Батурин О.В., Батурин Н.В, Матвеев В.Н. История изобретения и развития агрегатов наддува двигателей внутреннего сгорания - файл n1.docx

Батурин О.В., Батурин Н.В, Матвеев В.Н. История изобретения и развития агрегатов наддува двигателей внутреннего сгорания
скачать (5469.6 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.docx5470kb.06.11.2012 17:14скачать

n1.docx

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева”

О.В. Батурин, Н.В. Батурин, В.Н. Матвеев


История изобретения и развития агрегатов наддува двигателей внутреннего сгорания
Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

САМАРА

Издательство СГАУ

2009

УДК 621.438.001.2

ББК 39.55

Б 28
Рецензент - д-р техн. наук, проф. С.В. Фалалеев
Батурин О.В.

Б 28 История изобретения и развития агрегатов наддува двигателей внутреннего сгорания: учеб. пособие/ О.В. Батурин, Н.В. Батурин, В.Н. МатвеевСамара: Изд-во Самар. гос. аэрокосм. ун-та, 2009. - 56с.

В данном учебном пособии впервые в отечественной литературе рассмотрена история создания агрегатов наддува ДВС, указаны основные этапы и направления их развития, показаны основные предпосылки и ограничения, которые предопределили путь развития агрегатов наддува. В заключение показано место, которое они занимают в современной технике.

Пособие разработано на кафедре теории двигателей летательных аппаратов СГАУ и предназначено для студентов, обучающихся по курсам «Агрегаты наддува двигателей» и «История науки и техники», а также для широкого круга читателей, интересующихся историей техники.

УДК 621.438.001.2

ББК 39.55

© Самарский государственный аэрокосмический университет, 2009




Оглавление


Введение

4

История изобретения и развития наддува ДВС

7

Хронология развития агрегатов наддува

50

Контрольные вопросы для самопроверки

53

Список использованных источников

55

Введение


Развитие двигателей внутреннего сгорания (ДВС) идет по пути повышения мощности при сокращении его габаритов и потребляемого топлива. Особенно эта тенденция актуальна для двигателей, предназначенных для установки на различные транспортные средства. Рост мощности и сокращение веса и габаритов позволяют увеличить полезное пространство транспортного средства, отводимое под перевозку груза или размещение пассажиров. Кроме того, сокращение размеров двигателя при сохранении или увеличении создаваемой мощности снижает его инерционность и обеспечивает транспортному средству высокие динамические свойства. Поэтому конструкторы автомобилей требуют все более мощных двигателей при пониженных габаритных и весовых показателях.

Для стационарных двигателей требования сокращения размеров являются менее актуальными, но отнюдь не второстепенными, поскольку значительные габариты машин усложняют и удорожают размещение установок (требуются помещения больших объемов) и их транспортировку к месту эксплуатации.

Из теории ДВС известно, что мощность двигателя определяется следующим выражением [1,4,14]:



где К - константа;

- низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг;

- количество воздуха, теоретически необходимое для полного и совершенного сгорания топлива, кг/кг;

- рабочий объем цилиндра, л;

- число цилиндров, шт;

– тактность двигателя (двух- или четырехтактный);

- коэффициент избытка воздуха;

- индикаторный КПД;

- коэффициент наполнения цилиндра;

- механический КПД;

- плотность воздуха, поступающего в цилиндр, кг/м3;

– число оборотов коленчатого вала, об/мин.

Анализ выражения показывает, что мощность двигателя можно увеличить за счет роста числа цилиндров i ДВС при сохранении их размеров или увеличения объема цилиндров . Оба эти пути приведут к росту размеров и веса двигателя.

Другой путь увеличения мощности – рост частоты вращения коленчатого вала . Чем больше частота вращения, тем большее число рабочих циклов совершает двигатель в единицу времени. Однако такой путь сопровождается ростом нагрузок на детали крившипно-шатунного механизма и интенсивностью их износа. Соответственно, рост частоты вращения во избежание снижения надежности должен компенсироваться усилением элементов двигателя, что, в свою очередь, приводит к увеличению веса и габаритов. Кроме того, частота вращения ограничивается скоростью движения поршня, которая может достигать величины 10…...12 м/с [15].

Еще одним направлением роста мощности является изменение тактности – применение двухтактного двигателя. Он за рабочий цикл совершает за один оборот коленвала, что при одинаковых размерах и быстроходности позволяет получить вдвое большую работу. Однако изменение числа тактов приводит к существенным изменениям в конструкции двигателя. Кроме того, рост мощности на выходном валу на практике происходит не в 2, а в 1,5... 1,7 раза, что связано с расходом мощности на привод нагнетателя, необходимого для запуска двигателя и продувку цилиндров.

Другое принципиальное направление повышения мощности – совершенствование рабочего процесса двигателя. Применение лучших (как правило, более дорогих) сортов топлив, увеличение коэффициента наполнения, механического и индикаторного КПД, изменение коэффициента избытка воздуха, конечно, влияет на выходную мощность. Однако при существующем уровне совершенства ДВС улучшение этих показателей способно дать прибавку мощности, не превышающую 5…...10%.

Третьим принципиальным путем повышения мощности является увеличение плотности рабочего тела, поступающего в цилиндр. Он позволяет значительно увеличить мощность двигателя без существенного изменения габаритов и массы, при сохранении инерционных нагрузок и тактности. В результате увеличивается заряд цилиндра окислителем, что позволяет пропорционально увеличить количество топлива, сжигаемого в цилиндре. А это, в свою очередь, дает большую теплоту, которая в дальнейшем преобразуется в механическую работу.

Зарядка цилиндров ДВС повышенным количеством воздуха называется наддувом. Он является наиболее эффективным способом повышения мощности поршневого двигателя без существенного увеличения его размеров. В настоящее время более 90% дизельных двигателей оснащается наддувающими агрегатами. Практически все современные двигатели для мощной техники (локомотивов, грузовиков, военной, строительной и дорожной техники) выполняются с наддувом.

История изобретения и развития наддува ДВС


Наддув ДВС имеет долгую и интересную историю. Фактически она имеет такую же протяженность, что и история создания и совершенствования автомобильных ДВС. Уже первые конструкторы таких двигателей пришли к выводу, что предварительное сжатие рабочей смеси до поступления ее в цилиндры позволило бы получить прибавку мощности при сохранении габаритов машины.


180px-gottliebdaimler1.jpg

Рис. 1. Готлиб Даймлер (1834-1900) [6]
Однако вопрос о том, как наддув должен выглядеть на практике и функционировать, долгое время оставался неясным. Это привело к огромному разнообразию устройств, применяемых для предварительного сжатия воздуха на входе в ДВС, и схем организации наддува.

У истоков наддува стоял ни кто иной, как Готлиб Даймлер (рис.1). Он занимался вопросом наддува своих машин, работавших на газе и керосине, и в 1885 году получил патент DRP 34926 на систему наддува двигателя с принудительным зажиганием.

