Регулювання тиску наддуву
З метою захисту автомобільного двигуна з наддувом від можливої поломки, а також для поліпшення його характеристики потужності і динамічних якостей, тиск наддуву необхідно регулювати. Регулювання наддуву може здійснюватися різними способами, кожен з яких має свої переваги і недоліки. Зауважимо, що для розширення можливого діапазону зміни частоти обертання KB при постійному тиску наддуву найбільш дієвим способом регулювання є перепуск частини відпрацьованих газів (ОГ) в обхід турбіни.
При високому наддуванні, характерному, наприклад, для двигунів Формули-1, найбільш ефективними способами регулювання є додаткова камера згоряння, що встановлюється в випускному тракті перед турбіною (система «гіпербарії»), і випуск частини наддувочного повітря в атмосферу.
За ефективністю ці способи поступаються перепуску ОГ, але перевершують такі способи, як регулювання соплового апарату турбіни, перепуск частини наддувочного повітря на вхід турбіни, регулювання фази впуску і охолодження наддувочного повітря. При низькому наддуванні практичний інтерес представляють такі способи регулювання, як додаткова камера згоряння, регулювання соплового апарату турбіни, перепуск частини наддувочного повітря і регулювання фази впуску. При цьому за ефективністю названі способи стають порівнянні з перепуском частини ОГ в обхід турбіни.
Остаточний вибір способу регулювання проводиться з умови забезпечення надійності, а також прийнятних значень ефективної потужності і економічності двигуна. У своєму посібнику В. Н. Степанов наводить зустрічаються на практиці способи регулювання.
Для регулювання тиску наддуву нагнітачів з механічним приводом застосовується проста схема, представлена на малюнку 11.
Характерним недоліком ТК в умовах експлуатації поршневого двигуна є те, що він при малій потужності двигуна і низькій частоті обертання KB подає повітря занадто мало, а при високій частоті і повному навантаженні - занадто багато. Це обумовлює недостатній крутний момент двигуна в діапазоні низьких частот обертання KB і проявляється в повільному його реагуванні на зміну навантаження при перехідних процесах, наприклад, при різкому прискоренні (двигун має погану прийомистість).
Мал. 11. Схема регулювання тиску наддуву в двигуні з приводом нагнітача від KB: 1 - заборник повітря; 2 - повітряний фільтр; 3 - нагнітач; 4 - холодильник наддувочного повітря; 5 - привід нагнітача; 6 - блок циліндрів двигуна; 7 - впускний колектор; 8 - дросель; 9 - заслінка перепускного трубопроводу; 10, 11 - випускний колектор
Для автомобільних бензинових двигунів, які експлуатуються в звичайних умовах, нерегульований турбонаддув не годиться. Проте, для умов змагань і експлуатації переважно при максимальній потужності цей спосіб може виявитися цілком прийнятним. Як приклад можна назвати двигун V8 з робочим об'ємом 4,8 л для автомобіля Mercedes C111 / IV, призначеного для встановлення рекордів швидкості. Примітно, що і при частоті понад 6000 1 / хв крива потужності двигуна продовжує круто підніматися.
Схема наддуву двигуна з нерегульованим турбокомпресором показана на малюнку 12. Така схема, зокрема, реалізована на V-образному дизельному двигуні 8ЧН13 / 14, оснащеному турбокомпресором ТКР-11. При номінальній частоті обертання KB n = 1700 1 / хв і абсолютному тиску наддуву pk = 1,55 бар двигун має потужність 158,2 кВт (215 л. С.). Для регулювання тиску наддуву в якості керуючих величин найбільш часто використовуються тиск повітря перед і після ТК, тиск відпрацьованих газів перед і після турбіни, а також відносини названих величин. Місця відбору тисків для використання в якості керуючих величин і загальноприйняті позначення цих величин умовно показані на малюнку 12.
Мал. 12. Схема наддуву V-образного двигуна з нерегульованим ТК: 1 - заборник повітря; 2 - повітряний фільтр; 3 - турбокомпресор; 4 - глушник; 5 - випускний колектор лівого блоку циліндрів; 6 - блоки циліндрів двигуна; 7 - випускний колектор правого блоку циліндрів; 8 - впускний колектор лівого блоку циліндрів; 9 - впускний колектор правого блоку циліндрів; р0 - тиск навколишнього середовища (атмосферний тиск); р1 - тиск на вході в компресор; р2 - тиск безпосередньо після компресора; р3 - тиск відпрацьованих газів перед входом в турбіну; р4 - тиск відпрацьованих газів на випуску після турбіни
Виконавчий пристрій системи регулювання тиску наддуву може мати різні конструктивні форми, але виконується, як правило, в окремому корпусі, і в залежності від прийнятої схеми регулювання може встановлюватися як в випускному, так і впускному тракті двигуна. Корпус виконавчого пристрою, призначеного для установки в випускному тракті, має ребра для забезпечення більш ефективного охолодження. Фірма ККК виконує цей пристрій, як правило, у вигляді клапана з певним ходом, тоді як у фірми Garrett це вбудована відхиляється заслінка.
