Турбонагнетатель в подробностях.

Требования к турбонагнетателям в течение прошедших лет постоянно изменялись. Если первое поколение предназначалось в основном для выработки дополнительной мощности, то сегодня турбонагнетатель служит в равной степени и улучшению эксплуатации двигателя. Они используются также и из экологических соображений - например, в дизельных двигателях для снижения выбросов частиц. Кроме того, дизели в результате использования турбонаддува приобрели и низкий удельный расход топлива по сравнению со своими собратьями без наддува.

Бензиновые двигатели также благодаря турбонаддуву добились своего наилучшего баланса расхода. Так называемые двигатели крутящего момента позволили себе «ленивый» режим управления при высоких передачах и ограниченной номинальной частоте вращения, и как следствие - меньше трения. В принципе повышается и механический коэффициент полезного действия от использования наддува в двигателях с малым рабочим объемом.

Естественно, что можно было бы и не рассматривать отдельно турбонагнетатель; в вышеупомянутых концепциях основную роль, разумеется, играют окружение двигателя, конструкция двигателя и его технические параметры, использование современных производительных электронных систем (например, систем регулирования давления наддува, управления детонацией), а также модернизация систем обогащения газовой смеси у бензиновых и прежде всего у дизельных двигателей. Без этого турбонагнетатель вообще не смог продемонстрировать в полной мере свои возможности.

Но тем не менее все-таки обратим свой взор к турбонагнетателю. «Голый» нагнетатель тоже шел собственным длинным путем к своим достоинствам (смотрите таблицу).

Источник: ККК

Исследование, выполненное ККК (в частности, «Turboladerfirma 3K Warner Turbo-System»), проведено на примере 1-литрового дизельного двигателя мощностью 51 кВт/70 л.с. Особенно четко проявляется прогресс в технологии турбонаддува, если задуматься над тем, что приведенный в таблице 45-миллиметровый нагнетатель четвертого поколения нашел применение и в более сильном двигателе (81 квт/11 0 л.с).

Но современный турбонагнетатель должен быть совершенно другой машиной не только благодаря своим характеристикам. Он обязан также подчиняться все возрастающему аспекту комфорта водителя. То, что предназначено для гармоничного развития сил и мощности, должно относиться также и к параметрам шумов автомобиля с наддувом.

Сегодня развитие турбонагнетателя идет значительно шире, и не только в виде некоего дополнительного компонента, привнесенного в двигатель. Чтобы вся концепция считалась обоснованной, следует учитывать и поведение турбонагнетателя сточки зрения акустики. Соответствующие требования в этом отношении к первому поколению турбонагнетателей не предъявлялись. У второго поколения добавились затем заданные параметры рабочей балансировки. Третье поколение помимо балансировки обнаружило еще и проблемы с пульсацией. И, наконец, четвертое поколение включило весь объем сервисных услуг производителей турбонагнетателей и дополнительно дорогостоящие испытания, на основе которых анализируют акустические свойства турбонагнетателя, рассчитывают их по заданным параметрам двигателепроизводителей и при необходимости корректируют.

К числу важнейших аспектов разработки турбонагнетателей относится и задача снижения момента инерции масс. С ним связан и также понижается параметр срабатывания при низких частотах вращения и нестационарном режиме эксплуатации. Непосредственно разработки в этом направлении были и до сих пор остаются самыми трудными, так как они предполагают более глубокое вмешательство в термодинамику и в эксплуатационные свойства нагнетателя, чем это можно было ожидать.

И это не значит сделать так, что просто у существующего нагнетателя уменьшить диаметр колеса. Требование, чтобы малый нагнетатель современного поколения по меньшей мере удовлетворял тем же параметрам производительности, что и крупный нагнетатель предыдущего поколения, и чтобы малый нагнетатель удовлетворил тот же мотор и с той же пропускной способностью при по меньшей мере одинаковом, а лучше большем коэффициенте полезного действия, что и его великовозрастный пандан, в большей мере обуславливается использованием «ноу-хау» и длительной опытно-конструкторской работой.

Добавляется и физическая закономерность: с уменьшением размера нагнетателя понижается и коэффициент полезного действия за счет потерь в зазорах. Поэтому требования к современному турбонагнетателю сравнимы с решением знаменитой задачи древности о построении квадрата, равновеликого данному кругу.

Важнейшим объектом дальнейших разработок должна стать задача установки роторов, которая предусматривает интеграцию упорного подшипника в радиальном положении. Это сокращает не только количество деталей, но и минимизирует затраты, связанные с трением. Дополнительно это сулит и улучшенный характер балансировки, что также влияет на акустические свойства турбонагнетателя.

Наддув на заказ

Половина забот оплачивается за счет нанимателя турбонагнетателя. Если двигатель должен сегодня одновременно исполнять нормативные требования в отношении температурного режима, хорошей подвижности, комфорта езды и не в последнюю очередь экономности, то нагнетатель должен быть строго согласован с двигателем. Он должен ему подходить, как сшитый на заказ костюм, а не должен быть или слишком мал, или слишком велик. Нагнетатель и двигатель должны вступить в гармоничный союз; и при этом только в том отношении, что непосредственно лопаточная машина, а именно нагнетатель и «паровая машина», а именно, двигатель внутреннего сгорания на основе своих противоположных рабочих характеристик вступают скорее в «свободный брак», а это, несомненно, представляет собой одну из сложных задач.

Согласование нагнетателя с двигателем может продолжаться месяцами. В процессе бесчисленного количества тестовых часов, проведенных на испытательных стендах и в автомобилях, после длительного процесса взаимной подгонки и настройки рождается оптимальный нагнетатель.