| 12.06.10 !!!СКОРО!!! Открытие автомагазина |
| 12.06.10 Мы рады Вам сообщить о скором открытии автомагазина |
| Подробнее... |
| 10.05.08 С прошедшими праздниками! |
| 10.05.08 С наилучшими пожеланиям |
| Подробнее... |
| 17.03.08 Новые поставки запчастей |
| 17.03.08 Мы рады Вам предложить новые детали |
| Подробнее... |
| 17.02.08 Открытие веб-сайта |
| 17.02.08 Открытие веб-сайта |
| Подробнее... |
Архив новостей
Все про ясновидение, приворот: автоломбард москва. Купим Ваш авто! Срочно! Дорого.
Мотокультиватор MTD T205
 |
В прошлый раз были рассмотрены устройства нагнетания, приводимые отколенчатого вала двигателя. Но существует иной тип устройств, именуемыхтурбонагнетателями или турбокомпрессорами, привод которыхосуществляется от энергии выхлопных газов. Именно эти устройства вмассовом автомобилестроении получили наибольшее распространение. ИсторияВ начале прошлого века швейцарский инженер АльфредБюхи, заведующий разработкой дизельных двигателей в компании SulzerBrothers, разработал первое устройство нагнетания, использующее вкачестве движителя энергию выхлопных газов. Будучи главным инженеромнаучно-исследовательского отдела компании, г-н Бюхи в 1915 г. предложилпервый прототип турбодизеля. К сожалению, он не был достаточноэффективным. Уже в 1917 г. ограниченное число турбонагнетателей былоиспытано на авиационных моторах в условиях Первой мировой войны. Этопозволило самолету забираться более высоко, сохраняя необходимуюмощность мотора. Немногим позже турбины появились и на судовых дизелях.В 1920 г. компании Mercedes и Fiat начинают свои исследования в областитурбонаддува. Автомобильные турбонагнетатели сначала появились нагрузовиках. Первый такой мотор был построен компанией Swiss MachineWorks Saurer. Как известно, двигатели внутреннего сгорания (ДВС) имеют низкий КПД.Дизельные моторы более эффективны, но и они не лишены недостатков. Такуж получается, что около 40% энергии, выделяемой при сгорании топлива,рассеивается с выхлопными газами. Почему бы не использовать эти отходы? Конструкция Так что же такое турбонагнетатель или турбокомпрессор?Фактически это тот же компрессор, призванный нагнетать воздух, но егопривод осуществляется не от коленчатого вала через ременную передачу, аиспользуя энергию потока отработавших газов. Работатурбонагнетателя предельно проста. Выхлопные газы, проходя в турбину,приводят во вращение ротор. Колесо центробежного компрессора жесткозакреплено на оси ротора и вращается с той же скоростью. Нужно сразусказать, что сама компрессорная часть может быть различной поконструкции, но именно центробежный тип стал превалирующим. Чем большейэнергией обладают выхлопные газы, тем быстрее вращаются колеса турбиныи, соответственно, компрессоры. Чем больше воздуха подается в цилиндры,тем больше топлива может сгореть, тем выше мощность. При этом частотавращения турбокомпрессора может быть очень и очень высокой – 150 тыс.об/мин и более. Колесо турбины соединено с валом сваркой трением.Использование иных методов не дает необходимой точности соединения. Дело в том, что конструкция вал–турбина должна быть идеальносбалансирована. Иначе, памятуя о высоких скоростях крыльчатки, даженебольшое биение приведет к гарантированной поломке. Вал в местесоединения с колесом обычно выполняется пустотелым. Этот приемпозволяет понизить теплоотдачу от колеса турбины на вал и предотвратитьнежелательный перегрев подшипников. К слову, о подшипниках. Так ужполучается, что колесо турбины, подвергаясь прямому воздействию горячихотработавших газов, не несет столь большой тепловой и, особенно,механической нагрузки, какую испытывает вал. Турбокомпрессоры выполняютпо нескольким конструктивным схемам. И в основном отличия этих подходовсводятся к размещению опор крепления вала. В турбонагнетателях именновал и опоры являются крайне уязвимым звеном. Подвергаясь воздействиювысоких температур от выхлопных газов и серьезным механическимнагрузкам, обусловленным высокими скоростями вращения роторов, этиопоры представляют серьезную проблему для разработчиков. Сейчас можновстретить схемы с подшипниками качения, но наибольшее распространениеполучили подшипники скольжения (например, бронзовые втулки и т. п.).Как правило, втулки выполняют плавающими (т. е. с зазором иотносительно корпуса, и относительно самого вала). Это позволяетподдерживать необходимый масляный клин и сократить внутренние линейныескорости вращения, что ведет к снижению нагрузок на весь подшипниковыйузел. Смазка подшипникового узла осуществляется от системы смазки ДВС.