Ремонт турбокомпрессоров | Турбины для тюнинга

Ремонт турбин Продажа турбин Каталог турбин Статьи Контакты  

glavcert.ru

Продолжение развития турбокомпрессоров

4.1. Уменьшение размеров

Для борьбы с инерционностью наддува (замедленным временем реакции на нажатие педали акселератора) при резком ускорении конструкторы турбокомпрессоров уменьшают размеры турбин и увеличивают скорость их вращения.

Фирмой ККК разработаны новые модели турбокомпрессоров (К-14, К-13, К-12, К-04, К-03) взамен более старой К-24.

Турбокомпрессоры К-14, производящиеся с 1984 года (кроме прочих они устанавливались на автомобили концерна VW: Golf, Passat и Transporter), представляют собой развитие конструкции К-24.

Турбокомпрессор К-24 весит 8,1 кг, а диаметр его ротора равен 60 мм, в то время как турбокомпрессор К-14 весит всего 4,9 кг, а диаметр его ротора равен 50 мм. Ротор турбокомпрессора К-24 весит 0,289 кг, а К-14 - только 0,191 кг. Это дает уменьшение инерционных сил на 40% и приводит к уменьшению времени срабатывания на целую секунду.

Фирма Garrett также усовершенствовала свои турбокомпрессоры: от более старых Т-3 - к Т-2, и от Т-25 - к Т-15, причем последний весит всего 3,3 кг и имеет диаметр ротора 43 мм.

Причина стремления к постоянному уменьшению размеров турбокомпрессоров не ограничивается только соображениями инерционности наддува, но заключается также и в том, что турбокомпрессор и систему промежуточного охлаждения подающегося воздуха все чаще рассматривают как единое целое. В то же время производители автомобилей стремятся использовать малогабаритные двигатели для того, чтобы иметь возможность улучшения аэродинамических форм своих машин. Нужно также принимать во внимание необходимость размещения дополнительных устройств, повышающих комфорт водителя и пассажиров. Использование ныне обязательных катализаторов и уловителей сажи также требует дополнительного пространства, поэтому под капотом современного автомобиля становится просто-напросто тесно, и все, что устанавливается там, должно иметь минимальные размеры.

4.2. Использование керамических материалов

Чтобы иметь возможность более эффективно использовать тепловую энергию, конструкторы стали использовать новые материалы для внутренних деталей двигателя для снижения потерь тепла на систему охлаждения. Это неразрывно связано с постоянно возрастающими температурами отработавших газов в современных автомобилях, доходящими до 1250°С.

Поскольку турбокомпрессор использует часть этой тепловой энергии своей турбиной, он тоже должен выдерживать эти повышенные температуры.

Преимущества керамического ротора турбины следующие:

  1. большая температурная устойчивость (свыше 1200°С);
  2. значительно меньший вес (всего лишь 10% от массы металлического ротора);
  3. меньшая инерционность (ускоряется минимум в два раза быстрее, чем металлический);
  4. возможность уменьшения толщины стенок корпуса турбины и их массы;
  5. возможность модификации всего корпуса. Корпус уже не должен быть массивным, чтобы выдерживать удары отколовшихся частей ротора турбины;
  6. меньший коэффициент температурного расширения, чем у металлического ротора (при температуре 900°С линейное расширение не превышает 20% от расширения металлического ротора). Кроме того, он хуже поддается деформации. Поэтому расстояние между лопатками ротора турбины и стенкой ее корпуса может быть уменьшено, что делает турбину более эффективной.

Трудности, возникающие на пути создания керамических роторов, - это хрупкость материала, неустойчивость к воздействию микроскопических частиц, усложненный производственный контроль качества.

В настоящее время испытываются различные варианты соединения металлической оси с керамическим ротором турбины (см. рис. 95). Сварка двух различных материалов представляет ряд трудностей. Существуют также конструкции вала и ротора, состоящие из одной керамической детали (см. рис. 96).

Кроме исследований керамических роторов турбины, разрабатываются также корпусы турбины с внутренним керамическим покрытием.

Для борьбы с микроскопическими твердыми частицами в отработавших газах фирмой Garrett создан корпус турбины с сепаратором и собирающей емкостью для этих частиц (рис. 97).

4.3. Изменяемая геометрия

Регулируемое сечение корпуса турбины - идеал к которому стремились, начиная с установки газовой турбины на автомобиле Chrysler в 1958 году.

