Устройство турбокомпрессора турбонаддува ДВС

Задание

 

1. Выбрать агрегат автомобиля, для которого необходимо оценить техническое состояние или провести ТР.

2. Изучить особенности конструкции и принцип действия агрегата.

3. Определить параметры узла или агрегата, по которому оценивается техническое состояние или особенности выполнения ТР.

4. Разработать возможные методические оценки технического состояния агрегата автомобиля.

5. Для выбранной методики спроектировать технологическое оборудование, позволяющие оценить техническое состояние агрегата или снизить трудоемкость ремонта.

5.1 Выбрать компоновочную схему оборудования с учетом размещения агрегатов и

особенностью подключения и оценить эргономические показатели рабочего места.

5.2 Выбрать кинематическую схему.

5.3 Спроектировать несущие конструкции с учетом перемещения агрегата или механизма.

5.4 Разработать способы переключения или подключения испытаний агрегата к технологическому оборудованию.

5.5 Если это необходимо обеспечить подвод коммуникаций.

6. Произвести расчет эксплуатационных параметров и подбор стандартных элементов.

7. Сделать вывод о соответствии спроектированного оборудования выдвинутым требованиям.

 

Типы выпускных систем с турбокомпрессором

 

Существует два основных типа выпускных систем с турбокомпрессором: с постоянным давлением на входе в турбину и с импульсным давлением на входе в турбину.

Применяются оба типа, иногда в комбинированных вариантах. Выбор определяется типом двигателя, количеством цилиндров, спецификой использования и множеством других факторов.

В выпускных системах с постоянным давлением на входе в турбину отработавшие газы от всех цилиндров собираются в общем выпускном коллекторе и затем, при почти постоянным давлении, направляются к турбокомпрессору.

В выпускных системах с импульсным давлением на входе в турбину используется выпускной коллектор типа «спагетти», в этом случае отработавшие газы подводятся к турбокомпрессору по отдельным патрубкам, идущим от каждого цилиндра, что позволяет использовать резонансные явления в выпускном коллекторе и добиться максимальной производительности от турбокомпрессора в узком диапазоне чисел оборотов.

Преимущества турбокомпрессорного двигателя

 

Двигатель, оснащенный турбокомпрессором, обладает техническими и экономическими преимуществами по сравнению с атмосферным (безнаддувным) давлением.

Соотношение масса / мощность у двигателя с турбокомпрессором выше, чем у атмосферного двигателя

Двигатель с турбокомпрессором менее громоздок, чем атмосферный двигатель той же мощности.

Кривая крутящего момента двигателя с турбокомпрессором может быть лучше адаптирована к специфическим условиям эксплуатации. При этом, например, водитель тяжелого грузовика должен намного реже переключать передачи на горной дороге и само вождение будет более «мягким»

Кроме того, можно на базе атмосферных двигателей создавать версии, оснащенные турбокомпрессором и отличающиеся по мощности.

Еще более ощутимы преимущества двигателя с турбокомпрессором на высоте. Атмосферный двигатель теряет мощность из-за разряжения воздуха, а турбокомпрессор, обеспечивая повышенную подачу воздуха, компенсирует снижение атмосферного давления, почти не ухудшая характеристики двигателя. Количество нагнетаемого воздуха станет лишь ненамного меньше, чем на более низкой высоте, то есть двигатель практически сохраняет свою обычную мощность.

Кроме того:

Двигатель с турбокомпрессором обеспечивает лучшее сгорание топлива. Подтверждением тому служит уменьшение потребления топлива грузовиками на больших пробегах.

Поскольку турбокомпрессор улучшает сгорание, он также способствует уменьшению токсичности отработавших газов.

Двигатель, оснащенный турбокомпрессором, работает более стабильно, чем его атмосферный аналог той же мощности, а будучи меньшим по размеру, он производит, соответственно, меньше шума. Кроме того, турбокомпрессор играет роль своеобразного глушителя в системе выпуска.

Дополнительные системы

 

Турбокомпаунд

Улучшение температурной отдачи двигателя – одна из важнейших задач в процессе модернизации двигателей внутреннего сгорания. В этой связи очень перспективным является турбокомпаунд. Поэтому многие производители двигателей работают в этом направлении; особенно это касается дизельных двигателей с рабочим объемом от 10 до 20 л.

