Мы сделаем то, что не смогут сделать другие
Чуйская обл., Аламудунский р-он, с. Пригородное, ул. Юбилейная 2
с 9.00 -18.00
Суббота - 9.00 -15.00
Воскресенье - выходной
Выходит, чтобы увеличить крутящий момент и мощность двигателя, нужно воздействовать на поршень с большей силой. Для этого нужно сжигать в цилиндре больше горючего. Подать в двигатель больше топлива не проблема. Проблема в том, как его сжечь – ведь топливо само по себе не горит. Для его сгорания нужен окислитель – содержащийся в воздухе кислород. Поэтому любой ДВС устроен как поршневой насос – в такте впуска поршень всасывает в цилиндр воздух из атмосферы.
Достигающееся за счет турбонаддува увеличение литровой мощности ДВС позволяет реализовать ключевую стратегию современного моторостроения – даунсайзинг. Даунсайзинг – это процесс уменьшения рабочего объема двигателей без потери их тяговых характеристик.СКОПИРОВАТЬ В БУФЕР
turboservice.kg
Для обеспечения высоких мощностных, экономических и экологических показателей необходимо совершенствовать процесс сгорания топливовоздушной смеси. Важную роль здесь играет смесеобразование, т.е. подготовка топливовоздушной смеси, ее состав, равномерность распределения по цилиндрам, степень испарения, вихревое движения заряда, температура, количество остаточных газов.
При улучшении наполнения цилиндров увеличивается динамическая степень сжатия подобно увеличению рабочего объема двигателя, т.к. в цилиндр поступает дополнительное количество воздуха и топлива. Эффективность впуска может продолжать увеличиваться даже до точки «упаковки» цилиндра (коэффициэнт наполнения цилиндра больше 1), что может быть обеспечено определенными комбинациями впускного и выпускного коллекторов и правильным подбором рспределительного вала. Максимальное давление внутри камеры сгорания перед воспламенением увеличивается при увеличении плотности бензовоздушной смеси. Когда системы впуска работает неэффективно, т.е. когда дроссельные заслонки прикрыты или впускная система имеет ограниченные проходные сечения, то цилиндр наполняется лишь частично и динамическое давление сжатия низкое. Когда система впуска работает с высокой объемной эффективностью (коэффициент наполнения больше 1 достигается во многих гоночных двигателях), динамическая степень сжатия может создать давления, превышающие значения, ожидаемые от механического (рассчитанного) увеличения степени сжатия. Чем лучше коэффициэнт наполнения цилиндра, тем ниже будет требуемая степень сжатия.
Чем больший заряд топливовоздушной смеси поступит в цилиндр, тем большаю работа будет произвелена в такте рабочего хода и соответственно получена большая мощность. Для улучшения наполнения цилиндров с одной стороны необходимо обеспечить хорошее общее наполнение цилиндров, а с другой — добиться равномерного распределения этой смеси по цилиндрам. Последнее особенно актуально для двигателей с карбюраторными системами питания, в которых длины впускных каналов разных цилиндров различны и зачастую отбирают топливовоздушную смесь разной степени обогащения из-за забора ее в различных местах задроссельного пространства карбюратора. Важное значение также имеет длина впускного трубопровода — так, подбирая его длину, можно добиться, чтобы на определенных оборотах образующаяся во впускном тракте стоячая волна, отразившись от впускного клапана в момент его закрытия, пройдя обратно по впускному каналу, затем отразилось от его границы и достигла вновь впускного клапана к моменту его открытия, обеспечив дозаряд цилиндра бензовоздушной смесью. Таким образом возможно получить коэффициент наполнения цилиндра больше 1 в результате дозарядки цилиндров.
Для улучшения наполнения цилиндров бензовоздушной смесью также применяется увеличение давления воздуха на входе тракта с помощью компрессоров. Для этого применяют либо компрессоры, работающие с приводом от ремня вспомогательных агрегатов двигателя или от электропривода, называемые объемными нагнетателями, либо от турбины, вращаемой с высокой скоростью отработвшими газами, что называется наддувом.
Существенную роль в улучшении наполнения цилиндров бензовоздушной смесью играет снижение сопротивления воздушному потоку на впуске. Для этого применяют воздушные фильтры пониженного сопротивления, а также полируют впускные трубопроводы. Необходимо также добиться ровных стыков в местах соединений элементов впускного трубопровода, чтобы в этих местах не образовывалось завихрений и сужений тракта. Для этого необходимо тщательно подбирать прокладки, а имеющиеся выступы тракта удалять с последующей полировкой.
Идеальным с точки зрения равномерности распределения смеси по цилиндром является организация отдельных впускных трактов с индивидуальными дроссельными узлами для каждого из цилиндров.
Для инжекторных двигателей используется узел многодроссельного впрыска, имеющий общую топливную рампу, индивидуальные для каждого из цилиндров форсунки и индивидуальные дроссельные узлы для каждого из каналов. Задроссельное пространство соединяется байпасными каналами для выравнивания разрежения по цилиндрам.
Рассмотрим пример узла многодроссельного впрыска на примере изделия для двигателя Renault F3R автомобиля «Святогор», подготавливаемого к спортивным соревнованиям:
В двигателях с карбюраторной системой питания аналогичный эффект достигается при установке нескольких карбюраторов с горизонтальным или наклонным потоком смеси так, чтобы для каждого цилиндра имелся свой воздушный тракт [12]. Например, на двигателе с рабочим объемом 1,45л установка двух горизонтальных карбюраторов «WEBER 40-DCOEE 44» (диаметр диффузоров 40 мм) без каких-либо других изменений приводит к увеличению мощностных показателей на 10-12% практически во всем диапазоне частот вращения коленчатого вала. Расширение каналов впускной системы совместно с этими мероприятиями и одновременно увеличение степени сжатия с 8,8 до 9,2 совместно с установкой прямоточных карбюраторов позволяет получить прирост мощности двигателя ВАЗ-2106 на 36%, увеличив при этом максимальное значение коэффициэнта наполнения с 0,9 при 3200 1/мин до 0,96 при при 4800 1/мин, т.е. на 6% [12]. Для четырехцилиндровых двигателей с рабочим объемом 1,6-2,0л и карбюраторной системой питания для получения максимальных мощностных показателей целесообразно применение двух горизонтальных двухкамерных карбюраторов с параллельным открытием дроссельных заслонок типа WEBER, SOLEX, DELLORTO с диаметрами диффузоров 45 мм, имеющих индивидуальный впускной тракт для каждого из цилиндров. При этом необходимо добиться одновременности открытия дроссельных заслонок всех камер, а их задроссельное пространство соединяется байпасными каналами калиброванного сечения. Такое решение дает эффект, аналогичный применению узла многодроссельного впрыска и применялось практически в большинстве реализаций при подготовке автомобилей к спортивным соревнованиям различного классса.
