Корки Белл - Maximum Boost Турбонаддув (Выбор турбонагнетателя) Глава 3

(2)
0
3300

Размер турбонагнетателя, выбранного для проекта, значительно влияет на степень успеха, который будет иметь система. Это никоим образом не значит, что нагнетатель только этого размера будет работать при заданных условиях, прежде всего это означает, что данный будет работать лучше всего. Компромиссы между задержкой, порогом наддува, тепловыделением, моментом на низких оборотах и мощностью - это переменные оптимизационной модели в процессе определения соответствия турбонагнетателя предъявляемым требованиям. Эти требования могут быть уточнены путем внесения в список обязательных рабочих характеристик для данного транспортного средства.

турбинка

Классический турбонагнетатель высокотехнологичный, точно изготовленный нагнетатель воздуха.

Цели могут быть различны в случаях автомобилей для повседневного использования, автомобилей с рекордной максимальной скоростью, автомобилей для дрэг-рейсинга, уличных суперкаров, настоящих гоночных автомобилей, и даже для транспортных средств, называемых пикапами. Определяющими критериями будут параметры вроде желательного порога наддува, пика момента и расчетной мощности. Транспортные средства с высокой максимальной скоростью требуют больших турбин, уличные автомобили более требовательны к моменту на средних оборотах, а низкоскоростные утилитарные транспортные средства нуждаются в небольших турбинах. Как выбрать подходящий турбонагнетатель в каждом конкретном случае и какие нюансы наиболее важны, обсуждается в следующих параграфах.

Чтобы пояснить, насколько могут различаться турбонагнетатели различного назначения, сравним эти устройства на Nissan 300ZX и на Porsche 911. Эти два автомобиля имеют сходные размеры, вес и рабочий объем двигателя, и все же их турбины существенно различаются. По размеру турбонагнетателя Porsche достаточно легко заметить, что конструкторы Porsche точно знали, что они хотели. Они установили большой турбонагнетатель на 911 по трем основным причинам:

  • при работе на максимальной нагрузке большой компрессор меньше нагревает сжимаемый воздух
  • большая турбина создает меньшее противодавление в выпускном коллекторе, также сокращая тепловую нагрузку
  • разработчики хотели получить мощный автомобиль

Конструкторы Nissan, с другой стороны, имея намного более благоприятный с точки зрения тепловыделения двигатель с водяным охлаждением, были свободнее в выборе турбонагнетателя для почти немедленной реакции прямо с холостых оборотов. Этот небольшой турбонагнетатель дает быструю реакцию наддува в обмен на крайне высокое противодавление на выпуске и высокую температуру воздуха на впуске. Nissan, очевидно, не стремился получить серьезную мощность, поскольку они не посчитали необходимым установить какой-нибудь интеркулер для снижения этой высокой температуры. Их целью, кажется, был автомобиль, нацеленный на разгон от 0 до 60 км/ч. Конечно, они были нацелены на совершенно не такого покупателя, каким является клиент Porsche. Хотя Porsche был объявлен всеми его дорожными испытателями ярчайшим примером конструкции с высокоинерционным турбонагнетателем, этот путь был выбран из-за меньшего нагрева. Небольшие турбонагнетатели не могли быть использованы на 911 вследствие тепловых ограничений двигателя с воздушным охлаждением, и, конечно, из-за того, что целью была серьезная мощность. Porsche, тем не менее, вполне можно назвать примером замечательно выполненной работы. Nissan же выступает в качестве примера продажи большого количества автомобилей большому количеству людей.

Никогда не посылайте ребенка делать работу взрослого.

