Управление отработавшим газом в турбокомпрессоре

Собственно, и производители рядных четырехцилиндровых двигателей интересовались тем,

как и использовать достоинства импульсного газотурбонаддува. Но условия здесь для этого были уже не такими, как у многорядного шестицилиндрового двигателя или у трехцилиндрового (600 см3. Smart-двигатель), поскольку у четырехцилиндрового мотора соответственно одновременно открыты выпускные клапаны двух «не согласованных» цилиндров. Это провоцирует взаимное воздействие цилиндров друг на друга. Но как будет подробно описано ниже, разумное конструирование выпускного коллектора позволило все-таки реализовать достоинства импульсного газотурбонаддува и в четырехцилиндровых двигателях.

Импульсный газотурбонаддув можно найти и в другом месте, а именно, в двигателе Ванкеля. Испускаемый отработавший газ в непарных фазах подается на турбину. Первая фаза - это нагрузка турбины за счет импульса газа, вторая фаза оказывает влияние на колесо турбины путем расширения и вызывает тем самым дополнительное ускорение. Импульсный эффект выходящего газа объясняется внезапным открытием выпускного тракта. В противоположность роторно-поршневому двигателю здесь газ выходит не через клапаны, а через щели. Поэтому пример с двигателем Ванкеля очень примечателен, так как спортивные автомобили RX-7 от Mazda с двигателем Ванкеля, имеющие данный вариант наддува, предлагались на авторынке.

Газотурбонаддув с подводом к турбонагнетателю отработавшего газа с постоянным давлением.

Если исходить из того факта, что в двигателях легковых автомобилей одноструйный впускной корпус турбины и одноэлементный магистральный трубопровод стали уже стандартом, то уже, поэтому для легковых автомобилей следовало бы остановиться на другой форме использования потока отработавших газов: на турбонаддуве с подводом к турбонагнетателю отработавшего газа с постоянным давлением. Но это верно лишь отчасти. При подобного рода турбонаддуве кинетическая энергия потока отработавших газов теоретически не учитывается. Отработавший газ от всех цилиндров сводится в один крупногабаритный коллектор и затем подводится к турбине. Давление газа при этом перед турбиной - соответственно, относящееся к определенной точке нагрузки -постоянно. С таким наддувом эксплуатируются стационарные двигатели, у которых нет зависимости ускорения от резервов крутящего момента. Его можно встретить у многих производителей судовых двигателей (например, MAN B&W); чтобы улучшить характер нестационарности (вход в порт, маневрирование), при смене нагрузки часть сжатого воздуха используется для продувки. Газотурбонаддув с подводом к турбонагнетателю отработавшего газа с постоянным давлением можно реализовать с меньшими затратами (меньше дорогостоящих выпускных трубопроводов). Чтобы гарантировать на высоких частотах вращения необходимую высокую производительность турбины, нужно усмирять в моторах с таким наддувом пульсации отработавших газов в указанных выше магистральных коллекторах. Их щедрый на размеры объем вызывает небольшое противодавление отработавших газов, которое не используется для раннего формирования давления наддува на низких оборотах.

И все-таки нужно прямо спросить с автомобильного мотора: кто может предоставить много крутящего момента при низких оборотах. Естественно, только тот, кто использует потенциал содержащейся в отработавшем газе кинетической энергии. Поэтому и используются трубопроводы с узким поперечным сечением, благодаря которым повышается скорость выходящего отработавшего газа. При этом справедливо: отдельные выпускные трубопроводы должны по возможности подводиться по отдельности (для уменьшения взаимного воздействия при «неблагоприятных» интервалах между вспышками), чтобы затем слиться непосредственно перед впуском в турбину в один магистральный коллектор. Это, естественно, связано с очень большими потребностями места в моторном пространстве и поэтому для серийных автомобилей следует пойти на компромисс, чтобы в процессе изготовления установить в кузове полностью смонтированный турбоагрегат. И здесь, естественно, все преимущества за тюнингом, когда все изменения существующего двигателя можно проводить непосредственно в смонтированном состоянии (смотрите также главу, посвященную тюнингу). Практикуемое в двигателях легковых автомобилей преобразование энергии отработавшего газа складывается, таким образом, из одной половины в виде импульсного наддува и второй половины - газотурбонаддува с подводом отработавшего газа с постоянным давлением.

Выпускной коллектор

Как видно на примерах использования этих двух вариантов газотурбонаддува, работа турбины, прежде всего, зависит от геометрии и конструкции выпускного коллектора. Если необходимо получить хороший коэффициент полезного действия турбины, то следует по-настоящему отрегулировать отдельные выпускные потоки цилиндров. И это необходимо еще и потому, что у двигателей легковых автомобилей поровну практикуется как импульсный наддув, так и газотурбонаддув с подводом отработавшего газа с постоянным давлением.

Импульсный преобразователь

Особой формой выпускного коллектора является «импульсный преобразователь». Английское выражение достаточно точно отражает смысл этого компонента, речь идет здесь о регулировании или конвертировании потока отработавших газов. Импульсный преобразователь помогает там, где из-за неблагоприятных интервалов между вспышками нельзя больше использовать импульсный наддув с двухструнными впускными корпусами турбин. Но чтобы и при таких условиях можно было использовать кинетическую энергию отработавших газов для привода турбины, объединяемые отдельные потоки отработавшего газа так подводятся к импульсному преобразователю, чтобы не создавалось ни запирающих, ни обратных потоков. Происходит, напротив, тип динамического обмена между отдельными потоками, которые соответственно получают ускорения в направлении впуска в турбину. При конструировании такого преобразователя помимо необходимого поперечного сечения трубопроводов учитывают также и геометрию разделительного элемента в разветвлении отдельных потоков. Этот разделительный элемент оказывает существенное влияние на скорость и направление потока отработавших газов. Импульсный конвертер пригоден для всех распространенных типов двигателей легковых автомобилей: четырех-, пяти-, и восьмицилиндровых агрегатов.

 Скачать реферат