Аннотация 2
Введение 4
1 Состояние вопроса, направление исследования 5
1.1 История развития турбонаддува и даунсайзинга 5
1.2 Технологии, связанные с одноступенчатыми турбокомпрессорами 13
1.3 Технологии многоступенчатого бустинга 20
2 Тепловой расчет проектируемого двигателя 26
3 Кинематический и динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя 53
3.1 Кинематический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя 53
3.2 Динамический расчет кривошипно-шатунного механизма двигателя 55
4 Анализ степени повышения давления при наддуве на рабочий процесс ДВС с турбонаддувом 64
4.1 Влияния степени повышения давления при наддуве на максимальную температуру и давление цикла 64
4.2 Влияния степени повышения давления при наддуве на эффективные показатели цикла 68
Заключение 72
Список используемых источников 74
Автомобили с двигателями внутреннего сгорания находятся под чрезвычайно высоким давлением выбросов. В настоящее время нормы выбросов транспортных средств стали намного строже, и Европейская комиссия объявила, что к 2020 году целевой показатель выбросов CO2 для легковых автомобилей составляет 95 г/км, а для легковых автомобилей - 145 г/км, что должно быть дополнительно снижено на 15%. и 30% в 2025 и 2030 годах. Было доказано, что уменьшение размеров является одной из наиболее эффективных технологий для улучшения экономии топлива двигателя, поскольку оно дает двигателю возможность уменьшить тепловые потери и потери на трение, но не потерю мощности [7,8].
Уменьшая рабочий объем двигателя, но увеличивая его удельную мощность, двигатель может иметь более высокое среднее эффективное давление торможения. Турбокомпрессоры широко распространены, поскольку они могут помочь уменьшить размер двигателя с естественным наддувом, просто используя энергию выхлопных газов без внешних затрат. Однако из-за растущей потребности в более высокой удельной мощности, управляемости и снижении выбросов обычные двигатели с турбонаддувом изо всех сил пытаются обеспечить достаточную разницу. Учитывая быстрое развитие и ожидания гибридных и электрических транспортных средств, усовершенствованная система электрического наддува является одним из наиболее эффективных решений, позволяющих двигателям с турбонаддувом преодолевать эти трудности [9].
В бакалаврской работе проведен расчет основных параметров бензинового двигателя для легкового автомобиля с регулируемым турбонаддувом. Получены основные выводы по работе:
1. Выполнено проектирование двигателя с турбонаддувом и системой регулирования на основе электрического бустера на малых частотах вращения и резком разгоне и регулировочного клапана на турбине.
2. Анализ расчетов показал следующие результаты:
• Мощность и крутящий момент возросли наддуве со степенью повышения давления 1,4 в среднем на 27%, со степенью повышения давления 1,6 - на 41% и со степенью повышения давления 1,8 - на 53%;
• Эффективный КПД двигателя увеличился со степенью повышения давления 1,4 в среднем на 6%, со степенью повышения давления 1,6 - на 8% и со степенью повышения давления 1,8 - на 9%;
• Удельный эффективный расход топлива снизился со степенью повышения давления 1,4 в среднем на 4,8%, со степенью повышения давления 1,6 - на 7,5% и со степенью повышения давления 1,8 - на 9%.
Выводы по 1-му разделу
Проведенный обзор современного состояния двигателей с турбонаддувом показал значительные возможности улучшения характеристик двигателя за счет использования современных технологий регулирования и согласования работы турбокомпрессора и двигателя.
Одним из перспективных направлений развития турбонаддува является применение бустерной системы с небольшим электрическим нагнетателем, что позволяет компенсировать потери производительности на малых частотах вращения и резком разгоне. Также активно развивается направление даунсайзинг - показывающее возможности применения малолитражных двигателей с турбонаддувом в городских автомобилях, где мощностные показатели требуются только на стадии разгона.
Выводы по 2-му разделу
Применение наддува значительно повысило мощностные показатели работы двигателя. За счет варьирования степенью наддува можно снизить не только объем, но и частоту вращения двигателя, тем самым сохранив нагрузки и ресурс агрегата в допустимых пределах.
Выводы по 3-му разделу
Применение наддува повышает нагрузки на элементы КШМ, причем практически линейно в соответствии с ростом степени повышения давления. Одним из вариантом снижение нагрузок является снижение частоты вращения коленчатого вала.
Выводы по 4-му разделу
Проведенный анализ показал, что для эффективной работы двигателя с наддувом необходимо осуществлять снижение тепловой напряженности деталей и термодинамического процесса сгорания за счет применения системы охлаждения наддувочного воздуха. Получено, что с при максимальной степени охлаждения наддувочного воздуха, эффективность процесса сгорания увеличивается не значительно, но при этом почти на 100 К снижается максимальная температура цикла, а для условий без охлаждения эта величина уже составляет 200 К, что принципиально важно для обеспечения бездетонационной работы двигателя. В тоже время не столь экстремальное снижение температуры до 40 °С также имеет вполне жизнеспособные характеристики и не выходит за пределы устойчивой работы двигателя.