Базовые руководящие принципы

Влияние размеров компрессора и турбины на характеристики системы будет целиком следовать этим руководящим принципам:

Компрессор

Компрессор имеет определенную комбинацию расхода воздуха и давления наддува, при которой он является наиболее эффективным. Хитрость в выборе оптимального размера компрессора состоит в том, чтобы расположить точку максимальной эффективности в наиболее используемом диапазоне оборотов двигателя. В процессе выявления наиболее полезного диапазона оборотов придется немного подумать. Не забывайте, что всегда, когда эффективность компрессора снижается, тепловыделение, производимое турбонагнетателем, увеличивается. Если был выбран такой размер турбонагнетателя, что максимальная эффективность приходится на первую треть диапазона оборотов двигателя, эффективность на максимальных оборотах и в близких к тому режимах будет настолько низкой, что температура воздуха на впуске будет просто обжигающей. В другом крайнем случае, если максимальная эффективность системы достигается ближе к предельным оборотам двигателя, температура на средних оборотах вполне способна выйти за разумные пределы. Нагнетатель такого размера был бы полезен только для двигателя, работающего на этих оборотах, вроде мотора автомобиля Bonneville. Где-то в середине диапазона оборотов двигателя находится наилучшее место, чтобы расположить там точку максимальной эффективности компрессора.

Большие или малые размеры компрессора не оказывают критического влияния на инерционность турбонагнетателя или на порог наддува. Рабочее колесо компрессора - самая легкая вращающаяся часть турбонагнетателя, следовательно, его вклад в полную инерцию вращающегося ротора довольно низок. Порог наддува - главным образом функция скорости турбонагнетателя, которая управляется турбиной.

отношение температуры и давления

 С небольшим турбонагнетелем точка максимальной эффективности достигается рано, и минимум тепловыделения будет на низких давлениях наддува. Чтобы снизить температуру при достижении большой мощности, необходим большой турбонагнетатель.

Часто выбор турбонагнетателя производится под влиянием других факторов, а не из соображений оптимальной термодинамики или максимальной мощности. Стоимость автомобиля, например, может определять число турбин. Нелепо было бы надеяться увидеть Ferrari V- 12 с одним турбонагнетателем или Mazda Miata с двумя. Стоимость также играет важную роль при проектировании деталей системы. Если требуется низкая цена, возможно даже отказаться от жидкостного охлаждения корпуса подшипника в пользу более частой замены масла.

крутящий момент и частота

Когда точка максимальной эффективности находится на более высоких оборотах, это означает более низкую температуру воздуха в этом режиме. Более низкая температура даёт более плотный воздух, который обеогечивает пик момента на более высоких оборотах.

В конечном счете, реальная потребительская ценность выбранного оборудования будет зависеть не только от мощности, термодинамических коэффициентов или числа турбин. Скорее, это будет выражаться в том, каким образом Ваша машина ведет себя на дороге. Она в самом деле быстра, и ее скорость прекрасно Вами ощущается? Она действительно отзывчива на педаль и легко бежит? Она плавно и непринужденно разгоняется до максимальных оборотов? Она заставляет Вас улыбаться, когда никто вокруг не увидит вашей улыбки?

Начните с выбора нескольких кандидатов на роль Вашего компрессора, чьи степень повышения давления и расход воздуха, согласно их картам, находятся в требуемом диапазоне оборотов при значении эффективности не ниже 60 %. Когда Вы отсеете заведомо непригодные устройства и остановитесь на двух-трёх вариантах, необходимо будет произвести некоторые расчеты, чтобы выбрать между ними.

Турбина

Задача турбины - осуществлять привод компрессора, при этом она должна раскручивать его до достаточных оборотов, чтобы он мог обеспечить требуемый расход воздуха при заданном давлении наддува. Небольшая турбина будет вращаться быстрее, чем большая при той же энергии выхлопных газов. Однако меньшая турбина является большим сужением на пути потока этих газов, что приводит к образованию обратного давления между турбиной и камерой сгорания. Обратное давление - нежелательный побочный эффект турбонагнетателя, и нужно иметь это ввиду. В действительности, при выборе турбины нужно ориентироваться на обороты, достаточные для обеспечения желаемой реакции и давления наддува, воздерживаясь от минимизации обратного давления.

Выбор размера компрессора

Необходимо выработать в себе понимание требуемых степени повышения давления, расхода воздуха, его плотности и эффективности компрессора прежде, чем приступать к выбору компрессора подходящего размера.

Эфективность компрессора

Зависимость относительной плотности от степени повышения давления. Плотность падает при увеличении температуры,

поэтому фактическая степень увеличения массы воздуха всегда меньше чем степень повышения давления.

