Ремонт турбокомпрессоров | Турбины для тюнинга

Ремонт турбин Продажа турбин Каталог турбин Статьи Контакты  

Турбокомпрессоры автомобилей

3.1. Турбокомпрессоры для дизельных двигателей

3.1.1. Регулировка давления наддува

Мощность дизельного двигателя ограничена максимальным числом оборотов, равным приблизительно 5000 об/мин. Ее можно поднять, только увеличив рабочий объем двигателя или степень сжатия.

По соображениями ограничения массы и размеров автомобиля его оснащают как можно меньшим двигателем, который будет работать с максимальными оборотами, чтобы обеспечить требуемую мощность.

Дизельный двигатель работает в широком диапазоне числе оборотов. Соответствие мощности турбины и нерегулируемого компрессора турбокомпрессора означает соответствие создаваемого последним давления энергии отработавших газов. Увеличивая мощность двигателя (например, нажимая на педаль акселератора), мы увеличиваем как количество отработавших газов, так и давление наддува. Недостатком этой конструкции будет создание слишком высокого давления на максимальных оборотах. Повреждения двигателя избегают, ограничивая давление.

Принцип работы регулятора давления представлен на рис. 81. Давление наддува в компрессоре воздействует на мембрану, которая прижимается пружиной. Когда сила сжатой пружины преодолевается, открывается регулировочный клапан, уменьшая поток отработавших газов через турбину и удерживая таким образом давление наддува ниже определенного предела, при повышении которого двигатель был бы поврежден.

В турбокомпрессорах для дизельных двигателей этот клапан почти всегда встроен в корпус турбины. Этим достигается компактность конструкции и точность работы.

На рис. 83. представлен в разрезе регулировочный клапан фирмы Garrett.

Верхняя часть стержня клапана полая. Эта полость заканчивается на середине стержня боковым отверстием.

Обычно давление во впускном трубопроводе над мембраной выше давления в корпусе. Вот почему более холодный воздух из компрессора циркулирует по полости в стержне к точке крепления стержня в корпусе турбины и затем по вентиляционному воздуховоду к корпусу турбины.

Крышка мембраны зажата на корпусе клапана таким образом, что на практике никакая регулировка усилия пружины невозможна. Если предохранительный клапан не работает как надо, корпус турбины вместе с клапаном должен быть заменен полностью.

На рисунке 84 представлены разрез и схема работы предохранительного клапана фирмы ККК.

Этот клапан также может быть встроен в выхлопную трубу, как отдельно от корпуса турбины, так и в ней.

Чтобы максимально уменьшить передачу тепла, встраивают множество теплоизоляционных элементов. Кроме этого, корпус клапана имеет ребра охлаждения, которые поглощают тепло и рассеивают его в окружающий воздух.

Давление наддува можно также регулировать со стороны компрессора. При определенном давлении регулировочный клапан открывается и выпускает часть воздуха в атмосферу или во впускной трубопровод перед компрессором. Эта система, правда, имеет два недостатка. Во-первых, выпускаемый воздух имеет повышенную температуру, поэтому термодинамические преимущества турбокомпрессора уменьшаются. Во-вторых, если давление регулируется только компрессором, требуется слишком большая турбина, чтобы в любой момент времени обеспечить нужную производительность компрессора. Это вызывает увеличение времени реакции на нажатие педали акселератора, поскольку турбокомпрессор срабатывает с запаздыванием.

На практике клапан у компрессора используется как дополнительная защита от повышения давления совместно с регулятором давления наддува.

3.1.2. Корпус оси

С уменьшением размеров турбины и компрессора общая величина современных турбокомпрессоров также уменьшается. При этом турбина располагается все ближе к компрессору.

Передача тепла от турбины к компрессору по оси и корпусу оси неблагоприятно сказывается на надежности и долговечности корпуса, а также ухудшает теплоотдачу турбокомпрессора: воздух должен быть как можно более холодным, поскольку холодный (более плотный) воздух содержит больше кислорода, чем горячий.

В ходе развития турбокомпрессоров для автомобильных дизельных двигателей конструкторы постоянно искали новые возможности воспрепятствования передаче тепла. При изготовлении корпуса оси стали встраивать большее количество термокомпенсационных элементов, увеличили количество содержащегося в корпусе масла (см. рис. 85).

Так, фирма Garrett изготовила "морщинистый" корпус оси, разработанный специально для автомобильных двигателей. Этот корпус устанавливается на турбокомпрессоре Т3 той же фирмы. Благодаря особой форме корпуса достигнуто снижение температуры на его внутренней поверхности, при этом пиковые температуры снижены:

  1. усилением вентиляции вокруг основания турбины, что значительно улучшает циркуляцию масла и отвод тепла;
  2. увеличением размеров металлических деталей, чтобы ускорить поглощение тепла;
  3. использованием охлаждающих ребер для улучшения отвода тепла от основания турбины.
Такой корпус показан на рис. 86.

