Применение турбонаддува на двигателях внутреннего сгорания имеет широкие перспективы в производстве двигателей для катеров. Главное его преимущество — возможность существенно повысить мощность при неизменном рабочем объеме и практически без увеличения габаритов двигателя. Поэтому процесс внедрения турбонаддува на судовых две идет довольно интенсивно и, что особенно важно для малого судостроения, — осваивается выпуск дизелей с турбонаддувом средней и малой (30 л. с.) мощности.
Как известно, принцип наддува — подача дополнительного количества воздуха в цилиндры двигателя, что позволяет сжечь в них больше топлива. Эта задача решается при помощи компрессора, на выходе которого воздух имеет повышенное давление и с достаточно большой скоростью проходит во впускной тракт двигателя. Компрессор приводится во вращение небольшой газовой турбиной, утилизирующей энергию отработавших газов двигателя. Выхлопные газы покидают цилиндр со значительной скоростью, обладая высокой, до 500°С, температурой и давлением до 2,4 бара. Эти факторы обусловливают большой запас кинетической энергии, передаваемой на лопатки рабочего колеса турбины, которая может развить скорость вращения свыше 100 000 об/мин.
Проходя через турбокомпрессор, горячие газы сильно его нагревают, а так как компрессор объединен с турбиной общим кожухом, то часть тепла переходит к нагнетаемому воздуху. Кроме того происходит дополнительный нагрев воздуха вследствие его сжатия в компрессоре. В результате воздух, поступающий в камеру сгорания цилиндра, уже имеет температуру порядка 150°С. Это невыгодно, так как горячий воздух занимает при равном давлении больший объем, чем воздух холодный. Но, несмотря на это, эффект турбонаддува может быть достаточно высоким — мощность двигателя возрастает на величину от 30 до 40%.
Можно добиться лучших результатов, если охладить сжатый воздух, выходящий из компрессора. Ведь масса холодного воздуха больше, чем горячего. Следовательно, большее его количество можно подать в цилиндр, а это, в свою очередь, даст возможность сжечь в нем еще больше топлива.
В качестве холодильника используется воздушно-водяной медный радиатор. В нем через каналы с малым поперечным сечением протекает холодная вода, а температура проходящего между ними горячего воздуха из компрессора вследствие теплообмена значительно понижается — со 150 примерно до 40°С. Благодаря этому получается прирост мощности двигателя еще на 20—25%.
В оптимальном случае одноступенчатый турбокомпрессор позволяет практически удвоить мощность двигателя.
Для двигателя внутреннего сгорания, оснащенного турбонаддувом, большое значение имеет бесперебойное поступление значительной массы воздуха. Такие даигатели потребляют вдвое больше воздуха, чем не имеющие турбонаддува. У катерных установок с двигателями мощностью свыше 100 л. с. воздух поступает в камеру сгорания не из моторного отсека, а снаружи — непосредственно из атмосферы. Двигатели малой мощности обычно забирают воздух из отсека, и в случае применения турбонаддува необходимо предусмотреть хорошую вентиляцию моторного отсека.
Большой объем воздуха, потребляемый двигателями с турбонаддувом, выдвигает требование непременного наличия высокоэффективных воздушных фильтров. Посторонние частицы в любом случае вредны для двигателя, но для турбины ТКР они просто губительны. Ее рабочее колесо вращается со скоростью до 100 000 об/мин (1800 об/с), а при такой скорости мельчайший дефект на поверхности лопаток турбины может вызвать резкий ее дисбаланс, что чревато весьма серьезными последствиями. Поэтому требования к качеству воздушных фильтров предъявляются очень строгие.
Небольшие дизели снабжают преимущественно воздушными фильтрами простейших типов: масляными или сухими. Конструктивно масляный фильтр может представлять собой закрепленные на специальных держателях металлические сетки, по которым разбрызгивается масло. Посторонние частицы из проходящего сквозь такой фильтр воздуха улавливаются маслом и увязают в нем. В фильтре, устроенном по принципу масляной ванны, воздух пропускается над поверхностью масла, в котором и оседают содержащиеся в воздушном потоке частицы. Фильтры сухого типа делают обычно из бумаги, и их фильтрующий элемент предназначается лишь для однократного использования.
Долгое время распространение катерных двигателей с турбонаддувом сдерживалось незначительным объемом выпуска дополнительного оборудования — ТКР, холодильников воздуха и т. п. и, вследствие этого, их высокой стоимостью. В настоящее время за рубежом появляются все новые и новые модели турбокомпрессоров для судовых дизелей средней и малой мощности. И можно считать, что именно турбонаддув стал основным средством решения старой задачи: как создать малогабаритный двигатель большой мощности.