Причем, как и в самом двигателе, масло служит даже больше для отводатепла от подшипников и корпуса, нежели для непосредственно смазкитрущихся поверхностей. Удержание масла внутри подшипникового узла и недопущение его в зоныкомпрессора и турбины также важный и сложный вопрос. Тем более, чтосейчас можно встретить конструкции с неподвижным подшипником, где роторвращается в масляной ванне. Различные типы газо-масляных уплотнений нетолько должны эффективно сдерживать масло, но и противостоятьвоздействию высоких температур. На малых оборотах проблема утечек маславстает более остро, поскольку на этих режимах уже внутри подшипниковогоузла давление более высокое. Сегодня большинство турбокомпрессоров имеют механизм изменениягеометрии турбины. Дополнительное кольцо с управляемыми направляющимилопатками позволяет поддерживать поток выхлопных газов не толькопостоянным, но и управлять им. Так, на низких оборотах, когда потокневелик, поперечное сечение турбины уменьшается, что увеличиваетскорость газов, поступающих на колесо, повышая ее мощность. На высокихже оборотах лопасти полностью открывают вход газам, увеличиваяпропускную способность турбины. Такое гибкое управление позволяет нетолько расширить диапазон эффективной работы турбонагнетателя, но исущественно снизить потребление топлива и вредные выбросы. Еще одно интересное конструктивное решение касается корпуса турбины. Восновном такие турбины применяются на больших двигателях грузовыхавтомобилей, но теперь их все чаще можно встретить и на легковыхмашинах. Речь идет о корпусе турбины с двумя параллельными каналами.Дело в том, что поток выхлопных газов неравномерен. Четыре такта работыДВС подразумевают поочередную работу цилиндров, что делает потокотработавших газов импульсным. Эти колебания давления могут перекрыватьдруг друга, что способно снизить эффективность турбины. Двапараллельных канала позволяют разделить потоки от разных цилиндров(например, на один канал работают 1-й и 4-й цилиндры, а на второй – 2-йи 3-й). Каждый поток распределяется по всей поверхности рабочего колесатурбины, полностью используя импульсы давления. Такой тип наддуваназывается ипульсным. Здесь уместно вспомнить конструкции прошлых лет,чтобы увидеть, по какому извилистому пути шла мысльконструкторов-первопроходцев. Так, например, пытаясь максимальноиспользовать энергию выхлопных газов, применяли дополнительную турбину.В то время как часть отработавших газов направлялась в турбинунагнетателя, вторая их часть вращала турбину, отдающую свою мощностьнепосредственно коленчатому валу двигателя. Такая комбинированнаяустановка позволяла выдавать довольно большую мощность, но, вероятно,сложность самой конструкции не способствовала широкому еераспространению. Другая идея еще более экстравагантна, но, тем не менее, весьмапоказательна для того времени. Предлагались проекты силовых установокдля гоночных автомобилей, в которых двухтактный двигатель вырабатывалгаз для тяговой турбины. Кстати, газотурбинные двигатели некотороевремя использовались в гонках, пока их не запретили из-за того, чтодальнейшее широкое использование вертолетных силовых установок моглопривести к полному вытеснению поршневых двигателей, что окончательноотделило бы автоспорт от автопромышленности. Турбонагнетатель с изменяемой геометрией турбины обеспечивает емуэффективную работу не только на высоких, но и на низких оборотахдвигателя Плюсы и минусыСамое большое преимущество такого привода длянагнетания воздуха в том, что, в отличие от механических нагнетателей,приводимых от коленчатого вала, а стало быть, отнимающих мощностьнепосредственно у двигателя, турбонагнетатели используют фактическидармовую энергию, которая в обычном двигателе попросту выбрасывается извыхлопной трубы. Это делает турбонагнетатели более эффективными, нежелимеханические. Так, средние приблизительные оценки показывают, чтотурбонагнетатели отбирают у двигателя 1,5% мощности, в то время какцентробежные механические нагнетатели – порядка 5% ( рутс-типа и тогобольше).