Урок № 1.2.52. Тема: «Конструктивные особенности турбокомпрессоров»

ТО и ремонт автомобильного транспорта

Тема 1.2 «Устройство и основы теории двигателя»

Урок № 1.2.52. Тема: «Конструктивные особенности турбокомпрессоров»

 

Турбокомпрессор ТКР- 7 устанавливают на двигатели автомоби­лей КамАЗ, ЗИЛ, ГАЗ. Он обеспечивает степень повышения давления в 1,6...2,5 раза при температуре перед турбиной до 600 °С. На валу ротора 10 (см. рис. 1) установлены насосное 1 и турбинное 5 колеса. Вал вращается во втулках.

Рис. 1. Турбокомпрессор ТРК-7: а — конструктивная схема; б — схема его работы:

1 — насосное колесо; 2 — направляю­щее устройство; 3 — фиксатор; 4 — корпус турбины;

5 — турбинное колесо; 6 — тепловой эк­ран; 7 — корпус турбокомпрессора; 8 — уплотнительное кольцо; 9 — корпус насосного коле­са; 10 — вал; 11, 12 — впускной и выпускной клапаны.

 

В спиральных ка­налах (улитках) корпуса подшипников и корпуса турбины распо­ложены диффузор компрессора и направляющий аппарат 2, кото­рые служат для направления потока газов и повышения КПД тур­бокомпрессора. За насосным колесом уплотнение обеспечивают крышка и уплотнительное кольцо 8. За турбинным колесом уста­новлен тепловой экран 6.

Колеса и спиральные каналы корпусов имеют специальную профилированную форму, что обеспечивает эффективную работу турбокомпрессора на всех режимах двигателя. Турбинное колесо выполнено из жаропрочного сплава, насосное — из конструкци­онной стали.

Марка турбокомпрессора означает следующее: ТКР — турбо компрессор роторный; 7 — диаметр насосного колеса в сантиметрах.

Кардинальных отличий между системами турбонаддува, устанавливаемыми на бензиновых и дизельных двигателях, нет, всё зависит только от степени наддува. Как правило, дизельные двигатели оснащаются более производительными конструкциями, а бензиновые – создающими небольшое давление наддува. Это обусловлено тем, что при существенном повышении оборотов, происходящем при наличии турбокомпрессора, бензиновые моторы склонны к возникновению детонации, поэтому их системы не столь эффективны.

Один из недостатков турбонаддува – провал в разгонной динамике или «турбояма». Суть этого явления заключается в том, что при разгоне с малых оборотов, интенсивность ускорения, зачастую уступает атмосферным аналогам. Дело в том, что работа турбонаддува напрямую связана с частотой вращения коленвала двигателя (при этом механической связи между этими элементами нет), и если эта величина невелика, то и эффективности от наддува не будет. Кроме того, определённое влияние на этот процесс оказывает и большая инертность системы надува, поскольку для создания необходимого давления на впуске требуется определённое время.

Конструктивное решение вышеописанной проблемы инертности наддува сводится к внедрению одного из следующих механизмов:

- битурбонаддув (двойной или двухступенчатый наддув);

- турбина с адаптивной геометрией;

- комбинированный наддув.

Самой совершенной в техническом плане является система двухступенчатого турбонаддува (рис. 2). С 2004 года система двухступенчатого турбонаддува применяется на ряде дизельных двигателей от Opel. Другой производитель — компания BorgWarner Turbo Systems внедряет систему на дизельные двигатели BMW и Cummins.

Рис. 2. Схема двухступенчатого турбонаддува на примере регулируемого двухступенчатого турбонаддува от BorgWarner Turbo Systems: 1 – охладитель наддувочного воздуха; 2 – перепускной клапан наддува (bypass); 3 – турбокомпрессор ступени высокого давления; 4 – турбокомпрессор ступени низкого давления; 5 – перепускной клапан отработавших газов (wastegate).

 

Система двухступенчатого турбонаддува состоит из двух турбокомпрессоров 3 и 4 разного размера, установленных последовательно в выпускном и впускном (воздушном) трактах. В системе используется клапанное регулирование потока отработавших газов и нагнетаемого воздуха.

При низких оборотах двигателя перепускной клапан отработавших газов 5 закрыт. Отработавшие газы проходят через малый турбокомпрессор (имеет минимальную инерцию и максимальную отдачу) и далее через большой турбокомпрессор. Давление отработавших газов невелико. Поэтому большая турбина почти не вращается. На впуске перепускной клапан наддува закрыт. Воздух проходит последовательно через большой (первая ступень) и малый (вторая ступень) компрессоры.

С ростом оборотов осуществляется совместная работа турбокомпрессоров. Перепускной клапан отработавших газов постепенно открывается. Часть отработавших газов идет непосредственно через большую турбину, которая раскручивается все более интенсивно. На впуске большой компрессор сжимает воздух с определенным давлением, но оно недостаточно большое. Поэтому далее сжатый воздух поступает в малый компрессор, где происходит дальнейшее повышение давления. Перепускной клапан наддува 2 при этом по прежнему закрыт.

