Перепускной клапан — это клапан , который контролирует поток выхлопных газов к турбинному колесу в системе двигателя с турбонаддувом . [1]
Отвод выхлопных газов регулирует скорость турбины , которая, в свою очередь, регулирует скорость вращения компрессора . Основная функция перепускной заслонки — регулирование максимального давления наддува в системах турбокомпрессора для защиты двигателя и турбокомпрессора. Одним из преимуществ установки выносного перепускного клапана на свободноплавающую (или не WG) турбину является возможность использования меньшего корпуса турбины A/R, что приводит к меньшему времени задержки, прежде чем турбина начнет раскручиваться и создавать наддув. [2] Одно из первых применений современной перепускной заслонки было в Saab 99 Turbo 1978 года , представленном в 1977 году .
Внешний вестгейт — это отдельный автономный механизм, обычно используемый с турбокомпрессорами, не имеющими внутренних вестгейтов. Для внешнего вестгейта требуется специально сконструированный турбоколлектор со специальным направляющим, идущим к вестгейту. Внешний перепускной клапан может быть частью самого корпуса выхлопной системы. Внешние вестгейты обычно используются для более точного регулирования уровней наддува, чем внутренние, в приложениях с высокой мощностью, где могут быть достигнуты высокие уровни наддува. Внешние вестгейты могут быть намного больше, поскольку нет ограничений по интеграции клапана или пружины в турбокомпрессор и корпус турбины. Можно использовать внешний перепускной клапан с турбокомпрессором с внутренним затвором. Этого можно добиться с помощью специально разработанного кронштейна, который легко крепится болтами и ограничивает движение рычага привода, не позволяя ему открыться. Другой путь включает в себя приварку внутреннего перепускного клапана, который навсегда удерживает его от открытия, но отказ сварного шва может позволить ему снова открыться.
Во внешних вестгейтах обычно используется клапан, аналогичный тарельчатому клапану , расположенному в головке блока цилиндров . Однако они управляются пневматикой , а не распределительным валом , и открываются в противоположном направлении. Во внешних вестгейтах также может использоваться дроссельная заслонка , хотя это встречается гораздо реже.
Внутренний перепускной клапан представляет собой встроенный перепускной клапан и канал внутри корпуса турбокомпрессора, который позволяет избыточному давлению выхлопных газов обходить турбину в выхлопные газы ниже по потоку. Управление внутренним перепускным клапаном сигналом давления из впускного коллектора идентично управлению внешним перепускным клапаном. Преимущества включают более простую и компактную установку без внешнего трубопровода перепускной заслонки. Кроме того, все отработавшие газы автоматически направляются обратно в каталитический нейтрализатор и выхлопную систему. Многие OEM-турбокомпрессоры относятся к этому типу. К недостаткам по сравнению с внешним перепускным клапаном относятся ограниченная способность стравливать давление выхлопных газов из-за относительно небольшого диаметра внутреннего перепускного клапана и менее эффективная работа в условиях наддува.
«Разведенный» вестгейт сбрасывает газы прямо в атмосферу, вместо того, чтобы возвращать их вместе с остальной частью выхлопа двигателя. Это сделано для предотвращения турбулентности потока выхлопных газов и снижения общего противодавления в выхлопной системе. Самосвальную трубу с разведенным вестгейтом обычно называют кричащей трубой из-за незаглушенных отработанных выхлопных газов и связанного с ними громкого шума. [ нужна цитата ]
Простейшим элементом управления перепускной заслонкой является механическое соединение, которое позволяет оператору напрямую контролировать положение перепускного клапана. Это ручное управление используется в некоторых легких самолетах с турбонаддувом. [3]
Простейшее управление перепускной заслонкой с обратной связью заключается в подаче давления наддува непосредственно со стороны наддувочного воздуха на привод перепускной заслонки. Небольшой шланг можно подключить к выходному отверстию компрессора турбокомпрессора, заправочным трубкам или впускному коллектору к ниппелю на приводе перепускной заслонки. Перепускная заслонка откроется дальше, поскольку давление наддува будет противодействовать силе пружины в приводе перепускной заслонки, пока не будет достигнуто равновесие . Более интеллектуальное управление может быть добавлено путем интеграции электронного буст-контроллера .