Ниже показан пример установки двух горизонтальных карбюраторов DELLORTO от автомобиля ALFA-ROMEO на автомобиле «москвич-2141» с двигателем УЗАМ рабочим объемом 2.3 л; на впуске карбюраторов установлены воздушные фильтры «нулевого» сопротивления:
Необходимо отметить, что как в узле многодроссельного впрыска, так и при применении горизонтальных карбюраторов с параллельным открытием дроссельных заслонок в варианте настройки впускной системы для работы с воздушными фильтрами возможна регулировка длины впускного тракта путем перемещения впускных «горнов» в продольном направлении. Подбирая длину тракта, добиваются дозарядлки цилиндров на заданных частотах вращения коленчатого вала за счет возникающей в тракте стоячей волны. При этом особо важно добиваться идентичности производительности топливных форсунок в инжекторных двигателях или пропускной способности топливных и воздушных жиклеров в интервале не более 1-2%, в противном случае неравномерность распределения смеси по цилиндрам по составу будет слишком велика. В некотороых случаях необходимо уточнять регулировку путем смены эмульсионных трубок [12]. Привод дроссельных заслонок должен быть связан между собой регулировочной тягой так, чтобы иметь возможность обеспечить одновременное начало открытия заслонок. Воздушные фильтры как правило используются овальные для установки на каждый карбюратор для двух цилиндров. В ряде случаев используется впускная система без воздушных фильтров.
Неплохие результаты могут быть получены при применении двух стандартных карбюраторов типа «Солекс», один из которых работает на 1 и 2-й цилиндры двигателя, а второй — на 3-й и 4-й цилиндры. Для этого используют либо специально изготовленные литые впускные коллекторы, либо используют доработанные штатные, удаляя отводы для крайних цилиндров и дорабатывая необходимым образом их посадочные места. Задроссельное пространство карбюраторов в этом случае также соединяется байпасными каналами для выравнивания разрежения по цилиндрам. Особое внимание также следует уделить идентичности производительности топливных и воздушных жиклеров этих карбюраторов, а также их проходных сечений. Для обеспечения одновременного открывания клапанов экономайзера мощностных режимов в обеих карбюраторах этом случае целесообразно применить электронное управление экономайзером с помощью стандартных электромагнитных клапанов, управляемых либо специальным электронным устройством, либо системой управления двигателем или зажиганием (например, МПСЗ) с учетом специально заложенной в них для выполнения этой функции программы.
Ниже показан пример установки двух карбюраторов Солекс-21073-1107010 на двигатель УЗАМ-3320 автомобиля «Москвич-2141»:
На шоссейно-кольцевых гонках очень хорошо зарекомендовали себя карбюраторы К-84, К-84М и К-88. Эти карбюраторы имеют минимальное сопротивление бензовоздушного тракта, что обеспечивает хорошее наполнение двигателя на высоких оборотах и устойчивую работу в условиях затяжных виражей, достаточно надежны и просты в обращении. [18].
Хорошие результаты дает применение на форсированных двигателях четырехкамерного карбюратора К-114. Этот карбюратор улучшает распределение смеси и увеличивает наполнение цилиндров двигателя, исключая перекрытие тактов впуска. [18].
Применение карбюраторов с переменным сечением диффузора позволяет уменьшить количество переключении передач, так как при низких оборотах двигателя и полностью открытой дроссельной заслонке золотник перекрывает часть сечения диффузора и поддерживает высокую скорость проходящего воздуха. Поэтому карбюраторы с постоянным разрежением у распылителя называют также карбюраторами с постоянной скоростью в диффузоре или с переменным диффузором. Карбюраторы устанавливаются в середине 1-го и 2-го, а также 3-го и 4-го цилиндров на расстоянии примерно 150 мм от плоскости головки двигателя. Впускная труба может быть выполнена из двух отдельных симметричных патрубков, соединенных между собой трубкой сечением 12-18 мм.[18].
Возможна также установка на двигатель УЗАМ четырех горизонтальных однокамерных карбюраторов К-194 производства ПЕКАР. Это карбюраторы с плоским дросселем, дозирующей иглой и центральной поплавковой камерой и поплавковым механизмом, снабженным рычажным устройством Диаметр диффузоров 30 и 32 мм Они предназначены для установки на гоночные мотоциклы, но с успехом могут быть применены на форсированном автомобильном двигателе Установка четырех однокамерных горизонтальных карбюраторов не требует сложных впускных патрубков. Их обычно точат на токарном станке в форме катушки. Остается только сделать конфигурации фланца головки и карбюраторов Карбюраторы снабжаются сменными расширяющимися воздухозаборниками (насадками), уменьшающими вихреобразование на входе и позволяющими подбирать длину впускного тракта двигателя в целях оптимального использования колебаний потока горючей смеси для повышения коэффициента наполнения. Как показывает опыт, для форсированного двигателя с рабочим объемом 1,5-2,0 л длина впускного тракта должна быть 250-300 мм. [18].
Для улучшения наполнения цилиндров необходимо обеспечить беспрепятственный доступ бензовоздушной смеси через впускной коллектор в цилиндры. Для этого во впускных каналах следует удалить все крупные неровности, отшлифовать их шкуркой и обязательно обеспечить правильную стыковку деталей впуска в местах их соединений, подработав по месту сопрягаемые каналы и прокладки, добиваясь максимально ровной внутренней поверхности. Возможно также осуществить полировку каналов, однако это требует немалых усилий, в то время как отшлифованный канал на практике работает ничем не хуже [19]. Немалое значение имеет также сечение и форма впускных каналов и размер клапанов. Так, для улучшения однородности смеси при подаче ее в цилиндр в головке блока цилиндров двигателя УЗАМ-331.10 выполнены специальные завихрители (улитки), придающие поступающей смеси вихревое вращение и улучшающие ее перемешивание, что значительно улучшает топливную экономичность. Однако эти завихрители существенно уменьшают проходное сечение впускного канала, и при увеличении рабочего объема этого двигателя головку блока цилиндров желательно заменить на «универсальную» головку или в крайнем случае — на головку блока от двигателя 412, не имеющую завихрителей, но имеющие более широкие впускные каналы.
