Анализ существующих аналогов турбокомпрессоров | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 28 декабря, печатный экземпляр отправим 1 января.

Опубликовать статью в журнале

Библиографическое описание:

Анализ существующих аналогов турбокомпрессоров / М. С. Черепанов, Н. А. Кузьмин, Д. А. Рожков [и др.]. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 7 (297). — С. 62-67. — URL: https://moluch.ru/archive/297/67367/ (дата обращения: 18.12.2024).



Статья раскрывает сущность турбокомпрессоров, преимущества и недостатки их применения, а также проводится схематичный анализ по выбору наиболее альтернативного турбокомпрессора.

Ключевые слова: турбокомпрессоры.

Сферой использования турбокомпрессоров в механических транспортных средствах началось в 1938 году. Первый турбокомпрессор был установлен на Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobile Jetfire (рис.1) на заводе «Swiss Machine Works Sauer». После чего турбодвигатели нашли свое применение на спортивных автомобилях, в частности Formula 1.

56691490-770-0@2XC:\Users\Никита\AppData\Local\Microsoft\Windows\INetCache\Content.Word\sc0517-282488_1@2x.jpg

Рис. 1. Использование первых турбокомпрессоров на автомобилях Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobile Jetfire

В настоящее время на догах появляется все больше и больше машин, в частности это присуще к городской среде, где водитель в большинстве случаев значительную долю времени тратит на остановки, разгоны и торможения и всего лишь 1/5 приходится на равномерное движение. Однако каждая остановка, разгон или торможение приводит к тому, что энергия, которая появляется в ходе таких маневров безвозвратно теряется. Именно в этом заключается главная проблема, решения которой позволяет правильно распределить и направить данную энергию в необходимом количестве в камеру сгорания. Для решения данной проблемы, существуют огромное количество систем, принцип работы которых идентичен, но имеет характерные отличия.

Сущность новой системы заключается в подаче сжатого воздуха в гильзы цилиндра, но таких систем на данное время существует огромное количество: центробежный нагнетатель; система двухступенчатого регулируемого тубонаддува (Twin Turbo); механические нагнетатели; турбокомпрессор со вспомогательным электродвигателем;

Одной из систем, которая в свою очередь использует механическую мощность двигателя, а не выхлопных газов является центробежный нагнетатель (рис.2). Как в турбине, он использует крыльчатку для сжатия воздуха, поступающего извне, и принудительно направляет его в цилиндры двигателя. Главное конструктивное отличие, заключается в отказе от использования выхлопных газов для раскручивания крыльчатки, также обороты компрессора зависят от оборотов двигателя. В отрицательную сторону отмечается проблема, связанная с появлением «тубоям», помимо этого они очень сложны по своей конфигурации и тяжело эксплуатируемы [2].

568x390_centrobezhnyy-privodnoy-nagnetatel

Рис. 2. Центробежный нагнетатель

Наиболее усовершенствованной системой тубонаддува двигателей внутреннего сгорания является система Twin Turbo (рис.3). Данная система предполагает использование более одного компрессора для увеличения наполнения цилиндров на всех возможных режимах работы двигателей внутреннего сгорания.

dvigatel-s-turbonadduvom

Рис. 3. Двигатель внутреннего сгорания с системой двойного тубонаддува

Данная система предназначена для решения ключевой проблемы надувных двигателей, это ликвидация «турбоям» проявляющиеся при падении мощности на низких оборотах двигателя.

В Систему Twin Turbo входят три конструктивных подсистемы: параллельная; последовательная; ступенчатая.

Параллельная TwinTurbo (рис.4), включает в себя симметричную пару компрессоров, работающих одновременно и параллельно друг другу. Данная система применима на V-образных дизельных двигателях. Сущность турбокомпрессора заключается в подаче воздуха во впускной коллектор соответствующей группы цилиндров. Инертность в данных компрессорах значительно меньше, в связи с уменьшением массы ротора, вследствие чего ширина «тубоямы» существенно уменьшается, а следовательно, двигатель показывает неплохие характеристики во всем диапазоне оборотов.

ris-2

Рис. 4. Параллельная TwinTurbo

Последовательная Twin Turbo (рис.5) включает в себя также два соизмеримых турбокомпрессора, но работа компрессоров имеет отличительные черты. Первый тубокомпрессор работает постоянно, а второй в свою очередь включается в работу на определенных режимах работы двигателя, то есть в зависимости от частоты оборотов и нагрузки приходящиеся на поршневую группу.

Переходный режим обеспечивает электронная система управления, которая служит регулятором потока отработавших газов ко второму турбокомпрессору с помощью специального клапана.

