Перепускной клапан — это клапан , который управляет потоком 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 перепускного клапана — регулировать максимальное давление наддува в системах турбонаддува, защищать двигатель и турбонагнетатель. Одним из преимуществ установки выносного перепускного клапана на свободно плавающий (или не перепускной) турбонаддув включает в себя допуск на меньшую площадь по радиусу (A/R) корпуса турбины, что приводит к меньшему времени задержки перед тем, как турбина начнет раскручиваться и создавать наддув. [2] Одним из самых ранних случаев использования современного перепускного клапана был Saab 99 Turbo 1978 , представленный в 1977 году. [3]
Внешний вестгейт — это отдельный автономный механизм, обычно используемый с турбокомпрессорами, у которых нет внутренних вестгейтов. Для внешнего вестгейта требуется специально сконструированный турбоколлектор с выделенным бегунком, идущим к вестгейту. Внешний вестгейт может быть частью самого корпуса выхлопной системы. Внешние вестгейты обычно используются для более точного регулирования уровней наддува, чем внутренние вестгейты, в мощных приложениях, где можно достичь высоких уровней наддува. Внешние вестгейты могут быть намного больше, поскольку нет ограничений на интеграцию клапана или пружины в корпус турбокомпрессора и турбины. Можно использовать внешний вестгейт с турбокомпрессором с внутренним затвором. Этого можно добиться с помощью специально разработанного кронштейна, который легко прикручивается и ограничивает движение рычага привода, не давая ему открываться. Другой способ заключается в заваривании внутреннего вестгейта, что навсегда предотвращает его открытие, но разрушение сварного шва может позволить ему снова открыться.
Внешние перепускные клапаны обычно используют клапан, похожий на тарельчатый клапан, который находится в головке цилиндра . Однако они управляются пневматикой, а не распредвалом, и открываются в противоположном направлении. Внешние перепускные клапаны также могут использовать дроссельную заслонку , хотя это встречается гораздо реже.
Внутренний перепускной клапан — это 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 с помощью сигнала давления от впускного коллектора идентично управлению внешним перепускным клапаном. Преимущества включают более простую и компактную установку без внешнего трубопровода перепускного клапана. Кроме того, все отработанные выхлопные газы автоматически направляются обратно в каталитический нейтрализатор и выхлопную систему. Многие турбокомпрессоры OEM относятся к этому типу. Недостатки по сравнению с внешним перепускным клапаном включают ограниченную возможность сбрасывать давление выхлопных газов из-за относительно небольшого диаметра внутреннего перепускного клапана и менее эффективную работу в условиях наддува.
«Разведенный» вестгейт сбрасывает газы прямо в атмосферу, вместо того, чтобы возвращать их с остальной частью выхлопа двигателя. Это делается для предотвращения турбулентности потока выхлопных газов и снижения общего противодавления в выхлопной системе. Разведенная вестгейтная демперная труба обычно называется трубой- крикуном из-за незаглушенных отработанных выхлопных газов и связанных с ними громких шумов, которые они производят. [4]
Простейшим управлением для перепускного клапана является механическая связь, которая позволяет оператору напрямую контролировать положение перепускного клапана. Такое ручное управление используется в некоторых легких самолетах с турбонаддувом. [5]
Простейшим замкнутым контуром управления для перепускного клапана является подача давления наддува непосредственно со стороны наддувочного воздуха к приводу перепускного клапана. Небольшой шланг может быть подключен от выхода компрессора турбокомпрессора, наддувочных труб или впускного коллектора к ниппелю на приводе перепускного клапана. Перепускной клапан будет открываться дальше, поскольку давление наддува будет давить на силу пружины в приводе перепускного клапана, пока не будет достигнуто равновесие . Более интеллектуальное управление может быть добавлено путем интеграции электронного контроллера наддува .
Стандартные вестгейты имеют один порт для присоединения линии управления наддувом от линии подачи наддувочного воздуха или соленоида управления наддувом. Последние достижения во внутренних приводах вестгейта обеспечивают управление двумя портами.
Двойной перепускной клапан добавляет второй порт на противоположной стороне привода. Давление воздуха, попадающее во второй порт, помогает пружине сильнее толкать в направлении закрытия перепускного клапана. Это полная противоположность первому порту. Способность помогать перепускному клапану оставаться закрытым при повышении давления наддува может быть увеличена. Это также добавляет дополнительную сложность управлению наддувом, требуя больше портов управления на соленоиде или, возможно, полную вторую систему управления наддувом с собственным отдельным соленоидом. Использование второго порта не является обязательным. Вторичные порты, в отличие от первичных портов, не могут быть просто присоединены к линии управления наддувом и требуют электронного или ручного управления, чтобы быть полезными. CO 2 также может использоваться для подачи давления на второй порт, чтобы управлять наддувом на гораздо более тонком уровне.
Некоторые авиационные двигатели 1940-х годов имели электрические перепускные клапаны, такие как Wright R-1820 на B-17 Flying Fortress . General Electric была крупнейшим производителем этих систем. До эры компьютеров они были полностью аналоговыми. Пилоты имели управление в кабине для выбора различных уровней наддува. Электрические перепускные клапаны вскоре вышли из моды из-за философии дизайна, которая требовала разделения управления двигателем от электрической системы.
Начиная с модельного года 2011 года 2,0-литровый турбированный бензиновый двигатель Theta II с непосредственным впрыском (GDI), представленный в Hyundai Sonata, включает в себя управляемый PCM электронный сервопривод перепускного клапана. Это позволяет реализовать стратегию управления наддувом, которая снижает противодавление выхлопных газов, вызванное турбонагнетателем, путем открытия перепускного клапана, когда турбонаддув не нужен, что приводит к повышению экономии топлива. Перепускной клапан также удерживается открытым во время холодного запуска для снижения выбросов за счет ускорения первоначального зажигания катализатора. [6]
Начиная с ноября 2015 года, [7] двигатели Honda Earth Dreams с непосредственным впрыском и турбонаддувом с рабочим объемом 1,5 литра используют электрический перепускной клапан с управлением 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 непосредственным впрыском 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. [8]
Большинство современных самолетов с турбонаддувом используют гидравлическое управление перепускным клапаном с моторным маслом в качестве жидкости. Системы от Lycoming и Continental работают по тем же принципам и используют похожие детали, которые отличаются только названием. Внутри привода перепускного клапана пружина открывает перепускной клапан, а давление масла закрывает перепускной клапан. На стороне выхода масла привода перепускного клапана находится контроллер плотности , масляный клапан с воздушным управлением, который измеряет давление на верхней палубе и контролирует, как быстро масло может вытекать из привода перепускного клапана обратно в двигатель. По мере того, как самолет набирает высоту и плотность воздуха падает, контроллер плотности медленно закрывает клапан и удерживает больше масла в приводе перепускного клапана, закрывая перепускной клапан для увеличения скорости турбокомпрессора и поддержания номинальной мощности. Некоторые системы также используют контроллер перепада давления , который измеряет давление воздуха по обе стороны дроссельной заслонки и регулирует перепускной клапан для поддержания заданного перепада. Это поддерживает оптимальный баланс между низкой рабочей нагрузкой турбокомпрессора и быстрым временем раскрутки, а также предотвращает помпаж, вызванный эффектом самозапуска.
Размер перепускного клапана обратно пропорционален желаемому уровню наддува и в некоторой степени независим от размера или мощности двигателя. Руководство одного из поставщиков по размеру перепускного клапана выглядит следующим образом: [9]
Однако поток выхлопных газов является эффектом мощности. Поэтому другая диаграмма решений должна выглядеть так. [ необходима цитата ]