Ширина впускных каналов тем не менее должна иметь оптимальное для двигателя заданного объема значение, так как необходимо обеспечить достаточно высокую скорость прохождения бензовоздушной смеси по каналам, чтобы улучшить смесеобразование и улучшить наполнение цилиндра потоком смеси с высокой скоростью. Слишком узкие каналы будут ограничивать поступление требуемого количества смеси или воздуха (в двигателях с распределенным впрыском топлива). С другой стороны, слишком широкие каналы в соответствии с законом Бернулли вызовут снижение скорости потока смеси. Таким образом, впускные каналы должны иметь минимальную площадь поперечных сечений, но не менее сечения, обеспечивающего беспрепятственное прохождение максимального для данного двигателя потока смеси. Иными словами, при обработке впускных каналов материал следует убирать только из тех областей, которые заметно ограничивают прохождение потока. Если области чрезмерного сужения во впускных каналах будут чрезмерно расширены, то в результате может произойти падение мощности двигателя. Если же обработка впускных каналов выполнена правильно, то объем и скорость воздуха, проходящего через все сечения канала, будут выше, чем в стандартном тракте[19]. Особенно отрицательно влияет чрезмерное увеличение сечения впускных каналов при работе двигателя на низких оборотах.
При обработке впускного тракта зачастую стремятся расширить входное отверстие канала головки блока цилиндров до максимального значения. Однако наиболее критичной областью для общего потока является не входное отверстие канала, а места рядом с седлами клапанов, так как прохождение потока через основную часть канала относительно свободно, но путь при прохождении мимо клапанов в камеру сгорания имеет ограниченные сечения. Первое препятствие часто располагается вокруг выступающей части направляющей втулки клапана. Это препятствие может быть иногда уменьшено путем уменьшения высоты и почти всегда — ширины выступа направляющей втулки. Второе серьезное препятствие потоку находится в области седла клапана. Переход от области седла клапана к области после седла клапана должен быть плавным, хотя на практике часто наблюдается прямо противоположная картина. Тщательная работа в областях камеры сгорания и седел клапанов по отношению к затраченному времени дает самое большое улучшение характеристик потока [19].
Также в форсированных двигателях желательно увеличить диаметр впускных клапанов. «Унифицированная» головка блока цилиндров двигателя УЗАМ имеет увеличенные сечения впускных клапанов, что позволяет использовать ее на двигателях с рабочим объемом от 1.6 до 2.0. Наиболее кардинальным решением является использование двенадцатиклапанных или шестнадцатиклапанных головок, в которых впуск бензовоздушной смеси осуществляется одновременно через два клапана, что существенно увеличивает проходное сечение и способствует улучшению наполнения цилиндров.
Хорошие результаты также дает точная обработка клапанов с 3 фасками, что улучшает характеристики потока при всех оборотах двигателя.
Улучшению наполнения цилиндров бензовоздушной смесью также способствует подбор соответствующего требуемым характеристикам распределительного вала (РВ) головки блока цилиндров (ГБЦ). В настоящее время существует достаточно широкая гамма РВ для двигателей ВАЗ и УЗАМ производства фирмы «Мастер-Мотор», рассчитанных на различные задачи увеличения наполения цилиндров и улучшения мощностных показателей при тех или иных частотах вращения коленчатого вала. Эти распределительные валы обеспечивают расширение фаз газораспределения при заданных частотах вращения к/вала и увеличение подъема клапанов в соответствии с этими требованиями, что позволяет увеличить максимальный коэффициэнт наполнения с 0,96 пр 4800 1/мин до 1,04 при 6000 1/мин, т.е на 8%.
Основные характеристики типовых РВ приведены ниже:
Характеристики распределительных валов фирмы «Мастер-Мотор» для двигателей УЗАМ
| Тип вала | 02 | 04 | 47 | 51 | 75 |
| рабочий объем двигателя, для которого предназначен р/вал | 1.5, 1.6 | 1.5, 1.6, 1.7 | 1.6,1.7,1.8 | 1.8, 2.0 | 2.0 |
| подъем впускного клапана, мм | 10.0 | 10.1 | 10.6 | 11.1 | 11.5 |
| подъем выпускного клапана,мм | 9.7 | 9.7 | 10.1 | 10.3 | 10.5 |
| запаздывание открытия после НМТ впускного клапана, град | 57 | 58 | 64 | 70 | 78 |
| опережение открытия до НМТ выпускного клапана, град | 51 | 52 | 56 | 60 | 64 |
Характеристики распределительных валов фирмы «Мастер-Мотор» для двигателей ВАЗ
| Тип вала | 80 | 03 | 37 | 71 |
| рабочий объем двигателя, для которого предназначен р/вал | 1.3, 1.5, 1.7 | 1.5, 1.6, 1.8 | 1.6,1.7,1.8 | 1.6,1.7,1.8 |
| подъем впускного клапана, мм | 10.4 | 10.8 | 11.4 | 12.0 |
| подъем выпускного клапана,мм | 10.1 | 10.4 | 10.8 | 11.3 |
| запаздывание открытия после НМТ впускного клапана, град | 50.5 | 55.5 | 62 | 69 |
| опережение открытия до НМТ выпускного клапана, град | 46.5 | 47.5 | 53 | 58 |
При подборе распределительного вала следует установить вал, соответствующий общему назначению применения двигателя. Высота подъема клапанов и положение фаз газораспределения выбираются на основе компромисса при работе двигателя при различных нагрузках и в разном диапазоне оборотов. Одни распределительные валы увеличивают максимальны момент двигателя в определенной области оборотов (обычно — в области средних оборотов), другие — увеличивают максимальную мощность при максимальных оборотах, третьи способствуют снижению расхода топлива. Большая продолжительность открывания клапана увеличивает мощность на высоких оборотах ценой экономичности, увеличения токсичности и мощности на низких оборотах.