Одновременно турбонаддув позволяет получить очень высокие литровыемощности – свыше 300 л. с. с одного литра объема. Двигатель стурбонагнетателем может иметь мощность на 40% выше, чем без него. Какни странно, но турбированные двигатели более экономичны. Низкое КПДдвигателя внутреннего сгорание обусловливается потерями на трение инизкой тепловой эффективностью (теряется много тепла ). С увеличениемразмеров мотора эти потери резко увеличиваются. Небольшие турбированныемоторы в этой связи более предпочтительны. Ну и еще можно выделить такую положительную черту, как более устойчиваяработа наддувных моторов в условиях высокогорья, где обычныматмосферникам подчас не хватает воздуха. Складывая все вышеперечисленные преимущества, логичен вывод, чтоиспользование турбонагнетателей на спортивных автомобилях позволяетдобиться очень высоких результатов, тогда как классических методовфорсировки уже недостаточно. Здесь уместно также упомянуть и о весовойсоставляющей. По определению маленький мотор весит меньше большого, чтокрайне важно для автоспорта (хотя, именно там их использованиезапрещено). Но в любой бочке меда есть и своя ложка дегтя. Турбонагнетателинесовершенны и обладают рядом проблемных мест. Самое заметное, о чем яуже сказал выше, – эффект «турбоямы», или «турболаг». Отсутствиемеханической связи между компрессором и двигателем приводит кнесоответствию между требуемой мощностью, задаваемой водителем педальюакселератора, и производительностью компрессора. Происходит это поодной простой причине. При снятии ноги с педали газа частота вращениятурбокомпрессора снижается. Если снова нажать на педаль, двигатель несможет сразу развить необходимую мощность, пока турбокомпрессор сноване выйдет на свою скорость. Борются с этим по-разному. Часто можновстретить перепускные клапаны, позволяющие контролировать давлениенаддува и несколько снизить отрицательный эффект турбозадержки. Естьварианты, когда при отпускании акселератора особые клапаны-заслонкизакрывают вход и выход компрессора, изолируя крыльчатки. Не имеязначительного сопротивления, они какое-то время вращаются свободно поинерции с практически той же скоростью. Это позволяет при следующемнажатии на педаль газа снизить запаздывание турбины. Самым большим недостатком турбокомпрессоров до сих пор считаетсяневысокая эффективность работы на малых оборотах двигателя. Но впоследнее время и эта проблема находит свои решения. Турбины спеременной геометрией (см. выше), установка двух и более турбин,работающих параллельно (системы biturbo и т. п.), позволяют повыситьотдачу системы. В этом году были анонсированы новые турбонагнетателиtwin-turbo от компаний BMW и Opel. Здесь используется пара турбинразличного размера и производительности. Одна, малая турбина обладаетболее быстрой реакцией и позволяет добавить мощности на малых оборотах(до 1800 об/мин.). На средних оборотах (до 3000 об/мин.) подключаетсявторая, большая турбина. И на высоких работает только большой,высокопроизводительный турбонагнетатель. С использованием такой системынагнетания, например, автомобиль Opel Vectra, оснащенный дизелем 1,9 л,с системой наддува twin-turbo вырабатывает 212 л. с. мощности и 400 Нмкрутящего момента (в диапазоне 1400–3600 об/мин.), позволяя машинеразвивать 250 км/ч и достигать с места скорости в 100 км/ч всего лишьза 6,5 секунды. Такие характеристики делают этот дизельный моторсерьезным конкурентом своим бензиновым собратьям. Турбокомпрессоры имеют те же недостатки, что и центробежныенагнетатели. Для эффективной работы они должны вращаться с оченьвысокой скоростью, даже большей, чем центрифуги. Плюс высокий нагрев(порядка 1000 °С), сложности в смазке, отводе тепла и т. д. Этонакладывает особые требования к используемым материалам. Повышенныетемпературы сказываются не только на смазке деталей турбонагнетателя,но и на нагнетаемом воздухе: его охлаждение оказывается острымвопросом. Для эффективного охлаждения интеркулер рассчитывается иподбирается с особой тщательностью. Как и в любом нагнетательном устройстве, в турбонагнетателе необходимклапан, спускающий излишнее давление. С турбиной же еще сложнее. Здесьнужно не только следить за давлением наддува, но и перепускатьвыхлопные газы, чтобы снизить избыток давления в выпускном коллекторе,и исключить чрезмерно высокую скорость вращения ротора на высокихоборотах двигателя. Появившиеся в последнее время турбонагнетатели сэлектроуправляемыми перепускными клапанами (взамен существующихпневматических) позволяют вести более точную настройку мотора.