Турбонаддув дизельного двигателя

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение.

       В последнее время дизельные двигатели все чаще стали устанавливать на легковые автомобили в силу их определенных преимуществ, в частности бензиновый двигатель, является довольно неэффективным и способен преобразовывать всего лишь около 26% энергии топлива в полезную работу. Дизельный двигатель обычно имеет коэффициент полезного действия в 36%.Однако дизельные силовые агрегаты имеют ряд особенностей, которые нужно знать автолюбителю.

       Конструктивно дизельные двигатели, как и бензиновые, относятся к двигателям внутреннего сгорания. Главным их отличием является устройство системы питания и процесс сгорания топлива. В цилиндры дизеля всасывается чистый воздух. Затем он сжимается до степени сжатия в среднем 21-22 и при этом нагревается до высоких температур, порядка 600 град.С. После этого в камеру сгорания впрыскивается топливо, которое самовозгорается, и происходит рабочий цикл. Таким образом, свечей зажигания, в отличие от бензиновых силовых агрегатов, для дизелей не требуется.

     Процесс сгорания топлива в дизелях происходит при большом давлении, поэтому  силы, воздействующие на цилиндропоршневую  группу, выше, чем в бензиновых двигателях. Шумность дизеля выше, чем у бензиновых моторов, что тоже объясняется особенностями сгорания топлива.

       В то же время имеется целый ряд  преимуществ дизельного двигателя, обеспечивающих последнему широкое  распространение. Во-первых, это высокая надежность и моторесурс. Во-вторых, двигатели подобного типа более экономичны, в том числе и на холостом ходу. Дизели обеспечивают высокий крутящий момент, с вытекающим отсюда улучшением тяговых характеристик автомобиля. При одинаковой мощности с бензиновым двигателем, крутящий момент дизеля существенно выше. И, наконец, пожаробезопасность: дизельное топливо с трудом воспламеняется от огня на воздухе.

       Необходимо  также отметить тот факт, что содержание в отработавших газах - СО (оксида углерода) у дизельного двигателя по сравнению  с бензиновым двигателем ниже, что в свою очередь уменьшает выброс токсичных веществ в атмосферу. Это актуально, поскольку на современном этапе развития общества огромное значение уделяется вопросам экологии, и наряду с требованиями по безопасности автомобиля не менее важным считается его экологичность.

     Всемирно  известные производители дизельных  двигателей к 90-м годам провели  многочисленные испытания и тестирования дизельных двигателей. Следствием данных исследований явилось то, что теперь при разработке большей части моделей дизельных двигателей применяется технология наддува, и это в свою очередь стало залогом экологической безопасности. 
 
          При проектировке бензиновых двигателей внутреннего сгорания все чаще и чаще используют технологию турбонаддува несмотря на некоторые возникающие проблемы. В частности в момент максимального сжатия и резкого повышения давления смеси от нормы появляется детонация, ограничивающая максимальную величину степени сжатия объема смеси, что требует использования качественного высокооктанового бензина.

        Работа бензинового двигателя в режиме турбонаддува приводит к значительному повышению рабочей температуры, что обуславливает использование высокотехнологичных материалов, из которых должны быть выполнены все части и агрегаты турбокомпрессора. 
        При этом возникает необходимость дополнительного охлаждения подшипникового узла ТКР, и использование моторного масла высокого качества. 
        Принцип турбонаддува двигателя внутреннего сгорания (ДВС) заключается в повышении мощности двигателя за счет улучшения наполнения цилиндров двигателя топливовоздушной смесью для повышения среднего эффективного давления цикла, который сопровождается существенным увеличением объема воздуха. Данная методика наддува считается атмосферной. Разновидностью атмосферного надува является резонансный, при его проведении кинетическая энергия от сжатия воздушных масс изменяется. Для этого используются воздушные коллекторы переменной длины. Другие виды наддува предполагают задействование всевозможных устройств, работающие на основе различных принципов и выполняющие задачи по увеличению давления воздуха, поступающего в цилиндры, выше атмосферного. В некоторых случаях используется отработавший газ, выполняющий роль привода. 
            При этом выхлопные газы подаются в турбину и раскручивают ротор турбокомпрессора с лопаточным колесом турбины, после чего выбрасываются через глушитель. При этом воздух засасывается через воздушный фильтр и его давление повышается до 80%, после чего подается во впускной коллектор двигателя. При сохранении рабочего объема двигателя используется больше количество рабочей смеси, что обеспечивает увеличение мощности на 20-50%. При этом благодаря кинетической энергии отработанных газов КПД двигателя растет, а экономия топлива достигает 20%. 
 
 
 
 
 
 
 

1.Ремонтно-технологическая  часть.

1.1 Характеристика дизельного  двигателя. 