Нередко поддаются искушению установить «мощностной» распредвал или карбюратор с большим сечением на обычный двигатель. Это увеличивает теоретическую емкость воздушного потока, не изменяя характеристик по потоку других деталей. Так как различные части впускного тракта и двигателя в целом не согласованы друг с другом, скорость поступающего воздуха уменьшится, смесеобразование ухудшится и двигатель будет плохо работать в оптимальном диапазоне оборотов, что приведет к его «захлебыванию» [19]. Таким образом, при подготовке впускного тракта необходимо комплексное решение по всем его компонентам на основе тщательного анализа предполагаемых направлений доработок.Распределительный вал в знвчительной степени является компромиссной деталью. После определенного момента все прибавки даются ценой потери мощности на низких оборотах, ухудшению эластичности и приемистости двигателя, его экономичности и т.д. При форсировании двигателя сначала следует произвести модификации, которые увеличивают максимальную мощность путем улучшения эффективности впуска, так как эти изменения оказывают меньший эффект на значения мощности при низких оборотах. Например, можно оптимизировать потоки в головке блока цилиндров и выпускной системе, уменьшить сопротивление потоку во впускном коллекторе и в карбюраторе (или в дроссельном узле инжекторного двигателя), и лишь после этого можно переходить к подбору распределительного вала.
Дальнейшее совершенствование системы впуска в плане улучшения наполнения цилиндров бензовоздушной смесью связано с увеличением давления воздуха перед дроссельным узлом, что позволяет увеличить динамическую степень сжатия. В простейших случаях это обеспечивается установкой заборников воздуха непосредственно по ходу автомобиля либо в специально сделанных выштамповках наружных панелей кузова, либо непосредственно за решеткой радиатора. Недостатком такого решения является чрезмерно большое количество грязи и пыли, поступающего во впускной тракт, а также относительно невысокая эффективность доработки, к тому же параметры наполнения в этом случае существенно зависят от скорости движения автомобиля. Тем не менее, этот способ, не изменяя сколь-нибудь заметным образом динамические характеристики автомобиля, может существеено увеличить показатели его максимальной скорости, так как именно на высоких скоростях эффект нагнетания во впускной тракт дополнительного воздуха прямотоком проявляется наиболее заметно.
Более эффективным средством повышения давления воздуха на впуске является применение компрессоров, работающих от ремня привода вспомогательных агрегатов двигателя. Огромным достоинством такого решения является пропорциональная зависимость производительности компрессора от оборотов двигателя, т.к. они напрямую связаны кинематически. При этом для достижения наивысших оборотов компрессора его шкив выполняют максимально возможно меньшего диаметра, а также применяют многоступенчатую передачу. Ниже показан пример компрессора (объемного нагнетателя) с приводом от ремня вспомогательных агрегатов двигателя:
Возможен также вариант привода объемного нагнетателя от высокоскоростного электродвигателя, однако это требует применения более мощного генератора, так как прикладываемая к компрессору мощность весьма значительна, к тому же в этом случае нарушается зависимость характеристики производительности компрессора от оборотов двигателя.
Давление и производительность объемного нагнетателя относительно невелики. Более эффективно применение наддува от турбины, приводимой во вращение отработавшими газами. Примером такой реализации для двигателя УЗАМ-3313 1.8 является конструкция, выполненная участником конференции «Москвич — обменяемся опытом» на www.auto.ru — Sergey_3320. Полученные мощностные и динамические характеристики этого двигателя с применением турбокомпрессора Garett соотвествовали характеристикам двигателя с рабочим объемом 2.0.
Ниже показан двигатель УЗАМ 1.8 с турбонаддувом и промежуточным охладителем под капотом автомобиля «Москвич-21412»:
В связи с тем, что при сжатии воздуха увеличивается его температура, перед подачей в цилиндры желательно его охладить, для чего применяется промежуточные охладители. Степень сжатия турбированных двигателей выбирается несколько меньшей степени сжатия обычного двигателя. Так, параметры степени сжатия двигателя УЗАМ-3313, рассчитанного на бензин А-76, хорошо соответствуют требуемым при работе с турбонаддувом при использовании бензина А-92.
Поскольку тепловой режим работы поршней в турбированном двигателе весьма напряженный, а нагрузки на КШМ значительно превышают нагрузки в обычном двигателе, применяют принудительное охлаждение днищей поршней маслом, поступающим под давлением из специальных форсунок. В связи со значительными техническими проблемами, связанными с эксплуатацией турбированных двигателей, в настоящее время эти двигатели применяются все реже, уступая место компрессорам (объемным нагнетателям).
Для совершенствования распыливания топлива и более равномерного распределения смеси по цилиндрам в карбюраторных системах питания также применяют системы подогрева воздуха и стабилизации его температуры. Хорошо зарекомендовали себя регуляторы температуры от автомомобиля ВАЗ-2108, стабилизирующие температуру поступающего в карбюратор воздуха регулированием заслонки смеси холодного и подогретого над выпускным коллектором воздуха, управляемой термочуствительным элементом. Однако при работе на полных нагрузках целесообразно предусмотреть приспособление для подачи только холодного воздуха, например, от дополнительной заслонки, управляемой разрежением во впускном коллекторе.