Без имени

Рис. 5. Схема последовательного TwinTurbo: 1 — перепускной клапан наддува; 2 — клапан управления подачей воздуха; 3 — датчик разности давления; 4 — клапан управления подачей отработавших газов; 5 — вторичный тубокомпрессор; 6 — интеркуллер; 7 — первичный турбокомпрессор; 8 — перепускной клапан отработавших газов

Двухступенчатый Twin Turbo (рис.6) является самой совершенной в техническом плане системой двухступенчатого тубаноддува. Сущность данного тубокомпрессора заключается в том, что двигатель работая на низких оборотах захватывает в оборот только первую турбину, которая имеет минимальную инерцию, для приведение в действие второй турбины необходим рост оборотов ля открытия перепускного клапана, как только возникает соответствующее давление на вторую турбину, она начинает интенсивно раскручиваться пропуская через себя часть отработавших газов [3].

Без имени

Рис. 6. Схема регулируемого двухступенчатого тубонаддува: 1 — охладить надувочного воздуха; 2 — перепускной клапан наддува; 3 — турбокомпрессор ступени высокого давления; 4 — турбокомпрессор ступени низкого давления; 5 перепускной клапан отработавших газов

Довольно простым способом поднятия мощности мотора является механический наддув (рис.7). Данный наддув приводится в действие от коленчатого вала двигателя, компрессор в свою очередь закачивает воздух в цилиндры без задержки. Недостатками данного наддува является в первую очередь это отбор мощности от двигателя внутреннего сгорания, что в значительней мере уменьшает его коэффициент полезного действия, системы механического наддува очень громоздкие и занимают больше места сравнительно с другими, необходимо периодически наблюдать за приводом будь он сделан из зубчатого ремня или шестеренчатого привода [4].

snimok-9

Рис. 7. Механический наддув

В силу последних технологий компанией BMW был выставлен патент, сущность которого заключалось в разработке турбины с электродвигателем. Данный патент был одобрен, название он получил электрическая турбина (рис.8), данный компрессор обладает довольно неплохими положительными чертами, одна из которых отсутствие инертности, которая является главным недостатком обычной турбины. Также производители отмечают, что при использовании электротурбины не тратиться лишнее время на разгон, а также отсутствует задержка при ее остановке, что позволяет заглушить двигатель быстрее [5].

elekricheskaya-turbina

Рис. 8. Электрическая турбина

Анализируя данные турбокомпрессоры, приоритет стоит в использовании электрической турбины, она решает одну единственную главную проблему, связанную с появлением «турбоям», инертность в данном случае полностью отсутствует, также положительным является тот момент, что время необходимое на разгон данной турбины минимально. Однако данная турбина ввиду своих конструктивных особенностей будет дорогостоящей, а для ремонта ее потребуется обратиться к профессиональному специалисту, цены которого значительно выше, чем при ремонте обычной турбины.

Литература:

  1. https://ru.wikipedia.org/wiki/ %D0 %A2 %D1 %83 %D1 %80 %D0 %B1 %D0 %BE %D0 %BD %D0 %B0 %D0 %B4 %D0 %B4 %D1 %83 %D0 %B2
  2. https://1gai.ru/autonews/519966-v-chem-otlichiya-privodnogo-centrobezhnogo-nagnetatelya-i-turbiny.html
  3. ПДД пункт 1.2
  4. http://www.autoscience.ru/blog/sistema_twin_turbo/2016–12–20–118
  5. https://avtonov.info/turbo-nadduv-dvigatelja
  6. https://brturbo.ru/vsyo-o-turbinah/elektricheskaya-turbina.html
Основные термины (генерируются автоматически): внутреннее сгорание, система, двигатель, механический наддув, перепускной клапан, турбокомпрессор, центробежный нагнетатель, электрическая турбина, обычная турбина, перепускной клапан наддува.


Ключевые слова

турбокомпрессоры

Похожие статьи

Анализ конструктивных схем гибридных автомобилей

Статья раскрывает сущность гибридных автомобилей, принцип их работы, преимущества и недостатки, проводится сравнительный анализ с другими транспортными средствами, работа которых осуществляется другим источником энергии.

Применение редукторов в ветроэнергетических установках

В статье рассматриваются редукторные и без редукторные ВЭУ. Описываются их преимущества и недостатки, а также их принцип действия. Изучены несколько примеров без редукторных ветроустановок. Сравнение двух типов ВЭУ и выявление более выгодного типа.

Методы технического диагностирования дизелей

В статье анализируются эффективные методы и методики технического диагностирования дизельных двигателей внутреннего сгорания, выделяются наиболее перспективные из них. Определен перечень приоритетных параметров технического состояния, подлежащих диаг...