Наддув осуществлялся с использованием принципа кривошипно-камерной продувки, когда сжимаемый в картере воздух поступал в цилиндр двигателя через клапан в головке поршня после завершения всасывания (рис. 2). За счет наддува Даймлер собирался компенсировать низкое наполнение цилиндра свежим зарядом при повышении частоты вращения вала. Таким образом, изобретатель стремился повысить частоту вращения от 150………...160 об/мин современных на тот момент ДВС, до 500…...800 об/мин, необходимых для использования двигателя на автомобиле. Попытки Даймлера использовать наддув оказались неэффективными: прирост мощности был небольшим, а размещение клапана в поршне технически сложным. После нескольких попыток Даймлер отказался от применения наддува. Фирма Daimler вернулась к наддуву только через 30 лет - после Первой мировой войны. Тогда успешный опыт применения наддува в авиационных двигателях был перенесен ею на гоночные автомобили.

турбодвигатели и компрессоры_page_007.jpg

Рис. 2. Двигатель внутреннего сгорания Даймлера с предварительным сжатием топливовоздушной смеси [5]


200px-diesel_1883.jpg

Рис. 3. Рудольф Дизель (1858-1913) [6]
К идее применения предварительного воздуха на входе в двигатель пришел также и Рудольф Дизель (рис. 3). Уже на втором опытном экземпляре своего двигателя в 1896 году он опробовал предварительное сжатие необходимого для сгорания воздуха. В декабре 1896 года появился первый опытный ряд дизельных двигателей с наддувом (рис. 4). Они имели заметное повышение эффективной мощности, но их коэффициент полезного действия был ниже, чем у дизелей без наддува.

турбодвигатели и компрессоры_page_008.jpg

Рис. 4. Двигатель внутреннего сгорания Дизеля с предварительным сжатием воздуха на входе [5]

Рудольф Дизель, которого в первую очередь интересовала экономичность моторов, оценил результаты экспериментов как негативные. Причина, по которой он не получил желаемого КПД, осталась для него загадкой. В своем дневнике он написал следующее: «Эксперимент от 28.01.1897, по сравнению с предыдущим экспериментом от 12.01, сразу поставил вопрос о воздействии предварительной компрессии; она чрезвычайно вредна, и поэтому с этого момента следует отказаться от этой идеи. И поэтому следует остановиться на обычном четырехтактном двигателе с непосредственным впуском воздуха из атмосферы в том виде, в каком он имеется». Как показало дальнейшее развитие поршневых двигателей, здесь изобретатель ошибался. Фирма Дизеля вновь вернулась к наддуву через двадцать лет.

Практически до начала Первой мировой войны развитие наддува шло очень осторожно. Это происходило из-за того, что инженеры слабо представляли себе, как должен осуществляться наддув и какая его конструктивная схема является наилучшей. В это время появилось много оригинальных разработок и изобретений на эту тему, в частности, проводились эксперименты с внешним наддувом. При этом большинство исследователей приходили к необходимости привода сжимающего устройства от коленчатого вала двигателя. Сейчас эта схема называется механическим наддувом. Он обладал как минимум двумя преимуществами: способностью получать существенно более высокую литровую мощность и способностью более или менее управлять этой функцией.

В начале XX столетия были поданы заявки для получения патентов на несколько оригинальных вариантов устройств сжатия воздуха. Так, например, Арнольд Цоллер изобрел лопастной компрессор (рис. 5), который в восьмидесятые годы был применен на нескольких двигателях. Интересно также отметить, что для наддува были использованы некоторые устройства, изначально не предназначавшиеся для сжатия воздуха. Так, например, применялся специальный водяной насос, изобретенный в середине XIX века Френком и Филандером Рутс. Впоследствии он достаточно широко использовался для наддува автомобильных двигателей.

турбодвигатели и компрессоры_page_010.jpg

Рис. 5. Лопастной компрессор Цоллера

патрахальцев нн наддув двс_page_015.jpg

Рис. 6. Компрессор для наддува четырехтактного двигателя, созданный Биркингом в 1912 году

В 1912 году испанец швейцарского происхождения Маркос Биркинг, создатель фирмы "Испано-Сюиза", представлял в Париже своеё изобретение - компрессор с лопатками, имевший привод от коленчатого вала двигателя (рис.6). Компрессор был трехступенчатым, т.е. три колеса с радиальными лопатками размещались на одном валу и проводили сжатие воздуха последовательно.

В начале XX века отмечено несколько первых случаев использования компрессоров на гоночных автомобилях. В частности, в 1906 году в США двигатель гоночной машины был оснащен центробежным компрессором.

Естественно, что не только автомобили извлекли выгоду от применения наддува. В 1913 году впервые наддув был применен в силовой установке тепловоза.


1172704.jpg

Рис.8. Патент Альфреда Бюши на систему наддува двигателя


portr_14271-plan-buechi.jpg

Рис. 7. Альфред Бюши
Среди изобретателей начала двадцатого века особо стоит отметить швейцарца Альфреда Бюши (рис.7) (Alfred J. Buchi). Он был выпускником известного Швейцарского технического университета (г. Цюрих) и заведовал разработкой дизельных двигателей в компании Sulzer Brothers. Бюши очень интенсивно занимался лопаточными машинами и первым пришел к идее сжимать воздух на впуске в цилиндры при помощи энергии выхлопных газов. В 1905 году Бюши получил патент немецкого Рейха 204630 на «машину, состоящую из последовательно расположенных компрессора, поршневого двигателя и турбины (рис. 8, 9)», а 13 ноября 1905 года он получил на свое устройство патент за номером 1006907 от Федерального патентного ведомства США. Агрегат, предложенный Бюши, имел многоступенчатый осевой компрессор со степенью сжатия около четырех, который приводился в движение многоступенчатой осевой турбиной, использовавшей в качестве рабочего тела выхлопные газы поршневого двигателя.

турбодвигатели и компрессоры_page_012.jpg

Рис. 9. Турбокомпрессор, разработанный Альфредом Бюши

auguste camille edmond rateau (1863-1930).jpg

Рис. 10. Август Рато (1863-1930)
В дальнейшем Бюши получил еще несколько патентов в этой области, некоторые из них не потеряли актуальность до настоящего времени. Наиболее значимой была идея объединения турбины, работающей на отработавших газах, и нагнетателя. Соединение этих двух лопаточных машин на общем валу оказалось не только идеальным решением, в особенности для двигателей малой мощности, но и в итоге привело к прорыву этого принципа наддува. Наиболее полное патентное описание практически современного турбокомпрессора было дано Бюши в 1916 году совместно с французом Августом Рато (рис.10).

Бюши, который был достаточно сведущим в вопросах теоретической термодинамики, уже в первых своих работах, для улучшения коэффициента полезного действия предусмотрел охладитель наддувочного воздуха, наличие которого у турбодвигателей сегодня стало уже стандартом.

Первое известное практическое применение турбокомпрессора относится к 1910 году, когда экспериментами с газовым наддувом занялась американская фирма General Electric и со временем далеко продвинулась в технологии турбокомпрессоростроения. Руководил разработками турбокомпрессоров на этой фирме доктор Санфорд Мосс (рис. 11). Он смог в феврале 1920 года оснастить турбонагнетателем двигатель Liberty биплана LeРere (рис. 12), которому удалось благодаря этому подняться на рекордную по тем временам высоту — 10092 метра.


sanford moss (1872 - 1946).jpg

Рис. 11. Доктор Санфорд Мосс (1872-1946)

lepere lusac-11.jpg

Рис. 12. Самолет LeРere в полете


Первый коммерческий турбонагнетатель был изготовлен в Швейцарии на фирме BBC (Brown Bovery and Cie.) в 1923 году и имел двухступенчатый центробежный компрессор и одноступенчатую осевую турбину (рис. 13) [11].