Степень повышения давления

Степень повышения давления рассчитывается как полное абсолютное давление, произведенное нагнетателем, разделенное на атмосферное давление. Абсолютное давление означает давление выше ноля. Отсутствие давления эго ноль, атмосферное абсолютное давление составляет 1 бар. 0,5 бара наддува создают 1,5 бара абсолютного давления, 0,8 бара наддува это 1,8 бара абсолютного давления и так далее. Таким образом, абсолютное давление - это показания манометра плюс 1 бар. Другими словами, степень повышения давления является значением произведенного давления относительно атмосферного.

формула

Пример: Для наддува 0,5 бар:

формула 2

В этом примере в двигатель с наддувом попадет приблизительно на 50 % больше воздуха , чем в двигатель без наддува.

Относительная плотность

В конечном счете, мощность, полученная от использования турбонаддува, зависит от числа молекул воздуха, упакованных в каждый кубический сантиметр объема. Это называется плотностью воздушного заряда. При прохождении через систему турбонаддува плотность немного изменяется. Когда воздушные молекулы принудительно «утрамбовываются» в нагнетателе до некоторой степени сжатия, плотность не увеличивается на то же самое значение, потому что при сжатии увеличивается температура, и воздух расширяется обратно в прямой зависимости оттого, насколько он нагрет. Хотя воздушный заряд после сжатия окажется более плотным, его плотность будет всегда меньше, чем степень повышения давления, как показано на рисунке. Усилия разработчиков, направленные на использование эффективных компрессоров и промежуточных охладителей позволяют относительной плотности все ближе и ближе приблизиться к значению степени сжатия, но полное совпадение величин никогда не достигается.

Расход воздуха

Расход воздуха через двигатель обычно измеряется в кубических метрах воздуха в минуту при стандартном атмосферном давлении. Технически правильный, но реже используемый термин - килограммы в минуту. Мы будем использовать полуправильный термин «кубические метры в минуту».

Для вычисления расхода воздуха в двигателе без турбонагнетателя т.е. при отсутствии наддува:

формула 3

Здесь расход воздуха выражается в м3, а объем в см3, 0,5 означает, что у четырехтактного двигателя воздух в цилиндр поступает только во время одного оброта из двух, Ev - объемная эфёктивность. Чисто 1000000 служит для конвертации кубических сантиметров в кубические метры.

  Пример: Пусть объем двигателя = 2000 см3, частота вращения двигателя = 5500 мин-1, и Ev = 85 %.

 формула 4

Определив изначальный расход воздуа через двигатель, можно найти итоговый расход при работе с наддувом. Степень повышения давления, умноженная на расход воздуха через двигатель даст нам искомый расход (при пренебрежении объемным к.п.д. . В двигателе объемом 2000 см3, работающем с наддувом 0,8 бара:

Расход воздуха = Повышение давления х Базовый расход воздуха =1,8*4,675 м3/мин = 8,415 м3/мин

Чтобы преобразовать м3/мин к более правильному термину кг/мин, м3/ мин надо умножить на плотность воздуха на высоте географического места (см. таблицу).

расход воздуха

Значение расхода воздуха для четырех тактных двигателей. Выберите объем двигателя (ось абсцисс) и обороты в минуту, на оси ординат отсчитайте расход.

КПД компрессора

Эффективность (КПД) компрессора - это показатель того, как хорошо компрессор может сжимать воздух, не нагревая его в большей степени, чем диктуют законы термодинамики. Термодинамика говорит, что температура воздуха должна увеличиваться пропорционально степени повышения давления. Такое увеличение температуры наблюдалось бы в идеальных условиях. Однако фактически температура всегда выше, чем в термодинамических расчетах. Измеренное увеличение температуры, конечно, является фактической температурой. Эффективность (КПД) - расчетное увеличение температуры, разделенное на её фактическое увеличение. По сути, эффективность - мера термодинамического совершенства компрессора.

Центробежные компрессоры имеют максимальный КПД порядка 70%. Выбор размера компрессора становится, главным образом, вопросом того, где достигает максимума эффективность компрессора относительно характеристик расхода системы двигатель/турбина. Если Вам понятен физический смысл степени повышения давления, относительной плотности, расхода воздуха и эффективности компрессора, основная информация, необходимая для выбора компрессора под Ваши задачи, находится у Вас в руках.