Использование композиционных материалов при проектировании ветроэнергетических установок

В статье описаны преимущества использования композиционных материалов при проектировании ветроэнергетических установок, рассмотрены основные виды композитов. Приведены данные о практическом применении композиционных материалов в ветроэнергетике. Осно...

Анализ конструктивных схем активного рулевого управления

Статья раскрывает сущность активного рулевого управления, принцип работы, преимущества и недостатки его применения, проводиться анализ и сравнение рулевых управлений, работающих по разным принципам. Кроме того, описывается проблема, связанная с обесп...

Конструктивный анализ усилителей рулевого управления

Статья раскрывает сущность усилителей рулевого управления, принцип работы, преимущества и недостатки его применения, проводится анализ и сравнение усилителей рулевого управления, работающим по разным принципам. Кроме того, описывается проблема, связа...

К вопросу повышения качественных показателей жидких углеводородов

В данной статье идет сравнение изобретений, предназначенных для стабилизации жидких углеводородов. Рассмотрены основные плюсы и минусы данных изобретений, возможности их использования на производстве. Главная задача — показать значимость данных устан...

Повышение эффективности использования автосамосвалов в условиях низких температур путём совершенствования конструкции автомобиля и модернизации процесса смазки

В статье предлагается усовершенствовать конструкцию автосамосвала и модернизировать процесс смазки подшипников скольжения ходовой части и подвески с целью повышения эффективности использования автосамосвалов в условиях низких температур.

Контроль качества коленчатых валов при их изготовлении

В данной работе предлагается способ построения простой и практичной модели распространенного машиностроительного изделия — коленчатого вала и обсуждаются методы распознавания, основанные на этой модели.

Регулирования параметров теплонасосной установки

В данной статье рассматривается устройство теплонасосной установки. Опи-сывается её область применения, основные технологические параметры и способы их ре-гулирования. Выдвинута гипотеза, что возможно использование второго компрессора вместо дросселя...

Похожие статьи

Анализ конструктивных схем гибридных автомобилей

Статья раскрывает сущность гибридных автомобилей, принцип их работы, преимущества и недостатки, проводится сравнительный анализ с другими транспортными средствами, работа которых осуществляется другим источником энергии.

Применение редукторов в ветроэнергетических установках

В статье рассматриваются редукторные и без редукторные ВЭУ. Описываются их преимущества и недостатки, а также их принцип действия. Изучены несколько примеров без редукторных ветроустановок. Сравнение двух типов ВЭУ и выявление более выгодного типа.

Методы технического диагностирования дизелей

В статье анализируются эффективные методы и методики технического диагностирования дизельных двигателей внутреннего сгорания, выделяются наиболее перспективные из них. Определен перечень приоритетных параметров технического состояния, подлежащих диаг...

Использование композиционных материалов при проектировании ветроэнергетических установок

В статье описаны преимущества использования композиционных материалов при проектировании ветроэнергетических установок, рассмотрены основные виды композитов. Приведены данные о практическом применении композиционных материалов в ветроэнергетике. Осно...

Анализ конструктивных схем активного рулевого управления

Статья раскрывает сущность активного рулевого управления, принцип работы, преимущества и недостатки его применения, проводиться анализ и сравнение рулевых управлений, работающих по разным принципам. Кроме того, описывается проблема, связанная с обесп...

Конструктивный анализ усилителей рулевого управления

Статья раскрывает сущность усилителей рулевого управления, принцип работы, преимущества и недостатки его применения, проводится анализ и сравнение усилителей рулевого управления, работающим по разным принципам. Кроме того, описывается проблема, связа...

К вопросу повышения качественных показателей жидких углеводородов

В данной статье идет сравнение изобретений, предназначенных для стабилизации жидких углеводородов. Рассмотрены основные плюсы и минусы данных изобретений, возможности их использования на производстве. Главная задача — показать значимость данных устан...

Повышение эффективности использования автосамосвалов в условиях низких температур путём совершенствования конструкции автомобиля и модернизации процесса смазки

В статье предлагается усовершенствовать конструкцию автосамосвала и модернизировать процесс смазки подшипников скольжения ходовой части и подвески с целью повышения эффективности использования автосамосвалов в условиях низких температур.

Контроль качества коленчатых валов при их изготовлении

В данной работе предлагается способ построения простой и практичной модели распространенного машиностроительного изделия — коленчатого вала и обсуждаются методы распознавания, основанные на этой модели.

Регулирования параметров теплонасосной установки

В данной статье рассматривается устройство теплонасосной установки. Опи-сывается её область применения, основные технологические параметры и способы их ре-гулирования. Выдвинута гипотеза, что возможно использование второго компрессора вместо дросселя...

Задать вопрос