Меню

Как увеличить мощность турбонаддува

Способы повышения мощности дизелей. Турбонаддув

Ротор турбокомпрессора дизельного двигателя с газотурбинным наддувом

Из формулы для определения эффективной мощности дизеля:

можно определить способы повышения мощности. Таковыми являются:

1. Увеличение диаметра цилиндра D , целесообразно до определенного предела. С увеличением диаметра цилиндра увеличиваются инерционные силы, действующие на подвижные части дизеля, возрастают массогабаритные показатели двигателя. В настоящее время диаметр цилиндров наиболее мощных МОД достигает 105…106 см;

2. Увеличение хода поршня S (расширение области применения длинноходовых дизелей). Ход поршня дизельного двигателя тесно связан с диаметром цилиндра соотношением S D . Для различных классов дизелей существуют рекомендованные значения соотношения S D . Поэтому этот способ увеличения мощности непосредственно связан с предыдущим.

3. Увеличение числа цилиндров i – для этого способа увеличения мощности дизеля так же существует разумный предел. Увеличение числа цилиндров двигателя значительно усложняет его конструкцию, снижает показатели надежности. В современных дизелях число цилиндров достигает: в МОД –до 12, в СОД – до 18, в ВОД – до 50;

4. Расширение области применения двухтактных дизелей ( z =1), имеющих большие возможности по дальнейшему снижению удельных массогабаритных показателей, чем четырехтактные дизели;

5. Увеличение числа оборотов n (форсирование дизеля) – приводит к значительному снижению ресурсных показателей двигателя, особенно у ВОД (высокооборотный двигатель);

6. Повышение среднего эффективного давления pe за счет увеличения плотности воздуха, вводимого в цилиндр.

Последний способ является наиболее эффективным и получил наименование «наддува дизеля». Использование наддува дает возможность в несколько раз (4 ÷ 5) увеличить удельную мощность двигателя без изменения его основных размеров только за счет повышения давления наддувочного воздуха – pК , и надлежащего его охлаждения.

Наддув дизеля может осуществляться следующими способами: механическим, газотурбинным и комбинированным.

При механическом наддуве нагнетатель поршневого, ротативного или центробежного типа приводится в действие от коленчатого вала двигателя. Применение механического наддува влечет за собой потерю мощности двигателя на привод компрессора, которая может достигать 7 ÷ 10 % от эффективной мощности двигателя. В чистом виде механический наддув в современных дизелях, как правило, не применяется.

В настоящее время в двух- и четырехтактных дизелях применяют газотурбинный наддув. Он может осуществляться следующими способами:

— турбонаддув с изобарной турбиной : при этом способе наддува выхлопные газы собираются в выхлопном коллекторе. В коллекторе происходит выравнивание давления газов и поля скоростей. Из выхлопного коллектора при постоянном давлении газы подаются на рабочие лопатки газовой турбины, приводящей во вращение компрессор;

— турбонаддув с импульсной турбиной: при таком способе наддува используется кинетическая энергия газов в виде импульсов в периоды свободного выпуска. Соединительные трубы между выпускными окнами или клапанами и газовыми турбинами делаются как можно короче с целью уменьшения дросселирования газов в выхлопном патрубке и максимального сохранения их кинетической и тепловой энергии.

Рабочий цикл дизельного двигателя без наддува состоит из следующих термодинамических процессов (рис. 27):

Рабочий цикл дизеля с изобарным наддувом состоит из следующих термодинамических процессов (рис. 28):

  • 1− 2 – адиабатное сжатие воздуха в рабочем цилиндре двигателя;
  • 2 − 3 – изохорный подвод тепла Q1′ в цилиндре при сжигании части топлива в конце такта сжатия;
  • 3 − 4 – изобарный подвод тепла Q 1′′ при сжигании части топлива в начале такта расширения;
  • 4 − 5 – адиабатное расширение газов в цилиндре двигателя;
  • 5 −1 – изохорный отвод тепла в газовыхлопной коллектор;
  • 9 − 6 – изобарный подвод теплоты Q2 к рабочему телу (выравнивание давлений газов в коллекторе перед подачей их в изобарную турбину);
  • 6 − 7 – адиабатное расширение газов в газовой турбине;
  • 7 − 8 – изобарный отвод теплоты Q2′ к холодному источнику (выброс выхлопных газов в атмосферу;
  • 8 − 9 – адиабатное сжатие воздуха в турбокомпрессоре;
  • 9 −1 – изобарный отвод теплоты Q2′′ в охладителе надувочного воздуха

Термодинамический цикл дизельного двигателя с изобарным наддувом.