Автопроизводители добиваются высоких показателей по экологии итопливной экономичности, а специалисты по доводке моторов имеютвозможность либо чип-тюнингом, либо заменой турбонагнетателя на болеепроизводительный с его точной настройкой добиваться высоких результатовпо мощности и крутящему моменту. Нужно сказать и еще об одном устройстве, которое призвано увеличитьсрок службы подшипникового узла турбонагнетателей – самого уязвимогоэлемента. Дело в том, что после работы на повышенных оборотах турбинадолжна «отдохнуть» на холостых оборотах. Поработав так несколько минут,турбина остывает, и ее можно остановить, не опасаясь перегреваподшипников. Устройство, именуемое турботаймером, позволяет привыключении зажигания глушить двигатель через некоторое время, котороеможно либо запрограммировать, либо оно определяется устройствомавтоматически, исходя из температуры мотора. В отсутствие такогоприбора водитель должен обеспечить «режим остывания» самостоятельно. COMPREXГоворя о турбонагнетателях, нельзя не сказать об однойочень интересной разработке, объединяющей и энергию выхлопных газов, имеханический привод от коленвала. Идею использования принципа волновогоротора впервые в 1942 г. предложил Клод Сейппел из Brown Boveri Company(BBC), Швейцария. Легковой автомобиль Mazda 626 Capella был первоймашиной, на которой устанавливался COMPREX (COMPRession-EXpansion –сжатие-расширение) в качестве компрессора для дизельного мотора. FordMotor Company и Caterpillar прорабатывали проекты с использованиемнагнетателя подобного типа. Именно на дизельных моторах это устройствоработало особенно хорошо.Принципиальная идея волнового обменника (именно так его иногданазывают) такова. Сердцем конструкции является цилиндрический ячеистыйротор, имеющий множество сквозных, продольных каналов. С одного торца кнему подходит воздух, а с другого – выхлопные газы. Ротор вращаетсяприводом от коленвала. С торцов его прикрывают заслонки, имеющиерасположенные особым образом перепускные отверстия. Процесс сжатиявыглядит следующим образом. Воздух с одного конца заполняет каналыротора, ротор проворачивается; с другого конца в те же каналы подаютсявыхлопные газы. Сама работа ДВС придает выхлопным газам определенноедавление. Это давление и сжимает свежий воздух. Далее, ротор сновапроворачивается, и уже сжатый воздушный заряд проходит во впускнойколлектор. Процесс происходит непрерывно. Ротор вращается сопределенной скоростью, задаваемой оборотами двигателя и передаточнымчислом привода. Разумеется, необходим интеркулер, поскольку воздух отпрямого контакта с выхлопными газами нагревается особенно сильно.Некоторый замес выхлопных газов в воздух для дизельного двигателятолько в плюс, поскольку это обеспечивает необходимую рециркуляцию иснижает токсичность дизеля. Одним из основных преимуществ волновогонагнетателя было то, что, в отличие от механических нагнетателей, егообороты были куда ниже, а в отличие от турбонагнетателей – у волновогоотсутствовал эффект «турбоямы» и рабочий диапазон не ограничивался лишьвысокими оборотами. В 90-е годы прошлого века двигатели Mazda,оборудованные волновым нагнетателем, по показателю крутящего моментапревосходили аналогичные турбодизели. Однако в 1997 г. производствомашин с компрессором COMPREX было свернуто. Турбины стали болеесовершенными. Но работы по волновым нагнетателям рядом западныхкомпаний ведутся и сейчас. ИтогиСравнивая нагнетатели с механическим приводом от коленвала итурбоприводом, надо отметить один немаловажный факт. Массовоепроизводство позволяет автомобильной промышленности существенно снижатьсебестоимость моторов с турбонагнетателями. Использование же их втюнинге сопряжено с немалыми трудностями, прежде всего в установке.Аналогичные центробежные механические нагнетатели, как правило, болееудобны и просты и в установке, и в эксплуатации. Однако достоинстватурбонагнетателей приводят к тому, что их все чаще используют придоводке автомобилей. Существуют готовые комплекты для различныхавтомобилей.
|
В годы Второй мировой войны турбонагнетатели широко использовались и вавиации, и на военном транспорте. В 1952 г. автомобиль с турбодизелемвпервые принял участие в гонках Indianapolis-500. А первыми серийнымитурболегковушками стали Oldsmobile Jetfire Turbo Rocket и ChevroletCorvair Monza (1962–1963 гг.). Не умаляя заслуг г-на Бюхи, стоитсказать, что массовое внедрение турбонагнетателей произошло благодаряработам Вильяма Вулленвебера конца 50-х–начала 60-х годов. Именно егоконструкция является прародителем современных турбонагнетателей. Такиеизвестные компании, как Garrett (США), Holset (Англия), KKK (Германия),IHI и Mitsubishi (Япония), в свое время приобрели лицензию на правоиспользования его конструкции.