Несмотря на явные преимущества турбонаддува как в отношении мощности, так и в экономичности, его путь от изобретения до широкого применения был долгим и занял более половины столетия. Дело в том, что частота вращения турбокомпрессора составляет несколько десятков или даже сотен тысяч оборотов в минуту, а температура газов на выходе из двигателя достигает 1000С. Обеспечение работоспособности узла в таких условиях достаточно дорого и технически сложно и в наше время, а в начале двадцатого века существовавший тогда уровень технологий делал решение этой задачи практически нереальным.

безымянный2.bmp

Рис. 13. Первый коммерческий турбокомпрессор производства фирмы Brown Bovery and Cie. (1923)
Наибольший толчок в развитии наддува дало развитие авиации, усиленное Первой мировой войной. Она отчетливо показала, что аэроплан является грозным и эффективным оружием. Это, в свою очередь, повлекло за собой быстрое развитие и совершенствование самолетов и их двигателей. При создании авиационных моторов сразу же встала следующая проблема. С набором высоты плотность атмосферного воздуха снижается и, как следствие, теряется мощность поршневого двигателя. При высоте порядка 5400 метров над уровнем моря из-за пониженного массового наполнения воздушным зарядом цилиндров двигателя его мощность снижается почти на 50%. Поэтому возникло решение о предварительном (до подачи его в цилиндры) повышении давления воздуха с помощью компрессора. Наддув оказался тем средством, которое помогло решить проблему высотности самолетов. И если на земле он развивался медленно и со значительными техническими сложностями, то в воздухе наддув быстро занял свое место. Это было возможно по следующим причинам:

Первым авиационным двигателем с механическим наддувом считается двухтактный ротативный двигатель Мюррея - Вильята, в котором в 1910 году благодаря наддуву при подъеме на высоту до 5200 м над уровнем моря сохранялись условия наполнения, зарядки и продувки цилиндра, соответствовавшие условиям работы на уровне моря. Газотурбинный наддув впервые на авиационном двигателе был применен Рато в 1917 году. Его опыты были неудачными по ряду причин, основной из которых были ограничения технологий того времени. Реально турбонагнетатели появились на серийных самолетах только во времена Второй мировой войны.

Авиационные ДВС с наддувом выпускались фирмами "Фиат", "Мерседес" (рис. 14), "Испано-Сюиза", "Рено" и другими (прежде всего английскими и американскими). Двигатели поры Первой мировой войны были бензиновыми (т.к. дизели той поры имели большие габариты и массу) с механическим наддувом.

Производители авиационных двигателей в те времена, как правило, являлись и производителями автомобильных двигателей. Поэтому разработки, направленные на повышение высотности полета самолетов, нашли применение и в наземных двигателях для повышения их мощности, а также для компенсации потерь мощности при работе двигателей в высокогорных районах.

p1000241.jpg

Рис. 14. Рядный двигатель водяного охлаждения Daimler DIIIa (1917), устанавливавшийся на немецких самолетах во время Первой мировой войны (фото из музея фирмы MTU)

патрахальцев нн наддув двс_page_016.jpg

Рис. 15. Шиберный компрессор Уиттинга

Период с двадцатых годов 20-го века до конца Второй мировой войны стал расцветом механического наддува. Полученный в авиации опыт был перенесен на двигатели гоночных и спортивных машин. Их эволюционное форсирование по мощности и частоте привело к дальнейшему развитию технологий наддува.

На двигатели гоночных автомобилей "Фиат" и "Мерседес" с 1923 года стали устанавливаться компрессоры с утапливаемыми лопатками конструкции Уиттинга (иногда называемые шиберными (рис. 15)). Автомобиль «Мерседес 10/40» (1923) (рис. 16) стал первым серийным легковым автомобилем, двигатель которого был оснащен механическим наддувом. Это позволило поднять его мощность с 40 до 65 л.с.

p1010988.jpg

Рис. 16. «Мерседес 10/40» (1923) – первый серийный легковой автомобиль, оснащенный механическим нагнетателем (фото из музея фирмы Mercedes)


патрахальцев нн наддув двс_page_008.jpg

Рис. 17. Компрессор типа «Рут»




Однако проблемы со смазкой и низкая долговечность таких компрессоров привели к применению и дальнейшему совершенствованию компрессоров типа "Рут" (рис. 17). Последние широко применялись в авиационных двигателях и на двигателях подводных лодок. Развитие этих компрессоров началось с 1919 года, когда экспериментально была доказана возможность работы с частотой вращения 10000 об/мин. Тогда они начали устанавливаться на двигателях автомобилей "Мерседес Книхт".

Достоинством конструкции компрессора типа "Рут" является то, что его роторы в корпусе и относительно друг друга работают с зазорами. Благодаря этому снижаются шумность работы, износы, не требуется смазка роторов. В опытном варианте была достигнута частота вращения порядка 18000 об/мин. Причем компрессоры «Рут» применялись лишь кратковременно: на высоких скоростях движения автомобиля и при подъемах, а для снижения опасности детонации - лишь при полных частотах вращения коленвала двигателя.

В эти же времена некоторые североамериканские фирмы создавали двигатели с наддувом по довольно старым патентам, например двигатель с наддувом от поршневого компрессора, патент Чедвика 1907 года. В целом время между мировыми войнами дало множество интересных конструкций компрессоров и схем наддува.

p1010996.jpg

Рис. 18. Двигатель M836 (1924), оснащенный компрессором «Рут» и устанавливавшийся на автомобилях Mercedes 15/70/100PS [7,1 л, 200л.с., 3200 об/мин] (фото из музея фирмы Mercedes)

800px-1929_bentley_front_34_right.jpg

Рис. 19. Гоночный автомобиль Bentley (1929), оснащенный нагнетателем типа «Рут» (его корпус хорошо виден между фарами)
Наддув поршневых авиационных двигателей того времени осуществлялся в основном от центробежных нагнетателей. Подобные системы устанавливались на советских двигателях АМ-34 (Ил-2, МиГ-3 (рис. 20)), английских Rolls Royce «Merlin» (Spitfire (рис. 21)), немецких DB 600……605 (самолет Bf 109 (рис. 22)) и BMW 805 (рис. 23) (FW-190) и многих других.

Механический наддув легко реализовать на практике, но он имеет существенный недостаток - для собственного привода ему нужна была внешняя мощность, которую он должен был отнять у пригревшего его на себе двигателя. Этот факт не способствовал росту экономичности - как раз, наоборот, снижал ее. Поэтому, несмотря на определенные сложности, совершенствование турбонаддува также не стояло на месте. К 1924 году в составе ВВС Франции было уже две эскадрильи самолетов с двигателями, использующими "ускоритель двигателя", основанный на проектах Рато.