Площадь фигуры a − 6 − 7 − b на диаграмме численно равна работе, совершаемой при расширении газов в газовой турбине. Площадь фигуры a − 9 − 8 − b численно равна работе, затраченной на сжатие воздуха в компрессоре. Площадь, ограниченная фигурой 6 − 7 − 8 − 9 численно равна полезной работе, полученной при использовании турбокомпрессора (приращение полезной работы цикла с изобарной турбиной).

Термодинамический цикл дизеля с импульсным наддувом, в отличие от изобарного, имеет следующие особенности (рис. 29):

  • 5 − 6 – продукты сгорания, совершив работу расширения в цилиндре двигателя, без потерь поступают в газовую турбину, где продолжается их дальнейшее расширение;
  • 6 − 7 – изобарный отвод теплоты Q′2 от продуктов сгорания к холодному источнику (выброс газов в атмосферу);
  • 7 − 8 – адиабатное сжатие воздуха в турбокомпрессоре;
  • 8 −1 – изобарный отвод теплоты Q′′2 от сжатого воздуха в воздухоохладителе.

Термодинамический цикл дизельного двигателя с импульсным наддувом.

Площадь диаграммы a − 5 − 6 − b численно равна работе, совершаемой газами в газовой турбине; площадь диаграммы c − 8 − 7 − b – работе сжатия компрессора. Площадь фигуры 1 − 5 − 6 − 7 − 8 численно равна полезной работе турбокомпрессора с импульсной турбиной (приращение полезной работы цикла с импульсной турбиной).

Применение газотурбинного наддува дизельного двигателя позволяет:

  • — наиболее полно использовать тепловую и кинетическую энергию продуктов сгорания, покидающих цилиндры двигателя (т.е уменьшить потери с уходящими газами QГ – самую большую составляющую тепловых потерь дизельного двигателя);
  • — без дополнительных затрат энергии осуществить сжатие воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя, что в свою очередь повышает среднее эффективное давление и, соответственно, мощность дизеля;
  • — за счет использования перечисленных мероприятий повысить общий КПД дизельной энергетической установки.

Основные компоновочные схемы дизельных двигателей с наддувом

Читайте также:  Стартер не выдает полной мощности

Все компоновочные схемы судовых дизельных установок с наддувом можно разделить на три большие группы:

  • схемы наддува с механической связью между поршневым двигателем и наддувочным агрегатом (схемы с подключенным турбокомпрессором);
  • схемы наддува с газовой связью (со свободным турбокомпрессором);
  • комбинированые схемы наддува , включающие сочетания механической и газовой связи, либо использование различных способов газотурбинного наддува (изобарный и импульсный наддувы).

Ниже рассмотрены наиболее часто применяемые схемы осуществления механического, газового и комбинированного наддува дизелей, их особенности, преимущества и недостатки.

Схема наддува с механической связью

В схеме наддува с механической связью (рис. 31.а) компрессор приводится в действие непосредственно от коленчатого вала дизеля через повышающую механическую передачу – мультипликатор. Сжатый в компрессоре воздух поступает в воздухоохладитель, где от него отводится часть теплоты (повышается плотность заряда воздуха), и затем направляется в наддувочный ресивер двигателя.

Основным недостатком схемы является тот факт, что на привод компрессора затрачивается значительная часть мощности (от 7 до 10 %), полученной в рабочих цилиндрах двигателя (потери N К ). Это в свою очередь приводит к некоторому снижению мощности двигателя и его экономичности. Такая схема обычно применяется в дизелях с низкой степенью наддува, а также в двухтактных дизелях без наддува.

