Avtoargon.ru

АвтоАргон
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Двигательная установка на двухкомпонентном топливе

Двигательная установка на двухкомпонентном топливе. Двигательная установка на стационарном плазменном двигателе (СПД)

Двигательная установка на стационарном плазменном двигателе (СПД)

Состав, структура и функционирование установки

Назначение установки

Двигательная установка (ДУ) КА предназначена для:

-довыведения КА на рабочую орбиту;

-успокоения КА после отделения от разгонного блока;

-проведения режимов построения заданной ориентации;

-проведения коррекции орбиты на различных этапах полета для поддержания группировки КА;

-стабилизации КА при проведении коррекций;

-обеспечения заданных требований по точности управления ориентацией МКА при отказе электромеханических и электромагнитных исполнительных органов системы ориентации и стабилизации.

Формирование проектного облика ДУ включает решение следующих основных задач:

-выбор компонентов топлива, типа двигателя, системы подачи топлива;

-расчет по потребным запасам топлива объемов топливных баков и газа наддува;

-разработка принципиальных пневмогидравлических схем (ПГС) ДУ с учетом апробированных схемных решений по агрегатам и элементам;

-проведение предварительных проработок конструкции ДУ с оценкой массовых характеристик.

На КА широкое применение нашли следующие типы ДУ:

-электрореактивная (на базе стационарных плазменных двигателей);

-двухкомпонентная (окислитель — азотный тетраксид (АТ), горючее – несимметричный диметилгидразин (НДМГ));

-однокомпонентная (в качестве монотоплива используется гидразин) в двух версиях: с газобаллонной системой вытеснения топлива и с совмещенной системой вытеснения и хранения топлива;

-на холодном газе (в качестве рабочего тела используется азот или гелий).

При построении принципиальной схемы ДУ учитывается необходимость надежного функционирования ДУ на всех этапах его работы. Повышение надежности функционирования ДУ связано с количеством дублирующих элементов в составе пневмогидросистемы (ПГС), что приводит к увеличению массы ДУ. Взаимодействие ДУ с системой управления бортовой аппаратурой осуществляется через блоки коммутации, вторичные источники питания и другие элементы, которые конструктивно не входят в состав анализируемых ДУ.

Электрореактивные двигатели (ЭРД) являются эффективным средством довыведения КА на рабочие орбиты, поддержания орбитальных структур. Высокий удельный импульс, возможность регулирования в широких пределах выходных характеристик, приемлемые значения массы и габаритов двигательной установки на базе СПД определяют эффективность их применения на КА.

Основные успехи в этой области космической технологии в РФ связаны с разработкой и практическим использованием ЭРД следующих типов: двигателей электронагревных (ДЭН), стационарных плазменных двигателей (СПД) и двигателей с анодным слоем (ДАС).

Электронагревный двигатель имеет низкий удельный импульс (до 300с) и, соответственно, ограниченную область применения. Поэтому для рассматриваемой задачи наибольший интерес представляют СПД и ДАС. При этом СПД несомненно, находится в лучшем положении за счет того, что в 70-е годы была создана эффективная кооперация внутри РФ.

Начало практического использования СПД в России было положено в 1972 году летно-космическими испытаниями установки ЭОЛ-1 на ИСЗ “Метеор”. Установка ЭОЛ-2, успешно отработала в составе такого же ИСЗ более 600 часов. В последующие годы ДУ с СПД стали штатными системами ИСЗ “Метеор” и “Метеор-Природа” производства ВНИИЭМ, а с 1982 года начались испытания и рабочая эксплуатация СПД на геостационарных спутниках связи, прорабатываемых НПО ПМ им. М.Ф. Решетнева. Параметры летных образцов двигателей ОКБ “Факел” приведены в таблице, а общий вид СПД мощностью 200 Вт на рисунке.

Марка двигателяСПД-25М1СПД-35СПД-50СПД-70
Тяга, мН17,3
Потребляемая мощность, Вт
Удельный импульс, Нс/кг
Ресурс, подтвержденный наземными испы­таниями ресурс, час
Полный импульс тяги, кНс
Масса, кг0,250,40,7
Уровень разработкиЛетный образецЛетный образец

Общий вид СПД мощностью 200 Вт

Структурная схема ДУ на базе СПД представлена на рисунке.

Структурная схема ДУ на базе СПД

ДУ состоит из двигательного блока (ДБ), системы хранения и подачи (СХП), состоящей из систем подачи (СП) и хранения (СХ) ксенона и системы преобразования и управления (СПУ), связанной кабелем с бортовым комплексом управления (БКУ) и системой энергопитания (СЭП) космического аппарата.

Двигательный блок (ДБ) включает в себя двигательный модуль, например, на базе СПД-50, с катодом-компенсатором, блок газораспределения, датчики температуры, входной штуцер подачи рабочего газа, электрические соединители.

Двигательный модуль состоит из анодного и катодного блоков. В состав анодного блока входят: разрядная камера, анод и магнитная система, состоящая из наружного и внутреннего магнитных полюсов, несущего магнитопровода, катушек намагничивания. Катушки намагничивания последовательно включены в разрядную цепь двигателя.