Принцип работы турбокомпаунда состоит в том, что отработавшие газы сначала приводят в действие одну турбину, а при выходе из нее – другую турбину, а затем уже отводятся в выхлопную трубу.

Вторая турбина не приводит в действие компрессор, а помогает вращать коленвал двигателя через гидромуфту и шестеренчатый редуктор.

Турбокомпаунд имеет хорошие перспективы, поскольку энергия отработавших газов будет снова приносить пользу. Вторая турбина дополнительно снижает температуру отработавших газов примерно на 100 °С.

Турбокомпаунд уже используется в серийных двигателях концерна Scania.

Загрязненное масло

Мелкие частицы загрязнения – не могут быть замечены в масле визуально, но о причине износа поверхности говорит округление внешних граней. Часто подшипник компрессора, может сужаться на внешнем диаметре.

Крупные частицы загрязнения – перенесенные маслом большие частицы загрязнения, могут проточить глубокие канавки, как показано слева. Отверстие в подшипнике может быть также задрано, но обычно в меньшей степени. Вал и центр корпуса обычно повреждаются немного меньше, т. к. изготовлен из более твердого материала. Световой блик, показанный ниже, был образован перенесенными маслом крупными частицами загрязнения.

Химическое загрязнение – причина большого износа опорного вала и перегрева. Визуальные признаки являются почти такими же, как и от недостаточного смазывания. Обычно причиной является разжижение масла топливом, уменьшающим смазочные свойства масла.

2. Недостаточное смазывание.

Минимальное смазывание – там, где уменьшена подача масла на турбину (например, когда материалы прокладки частично блокируют доступ маслу или образовывают кромку). Характеризуется чрезвычайным обесцвечиванием вала и шейки вала (как показано ниже).

Полное отсутствие масла – по подобным причинам, дает аналогичные повреждения, но более крупные. Повреждение происходит очень быстро!

Задание

 

1. Выбрать агрегат автомобиля, для которого необходимо оценить техническое состояние или провести ТР.

2. Изучить особенности конструкции и принцип действия агрегата.

3. Определить параметры узла или агрегата, по которому оценивается техническое состояние или особенности выполнения ТР.

4. Разработать возможные методические оценки технического состояния агрегата автомобиля.

5. Для выбранной методики спроектировать технологическое оборудование, позволяющие оценить техническое состояние агрегата или снизить трудоемкость ремонта.

5.1 Выбрать компоновочную схему оборудования с учетом размещения агрегатов и

особенностью подключения и оценить эргономические показатели рабочего места.

5.2 Выбрать кинематическую схему.

5.3 Спроектировать несущие конструкции с учетом перемещения агрегата или механизма.

5.4 Разработать способы переключения или подключения испытаний агрегата к технологическому оборудованию.

5.5 Если это необходимо обеспечить подвод коммуникаций.

6. Произвести расчет эксплуатационных параметров и подбор стандартных элементов.

7. Сделать вывод о соответствии спроектированного оборудования выдвинутым требованиям.

 

Устройство турбокомпрессора турбонаддува ДВС

 

Рис. 1. Устройство современного турбокомпрессора:

1 – корпус подшипников – металлический корпус системы подшипников обеспечивает местоположения для плавающей системы подшипника вала турбины и компрессора, который может вращаться со скоростью до 170,000 оборотов / минут. Сложная геометрическая конструкция для охлаждения. Основные требования: качество обработки, жесткость, термостойкость;

2 – турбинное колесо – установлено в корпусе турбины и соединено штифтом, который вращает крыльчатку компрессора. Покрыто никелевым сплавом. Сделано из прочных и стойких сплавов. Выдерживает температуры работы до 760 °C. Основные требования: стойкость к изнашиванию, к деформациям, к коррозии;

3 – перепускной клапан – управляемый пневматическим приводом (см. рис. 1), при определенной величине давления наддува направляет часть отработавших газов в обход турбины, тем самым ограничивает давление наддува ДВС. Ограничение давления наддува осуществляют с целью защитить двигатель от перегрузки;