Схема наддува с газовой связью (импульсная турбина)

В данной схеме наддува (рис. 31.б) продукты сгорания из двигателя по коротким патрубкам направляются в импульсную газовую турбину, где продолжается их расширение. Газовая турбина преобразует энергию газов в механическую работу и передает ее компрессору, находящемуся с ней на одном валу. При использовании схемы с чисто газовой связью мощность, полученная в турбине, на всех режимах работы равна мощности компрессора. Как и в предыдущей схеме, воздух, сжатый в компрессоре, через воздухоохладитель поступает в наддувочный ресивер двигателя.

Компоновочные схемы дизельных двигателей с наддувом

Основными преимуществами рассмотренной схемы являются: простота конструкции, небольшие габариты турбокомпрессора, автоматическая газовая связь между нагрузкой двигателя, частотой вращения турбины и параметрами наддувочного воздуха. Недостатком схемы (по сравнению со схемой с механической связью) является ухудшение пусковых качеств дизелей, так как в начальный момент пуска дизеля турбина не работает.

Схема наддува с комбинированной связью

В рассматриваемой схеме наддува (рис. 31.в) турбоагрегат частично снимает мощность с коленчатого вала двигателя через мультипликатор, и частично – с вала импульсной газовой турбины. Причем на мощностях двигателя, близких к полным, работа турбокомпрессора обеспечивается только за счет мощности, вырабатываемой газовой турбиной, а на малых мощностях и в пусковых режимах бóльшая часть мощности отбирается от коленчатого вала двигателя. Данная схема обеспечивает хорошие пусковые качества дизеля и возможность форсирования двигателя по наддуву. Недостатками схемы являются усложнение дизеля за счет применения повышающей передачи – мультипликатора, и связанные с механической передачей дополнительные потери на привод компрессора на малых нагрузках двигателя.

Схема с изобарным наддувом

В этой схеме наддува (рис. 31.г) отработавшие газы из цилиндров двигателя выходят в выпускной коллектор, где выравнивается поле скоростей и давлений газов, а затем, практически при постоянном давлении, поступают в изобарную газовую турбину. Газовая турбина передает мощность компрессору, осуществляющему сжатие воздуха и находящемуся с ней на одном валу. Сжатый воздух через охладитель направляется в наддувочный ресивер двигателя.

При использовании чисто изобарного наддува на режимах малых нагрузок двигателя турбокомпрессор не обеспечивает потребный расход воздуха. На этих режимах работы двигателя дополнительно включаются в работу электроприводные компрессоры, специально установленные на дизеле.

Схема двухступенчатого комбинированного наддува

В рассматриваемой схеме наддува (рис. 31.д) продукты сгорания из цилиндров дизеля сначала направляются в импульсную газовую турбину, где происходит преобразование энергии газов в механическую работу вращения ротора турбины, а затем в выхлопной коллектор дизеля, где происходит выравнивание давления газов. Из выхлопного коллектора продукты сгорания поступают на рабочие лопатки изобарной газовой турбины, отдают ей свою энергию и выбрасываются в атмосферу. Мощность, вырабатываемая импульсной газовой турбиной, передается компрессору второй ступени сжатия, мощность изобарной турбины – компрессору первой ступени сжатия. Воздух из атмосферы поступает в компрессор первой ступени сжатия, охлаждается в промежуточном охладителе, досжимается в компрессоре второй ступени сжатия, и через воздухоохладитель поступает в наддувочный ресивер дизеля.

Такие схемы используются при высокой степени наддува с целью повышения показателей экономичности дизеля за счет более эффективного использования энергии газов а также более высоких КПД газовых турбин.

Схема наддува с использованием подпоршневых полостей

В малооборотных крейцкопфных дизелях в качестве приводного компрессора нередко используют подпоршневые полости цилиндров. В этом случае воздух, сжатый в основном турбокомпрессоре, приводимом в действие изобарной газовой турбиной, через охладитель поступает в герметичный картер двигателя к подпоршневым полостям (рис. 31.е). При движении поршня от ВМТ к НМТ воздух дополнительно сжимается и направляется в наддувочный ресивер дизеля.