Разрядная камера выполнена из изоляционного керамического материала в виде протяженного коаксиального канала, открытого с одной стороны и закрытого с другой. В глубине разрядной камеры размещается коробчатый кольцевой анод, который соединяется с днищем разрядной камеры. От днища анода отходит газопровод, который служит для подвода рабочего тела через анод в канал камеры. От корпуса модуля анод электрически изолирован с помощью газоэлектрической развязки, выполненной на основе керамики. Магнитная система является силовым каркасом модуля.

В состав двигателя включен катод-компенсатор, который установлен на анодный блок при помощи катодного кронштейна. В основу конструкции катода-компенсатора положена схема полого катода с подогреваемым эмиттером электронов. Эмиттер помещен в капсуле из молибденового сплава. Капсула с эмиттером установлена внутри спирального нагревателя. Для уменьшения тепловых потерь нагреватель окружен тепловыми экранами, изготовленными из вольфрам-рениевой фольги. Газопровод служит для подвода рабочего тела к катоду. От корпуса катод электрически изолирован с помощью газоэлектрической развязки, выполненной на основе соединения “металл-керамика”. Пусковой электрод катода выполнен в виде полого цилиндра, закрепленного на изоляторе.

Структуру СПУ можно представить как систему, состоящую из следующих подсистем:

-приема команд и управления работой двигателя (блоки управления и коммутации);

-регулирования тока разряда двигателя;

-фильтрация электрических колебаний разряда двигателя.

Каждая из первых двух подсистем в общем случае независимо друг от друга связана с системами КА.

Подсистема электропитания обеспечивает необходимые для работы двигателя:

-напряжение накала катодов;

-напряжение питания термодросселя блока газораспределения (БГР);

-дополнительное подмагничивание магнитных катушек двигателя;

-питание катушек элекгроклапанов.

За исключением питания электроклапанов все источники гальванически изолированы от бортового источника питания МКА.

Источник разрядного напряжения является нерегулируемым источником стабилизированного напряжения (в диапазоне рабочих значений тока разряда) и выдерживает пульсации разряда двигателя и переходные процессы при зажигании разряда. Источник накала катодов является источником постоянного тока с задаваемым значением тока. Его нагрузка — низкоомная, резистивная, с возрастающей температурной характеристикой.

Основу СХП составляет система хранения (СХ) и система питания (СП) рабочего тела (ксенона). СХ содержит бак с ксеноном, заправочный клапан (ГЗ), пироклапан (ПК). СП ксенона включает ресивер низкого давления, редукционный клапан (РЭК), электроклапаны (КУ), гидравлически соединенные последовательно. На входе системы подачи имеются фильтр (Ф) и проверочный клапан (ПУ), датчики высокого давления (ДД), на выходе — датчики низкого давления (ДД).

Типовой блок СХП включает баки с раздельными каналами подачи рабочего тела (основным и резервным). Каждый канал снабжен редуктором-регулятором давления и запорными клапанами. Каналы на выходе объединяются в общую магистраль, по которой производится подача рабочего тела в двигатель. На входе в двигатель установлен блок газораспределения, который осуществляет регулировку расхода рабочего тела между анодом и катодом-компенсатором.

Экспериментальные зависимости тяги, мощности, удельного импульса и анодного тока от массового расхода и анодного напряжения приведены на рисунках. Экспериментальные зависимости позволяют выбрать режимы работы двигателя (анодное напряжение Uа и массовый расход рабочего тела m), соответствующие выходным характеристикам: тяге Т, мощности N и удельной тяге Руд. Значения параметров приведены в зависимости от массового расхода и анодного напряжения.

Изменение тяги Изменение мощности

Изменение удельной тяги Изменение анодного напряжения

Двигательная установка, работающая на двухкомпонентном топливе (АТ+НДМГ), включает:

-систему вытеснения, хранения и подачи топлива;

-двигатели коррекции и стабилизации КА, разгрузки исполнительных органов СОиС;

-трубопроводы, датчики телеметрического контроля, электронагреватели, кабельную сеть, экранно-вакуумную теплоизоляцию.

Система вытеснения топлива состоит из шаробаллона (ШБ) высокого давления, пироклапанов (ПК1, ПК2), блока регулирования давления наддува (БН), заправочных и дренажных горловин с клапанами (К31, КП1, КП2), обратных клапанов (ОК1, ОК2) и клапанов наддува (КН1, КН2) (см. рисунок). На наружной поверхности шаробаллона расположены датчик температуры (Т1) газа.

Принципиальная схема ДУ на двухкомпонентном топливе (АТ и НДМГ)

Система хранения топлива включает бак сферической формы, выполненный из алюминиевого сплава 01570М и обладающего более высокими значениями механических характеристик (предел прочности и текучести) по сравнению с традиционным материалом АМгб на 25. 45 %. Внутри бака установлено триметаллическое днище для разделения полостей окислителя и горючего. Для запуска двигателей в невесомости внутри полостей окислителя и горючего размещаются заборные устройства.

