Конструкции турбокомпрессоров

Турбокомпрессор с клапаном перепуска отработавших газов двигателя При проектировании ДВС одной из основ­ных целей является достижение высокого крутящего момента в диапазоне низких скоростных режимов работы двигателя. Поэтому корпус турбины проектируется в расчёте на небольшой массовый расход от­работавших газов, например, при полно­стью открытой дроссельной заслонке и частоте вращения < 2000 мин¹. При боль­шем расходе часть отработавших газов на этом режиме должна перепускаться мимо турбины в систему выпуска, для того чтобы турбокомпрессор не мог превысить давле­ние наддува. Перепуск газов осуществля­ется через клапан перепуска (8 на рис. 14). Перепускной клапан в виде створчатой за­слонки обычно встраивается в корпус тур­бины.

Рис.13

1-Компрессор 2-Вал турбокомп­рессора 3-Газовая турбина

4-Вход отработав­ших газов двига­теля 5-Выход сжатого воздуха

Клапан перепуска газов приводится в дей­ствие от управляющего клапана 6, который соединяется с импульсным клапаном 1 пневматической линией 2. Импульсный клапан служит для изменения давления наддува в зависимости от пускового элект­рического сигнала электронного блока уп­равления (ECU). Этот пусковой сигнал яв­ляется функцией текущего значения давле­ния наддува, информация о котором поступает от датчика давления наддува (BPS).

Когда давление наддува низкое, то импульс­ный клапан поддерживает в пневматичес­кой линии небольшое давление, соответс­твующее сигналу от электронного блока управления. В этом случае управляющий клапан закрывает клапан перепуска газов, и практически весь поток отработавших газов поступает в турбину. Если, с другой стороны, давление наддува оказывается слишком большим, то им­пульсный клапан по пусковому сигналу поднимает давление в пневматической ли­нии. Тогда управляющий клапан открывает клапан перепуска газов 8, и часть отрабо­тавших газов перепускается мимо тур­бины.

Турбокомпрессор с изменяемой геометрией турбины (VTG - Variable Turbine Geometry) Другим способом ограничения расхода от­работавших газов через турбину при высо­ких значениях частоты вращения двига­теля может быть применение изменяемой геометрии турбины (рис. 15). Турбокомп­рессоры с изменяемой геометрией турбины находятся на уровне передовой техники и применяются в современных дизелях, но пока ещё их использование в бензиновых двигателях не стало успешным из-за высо­ких термических напряжений, что связано со значительно более высокими темпера­турами отработавших газов.

Регулирование угла поворота лопаток 3 соп­лового аппарата турбины приводит к изме­нению его проходного сечения и, следова­тельно, расхода газов через турбину в соот­ветствии с требуемым давлением наддува. При низких значениях частоты вращения двигателя проходное сечение соплового аппарата при повороте лопаток уменьша­ется, соответственно увеличивается ско­рость потока газов в турбине, что приво­дит к увеличению скорости вращения ко­леса турбины (рис. 15а).

Рис. 14

1-Импульсный клапан 2-Пневматичес­кая управляю­щая линия 3-Компрессор 4-Газовая турбина

5-Вход свежего воздуха 6-Управляющий клапан давле­ния наддува 7-Отработавшие газы

8-Клапан пере­пуска газов 9-Перепускной канал (байпас)

10 - Пусковой уп­равляющий сигнал на импульсный клапан

V_T -Объёмный расход газов через турбину

V_we - Объёмный расход газов, проходящих через клапан перепуска

р₂ - Давление наддува

р_в - Давление на диафрагме управляющего клапана

При высоких значениях частоты вращения поворотные лопатки 3 открывают большее проходное сечение соплового аппарата, в результате чего скорость потока отрабо­тавших газов уменьшается, что приводит к уменьшению частоты вращения колеса турбины и, следовательно, к снижению давления наддува (рис. 15b). Достаточно просто регулировать угол на­клона лопаток соплового аппарата поворо­том регулировочного кольца 2. В этом слу­чае требуемый угол поворота направляю­щих лопаток обеспечивается или непосредственно регулирующими рыча­гами 4, закреплёнными на лопатках, или регулирующими кулачками. Поворот регу­лировочного кольца осуществляется пнев­матически через барометрический привод 5, управление которым осуществляется с использованием разрежения или избыточ­ного давления. Такой механизм регулиро­вания получает пусковые сигналы от сис­темы управления двигателя, так что давле­ние наддува устанавливается на оптимальном уровне в соответствии с ра­бочим режимом двигателя.