При такой схеме наддува часть мощности двигателя тратится на сжатие воздуха в подпоршневых полостях.

В некоторых случаях могут использоваться и более «экзотические» схемы наддува. Например, в конструкции дизельного двигателя японской фирмы ххххххх для наддува могут использоваться часть рабочих цилиндров двигателя. При работе двигателя на частичных нагрузках часть цилиндров отключается от топливной системы, и они используются в роли компрессорных цилиндров.

Литература

Судовые энергетические установки. Дизельные и газотурбинные установки. Болдырев О.Н. [2003]

Читайте также:  Asus калькулятор мощности блока питания компьютера калькулятор

Источник

Нагнетатель воздуха – оптимальный способ увеличить мощность!

На заре автомобилестроения инженеры решали вопрос увеличения мощности двигателей внутреннего сгорания, что называется, в лоб – увеличивали количество и размеры цилиндров. Однако практичность таких разработок даже во времена дешевой нефти была под большим вопросом. Нагнетатель воздуха позволил решить эту проблему своими руками.

Турбонагнетатели – с чем столкнулись инженеры?

Сложно это представить, но еще в 1909 году автомобиль с двигателем внутреннего сгорания установил рекорд скорости в 200 км/ч – достижение для тех времен невероятное. Еще сложнее представить объем двигателя, благодаря которому удалось разогнать авто до такой скорости – 28 литров! Даже речи быть не могло, чтобы запустить такие агрегаты в массовое производство, ведь их обслуживание своими руками было практически невозможным, ввиду огромных габаритов двигателя.

К счастью, дальнейшие разработки автомобильных инженеров велись в сторону уменьшения объема при сохранении мощностей, а также упрощения конструкции. Чтобы автомобиль стал массовым, следует дать возможность ремонтировать его своими руками – так размышляли первые автомобилестроители и были совершенно правы.

Благодаря появлению нагнетателя, удалось при сохранении всех параметров сходу увеличить мощность на целых 50 %! Сегодня опытному автомобилисту не составит труда своими руками установить одну из популярных систем турборежима.

Представить принцип работы такого устройства совершенно не сложно даже школьнику младших классов. Работу мотора обеспечивает постоянное сгорание топливно-воздушной смеси, которая поступает в цилиндры двигателя. В зависимости от возможностей двигателя и режимов его работы устанавливается оптимальное соотношение воздуха и топлива. В обычных условиях объем ТВС ограничен размерами цилиндра – внутрь камеры смесь попадает благодаря разрежению на такте впуска.

Нагнетатель воздуха позволяет подать внутрь цилиндра на впуске больше топливно-воздушной смеси. Больше ТВС – больше энергии при сгорании, больше мощность агрегата. Казалось бы, все просто, как дважды два, однако без нюансов не обошлось. Увеличение мощности двигателя таким способом повлекло целый ряд проблем. Главная из них – возрастание количества тепловой энергии при сгорании смеси, что в свою очередь влечет быстрое прогорание поршней, клапанов, поломку системы охлаждения. И далеко не всегда последствия удается ликвидировать своими руками.

Кроме того, с увеличением объема ТВС увеличивается и шанс детонации двигателя в буквальном смысле этого слова. Даже без детонации преждевременный износ агрегата гарантирован. Чтобы уменьшить негативные последствия для автомобиля (избежать их полностью не удается), принято использовать высокооктановое топливо, а также декомпрессию. В первом случае приходится своими руками платить немалые деньги, а во втором существенно снижается мощность.

Нагнетатель воздуха – как влить силы в двигатель?

С развитием автомобилестроения возникали и различные способы компрессии воздуха. Многие разработки уверенно дошли и до наших дней. Итак, разберемся, какие способы наддува существуют:

  1. Механический – “отец” нагнетателей, возникший практически сразу же после появления ДВЗ. В действие такой наддув приводится коленвалом мотора.
  2. Электрический – более современный вариант турбонаддува, в котором излишнее давление в цилиндрах создает электрический компрессор.
  3. Турбонаддув – нагнетатель в такой системе работает от давления выхлопных газов и компрессора.
  4. Комбинированный наддув – совмещение различных систем, чаще всего механической и турбо.