Читать еще:  А чего можно поставить двигатель на ямасаки

Возможно применение ряда почти равноценных по массовым характеристикам вариантов исполнения внутрибаковых заборных устройств: эластичное вытеснительное устройство — мягкая оболочка из пластополимерной многослойной фольгированной пленки, мембранный разделитель – диафрагма (металлическая и полимерная), капиллярное устройство – система фильтрующих и удерживающих топливо сеток и металлический сильфон. Конструкция внутрибаковых устройств (типа эластичного устройства, диафрагмы и капиллярного устройства) прошла апробацию в двигательных установках системы ориентации и стабилизации ряда КА. Выбор окончательного варианта внутрибакового устройства проводится после проработки вопроса о разновыработки топлива из полостей бака и динамики КА с жидким наполнением.

На наружных поверхностях топливных полостей сферического бака расположены электронагреватели (НЭ1, НЭ2) и термочувствительные элементы системы термостабилизации (РТ2, РТЗ) компонентов топлива.

Система подачи топлива включает серийные пиропатроны с пироклапаними (ПКЗ, ПК4) для предотвращения попадания топлива в коллекторы двигателей коррекции и стабилизации до начала работы ДУ, фильтры (Ф1, Ф2), электрогидроклапаны (ЭГК1, ЭГК2), для управления подачей топлива к управляющим клапанам двигателей, заправочно-проверочные магистрали с клапанами (К32, КЗЗ, КПЗ, КП4) и клапаны слива (КС1.КС2).

Контроль давления в магистралях окислителя и горючего проводится с помощью датчиков давления (ДЦ4, ДЦ5, ДД6. ).

Основные характеристики двигателя на двухкомпонентном топливе представлены в таблице.

ХарактеристикаЗначение
Тяга (номинальная), Н
Удельный импульс тяги в импульсном режиме, Н с/кг
Удельный импульс тяги в непрерывном режиме, Н с/кг
Давление номинальное статическое на входе в двигатель по линии окислителя и горючего, МПа1.52
Количество включений310 5
Энергопотребление, Вт15.8
Масса, кг1.25
Габариты, мм211x100x97

Принципы функционирования и режимы работы ДУ:

-включение системы электропитания после отделения КА от разгонного блока и подача команды на включение электронагревателей для ДК, ДС и топливного бака;

-открытие клапанов магистралей и двигателей для вакуумирования топливных магистралей в течение заданного времени;

-срабатывание пироклапанов и включение системы наддува;

-заполнение ПГС компонентами топлива, при этом в топливном баке уcтанавливается рабочее давление;

-включение двигателей стабилизации и в соответствии с командами проведение режимов ориентации, стабилизации и коррекции орбиты (включается двигатель коррекции), а также разгрузка исполнительных органов.

Управление агрегатами ДУ заключается в подаче на магистральные клапаны и клапаны блока наддува команды (в виде импульса) длительностью до 0,6 с при токе не более 2,5 А. Такая же длительность импульсных команд и на закрытие этих агрегатов.

ДС и ДК включаются подачей бортового напряжения на обмотку клапанов. Ток потребления каждого из клапанов 0,45 А. Выключение двигателей осуществляется снятием напряжения с обмоток клапанов.

Каждый из двигателей снабжен электронагревателями (НЭЗ,НЭ4, НЭ5. ) и термочувствительными элементами термостабилизации (РТ4, РТ5, РТб. ).

Для телеметрического контроля открытия и закрытия агрегатов ДУ установлены сигнализаторы положения (открытие — сигнализаторы положения замкнуты, закрытие — разомкнуты). На принципиальной схеме ДУ сигнализаторы положения не показаны.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Ускорения плазмы в анодном слое , страница 6

При использовании газоразрядных источников ионов εi обычно в несколько раз превосходит энергию ионизации (εi≈ 30÷100 эВ/ион). Поэтому коэффициент η4 оказывается важным лишь для легких ионов и при малых скоростях.

5. Если образование ионов происходит внутри ускоряющего слоя, то снижение эффективности ускорения может быть связано с различием точек их старта вдоль слоя.если, например, 50% ионов приобретают на выходе из слоя скорость v, а другие 50% — скорость ½ v, то η5 = ε = 0,75.

Поэтому оптимальным является случай, когда основная часть ионов начинает ускорение вблизи высоковольтной границы слоя. Этот случай реализуется, например, в двухступенчатых ускорителях, где ионизация плазмы осуществляется на первой ступени.

Применение ускорителей плазмы с анодным слоем

Области применения УАС определяются конкретными характеристиками определённого ускорителя. Наиболее распространены они в электрических ракетных двигателях, где важна скорость плазменного потока и в технологиях предварительной очистки материала перед его обработкой другими плазменными методами.

Исследованию ускорителей с замкнутым дрейфом электронов посвящена обширная литература. Однако за свою полувековую историю развития эти ускорители использовались преимущественно как ракетные двигатели. Поэтому большая часть исследований была направлена на достижение максимально возможной скорости плазменного потока и газовой экономичности ускорителя в условиях космических аппаратов.

