Применение преобразователей импульсов

Как отмечено выше, недостатки системы импульсного наддува возрастают у двигателей с числом цилиндров, некратным трём. Причём, эти недостатки тем больше, чем выше степень наддува. В то же время желательным является применение импульсов для улучшения приёмистости и для улучшения работы системы наддува на малых нагрузках и низких частотах вращения. Известны следующие пути решения этих задач.

Применяются четырёхимпульсные системы коллекторов (объединение в одном коллекторе выпусков из четырёх цилиндров для двигателей с числом цилиндров, кратным 4).

Применение преобразователей импульсов.

Применение комбинированных решений (сочетание импульсного наддува с преобразователями импульсов, а также систем с уравнительными ресиверами и многоимпульсными преобразователями).

Во всех этих случаях турбокомпрессор обладает меньшим числом разделённых входов. Благодаря этому пропадают периоды, когда по отдельным вводам к турбине вообще не подводится газ (повышается КПД турбокомпрессора). Повышается КПД двигателя, благодаря уменьшению работы выталкивания газа поршнем (в такой системе турбина имеет меньшее количество входом, сечения их повышенные, импульс выпуска попадает в сечение повышенного сечения и давление в выпускном коллекторе во время выталкивания снижается быстрее).

При выпуске, создающем четыре симметричных импульса в коллекторе, для ограничения помех от последующего импульса, выпускной клапан закрывают раньше – через 15 – 25 ⁰ п. к. в. после ВМТ (рис. 6.15).

Рис. 6.15. Изменение давления перед турбиной (р₃) и в цилиндре (р_ц) при четырёх симметричных импульсных выпусках в один трубопровод.

Правда, в этом случае давление в выпускном коллекторе поднимается выше давления в цилиндре ещё при открытом выпускном клапане. Однако, обусловленные этим обратные забросы газов всё же не столь существенны, если учесть, что забрасывается не ОГ, а смесь ОГ с воздухом.

При использовании импульсных преобразователей, как и при чисто импульсном наддуве применяются выпускные трубопроводы малого сечения и те же группировки цилиндров. Однако, ввод газа в турбину не разделён, а трубопроводы объединяются перед турбиной в преобразователе импульсов (рис. 6.16).

Рис. 6.16. Схема элементарного преобразователя импульсов.

Строго говоря, преобразователь импульсов содержит выпускные коллектора 1 (рис. 6.17) от двух цилиндров, объединяющиеся в единый эжектор 2. Здесь потенциальная энергия давления импульса частично преобразуется в кинетическую энергию. Поступая затем в диффузор 3, газы вновь теряют кинетическую энергию, которая преобразуется в энергию давления, и поступают в камеру 4 перед турбиной. Характеристики изменения давления в точках 1 и 4 показывают трансформацию величины давления газов в коллекторе перед турбиной в зависимости от времени. Следует отметить, что так как указанные преобразования энергии сопряжены с большими потерями, то часто отказываются от применения диффузора, ограничиваясь смесительной трубой (как на рис. 6.16) в которой отдельные потоки газа обмениваются импульсами.

Рис. 6.17. Схема преобразователя полного импульса.

За счёт выбора размеров выпускного коллектора, смесительной трубы и сечения турбины можно добиться, чтобы волны давления, направляющиеся в соседний трубопровод, были малы, что обеспечивает хорошую продувку цилиндра. А вследствие равномерного подвода газов к турбине её КПД значительно возрастает, по сравнению со случаем разделённого подвода газов к турбине.

Первые конструкции преобразователей импульсов связаны с именем Бирмана. Предложенное им решение показано на рис. 6.18.

Рис. 6.18. Схема преобразователя импульсов Бирманна.

В данном случае сделана попытка объединить достоинства системы наддува постоянного давления и импульсной. Как видно на схеме, выпуски из цилиндров объединяются в один коллектор, проходя короткие эжекторы, где импульсы давления преобразуются в кинетическую энергию, затем газы поступают в диффузоры, в которых кинетическая энергия преобразуется в энергию давления нового импульса, импульса другой формы. Эжекторы одновременно подсасывают газ из длинного коллектора рециркуляции отработавших газов из турбины на вход выпускного коллектора. Увеличение расхода газа и возрастание его скорости в последующем диффузоре обеспечивает более эффективное повышение давления. Очевидно, что создание такой системы достаточно сложно, требует тщательного исследования и доводки.

Импульсные преобразователи успешно применяются для объединения двух трубопроводов, в каждый из которых осуществляется выпуск от двух цилиндров (два импульса), например, на восьмицилиндровых двигателях. Применимы они для объединения трубопровода, в который проводится выпуск (два импульса), с трубопроводом с одним импульсом при пяти- и семицилиндровых двигателях (рис. 6.19).

Рис. 6.19. Примеры схем объединения выпусков разных цилиндров с использованием преобразователей импульсов.

Дата добавления: 2014-12-26