Стандартные вестгейты имеют один порт для подключения линии управления наддувом от линии подачи наддувочного воздуха или соленоида управления наддувом. Последние достижения в области внутренних приводов перепускных клапанов обеспечивают двухпортовое управление.
Двухпортовый перепускной клапан добавляет второй порт на противоположной стороне привода. Давление воздуха, попадающее во второй порт, помогает пружине сильнее нажимать в направлении закрытия перепускной заслонки. Это полная противоположность первому порту. Возможность помочь перепускной заслонке оставаться закрытой при повышении давления наддува может быть увеличена. Это также усложняет управление наддувом, требуя большего количества портов управления на соленоиде или, возможно, полной второй системы управления наддувом с собственным отдельным соленоидом. Использование второго порта не обязательно. Вторичные порты, в отличие от первичных, не могут быть просто подключены к линии управления наддувом, и для их использования требуется электронное или ручное управление. CO 2 также можно использовать для подачи давления на второй порт, чтобы контролировать наддув на гораздо более тонком уровне.
Некоторые авиационные двигатели 1940-х годов имели перепускные заслонки с электроприводом, например, Wright R-1820 на B-17 Flying Fortress . General Electric была крупнейшим производителем этих систем. До эпохи компьютеров они были полностью аналоговыми. Пилоты имели органы управления в кабине, позволяющие выбирать различные уровни наддува. Электрические вестгейты вскоре вышли из моды из-за принципов проектирования, которые требовали отделения органов управления двигателем от электрической системы.
Начиная с 2011 модельного года 2,0-литровый бензиновый двигатель Theta II с турбонаддувом и прямым впрыском (GDI), представленный в Hyundai Sonata, включает в себя электронный сервопривод перепускной заслонки с управлением от PCM. Это позволяет использовать стратегию управления наддувом, которая снижает противодавление выхлопных газов, создаваемое турбокомпрессором, путем открытия перепускной заслонки, когда турбонаддув не требуется, что приводит к улучшению экономии топлива. Перепускная заслонка также остается открытой во время холодного запуска, чтобы снизить выбросы за счет ускорения первоначального зажигания катализатора. [4]
Начиная с ноября 2015 года, [5] в двигателях Honda Earth Dreams с турбонаддувом и непосредственным впрыском топлива рабочим объемом 1,5 литра используется электрический перепускной клапан с приводом от ЭБУ. Впервые он был представлен в модели Honda Civic 2016 года, а затем в CR-V в 2017 году. В 2018 году двигатели с прямым впрыском топлива и турбонаддувом объемом 1,5 л и 2,0 л заменили 6-цилиндровые атмосферные двигатели объемом 2,4 л и 3,6 л в Honda Accord. [6]
В большинстве современных самолетов с турбонаддувом используется гидравлический регулятор перепускной заслонки с моторным маслом в качестве жидкости. Системы Lycoming и Continental работают по одним и тем же принципам и используют схожие детали, которые отличаются только названием. Внутри привода перепускной заслонки пружина открывает перепускную заслонку, а давление масла закрывает перепускную заслонку. На стороне выхода масла привода перепускной заслонки находится контроллер плотности — масляный клапан с пневматическим управлением, который измеряет давление на верхней платформе и контролирует скорость стекания масла из привода перепускной заслонки обратно в двигатель. Когда самолет набирает высоту и плотность воздуха падает, контроллер плотности медленно закрывает клапан и удерживает больше масла в приводе перепускной заслонки, закрывая перепускную заслонку, чтобы увеличить скорость турбонагнетателя и сохранить номинальную мощность. В некоторых системах также используется контроллер перепада давления , который измеряет давление воздуха по обе стороны от дроссельной заслонки и регулирует перепускную заслонку для поддержания заданного перепада. Это поддерживает оптимальный баланс между низкой нагрузкой турбокомпрессора и быстрым раскруткой, а также предотвращает помпаж, вызванный эффектом начальной загрузки.
Размер перепускного клапана обратно пропорционален желаемому уровню наддува и в некоторой степени не зависит от размера или мощности двигателя. Руководство одного поставщика по определению размеров перепускного клапана выглядит следующим образом: [7]
Однако поток выхлопных газов является следствием мощности. Итак, еще одна диаграмма решений должна выглядеть следующим образом. [ нужна цитата ]