Принято считать, что до 0,5 бара - низкое давление наддува, 0,5 - 0,8 бара - среднее, и более 0,8 бара - высокое давление наддува. В дальнейшем, на примере двигателя объемом 2000 см3 с несколькими вариантами компрессоров будут показаны примеры вычислений и поиска максимума эффективности.

На рисунке показано влияние эффективности компрессора на температуру впускного воздуха. Вообще, КПД компрессора без промежуточного охладителя должен составлять по меньшей мере 60%. Если система включает промежуточный охладитель, минимальный КПД может быть несколько меньше (см. главу "Промежуточное охлаждение").

Высота над уровнем моря (м) Атмосферное давление (кг\см3) Температура (оС ) Относительная плотность
0 1.03 15 1.0
200 1.0 13.7 0.98
400 0.98 12.6 0.96
600 0.96 11.1 0.94
800 0.93 9.8 0.93
1000 0.91 8.5 0.91
1200 0.89 7.2 0.89
1400 0.87 5.9 0.87
1600 0.85 4.6 0.85
1800 0.83 3.3 0.84
2000 0.31 2.0 0.82
2200 0.79 0.7 0.8
2400 0.77 -0.6 0.79
2600 0.75 -1.9 0.77
2800 0.73 -3.2 0.75
3000 0.71 -4.5 0.74

 

Зависимости давления воздуха, температуры и относительной плотности от высоты места

Имея расчетные величины расхода воздуха и степени повышения давления на примере двигателя объемом 2000 см\ любой вполне способен взять в руки карты компрессоров и проверить, где расположена максимальная эффективность каждого из них, чтобы выбрать наиболее подходящий. Построим расчетные данные: расход воздуха 8,415 м3/мин и PR = 1,8 на осях карты компрессора. Пересечение этих двух линий показывает максимальный расход, который компрессор может обеспечить при выбранной степени повышения давления, и эта точка отображает эффективность в процентах на каждой карте. Таким образом, мы можем узнать КПД в этой точке, которая устанавливает пригодность того или иного компрессора для нашего конкретного применения. На рисунке  пересечение этих линий находится на линии 75 . На рисунке 2 пересечение находится фактически в точке максимальной эффективности, однако КПД будет всего около 71.На карте компрессора теперь наглядно видно, что компрессор Garreit G7255-R хотя и подходит по своей эффективности, но его максимальная эффективность меньше чем компрессора Garrett GT2S60R5.

гаретт

Компрессор Garrett GT2860RS. Цифры справа - число оборотов турбины в минуту. Видно, что линия соединяющая точки PR=1 и РК=1,8 проходит за границей устойчивой работы компрессора.

 

 

гаретт 2

Компрессор Garrett GT2557R, не смотря на КПД, меньший чем у Garrett GT2860RS, лучше подходит для заданного применения.

Характеристики переходных процессов компрессора в случае конкретного применения также должны быть исследованы перед окончательным выбором. Это может быть сделано довольно простым способом. Предположим, что желаемая степень сжатия достигается на 50 % от максимальных оборотов двигателя. Отметьте эту точку на диаграмме компрессора. Выше был упомянут пример с оборотами в минуту = 2750, что соответствует точке с расходом воздуха 4,27 мЗ/мин и PR = 1,8. Постройте линию от этой точки до точки, соответствующей PR = 1 и значению расхода, равному 20% от максимального, что в нашем случае составит 1,68 м3/мин. Принципиально важно, чтобы эта линия полностью располагалась справа от линии на карте компрессора, обозначенной как граница помпажа. Граница помпажа (граница устойчивой работы) не всегда подписывается на картах компрессора, но Вы можете смело полагать, что ею является крайняя левая линия. Этот пример показывает, что компрессор Garrett GT2557R, при КПД 71%, лучше подходит для выбранного применения чем Garrett GT2860RS, с КПД 75%.

Эффективность комперссора

Температура нагрева воздуха в компрессоре в зависимости от степени повышения давления. Вот почему все хотят обеспечишь самую высокую возможную эффективности компрессора: большая эффективность - более низкая температура.