Кстати, турбокомпрессор занимает сравнительно мало места на двигателе и практически не увеличивает его габариты. О весовых же характеристиках можно судить по следующим примерам.
Четырехцилиндровый дизель фирмы «Янмар» (рабочий объем 1,644 л, максимальная мощность 29,5 кВт) при отсутствии турбонаддува имеет массу 226 кг. При установке турбокомпрессора и холодильника его мощность повышается до 44,2 кВт, а масса — до 246 кг. По сравнению с обычным вариантом этого двигателя, масса увеличивается всего на 20 кг, а прирост мощности составляет 14,7 кВт, т. е. более чем на 50%. Удельная масса такого двигателя составляет всего 5,6 кг/кВт.
Читайте также: Лодочные моторы виды ног
Еще один пример: трехцилиндровый дизель из серии «Вольво-2000». Его рабочий объем 1,28 л, мощность 20,5 кВт, а масса 159 кг. Оборудование этого двигателя турбонаддувом позволяет снимать с него мощность 32 кВт при собственной массе 182 кг. Масса возрастает на 23 кг, а прирост мощности — 11,5 кВт, что опять же более чем на 50% превышает мощность без турбонаддува! Удельная масса и в этом случае равна 5,6 кг/кВт.
Мы намеренно приводим в качестве примера двигатели малой мощности, так как для них турбонаддув еще сравнительно в новинку. Приведенные цифры дают ясное представление о том, какие возможности предоставляет этот технический принцип.
Обратимся теперь к рассмотрению эффекта применения турбонаддува в двигателях средней мощности. В качестве примера приведем данные по модели дизеля «Вольво» MD-31. Рабочий объем четырех цилиндров этого дизеля составляет 2,4 п, он выпускается в трех исполнениях: атмосферном (MD-31A), с турбокомпрессором (TMD-31A) и с турбокомпрессором вместе с холодильником (TAMD-31A). На графике приведены кривые максимальной мощности Ne и удельного расхода топлива ge в зависимости от частоты вращения и для различных исполнений этого двигателя. Атмосферный вариант развивает наибольшую мощность 46 кВт при 3500 об/ мин, двигатель с турбонаддувом — 74 кВт при 3800 об/мин, а оборудованный еще и холодильником — 96 кВт при тех же 3800 об/мин.
Особый интерес представляют кривые удельного расхода топлива. Заметим, что при частоте вращения менее 2250 об/мин оба варианта с турбонаддувом на каждый киловатт развиваемой мощности потребляют топлива значительно больше, чем в обычном двигателе. Но при более высокой скорости вращения картина меняется: удельный расход топлива в вариантах «Турбо» резко падает и преимущества турбонаддува становятся неоспоримыми. При 3000 об/мин двигатель с турбокомпрессором и холодильником имеет минимальный расход 240 г/кВт·ч (176,5 г/л.с.·ч). Минимальный расход топлива у «атмосферного» двигателя составляет 245 г/кВт·ч.
Приведенные здесь цифры справедливы только в том случае, когда двигатель работает с полной нагрузкой, т. е. развивает всю возможную при данной частоте вращения мощность. Для судового двигателя необходимым условием этого является подбор такого гребного винта, который при максимальных оборотах двигателя воспринимал бы его полную мощность. При любой другой частоте вращения двигатель оказывается существенно недогруженным.
Графически это условие представлено точками пересечения внешних характеристик с винтовыми характеристиками — зависимостью мощности, потребляемой оптимальным гребным винтом, от частоты вращения. Для рассматриваемых моделей двигателей эти точки соответствуют частоте вращения 3800 и 3500 об/мин.
При 3000 об/мин удельный расход топлива скорее всего будет существенно превышать приведенные выше цифры, так как двигатель будет не полностью загружен. Например, при 22S0 об/мин гребной винт сможет снять с двигателя TAMD-31А всего 20 кВт, в то время как дизель способен развить при этой частоте вращения 60 кВт.
Таким образом, турбонаддув обеспечивает экономию топлива при условии, что двигатель работает в режиме, близком к максимальной мощности. Особенно целесообразно применение двигателей с турбонаддувом на быстроходных глиссирующих катерах, где важно уменьшение удельной нагрузки из расчета на каждый киловатт мощности.
