Турбонаддув. Особенности работы двигателя с наддувом.

Наддув является эффективным способом повышения мощности двигателя при сохранении его объема. Мощность двигателя с наддувом на 30-40% выше, чем у современных — без наддува.

Принцип работы системы турбонаддува

схема наддува легковых автомобилей

а — турбоннадув; б- приводным компрессором; в- волновым обменником давления;

1 — форсунка подачи топлива; 2 — компрессор; 3,7 — клапан максимального давления наддува; 4 — турбина; 5 — передача  клиновым ремнем; 6 — приводной компрессор; 8 — передача зубчатым ремнем; 9 — ротор волнового обменника.

Основным агрегатом системы является турбокомпрессор, включающий турбину и компрессор, расположенные на одном валу. В турбину поступают отработавшие газы из цилиндров, имеющие повышенное давление и температуру, в результате чего турбина вращает компрессор. Компрессор засасывает воздух из окружающей среды и сжимает его, то есть подает к цилиндрам двигателя с повышенным давлением (избыточное давление порядка 0,10-0,15 МПа). Чтобы создать даже такое небольшое давление, колесо компрессора должно иметь частоту вращения 80000-120000 мин-1, а в некоторых турбокомпрессорах для двигателей малого объема — даже до 180000 мин-1.

Давление наддува всегда ограничивают максимальной величиной порядка 0,15-0,25 МПа из-за опасности повреждения деталей двигателя. С этой целью на турбокомпрессоре устанавливают клапан, открывающий дополнительный канал и перепускающий часть выхлопных газов мимо турбины на выхлоп в случае превышении максимального давления наддува. Помимо этого, перепускной клапан обеспечивает устойчивую работу двигателя на режимах больших нагрузок и частот вращения.

Двигатели с турбонаддувом как правило оснащены системой впрыска топлива, так как карбюраторное смесеобразование плохо сочетается с наддувом и не позволяет реализовать всех возможностей форсирования двигателя.

Поскольку количество топливовоздушной смеси увеличивается при сохранении рабочего объема, то увеличивается и количество выделившегося при сгорании тепла. Это приводит к необходимости усиливать детали двигателя, так как возрастает температура и давление в цилиндрах. В первую очередь увеличивают толщину стенок поршня и, особенно, его днища, изменяют головку блока цилиндров, фазы газораспределения, применяют клапаны из более жаропрочных материалов, а подшипники коленчатого вала увеличенной ширины и диаметра. Чем выше давление наддува, тем больше изменений требует конструкция. Применяются радиаторы системы охлаждения увеличенного объема и площади, а также масляное охлаждение поршней, для чего приходится ставить масляный насос повышенной производимости и радиатор в системе смазки.

Очень высокая частота вращения ротора и теплонапряженность турбокомпрессора приводят к тому, что он становиться «слабым» элементом двигателя. Именно при турбонаддуве приходиться применять специальные сорта масел, в том числе синтетические, обеспечивающие эффективную смазку подшипников ротора и их работу в тяжелых условиях. И если в случае неисправности системы смазки или некачественного масла у обычных двигателей в первую очередь выходят из строя, как правило, шатунные подшипники, то в двигателях с наддувом — подшипники ротора турбокомпрессора. Разрушение подшипников ротора практически сразу приводит к потере герметичности его масляных уплотнений. Из-за чего масло под давлением может попасть во впускной трубопровод. Если масла окажется много, то в одном из цилиндров может произойти гидроудар, в результате которого разрушается шатун со всеми вытикающими отсюда последствиями.

Intercooler (Интеркулер)

Воздух на выходе из компрессора имеет не только повышенное давление, но и температуру, снижающую плотность заряда, что неблагоприятно отражается на наполнении и, следовательно, мощности двигателя. Поэтому на многих двигателях с турбонаддувом с целью повышения плотности воздуха и улучшения наполнения цилиндров, применяют промежуточное охлаждение наддувочного воздуха — интеркулер.  Для этого, после компрессора, воздух направляется в специальный «воздухо-воздушный» радиатор. Обычно, он устанавливается рядом с радиатором системы охлаждения.

Ссылка на основную публикацию