На рисунке 87 представлены графики, показывающие достигнутое снижение максимальной температуры осевого основания турбины. Максимальная температура достигается через несколько минут после остановки двигателя.

3.2. Турбокомпрессоры для бензиновых двигателей

Принцип работы турбокомпрессоров для бензиновых автомобильных двигателей такой же, что и для дизелей общего применения. Поэтому данная глава должна рассматриваться как продолжение предыдущих описаний турбокомпрессоров для дизелей общего применения и автомобильных двигателей.

В случае установки турбокомпрессора на бензиновый двигатель возникают специфические требования.

3.2.1. Обеспечение герметичности маслогазовых каналов турбокомпрессора

Предотвращение утечек масла со стороны компрессора в случае с бензиновым двигателем иногда намного сложнее, чем в случае с дизелем, особенно если дроссельная заслонка установлена перед турбокомпрессором. В этом случае в компрессоре образуется сильное разрежение, из-за чего масло засасывается в корпус. Фирма Garret разработала уплотнительное кольцо из карбона, которое применяется на автомобильных турбокомпрессорах Т2, Т25 и Т3. Карбоновое уплотнительное кольцо прижимается к обратной стороне крыльчатки компрессора и обеспечивает герметизацию. Правда, часть механической энергии турбокомпрессора при этом теряется. Такая конструкция используется только в том случае, если это действительно необходимо.

Высокая герметичность, обеспечиваемая кольцом со стороны компрессора, необходима также, если перед входом турбокомпрессора образуется топливно-воздушная смесь. В этом случае герметичность должна предотвратить попадание смеси через корпус оси в картер двигателя, что могло бы вызвать пожар или повреждение последнего.

В тех случаях, когда высокая герметичность не требуется, используют ту же систему уплотнений, что и в компрессоре для дизельного двигателя.

В сравнении с дизельным двигателем, температура отработавших газов бензинового двигателя более высокая, поэтому необходимы дополнительные меры по теплоизоляции.

3.2.2. Качество материалов турбины

Корпус турбины, так же как и ее ротор, изготавливается из материалов повышенного качества, отличающихся высокой термостойкостью.

Некоторые типы роторов турбин для турбокомпрессоров бензиновых двигателей по своей форме и технологии изготовления идентичны предназначенным для небольших дизельных двигателей. Чтобы избежать возможных ошибок при идентификации, фирма Garrett ввела отличительный признак: специальную форму торца ротора (см. рис. 88 и 89).

3.2.3. Регулировочный клапан

При разработке регулировочного клапана также учитывается повышенная температура в турбине.

При установке клапана непосредственно на корпус турбины передача тепла от клапана к мембране исполнительного механизма настолько велика, что мембрана повреждается.

Существуют два решения проблемы. Во-первых, можно отодвинуть клапан от турбины. Это решение использует фирма ККК, потому что оно вдобавок позволяет сделать регулировку более точной. Но это также и наиболее дорогой вариант, из-за чего его можно использовать только на автомобилях высшего класса. Другое решение - это совершенно иная конструкция, не использующая регулировочные клапаны. Простой тарельчатый клапан заменяется заслонкой, расположенной в системе выпуска, которая приводится в действие мембраной, соединенной с компрессором (см. рис. 91). Управление происходит через тяги, что является препятствием для передачи тепла к мембране, чем исключается ее повреждение. Недостатком такой системы тяг является то, что между отдельными элементами может существовать люфт. Поэтому при регулировке клапан будет работать с некоторым допуском. На практике чаще всего используют именно это решение, потому что такая конструкция легче, более компактна, а также дешевле.

3.2.4. Охлаждаемый корпус оси

Корпус оси претерпел множество изменений. Прежде всего, был увеличен объем для масла в корпусе оси и встроены температурные элементы между турбиной и компрессором.

Следующим этапом разработки стало увеличение массы металла одновременно с появлением наружных охлаждающих ребер.

Тем не менее, опасность переноса тепла от турбины к корпусу оси оставалась высокой, особенно при работе на больших оборотах.

При остановке двигателя и прекращении циркуляции масла прекращается и отвод тепла. Остаток масла в корпусе оси закоксовывается, и эти отложения повреждают корпус. Чтобы решить эту проблему, были разработаны корпусы, охлаждаемые одновременно и маслом, и водой.

Система водяного охлаждения корпуса оси соединена с системой охлаждения двигателя. Так как последняя имеет замкнутый тип, корпус даже после остановки двигателя содержит охлаждающую жидкость. Кроме того, для кратковременного продолжения циркуляции жидкости после остановки двигателя дополнительно может быть встроен небольшой насос. Таким образом, чрезмерное тепло после остановки двигателя может быть отведено.

<< Турбокомпрессоры для массовых дизельных двигателей | Содержание | Продолжение развития турбокомпрессоров >>

Ссылки  |  Карта сайта  |