Как правило, такие системы серийно на автомобили не устанавливаются, что дает автолюбителям множество возможностей для тюнинга своими руками.

Механический турбонагнетатель воздуха – своими руками совершенствуем авто!

Наиболее эффективен режим турбо на впрысковых бензиновых двигателях. Моторы карбюраторного типа также могут работать с механическим нагнетателем, однако им необходима определенная доработка своими руками, в частности, установка жиклеров с увеличенным сечением и другие меры. В случае с инжекторным двигателем все сводится к новой прошивке.

Механический нагнетатель, работающий от коленвала двигателя, имеет несомненное достоинство – он работает абсолютно синхронно с агрегатом и в режиме турбо обеспечивает равномерную подачу воздуха в соответствии с оборотами мотора. Однако такое устройство будет отбирать для своей работы часть мощности движка.

Самыми распространенными вариантами построения механических нагнетателей, которые можно установить своими руками, являются три типа:

  • Центробежный аппарат – применяется как самостоятельно в виде компрессора, так и в комбинации с другими устройствами. Принцип работы достаточно прост – лопатки, вращающиеся на большой скорости, захватывают воздух и забрасывают внутрь корпуса, который имеет улиткообразную форму. На выходе из корпуса поток воздуха приобретает нужное для режима турбо давление. Невысокая стоимость устройства и возможность установки своими руками сделали его наиболее популярным. Однако в его работе хватает и сложностей, в частности, с техобслуживанием.
  • Нагнетатель ROOTS – представляет собой лопатки ротора, которые помещены в замкнутый корпус. Воздух захватывается на входе, за счет высокой скорости вращения лопаток воздух приобретает более высокое давление на выходе. Главный недостаток устройства такого типа – неравномерность подачи воздушного потока, что вызывает пульсацию давления в режиме турбо. Однако относительно тихая работа, надежность и компактность заставляют автомобилистов мириться даже с таким недостатком. При определенных навыках обращения с техникой вам не составит труда установить такой наддув своими руками.
  • Нагнетатель LYSHOLM – представитель винтового типа аппаратов. Принцип работы схож с предыдущим – поток воздуха создается роторами, которые вращаются на высокой скорости. Главное отличие этого типа нагнетателей – маленький зазор между винтами, что вызывает множество сложностей в проектировании и установке таких изделий. Встречаются они на автомобилях нечасто и стоят недешево. Устанавливать их своими руками не рекомендуется, лучше обращаться к специалистам по турбонаддуву.
Читайте также:  Вводной автомат 16а мощность

Турбонагнетатель – универсальный наддув своими руками

Как для бензиновых, так и для дизельных двигателей возможно применение турбонагнетателя. Это устройство представляет собой комбинацию компрессора и турбины, которая использует давление выхлопных газов для работы. Последнее устройство создает ряд проблем – турбина должна выдерживать высокие температуры и огромную скорость вращения, а значит, материалы для ее изготовления должны быть сверхпрочными. Некоторую часть нагрузки с турбины снимает компрессор, что и позволяет комплексу в целом справляться со своей задачей.

Недостаток устройства заключается в некотором запаздывании режима турбо – необходимо время, чтобы после нажатия на педаль турбина раскрутилась до нужного количества оборотов.

Впрочем, современные агрегаты решают и эту проблему, в основном благодаря наличию дополнительных нагнетателей. В отличие от турбонагнетателя, никакого запаздывания после нажатия на педаль в случае с электрическим компрессором вы не почувствуете – устройство, которое чаще всего комбинируют с центробежной турбиной, начинает работать уже на малых и средних оборотах, а турбина подключается на высоких. Электрический нагнетатель воздуха достаточно прост в реализации – никаких сложных систем и устройств для его установки не потребуется, так что усовершенствовать авто своими руками с его помощью вполне осуществимо.

Источник



Как увеличить наддув турбины на дизеле?

Как увеличить наддув турбины на дизеле? Этот вопрос интересует многих автолюбителей, поскольку увеличение давления предусматривает повышение мощности авто, что является огромным преимуществом для транспортного средства. Ниже представлена информация о турбокомпрессорах, которая поможет лучше разобраться в устройстве и улучшить эксплуатационные характеристики своего «железного коня».