В технологических применениях ускорителя на первое место выдвигаются – однородность обработки материала, отсутствие в системе накальных элементов, простота обслуживания и лёгкость интеграции с существующими технологическими процессами (например, с технологией магнетронного напыления). Это, в свою очередь, привело к необходимости пересмотра ряда положений, используемых при проектировании ускорителей. Эти изменения должны привести к появлению новых режимов работы и не могут не отразиться на динамике горения разряда.

Рассмотренная общая картина процессов в системах с анодным слоем легла в основу более детализированной теории ускоритеелей с анодным слоем. Хотя проанализированные процессы несколько ограничивают эффективность ускорителя с анодным слое, можно ожидать, что ее величина будет достаточно высокой. Из выполенного анализа следует также, что процесс, который может приводить к наибольшему снижению к.п.д., состоит в развитии в укорителе неустойчивостей. Поэтому одна из центральных задач экспериментально исследования ускорителя с анодным слоем состоит в определении таких режимов его работы, в которых роль неустойчивостей оказывается сравнительно малосущественной.

Список использованной литературы

1. Гришин С.Д., Лесков Л.В., Козлов Н.П. Электрические ракетные двигатели, М., «Машиностроение» 1975, 272 с.

2. Абдюханов М.А. и др. Двухступенчатый холловский ускоритель с анодным слоем. – В кн.: Материалы 2-1 Всесоюзной конференции по плазменным ускорителям. Изд. Института физики АН БССР, Минск, 1973, с. 126-127.

3. Абдюханов М.А., Ерофеев В.С., Лесков Л.В. Работа ускорителя с анодным слоем на различных веществах. – В. кн.: Материалы 2-й всесоюзной конференции по плазменным ускорителям. Изд. Института физики АН БССР, Минск, 1973, с. 132-133.

  • АлтГТУ 419
  • АлтГУ 113
  • АмПГУ 296
  • АГТУ 267
  • БИТТУ 794
  • БГТУ «Военмех» 1191
  • БГМУ 172
  • БГТУ 603
  • БГУ 155
  • БГУИР 391
  • БелГУТ 4908
  • БГЭУ 963
  • БНТУ 1070
  • БТЭУ ПК 689
  • БрГУ 179
  • ВНТУ 120
  • ВГУЭС 426
  • ВлГУ 645
  • ВМедА 611
  • ВолгГТУ 235
  • ВНУ им. Даля 166
  • ВЗФЭИ 245
  • ВятГСХА 101
  • ВятГГУ 139
  • ВятГУ 559
  • ГГДСК 171
  • ГомГМК 501
  • ГГМУ 1966
  • ГГТУ им. Сухого 4467
  • ГГУ им. Скорины 1590
  • ГМА им. Макарова 299
  • ДГПУ 159
  • ДальГАУ 279
  • ДВГГУ 134
  • ДВГМУ 408
  • ДВГТУ 936
  • ДВГУПС 305
  • ДВФУ 949
  • ДонГТУ 498
  • ДИТМ МНТУ 109
  • ИвГМА 488
  • ИГХТУ 131
  • ИжГТУ 145
  • КемГППК 171
  • КемГУ 508
  • КГМТУ 270
  • КировАТ 147
  • КГКСЭП 407
  • КГТА им. Дегтярева 174
  • КнАГТУ 2910
  • КрасГАУ 345
  • КрасГМУ 629
  • КГПУ им. Астафьева 133
  • КГТУ (СФУ) 567
  • КГТЭИ (СФУ) 112
  • КПК №2 177
  • КубГТУ 138
  • КубГУ 109
  • КузГПА 182
  • КузГТУ 789
  • МГТУ им. Носова 369
  • МГЭУ им. Сахарова 232
  • МГЭК 249
  • МГПУ 165
  • МАИ 144
  • МАДИ 151
  • МГИУ 1179
  • МГОУ 121
  • МГСУ 331
  • МГУ 273
  • МГУКИ 101
  • МГУПИ 225
  • МГУПС (МИИТ) 637
  • МГУТУ 122
  • МТУСИ 179
  • ХАИ 656
  • ТПУ 455
  • НИУ МЭИ 640
  • НМСУ «Горный» 1701
  • ХПИ 1534
  • НТУУ «КПИ» 213
  • НУК им. Макарова 543
  • НВ 1001
  • НГАВТ 362
  • НГАУ 411
  • НГАСУ 817
  • НГМУ 665
  • НГПУ 214
  • НГТУ 4610
  • НГУ 1993
  • НГУЭУ 499
  • НИИ 201
  • ОмГТУ 302
  • ОмГУПС 230
  • СПбПК №4 115
  • ПГУПС 2489
  • ПГПУ им. Короленко 296
  • ПНТУ им. Кондратюка 120
  • РАНХиГС 190
  • РОАТ МИИТ 608
  • РТА 245
  • РГГМУ 117
  • РГПУ им. Герцена 123
  • РГППУ 142
  • РГСУ 162
  • «МАТИ» — РГТУ 121
  • РГУНиГ 260
  • РЭУ им. Плеханова 123
  • РГАТУ им. Соловьёва 219
  • РязГМУ 125
  • РГРТУ 666
  • СамГТУ 131
  • СПбГАСУ 315
  • ИНЖЭКОН 328
  • СПбГИПСР 136
  • СПбГЛТУ им. Кирова 227
  • СПбГМТУ 143
  • СПбГПМУ 146
  • СПбГПУ 1599
  • СПбГТИ (ТУ) 293
  • СПбГТУРП 236
  • СПбГУ 578
  • ГУАП 524
  • СПбГУНиПТ 291
  • СПбГУПТД 438
  • СПбГУСЭ 226
  • СПбГУТ 194
  • СПГУТД 151
  • СПбГУЭФ 145
  • СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 379
  • ПИМаш 247
  • НИУ ИТМО 531
  • СГТУ им. Гагарина 114
  • СахГУ 278
  • СЗТУ 484
  • СибАГС 249
  • СибГАУ 462
  • СибГИУ 1654
  • СибГТУ 946
  • СГУПС 1473
  • СибГУТИ 2083
  • СибУПК 377
  • СФУ 2424
  • СНАУ 567
  • СумГУ 768
  • ТРТУ 149
  • ТОГУ 551
  • ТГЭУ 325
  • ТГУ (Томск) 276
  • ТГПУ 181
  • ТулГУ 553
  • УкрГАЖТ 234
  • УлГТУ 536
  • УИПКПРО 123
  • УрГПУ 195
  • УГТУ-УПИ 758
  • УГНТУ 570
  • УГТУ 134
  • ХГАЭП 138
  • ХГАФК 110
  • ХНАГХ 407
  • ХНУВД 512
  • ХНУ им. Каразина 305
  • ХНУРЭ 325
  • ХНЭУ 495
  • ЦПУ 157
  • ЧитГУ 220
  • ЮУрГУ 309
Читать еще:  Шевроле круз провалы в работе двигателя