ил-2.jpg

il2_16.jpg

ам-35.jpg

Рис. 20. Штурмовик Ил-2 (1943) и его рядный двигатель водяного охлаждения АМ-35 (стрелкой указан приводной центробежный нагнетатель)

спит.jpg

мерлин.jpg

Рис. 21. Истребитель Spitfire (1942) и его рядный двигатель водяного охлаждения Rolls Royce «Merlin» (стрелкой указан приводной центробежный нагнетатель)

66788.jpg

pag61.jpg

Рис. 22. Истребитель Messerschmitt Bf 109 (1942) и его рядный двигатель водяного охлаждения DB 605 (стрелкой указан приводной центробежный нагнетатель)

p1000248.jpg

Рис. 23. Приводной центробежный нагнетатель звездообразного двигателя воздушного охлаждения BMW 805 (1943)


турбодвигатели и компрессоры_page_014.jpg

Рис. 24. Турбонагнетатель корабля «Preussen», разработанный фирмой MAN

Турбонагнетатели в первую очередь сначала разрабатывались для мощных двигателей, установленных на кораблях и стационарных силовых установках. К тому же уровень технологий того времени не позволял создать компактный агрегат для применения на транспортных средствах. Впервые дизельные двигатели с турбонаддувом были применены в качестве силовых установок в 1923 году на германских теплоходах «Danzig» и «Preussen» (рис. 24). Мощность десятицилиндровых моторов за счет этого удалось поднять с 1750 до 2500 л.с.

В 1924 году немецкий спасательный буксир «Seefalke» (рис. 25) был оснащен двумя шестицилиндровыми дизельными двигателями MAN. Мощность каждого из них благодаря применению нагнетателя, приводимого в действие электромотором, была увеличена с 900 до 1200 л.с.

seefalke1.jpg

Рис. 25. Спасательный буксир «Seefalke»

Успех этих кораблей позволил Бюши продать лицензию на свое изобретение в несколько стран Европы, Америку и Японию.

Другой областью применения турбонаддува стали подводные лодки. В частности, на советских подводных лодках С-1 и С-2 в 1940 году были установлены немецкие дизели M6V49/48 мощностью 2000 л.с. производства фирмы MAN с механическим наддувом. На других подводных лодках серии С (рис. 26) стояли уже отечественные дизели с турбонаддувом. Турбонагнетатели применялись и на лодках других стран, в частности на немецких (рис. 27).

с-56.jpg

Рис. 26. Подводная лодка С-56, на которой был установлен дизель с турбонаддувом

p1040091.jpg

Рис. 27. Турбонагнетатель немецкой подводной лодки XXI серии, находящейся в морском музее города Бремерхофена (Германия)

Вскоре турбонаддув пришел на железную дорогу. В 1927 году система наддува Бюши была применена на тепловозах на швейцарском локомотивостроительном заводе в Винтертуре совместно с фирмой Brown Bovery and Cie. С 1935 года немецкая железная дорога стала оснащать 1400-сильными дизелями с наддувом свои первые локомотивы. В нашей стране тепловозы с турбонаддувом появились в конце Великой Отечественной войны, когда в рамках ленд-лиза нам были поставлены локомотивы фирмы ALCO (у нас их назвали «тепловозы серии Да» (рис. 28)). На отечественных тепловозах наддув стал применяться начиная с 1948 года (на локомотивах ТЭ-1 (рис. 29 и 30)) [13].

Швейцарский машиностроительный завод Sauer стал первой компанией, которая занялась разработками и испытаниями турбонагнетателей для двигателей грузовых автомобилей, и в 1938 году они появились на первых серийных автомобилях.

book0186_0001.bmp

Рис. 28. Тепловоз серии Да и его компоновочная схема (стрелкой указан турбонагнетатель)

tem-1a.jpg

Рис. 29. Первый отечественный тепловоз с турбонаддувом ТЭ-1

book0030_0001.bmp

Рис.30. Дизель, устанавливавшийся на тепловозе ТЭ-1
Основной областью применения турбонаддува в середине XX века стала авиация. В США к началу 40-х годов турбокомпрессорами фирмы General Electric оснащались двигатели серийных бомбардировщиков B-17 (Flying Fortress) (рис. 35), B-24 (Liberator) (рис. 32), истребителей P-47 (Thunderbolt) (рис. 33), P-38 (Lightning) (рис. 31) и ряд других. Однако сложности с обеспечением работоспособности турбокомпрессора при работе от горячих выхлопных газов привели к разработке довольно оригинальных компоновочных решений. У указанных самолетов турбокомпрессор находился относительно далеко от двигателя: у бомбардировщиков в задней части мотогондолы (см. рис. 35), у P-38 в средней части фюзеляжа (рис. 31), а на P-47 в хвосте (рис. 34). Горячие выхлопные газы проходили через теплообменник и охлаждались воздухом от нагнетателя (очевидно, что это решение снижало эффект от наддува, но позволяло обеспечить работоспособность турбины), а затем дополнительно остывали в длинных подводящих каналах перед тем как попасть на турбину. Для усиления охлаждающего эффекта на В-17 газовый трубопровод к турбине проходил снаружи мотогондолы (рис. 36). Сжатый воздух по длинным трубопроводам подводился к двигателю, проходя перед этим через теплообменник.

Наличие наддува позволяло американским самолетам летать на большей высоте и с большей скоростью по сравнению с самолетами, чьи двигатели оснащались механическими нагнетателями. В дальнейшем во время воздушных боев над Западной Европой в 1943...1945 годах это создавало большие проблемы для летчиков немецких перехватчиков. Для преодоления технического отставания своих двигателей немецкие инженеры предприняли ряд попыток установить турбокомпрессоры на свои самолеты (рис. 37), но в конечном итоге пошли по пути развития реактивных двигателей. Их последующее развитие вытеснило поршневой двигатель из области авиации (за исключением малоразмерной, деловой, спортивной).

В СССР проблему высотности самолетов пытались решить другим оригинальным путем. В начале 40-х годов был создан дальний бомбардировщик Пе-8 (рис. 38). Самолет имел пять дизелей с высоким наддувом, причем четыре двигателя работали на винты, а один - в качестве привода дополнительного компрессора, который включался в работу лишь при высотах порядка 5000 метров над уровнем моря. В соревновании с бензиновыми такой тип двигателя победил, благодаря его высокой экономичности. Масса силовой установки, включающая и необходимый запас топлива, у дизельного варианта оказалась ниже.
p38_03_action.jpg

Рис. 31. Истребитель P-38 «Lightning»

(стрелками указаны турбонагнетатели)

1_consolidated-b-24.jpg

Рис. 32. Стратегический бомбардировщик В-24 «Liberator»

р-47.jpg

Рис. 33. Истребитель P-47 «Thunderbolt»