Что нужно знать про наддув?

Наддув является самым распространенным, и при этом доступным способом увеличения мощности мотора. Для повышения отдачи нужно израсходовать как можно больше топлива. Но для его сгорания также нужен воздух. Для управления данным ресурсом понадобится специальный насос, в роли которого выступает нагнетатель. Конструкция турбонагнетателей достаточно проста. Их единый вал предусматривает размещение двух крыльчаток, каждая из которых вращается в так называемой «улитке». Одна крыльчатка работает под воздействием потока выхлопных газов, а вторая забирает с улицы воздух и направляет его во впускной тракт. Чем выше будут обороты движка, тем больше будет вырабатываться газов.

n98-nd6070-turbo-diesel-engine-transparent01_1 Как увеличить наддув турбины на дизеле?

При наличии механических нагнетателей для получения дополнительной мощности мотор сначала должен часть этой мощности отдать. Главным преимуществом таких механизмов является отсутствие эффекта «турбоямы».

Как увеличить давление турбины на дизеле?

Принцип работы силовых агрегатов очень прост. При попадании отработавших газов в турбину начинает раскручиваться крыльчатка и всасывать воздух. При этом создается высокое давление, после чего сжатый воздух направляется в интеркулер. Там он охлаждается и попадает в камеру сгорания. Контролировать наддув можно путем регуляции выходящих газов в горячей части силового агрегата. Для этого механизм предусматривает прочный клапан или вестгейт. При закрытом клапане все газы воздействуют на лопатки. Но если этот клапан открыт, то часть газов мимо крыльчатки идёт в выпускную систему, в результате чего скорость оборотов лопаток уменьшается и соответственно понижается давление.

Теперь стоит разобраться, как осуществлять контроль функционирования вестгейта. С этой задачей справляется актуатор. Когда двигается его шток, открывается вестгейт. Чтобы правильно и качественно настроить систему контроля, следует вмонтировать подходящий преднатяг. Большая часть актуаторов имеют шток с изменяемой длиной. Внутри изделия также есть возвратная пружина. Её отсутствие понижает давление выпускных газов и провоцирует открытие вестгейта. В результате этого невозможно будет создать избыточное давление.

При установке пружины наддув можно будет контролировать её жёсткостью. Максимальных показателей наддува можно добиться, если убрать давление на актуатор. Способ повышения давления при помощи пружины можно использовать не только при монтаже турбокомпрессора, но и при желании улучшить характеристики обычной системы контроля. Принцип регулировки очень прост. При уменьшении подачи давления на актуаторы увеличивается сила, необходимая для открытия клапана, и тем самым повышается наддув.

Ещё один способ, который позволяет увеличить давление – это покупка рестриктора. Чем меньше диаметр данного элемента, тем меньший объём давления будет попадать на актуатор, в результате чего образуется избыточный наддув. Диаметр рестриктора в среднем должен составлять от 0,8 до 1,5 мм.

Выше указанные варианты регулировки наддува являются механическими. На сегодня большинство движков оснащается электронными системами управления, а именно:

  • • системы с 2-портовым соленоидом;
  • • системы с 3-портовым соленоидом.

Используя данные схемы подключения, вы сможете легко и безопасно контролировать наддув. Многие автовладельцы используют разные способы повышения мощности турбо-мотора. Самый распространенный из них предусматривает установку системы выпуска большого диаметра. При этом обратное давление в системе должно быть понижено. Также можно установить холодный впуск, в результате чего наддув турбины повысится на 10-15%. Это гарантирует прибавку мощности на 20%.

Для осуществления каких-либо манипуляций по регулировки давления необходимы определенные навыки. Чтобы всё было сделано правильно, лучше обратиться к специалистам. Если у вас нет на примете конкретных компаний, информационный портал Birud готов с этим вопросом помочь. На нашем сайте пользователи обмениваются полезной информацией и оставляют отзывы о тех или иных компаниях. Если вы хотите найти СТО в конкретном городе, воспользуйтесь специальной системой поиска.

Источник