Турбо-дизель
Термин турбодизель , также пишется как турбодизель и турбодизель , относится к любому дизельному двигателю, оснащенному турбонагнетателем . Как и в случае с другими типами двигателей, турбонаддув дизельного двигателя может значительно повысить его эффективность и выходную мощность, особенно при использовании в сочетании с промежуточным охладителем . [ 1 ]
Турбирование дизельных двигателей началось в 1920-х годах с крупных судовых и стационарных двигателей. Грузовики стали доступны с турбодизельными двигателями в середине 1950-х годов, а в конце 1970-х годов последовали легковые автомобили. С 1990-х годов степень сжатия турбодизелей падает.
Принцип
[ редактировать ]Дизельные двигатели обычно хорошо подходят для турбонаддува по двум причинам:
- «Бедное» соотношение воздух-топливо , возникающее, когда турбокомпрессор подает в двигатель избыток воздуха, не является проблемой для дизельных двигателей, поскольку регулирование крутящего момента зависит от массы топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания (т. е. воздуха). соотношение топлива), а не количество топливовоздушной смеси. [ 2 ]
- Дополнительное количество воздуха в цилиндре из-за турбонаддува эффективно увеличивает степень сжатия, что в бензиновом двигателе может вызвать преждевременное зажигание и высокую температуру выхлопных газов . Однако в дизельном двигателе топливо не присутствует в камере сгорания во время такта сжатия , поскольку оно добавляется в камеру сгорания незадолго до того, как поршень достигнет верхней мертвой точки. Таким образом, преждевременное зажигание не может произойти. [ 3 ]
В бензиновых двигателях с турбонаддувом интеркулер . для охлаждения всасываемого воздуха и, следовательно, увеличения его плотности можно использовать [ 4 ]
История
[ редактировать ]Турбокомпрессор был изобретен в начале 20 века Альфредом Бючи , швейцарским инженером и руководителем исследования дизельных двигателей в компании по производству двигателей Gebrüder Sulzer . Первоначально турбокомпрессор предназначался для использования в дизельных двигателях, поскольку в патенте Бючи 1905 года отмечалось повышение эффективности, которое турбокомпрессор мог обеспечить дизельным двигателям. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] Однако первые серийные двигатели с турбонаддувом были произведены только в 1925 году. Это были 10-цилиндровые турбодизельные судовые двигатели, использовавшиеся на немецких пассажирских судах Preussen и Hansestadt Danzig . [ 8 ] [ 9 ] Турбокомпрессор увеличил выходную мощность с 1750 л.с. (1287 кВт) до 2500 л.с. (1839 кВт). [ 10 ] В 1925 году Бючи изобрел последовательный турбонаддув, который, по мнению Хельмута Пухера (2012), положил начало современной технологии турбонаддува. [ 11 ]
К концу 1920-х годов несколько производителей, таких как Sulzer Bros., MAN, Daimler-Benz и Paxman, производили большие турбодизели для морского и стационарного использования. [ 12 ] [ 13 ] Последующие усовершенствования в технологии сделали возможным использование турбокомпрессоров на двигателях меньшего размера, которые работали на более высоких оборотах, поэтому турбодизельные локомотивы начали появляться в конце 1940-х годов. [ 14 ] [ 15 ] В 1951 году компания MAN построила прототип двигателя K6V 30/45 мГА мощностью 1 МВт, который имел для своего времени исключительно низкий расход топлива — всего 135,8 г/л.с. (184,6 г/кВтч), что эквивалентно КПД 45,7%. . [ 16 ] Это стало возможным благодаря усовершенствованной конструкции турбокомпрессора, состоящей из пятиступенчатого осевого компрессора в сочетании с девятиступенчатым радиальным компрессором и промежуточным охладителем. [ 17 ]
Использование турбодизельных двигателей в дорожной технике началось с грузовиков в начале 1950-х годов. Прототип грузовика MAN MK26 был представлен в 1951 году. [ 18 ] за ним в 1954 году последовала серийная модель MAN 750TL1 с турбодизелем. [ 19 ] Грузовик Volvo Titan Turbo также был представлен в 1954 году. [ 20 ] К концу 1960-х годов спрос на все более мощные двигатели для грузовиков привел к тому, что турбодизели стали производить компании Cummins , Detroit Diesel , Scania AB и Caterpillar Inc.
