Турбонаддув двигателей

Смысл наддува двигателя внутреннего сгорания (ДВС) - улучшить наполнение цилиндров двигателя топливо-воздушной смесью для повышения среднего эффективного давления цикла и, как следствие, мощности двигателя путем принудительного увеличения заряда воздуха, поступающего в цилиндры. При этом существует лишь один вид атмосферного наддува - так называемый резонансный наддув, при котором используется кинетическая энергия объема воздуха во впускных коллекторах, и технически реализуемый с помощью воздушных коллекторов переменной длины и тщательной настройкой фаз газораспределения двигателя. Все остальные виды наддува связаны с увеличением давления поступающего в цилиндры воздуха выше атмосферного, используя для этого различные механические, электромеханические и газодинамические способы. При турбонаддуве в качестве привода используется отработавший газ, который в обычном случае просто выбрасывается в атмосферу, без утилизации его энергии в полезную работу.



При работе двигателя с турбонаддувом выхлопные газы подаются в турбину, где отдают часть своей энергии, раскручивая ротор турбокомпрессора, и затем поступают через приемную трубу в глушитель. На одном валу с лопаточным колесом турбины находится колесо компрессора, который засасывает воздух из воздушного фильтра, повышает его давление на 30-80% (в зависимости от степени наддува) и подает в двигатель. В один и тот же литраж (объем) двигателя поступает большее по весу количество рабочей смеси и, следовательно, обеспечивается достижение на 20-50% большей мощности, а за счет использования энергии выхлопных газов повышается КПД двигателя и снижается удельный расход топлива на 5-20%.

Среди ведущих мировых производителей и разработчиков дизельных двигателей в 90-е годы сформировалась концепция о том, что система турбонаддува является неотъемлемым компонентом современного экологически чистого двигателя. При этом турбонаддув, в отличие от 70-80-х годов, перестал рассматриваться как средство форсирования двигателей, и подавляющее большинство современных базовых моделей дизелей проектируются и разрабатываются с наддувом.

Турбонаддув бензиновых двигателей приобретает в настоящее время все более широкое распространение, несмотря на некоторые возникающие при этом проблемы. Первая - это детонация, появляющаяся вследствие повышенного давления конца такта сжатия и накладывающая ограничения по максимальной величине объемной степени сжатия в цилиндрах, и повышенные требования к качеству бензина, а именно к октановому числу. Во-вторых, предельно высокая максимальная температура рабочего цикла бензинового двигателя с турбонаддувом требует повышенного внимания к выбору материалов выпускной системы и лопаток турбины, конструкции корпусных деталей турбокомпрессора (ТКР), необходимости дополнительного охлаждения подшипникового узла ТКР, а также к эксплуатационным качествам моторного масла.

Образец механического нагнетателя
Механические нагнетатели могут быть установлены в любом месте на двигателе, с одним условием - шкив нагнетателя должен быть выровнен по отношению к шкиву коленвала двигателя, т.к. нагнетатель приводится в действие ременной передачей. Механический нагнетатель имеет прямую связь с впускным коллектором и дроссельной заслонкой, соответственно, при монтаже необходимо учитывать расстояние от нагнетателя до дроссельной заслонки (впускной коллектор вопросов не вызывает). После установки нагнетателя необходимо настроить электронные системы управления двигателем.

Принцип действия механического нагнетателя 4-го поколения Magnuson MP62