azlk-team.ru
При наддуве двигателя модификация его конструкции не ограничивается только установкой турбокомпрессора. Очевидно, что в той или иной степени требуется изменение систем топливоподачи, охлаждения, смазки, впуска и выпуска отработавших газов, камеры сгорания, клапанов, фаз газообмена, системы пуска. Как отмечено выше, возможны принципиально две разные цели применения наддува. Если он применяется для повышения экономичности и улучшения экологических показателей, т. е. не происходит повышения мощности, то не требуется модификация системы топливоподачи, да и большинства других систем. Если же происходит повышение мощности двигателя, то приходится проводить модернизацию, модифицировать разные системы. Прежде всего, при повышенном наддуве штатный топливный насос, как правило, не может обеспечить необходимой производительности, поэтому приходится заменять штатный ТНВД насосом с большей производительностью. Как правило, при наддуве дизеля требуется уменьшать (на 1 — 2 градуса) угол опережения впрыскивания топлива для снижения жёсткости сгорания. Установка турбокомпрессора приводит к росту температурной напряжённости всего двигателя, сам ТК имеет повышенные температуры, смазка ТК требует более тонкой очистки масла. В результате этого необходимо изменять систему смазки, необходимо устанавливать дополнительные фильтры тонкой очистки масла, повышать производительность масляного насоса (с целью увеличения скорости смены масла), выполнять дополнительные отстойники или холодильники масла. Наибольших изменений при применении наддува требуют впускные и выпускные трубопроводы двигателя. Рис. Силовая установка, с дизелем с газотурбинным наддувом: ТК — турбокомпрессор, М — подвод масла к турбокомпрессору, ТМ — трубопровод слива масла из турбокомпрессора в картер двигателя. На рисунке ниже показано сравнение внешнего вида выпускных коллекторов двигателя без наддува и с наддувом. В последнем случае выпускной коллектор становится сложнее. Выпуск из первых трёх цилиндров и остальных разделён на два канала. Это делается для сохранения энергии выпускных газов, т. е. для повышения мощности, развиваемой турбиной. Для рассмотренного 6-цилиндрового двигателя с порядком работы цилиндров 1-5-3-6-2-4 такое разделение коллектора позволяет организовать поступление волн давления выпускных газов в коллектор из цилиндров через 240 градусов поворота коленчатого вала. Рис. Шестицилиндровый дизель до модернизации (1) и после модернизации (2) установкой турбонаддува: А — выпускной коллектор, ВХ — вход сжатого воздуха, Ф — фильтр масляный, Охл — вход воды охлаждения головки цилиндров. В результате волны давления (импульсы) не накладываются на соответствующие волны снижения давления, не усредняются, энергия газов сохраняется высокой. Для сохранения импульса давления в этом случае объём коллектора должен быть достаточно мал. Газовая турбина получается импульсной, наддув называют импульсным. Если же коллектор не разделяют, специально повышают его объём, то давление газов в коллекторе усредняется, становится практически постоянным, наддув называют наддувом при постоянном давлении. Система становится проще, но эффективность газовой турбины снижается. Впускные коллекторы также претерпевают определённые изменения, поскольку по ним теперь приходится подавать большее количество воздуха. В коллекторах приходится устанавливать холодильники воздуха и т. д. Выпускные системы могут включать в себя также элементы преобразования импульсов давления выпускных газов (преобразователи импульсов, рисунок ниже), позволяющие сохранить высокую импульсность газов и поднять мощность газовой турбины. Рис. Схема преобразователя импульсов: А — каналы выпуска отработавших газов из головки цилиндров, В — зона повышения скорости газов, С — вход газов в газовую турбину, D — компенсатор термических расширений. Камера сгорания дизеля при применении наддува низкого уровня может и не изменяться. Однако при достаточно высоком наддуве, когда при исходной степени...
ustroistvo-avtomobilya.ru
Ввиду сложившихся на сегодняшний день во всем мире и в нашей стране жестких норм экологии перед производителями автомобилей основополагающей концепцией становится создание экономичных двигателей с характеристиками, удовлетворяющими потребностям потребителей и отвечающим действующим нормам экологии. Необходимость разработки нового двигателя возникает, когда выпускаемые двигатели не отвечают уровню развития двигателестроения или при изменении требований, предъявляемых потребителем: мощности, экономичности и экологических характеристик.
Для достижения высоких требований производство двигателей сводится к созданию как можно малых конструкций, уменьшению их масс, что для достижения высоких показателей мощности невозможно без применения наддува двигателя. Сегодня все двигатели, работающие на дизельном топливе, имеют наддув. На двигателях с искровым зажиганием применение наддува было ограничено возникновением детонации, но сейчас электронные системы управления двигателем позволяют с ней бороться вполне успешно.
Разработка полностью нового двигателя является экономически затратным механизмом. Совершенствование имеющихся в эксплуатации двигателей применением наддува становится необходимой ступенью в создании мощного, экономичного и экологичного двигателя ввиду меньшей цены на доработки, нежели создание новой конструкции. Поскольку применение наддува повышает литровую мощность, а значит и уменьшает удельный расход топлива, — на выходе двигатель меньшего литража с характеристиками, равными двигателям с двое большим объемом, при этом масса и габариты меньше, выбросы вредных веществ остаются на прежнем уровне, затраты на производство незначительны.
Цель работы рассмотреть возможность установки турбонаддува на двигатель легкового автомобиля.
Мощность двигателя напрямую связана с рабочим объемом цилиндров и количеством подаваемой в них топливо — воздушной смеси. То есть, чем больше в цилиндрах сгорает топлива, тем более высокую мощность развивает силовой агрегат. Количество подаваемой рабочей смеси можно увеличить за счет применения наддува, то есть повышения давления перед впускными органами.
При наддуве улучшается наполнение цилиндров свежим зарядом, что позволяет сжигать в цилиндрах большее количество топлива и получать за счет этого более высокую агрегатную мощность двигателя.
Перевод двигателя с четырехтактного на двухтактный цикл позволяет повысить мощность двигателя, но при этом ухудшится экономичность и токсичность отработавших газов, поэтому этот способ не может рассматриваться как способ совершенствования двигателей легкового автомобиля.
Основным элементом, создающим сопротивление, является охладитель наддувочного воздуха. Последний конструируют так, чтобы он существенно снижал температуру воздуха, но мало влиял на давление. Значения потерь давления в охладителе, величины давления за компрессором, степени повышения давления в компрессоре, температуры на входе в двигатель приведены в таблице 1.
Таблица 1. Расчетные данные по наддуву ДВС
Величина | Значение |
Давление за компрессором, pK, МПа | 0,1798 |
Степень повышения давления в компрессоре, πK | 1,798 |
Температура воздуха за компрессором, T'K, К | 373 |
Температура воздуха на входе в двигатель при использовании охладителя, TK, К | 328 |
Прототип легкового двигателя (например, ВАЗ-21126) является рациональным выбором для создания проекта двигателя с турбонаддувом для повышения динамических и экономических параметров, ввиду особенностей своей конструкции и работы систем. Имеет четыре клапана на цилиндр, что благоприятно сказывается на значении коэффициента наполнения двигателя. На головке блока цилиндров впускной и выпускные системы разнесены по разные стороны относительно оси двигателя, это способствует правильной компоновке туркомпрессора относительно двигателя и упрощает конструкцию выпускного коллектора.