В 1952 году Cummins Diesel Special стал первым автомобилем с турбонаддувом, участвовавшим в автогонках Индианаполис 500 и завоевавшим поул-позицию. [ 21 ] Автомобиль был оснащен рядным шестицилиндровым двигателем объемом 6,6 л (403 куб. Дюймов) мощностью 283 кВт (380 л.с.). [ 22 ] [ 23 ]
Исследования небольших турбодизельных двигателей для легковых автомобилей проводились несколькими компаниями в 1960-х и 1970-х годах. В 1963 году компания Rover построила прототип четырехцилиндрового турбодизельного двигателя объемом 2,5 л. [ нужна ссылка ] и Mercedes-Benz использовал пятицилиндровый турбодизельный двигатель с промежуточным охлаждением в экспериментальном автомобиле Mercedes-Benz C111-IID 1976 года . [ 24 ]
Первым серийным автомобилем с турбодизелем стал седан Mercedes-Benz 300SD (W116) , который продавался в США с середины 1978 года и оснащался OM617 . пятицилиндровым двигателем [ 25 ] Год спустя Peugeot 604 D Turbo стал первым турбодизельным автомобилем, проданным в Европе. Автомобили с турбодизелем начали широко производиться и продаваться в Европе в конце 1980-х - начале 1990-х годов, и эта тенденция продолжается и по сей день. [ 26 ] [ 27 ]
С 1990-х годов степень сжатия турбодизельных двигателей снижается из-за лучшей удельной мощности и лучших характеристик выбросов выхлопных газов двигателей с турбонаддувом и более низкой степенью сжатия. Раньше двигатели с непрямым впрыском имели степень сжатия 18,5 или выше. После внедрения двигателей Common Rail в конце 1990-х годов степень сжатия снизилась до диапазона от 16,5 до 18,5. Некоторые дизельные двигатели, выпущенные с 2016 года в соответствии с нормами выбросов выхлопных газов Евро-6, имеют степень сжатия 14,0. [ 28 ] : 182-183
Характеристики
[ редактировать ]Турбонаддув может значительно увеличить выходную мощность дизельного двигателя, приближая пиковое соотношение мощности к весу к эквивалентному бензиновому двигателю. [ 29 ]
Улучшения в мощности, экономии топлива, а также шуме, вибрации и жесткости турбодизелей как малой, так и большой мощности за последнее десятилетие стимулировали их широкое распространение на определенных рынках, особенно в Европе, где их (по состоянию на 2014 год) насчитывается более 50. % регистрации новых автомобилей. [ 30 ] [ 31 ] Турбодизели обычно считаются более гибкими для использования в автомобилестроении, чем без наддува дизельные двигатели . Турбодизели могут быть спроектированы так, чтобы иметь более приемлемое распределение крутящего момента в диапазоне скоростей, или, если они созданы для коммерческого использования, могут быть спроектированы так, чтобы улучшать выходной крутящий момент на заданной скорости в зависимости от конкретного использования. Безнаддувные дизели, почти без исключения, имеют более низкую выходную мощность, чем бензиновые двигатели той же мощности, и в то же время требуют более прочных (и, следовательно, более тяжелых) внутренних компонентов, таких как поршни и коленчатый вал, чтобы выдерживать более высокие нагрузки, характерные для дизельного двигателя. более высокая степень сжатия . Эти факторы приводят к тому, что безнаддувные дизели имеют плохое соотношение мощности к весу. Турбокомпрессоры весят очень мало, но могут обеспечить значительное повышение мощности, крутящего момента и эффективности. Установка турбокомпрессора может довести соотношение мощности к весу дизельного двигателя до того же уровня, что и у эквивалентного бензинового двигателя, что делает турбодизели желательными для использования в автомобилях, где производители стремятся к сопоставимой выходной мощности и управляемости во всем диапазоне, независимо от типа. выбранного силового агрегата.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Циннер, Карл; Пухер, Хельмут (2012), Наддув двигателей внутреннего сгорания (на немецком языке) (4-е изд.), Берлин/Гейдельберг: Springer, стр. 7–8, 106, ISBN 978-3-642-28989-7
- ^ Пишингер, Стефан; Зайферт, Ульрих (2016). Справочник Vieweg по автомобильным технологиям (на немецком языке) (8-е изд.). п. 348. ИСБН 978-3-658-09528-4 .
- ^ Рейф, Конрад (2017). Основы устройства транспортных средств и двигателей (на немецком языке). п. 16. ISBN 978-3-658-12635-3 .
- ^ Чёке, Хельмут; Молленхауэр, Клаус; Майер, Рудольф (2018). Ручные дизельные двигатели (на немецком языке) (8-е изд.). п. 702. ИСБН 978-3-658-07696-2 .