Видео:Cамый мощный лодочный мотор в мире Seven Marine 557 и 627 л.c. 6,2 V8Скачать
Турбонаддув и надежность лодочного двигателя
Статьи о турбонаддуве, опубликованные в «КиЯ» №134 и №145, привлекли внимание не только профессионалов, но и механиков-любителей. В редакцию журнала поступают письма, в которых читатели интересуются возможностью установки турбокомпрессора (чаще всего типа ТКР-7 от нового трактора «Беларусь») на тот либо иной дизель.
К сожалению, в статьях освещается только один аспект применения турбонаддува — повышение мощности ДВС, но совершенно не уделяется внимания повышению напряженности его работы.
Так, при установке турбокомпрессора ТКР-7 на тракторный дизель «Д-240» для того, чтобы сохранить моторесурс, пришлось провести значительный объем доработок дизеля. С целью понижения температуры поршня в районе коренных подшипников были установлены специальные форсунки, подающие масло на днище поршня. Поршни были изготовлены с нерезистовой вставкой для верхнего кольца, которому для предотвращения закоксовывания придано трапециевидное поперечное сечение. Применены более качественные материалы для коленчатого вала, шатунов и вкладышей. Усилено крепление маховика к коленчатому валу; седла клапанов выполнены вставными из более жаропрочного материала, улучшена смазка клапанов и их уплотнение. Изменены фазы газораспределения, установлены новые форсунки, увеличена производительность плунжерных пар.
Читайте также: Упор для лодочного мотора с11012
Таким образом, установка турбонаддува заставила конструкторов доработать многие основные узлы двигателя. Применение турбонаддува без соответствующей подготовки может существенно понизить моторесурс и надежность двигателя.
Установка ТКР на серийные автотракторные двигатели оправдана только для спортивных целей и для быстроходных катеров, когда мощности двигателя недостаточно для выхода на глиссирование (на подводные крылья). После выхода на режим, во избежание быстрого износа мощность необходимо уменьшить так, чтобы она соответствовала мощности базового двигателя. Контроль ведется по часовому расходу топлива.
Во всех случаях целесообразно использовать охлаждение воздуха после компрессора. Для этих целей можно попытаться использовать радиатор от автомобильного отопителя, пропуская через него забортную воду. Возможно, что для эффективного охлаждения потребуется соединить два радиатора последовательно.
При установке турбокомпрессора на дизель необходимо увеличить производительность секций насоса высокого давления вывинчивая болт жесткого упора до заметного повышения дымности выхлопа. Ведь расход топлива должен повыситься пропорционально росту мощности при неизменной номинальной частоте вращения (она зависит только от регулировки центробежного регулятора).
Видео:Лодка 10.000л.с с разгоном до 400км.ч за 3 секунды! Как это устроено? Top Fuel HydroСкачать
Великолепная «семерка», или еще раз о турбонаддуве
После публикации в №134 «КиЯ» статьи «Что может турбонаддув» автор получил множество писем самого разного содержания: это и технические вопросы, и просьбы помочь установить турбокомпрессор (ТКР) на катере или автомобиле, вопросы по приобретению ТКР и т. д. Эти письма в определенной степени стимулировали экспериментальную работу по оборудованию турбонаддувом двигателя «ВАЗ-2103», установленного на автомобиле «Жигули-2107». Этот автомобиль был предоставлен нашей творческой группе днепропетровским центром научно-технического творчества «Импульс». Думаем, что результаты нашей работы представят интерес и для водномоторников, поскольку на подавляющем большинстве быстроходных катеров — спортивных и прогулочных — используются серийные автомобильные двигатели.
Напомним, что двигатель «ВАЗ-2103» имеет рабочий объем 14S8 см 3 и развивает номинальную мощность 77 л. с. при 5600 об/мин. Главную цель, которую мы перед собой ставили, — показать возможность увеличения максимальной мощности серийного карбюраторного автомобильного двигателя с помощью турбонаддува на 15—20% без снижения надежности двигателя и изменения серийности основных узлов и деталей. Одновременно предполагалось оценить эффект снижения удельного расхода топлива.
Для проведения работ был выбран самый малый из серийно выпускаемых в СССР по ГОСТ 9658—66 турбокомпрессор ТКР-7 с радиальной центростремительной турбиной, диаметром рабочих колес 74 мм, степенью повышения давления Пк=1,6, расходом воздуха 0,4 кг/с.