Блок цилиндров отливается из высокопрочного чугуна, имеет более высокие классы точности изготовления цилиндров, способный выдерживать повышенные нагрузки. При обработке покрытия стенок цилиндров применены самые современные технологии и финишная обработка с помощью плосковершинного хонингования, улучшающая возможности по смазке и теплообмену. В блок цилиндров установлены масляные форсунки в системе смазки для разбрызгивания масла под давлением на внутреннюю поверхность днища поршня, что является одним из необходимых мер при конструировании наддувных двигателей.
Двигатель отвечает требованиям экологического стандарта Евро-5. Его применение возможно расширить с помощью наддува, возможно применение на автомобилях старшего класса, к примеру на минивэнах, компактных кроссоверах. Исходя из опыта установки систем турбонаддува другими автопроизводителями с этой задачей он будет справляться успешно. Добавляя к системе наддува изменяемую геометрию впуска, изменение фаз газораспределения, непосредственный впрыск топлива и другие модификации, управляемые электроникой, базовая конструкция данного двигателя будет удовлетворять высоким требованиям потребителей и норм экологии по меньшей мере ближайшие 5 лет, а это не может не быть выгодным с экономической точки зрения.
Двигатель с наддувом — это комбинированный двигатель внутреннего сгорания,комбинация поршневого ДВС, лопаточных и поршневых машин сжатия,расширения, теплообменников. Термодинамически в таком двигателе единоерабочее тело совершает соответствующий единый рабочий цикл. Тепло,полученное от сгорания топлива (или топлив), преобразуется в механическуюработу. Полезная механическая работа может сниматься с коленчатого валапоршневой машины, с вала газовой турбины или с обоих валов.
Увеличение заряда цилиндра существенно повышает литровую мощность двигателя до 110…120 лошадиных сил на один литр рабочего объема. Что в свою очередь увеличивает мощность и крутящий момент двигателя при практически неизменных габаритах и весе силовой установки. Кроме того при заданной мощности можно получить двигатель более компактнее и меньшей массой.
Существенное изменение размеров двигателя приводит к снижению его стоимости. Цена двигателя с наддувом будет ниже, чем цена двигателя без наддува той же мощности.
novainfo.ru
Установка на двигатель турбонаддува является сегодня самым простым и относительно дешевым способом существенно поднять мощность двигателя, как бензинового, так и дизельного. Чтобы установить турбонаддув не нужно вскрывать двигатель, нужно только определиться с его производительностью, немножко места под ракушку, талант автослесаря, чтобы грамотно установить турбонаддув.
Также необходимо определиться с типом турбо системы, которая подойдет вашему двигателю, будь то турбина с двумя ракушками, приводимая в движение горячим потоком выхлопных газов, или же турбокомпрессор с жестким ременным приводом от коленвала. У каждой системы свои преимущества и недостатки, каждая имеет разный КПД и свои особенности установки и работы. В общем установить турбину на атмосферный двигатель не очень сложно, как говорится глаза боятся, руки делают.
Для начала типы систем турбонаддува:Турбокомпрессор с жестким приводом от коленвала напоминает по принципу работы масляный насос двигателя. Небольшие роторы турбокомпрессора имеют лопасти,скошенные под определенным углом, что позволяет им за счет высоких оборотов валов турбокомпрессора эффективно подавать воздух и создавать давление. К слову на основе этой технологии турбонаддува создано много моделей воздушных компрессоров, которые используются на производствах и особенно строителями. Часто такую систему называют лепестковый наддув, потому, что лопасти роторов турбокомпрессора похожи на лепестки. Такая система наддува будет постоянно создавать давление при заведенном двигателе, в этом заключается преимущество - отсутствие турбоямы. Довольно часто такую схему наддува применяют на оппозитных моторах. Но, как всегда есть одно но, давление, создаваемое турбокомпрессором постоянно и одинаково и не зависит от оборотов коленвала, то есть, на низких оборотах двигателю нужно меньше воздуха и компрессор работает на низких оборотах но, давление создает, за счет малого потребления воздуха, когда же обороты коленвала возрастут, скорость вращения роторов турбокомпрессора тоже возрастает, возрастает и количество подаваемого воздуха, и опять же возрастает расход подаваемого воздуха, то есть как ни крути, а давление будет постоянным и одинаковым. 
Турбонагнетатель, приводимый в движение от скорости горячих выхлопных газов на сегодняшний день является самым распространенным типом системы наддува. Его популярность заключается в его эффективности и надежности. КПД такого турбонагнетателя составляет в среднем около 70%, что очень неплохо. Принцип работы основан на разницах температур выхлопных газов и подаваемого в цилиндры воздуха. Температура воздуха, который подается в цилиндры как правило немного выше температуры воздуха окружающей среды (нагревается пока проходит через систему турбонаддува), температура же выхлопа доходит до 600-1000С, немало, а все газы как и большинство веществ на нашей планете при нагреве имеют свойство расширяться и увеличиваться в объёме. Получается в цилиндры поступает одно количество воздуха, а выходит гораздо больше, и чем больше газов попадет на крыльчатку турбины, тем быстрее она будет вращаться, а спаренная с ней крыльчатка наддува нагонит еще больше воздуха в цилиндры, чем больше воздуха попадет в цилиндры, тем больше может сгореть топлива, чем больше топлива сгорит, тем выше будет удельная мощность выдаваемая двигателем. Такой вот замкнутый круг. Но опять же обороты регулируются количеством подаваемого топлива и воздуха соответственно. Как было сказано выше температура выхлопных газов может достигать 1000С, которые разогревают турбину и поэтому в большинстве своем ракушки турбонаддува выполнены одна из аллюминия, так как этот металл имеет отличные теплообменные свойства, т.е. легко охлаждается, а вторая половина, та что наиболее подвержена температурным нагрузкам выполнена из особого сплава чугуна и стали. В общем обороты вала такого турбонагнетателя могут достигать 300 000 об/мин. Чтобы создать такой механизм, износо и жаростойкий, который будет работать десятилетиями, нужны дорогостоящие материалы и технологии, от того турбонагнетатель имеет такую цену (читайте также - "почему двигатель идет в разнос").