55.jpg

Рис. 34. Система наддува двигателя истребителя P-47

1 – выхлопные патрубки двигателя; 2 – теплообменник наддувающего воздуха; 3 - масляный бак; 4 –бак гидросистемы; 5,7 – топливный бак; 6 – бак антифриза; 8 – масляный бак турбонагнетателя; 9 –технологический люк; 10 - воздушный фильтр; 11 – подвод воздуха к фильтру; 12- турбонагнетатель; 13 – выхлопная труба турбонагнетателя; 14 – турбина; 15 – выхлопной коллектор; 16 – теплообменник; 17 – труба выхлопных газов; 18 - выхлоп двигателя; 19 – воздухозаборник масляного радиатора; 20 - масляный радиатор; 21 – главный воздухозаборник

b17.jpg

Рис. 35. Стратегический бомбардировщик В-17 Flying Fortress (стрелками указаны турбонагнетатели)

b17 2.jpg

Рис. 36. Мотогондола стратегического бомбардировщика В-17 Flying Fortress (стрелкой указан турбонагнетатель). Обратите внимание на то, что трубопровод, подводящий выхлопные газы к турбине, проложен снаружи

36

Рис. 37. Турбокомпрессор фирмы Jumo (Германия, 1944), устанавливавшийся на опытных экземплярах самолета FW-190D

image003.jpg

Рис. 38. Стратегический бомбардировщик Пе-8
В период между 1940 и 1945 годами в Соединенных Штатах было произведено турбонагнетателей и двигателей с турбинами больше, чем во всем остальном мире. К концу сороковых годов фирма General Electric выпускала несколько моделей турбокомпрессоров мощностью 20…………...90 л.с. (15…...67 кВт). На фирме были сделаны существенные наработки в области литья жаропрочных сплавов, аэродинамики радиальных турбин и центробежных компрессоров, уплотнения и смазки высокоскоростных подшипников. К 1952 году в США использовалось более 20,000 двигателей, оснащенных турбокомпрессором.

В разработке турбокомпрессоров для американских самолетов активное участие принимал Клифф Гаррет, который в дальнейшем отделился от отдела газовых турбин General Electric с группой инженеров, специализировавшихся на турбонаддуве и основал ныне известную фирму Garret, занимающуюся созданием турбокомпрессоров для дизелей.

После Второй мировой войны история начала века повторилась. Технологии наддува, отработанные в авиации, спустились на землю. В 50-х годах американская компания Caterpillar сумела приспособить турбонаддув к своим тракторам, а инженеры из фирмы Cummins применили турбодизели для своих грузовиков.

После войны в гоночном спорте царствовал механический наддув. Однако из-за больших потерь теплоты с выхлопными газами топливная экономичность таких двигателей была невысока. Поскольку дальнейшее повышение мощности механического наддува не соответствовало тенденциям гармоничного развития, Международная федерация автоспорта ввела классификацию, поощрявшую развитие двигателей без наддува. А в 1961 году использование наддуваемых двигателей в автоспорте было вообще запрещено. Это привело к совершенствованию рабочего процесса и конструкции атмосферных двигателей. В 1966 году в классе «Формула 1» наддув был вновь разрешен. Однако вернулся он на машины уже в виде турбонаддува [7].

На легковых автомобилях турбонаддув впервые появился в 1963 году. Автомобильный концерн General Motors поставил на рынок сразу две модели, оснащенные турбонагнетателем: Chevrolet Corvair Monza (рис. 41) и Oldsmobile Jetfire (рис. 39 и 40). Турбонагнетатель, примененный на них, был изготовлен из легких сплавов, имел байпасный клапан для ограничения давления наддува. Однако машины не имели успеха и менее чем через год были сняты с производства. Причины этого крылись в плохом характере срабатывания, слабой кривой крутящего момента, большом расходе топлива и низком уровне надежности при эксплуатации.

oldsmobile_jetfire_1963.jpg

Рис. 39. Oldsmobile Jetfire - первый серийный легковой автомобиль оснащенный турбонаддувом

oldsmobile_jetfire_turbo_rocket_motor_1963.jpg

Рис. 40. Двигатель автомобиля Oldsmobile Jetfire

chevrolet corvair monza.jpg

Рис. 41. Chevrolet Corvair Monza- первый серийный легковой автомобиль оснащенный турбонаддувом

В 1967 году швейцарский инженер Михаэль Май разработал набор для оснащения турбонагнетателем шестицилиндровых двигателей немецких моделей Ford (рис. 42). Переделанные с его помощью машины показали существенное повышение мощности и без затруднений прошли испытания. Хотя оснащенные таким комплектом Ford выпускались малой серией, работы Мая вызвали интерес немецких автопроизводителей. Вскоре началась активная конструкторская деятельность, которая в дальнейшем, особенно у Porsche и BMW, привела к огромным достижениям.

турбодвигатели и компрессоры_page_017.jpg

Рис. 41. Набор для оснащения турбонагнетателем автомобилей Ford Михаэля Мая
В то время как большинство конструкторских отделов крупных автопроизводителей после неудачи с турбонаддувом General Motors все еще не видели никаких шансов для турбодвигателя в обычном серийном производстве, он проявил себя в гоночном спорте.

Американские гоночные автомобили Indianapolis в конце шестидесятых годов стали оснащаться турбонагнетателями, с помощью которых старые, но надежные двигатели, стоявшие там ранее, были форсированы по мощности на 33%. Благодаря запредельно высокому давлению наддува, которое стало возможно в результате использования разрешенного в Indianapolis специального топлива, из относительно небольшого четырехцилиндрового двигателя были выжаты свыше 800 л.с. Окончательного прорыва турбодвигателей в гоночный спорт осталось ждать недолго: уже в 1970 году все участники гонок стартовали на автомобилях с турбодвигателями.

В 1977 году на одном из этапов гонок «Формула 1» победил боллид Renault с турбодвигателем (рис. 43). С тех пор в этом классе гоночных машин турбокомпрессоры стали ставиться практически на всех моделях. Здесь турбодвигатель достиг своей наилучшей формы, так как позволял достичь невиданную ранее мощность. Наибольшего успеха здесь достигла фирма BMW которая создала сверхмощный турбодвигатель, который в категории до 1,5 литров рабочего объема развивал мощность свыше 1000 л.с. Это привело к тому, что машины BMW были чемпионами «Формулы 1» с 1983 по 1989 года. Однако расцвет наддува в «Формуле 1» длился недолго: в 1989 году регламент соревнований был изменен. Согласно новым изменениям теперь к гонкам допускались только двигатели без наддува.

800px-renault_rs01_arnoux_2007.jpg

Рис.43. Renault RS1 – первый автомобиль класса «Формула 1», оснащенный двигателем с турбонаддувом
Успешное апробирование в гоночном спорте многих технических решений привело к накоплению знаний, которые были важны для использования наддува в легковых машинах, а также способствовали росту популярности турбонаддува. В 70...80-е годы, почти все производители автомобилей предлагали как минимум одну модель с бензиновым турбодвигателем. Фирма Porsche была первой фирмой успешно перенесшей гоночный опыт на серийные машины семейства 911 Turbo. За ней далее последовали другие автопроизводители, такие как SAAB, Audi, BMW и др. Особо стоит отметить фирму SAAB, разработавшую множество новых технологий в области турбонаддува и завоевавшую известность благодаря этому. Например, легковой автомобиль Saab 9-5, оснащенный турбокомпрессором, обладает настолько хорошими характеристиками, что его версия без наддува не имела спроса на рынке.