Выбор размера турбины

Предполагаемое применение системы двигатель+турбонагнетатель является также основным критерием при выборе размера турбины, поскольку определяет выбор между моментом на низких, средних или максимальных оборотах двигателя. При этом выборе приходится иметь дело с двумя величинами: основной размер турбины и отношение площадь/радиус (A/R).

Основной размер турбины

Предполагается, что основной размер турбины характеризует её способность производить мощность на валу, необходимую для привода компрессора при желаемом расходе воздуха. Поэтому большие турбины, вообще говоря, обеспечивают более высокие отдаваемые мощности, чем небольшие. Для простоты картины оценивать размер турбины можно по диаметру её выходного отверстия. Строго говоря, эго является упрощением теории турбин, однако на практике такой подход даёт возможность оценить способность турбины обеспечить тот или иной расход.

Диаграмма диаметра выходного отверстия турбины относительно расхода воздуха на впуске - не точный инструмент для выбора, но приблизительный критерий первоначального отсеивания.

турбиан

Определение диаметра выходного отверстия

 Разумный метод выбора турбины состоит в том, чтобы проконсультироваться с источником, у которого Вы приобретаете турбонагнетатель. Конечно, при выборе будет существовать возможность допустить ошибку в ту или иную сторону. И так как выбор происходит в пределах первоначального предназначения системы турбонаддува; имеет смысл выбирать каждый раз запас в большую сторону.

Выбор отношения A/R

диамтр выхода

 Приблизительный диаметр выходного отверстия турбины, требуемый для привода компрессора при заданном расходе воздуха

В то время как основной размер турбины является критерием расхода газа через турбину, отношение А/R даёт инструмент точного выбора из диапазона основных размеров. Чтобы легко понять идею отношения А/R, представьте кожух турбины в виде конуса, обернутого вокруг вала в виде спирали. Распрямите этот конус и отрежьте небольшой кусок на некотором расстоянии от конца. Отверстие в конце конуса -выходное сечение кожуха. Площадь этого отверстия это и есть «А» в отношении A/R. Размер отверстия существенен, поскольку он определяет скорость, с который выходят отработанные газы из улитки турбины и попадают на ее лопатки. При любом заданном расходе газов для увеличения скорости их истечения требуется уменьшение площади выходного отверстия. Эта скорость имеет существенное значение для управления частотой вращения турбины. Необходимо иметь в виду, что площадь выхода влияет на побочный эффект обратного давления отработанных газов и, таким образом, оказывает влияние на процессы, протекающие в камере сгорания двигателя. «R» в отношении A/R - расстояние от центра площади сечения в конусе до оси вращения вала турбины.

диаметры

Определение отношения A/R 

Все «А», разделенные на соответствующие им «R», дадут одинаковый результат: AR  где A-Area, R-Radius

«R» тоже оказывает сильное влияние на управление скоростью турбины. Представьте, что кончики лопаток турбины движутся с той же скоростью, что и газ, когда он попадает на лопатки. Отсюда легко понять, что чем меньше «R», тем выше частота вращения турбины. Следует заметить, что увеличение «R» дает прирост момента на валу турбины для привода рабочего колеса компрессора, поскольку та же самая сила (поток выхлопных газов) прикладывается на большем плече рычага (R). Это позволяет приводить большее рабочее колесо компрессора, если этого требуют условия применения. Тем не менее, чаще всего при выборе турбины варьируют параметр «А», в то время как радиус остается постоянным.

дисметры угла

 Увеличение скорости вращен и я турбины, которая зависит от отношения А/R, почти всегда достигает с изменением площади выходного сечения кожуха турбины при остающемся неизменном радиусе.

Выбор, который кажется логичной отправной точкой для отношения A/R - это одно, а фактически полученный правильный результат - это совсем другое. Обычно неизбежны пробы и ошибки.

давдение на входе

Эффект изменения отношения А/R,все прочие параметры неизменны.