Все тоже свойство газов нашей атмосферы при нагреве расширяться, поставило перед разработчиками еще одну задачу. Атмосферный воздух, нагнетаемый хоть турбокомпрессором, хоть турбонагнетателем нагревается от сжатия (когда создается давление в системе впускных коллекторов) и от деталей самой системы турбонаддува, то есть, воздух, нагревшись расширился, при этом его объём увеличился,но количество содержащегося в нем кислорода осталось прежним. Один умный дядька ломая голову над тем чтобы еще придумать для улучшения показателей двигателя, чтобы не выгнали его с работы за безделие, просек эту тему и придумал интеркулер.Он придумал охлаждать воздух с помощью этого интеркулера. Холодный воздух имеет большую плотность нежели горячий, и поэтому несет в себе больше кислорода, а чем больше кислорода, тем лучше проходит реакция горения.И всё же, что такое интеркулер?- интеркулер (с англ. -"промежуточный охладитель") - это воздушный радиатор, который охлаждает воздух на пути в цилиндры и дополнительно выполняет роль рессивера, только и всего.Совершенно не случайно турбонагнетатели устанавливают на многие современные двигатели,будь то малолитражка или белазовский дизель-генератор Cummins QSK 78, на котором установлено целых шесть турбонагнетателей, даже самый большой в мире двигатель имеет турбонаддув. Установка турбонаддува является способом получить дополнительную мощность, и снизить количество вредных веществ в выхлопных газах за счет полного сгорания топлива.{webplayer width=680 height=400 type=youtube video=http://www.youtube.com/watch?v=d7JP7ElZycQ }
yamotorist.ru
На шоссейно-кольцевых гонках очень хорошо зарекомендовали себя карбюраторы К-84, К-84М и К-88. Эти карбюраторы имеют минимальное сопротивление бензовоздушного тракта, что обеспечивает хорошее наполнение двигателя на высоких оборотах и устойчивую работу в условиях затяжных виражей, достаточно надежны и просты в обращении. [18].
Хорошие результаты дает применение на форсированных двигателях четырехкамерного карбюратора К-114. Этот карбюратор улучшает распределение смеси и увеличивает наполнение цилиндров двигателя, исключая перекрытие тактов впуска. [18].
Применение карбюраторов с переменным сечением диффузора позволяет уменьшить количество переключении передач, так как при низких оборотах двигателя и полностью открытой дроссельной заслонке золотник перекрывает часть сечения диффузора и поддерживает высокую скорость проходящего воздуха. Поэтому карбюраторы с постоянным разрежением у распылителя называют также карбюраторами с постоянной скоростью в диффузоре или с переменным диффузором. Карбюраторы устанавливаются в середине 1-го и 2-го, а также 3-го и 4-го цилиндров на расстоянии примерно 150 мм от плоскости головки двигателя. Впускная труба может быть выполнена из двух отдельных симметричных патрубков, соединенных между собой трубкой сечением 12-18 мм.[18].
Возможна также установка на двигатель УЗАМ четырех горизонтальных однокамерных карбюраторов К-194 производства ПЕКАР. Это карбюраторы с плоским дросселем, дозирующей иглой и центральной поплавковой камерой и поплавковым механизмом, снабженным рычажным устройством Диаметр диффузоров 30 и 32 мм Они предназначены для установки на гоночные мотоциклы, но с успехом могут быть применены на форсированном автомобильном двигателе Установка четырех однокамерных горизонтальных карбюраторов не требует сложных впускных патрубков. Их обычно точат на токарном станке в форме катушки. Остается только сделать конфигурации фланца головки и карбюраторов Карбюраторы снабжаются сменными расширяющимися воздухозаборниками (насадками), уменьшающими вихреобразование на входе и позволяющими подбирать длину впускного тракта двигателя в целях оптимального использования колебаний потока горючей смеси для повышения коэффициента наполнения. Как показывает опыт, для форсированного двигателя с рабочим объемом 1,5-2,0 л длина впускного тракта должна быть 250-300 мм. [18].
Для улучшения наполнения цилиндров необходимо обеспечить беспрепятственный доступ бензовоздушной смеси через впускной коллектор в цилиндры. Для этого во впускных каналах следует удалить все крупные неровности, отшлифовать их шкуркой и обязательно обеспечить правильную стыковку деталей впуска в местах их соединений, подработав по месту сопрягаемые каналы и прокладки, добиваясь максимально ровной внутренней поверхности. Возможно также осуществить полировку каналов, однако это требует немалых усилий, в то время как отшлифованный канал на практике работает ничем не хуже [19]. Немалое значение имеет также сечение и форма впускных каналов и размер клапанов. Так, для улучшения однородности смеси при подаче ее в цилиндр в головке блока цилиндров двигателя УЗАМ-331.10 выполнены специальные завихрители (улитки), придающие поступающей смеси вихревое вращение и улучшающие ее перемешивание, что значительно улучшает топливную экономичность. Однако эти завихрители существенно уменьшают проходное сечение впускного канала, и при увеличении рабочего объема этого двигателя головку блока цилиндров желательно заменить на "универсальную" головку или в крайнем случае - на головку блока от двигателя 412, не имеющую завихрителей, но имеющие более широкие впускные каналы.
Ширина впускных каналов тем не менее должна иметь оптимальное для двигателя заданного объема значение, так как необходимо обеспечить достаточно высокую скорость прохождения бензовоздушной смеси по каналам, чтобы улучшить смесеобразование и улучшить наполнение цилиндра потоком смеси с высокой скоростью. Слишком узкие каналы будут ограничивать поступление требуемого количества смеси или воздуха (в двигателях с распределенным впрыском топлива). С другой стороны, слишком широкие каналы в соответствии с законом Бернулли вызовут снижение скорости потока смеси. Таким образом, впускные каналы должны иметь минимальную площадь поперечных сечений, но не менее сечения, обеспечивающего беспрепятственное прохождение максимального для данного двигателя потока смеси. Иными словами, при обработке впускных каналов материал следует убирать только из тех областей, которые заметно ограничивают прохождение потока. Если области чрезмерного сужения во впускных каналах будут чрезмерно расширены, то в результате может произойти падение мощности двигателя. Если же обработка впускных каналов выполнена правильно, то объем и скорость воздуха, проходящего через все сечения канала, будут выше, чем в стандартном тракте[19]. Особенно отрицательно влияет чрезмерное увеличение сечения впускных каналов при работе двигателя на низких оборотах.