Виконавче пристрій включає в себе перепускний (байпасний) клапан, що нагадує за конструкцією клапани головки циліндрів. Кінець стержня клапана прикріплений до мембрани, яка поджимается калиброванной пружиною. Мембрана герметично затиснута по всьому периметру металевою кришкою у формі ковпака. Пропускний клапан (або відповідно заслінка) знаходиться в закритому стані завдяки підгорнутим пружиною. Між мембраною і кришкою є порожнина, в яку підводиться керуючий тиск. Коли значення керуючого тиску стає достатнім для стиснення калиброванной пружини, клапан відкривається і перепускає частину потоку газів.
За допомогою сили калиброванной пружини можна регулювати тиск наддуву, тобто чим більше сила пружини, тим більший тиск наддуву може бути створено. Ця регулювальна можливість служить лише як основна регулювання, призначена для обмеження максимального тиску наддуву, але не для його регулювання в процесі роботи двигуна. Тому в серійних автомобілях з метою забезпечення безпеки двигуна сила попереднього стиску пружини надійно відрегульована, а сама пружина опломбована. У двигунів гоночних автомобілів з метою зміни максимального тиску наддуву і, відповідно, потужності силу стиснення пружини можна варіювати за допомогою регулювального болта.
При установці виконавчого пристрою в випускному тракті воно виробляє перепуск частини відпрацьованих газів в обхід турбіни (регулювання тиск наддуву перепуском відпрацьованих газів), а при установці його у впускному тракті клапан пристрою здійснює перепуск наддувочного повітря знову на вхід компресора (регулювання тиск наддуву перепуском наддувочного повітря) .
Мал. 13. Схема регулювання тиску наддуву перепуском наддувочного повітря: 1 - заборник повітря; 2 - повітряний фільтр; 3 - глушник; 4 - турбокомпресор; 5 - холодильник наддувочного повітря; 6 - циліндр двигуна; 7 - перепускний клапан; р2 - тиск безпосередньо після компресора
Регулювати тиск наддуву можна перепуском відпрацьованих газів (ОГ). При даному способі регулювання тиску наддуву грунтується на управлінні потоком ОГ через турбіну. При цьому в якості керуючої величини можуть бути використані тиску р2. р3. а також відносини тисків р2 / р1. p3 / p1. p2 / p4 (див. рис. 12). Байпасний клапан встановлюється в випускний трубопровід між випускними каналами головки циліндрів двигуна і входом в турбіну або ж монтується безпосередньо в корпус турбокомпресора. Залежно від значення використовуваної керуючої величини клапан відкривається і перепускає частину ОГ в обхід турбіни безпосередньо в випускну систему. При повному навантаженні двигуна в залежності від конструктивних параметрів клапана в обхід турбіни направляється 20-40% загального потоку газів. Решта 60-80% йдуть на привід ротора турбіни і забезпечують створення необхідного тиску наддуву.
Цей спосіб регулювання в залежності від вибору для регулюючого клапана керуючої величини дозволяє виконати індивідуальну настройку характеру зміни тиску наддуву. Двигуни з турбонаддувом, що мають регулювання тиску наддуву перепуском ОГ, зазвичай мають хорошу характеристику крутного моменту і задовільну прийомистість. Перевага цього способу регулювання полягає в тому, що, завдяки перепуску частини ОГ в обхід турбіни, з'являється можливість використовувати турбіну і компресор істотно менших розмірів. Внаслідок цього навіть при відносно низькій частоті обертання KB досягається досить високий тиск наддуву, що дозволяє поліпшити прийомистість двигуна.
На малюнку 14 показана схема регулювання тиску наддуву перепуском відпрацьованих газів з використанням в якості керуючої величини тиску наддуву.
У наведеній схемі з одного боку мембрани діє тиск наддуву р2. а з іншого боку - тиск навколишнього середовища р0. Таким чином, тиску наддуву р2 протидіє тільки зусилля калиброванной пружини. Спосіб є простим і надійним, так як для управління використовується чистий стиснене повітря, а характер зміни тиску наддуву визначають тільки два параметри. Щоб отримати монотонно спадаючу криву тиску наддуву при збільшенні потужності двигуна, в сучасних ТК керуючий тиск відбирається на самому початку равлики (спіралі) компресора.
Мал. 14. Схема регулювання тиску наддуву перепуском відпрацьованих газів з використанням в якості керуючої величини тиску р2 (позначення елементів см. На попередньому малюнку)
На малюнку 15 показана схема регулювання тиску наддуву перепуском ОГ з використанням в якості керуючої величини тиску ОГ на вході в турбіну. У наведеній схемі з одного боку мембрани діє тиск р3. а з іншого боку - тиск навколишнього середовища р0 і зусилля пружини. Так як при високому навантаженні і високій частоті обертання KB тиск перед турбіною зростає сверхпропорціонально, то у виконавчому механізмі можливе застосування жорсткої пружини. Це обумовлює різке збільшення тиску наддуву в діапазоні середньої частоти обертання KB, яке потім при зростаючому відкритті перепускного клапана знижується.
Наслідком такого характеру зміни тиску наддуву є опуклі характеристики потужності і крутного моменту в нижньому діапазоні частоти обертання КВ. Недоліками цього способу регулювання є втрати ККД турбіни при максимальній потужності двигуна і те, що для управління тиском наддуву використовуються гарячі, неочищені відпрацьовані гази. Останнє може викликати функціональні несправності перепускного клапана.
Ви прочитали ознайомлювальний фрагмент! Якщо книга Вас зацікавила, ви можете купити повну версію книгу і продовжити захоплююче читання.
Повний текст книги купити і завантажити за 89.90 руб.