Полный список ВУЗов

  • О проекте
  • Реклама на сайте
  • Правообладателям
  • Правила
  • Обратная связь

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Как расшифровать tdi на машине

Дизельный двигатель TDI (аббревиатура расшифровывается как Turbocharged Direct Injection) – детище инженеров автомобильного концерна Volkswagen, работа над созданием которого началась в 70-х годах ХХ ст. Само название TDI – защищенная патентом торговая марка, на которую у концерна есть исключительные права, а значит, происхождение двигателя по такой надписи можно определить безошибочно.

Подобные силовые агрегаты устанавливаются на весь дочерний ряд немецкого автомобильного гиганта, будь то легковые автомобили, грузовики, джипы, микроавтобусы. Также TDI-двигателями располагают некоторые модели какое-то время сотрудничал. Разберемся подробнее, что такое TDI двигатель? В чем его плюсы и так ли он надежен и перспективен?

Топливный впрыск в моторах TDI

На ранних этапах развития дизельных ДВС давление в системе, которая предполагает наличие ТНВД в связке с простыми механическими форсунками, составляло всего 20-40 Бар. Современный дизель имеет давление на минимальной отметке в 1600 Бар и выше. Тенденция к увеличению давления впрыска топлива связана с тем, что дизельные двигатели отличаются очень коротким временем, которое отводится на процесс смесеобразования.

Если коленвал вращается на 2000 об/мин, тогда на смешивание порции дизтоплива с воздухом выделяется всего 3-4 миллисекунды. Увеличение частоты вращения коленчатого вала еще более сокращает этот временной отрезок. Также приготовление однородной топливно-воздушной смеси становится возможным только благодаря увеличению давления впрыска. В случае с низким давлением топливная смесь будет некачественной, процесс сгорания отличается низкой эффективностью. Результатом становится повышение токсичности выхлопа дизеля и низкий КПД.

Ранее за топливный впрыск на дизеле отвечал ТНВД, который работает в паре с механическими форсунками, сегодня на дизельные моторы ставятся системы Common Rail. Так как процесс горения в дизеле является взрывом от контакта порции солярки с разогретым на такте сжатия воздухом, то время впрыска очень ограничено.

ТНВД в современном дизеле попросту создает давление в общей магистрали, а пьезоинжекторы (пьезоэлектрические форсунки) TDI способны впрыскивать четко определенное количество дизтоплива в цилиндры дизельного двигателя за очень короткий промежуток времени (менее чем за 0,2 миллисекунды) по команде ЭБУ.

Также в отдельных конструкциях систем питания дизельных ДВС можно встретить так называемые насос-форсунки. Это означает, что каждая инжекторная форсунка оборудована собственным насосом высокого давления. Получается, развитие дизельных технологий сегодня сводится к увеличению давления впрыска и максимальной эффективности работы системы турбонаддува. Так удается решить главные задачи: увеличить мощность и снизить уровень токсичности отработавших газов.