При обработке впускного тракта зачастую стремятся расширить входное отверстие канала головки блока цилиндров до максимального значения. Однако наиболее критичной областью для общего потока является не входное отверстие канала, а места рядом с седлами клапанов, так как прохождение потока через основную часть канала относительно свободно, но путь при прохождении мимо клапанов в камеру сгорания имеет ограниченные сечения. Первое препятствие часто располагается вокруг выступающей части направляющей втулки клапана. Это препятствие может быть иногда уменьшено путем уменьшения высоты и почти всегда - ширины выступа направляющей втулки. Второе серьезное препятствие потоку находится в области седла клапана. Переход от области седла клапана к области после седла клапана должен быть плавным, хотя на практике часто наблюдается прямо противоположная картина. Тщательная работа в областях камеры сгорания и седел клапанов по отношению к затраченному времени дает самое большое улучшение характеристик потока [19].
Также в форсированных двигателях желательно увеличить диаметр впускных клапанов. "Унифицированная" головка блока цилиндров двигателя УЗАМ имеет увеличенные сечения впускных клапанов, что позволяет использовать ее на двигателях с рабочим объемом от 1.6 до 2.0. Наиболее кардинальным решением является использование двенадцатиклапанных или шестнадцатиклапанных головок, в которых впуск бензовоздушной смеси осуществляется одновременно через два клапана, что существенно увеличивает проходное сечение и способствует улучшению наполнения цилиндров.
Хорошие результаты также дает точная обработка клапанов с 3 фасками, что улучшает характеристики потока при всех оборотах двигателя.
Улучшению наполнения цилиндров бензовоздушной смесью также способствует подбор соответствующего требуемым характеристикам распределительного вала (РВ) головки блока цилиндров (ГБЦ). В настоящее время существует достаточно широкая гамма РВ для двигателей ВАЗ и УЗАМ производства фирмы "Мастер-Мотор", рассчитанных на различные задачи увеличения наполения цилиндров и улучшения мощностных показателей при тех или иных частотах вращения коленчатого вала. Эти распределительные валы обеспечивают расширение фаз газораспределения при заданных частотах вращения к/вала и увеличение подъема клапанов в соответствии с этими требованиями, что позволяет увеличить максимальный коэффициэнт наполнения с 0,96 пр 4800 1/мин до 1,04 при 6000 1/мин, т.е на 8%.
При подборе распределительного вала следует установить вал, соответствующий общему назначению применения двигателя. Высота подъема клапанов и положение фаз газораспределения выбираются на основе компромисса при работе двигателя при различных нагрузках и в разном диапазоне оборотов. Одни распределительные валы увеличивают максимальны момент двигателя в определенной области оборотов (обычно - в области средних оборотов), другие - увеличивают максимальную мощность при максимальных оборотах, третьи способствуют снижению расхода топлива. Большая продолжительность открывания клапана увеличивает мощность на высоких оборотах ценой экономичности, увеличения токсичности и мощности на низких оборотах.
Нередко поддаются искушению установить "мощностной" распредвал или карбюратор с большим сечением на обычный двигатель. Это увеличивает теоретическую емкость воздушного потока, не изменяя характеристик по потоку других деталей. Так как различные части впускного тракта и двигателя в целом не согласованы друг с другом, скорость поступающего воздуха уменьшится, смесеобразование ухудшится и двигатель будет плохо работать в оптимальном диапазоне оборотов, что приведет к его "захлебыванию" [19]. Таким образом, при подготовке впускного тракта необходимо комплексное решение по всем его компонентам на основе тщательного анализа предполагаемых направлений доработок. Распределительный вал в знвчительной степени является компромиссной деталью. После определенного момента все прибавки даются ценой потери мощности на низких оборотах, ухудшению эластичности и приемистости двигателя, его экономичности и т.д. При форсировании двигателя сначала следует произвести модификации, которые увеличивают максимальную мощность путем улучшения эффективности впуска, так как эти изменения оказывают меньший эффект на значения мощности при низких оборотах. Например, можно оптимизировать потоки в головке блока цилиндров и выпускной системе, уменьшить сопротивление потоку во впускном коллекторе и в карбюраторе (или в дроссельном узле инжекторного двигателя), и лишь после этого можно переходить к подбору распределительного вала.
ahlen-auto.narod.ru
| Аэродинамические процессы в системах впуска (часть 6) |
| Двигатели с турбонаддувом |
|
Но отмеченный прогресс дизелей с турбонаддувом 80-х годов ограничивает диапазон применения устройств инерционного наддува. Осуществление подобных систем с волновой настройкой систем впуска в восьмицилиндровых двигателях не практикуется ввиду громоздкости соответствующихустройств. Основным направлением работ по совершенствованию систем впуска восьмицилиндровых дизелей с турбонаддувом остается сведение к минимуму пульсации параметров. Таким образом, использование известных аналитических подходов для численного исследования математического моделирования процессов во впускных трактах восьмицилиндровых двигателей с турбонаддувом имеет ограниченное практическое значение. Следует обратить внимание на актуальную задачу оптимизации аэродинамики узла - впускной патрубок головки цилиндров - впускной клапан -цилиндр. Известно, что у двигателей с турбонаддувом коэффициент наполнения, несмотря на рост заряда, существенно повышается по сравнению с двигателями без наддува той же размерности. Помимо влияния уменьшения подогрева заряда на Пуочевидную роль играет снижение работы наполнения цилиндра L на единицу массы заряда при его нагнетании по сравнению со всасыванием, при малом увеличении скорости потока во впускных органах, в результате осуществления турбонаддува. Развившаяся в 80-е годы в автодизелестроении тенденция к замене конструкций головок цилиндров с двумя клапанами на цилиндр на схемы с четырьмя клапанами (два впускных и два выпускных клапана на цилиндр) в наибольшей мере охватила высокофорсированные дизели с большими цилиндровыми мощностями, а в последнее время распространилась на двигатели легковых автомобилей. Увеличение времени - сечения впускных клапанов при подобной замене составляет 15-20 %, а реальный эффект для моделей с турбонаддувом в форме повышения tyограничен 3 % по абсолютной величине при о =11м/с, повышаясь по мере роста о. Newer news items: Older news items: |
azbukadvs.ru