Разумный выбор может быть обоснован количественным образом или, в некоторой степени, качественной характеристикой адекватности реакций турбосистемы. Количественная оценка требует измерения давления в выпускном коллекторе или на входе турбины и сравнения его с давлением наддува. Результатом неправильного выбора отношения А/R может стать увеличение инерционности наддува, если отношение слишком велико. Отношение А/R может быть столь большое, что не позволит турбонагнетателю развить обороты, достаточные для достижения желаемого давления наддува. Если отношение, напротив, чрезмерно мало, реакция турбонагнетателя может быть столь быстра, что будет казаться нервной и трудной для управления. Результат проявится и в виде отсутствия мощности в верхней трети диапазона оборотов двигателя. Это будет похоже на атмосферный двигатель с небольшим карбюратором, у которого закрыта воздушная заслонка.

Разделенный выхлопной коллектор

Разделенный выхлопной коллектор позволяет импульсам выхлопных газов быть сгруппированными (или отделенными) по цилиндрам на пути к турбине. Ценная идея такого технического приёма состоит в том, чтобы донести энергию каждого импульса выхлопа к турбине нетронутой и не взаимодействуют,ей с энергией других импульсов. Это может давать турбине немного больший толчок, который заставит ее вращаться. Если рассматривать случай абсолютного разделения импульсов и энергии, подводящихся по выхлопным каналам от восьмицилиндрового двигателя, то турбина получит большее количество энергии, чем это необходимо почти в любой ситуации. Таким образом, разделенный выхлопной коллектор не будет давать значительного улучшения на V8 с одним турбонагнетателем. Для сравнения, четырехцилиндровый двигатель, в котором один рабочий ход происходит каждые 180° вращения коленчатого вала, нуждается во всей энергии, которую он может получить от каждого выхлопного импульса. Сохранение этих импульсов изолированными и не подверженными интерференции позволит получить некоторые улучшения.

под

Кожух турбины с разделенным входом теорети чески дает небольшое преимущество в характеристиках, обеспечивая подачу импульсов выхлопа в плотной связке к турбине. Этот эффект более заметен в случае двигателей с меньшим числом цилиндров, имеющих таким образом меньшее количество импульсов за каждый оборот двигател.

Две турбины или одна?

Существуют несколько причин для ложного предоставления о целесообразности использовании двух турбин там, где могла бы работать одна. Вероятно, наиболее популярное мифическое преимущество двух турбин взамен одной связано со снижением инерционности. Это заблуждение вообще трудно оправдать. Разделение пополам энергии выхлопа, подаваемой в каждую из двух турбин пропорционально квадрату инерции и кубу расхода газов, необязательно способствует уменьшению инерционности. Несколько турбин подразумевают большее количество мощности, которая, в том числе, является функция от эффективности турбонагнетателя. При прочих равных условиях, большой турбонагнетатель более эффективен, чем малый.

Для использования двух турбин должны существовать серьезные основания. В частности, такой вариант может быть актуальным в случае V-образных или горизонтальных оппозитных двигателей. Конструкция выпускного коллектора - один из ключей к получению большой мощности, и компоновка с двумя турбонагнетателями, вообще говоря, может сделать конструкцию более совершенной. Потери тепла в окружающую среду из перекрестной трубы в V-образньгх двигателях может быть значительна. Помните, что это та самая теплота, которая приводит в действие турбину.

Компоновка с двумя турбонагнетателями обычно требует двух вестгейтов. Другая, не менее важная задача - синхронизация этих двух вестгейтов, может быть достигнуто намного лучшее управление скоростью турбины при низких давлениях наддува. Стабильность давления наддува при высоких расходах газов также улучшена. Если используются внешние вестгейты, в отличии от интегрированных, фактическое проходное сечение для отрабо танных газов может быть увеличено, установив отдельные выхлопные трубы для вестгейтов.

Большая площадь сечения выхлопа для турбины - это всегда усовершенствование системы. Выхлопные трубы от двух турбин будут фактически всегда давать большее увеличение расхода. Например, две трубы диаметром 50 мм обеспечивают существенно большее проходное сечение, чем одна труба диаметром 75 мм.

Еще одна причина превосходства двух турбин при известных условиях то, что теплота разделяется между двумя агрегатами, позволяя каждому, работать с более низким подводом тепла. Теплота, поглощенная материалом турбонагнетателя пропорциональна температуре газов и их массовому расходу. Температура останется тот же самой, но массовый расход газа будет уменьшен вдвое. Таким образом рабочую температуру турбонагнетателя можно понизить, а его предполагаемый срок службы несколько увеличить.