Рекомендуем: Устройство карбюратора

История создания мотора TDI

Дизельный двигатель всегда привлекал различные компании своим нераскрытым до конца потенциалом. Основной задачей, которая ставилась перед инженерами, являлось превращение шумного, тихоходного и малооборотистого агрегата в такой мотор, который можно было бы с легкостью устанавливать в легковые авто. Результатом стало создание мощного, экономичного и экологичного дизеля, который по своим эксплуатационным характеристикам был максимально приближен к бензиновому силовому агрегату.

Первопроходцем в этом направлении стала компания Audi, которая в далеком 1980-м установила 1.6-литровый дизельный 54-сильный атмосферник под капот своей популярной модели Audi 80. Дальнейшее совершенствование и развитие технологий привело к тому, что уже в 1989 Audi первыми в мире наладили и запустили в массовое производство компактный, тяговитый и мощный турбодизельный двигатель, который получил широко известное сегодня обозначение TDI.

Первый TDI представлял собой дизельный двигатель с 5 цилиндрами, имел рабочий объем 2.5 литра, оснащался турбонаддувом с интеркулером (система промежуточного охлаждения нагнетаемого воздуха). Максимальная мощность этого мотора составляла 120 л.с. Показатель крутящего момента находился на отметке 256 Нм и достигался при выходе на 2250 об/ мин.

С момента появления на рынке данный силовой агрегат стал достаточно востребованным, так как представлял собой достойную альтернативу не только дизелям других производителей, но и вполне был способен составить конкуренцию моторам на бензине. TDI от Ауди обеспечивал прекрасную динамику, при этом расход топлива был существенно ниже по сравнению с другими аналогами.

Общая оценка преимуществ TDI

Среди выявленных достоинств силовой установки образца Turbocharged Direct Injection нельзя не обратить внимания на следующее:

  • мощность;
  • экономичность;
  • компактность;
  • экологичность.

Этот набор определился не сразу и даже не после появления на рынке в 1980 г. Audi 80 с TDI под капотом, а лишь после многочисленных доработок и улучшений, что привело к запуску в серию в 1989 г. нового мощного турбодизеля, во многом не уступающего бензиновым агрегатам.

Специалисты признают, что TDI – один из лучших современных дизелей, эффективность которого определяется исходя из соотношения исходной мощности и крутящего момента на единицу объема цилиндра и расходованного топлива.

Особенности и преимущества

Первым делом автолюбителей интересует, что же это такое двигатель TDI и как расшифровывается используемая аббревиатура. На самом деле не сложно разобраться в том, что означает TDI и в чём суть этого мотора, если взглянуть на полное название. Полная расшифровка звучит как Turbocharged Direct Injection.

Подобные движки можно встретить не только среди модельного ряда WAG. Есть ряд автомобилей, где в качестве мотора выступает двигатель TDI. Это продукты компаний, с которыми сотрудничает Volkswagen.

Важно заметить, что сама аббревиатура TDI является запатентованной торговой маркой. WAG обладает эксклюзивными правами на неё. Это позволяет без каких-либо опасений покупать автомобиль и быть при этом уверенным, что двигатель принадлежит именно WAG.

Когда Audi вошла в состав WAG, автоконцерн Volkswagen очень быстро выбился в лидеры среди лучших производителей дизельных силовых установок. Используемые инновационные решения и новые технологии позволили получить огромный список преимуществ и привилегий. При этом главными достоинствами турбодизелей TDI считаются:

  • незначительная шумность во время работы;
  • превосходные показатели по крутящему моменту;
  • небольшой расход;
  • низкий уровень токсичности выделяемого выхлопа.

Хотя дизельные двигатели TDI обладают весомыми преимуществами по сравнению с конкурентами, наиболее весомыми называют прекрасный коэффициент полезного действия и экономичность. Эти два фактора предопределили успех проекта.

Подобных характеристик во многом удалось добиться за счёт более высокого давления впрыска. Если сравнивать с аналогами, у которых этот показатель находится на уровне 1350 бар и не выше, то TDI выдаёт 2050 бар.

В двигателе реализована система, в которой инжектор объединили с топливным насосом. Это позволяет контролировать все процессы впрыска горючего. Подобное нововведение позволило добиться высоких показателей крутящего момента с одновременной плавной работой в разных режимах.

Особая система подачи горючего обеспечивает равномерное и деликатное сжигание топлива, тем самым снижаются до минимума ударные нагрузки. Это привело уже к появлению другого преимущества в виде тихой работы и снижения уровня токсичности выхлопного газа.

Важным шагом для повышения эффективности работы дизеля стало внедрение аккумуляторной системы подачи, то есть Common Rail. С её помощью удалось избавиться от зависимости механизма впрыска от того, какой текущий угол поворота коленчатого вала и рабочий режим мотора. Тем самым были созданы условия для впрыска горючего в рабочие цилиндры под воздействием высокого давления даже тогда, когда мотор работает при минимальных нагрузках.

Несмотря на то, что аккумуляторная система подачи топлива не уступает традиционным системам по ремонтопригодности, а местами её превосходит, тут крайне важно использовать максимально качественное горючее. То есть TDI лучше заправлять на проверенных АЗС.