Столь значительное повышение давления горючей смеси на впуске в данном случае излишне и могло бы привести к преждевременному выходу из строя двигателя — прогоранию поршней, обгоранию выпускных клапанов и т. п. Поэтому решено было ограничить степень повышения давления величиной порядка 1,2, что обеспечило увеличение мощности двигателя на 15—20%. С этой целью был уменьшен подвод отработавших газов в турбокомпрессор путем установки перепускного патрубка, отводящего часть газов в выпускную трубу мимо турбины, и применены сменные дросселирующие шайбы на впуске в ТКР.
Для отработки компоновки ТКР был изготовлен специальный стенд, имитирующий двигатель. На нем были установлены штатный выхлопной и впускной коллекторы двигателя, к которым подсоединялись турбинный и компрессорный тракты ТКР с учетом минимальных потерь давления, прочности конструкции и размещения в пределах моторного отсека автомобиля «ВАЗ-2107». Здесь же определили способ установки карбюратора и воздушного фильтра, конфигурацию и крепление маслопроводов, расположение термопар и датчиков давления.
Турбокомпрессор был размещен со стороны впускного и выпускного коллекторов двигателя. Его ось ориентирована параллельно коленчатому валу двигателя. Приемный патрубок турбины и выпускной коллектор соединены короткими трубами, обеспечившими плавное сопряжение. Отработавшие газы из ТКР отводятся по специальному патрубку в приемную трубу глушителя, которую пришлось доработать для этой цели.
Конструкция подшипника скольжения ТКР предполагает его смазку под давлением. Масло сюда поступает из основной масляной магистрали двигателя, работающей под давлением, направляется через переходник, ввертываемый в резьбовое гнездо штатного датчика аварийного давления масла. Отработанное масло из ТКР сливается в масляный поддон картера двигателя самотеком. В нижней части переходника через медные уплотнительные кольца закрепляется ниппель трубки подвода масла к ТКР. В верхнюю часть вворачивается ниппель с трубкой для замера давления масла в системе, соединенной со стрелочным манометром непосредственного действия со шкалой измерения до 6 кгс/см 2 .
Читайте также: Мотор изменить одну букву чтобы получилось
Для монтажа турбокомпрессора в моторном отсеке автомобиля «ВАЗ-2107» пришлось перенести аккумулятор в левую часть отсека. С двигателя снимаются воздушный фильтр и карбюратор и на штатную площадку карбюратора через паронитовую прокладку устанавливается приемный алюминиевый патрубок, который закрепляется болтами. Штатная приемная труба удаляется.
На шпильки выхлопного коллектора через штатную прокладку устанавливается и закрепляется газоподводящий патрубок. Снизу вводится доработанная приемная труба глушителя и через медную прокладку соединяется с треугольным фланцем перепускной трубы газоподводящего патрубка. На горизонтальный фланец, патрубка устанавливается и закрепляется ТКР. В выпускной тракт ТКР вводится цилиндрическая законцовка отводящего патрубка с уплотнительным кольцом, после чего прямоугольный фланец патрубка закрепляется через медную прокладку на приемной трубе ТКР.
Между приемным и выпускным патрубками, а также патрубком компрессора ТКР устанавливается соединительный патрубок диаметром SO мм и закрепляется ленточными хомутами.
На выходе компрессора ТКР устанавливается входной алюминиевый патрубок и закрепляется через дюритовую муфту ленточными хомутами. К горизонтальному фланцу входного патрубка при помощи штатных шпилек через штатную паронитовую прокладку крепится карбюратор.
Короткие штатные тяги привода дроссельной заслонки и вторая справа прижимная пластина крышки головки блока удаляются. Вместо прижимной пластины устанавливается кронштейн привода дроссельной заслонки, на котором монтируются кулисы и длинные тяги привода дроссельной заслонки. На специальном штуцере входного патрубка закрепляется трубопровод гидровакуумного усилителя, подсоединяются датчики и указатели приборов. Затем устанавливается штатный воздухофильтр со штатным подсоединением трубы вентиляции картера.
Для сравнения показателей двигателя до и после установки турбокомпрессора были проведены испытания серийного автомобиля и оборудованного ТКР. В программу входили скоростные испытания на горизонтальном участке, испытания на подъеме, а также испытания на приемистость.
Контроль за температурой газов перед турбиной осуществлялся с помощью авиационного термометра со шкалой измерения до 950°С. Термопара датчика устанавливалась по оси газового потока в подводящем патрубке ТКР.
Температура наддувочного воздуха контролировалась авиационным термометром ТЦТ-13 со шкалой измерения до 300°С. Термопара датчика закреплялась на штатном впускном патрубке двигателя.
Разрежение и наддув в системе измерялись авиационным мановакуумметром МВ-16У со шкалой измерения от 350 до 1600 мм рт. ст.