4 – корпус (улитка) турбины – изготавливается из различных сортов сфероидированного чугуна, чтобы противостоять тепловому воздействию и разрушению. Как и крыльчатка, профиль улитки обработан до полного соответствия форме лопастей крыльчатки. Впускной фланец улитки турбины работает как установочная база для закрепления турбины, несущая нагрузку. Основные требования: ударопрочность, стойкость к окислению, жаропрочность, жаростойкость, легкость механической обработки;

5 – масляные каналы;

6 – вал ротора;

7 – подшипник скольжения – изготовлен из специально разработанных бронзовых или медных сплавов. Специально разработанный производственный процесс предназначен, чтобы создать подшипники с необходимыми качествами термостойкости и износостойкости. Стопорные, упорные стальные кольца и масляные проточки изготавливаются особенно точно. Осевое давление поглощается бронзовым гидродинамическим подшипником осевого давления, расположенным в конец сборки вала. Точная калибровка обеспечивает равномерную нагрузку подшипника.

8 – компрессорное колесо – выполнено из алюминиевых сплавов методом литья, на некоторых моделях крыльчаток, для очень тяжелой и продолжительной работы при больших температурах, лопасти изготавливаются из титана. Точные размеры лопастей крыльчатки и точная механическая обработка важны для нормальной работы компрессора. Расточка и полирование повышает коэффициенты сопротивления усталости. Крыльчатка расположена на сборке вала. Основные требования: высокое сопротивление усталости, растяжению, коррозии;

9 – корпус (улитка) компрессора – отлита из алюминия. Используются различные сплавы для различных типов компрессоров. Используются как вакуумное литье так «песочное» литье. Точная финальная обработка для соблюдения размеров и качества поверхностей, необходимые для нормальной работы турбины. Основные требования: прочность к ударным и механическим нагрузкам, высокое качество обработки и точные размеры;

10 – пневмопривод перепускного клапана – управляет перепускным клапаном, для ограничения давления наддува и защиты двигателя от перегрузок.

Рис. 2. Общее устройство турбокомпрессора

 

Включает в себя основные части: корпус компрессора 1, компрессорное колесо 2, вал ротора 3, корпус турбины 4, турбинное колесо 5 и корпус подшипников с ротором в сборе.

– Корпуса турбины и компрессора в обиходе называют «улитки». Турбинный корпус связан с выпускным, а компрессорный – с впускным трубопроводами.

– В корпусе подшипников установлен ротор в сборе, представляющий собой вал, на котором жестко закреплены турбинное и компрессорное колеса с лопастями. Ротор вращается на подшипниках скольжения. Они смазываются и охлаждаются моторным маслом, поступающим из системы смазки двигателя. Для снижения температуры корпуса в нем могут быть предусмотрены каналы подачи охлаждающей жидкости.

Работа турбокомпрессора происходит под воздействием потока отработавших газов, вращающих турбинное колесо и вал ротора. Установленное на том же валу компрессорное колесо нагнетает воздух во впускной трубопровод. На некоторых режимах работы мотора проявляют себя особенности турбонаддува:

– «Турбояма» («турболаг») – задержка увеличения оборотов и мощности двигателя при резком нажатии на педаль акселератора («газа»). Эффект связан с инерционностью системы – требуется время, чтобы ускорившийся поток выхлопных газов раскрутил турбину. Основной способ устранения – снижение размеров и массы вращающихся деталей для облегчения их быстрого раскручивания. Однако это ведет к снижению производительности турбокомпрессора и для сохранения необходимого давления наддува приходится увеличивать частоту вращения ротора или применять корпус турбины с изменяемым проходным сечением.

– «Турбоподхват» – возникает при увеличении оборотов и скорости движения выхлопных газов после преодоления «турбоямы». Вследствие этого резко увеличивается давление наддува, создаваемого турбокомпрессором и, соответственно, мощность двигателя. Чтобы исключить перегрузку деталей кривошипно-шатунного механизма и детонацию (в бензиновых двигателях), необходимо такое же резкое ограничение давления наддува.