Долгое время развитие турботехнологии задерживалось необходимостью больших капиталовложений в развитие технологии, а также низкой стоимостью топлива. Однако нефтяной кризис 1973 года подтолкнул исследования в области применения турбокомпрессоров на коммерческих двигателях. В конце 80-х годов ужесточение экологических требований еще больше ужесточило этот процесс.

Уже в 1973 году на Международной автомобильной выставке во Франкфурте были представлены сразу несколько автомобилей с турбонаддувом. BMW выпустил первый немецкий серийный автомобиль с газотурбонаддувом, 2002 Turbo (рис. 44 и 45). На этой машине установка турбонагнетателя позволила увеличить мощность на 30% с 130 до 170 л.с. Кроме того увеличился крутящий момент с 180 Нм до 245 Нм при 4000 об/мин. Эти показатели были достигнуты всего лишь на двухлитровом двигателе. Гоночная версия этого автомобиля принимала участие в соревнованиях туристических машин в 1969 году. И хотя из-за частых отказов машина не заняла призовых мест, она продемонстрировала выдающиеся для своего времени характеристики. Однако коммерческому успеху машины помешали два фактора. Во-первых, в то время разразился энергетический кризис, во-вторых, двигатель не был надежным. Всего было выпущено около 1000 таких машин.

К применению турбонаддува на легковых машинах BMW вернулись лишь через восемь лет на модели BMW 745i (рис. 46). Однако и она не имела большого коммерческого успеха и в 1986 году концерн отказался от турбонаддува бензиновых двигателей.

wp_bmw_e20_2002turbo_1973-1974_1024_001.jpg

Рис. 44. Автомобиль BMW 2002 Turbo

01_enjine.jpg

Рис. 45. Двигатель автомобиля BMW 2002 Turbo. Отдельно показана конструкция его турбонагнетателя

bmw_e23_745i_1983.jpg

Рис. 46. Автомобиль BMW 745i
На той же выставке 1973 года во Франкфурте были представлены и другие новинки с турбонаддувом. В частности Porsche представил свой первый прототип 911 Turbo (рис. 47 и 48), шестицилиндровый оппозитный двигатель которого при рабочем объеме 2,7 литра развивал мощность свыше 240 л.с. Эта машина в дальнейшем имела большой коммерческий успех.

porshe 911.jpg

Рис. 47. Автомобиль Porsche 911

porsche-911-turbo-engine.jpg

Рис. 48. Двигатель автомобиля Porsche 911 (стрелкой указан турбокомпрессор)
Но наибольшее впечатление в отношении мощности на этой выставке произвел гоночный автомобиль Porsche 911 CanAm. Его крупногабаритный 5,4-литровый двенадцатицилиндровый двигатель, оснащенный двумя нагнетателями фирмы Kuehnle, Kopp & Kausch развивал при 7800 об/мин почти невероятную мощность в 1200 л.с.

Однако по прошествии нескольких лет мода на турбодвигатели начала проходить, так как выяснилось, что турбокомпрессор, хотя и позволяет увеличить мощность бензинового двигателя, сильно увеличивает расход топлива. На первых моделях наблюдалась большая задержка в реакции турбокомпрессора на изменение режима работы двигателя, что также являлось серьезным аргументом против установки турбины на бензиновый двигатель.

Коренной перелом в развитии турбокомпрессоров произошел в 1977...1978 годах. В 1977 году увидел свет автомобиль Saab 99 Turbo (рис. 49), в котором впервые удалось добиться надежной работы турбонаддува. В 1978 году был выпущен Mercedes – Benz 300 SD (рис. 50 и 51), первый легковой автомобиль, оснащенный дизельным турбодвигателем. В 1981 г. за ним появился VolksWagen Turbodiesel. Позже за немцами последовали традиционно сильные в области дизелей французские фирмы Peugeot и Citroen. При помощи турбокомпрессора производителям удалось увеличить эффективность работы дизельного двигателя до уровня бензинового, сохранив при этом значительно более низкий уровень выброса в атмосферу выхлопных газов.

saab-99-turbo.jpg

Рис. 49. Автомобиль Saab-99 Turbo, на котором впервые удалось добиться высокой надежности работы турбокомпрессора
Возможности дизельных турбодизелей были показаны еще на гонках 1972 года, когда Opel GM (рис. 52), оснащенный 2,1-литровым дизелем мощностью 95 л.с. при 4400 об/мин. Эта машина установила 2 мировых и 18 международных рекорда. В частности, она достигла скорости 192,72 км/ч при соревнованиях автомобилей с дизельными двигателями с рабочим объемом от 2 до 3 л. В дальнейшем этот двигатель применялся на серийных машинах и от его производства отказались только в 1995 году.

mersedes benz 300sd.jpg

Рис. 50. MercedesBenz 300 SD первый серийный дизельный легковой автомобиль с турбонаддувом

турбокомпрессор дизеля mercedes-benz 300sd (1978 г.).jpg

Рис. 51. Турбокомпрессор двигателя автомобиля Mercedes – Benz 300 SD

797px-opel_gt_bj_1973_am_16072006.jpg

Рис. 52. Opel GM - гоночный автомобиль с дизельным двигателем, оснащенным турбонаддувом (1972)
В настоящий момент уровень развития технологий таков, что сегодня турбонаддувом оснащаются практически все дизельные моторы. Появилось множество вариаций турбокомпрессоров: с двумя входными отверстиями на одну крыльчатку турбины (twin-scroll), с двумя турбокомпрессорами (первое применение — Porsche 959, 1987 г. (рис. 53), с турбинами переменной геометрии, в которых специальными подвижными сопловыми лопатками регулируется скорость и направление натекания газа на лопатки ротора, из-за чего двигатель становится более отзывчивым и тяговооруженным на малых оборотах.

porsche959.jpg

Рис. 53. Porsche 959 - первый автомобиль с двухступенчатым турбокомпрессором

В СССР первые серийные дизели с наддувом ЯМЗ-238НБ были выпущены в 1963 году на Ярославском моторном заводе для тракторов К-700 (рис. 54 и 55). Вскоре стали выпускаться 12-цилиндровые дизели с наддувом ЯМЗ-240М для БелАЗ и ЯМЗ-238Н(П)(Ф) для автомобилей МАЗ и КрАЗ [8]. Основные технические данные ДВС с турбонаддувом, выпускавшихся в СССР, приведены в табл. 1.

traktor_kirovec_700_3_h_orig.jpg

Рис.54. К-700 – первые отечественные тракторы с турбонаддувом

savelev86_04_0001_0001.bmp

Рис.55. Турбокомпрессор ТКР-9 устанавливающийся на автомобилях БелАЗ, КрАЗ и тракторах К-700


Таблица 1. Основные технические данные двигателей с турбонаддувом, выпускавшихся в СССР [8]