Интерес к турбине с изменяемой геометрией заключается в том, что она снижает до минимума инерционность и позволяет турбине оптимально работать на повышенных оборотах или при максимальной нагрузке, причем регулировочный клапан не нужен.

До недавнего времени все попытки создания подобной турбины были безуспешны из-за отсутствия подходящих материалов и технологических ограничений при производстве.

В настоящее же время почти все производители турбокомпрессоров представили свои системы с изменяемой геометрией.

Так, фирма Garrett предлагает турбину с регулируемым сечением T-25-VNT с ротором, имеющим дополнительные подвижные лопатки, с помощью которых регулируется поток отработавших газов как низких, так и на высоких оборотах двигателя.

Существует также другая конструкция - Garrett T25-VAT. Она имеет единственный подвижный лепесток в канале турбины, который уменьшает сечение и, соответственно, поток газов на низких оборотах. На более высоких оборотах лепесток полностью убирается, чтобы максимально использовать производительность турбины.

В обеих системах может быть установлен предохранительный клапан для предотвращения перегрузки.

Фирма ККК заявила о начале выпуска надежного и дешевого турбокомпрессора с изменяемой геометрией. В этой конструкции лопатки не приводятся сложной внешней системой рычагов, а свободно колеблются на своих собственных осях таки образом, что максимальная производительность обеспечивается при любых режимах работы двигателя. Степень открывания лопаток ограничена регулировочным кольцом, а положение кольца определяется положением педали акселератора.

4.4. Электроника и турбокомпрессор

Разработка надежных предохранительных клапанов способствовала применению турбокомпрессоров на небольших двигателях.

На рис. 99 представлена схема регулирования давления в обычном турбокомпрессоре. Давление наддува направляется к мембране, которая находится под давлением пружины. Когда давление пружины преодолевается, предохранительный клапан открывается. Клапан отрегулирован так, что величина давления наддува находится ниже того уровня, который может вызвать повреждение двигателя.

Эта механическая регулировка, тем не менее, не позволяет полностью использовать энергию отработавших газов.

Для удовлетворения постоянного возрастающих требований, которые сегодня предъявляются к автомобильной технике в области расхода топлива, чистоты отработавших газов и уровня шума, пришлось более критично рассмотреть вопрос управления работой двигателя. Именно поэтому, а также для регулирования давления наддува, в управлении работой двигателя были использованы микропроцессоры. Компьютерный контроль регулировки проходит в два этапа.

На первом этапе на основании определенного числа параметров, таких как температура охлаждающей жидкости, масла, впускаемого воздуха и отработавших газов, анализируется состояние двигателя. Измеряются также число оборотов, положение педали акселератора и другие параметры. Все эти данные анализируются компьютером и используются для определения идеального в данных условиях давления наддува для двигателя.

На втором этапе это значение идеального давления передается на исполнительные устройства, которые регулируют давление во впускной системе. При определении этого давления учитываются также критические условия работы двигателя, в частности, детонация. Акустические датчики позволяют распознать самовоспламенение, насколько малым бы оно ни было. Давление наддува в этом случае понижается. Эта операция повторяется до тех пор, пока детонация не исчезнет. Когда детонация прекращается, давление наддува снова возрастает до первоначального значения. Компьютер также определяет идеальное давление наддува в случае повторяющейся детонации, возникающей, например, из-за использования низкокачественного топлива.

Естественно, что этот же компьютер может регулировать и другие параметры работы двигателя. На практике программа, в том виде, в котором она описана выше, составляет лишь часть программ, управляющих работой двигателя.

На рисунке 100 представлена схема работы регулятора давления наддува, управляемого компьютером.

Электромагнитный клапан получает электрический сигнал, который определяет время его открывания, и работает, соответственно, как регулятор давления наддува.

Таким образом, на мембрану воздействует не все давление наддува, а только его большая или меньшая часть, которая зависит от положения электромагнитного клапана.

При нажатой педали акселератора компьютер подает команду на закрытие клапана, и все отработавшие газы направляются в турбину, из-за чего давление наддува возрастает и двигатель развивает значительную мощность, что делает возможным резкое ускорение автомобиля. Как только желаемая скорость движения достигнута и больше не увеличивается водителем, предохранительный клапан снова открывается и давление наддува возвращается к своему обычному значению. Такое резкое повышение давления ("overboost") длится всего несколько секунд, и безопасность двигателя контролируется различными датчиками, которые при необходимости ограничивают давление.

<< Турбокомпрессоры автомобилей | Содержание | Дополнительные системы >>

Ссылки  |  Карта сайта  | 
автовыкуп