Рис. 1 Дизельный  двигатель с турбонаддувом. 

Таблица 1. Характеристика дизельного двигателя

1.2. Назначение и характеристика  турбонаддува дизельного  двигателя. 

       Смысл наддува дизельного двигателя - улучшить наполнение цилиндров двигателя топливо - воздушной смесью для повышения среднего эффективного давления цикла и, как следствие, мощности двигателя путем принудительного увеличения заряда воздуха, поступающего в цилиндры. При этом существует лишь один вид атмосферного наддува - так называемый резонансный наддув, при котором используется кинетическая энергия объема воздуха во впускных коллекторах, и технически реализуемый с помощью воздушных коллекторов переменной длины и тщательной настройкой фаз газораспределения двигателя. Все остальные виды наддува связаны с увеличением давления поступающего в цилиндры воздуха выше атмосферного, используя для этого различные механические, электромеханические и газодинамические способы.

     Турбонаддув - вид наддува, при котором воздух в цилиндры двигателя подается под давлением за счет использования энергии отработавших газов.

     В настоящее время турбонаддув  является наиболее эффективной системой повышения мощности двигателя без увеличения частоты вращения коленчатого вала и объема цилиндров. Помимо повышения мощности турбонаддув обеспечивает экономию топлива в расчете на единицу мощности и снижение токсичности отработавших газов за счет более полного сгорания топлива.

     Система турбонаддува применяется как на бензиновых, так и на дизельных двигателях. Вместе с тем, наиболее эффективен турбонаддув на дизелях вследствие высокой степени сжатия двигателя и относительно невысокой частоты вращения коленчатого вала. Сдерживающими факторами применения турбонаддува на бензиновых двигателях являются возможность наступления детонации, которая связана с резким увеличением частоты вращения двигателя, а также высокая температура отработавших газов (1000°С против 600°С у дизелей) и соответствующий нагрев турбонагнетателя.

     Несмотря  на различия в конструкции отдельных  систем, можно выделить следующее  общее устройство турбонаддува:

• воздухозаборник;
• воздушный фильтр;
• дроссельная заслонка;
• турбонагнетатель;
• интеркулер;
• впускной коллектор;
• впускные заслонки (на некоторых конструкциях двигателей);
• соединительные патрубки и напорные шланги;
• элементы управления.

     Большинство элементов турбонаддува являются типовыми элементами впускной системы. Отличительной особенностью турбонаддува является наличие турбонагнетателя, интеркулера и новых конструктивных элементов управления.

     Виды  наддува

     В ДВС применяют три типа наддува:

• резонансный –при котором используется кинетическая энергия объема воздуха во впускных коллекторах (нагнетатель в этом случае не нужен)
• механический – в этом варианте компрессор приводится во вращение ремнем от двигателя
• газотурбинный (или турбонаддув) – турбина приводится в движение потоком отработавших газов.

     У каждого способа свои преимущества и недостатки, определяющие область  применения.

     Резонансный наддув

      Как уже отмечалось в начале статьи, для лучшего наполнения цилиндра следует поднять давление перед впускным клапаном. Между тем повышенное давление необходимо вовсе не постоянно - достаточно, чтобы оно поднялось в момент закрытия клапана и «догрузило» цилиндр дополнительной порцией воздуха. Для кратковременного повышения давления вполне подойдет волна сжатия, «гуляющая» по впускному трубопроводу при работе мотора. Достаточно лишь рассчитать длину самого трубопровода, чтобы волна, несколько раз отразившись от его концов, пришла к клапану в нужный момент. Теория проста, а вот воплощение ее требует немалой изобретательности: клапан при разных оборотах коленчатого вала открыт неодинаковое время, а потому для использования эффекта резонансного наддува требуются впускные трубопроводы переменной длины. При коротком впускном коллекторе мотор лучше работает на высоких оборотах , при низких оборотах более эффективен длинный впускной тракт. Переменные длины впускных трубопроводов можно создать двумя способами: или путем подключения резонансной камеры, или через переключение на нужный впускной канал или его подключение. Последний вариант называют еще динамическим наддувом. Как резонансный, так и динамический наддув могут ускорить течение впускного столба воздуха. Эффекты наддува, создаваемые за счет колебаний напора воздушного потока, находится в диапазоне от 5 до 20 миллибар. Для сравнения: с помощью турбонаддува или механического наддува можно получить значения в диапазоне между 750 и 1200 миллибар. Для полноты картины отметим, что существует еще инерционный наддув, при котором основным фактором создания избыточного давления перед клапаном является скоростной напор потока во впускном трубопроводе. Дает незначительную прибавку мощности при высоких (больше 140 км/ч) скоростях движения. Используется в основном на мотоциклах.