Марка

завод

Nном,

кВт

nном,

об/мин

ре,

МПа

Vh

Nном/ Vh

1

ЯМЗ-238НБ

ЯМЗ

158

1700

0,77

14,7

14,5

2

ЯМЗ-238Н

ЯМЗ

220

2100

0,86

14,7

20,2

3

ЯМЗ-238Ф

ЯМЗ

235

2100

0,92

14,7

22,2

4

ЯМЗ-238П

ЯМЗ

206

2000

0,85

14,7

18,9

5

ЯМЗ-240Н

ЯМЗ

368

2100

0,97

22,3

22,4

6

ЯМЗ-240П

ЯМЗ

309

2100

0,81

22,3

18,8

7

ЯМЗ-8401

ЯМЗ

478

2200

1,0

25,8

25,0

8

ЯМЗ-8403

ЯМЗ

404

2000

0,96

25,8

21,3

9

ЯМЗ-8421

ЯМЗ

309

2200

1,0

17,2

24,3

10

ЯМЗ-8424

ЯМЗ

330

2200

1,01

17,2

26,1

11

ЯМЗ-8423

ЯМЗ

243

2000

0,86

17,2

19,1

12

КамАЗ-7403

КамАЗ

191

2200

0,97

10,9

23,8

13

СМД-17К

Серп и молот

73,5

1900

0,87

6,3

15,8

14

СМД-60

ХЗТД

110

2000

0,74

9,5

16,4

15

А-41Т

АМЗ

81

1750

0,83

7,5

15,1

16

А-50

АМЗ

110

2000

0,91

7,5

20,2

17

Д-240Т

ММЗ

73,5

2200

0,86

4,8

21,0

18

Д-160Т

ВТЗ

103

2200

0,92

6,2

22,6


Какое значение имеет турбонагнетатель для дизелей, ярко показывает намерение автопроизводителей существенно повысить в своих программах долю дизелей в секторе легковых автомобилей. В 1995 году Opel заявил об удвоении этой составляющей. Турбодизели широко используются для того, чтобы снизить удельный расход топлива и повысить экологические характеристики. Атмосферные дизели выпускаются в основном только для удешевления моделей.

Несмотря на определенные недостатки, некоторые известные автопроизводители вернулись к механическому наддуву. В частности, так поступили фирмы Mercedes и Jaguar (рис. 56). При этом полученные двигатели составили серьезную конкуренцию двигателям с турбонаддувом.

По мере развития наддува и повышения его уровня двигатели становились все меньше при той же мощности, хотя насыщенность силовой установки вспомогательным оборудованием возрастала. В настоящее время конструкторы научились компактно располагать в подкапотном пространстве дизели с агрегатами наддува, регулирования, теплообмена.


турбодвигатели и компрессоры_page_013.jpg

Рис. 56. Механический нагнетатель типа «Рут» двигателя XJR6 фирмы «Ягуар» (1994г.)

На сегодняшний день установка турбокомпрессора на бензиновый двигатель более не рассматривается с точки зрения увеличения мощности. Она направлена в первую очередь на сокращение потребления топлива и, таким образом, на уменьшение уровня выброса СО2 и других вредных веществ. Таким образом, турбодвигатели служат способом уменьшения расхода энергоносителей и уменьшения выбросов в окружающую среду.

Анализируя сказанное выше, можно установить следующий факт. Тенденции развития ДВС за последние двадцать лет показали, что наддув прочно занял свое место на двигателе. Растущая потребность в мощных компактных двигателях позволяет говорить о том, что это место занято ими прочно и надолго. Сегодня турбонагнетатели применяются на земле, на море и в воздухе. Они заставляют самолеты с поршневыми двигателями лететь выше, насосы качать большее количество воды, а генераторы вырабатывать большее количество энергии. Они позволяют грузовикам перевозить более тяжелые грузы, кораблям, поездам и автомобилям преодолевать большие расстояния с меньшими затратами топлива. На сегодняшний день наддув ДВС применяется в судовых и локомотивных силовых установках, двигателях легковых и грузовых автомобилей, специальной дорожной и сельскохозяйственной, военной технике, энергетических установках. У ряда фирм доля двигателей с наддувом в объеме производства достигает 50…...100%.


1.jpg

Рис.57. Один из самых маленьких турбокомпрессоров

Для удовлетворения нужд всех перечисленных областей хозяйства разными фирмами выпускаются сотни моделей агрегатов наддува с размерами от 25 до 950 мм (рис. 57, 58, 60). Их частота вращения находится в диапазоне от 10000 до 250000 об/мин.

Самый большой турбокомпрессор спроектирован и изготовлен фирмой ABB turbocharger для самого мощного дизеля в мире (108920 л.с.) (рис. 59 и 60). На данном двигателе устанавливается четыре агрегата наддува длиной 4200 мм, диаметром 2400 мм и весом 14,5 т [11].

tc_1_intro_img_6.jpg

Рис.58. Модельный ряд турбокомпрессоров, выпускаемых фирмой ABB turbocharger
tc_1_intro_img_2.jpg

Рис.59. Самый мощный дизель в мире (108920 л.с.)


tc_1_intro_img_4.jpg

Рис.60. Самый большой турбокомпрессор, изготовленный на фирме ABB turbocharger для самого мощного дизеля в мире




Основные производители турбокомпрессоров и примерное распределение рынка между ними представлены в табл. 2 [11].

В дальнейшем в данной книге будут рассмотрены различные системы наддува, применяемые в двигателях внутреннего сгорания на современном уровне.
Таблица 2. Распределение рыка между производителями турбокомпрессоров

Фирма

Доля рыка в мире

Доля рынка в Европе

Honeywell Turbo Technologies (Garret)

50

58

Borg Warner Turbo Systemsca

23

30

Ishikawajima-Harima Heavy Industries (IHI)

11

8

Mitsubishi Heavy Industries

10

4

Хронология развития агрегатов наддува


1885 - Готлиб Даймлер получил патент DRP 34926 на систему наддува двигателя с использованием принципа кривошипно-камерной продувки;

1886 - Рудольф Дизель на втором опытном экземпляре своего двигателя опробовал предварительное сжатие необходимого для сгорания воздуха;

1905 – Альфред Бюши предложил сжимать воздух на впуске в цилиндры при помощи энергии выхлопных газов. Он же предложил охлаждать наддувающий воздух на входе в двигатель. Эти идеи лежат в основе турбонаддува;

1906 - в США двигатель гоночной машины был оснащен центробежным компрессором;

1910 – эксперименты с наддувом начаты на фирме General Electric под руководством Санфорда Мосса;

1910 – механический наддув был впервые применен на авиационном двигателе (двухтактный ротативный двигатель Мюррея – Вильята);

1913 - наддув был впервые применен в силовой установке тепловоза;

1914...1918 – Первая мировая война – активное развитие наддува в авиационных двигателях;

1916 – Альфред Бюши с французом Августом Рато составили наиболее полное патентное описание турбонаддува;

1917 – первое применение газотурбинного наддува в авиации;

1919 – в качестве наддувающего агрегата стали применяться компрессоры «Рут»;

1920 – самолет LeРere с двигателем, оснащенным турбонаддувом, установил рекорд высоты полета (10092 м);

1923 - первый коммерческий турбонагнетатель был изготовлен в Швейцарии на фирме Brown Bovery and Cie;

1923 – приводной нагнетатель Уитинга был установлен на первом серийном легковом автомобиле «Мерседес 10/40»;

1923 – дизельные двигатели германских теплоходов «Danzig» и «Preussen» оснащены турбонаддувом;