Давление масла в системе контролировалось при помощи стрелочного манометра непосредственного действия со шкалой измерения до 6 кгс/см 2 .
Анализируя итоги проведенной работы, можно с уверенностью сказать, что ТКР-7 можно разместить в моторном отсеке любого автомобиля из семейства «ВАЗ» (кроме моделей 2108, 2109 без изменения серийности деталей и узлов. Двигатель с ТКР пускается без затруднений и устойчиво работает во всем диапазоне частот вращения. Ресурс ТКР соизмерим с ресурсом двигателя.
Давление наддува при 4000—4100 об/мин начинает превышать атмосферное давление 720 мм рт. ст. по прибору), т. е. при зтом режиме обеспечивается форсаж приблизительно на 20 %, что положительно сказывается на динамике разгона. При старте с места автомобиль «ВАЗ-2107» с ТКР при нагрузке четыре человека достигает скорости 100 км/ч за 18 с; этот же показатель у автомобиля без ТКР составляет 24 с.
При всех режимах температура двигателя с ТКР не отличалась от таковой на серийном автомобиле. Влияние отбора масла из главной магистрали на смазку ТКР проявляется в понижении давления масла на 0,1—0,2 кгс/см 2 в системе двигателя при частоте вращения 4500 об/мин и выше, что не выходит за пределы нормального.
Что касается экономичности, то удельный расход топлива (из расчета на 1 л. с./ч) у двигателя, снабженного ТКР, снизился на 15—20%.
Во время испытаний выявились и недостатки установки. Например, при эксплуатации на автомобилях с объемом двигателя 1200—1500 см 3 желательно применение ТКР меньших размеров 1 , так как при переменном режиме работы, свойственном автомобильным двигателям, проявляется некоторая инертность ТКР при изменении режима. Для катерных двигателей, работающих практически в постоянном режиме, это несущественно.
В описанной установке выход на необходимое давление наддува (1,2 кгс/см 2 ) приходится осуществлять подбором дросселирующих шайб, что очень трудоемко и занимает много времени. В дальнейшем предполагается установить клапан в газоподводящем канале, который будет срабатывать при достижении определенного давления нагнетаемой топливо-воздушной смеси.
И последнее, пожалуй, самое главное. Приобрести ТКР за наличный расчет нельзя (нами использован списанный и восстановленный ТКР). Однако, учитывая, что в кругах водномоторников, раллистов и автолюбителей к установке проявляется огромный интерес. Днепропетровский центр — НТТ «Импульс» решил изучить спрос и организовать изготовление установок с ТКР для автомашин и судовых двигателей на базе автомобильных.
- Свежие записи
- Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
- Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
- Какие моторы бывают у стиральных машин
- Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
- Как снять стопорную шайбу с вала
💥 Видео
Первый запуск и обкатка.. самого быстрого мотора YAMAHA 9.9 4 такта SUPER TURBO..! ШОК!!!Скачать
Сделал на авто турбину из болгарки. Решение как дёшево поднять мощность.Скачать
Как Выбрать ТурбинуСкачать
Безбашенные тайландские драг лодкиСкачать
Сатанистская бричка. Лодка с турбо-дизельным мотором.Скачать
✅Лютые ГОНКИ НА САМОДЕЛЬНЫХ ЛОДКАХ с Турбо Дизельным ДВИГАТЕЛЕМ в Таиланде 😱 Drag Racing в БангкокеСкачать
Турбо лодочный мотор Меркури 115 л сСкачать
Электро турбина на АВТО!!Скачать
YAMAHA F9.9 JMHS ЯМАХА Ф9.9 4 ТАКТА ПВХ ФЛАГМАН 320 НДНД СКОРОСТНОЙ ОБЗОР ОБЗОР НА МОТОРСкачать
4-х тактный лодочный мотор. Пром образец.Скачать
Наддув ДВС. Как работает турбонаддув?Скачать
Турбо-нагнетательный выхлоп на АВТО, прибавка мощности около 20Скачать
Электро Турбины! Спасение ДВС!Скачать
Насос для лодки - сделай сам. Накачает за минуту.Скачать
Обзор моторов Ямаха F9.9/F15/F20. Раздушка F9.9 в 20 сил ВОЗМОЖНА!!!!Скачать
Самые мощные лодочные моторыСкачать
супер лодочный мотор ХАНКАЙ 6 обкатка на чистой воде СаратовСкачать
ТУРБОНАДДУВ с помощью СТАРТЕРАСкачать