Полезные детали конструкции

Корпус подшипника турбонагнетателя с жидкостным охлаждением.

Подшипник с жидкостным охлаждением - разновидность конструкции, которая может увеличить срок эксплуатации турбонагнетателя в среднем в два раза. Наличие потока охлаждающей жидкости существенно снижает нагрев смазочных материалов при их прохождении через подшипники. Пониженные температуры предохраняют масло от превращения в то, что называют маслом марки X в рекламе Mobil 1. Твердые отложения, накапливающиеся внутри турбонагнетателя, блокирующие, в конечном счете, поток масла и убивающие турбонагнетатель, являются страшной болезнью, названной "коксующиеся подшипники" (См. главу "Смазка турбонагнетателя") Жидкостно охлаждаемый подшипник был создан, потому что слишком многие владельцы автомобилей не удосуживались менять масло по графику, продиктованному наличием турбонагнетателя. Как ни странно, присутствие подшипника с жидкостным охлаждением не предполагает серьезное увеличение интервалов замены масла. Следуйте наилучшей возможной комбинации: и подшипники с жидкостным охлаждением и сокращенные интервалы замены масла.

Поворотная секция турбонагнетателя.

Возможность поворота одной секции турбонагнетателя относительно другой является полезной особенностью конструкии. Хотя интегрированный весггейт предлагает ряд удобств при проектировании неспортивных систем турбонаддува, он обычно не позволяет трем секциям турбонагнетатель (турбина, подшипник и компрессор) поворачиваться на 360" относительно друг друга. Ограничение поворота секций может серьезно препятствовать свободе компоновки системы турбонаддува в моторном отсеке.

Соединения турбонагнетателя.

Фланцы кожуха турбины, которые соединяют турбонагнетатель с выпускным коллектором и выхлопной трубой - два наиболее вероятных места неисправностей в системе. Тепловые деформации, конструкция крепежа и прокладок - всё это нельзя сбрасывать со счетов. Вообще говоря, фланцы с большим количеством крепёжных элементов и более толстыми секциями перенесут нагреве меньшим количеством проблем. Некоторые турбины используют для кожуха турбины жаропрочные сплавы с повышенным содержанием никеля. Такие материалы дают заслуживающее внимания увеличение стойкости к высокой температуре и вследствие этого увеличивают долговечность кожуха выхлопа.

Выход компрессора почти всегда имеет соединение при помощи гибкого патрубка. Гибкость в этом соединении обычно необходима для компенсации возникающих тепловых деформаций турбонагнетателя. Системы с высоким уровнем наддува могут потребовать установки соединительного стержня на выходном патрубке для обеспечения прочности воздуховода, подверженного значительным растягивающим усилиям.

На входе компрессора также применяются соединения с использованием гибких патрубков. Их применение допускается в тех системах, где перед турбонагнетателем к воздуху не примешивается топливо. При расположении нагнетателя после карбюратора (в системах с протяжкой воздуха через карбюратор), использования любых резиновых деталей между карбюратором и турбонагнетателем нужно избежать, поскольку топливо будет разрушающе воздействовать на резиновый патрубок. Патрубок большого диаметром позволяет использовать больший диаметр входа в нагнетатель. Большой диаметр на входе обеспечивает низкие потери, а это жизненно необходимо для компрессора. Будьте уверены, что все патрубки и соединения достаточно жестки, чтобы избежать деформации от небольшого разрежения, созданного воздушным фильтром и расходомерами воздуха, если они имеются.

Garrett Ball Bearing CHRA58 enl

Узел подшипника турбонагнетателя с рубашкой водяного охлаждения обеспечивает повышенный ресурс турбонагнетателя и более продолжительные интервалы замены масла.

Итоги главы

Насколько важен правильный выбор размера турбонагнетателя?