Можно выделить несколько технологических особенностей этих двигателей, которые выделяют их на фоне конкурентов и позволяют говорить о некоторых уникальных, нестандартных или нетипичных решениях.

  1. Поскольку инжектор объединили с топливным насосом, система позволяет всесторонне контролировать механизм впрыска горючего. В итоге это привело к повышению крутящего момента, плавности и эластичности хода вне зависимости от текущего режима работы двигателя.
  2. Когда в двигателе происходит процесс сгорания солярки, это не сопровождается серьёзными ударными нагрузками, что происходит на многих аналогах. Тем самым удаётся обеспечить низкий уровень шума в работе силового агрегата.
  3. TDI характеризуются очень низкой концентрацией оксида азота в вырабатываемом выхлопе. Это объясняет достаточно адекватный уровень токсичности, чего многие другие дизельные моторы добиться не могут. Среди конкурентов именно TDI заслуженно и справедливо считается самым экологичным.
Читать еще:  1 внешняя скоростная характеристика двигателя способы ее определения

Особенности

Главная особенность – это турбина, которой оснащается двигатель TDI. механизм, который обеспечивает принудительную подачу воздуха, увеличивая тем самым крутящий момент и мощность мотора. Но в отличие от других двигателей, 2.0 TDI имеет особую конструкцию турбины – с изменяемой геометрией. Чем она отличается от обычных компрессоров? Такая конструкция позволяет регулировать величину и направление потока отработавших газов. Это дает существенный прирост в мощности и высокую топливную экономичность. Так, с двух литров объема можно получить до 170 лошадиных сил мощности. А благодаря системе непосредственного впрыска расход топлива составляет порядка 5,5 литра в смешанном цикле.

Некоторые двигатели TDI в «Фольксвагене» оснащаются турбиной типа VNT.

Данная аббревиатура означает, что это компрессор с переменным соплом. Поставщиком таких турбин для «Фольксвагена» является «Гаррет». Конструкция данного узла предполагает наличие:

  • Вакуумного привода.
  • Механизма управления.
  • Направляющих лопаток.

Последние созданы для изменения скорости потока отработавших газов. Это происходит за счет корректировки величины сечения канала. Так, лопатки могут проворачиваться вокруг своей оси на определенный угол. Это действие производится при помощи механизма управления. Он состоит из рычага и кольца. Срабатывание механизма обеспечивает вакуумный привод. Именно он воздействует на рычаг через специальную тягу. Вакуумный привод оснащен клапаном ограничения давления наддува. Он подключен к электронной системе управления двигателем. Механизм срабатывает от величины давления наддува и температуры воздуха на впуске.

Классификации

По источнику энергии

Двигатели могут использовать следующие типы источников энергии:

  • электрические; постоянного тока (электродвигатель постоянного тока);
  • переменного тока (синхронные и асинхронные);
  • электростатические;
  • химические;
  • ядерные;
  • гравитационные;
  • пневматические;
  • гидравлические;
  • лазерные.

    По типам движения

    Получаемую энергию двигатели могут преобразовывать к следующим типам движения:

    • вращательное движение твёрдых тел;
    • поступательное движение твёрдых тел;
    • возвратно-поступательное движение твёрдых тел;
    • движение реактивной струи;
    • другие виды движения.

    Электродвигатели, обеспечивающие поступательное и/или возвратно-поступательное движение твёрдого тела;

    • линейные;
    • индукционные;
    • пьезоэлектрические.

    Некоторые типы электроракетных двигателей:

    • ионные двигатели;
    • стационарные плазменные двигатели;
    • двигатели с анодным слоем;
    • радиоионизационные двигатели;
    • коллоидные двигатели;
    • электромагнитные двигатели и др.

    По устройству

    Двигатели внешнего сгорания — класс двигателей, где источник тепла или процесс сгорания топлива отделены от рабочего тела:

    • поршневые паровые двигатели;
    • паровые турбины;
    • двигатели Стирлинга;
    • паровой двигатель.

    Двигатели внутреннего сгорания — класс двигателей, у которых образование рабочего тела и подвод к нему тепла объединены в одном процессе и происходят в одном технологическом объёме:

    • двигатели с герметично запираемыми рабочими камерами (поршневые и роторные ДВС);
    • двигатели с камерами, откуда рабочее тело имеет свободный выход в атмосферу (газовые турбины).

    По типу движения главного рабочего органа ДВС с запираемыми рабочими камерами делятся на ДВС с возвратно-поступательным движением (поршневые) (делятся на тронковые и крецкопфные) и ДВС с вращательным движением (роторные), которые по видам вращательного движения делятся на 7 различных типов конструкций. По типу поджига рабочей смеси ДВС с герметично запираемыми камерами делятся на двигатели с принудительным электрическим поджиганием (калильным или искровым) и двигатели с зажиганием рабочей смеси от сжатия (дизель).