- ^ Ванн, Питер (11 июля 2004 г.). Porsche Turbo: Полная история . Моторбукс Интернешнл.
- ^ Греш, М; Ньюнес, Теодор (29 марта 2001 г.). Производительность компрессора: аэродинамика для пользователя .
- ^ «Дизельный и газотурбинный прогресс». Дизельные двигатели, Inc. 26 . 1960.
- ^ «На этой неделе турбокомпрессору исполняется 100 лет» . www.newatlas.com . 18 ноября 2005 г. Проверено 29 сентября 2019 г.
- ^ Дуг Вудьярд (ред.): Морские дизельные двигатели и газовые турбины Паундера , 9-е издание, Баттерворт-Хайнеманн, 2009 г., ISBN 9780080943619 , с. 192
- ^ Циннер, Карл; Пухер, Хельмут (2012), Наддув двигателей внутреннего сгорания (на немецком языке) (4-е изд.), Берлин/Гейдельберг: Springer, стр. 20, ISBN 978-3-642-28989-7
- ^ Циннер, Карл; Пухер, Хельмут (2012), Наддув двигателей внутреннего сгорания (на немецком языке) (4-е изд.), Берлин/Гейдельберг: Springer, стр. 21, ISBN 978-3-642-28989-7
- ^ Международный судостроительный и морской инжиниринг . 56 . Уайтхолл Пресс. 1933 год.
{{cite journal}}: Отсутствует или пусто|title=( помощь ) - ^ Кларк, Дональд; Дартфорд, Марк; Штуттман, HS (1994). «Как это работает». Новая иллюстрированная энциклопедия науки и изобретений . 6 .
- ^ Иллюстрированная энциклопедия мировых железнодорожных локомотивов, П. Рэнсом-Уоллис, Courier Dover Publications, 9 марта 2001 г.
- ^ Уилсон, Джефф (1 декабря 2009 г.). Справочник модельера-железнодорожника по тепловозам . Издательство Калмбах.
- ^ Циннер, Карл; Пухер, Хельмут (2012), Наддув двигателей внутреннего сгорания (на немецком языке) (4-е изд.), Берлин/Гейдельберг: Springer, стр. 22, ISBN 978-3-642-28989-7
- ^ Циннер, Карл; Пухер, Хельмут (2012), Наддув двигателей внутреннего сгорания (на немецком языке) (4-е изд.), Берлин/Гейдельберг: Springer, стр. 22, ISBN 978-3-642-28989-7
- ^ «150 лет Рудольфу Дизелю — история MAN» . www.mantruckandbus.com . Архивировано из оригинала 2 июля 2012 года.
- ^ Типлер, Джон (1 августа 1999 г.). Грузовики .
- ^ «1950-е годы — Volvo Trucks» . www.volvotrucks.com . Архивировано из оригинала 27 января 2017 года . Проверено 29 сентября 2019 г.
- ^ «Высокие технологии возвращают Cummins Diesel Special обратно в Индианаполис» . www.cummins.com . Проверено 29 сентября 2019 г.
- ^ «История гонок Кевина Триплетта» . www.triplettracehistory.blogspot.com . 1 августа 2008 года . Проверено 29 сентября 2019 г.
- ^ «Cummins на Инди 500 — Дизельная аллея» . www.trucktrend.com . Август 2008 года . Проверено 29 сентября 2019 г.
- ^ «Мерседес-Бенц С 111» . www.mercedes-Benz.com . Проверено 29 сентября 2019 г.
- ^ Популярная наука (январь 1979 г.).
{{cite journal}}: Отсутствует или пусто|title=( помощь ) - ^ «Mercedes-Benz представляет новый вид мощного автомобиля: турбодизельный седан 300 SD». Ротарианец . Август 1978 года.
- ^ Петтитт, Джо (13 мая 2005 г.). Спортивные компактные турбины и нагнетатели . Компания КарТех Инк.
- ^ Меркер, Гюнтер П.; Тайхманн, Рюдигер (2014). Основы двигателей внутреннего сгорания, принципы их работы, моделирование, технология измерений (7-е изд.). Спрингер. ISBN 978-3-658-03195-4 .
- ^ Маккош, Дэн. «Сила будущего». Популярная наука (октябрь 1993 г.).
- ^ «Второе пришествие — Дизель в Америке» . www.economist.com . 26 октября 2006 г. Проверено 27 сентября 2019 г.
- ^ «Противоположная ставка Exxon на дизельное топливо». Международная Нью-Йорк Таймс . № 40, 847. 11 июля 2014. с. 15.