Правильно подобранный турбонагнетатель обеспечит умеренные обороты порога наддува, некритичное сужение системы, низкую температуру на впуске, и невысокое давление в выпускном коллекторе. Человек, умеющий читать и пользоваться телефоном, вполне может выбрать правильный размер турбонагнетателя. Никакой фундаментальной науки, никакого волшебства, только немного размышлений и аргументированных оценок. Например, Вы хотите самый низкий порог наддува? Хорошо, это возможно, если Вы проводите все время в пробках. Это - единственный случай, когда важен низкий порог наддува. Будьте уверены - более низкий порог наддува - меньше лошадиных сил. С другой стороны, если вашей целью является максимальная мощность, турбонагнетатель требуемого размера, скорее всего, не будет производить никакого давления наддува до верхней половины диапазона оборотов.

Это неприемлемо с точки зрения гибких требований, предъявляемых к уличному турбонагнетателю. Необходим компромисс, не скатывайтесь до низкого уровня журналистов, утверждающих, что качество системы турбонаддува характеризуется тем, сколь малые обороты нужны ей от двигателя, чтобы она создала давление наддува.

Модель турбонагнетателя влияет на его характеристики?

Нет. Фактически все турбонагнетатели долговечны, эффективны и отвечают предъявляемым требованиям. Характеристика турбокита никоим образом не связана с моделью турбонагнетателя, если эта модель не является единственным турбонагнетателем требуемого размера, доступным для применения. Некоторые конструкции имеют интегрированные вестгейты. Такое исполнение вестгейта требует немного большего количества работы, чтобы сделать его столь же эффективным, как внешний вестгейт. В этом случае модель турбонагнетателя влияет на его характеристику, но только из-за интегрированного вестгейта.

Сдвоенные турбины дают какое-либо преимущество?

Иногда. Двигатель объемом более 3000 см3 может получить пользу от применения двух турбин. Две небольшие турбины могут слегка снизить инерционность турбосистемы, в противоположность одному большому турбонагнетателю, и обеспечивают лучший баланс между характеристиками наддува на низких и максимальных оборотах. При объеме более чем 5000 см3, две турбины действительно станут необходимостью. Не подумайте, что парные турбины по существу более мощны, просто при этом накладывается друг на друга слишком много прочих факторов.

Что означает эффективность (КПД) компрессора, и почему она важна?

Эффективность (КПД) компрессора не означает ничего иного, как реальную температуру воздуха, выходящего из турбонагнетателя при наддуве, относительно расчетного значения, основанного на термодинамических уравнениях. Вычислите одно значение, измерьте другое, разделите расчетное значение на измеренное, и Вы получите эффективность компрессора. Соответствие эффективности компрессора конкретному двигателю важно в том, чтобы максимум эффективности компрессора находился где-нибудь около пика мощности или максимальных оборотов двигателя, чтобы компрессор давал самую низкую возможную тепловую нагрузку. "Высокоэффективный" является выражением дилетантов, изобретенным случайными авторами для описания турбонагнетателей, обеспечивающих давление наддува на низких оборотах. Если что-то может быть совершенно неправильным, то это - пример того. Давление наддува на низких оборотах означает небольшой компрессор, который является неэффективными на высоких оборотах. Таким образом, он производит высокие температуры и является как раз противоположностью "высокоэффективному"

Давление в выпускном коллекторе влияет на характеристики?

Да. Давление в выпускном коллекторе - критерий того, насколько хорошо турбоагрегат подобран для конкретного двигателя. Давление в выпускном коллекторе не должно превышать давление наддува более чем в два с половиной раза. Это соблазняет изготовителей турбокита использовать слишком малые турбины только для того, чтобы выдавать давление наддува на низких оборотах. Низкий порог наддува может быть и полезным, но переусердствовать при этом означает получить серьезную (20 % или около того) потерю мощности на оборотах выше средних. Необходимый баланс между наддувом на низких оборотах и наддувом на максимальных оборотах - задача проектирования, которую должен решать каждый изготовитель турбокита. Вообще говоря, меньшее давление в выпускном коллекторе означает большее количество лошадиных сил. Другими словами, большие турбины бегают быстрее.

 

 

Прочитано 3300 раз

Понравилось?! Не забудь поделиться! ;-)

    

Есть что рассказать? Тогда вам сюда...

--->

Мы в соцсетях