    По типу смесеобразования ДВС делятся на: с внешним смесеобразованием (карбюраторные) и с непосредственным впрыском топлива в цилиндры или впускной коллектор (инжекторные). По типу применяемого топлива различают ДВС работающие на бензине, сжиженном или сжатом природном газе, на спирте (метаноле) и пр.

    Реактивные двигатели
    • прямоточные реактивные (ПВРД);
    • пульсирующие реактивные (ПуВРД);
    • газотурбинные двигатели: турбореактивные (ТРД);
    • двухконтурные (ТРДД);
    • турбовинтовые (ТВД);
    • турбовинтовентиляторные ТВВД;
    Ракетные двигатели
    • жидкостные ракетные двигатели;
    • твердотопливные ракетные двигатели;
    • ядерные ракетные двигатели;
    • некоторые типы электроракетных двигателей.

    По применению

    В связи с принципиально различными требованиями к двигателю в зависимости от его назначения, двигатели идентичные по принципу действия, могут называться «корабельными», «авиационными», «автомобильными» и тому подобными.

    Категория «Двигатели» в патентоведении одна из наиболее активно пополняемых. В год по всему миру подаётся от 20 до 50 заявок в этом классе. Часть из них отличаются принципиальной новизной, часть — новым соотношением известных элементов. Новые же по конструкции двигатели появляются очень редко.

    Что такое двигатель Найта?

    Шестицилиндровая двухдверка Willys-Knight Great Six 1930 года — один из самых массовых автомобилей, когда-либо использовавших двигатель Найта. Всего с 1914 по 1932 год включительно под маркой Willys-Knight были выпущены сотни тысяч автомобилей нескольких моделей с бесклапанными ДВС на 4, 6 и 8 цилиндров.

    В 1903–1905 годах американский изобретатель Чарльз Найт построил и испытал экспериментальный четырёхтактный ДВС, в котором за газораспределение отвечали не клапаны, а концентрическая пара подвижных гильз, вложенных в рабочий цилиндр. Уже внутри этой пары гильз двигался рабочий поршень. Каждая гильза была снабжена крупными окнами с одного края. При смещении гильзы вверх и вниз эти вырезы периодически совпадали с впускным или выпускным окном в боковой стенке цилиндра. В движение гильзы приводили кривошипно-шатунный механизм и газораспределительный эксцентриковый вал, заменивший кулачковый.

    На Чикагском автошоу 1906 года Найт и его деловой партнёр Лаймен Кильбурн представили автомобиль Silent Knight с четырёхцилиндровым 40-сильным бесклапанным мотором. В соответствии с названием, главным преимуществом новичка в сравнении с тогдашними самобеглыми колясками был несравненно более низкий уровень шума. Эта машина поначалу не слишком заинтересовала покупателей, но зато незамедлительно вызвала большой интерес в самой индустрии и в последующие годы породила целую волну подражаний по обе стороны Атлантики, волну, спавшую только после Второй мировой войны.

    Разные вариации двигателей с гильзовым золотниковым распределением начали проектировать и строить не только в США, но и в Европе, в основном — в Великобритании и Франции. Такие моторы компании создавали по лицензии Найта и нередко при его же непосредственном участии (в конце первого десятилетия XX века изобретатель несколько лет проработал в Европе, а потом вернулся на родину).

    В разные годы моторами с гильзовым газораспределением оснащались легковушки марок Daimler, Willys, Mercedes, Peugeot, Voisin, Panhard-Levassor и ещё нескольких других. При этом идея Найта развивалась, а механизм совершенствовался. Так, в моторах шотландской компании Argyll применялся оригинальный вариант бесклапанного распределения с единственной подвижной гильзой, которая по мере прохождения рабочих тактов одновременно и сдвигалась вверх-вниз, и совершала неполный поворот вокруг продольной оси. Благодаря этому она одна могла отвечать и за впуск и за выпуск.

    Двигатели Найта обладали рядом преимуществ перед четырёхтактными ДВС с традиционными клапанами. У бесклапанных моторов были очень крупные окна для впуска и выпуска, что улучшало газообмен. Такие механизмы не боялись высоких оборотов коленвала, тогда как клапаны в аналогичной ситуации требовали всё более и более сильных пружин, что увеличивало потери на трение в приводе. Вместе все эти особенности позволяли получать на двигателях Найта высокие по тем временам мощности. Кроме того, в начале XX века, в 1920-х и даже в 1930-х годах газораспределительные механизмы Найта были во много раз долговечнее клапанных механизмов.

    Однако обычные газораспределительные системы быстро совершенствовались, а вот схема Найта так и не смогла избавиться от изначально присущих ей недостатков. Среди них: проблемы с обеспечением герметичности цилиндров, проблемы с приработкой внутренней гильзы и поршневых колец, проблемы с подводом смазки ко всем частям и собственно очень высокий расход масла. Эти слабые места вынудили двигатели Найта уйти с массовой сцены, хотя на протяжении всего XX века отдельные изобретатели продолжали попытки усовершенствовать такую схему. Но дальше выпуска всякой экзотики вроде крохотных моторчиков для авиамоделей дело не пошло.

    голоса
    Рейтинг статьи
  • Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector