которому требуется время прежде, чем он начнет создавать достаточное давление наддува. Поэтому на низких оборотах двигателя увеличение мощности двигателя не происходит.

Для преодоления этой проблемы дизельные двигатели оснащаются турбокомпрессорами с уменьшенным диаметром рабочих колес компрессора и турбины, которые способны раскручиваться при довольно низких оборотах двигателя (примерно 1700 об/мин для двигателей легковых автомобилей и 1400 об/мин для двигателей грузовых автомобилей).

Однако недостатком таких турбокомпрессоров является то, что создаваемый ими наддув недостаточен для развития двигателем полной мощности. Эта проблема решена за счет использования систем многоступенчатого турбонаддува или турбокомпрессоров с изменяемой геометрией сопла турбины (VNT).

Принцип многоступенчатого турбонаддувапредполагает использование нескольких компрессоров. Система двухступенчатого турбонаддува состоит из двух турбокомпрессоров с последовательным соединением и обеспечивает высокое давление наддува без необходимости раскручивания обоих турбокомпрессоров до высоких оборотов. Использование небольшого турбокомпрессора с малой инерцией для первой ступени и большого турбокомпрессора для второй ступени обеспечивает более резкое увеличение мощности двигателя на малых оборотах, а также высокое давление наддува в широком диапазоне режимов работы двигателя.

Технология VNT используется в коммерческих дизельных двигателях. Принцип работы компрессора VNT состоит в изменении направления потока отработанных газов на входе в турбину турбокомпрессора с помощью кольца установки угла лопаток направляющего аппарата или сопла (рис. 2). Когда лопатки направляющего аппарата закрыты, поток направлен по касательной к лопаткам рабочего колеса турбины. При этом турбина получает максимальную энергию потока, и турбокомпрессор вращается с максимальной частотой. И наоборот, когда лопатки открыты, поступающий в турбину поток имеет меньшее отклонение от радиальной оси, за счет чего уменьшается частота вращения турбокомпрессора.

Таким образом, возможность изменения угла установки лопаток направляющего аппарата устраняет необходимость использования предохранительного клапана для понижения давления наддува при высоких оборотах двигателя. Это обеспечивает значительную экономию топлива при высоких оборотах двигателя. Кроме того, компрессор VNT мгновенно реагирует на изменение режима работы двигателя, обеспечивая максимальный крутящий момент и максимальную топливную экономичность.

Растущий интерес к приводу для системы Turbocompound объясняется необходимостью дальнейшего уменьшения содержания вредных веществ в выхлопных газах автомобилей в соответствии с директивой 1999/96/EG Европейской комиссии (таблица 1).

Для дизельных двигателей легковых или грузовых автомобилей принцип турбокомпаунирования означает, что ниже по потоку от турбокомпрессора установлена силовая турбина, утилизирующая часть тепловой энергии, которая обычно теряется с выхлопными газами. Механическая энергия, генерируемая силовой турбиной, передается коленчатому валу двигателя через сложный передаточный механизм. Турбина с приводом от выхлопных газов отличается от обычного турбокомпрессора отсутствием ступени компрессора (рис. 3). Установка силовой турбины и силового привода позволяет повысить КПД двигателя до 42-46%.

Ключевым элементом системы Turbocompound является турбина (рис. 4), частота вращения которой достигает 70000 об/мин. Вибрация кручения, возникающая при работе двигателя, умноженная на общее передаточное отношение 30:1, была бы недопустимо велика и привела бы к разрушению турбины. Чтобы уменьшить вибрацию кручения, промежуточный вал системы Тurbocompound снабжен гидромуфтой (типа Föttinger)(рис. 4).

SKF разработала подшипниковый узел, который состоит из фланцевого и уплотненного радиально-упорного шарикоподшипников (рис. 5) и монтируется на вал ротора с помощью зажимного устройства, закрепляемого стопорной гайкой. Профильнаружного кольца выполнен так, что подшипник является опорой ведущей шестерни турбомуфты с одной стороны вала и, одновременно, фиксирует насосное колесо турбомуфты с другой стороны вала. Насосное колесо турбомуфты закреплено неподвижно.

Подшипник должен работать в диапазоне температур от –40 °C до +125 °C. Подшипниковый узел имеет радиальное и осевое нагружение, а также подвержен воздействию опрокидывающих нагрузок из-за геликоидальной шестерни (рис. 6). Гидравлические нагрузки действуют только в осевом направлении. По результатам расчета цикла нагрузки за промежуток рабочего времени ожидается, что холостой ход составит 5% времени, тормозная нагрузка – 10% времени, а два варианта номинальной нагрузки — все оставшееся время (таблица 2). Расчеты показали, что наработка до усталостного разрушения должна составить более 56 000 (при ресурсе двигателя15 000 часов).

Для анализа влияния опрокидывающих сил и оптимизации конструкции подшипников инженеры SKF использовали компьютерную программу SKF Вearing Вeacon. В таблице 2 представлены результаты расчета наработки подшипника до усталостного разрушения.

Однако важно учитывать и другие факторы. Данный подшипник должен иметь повышенную точность вращения (класс допуска P5 для всех компонентов) и продолжительный срок службы смазки (> 15 000 часов). Проведенные ресурсные испытания подшипника показали практически полное отсутствие видимых признаков износа дорожек или тел качения. В целом, данная подшипниковая система способна увеличить КПД цикла Карно с 42% до 46 %.

Мероприятия по оптимизацииконструкции данного подшипникового узла включают:

Дальнейшим совершенствованием конструкции турбомуфты является создание фланцевого подшипникового узла со встроенной шестерней (рис. 7), который обеспечивает уменьшение вращающихся масс, сокращение числа элементов и, следовательно, упрощение логистики, а также уменьшение габаритов, упрощение цепочки «производство-допуски» и улучшение балансировки ротора.

Еще одной интересной областью применения является сам турбокомпрессор. Главная инновация состоит в том, что подшипники скольжения в турбокомпрессоре были заменены шарикоподшипниками (рис. 8). Кассетная конструкция подшипникового узла позволила уменьшить момент трения, повысить частоту и точность вращения турбокомпрессора.

Специальные однорядные гибридные радиально-упорные шарикоподшипники SKF с сепараторами из специального легкого сплава обладают высокими рабочими характеристиками даже в условиях высоких частот вращения и высоких температур. В данном случае, для условий сравнительно высоких частот вращения и величины n×dm до 2 000 000 мм/мин, был выбран модифицированный подшипниковый узел SKF с изготовленными под заказ кольцами с каналами подачи масла.

Расчетная наработка до усталостного разрушения для всех вариантов нагрузки при условии достаточного смазывания и отсутствия загрязнения смазки превышает минимальные требования к расчетному ресурсу 15 000 рабочих часов. Это означает, что уровень чистоты смазки (коэффициент загрязнения ηc) должен быть 0,3 или выше.

Особое внимание должно быть также уделено системе впрыска масла, так как для смазывания контактирующих поверхностей тел качения и сепаратора струя масла должна преодолеть зону турбулентности (завихрений), которая образуется вокруг каждого ряда подшипников. Данная функция должна выполняться при любых нагрузках на двигатель, включая случаи так называемого «обратного просачивания», которые возникают при экстренном торможении автомобиля.

При вращении подшипников с высокой частотой центробежные силы, действующие на шарики, оказывают сильное влияние на силы внутри подшипника (рис. 9). Это влияние особенно важно учитывать в подшипниках с большим углом контакта, поскольку осевые составляющие центробежных сил будут тем больше, чем больше угол контакта, и при этом все они действуют в одном направлении. При парной установке радиально-упорных шарикоподшипников силы, действующие внутри этих двух подшипников, воздействуют друг на друга.

Результаты испытаний данной конструкции SKF позволяют предположить, что подшипники скольжения в турбокомпрессорах могут быть с успехом заменены подшипниками качения. Использование систем многоступенчатого турбонаддува и шарикоподшипников позволило увеличить КПД цикла Карно до 49%.

Скорее всего, уже в ближайшие годы КПД цикла Карно достигнет 50%. Есть основания полагать, что вскоре многие производители дизельных грузовых автомобилей объявят о создании еще более сложных систем турбонаддува с использованием технологии селективного катализа (SCR).

Турбина на двигатель — дизельный и бензиновый