1924 – приводные нагнетатели с приводом от электродвигателя установлены на немецком спасательном буксире «Seefalke»;

1927 – турбонаддув был применен на тепловозах на швейцарском локомотивостроительном заводе в Винтертуре совместно с фирмой Brown Bovery and Cie;

1935 – турбонаддувом стали оснащаться локомотивы на немецкой железной дороге;

1938 – швейцарская фирма Sauer применила двигатели с турбонаддувом на двигателях грузовых автомобилей;

1920...1945 – широкое распространение механического наддува в авиационных двигателях;

1939...1945 – Вторая мировая война – применение турбонаддува на американских боевых самолетах;

1941 – в СССР был создан бомбардировщик Пе-8, оснащенный дизельными двигателями с наддувом;

1944 – в СССР появились первые американские локомотивы, двигатели которых имели турбонаддув;

1948 – турбонаддув применяется на отечественных тепловозах ТЭ-1;

1945 ...1961 – развитие механического наддува в автоспорте;

1952 – в США используются более 20000 двигателей, оснащенных турбокомпрессором;

1961 – запрещение наддува в автоспорте;

1963 - General Motors выпустили первые серийные легковые автомобили, оснащенные турбонагнетателем: Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobile Jetfire;

1963 - на Ярославском моторном заводе был создан первый в СССР двигатель с турбонаддувом для тракторов К-700;

1966 – разрешение применения турбонаддува в «Формуле 1»;

1967 - швейцарский инженер Михаэль Май разработал набор для оснащения турбонагнетателем шестицилиндровых двигателей немецких моделей Ford;

1973 – нефтяной кризис;

1973 - BMW выпустил первый немецкий серийный автомобиль с газотурбонаддувом 2002 Turbo;

1973 – дебют автомобиля 911 Turbo;

1977 – победа в гонках «Формула 1» болида Renault, оснащенного турбонаддувом;

1977 - на автомобиле Saab 99 Turbo впервые удалось добиться надежной работы турбонаддува;

1978 - выпущен Mercedes – Benz 300 SD, первый легковой автомобиль, оснащенный дизельным турбодвигателем;

1987 – появился автомобиль Porsche 959, впервые оснащенный двухступенчатым турбонаддувом;

1989 - запрещение наддува в «Формуле 1».

Контрольные вопросы

для самопроверки


  1. Кто и когда первым выдвинул и реализовал идею сжатия воздуха на входе в цилиндр ДВС?

  2. Назовите области применения ДВС с наддувом.

  3. Когда был изобретен наддув и турбонаддув?

  4. Кто является автором идеи привода наддувающего компрессора с помощью турбины, работающей от выхлопных газов?

  5. Назовите передовые области, откуда наддув в последствии распространился в серийное автомобилестроение.

  6. Почему авиация стала одной из областей, где наддув получил преимущественное развитие?

  7. Почему наддув при применении на авиационных двигателях не встретил многих сложностей, с которыми сталкивались при применении их на земле?

  8. По каким причинам первые серийные легковые автомобили с турбонаддувом не имели коммерческого успеха?

  9. Почему турбонаддув получил широкое распространение только через полвека после своего изобретения?

  10. Каким образом конструкторы американских военных самолетов решали проблему надежности работы турбонагнетателей?

  11. Почему на американских военных самолетах времен Второй мировой войны турбокомпрессор располагался достаточно далеко от двигателя?

  12. Где отрабатывались основные технологии турбонаддува, перед тем как быть внедренными в серийное автомобилестроение?

  13. С чем был связан всплеск интереса к турбонаддуву коммерческих автомобилей в 1970…...1980-х годах?

  14. Назовите первые серийные легковые автомобили, имевшие бензиновый двигатель с турбонаддувом. В каком году они выпускались?

  15. Назовите первый немецкий серийный легковой автомобиль, имевший бензиновый двигатель с турбонаддувом? В каком году он выпускался?

  16. Назовите первый серийный легковой автомобиль имевший дизель с турбонаддувом. В каком году он выпускался?

  17. Какой фирме удалось добиться надежной работы турбокомпрессора на серийных легковых машинах, а также отработать ряд важных технологий турбокомрессоростроения?

  18. Когда и на каких машинах турбонаддув был впервые применен в СССР?

  19. Какое количество дизельных и бензиновых двигателей оснащается наддувом?

  20. Назовите диапазоны изменений основных параметров турбокомпрессоров.

  21. Назовите примерное количество ДВС, оснащаемых турбокомпрессором в последние годы (за год).



Список использованных источников


  1. Патрахальцев, Н.Н. Наддув двигателей внутреннего сгорания: Учеб. пособие./Н.Н. Патархальцев – М.: Изд-во РУДН, 2003. – 319с.

  2. Белоусов, А.Н. Теория и расчет авиационных лопаточных машин/ А.Н.Белоусов, Н.Ф. Мусаткин, В.М. Радько - Самара ФГУП “Издательство Самарский дом печати”, 2003. – 336 с.

  3. Холщевников, К.В., Емин О.Н., Митрохин В.Т. Теория и расчет авиационных лопаточных машин/ К.В. Холщевников, О.Н. Емин, В.Т. Митрохин М.: Машиностроение, 1986. 432с.

  4. Двигатели внутреннего сгорания: учебник для вузов. В 3 кн. Кн. 1. Теория рабочих процессов: / В.Н. Луканин, К.А. Морозов, А.С. Хачинян и [др.]; под ред. В.Н. Луканина и М.Г. Шатрова. – 3-е изд., перераб и испр. – М.: Высшая школа, 2007. – 479с.

  5. Лангкабель, Г.Х. Турбодвигатели и компрессоры: Справочное пособие./ Г.Х. Лангкабель – М.: АСТ: Астрель, 2008. – 350с.

  6. ru.wikipedia.org.

  7. Бекман, В.В. Гоночные автомобили/ В.В. Бекман – Л.: Машиностроение. Ленинград. отд-ние, 1980. – 320с.

  8. Савельев, Г.М. Опыт доводки и производства турбокомпрессоров автомобильных дизелей: учебное пособие для институтов повышения квалификации/ Г.М.Савельев, Б.Ф. Лямцев, Э.В. Аболтин. М: 1985. - 94с.

  9. Материалы сети Интернет.

  10. Turbochargers.ru.

  11. www.itsm.uni-stuttgart.de.

  12. www.abb.com/turbochargers.

  13. Раков, В.А. Локомотивы отечественных железных дорог (1842-1955)/ В.А. Раков. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Транспорт 1995 – 564с.

  14. Ховаха, М.С. Автомобильные двигатели/М.С. Ховаха. – М: Машиностроение. 1977. – 591с.

  15. Дробинский, В.А., Егунов П.М. Как устроен и работает тепловоз/ В.А. Дробинский, П.М. Егунов. 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Транспорт, 1980. – 367с.





Учебное издание
Батурин Олег Витальевич,

Батурин Николай Витальевич,

Матвеев Валерий Николаевич

История изобретения и развития агрегатов наддува двигателей внутреннего сгорания


Учебное пособие
Самарский государственный

аэрокосмический университет.

443086 Самара, Московское шоссе, 34.



Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации