Возможность установки турбонаддува на двигатель легкового автомобиля

№68-1,

технические науки

Ввиду сложившихся на сегодняшний день во всем мире и в нашей стране жестких норм экологии перед производителями автомобилей основополагающей концепцией становится создание экономичных двигателей с характеристиками, удовлетворяющими потребностям потребителей и отвечающим действующим нормам экологии. Необходимость разработки нового двигателя возникает, когда выпускаемые двигатели не отвечают уровню развития двигателестроения или при изменении требований, предъявляемых потребителем: мощности, экономичности и экологических характеристик.

Похожие материалы

Для достижения высоких требований производство двигателей сводится к созданию как можно малых конструкций, уменьшению их масс, что для достижения высоких показателей мощности невозможно без применения наддува двигателя. Сегодня все двигатели, работающие на дизельном топливе, имеют наддув. На двигателях с искровым зажиганием применение наддува было ограничено возникновением детонации, но сейчас электронные системы управления двигателем позволяют с ней бороться вполне успешно.

Разработка полностью нового двигателя является экономически затратным механизмом. Совершенствование имеющихся в эксплуатации двигателей применением наддува становится необходимой ступенью в создании мощного, экономичного и экологичного двигателя ввиду меньшей цены на доработки, нежели создание новой конструкции. Поскольку применение наддува повышает литровую мощность, а значит и уменьшает удельный расход топлива, — на выходе двигатель меньшего литража с характеристиками, равными двигателям с двое большим объемом, при этом масса и габариты меньше, выбросы вредных веществ остаются на прежнем уровне, затраты на производство незначительны.

Цель работы рассмотреть возможность установки турбонаддува на двигатель легкового автомобиля.

Мощность двигателя напрямую связана с рабочим объемом цилиндров и количеством подаваемой в них топливо — воздушной смеси. То есть, чем больше в цилиндрах сгорает топлива, тем более высокую мощность развивает силовой агрегат. Количество подаваемой рабочей смеси можно увеличить за счет применения наддува, то есть повышения давления перед впускными органами.

При наддуве улучшается наполнение цилиндров свежим зарядом, что позволяет сжигать в цилиндрах большее количество топлива и получать за счет этого более высокую агрегатную мощность двигателя.

Перевод двигателя с четырехтактного на двухтактный цикл позволяет повысить мощность двигателя, но при этом ухудшится экономичность и токсичность отработавших газов, поэтому этот способ не может рассматриваться как способ совершенствования двигателей легкового автомобиля.

Основным элементом, создающим сопротивление, является охладитель наддувочного воздуха. Последний конструируют так, чтобы он существенно снижал температуру воздуха, но мало влиял на давление. Значения потерь давления в охладителе, величины давления за компрессором, степени повышения давления в компрессоре, температуры на входе в двигатель приведены в таблице 1.

Таблица 1. Расчетные данные по наддуву ДВС

Величина

Значение

Давление за компрессором, pK, МПа

0,1798

Степень повышения давления в компрессоре, πK

1,798

Температура воздуха за компрессором, T'K, К

373

Температура воздуха на входе в двигатель при использовании охладителя, TK, К

328

Прототип легкового двигателя (например, ВАЗ-21126) является рациональным выбором для создания проекта двигателя с турбонаддувом для повышения динамических и экономических параметров, ввиду особенностей своей конструкции и работы систем. Имеет четыре клапана на цилиндр, что благоприятно сказывается на значении коэффициента наполнения двигателя. На головке блока цилиндров впускной и выпускные системы разнесены по разные стороны относительно оси двигателя, это способствует правильной компоновке туркомпрессора относительно двигателя и упрощает конструкцию выпускного коллектора.

Блок цилиндров отливается из высокопрочного чугуна, имеет более высокие классы точности изготовления цилиндров, способный выдерживать повышенные нагрузки. При обработке покрытия стенок цилиндров применены самые современные технологии и финишная обработка с помощью плосковершинного хонингования, улучшающая возможности по смазке и теплообмену. В блок цилиндров установлены масляные форсунки в системе смазки для разбрызгивания масла под давлением на внутреннюю поверхность днища поршня, что является одним из необходимых мер при конструировании наддувных двигателей.

Двигатель отвечает требованиям экологического стандарта Евро-5. Его применение возможно расширить с помощью наддува, возможно применение на автомобилях старшего класса, к примеру на минивэнах, компактных кроссоверах. Исходя из опыта установки систем турбонаддува другими автопроизводителями с этой задачей он будет справляться успешно. Добавляя к системе наддува изменяемую геометрию впуска, изменение фаз газораспределения, непосредственный впрыск топлива и другие модификации, управляемые электроникой, базовая конструкция данного двигателя будет удовлетворять высоким требованиям потребителей и норм экологии по меньшей мере ближайшие 5 лет, а это не может не быть выгодным с экономической точки зрения.

Двигатель с наддувом — это комбинированный двигатель внутреннего сгорания,комбинация поршневого ДВС, лопаточных и поршневых машин сжатия,расширения, теплообменников. Термодинамически в таком двигателе единоерабочее тело совершает соответствующий единый рабочий цикл. Тепло,полученное от сгорания топлива (или топлив), преобразуется в механическуюработу. Полезная механическая работа может сниматься с коленчатого валапоршневой машины, с вала газовой турбины или с обоих валов.

Увеличение заряда цилиндра существенно повышает литровую мощность двигателя до 110…120 лошадиных сил на один литр рабочего объема. Что в свою очередь увеличивает мощность и крутящий момент двигателя при практически неизменных габаритах и весе силовой установки. Кроме того при заданной мощности можно получить двигатель более компактнее и меньшей массой.

Существенное изменение размеров двигателя приводит к снижению его стоимости. Цена двигателя с наддувом будет ниже, чем цена двигателя без наддува той же мощности.

Список литературы

  1. Двигатели внутреннего сгорания: учебник для вузов в 3 кн. Кн.1: Теория рабочих процессов / В. Н. Луканин; под ред. В. Н. Луканина, М. Г. Шатрова. – Изд. 4-е, перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 2010. – 479 с.
  2. Проектирование турбокомпрессоров для наддува поршневых двигателей внутреннего сгорания: учеб.пособие / А. А. Гаврилов, М. С. Игнатов. – Владимир: ВГУ, 2009. – 88 с. – ISBN 978-5-9984-0003-2.
  3. Агрегаты наддува двигателей: Учеб.пособие / Ю. Р. Вахитов. – Уфа: УГАТУ, 2012 г. – 158 с. – ISBN 978-5-4221-0351-5