При полной нагрузке перепускной клапан отработавших газов открыт полностью. Газы практически полностью проходят через большую турбину, раскручивая ее до максимальной частоты. Малая турбина останавливается. На впуске большой компрессор обеспечивает максимальное давление наддува. Малый компрессор, наоборот, создает препятствие для воздуха, поэтому в определенный момент открывается перепускной клапан наддува 2 и сжатый воздух поступает напрямую к двигателю.

Таким образом, система двухступенчатого турбонаддува обеспечивает эффективную работу турбокомпрессоров на всех режимах работы двигателя. Система разрешает известное противоречие дизельных двигателей между высоким крутящим моментом на низких оборотах и максимальной мощностью на высоких оборотах. С помощью двухступенчатых турбокомпрессоров номинальный крутящий момент достигается быстро и поддерживается в широком диапазоне оборотов двигателя, обеспечивается максимальное повышение мощности.

Охладитель наддувочного воздуха (интеркулер) предназначен для охлаждения сжатого воздуха. За счет охлаждения сжатого воздуха повышается его плотность и увеличивается давление. Интеркулер представляет собой радиатор воздушного или жидкостного типа.

При турбонаддуве нужно не только следить за давлением наддува, но и перепускать выхлопные газы, чтобы снизить избыток давления в выпускном коллекторе, и исключить чрезмерно высокую скорость вращения ротора на высоких оборотах двигателя.

Существуют следующие методы регулировки давления наддува – механически-пневматическое, установка продувочного клапана (клапана рециркуляции) и электронная регулировка давления наддува.

Основным элементом управления системы турбонаддува является регулятор давления наддува, который представляет собой перепускной клапан 3 (вейстгейт, wastegate, рис. 3). Клапан ограничивает энергию отработавших газов, направляя их часть в обход турбинного колеса, тем самым обеспечивает оптимальное давление наддува. Клапан имеет пневматический 10 или электрический привод.

Рис. 3. Схема турбокомпрессора: 1 — корпус подшипника; 2 — колесо турбинное; 3 — клапан перепускной; 4 — корпус турбины; 5 — каналы масляные; 6 — вал; 7 — подшипник скольжения; 8 — колесо компрессорное; 9 — корпус компрессора; 10 — пневматический привод перепускного клапан.	Рис. 4. Схема работы турбонагнетателя с перепускным клапаном: 1 – пневматический привод перепускного клапан (регулятор давления); 2 – перепускная трубка; 3 – компрессор; 4 – турбина; 5 – перепускной клапан.

 

При повышении давления наддува открывается перепускной клапан. Отработавшие газы движутся по перепускному каналу, минуя турбину, и частота вращения компрессора снижается.

Электронная регулировка давления наддува. Только с помощью электронной регулировки достигают оптимального давления наддува. В электронный блок управления поступают следующие сигналы — давление наддува и температура впускаемого воздуха от датчика 9 (рис. 5), положение дроссельной заслонки 7, склонность к детонации, температура двигателя, частота вращения, давление окружающей среды. Блок управления вырабатывает управляющий сигнал и подает его на перепускной клапан 12, соответственно закрывая его или открывая.

Рис. 5. Схема турбонаддува: 1 – вакуумный привод; 2 – электромагнитный клапан ограничения давления наддува; 3 – выпускной коллектор; 4 – охладитель наддувочного воздуха; 5 – впускной коллектор; 6 – датчик давления во впускном коллекторе с дачиком температуры воздуха; 7 – модуль дроссельной заслонки; 8 – датчик давления наддува сдатчиком температуры воздуха; 9 – клапан рециркуляции турбокомпрессора; 10 – воздушный фильтр; 11 – турбокомпрессор; 12 – перепускной клапан.

 

Клапан рециркуляции турбокомпрессора 9 (bypass – байпас-клапана) обеспечивает работу системы на принудительном холостом ходу (при закрытой дроссельной заслонке). Он предотвращает создание избыточного давления в промежутке между турбокомпрессором и закрытой дроссельной заслонкой.

Клапан ограничения давления наддува 2 (blowoff – блуофф-клапан) срабатывает, когда энергия отработавших газов создает избыточное давление наддува. Клапан обеспечивает работу вакуумного привода, который в свою очередь открывает перепускной клапан. Часть отработавших газов идет мимо турбины.

В воздушном тракте высокого давления (после компрессора) может устанавливаться предохранительный клапан. Он защищает системы от скачка давления воздуха, который может произойти при резком закрытии дроссельной заслонки.

Д.З.

1. Шестопалов С.К. Устройство, техническое обслуживание и ремонт легковых автомобилей.

Стр. 59.

2. Богатырев А.В. и др. Автомобили. Стр. 77.

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: