Турбокомпрессор принцип работы: Предназначение турбокомпрессора, как он устроен и принцип его работы

  • 25.07.1980

Содержание

Предназначение турбокомпрессора, как он устроен и принцип его работы

Мощность, развиваемая двигателем внутреннего сгорания, зависит от количества топлива и воздуха, поступающего в двигатель. Мощность двигателя возможно повысить за счет увеличения объема этих составляющих.

Но увеличение подачи топлива бессмысленно, если не увеличивается поступление воздуха, необходимого для его сгорания. Поэтому воздух, поступающий в цилиндры двигателя, приходится сжимать. Система принудительной подачи воздуха может работать, используя энергию отработанных газов или с применением механического привода.

Турбокомпрессор или турбонагнетатель — устройство, предназначенное для нагнетания воздуха в двигатель с помощью энергии выхлопных газов. Основные части турбокомпрессора — турбина и центробежный насос, которые связывает между собой общая жесткая ось. Эти элементы вращаются со скоростью — около 100.000 об/мин, приводя в действие компрессор.

Устройство турбокомпрессора

Устройство турбокомпрессора:
1 — корпус компрессора; 2 — вал ротора; 3 — корпус турбины; 4 — турбинное колесо; 5 — уплотнительные кольца; 6 — подшипники скольжения; 7 — корпус подшипников; 8 — компрессорное колесо.

Турбинное колесо вращается в корпусе, имеющем специальную форму. Оно выполняет функцию передачи энергии отработавших газов компрессору. Турбинное колесо и корпус турбины изготавливают из жаропрочных материалов (керамика, сплавы).

Компрессорное колесо засасывает воздух, сжимает его и затем нагнетает его в цилиндры двигателя. Оно также находится в специальном корпусе.

Компрессорное и турбинное колеса установлены на валу ротора. Вращение вала происходит в подшипниках скольжения. Используются подшипники плавающего типа, то есть зазор имеют со стороны корпуса и вала. Моторное масло для смазки подшипников поступает через каналы в корпусе подшипников. Для герметизации на валу устанавливаются уплотнительные кольца.

Для лучшего охлаждения турбонагнетателей в некоторых бензиновых двигателях применяется дополнительное жидкостное охлаждение.

Для охлаждения сжимаемого воздуха предназначен интеркулер — радиатор жидкостного или воздушного типа. За счет охлаждения увеличивается плотность и соответственно давление воздуха.

В управлении системой турбонаддува основным элементом является регулятор давления. Это перепускной клапан, который ограничивает поток отработавших газов, перенаправляя часть его мимо турбинного колеса, обеспечивая нормальное давление наддува.

Принцип работы

В своей работе турбокомпрессор использует энергию отработавших газов. Эта энергия вращает турбинное колесо. Затем это вращение через вал ротора передается компрессорному колесу. Компрессорное колесо нагнетает воздух в систему, предварительно сжав его. Охлажденный в интеркулере воздух подается в цилиндры двигателя.

Принцип работы турбокомпрессора

Хотя у турбокомпрессора нет жесткой связи с валом двигателя, эффективность работы турбонаддува зависит от частоты его вращения. Чем больше число оборотов двигателя, тем сильнее поток отработавших газов. Соответственно увеличивается скорость вращения турбины и количество поступающего в цилиндры воздуха.

При работе системы турбонаддува возникают некоторые негативные моменты.

  1. Задерживается увеличение мощности при резком надавливании на педаль газа («турбояма»).
  2. После выхода из «турбоямы» резко повышается давление наддува («турбоподхват»).

Явление «турбоямы» обусловлено инерционностью системы. Это влечет за собой несоответствие между производительностью турбокомпрессора и требуемой мощностью двигателя. Для решения этой проблемы существуют следующие способы:

  • использование турбины с изменяемой геометрией;
  • применение двух параллельных или последовательных компрессоров;
  • комбинированный наддув.

Турбина с изменяемой геометрией оптимизирует поток отработавших газов, изменяя площадь входного канала. Широко применяется в дизельных двигателях.

Турбина с изменяемой геометрией:
1 — направляющие лопатки; 2 — кольцо; 3 — рычаг; 4 — тяга вакуумного привода; 5 — турбинное колесо.

Параллельно работающие турбокомпрессоры применяют для мощных V-образных двигателей (по одному на ряд цилиндров).

Эта схема помогает решить проблему за счет того, что у двух маленьких турбин инерция меньше, чем у одной большой.

Установка 2-х последовательных турбин позволяет достичь максимальной производительности, используя разные компрессоры при разных оборотах двигателя.

При комбинированном наддуве применяется и механический, и турбонаддув. При работе двигателя на низких оборотах работает механический нагнетатель. При увеличении оборотов включается турбокомпрессор, а механический нагнетатель останавливается.

Преимущества и недостатки применения турбонаддува

1. Турбокомпрессор широко используется ввиду простоты конструкции и хороших эксплуатационных параметров. Турбонаддув позволяет увеличить мощность двигателя на 20-35%. Двигатель, вырабатывая повышенные крутящие моменты на средних и высоких оборотах, увеличивает скорость и экономичность автомобиля.

2. Турбокомпрессор в большинстве случаев не может быть причиной неисправностей двигателя, так как его работа зависит от работоспособности газораспределительной, воздушной и топливной систем.

3. Двигатель с турбокомпрессором имеет меньший выброс вредных газов в атмосферу, так как вырабатываются дополнительные выхлопные газы в двигатель. У сгораемого топлива становится меньше отходов.

4. Происходит экономия топлива на 5-20%. В небольших двигателях энергия сжигаемого топлива используется эффективней, увеличивается КПД.

5. На высокогорных дорогах такие двигатели работают более стабильно и с меньшими потерями мощности, чем их атмосферные аналоги.

6. Турбокомпрессор сам по себе является глушителем шума в системе выпуска.

Как работает турбина — видео:

О недостатках

У турбированных двигателей кроме возникновения явлений «турбояма» и «турбоподхват» есть и другие недостатки.

Обслуживание их дороже в сравнении с «классическими». При эксплуатации приходится применять моторное масло специального назначения — его приходится регулярно менять.

Двигатель с турбокомпрессором перед пуском должен несколько минут проработать на холостых оборотах. Также сразу не рекомендуется глушить мотор до остывания турбины.

Загрузка…

Устройство и принцип работы турбокомпрессора

Мощность, развиваемая двигателем внутреннего сгорания, зависит от количества топлива и воздуха, поступающего в двигатель. Мощность двигателя возможно повысить за счет увеличения объема этих составляющих.

Постоянная гонка инженеров за увеличением мощности ДВС привела к появлению турбокомпрессоров. Данное решение оказалось самым эффективным как на бензиновых, так и на дизельных моторах. Становится вполне очевидным, что итоговая мощность ДВС пропорциональна количеству топливовоздушной рабочей смеси, которая попадает в цилиндры двигателя.

Закономерно, что двигатель с большим объемом способен пропускать больше воздуха и тем самым выдавать больше мощности сравнительно с двигателем меньшего объема. Если перед нами стоит задача добиться от малообъемного ДВС такой же мощности, которую демонстрируют моторы большего объема, тогда необходимо принудительно уместить как можно больше воздуха в цилиндрах такого двигателя.

То есть увеличение подачи топлива бессмысленно, если не увеличивается поступление воздуха, необходимого для его сгорания. Поэтому воздух, поступающий в цилиндры двигателя, приходится сжимать. Система принудительной подачи воздуха может работать, используя энергию отработанных газов или с применением механического привода.

Турбокомпрессор или турбонагнетатель — устройство, предназначенное для нагнетания воздуха в двигатель с помощью энергии выхлопных газов. Основные части турбокомпрессора — турбина и центробежный насос, которые связывает между собой общая жесткая ось. Эти элементы вращаются со скоростью — около 100.000 об/мин, приводя в действие компрессор.

Устройство турбокомпрессора

 

Устройство турбокомпрессора: 1 — корпус компрессора; 2 — вал ротора; 3 — корпус турбины; 4 — турбинное колесо; 5 — уплотнительные кольца; 6 — подшипники скольжения; 7 — корпус подшипников; 8 — компрессорное колесо.

Турбинное колесо вращается в корпусе, имеющем специальную форму. Оно выполняет функцию передачи энергии отработавших газов компрессору. Турбинное колесо и корпус турбины изготавливают из жаропрочных материалов (керамика, сплавы).

Компрессорное колесо засасывает воздух, сжимает его и затем нагнетает его в цилиндры двигателя. Оно также находится в специальном корпусе.

Компрессорное и турбинное колеса установлены на валу ротора. Вращение вала происходит в подшипниках скольжения. Используются подшипники плавающего типа, то есть зазор имеют со стороны корпуса и вала. Моторное масло для смазки подшипников поступает через каналы в корпусе подшипников. Для герметизации на валу устанавливаются уплотнительные кольца.

Для лучшего охлаждения турбонагнетателей в некоторых бензиновых двигателях применяется дополнительное жидкостное охлаждение.

Для охлаждения сжимаемого воздуха предназначен интеркулер — радиатор жидкостного или воздушного типа. За счет охлаждения увеличивается плотность и соответственно давление воздуха.

В управлении системой турбонаддува основным элементом является регулятор давления. Это перепускной клапан, который ограничивает поток отработавших газов, перенаправляя часть его мимо турбинного колеса, обеспечивая нормальное давление наддува.

Принцип работы

 

В своей работе турбокомпрессор использует энергию отработавших газов. Эта энергия вращает турбинное колесо. Затем это вращение через вал ротора передается компрессорному колесу. Компрессорное колесо нагнетает воздух в систему, предварительно сжав его. Охлажденный в интеркулере воздух подается в цилиндры двигателя.

Принцип работы турбокомпрессора

 

Хотя у турбокомпрессора нет жесткой связи с валом двигателя, эффективность работы турбонаддува зависит от частоты его вращения. Чем больше число оборотов двигателя, тем сильнее поток отработавших газов. Соответственно увеличивается скорость вращения турбины и количество поступающего в цилиндры воздуха.

При работе системы турбонаддува возникают некоторые негативные моменты.

• Задерживается увеличение мощности при резком надавливании на педаль газа («турбояма»).

• После выхода из «турбоямы» резко повышается давление наддува («турбоподхват»).

Явление «турбоямы» обусловлено инерционностью системы. Это влечет за собой несоответствие между производительностью турбокомпрессора и требуемой мощностью двигателя. Для решения этой проблемы существуют следующие способы:

• использование турбины с изменяемой геометрией;

• применение двух параллельных или последовательных компрессоров;

• комбинированный наддув.

Турбина с изменяемой геометрией оптимизирует поток отработавших газов, изменяя площадь входного канала. Широко применяется в дизельных двигателях.

Турбина с изменяемой геометрией

 

 

Турбина с изменяемой геометрией: 1 — направляющие лопатки; 2 — кольцо; 3 — рычаг; 4 — тяга вакуумного привода; 5 — турбинное колесо.

Параллельно работающие турбокомпрессоры применяют для мощных V-образных двигателей (по одному на ряд цилиндров). Эта схема помогает решить проблему за счет того, что у двух маленьких турбин инерция меньше, чем у одной большой.

Установка 2-х последовательных турбин позволяет достичь максимальной производительности, используя разные компрессоры при разных оборотах двигателя.

При комбинированном наддуве применяется и механический, и турбонаддув. При работе двигателя на низких оборотах работает механический нагнетатель. При увеличении оборотов включается турбокомпрессор, а механический нагнетатель останавливается.

Преимущества и недостатки турбонаддува

 

1. Турбокомпрессор широко используется ввиду простоты конструкции и хороших эксплуатационных параметров. Турбонаддув позволяет увеличить мощность двигателя на 20-35%. Двигатель, вырабатывая повышенные крутящие моменты на средних и высоких оборотах, увеличивает скорость и экономичность автомобиля.

2. Турбокомпрессор в большинстве случаев не может быть причиной неисправностей двигателя, так как его работа зависит от работоспособности газораспределительной, воздушной и топливной систем.

3. Двигатель с турбокомпрессором имеет меньший выброс вредных газов в атмосферу, так как вырабатываются дополнительные выхлопные газы в двигатель. У сгораемого топлива становится меньше отходов.

4. Происходит экономия топлива на 5-20%. В небольших двигателях энергия сжигаемого топлива используется эффективней, увеличивается КПД.

5. На высокогорных дорогах такие двигатели работают более стабильно и с меньшими потерями мощности, чем их атмосферные аналоги.

6. Турбокомпрессор сам по себе является глушителем шума в системе выпуска.

Недостатки турбонаддува

 

У турбированных двигателей кроме возникновения явлений «турбояма» и «турбоподхват» есть и другие недостатки.

Обслуживание их дороже в сравнении с «классическими». При эксплуатации приходится применять моторное масло специального назначения — его приходится регулярно менять. Двигатель с турбокомпрессором перед пуском должен несколько минут проработать на холостых оборотах. Также сразу не рекомендуется глушить мотор до остывания турбины.

Дополнительные элементы системы турбонаддува

Blow-Off

Если говорить о конкретных модификациях мотора, а также о компоновке различных элементов в подкапотном пространстве, турбокомпрессор может иметь ряд дополнительных элементов. Мы уже упоминали такие детали системы, как Wastegate и Blow-Off. Давайте рассмотрим их более подробно.

Клапан Blow-off

 

Блоу-офф представляет собой перепускной клапан. Данное устройство устанавливается в воздушной системе. Местом расположения становится участок между выходом из компрессора и дроссельной заслонкой. Главной задачей блоу-офф клапана становится предотвращение выхода компрессора на характерный режим работы surge.

Под таким режимом стоит понимать момент резкого закрытия дросселя. Если описать происходящее простыми словами, то скорость воздушного потока и сам расход воздуха в системе резко понижаются, но турбина еще определенное время продолжает вращение по инерции. Инерционно турбина вращается с той скоростью, которая уже больше не соответствует новым потребностям мотора и упавшему таким образом расходу воздуха.

Последствия после циклических скачков давления воздуха за компрессором могут быть плачевны. Явным признаком скачков является характерный звук воздуха, который прорывается через компрессор. С течением времени из строя выходят опорные подшипники турбины, так как они испытывают сильные нагрузки в момент указанных скачков давления при сбросе газа и последующей работе турбины в этом переходном режиме.

Блоуофф реагирует на разницу давлений в коллекторе и срабатывает благодаря установленной внутри пружине. Это позволяет выявить момент резкого перекрытия дросселя. Если дроссель резко закрылся, тогда блоу-офф осуществляет стравливание в атмосферу внезапно появившегося в воздушном тракте избытка давления. Это позволяет существенно обезопасить турбокомпрессор и уберечь его от избытка нагрузок и последующего разрушения.

Клапан Wastegate

Клапан Wastegate

 

Данное решение представляет собой механический клапан. Вестгейт установливают на турбинной части или же на самом выпускном коллекторе. Задачей устройства является обеспечение контроля за тем давлением, которое создает турбокомпрессор.

Стоит отметить, что некоторые дизельные силовые агрегаты используют в своей конструкции турбины без вейстгейта. Для моторов, которые работают на бензине, в большинстве случаев наличие такого клапана является обязательным условием.

Главной задачей вейстгейта становится обеспечение возможности беспрепятственного выхода для выхлопных газов из системы в обход турбины. Запуск части отработавших газов в обход позволяет осуществлять контроль за необходимым количеством энергии этих газов. Взаимосвязь очевидна, ведь именно выхлоп вращает через вал колесо компрессора. Данный способ позволяет эффективно управлять давлением наддува, которое создается в компрессоре. Наиболее частым решением становится контроль вейстгейта за давлением наддува, который осуществляется при помощи противодавления встроенной пружины. Такая конструкция позволяет контролировать обходной поток выхлопных газов.

• Вейстгейт может быть как встроенным, так и внешним. Встроенный вейстгейт конструктивно имеет заслонку, которая встроена в турбинный хаузинг. Хаузинг в народе попросту называют «улитка» турбины. Дополнительно wastegate имеет пневматический актуатор и тяги от данного актуатора к дроссельной заслонке.

• Гейт внешнего типа представляет собой клапан, который установлен на выпускной коллектор перед турбиной. Необходимо заметить, что внешний гейт имеет одно неоспоримое преимущество сравнительно со встроенным. Дело в том, что сбрасываемый им обходной поток можно возвращать обратно в выхлопную систему достаточно далеко от выхода из турбины, а на спортивных авто и вовсе осуществить прямой сброс в атмосферу. Это позволяет заметно улучшить прохождение отработавших газов через турбину благодаря тому, что наблюдается отсутствие разнонаправленных потоков. Все это очень важно применительно к ограниченному компактному объему «улитки».

Втулочные и шарикоподшипниковые турбины

 

Турбины втулочного типа были сильно распространены достаточно долгое время. Они имели ряд конструктивных недостатков, которые не позволяли в полной мере наслаждаться преимуществами турбомотора. Появление более эффективных шарикоподшипниковых турбин нового поколения постепенно вытесняет втулочные решения. Для примера можно упомянуть шарикоподшипниковые турбины Garrett, которые являются венцом инженерной мысли и используются на многих гоночных двигателях.

На сегодняшний день шарикоподшипниковые турбины являются оптимальным решением, так как требуют значительно меньшего количества масла сравнительно с втулочными аналогами. Учтите, что установка масляного рестриктора на входе в турбокомпрессор является очень желательной, особенно если давление масла в системе находится на отметке выше 4 атм. Осуществлять слив масла необходимо путем специального подвода в поддон, причем с учетом того, что слив должен быть выше уровня масла.

Всегда помните, что слив масла из турбины происходит самостоятельно и под действием силы гравитации. Знание этого диктует необходимость ориентирования центрального картриджа турбины так, чтобы слив масла был направлен вниз.

 

Тот показатель, который определяет реакцию турбины на нажатие педали газа, демонстрирует сильную зависимость от самой конструкции центрального картриджа турбины. Шарикоподшипниковые решения от Garrett способны на 15% быстрее выйти на наддув сравнительно с втулочными аналогами. Шарикоподшипниковые турбины снижают эффект турбо-ямы и делают использование турбомотора максимально похожим на езду с таким атмосферным двигателем, который имеет большой рабочий объем.

Шарикоподшипниковые турбины имеют еще один положительный момент. Такие турбины требуют заметно меньшего потока масла, которое проходит через картридж и осуществляет смазку подшипников. Решение ощутимо снижает вероятность возникновения утечки масла через сальники. Шарикоподшипниковые турбины не являются излишне требовательными к качеству масла, а также менее подвержены закоксовке после плановой или внезапной остановки двигателя.

 

 

Источник

Еще никто не прокомментировал новость.

Принцип работы турбокомпрессора для дизельного двигателя

Для точного определения неисправностей, связанных с турбокомпрессором, необходимо знание принципа его работы. Нижеприведеннная информация относится к турбокомпрессорам массовых дизельных двигателей, поскольку они достаточно просты.

Турбокомпрессор — это компрессор, или воздушный насос, который приводится от турбины. Турбина вращается за счет использования энергии потока отработавших газов. Частота вращения турбокомпрессора дизельного двигателя находится в пределах от 1000 до 130.000 об/мин (это значит, что лопатки турбины разгоняются почти до линейной скорости звука). Турбина непосредственно соединяется с компрессором жесткой осью. Компрессор засасывает через воздушный фильтр свежий воздух, сжимает его и затем под давлением подает во впускной коллектор двигателя. Чем больше воздуха подается в цилиндры, тем больше топлива может сгореть, а это повышает мощность двигателя.

Теоретически существует равновесие мощностей между турбиной и компрессором турбокомпрессора. Чем большую энергию имеют отработавшие газы, тем быстрее будет вращаться турбина. Как следствие, компрессор тоже будет вращаться быстрее.


Турбокомпрессор Garrett в разобранном виде

Турбина

Турбина состоит из корпуса и ротора. Отработавшие газы из выпускного коллектора двигателя попадают в приемный патрубок турбокомпрессора. Проходя по постепенно сужающемуся внутреннему каналу корпуса турбины, они ускоряются, а пройдя этот имеющий форму улитки корпус, направляются к ротору турбины и приводят ее во вращение.

Скорость вращения турбины определяется размером и формой канала в ее корпусе. Это напоминает поливочный шланг: чем больше вы перекрываете пальцем выходное отверстие, тем дальше бьет струя воды. Размеры турбины и ее корпуса зависят от конкретного двигателя.

Корпусы турбин значительно различаются в зависимости от сферы применения. Корпус турбины двигателя грузовика может быть разделен на два параллельных канала, поэтому на ротор воздействуют два потока отработавших газов. При таком типе корпуса становится возможным использование импульсного движения потока газов и достижение резонансных явлений. Отсюда и обязательность разделения выпускных каналов для каждого цилиндра.

В корпусе турбины, имеющем двойной канал, каждый поток распределяется по всей поверхности ротора турбины. Другая конструкция корпуса с двумя каналами позволяет использовать импульсы давления (поток распределяется симметрично с каждой стороны ротора).

В случае системы с постоянным давлением используется только энергия поступательного движения отработавших газов. При этом могут применяться только корпусы турбины с одним каналом. Этот вариант используется в корпусах с водяным охлаждением, которые применяются на судовых двигателях.

В турбокомпрессоры с большим объемом часто устанавливают дополнительное кольцо с направляющими лопатками. Оно облегчает создание постоянного потока отработавших газов на роторе турбины и делает возможным регулирование потока внутри ее корпуса.

Корпус турбины отливается из сплава с высокой термостойкостью. Ротор турбины также изготавливается из высококачественных материалов, имеющих высокую температурную стойкость. Ту часть, через которую входят отработавшие газы, называют впуском, а идущую к выхлопной трубе — выпуском.

На оси жестко крепится ротор турбины. Материал оси отличается от материала, используемого для ротора турбины. Сборка этого соединения осуществляется следующим способом. Ось и ротор, вращающиеся в противоположных направлениях на очень большой скорости, прижимают друг к другу. Выделяющееся при трении тепло сплавляет их друг с другом, образуя неразъемное соединение.

Ось в месте соединения пустотелая. Эта пустота затрудняет передачу тепла от ротора турбины к ее оси. На оси со стороны турбины имеется углубление, в котором располагается уплотнительное кольцо. Рабочая поверхность радиальных подшипников упрочняется и полируется.

Выступающий бортик, на который будет запрессовано кольцо, обрабатывается с высокой точностью. На более тонкий конец оси устанавливается ротор компрессора; там имеется резьба, на которую навинчивается предохранительная гайка для закрепления ротора. После того, как ось изготовлена, она должна быть отбалансирована с максимально возможной точностью прежде чем она будет установлена в корпус.

Компрессор

Компрессор состоит из корпуса и ротора. Размеры компрессора определяются количеством воздуха, требуемого для двигателя, и скоростью вращения турбины. Ротор компрессора жестко закреплен на оси турбины и, следовательно, вращается с той же скоростью, что и ротор турбины.

Лопатки ротора компрессора, изготавливаемые из алюминия, имеют такую форму, что воздух засасывается через центр ротора. Всасываемый таким образом воздух направляется к периферии ротора и при помощи лопаток отбрасывается на стенку корпуса компрессора. Благодаря этому воздух сжимается и через впускной коллектор попадает в двигатель. Корпус компрессора также изготовлен из алюминия.

Корпус оси

Смазка турбокомпрессора производится от системы смазки двигателя. Корпус оси образует центральную часть турбокомпрессора, расположенную между турбиной и компрессором. Ось вращается в подшипниках скольжения. Моторное масло по каналам проходит между корпусом и подшипниками, а также между подшипниками и осью. В большинстве турбокомпрессоров радиальные подшипники вращаются со скоростью, равной половине скорости оси.

В настоящее время появились конструкции, в которых подшипник неподвижен, а ось вращается в масляной ванне. Масло не только служит для смазки оси, но и охлаждает ее, подшипники и корпус.

Для уплотнения с двух сторон турбокомпрессора устанавливаются маслоотражательные прокладки. С двух сторон устанавливаются также уплотнительные кольца.

Но, несмотря на то, что эти кольца помогают избежать утечек масла, они в действительности не являются уплотнительными прокладками. Их нужно рассматривать как элемент, затрудняющий утечку воздуха и газов между турбиной, компрессором и корпусом оси. В обычном режиме работы турбокомпрессора давление в турбине и компрессоре больше давления в корпусе оси. Часть газов из турбины и часть воздуха, сжатого в компрессоре, попадают в корпус оси и вместе с моторным маслом по сливному маслопроводу проходят в масляный картер двигателя.


На рисунке показан путь, по которому проходит масло внутри корпуса оси турбокомпрессора Garrett T04B

Все масляные уплотнения динамического типа, т.е. работают на принципе разности давлений:

1. Разница в диаметрах оси из-за действия центробежных сил образует разность давлений, что затрудняет просачивание масла к турбине.

2. Со стороны турбины уплотнительные кольца расположены в выточках (как в корпусе оси так и на самой оси). Этот же принцип установки колец применен и со стороны компрессора.

Уплотнительные кольца являются элементом, играющим главную роль в обеспечении герметичности. Кроме того, они передают тепло с оси на корпус.

3. Уплотнительное кольцо вращается с той же скоростью, что и ось. Благодаря имеющимся в нем трем отверстиям создается противодавление маслу.

4. Внутренняя форма корпуса оси на уровне кольца герметичности весьма своеобразна с целью предотвращения просачивания масла к компрессору.

5. Давление в компрессоре и турбине вытесняет масло в корпус оси.

Когда обороты двигателя низкие или он работает без нагрузки, давление в корпусе оси больше, чем в компрессоре. В компрессоре воздух отжимается от центра на периферию и сжимается. Этот же эффект мы можем наблюдать при быстром размешивании кофе в чашке: кофе будет отброшен на стенки чашки. Воздух в компрессоре завихряется и отбрасывается на стенки компрессора, после чего этот сжатый воздух поступает в двигатель. Поэтому становится ясно, почему в случае слабого наддува в двигателе с турбокомпрессором (т. е. когда давление турбокомпрессора близко к нулю) за ротором компрессора образуется небольшое разрежение.

Естественно, при работе компрессора могут иметь место утечки масла из корпуса оси в компрессор. Скорость вращения оси турбокомпрессора может быть настолько высокой, что избежать утечек масла, используя обычные манжеты (устанавливаемые, к примеру, в коробке передач), невозможно.

Поэтому в корпус оси устанавливают несколько уплотнительных колец, используя разные методы для наиболее качественного уплотнения мест возможной утечки масла.

Вот некоторые из них:

Механический сливной маслопровод турбокомпрессора Garrett. В этом компрессоре главную роль при уплотнении играет уплотнительное кольцо. Когда двигатель работает на малых оборотах либо без нагрузки, за ротором компрессора образуется область пониженного давления (разрежения). Масло и газы, которые находятся в корпусе оси, устремляются между задней пластиной и уплотнительным кольцом к компрессору. Когда эта смесь проходит через отверстия кольца, масло, более тяжелое, чем газы, отбрасывается к наружной стороне кольца, но остается в корпусе оси, в то время как газы продолжают свое движение в компрессоре.

Таким образом, уплотнительное кольцо, которое вращается на большой скорости вместе с осью турбокомпрессора, действует как центробежный сепаратор масла.

Пластина для отвода масла. Большинство производителей турбокомпрессоров в той или иной форме используют эту схему. Это неподвижная пластина, расположенная поперечно со стороны компрессора.

Масло, идущее от уплотнительных колец, стекает по внутренней стороне пластины вниз, то есть к отверстию для слива масла. Верхняя часть этой пластины имеет такую форму, что она постоянно находится выше нормального уровня масла в корпусе оси. В случае возможного образования разрежения в компрессоре газы засасываются легче, чем более тяжелое масло.

Со стороны турбины проблема отвода масла не так важна, если принять во внимание, что в нормальных условиях давление в турбине всегда выше, чем в корпусе оси. При некоторых условиях эксплуатации может иметь место падение давления в турбине; в таком случае требуется установка пластины для отвода масла со стороны турбины.

Любая конструкция корпуса оси подразумевает также необходимость максимального снижения теплообмена между турбиной с уплотнительными кольцами и компрессором. С этой целью со стороны турбины устанавливается термоизоляционная прокладка, а в корпусе оси имеется множество элементов для теплообмена. Например, в турбокомпрессорах (Garrett для дизельных двигателей с марта 1989 года используется корпус оси, имеющий ребра охлаждения.

Регулировка давления наддува

Мощность дизельного двигателя ограничена максимальным числом оборотов, равным приблизительно 5000 об/мин. Ее можно поднять, только увеличив рабочий объем двигателя или степень сжатия.

По соображениям ограничения массы и размеров автомобиля его оснащают как можно меньшим двигателем, который будет работать с максимальными оборотами, чтобы обеспечить требуемую мощность.

Дизельный двигатель работает в широком диапазоне чисел оборотов. Соответствие мощности турбины и нерегулируемого компрессора турбокомпрессора означает соответствие создаваемого последним давления энергии отработавших газов. Увеличивая мощность двигателя (например, нажимая на педаль акселератора), мы увеличиваем как количество отработавших газов, так и давление наддува. Недостатком этой конструкции будет создание слишком высокого давления на максимальных оборотах. Повреждения двигателя избегают, ограничивая давление.

Принцип работы регулятора давления.
Давление наддува в компрессоре воздействует на мембрану, которая прижимается пружиной. Когда сила сжатой пружины преодолевается, открывается регулировочный клапан, уменьшая поток отработавших газов через турбину и удерживая таким образом давление наддува ниже определенного предела, при превышении которого двигатель был бы поврежден. В турбокомпрессорах для дизельных двигателей этот клапан почти всегда встроен в корпус турбины. Этим достигается компактность конструкции и точность работы.

На рисунке представлен в разрезе регулировочный клапан фирмы Garrett.


1 — корпус турбины; 2 — клапан; 3 — уплотнение; 4 — направляющая пружины; 5 — пружины; 6 — клапан; 7 — контргайка; 8 — крышка с отводом воздуховода; 9 — вентиляционный канал

Верхняя часть стержня клапана полая. Эта полость заканчивается на середине стержня боковым отверстием. Обычно давление во впускном трубопроводе над мембраной выше давления в корпусе. Вот почему более холодный воздух из компрессора циркулирует по полости в стержне к точке крепления стержня в корпусе турбины и затем по вентиляционному воздуховоду к корпусу турбины. Крышка Мембраны зажата на корпусе клапана таким образом, что на практике никакая регулировка усилия пружины невозможна. Если предохранительный клапан не работает как надо, корпус турбины вместе с клапаном должен быть заменен полностью.

Работа предохранительного клапана фирмы KKK.
Этот клапан также может быть встроен в выхлопную трубу, как отдельно от корпуса турбины, так и в ней. Чтобы максимально уменьшить передачу тепла, встраивают множество теплоизоляционных элементов. Кроме этого, корпус клапана имеет ребра охлаждения, которые поглощают тепло и рассеивают его в окружающий воздух.

Давление наддува можно также регулировать со стороны компрессора. При определенном давлении регулировочный клапан открывается и выпускает часть воздуха в атмосферу или во впускной трубопровод перед компрессором. Эта система, правда, имеет два недостатка. Во-первых, выпускаемый воздух имеет повышенную температуру, поэтому термодинамические преимущества турбокомпрессора уменьшаются. Во-вторых, если давление регулируется только компрессором, требуется слишком большая турбина, чтобы в любой момент времени обеспечить нужную производительность компрессора. Это вызывает увеличение времени реакции на нажатие педали акселератора, поскольку турбокомпрессор срабатывает с запаздыванием.

На практике клапан у компрессора используется как дополнительная защита от повышения давления совместно с регулятором давления наддува.

Корпус оси

С уменьшением размеров турбины и компрессора общая величина современных турбокомпрессоров также уменьшается. При этом турбина располагается все ближе к компрессору.

Передача тепла от турбины к компрессору по оси и корпусу оси неблагоприятно сказывается на надежности и долговечности корпуса, а также ухудшает теплоотдачу турбокомпрессора: воздух должен быть как можно более холодным, поскольку холодный (более плотный) воздух содержит больше кислорода, чем горячий.

В ходе развития турбокомпрессоров для автомобильных дизельных двигателей конструкторы постоянно искали новые возможности воспрепятствования передаче тепла. При изготовлении корпуса оси стали встраивать большее количество термокомпенсационных элементов, увеличили количество содержащегося в корпусе масла.

Так, фирма Garrett изготовила «морщинистый» корпус оси, разработанный специально для автомобильных двигателей. Этот корпус устанавливается на турбокомпрессоре TЗ той же фирмы. Благодаря особой форме корпуса достигнуто снижение температуры на его внутренней поверхности, при этом пиковые температуры снижены:

а) усилением вентиляции вокруг основания турбины, что значительно улучшает циркуляцию масла и отвод тепла;

б) увеличением размеров металлических деталей, чтобы ускорить поглощение тепла;

в) использованием охлаждающих ребер для улучшения отвода тепла от основания турбины.

 

Двигатель

Принцип работы турбокомпрессора

Турбина – это понятие, которое знакомо каждому автомобилисту. Это устройство позволяет существенно повысить мощностные характеристики двигателя путем использования энергии выхлопных газов. В этой статье мы рассмотрим основные функции и принцип работы турбокомпрессора.

Функции турбокомпрессора

Чтобы оценить важность турбокомпрессора, для начала нужно рассмотреть принцип работы автомобильного двигателя. На этот агрегат подается топливо, воспламеняющееся и сгорающее при контакте с воздухом. Излишки, которые остаются после этого, выходят через выхлопную трубу в виде газов. Этот цикл происходит в течение 4-х тактов работы поршней в цилиндрах.

Функция турбины заключается в том, что она дополнительно нагнетает воздух в цилиндры, увеличивая количество сгораемого топлива. Большой объем воздуха, подаваемого в топливную систему, достигается благодаря компрессии. В результате при движении поршня во время воспламенения увеличивается мощность двигателя.

Принцип работы турбокомпрессора

Таким образом, турбокомпрессор работает по принципу воздушного насоса. При сгорании топлива горячие газы поступают на лопатки первого колеса турбокомпрессора, приводя его в движение. После этого начинает вращаться второе колесо. За счет этого происходит всасывание воздуха снаружи, его сжатие и подача на цилиндры двигателя.

Воздух при попадании в турбину подвергается интенсивному нагреву. Чтобы добиться необходимой компрессии и остудить его перед подачей в камеру сгорания, используется промежуточный охладитель, также известный как интеркулер. Это устройство выполняет такие важные функции:

  • Остужает воздух.
  • Уменьшает его объем.
  • Снижает температуру внутри камеры сгорания.

Порою интеркулера оказывается недостаточно для достижения требующейся компрессии. В таких случаях дополнительно используется вентилятор, обеспечивающий снижение температуры до необходимого уровня.

Несмотря на кажущуюся простоту принципа работы турбокомпрессора, с точки зрения конструкции это устройство является очень сложным. Чтобы добиться необходимого уровня сгорания топлива, все составные части турбин должны работать слаженно. При возникновении малейших сбоев эффективность работы двигателя существенно снизится. А в крайних случаях он и вовсе может выйти из строя.

Принцип работы турбокомпрессора — основы функционирования турбокомпрессора

Турбокомпрессор автомобиля, имеющий также название газотурбинный нагнетатель, представляет собой осевой либо центробежный компрессор, который функционирует совместно с турбиной. Это, пожалуй, главный конструктивный элемент, применяемый в газотурбинных силовых агрегатах.

Принцип работы автомобильного турбокомпрессора

Схема турбокомпрессора

Турбокомпрессор является сложным устройством, используемым в целях увеличения мощностных характеристик двигателя благодаря большему количеству воздуха, который подается в цилиндры. Принцип работы турбокомпрессора сводится к следующему:

  • при попадании в мотор топливовоздушной смеси происходит ее сгорание, которая затем выходит через выхлопную трубу. В начале выпускного коллектора установлена крыльчатка, крепко соединенная с другой крыльчаткой, расположенной уже во впускном коллекторе;
  • поток выходящих из двигателя выхлопных газов раскручивает крыльчатку, находящуюся в выпускном коллекторе, которая в свою очередь приводит в движение крыльчатку, установленную на впуске;
  • так, в мотор поступает большее количество воздушной массы, а значит, в него подается и больше топлива. Как известно, чем больше сгорает топливной смеси, тем мощнее становится двигатель. Задача автомобильного турбокомпрессора как раз и состоит в том, чтобы поставлять в силовой агрегат больше воздуха для сжигания большего количества топлива, за счет чего и достигается значительная прибавка мощности.

Что такое турбо-яма?

Стоит добавить, что крыльчатка турбокомпрессора способна развивать до двухсот тысяч оборотов в минуту, благодаря чему данное устройство отличается большой инерционностью или, говоря иначе, имеет «турбо-яму», которая проявляется при резком нажатии на педаль газа. В этот момент крыльчатка медленно приводится в движение, и приходится некоторое время ждать, чтобы автомобиль начал набирать скорость.

Автомобиль медленно набирает скорость

Этот эффект имеет продолжительность всего несколько секунд, но, тем не менее, он не доставляет особого удовольствия при разгоне машины. На сегодняшний день производители, так или иначе, смогли устранить эффект «турбо-ямы» путем установки двух перепускных клапанов. Один предназначен для выработанных газов, задача второго состоит в том, чтобы перепускать избыток воздуха в трубопровод турбокомпрессора из впускного коллектора.

Благодаря этой системе обороты крыльчатки при сбросе газа уменьшаются в замедленном темпе, в то время как при резком нажатии на педаль акселератора происходит поступление воздушной массы в двигатель в полном объеме.

«Битурбо» и «Твинтурбо»

Битурбо и твинтурбо

Немногие автомобилисты знакомы с такими понятиями, как «битурбо» и «твинтурбо». Первое означает, что в машине установлено два турбокомпрессора, которые расположены параллельно друг другу. Второе указывает на то, что автомобиль оснащен тремя турбокомпрессорами. Как правило, такое дополнительное оснащение встречается на спортивных автомобилях.

Работа сразу нескольких турбокомпрессоров, которые отличаются разными размерами, приводит к тому, что один из них характеризуется большей инерцией, а другой – меньшей. Это дает значительный приток мощности мотору, поскольку первый газотурбинный нагнетатель функционирует при малых оборотах двигателя, а второй и третий – при оборотах, приближенных к максимальным.

При установке нескольких турбокомпрессоров не обойтись без интеркулера, задача которого состоит в охлаждении подаваемого во впускной коллектор воздуха. Подача воздушной массы в двигатель не может осуществляться бесконечно, поскольку при нагреве повышается ее плотность. Интеркулер, который представляет собой дополнительный радиатор, как раз и предусмотрен для того, чтобы охлаждать поступающий в мотор воздух.

Когда стоит устанавливать турбокомпрессор?

Установка оборудования

Как правило, намерение установить газотурбинный нагнетатель на автомобиль вызвано желанием улучшить его мощностные характеристики. Машины, которые комплектуются силовыми агрегатами с большим количеством лошадиных сил (как правило, от 100 л.с. и выше), не нуждаются в оснащении турбокомпрессором. Они и без него характеризуются хорошей динамикой и прекрасно проявляют себя как в условиях города, так и на трассе.

Наиболее часто такое оборудование устанавливается на модели отечественного автопрома, поскольку они не отличаются большой мощностью. Целесообразно внедрять турбокомпрессор в малолитражки. Прирост лошадиных сил будет хоть и не слишком существенным, но, тем не менее, даже пара единиц к мощности автомобиля позволят немного улучшить его разгон.

Разгон улучшится

Турбокомпрессоры являются весьма популярным приобретением для тех, кто занимается автомобильным тюнингом. Пожалуй, под капотом любой профессионально тюнингованной машины можно увидеть газотурбинный нагнетатель и не один, потому что это одно из эффективных средств, позволяющих значительно увеличить мощность автомобиля.

Итак, узнав о том, как работает турбокомпрессор, вы можете принять решение о его установке на свою машину. Если вы далеки от автомобильного тюнинга, и у вас нет желания усовершенствовать технические возможности своего личного транспорта, который полностью устраивает вас и в стоковом варианте, то его, безусловно, следует оставить в первозданном виде.

Если же вы не можете обойтись без экспериментов над улучшением характеристик своего автомобиля и ищите способы увеличения его динамики, то установка дополнительного турбокомпрессора частично поможет вам в этом. Это эффективное и сравнительно недорогое средство, позволяющее добавить несколько единиц к мощности своей машины, чтобы чувствовать себя более уверенно при совершении обгона других транспортных средств, что довольно часто требуется на скоростных трассах.

Видео

Интересное видео о производстве турбокомпрессора:

Работа турбокомпрессора в деталях показана ниже:

краткое описание, принцип работы, основные элементы

Прежде чем перейти к рассмотрению непосредственно устройства турбокомпрессора, следует знать, что мощность двигателя внутреннего сгорания полностью зависит от того, какое количество воздуха и топлива в него поступает. Следовательно, если увеличить данные показатели, то получится и увеличить мощность ДВС.

Описание турбины

Устройство турбокомпрессора и его появление — это результат постоянной гонки людей за увеличением мощности двигателя. Здесь важно добавить, что такая турбина стала эффективным решением не только для бензиновых двигателей, но и для дизельных моделей. Чаще всего такие приспособления устанавливаются на те двигатели, у которых малый объем поступаемого воздуха. Здесь важно понимать следующее: чем больше сам двигатель, тем больше воздуха и топлива он потребляет и тем больше у него мощность. Для того чтобы добиться такой же мощности от двигателя меньшего объема, необходимо увеличить количество воздуха, которое умещается в цилиндрах.

Турбокомпрессор — устройство, которое предназначается для того, чтобы нагнетать большое количество воздуха в двигатель, используя выхлопные газы. У турбокомпрессора имеется два основных элемента — это турбина и центробежный насос. Между собой эти две детали связаны жесткой осью. Элементы вращаются со скоростью до 100 000 оборотов в минуту, они же и приводят в действие компрессор.

Детали турбины

Устройство турбокомпрессора включает в свой состав 8 деталей. Имеется турбинное колесо, которое вращается в корпусе, обладающим специальной формой. Основное предназначение — это передача энергии отработавших газов компрессору. Исходным материалом для сборки этих элементов являются жаропрочные материалы, к примеру, керамика.

Устройство турбокомпрессора также включает в свой состав компрессорное колесо, которое засасывает воздух. Оно также занимается его сжатием и нагнетанием в цилиндры двигателя. Располагается колесо в специальном корпусе, как и турбинное. Оба эти колеса крепятся на вал ротора, вращение которого осуществляется на подшипниках скольжения.

Устройство и действие турбокомпрессора, особенно в бензиновых двигателях, требует дополнительного охлаждения. Обычно это жидкостная система охлаждения. Кроме охлаждения самой системы, происходит также охлаждение и сжатого воздуха. Для этого турбина имеет интеркулер воздушного или же жидкостного типа. Охлаждение воздуха необходимо, так как благодаря этому увеличивается его плотность, а значит, и давление.

Данная система управляется регулятором давления. Этот перепускной клапан способен ограничивать поток отработанных газов. Таким образом, некоторое количество будет проходить мимо турбинного колеса.

Суть работы

Устройство турбокомпрессора и принцип его работы основан на использовании отработавших газов. Энергия этих газов будет приводить в движение турбинное колесо. Для передачи этой энергии турбинное колесо крепится на вал ротора, вращая его. Таким образом энергия передается компрессорному колесу. Этот элемент занимается нагнетанием воздуха в систему, а также его сжатием. Сжатый воздух проходит интеркулер, который охлаждает его. После этого вещество поступает непосредственно в цилиндры двигателя.

Дополнительные сведения

Устройство турбокомпрессора и принцип действия в некотором роде независимы, с одной стороны, от ДВС, так как не имеется жесткой связи с валом двигателя. А с другой стороны, частота вращения все же некоторым образом влияет на эффективность работы турбины. Это связано следующим образом. Чем больше оборотов делает двигатель, тем мощнее будет поток отработавших газов. Из-за этого будет увеличиваться скорость вращения вала турбины, а значит, увеличится количество воздуха, которое будет поступать в цилиндры.

Устройство и работа турбокомпрессора имеют и несколько негативных сторон. Один из недостатков называется «турбояма». При резком нажатии на педаль газа быстрое увеличение мощности будет несколько задерживаться. После прохождения «турбоямы» наблюдается резкий скачок давления, который называется «турбоподхватом».

Устранение недостатков

Появление первого недостатка обусловлено тем, что система инерционная. Из-за этого явления возникает несоответствие между производительностью турбины и мощностью, которая требуется от двигателя. Для того чтобы решить данную проблему, есть три способа. Так как устройство турбокомпрессора дизеля аналогично бензиновому, то они подойдут и для него. Вот что можно предпринять:

  1. Использовать турбину с изменяемой геометрией.
  2. Использовать два параллельных или же два последовательных компрессора.
  3. Использовать систему комбинированного наддува.

Что касается турбины с изменяемой геометрией, то она вполне способна решить проблему тем, что изменяется площадь входного клапана. Такая система очень часто используется в дизельных.

Описание разных систем

Назначение, устройство турбокомпрессора такие же, как и у обычной турбины. Основная разница заключается в том, что прибор имеет лишь 5 основных деталей, а не 8.

Применяется система турбин, подключенных параллельно. Такая система лучше всего подходит для достаточно мощных V-образных двигателей. В таком случае на каждый ряд цилиндров устанавливается по одному небольшому турбокомпрессору. Преимущество в том, что инерционность нескольких небольших устройств меньше, чем у одной большой турбины.

Устройство и принцип работы компрессора не отличается в зависимости от его объема, однако это играет важную роль, к примеру, при использовании последовательного подключения двух турбин. В таком случае каждый прибор будет включаться в работу при определенных оборотах.

Используется также система наддува, в которой применяется и механический и турбокомпрессор. Если обороты двигателя невысокие, то в работу включается механическое устройство для нагнетания воздуха. Если превысить определенный порог, то механический прибор отключится, а в работу вступит турбокомпрессор.

Какими преимуществами обладает турбина

Выделяются следующие преимущества при использовании компрессора:

  1. Широкое использование данного устройства стало возможным из-за простоты и надежности его конструкции. Кроме того, внедрение в систему ДВС данного прибора увеличивает мощность двигателя примерно на 20-35 %.
  2. Сам по себе компрессор не может быть причиной поломки, так как его работоспособность напрямую зависит от других систем, к примеру, от газораспределительной.
  3. Удается экономить от 5 до 20 % топлива. Если же установить турбину в двигатель малого объема, то процесс сжигания топлива станет эффективнее, а значит, увеличится КПД.
  4. Хорошее преимущество таких двигателей наблюдается на дорогах, проходящих, к примеру, в горах. Особенно это заметно, если сравнивать с атмосферными аналогами.
  5. Устройство и принцип работы турбокомпрессора позволяют ему выполнять функцию дополнительного глушителя шума в системе выпуска.

Особенности применения

Несмотря на то, что сам по себе компрессор практически не выходит из строя, периодически возникают ситуации, когда его работа останавливается.

В настоящее время чаще всего причиной остановки работы турбокомпрессора стало то, что центральный картридж турбины забивается маслом. Чаще всего такая неполадка возникает из-за того, что после продолжительных и серьезных нагрузок на турбонаддув его работа резко прекращается. Для того чтобы избавиться от данной неприятности, необходимо устанавливать водяную систему охлаждения. Магистрали данной системы будут создавать эффект поглощения тепла, что позволит снизить температуру в центральном картридже. Стоит заметить, что этот эффект будет происходить некоторое время и после полной остановки двигателя, а также после полного прекращения циркуляции охлаждающей жидкости.

Разновидности турбин

Что касается видов турбокомпрессора, то имеется втулочный и шарикоподшипниковый тип.

Если говорить о втулочном типе турбокомпрессора, то они использовались достаточно долгое время. Однако у них имелся ряд недостатков, который был связан с их конструктивными особенностями. Это не позволяло использовать потенциал такой системы на 100 %. Шарикоподшипниковые устройства более новые, в которых были учтены недостатки, а потому они постепенно вытесняют втулочные компрессоры.

Если сравнивать эти два вида турбин, то шарикоподшипниковая считается более экономичной, так как она расходует значительно меньше масла, чем втулочный тип. Также у компрессоров имеется показатель, который отвечает за реакцию турбины, на нажатие педали газа. У шарикоподшипниковых видов турбин данный показатель лучше, что позволяет улучшить реакцию примерно на 15 %, по сравнению с втулочными.

Неисправности прибора

Здесь стоит сказать о том, что турбокомпрессор — это единственное навесное оборудование мотора, которое тесно связано во время работы практически со всеми другими системами автомобиля. Исходя из этого становится вполне очевидно, что минимальные отклонения в работе любой системы приведут к тому, что износ компрессора увеличится в разы. На сегодняшний день есть несколько причин, которые чаще всего становятся препятствием в работе турбины:

  • Возможно попадание в механизм посторонних предметов. Из-за огромной скорости вращения мотора это вполне может привести к повреждению, к примеру, крыльчаток.
  • Недостаток смазочных веществ. Чем выше динамические нагрузки, тем выше шанс того, что произойдет разрушение масляной «пленки». Это, в свою очередь, приведет к «сухому» трению, что сказывается самым негативным образом на работе системы. Поводом возникновения данной неисправности может стать любая причина, из-за которой масло не доходит в полной мере. К примеру, могут засоряться масляные цилиндры, фильтры, износ масляного насоса и т. д.

Принцип работы турбокомпрессорного двигателя.

Чтобы получить энергию для движения, в автомобильном двигателе сгорает смесь топлива с воздухом. Чем больше воздуха добавлено в смесь, тем мощнее работает двигатель. Обычный двигатель втягивает воздух в каждый из своих цилиндров, когда поршень в цилиндре идет вниз. Но самые лучшие двигатели втягивают в цилиндры еще и дополнительный воздух. Это делается с помощью устройства под названием турбокомпрессор.

В турбокомпрессоре есть турбина, которая приводится в движение от горячих газов, образующихся в двигателе автомобиля. Турбинный компрессор под большим давлением подает свежий воздух в цилиндры, в результате чего там происходит более полное сгорание топлива. Нагнетая дополнительный воздух в цилиндры, турбокомпрессор увеличивает мощность двигателя, не меняя его размеров.

Турбокомпрессор

Турбинный компрессор двигателя (голубой диск на верхнем рисунке) принимает свежий впускной воздух (голубые стрелы) и под сильным давлением направляет его в цилиндры. Компрессор приводится в движение турбиной (красный диск), которая и дала название всему устройству. А турбина вращается под действием горячих газов, выходящих из двигателя (красные стрелы). Центральный подшипник служит общей опорой компрессору и турбине.

Мощная добавка

Установленный на двигатель автомобиля (левый рисунок), турбокомпрессор (в голубом кружке) может значительно увеличить мощность двигателя. Первые модели турбокомпрессорных двигателей имели неприятное свойство перегреваться. Но теперь такие двигатели настолько отработаны, что применяются на всех типах машин: от лучших спортивных до малолитражек.

Для большей мощности двигателя

Турбокомпрессорный двигатель (рисунок ниже) использует горячие выхлопные газы (розовые на рисунке) для вращения турбины и вдувания сжатого воздуха (голубого на рисунке) в цилиндры. Выпускной клапан стравливает избыточное давление воздуха. Турбокомпрессор двигателя (в синем кружочке) представлен отдельно в увеличенном виде на среднем рисунке.

Приводится в движение энергией горячих выхлопных газов

Турбинное колесо, приводимое в движение горячими выхлопными газами двигателя (оранжевые стрелки), может вращаться с частотой до 100 000 оборотов в минуту. Компрессор вращается вместе с турбиной. Он засасывает свежий воздух (голубые стрелки) и под высоким давлением вталкивает этот воздух в цилиндры двигателя. Исполнительный механизм, состоящий из датчика и регулятора, поддерживает постоянным давление воздуха на входе в цилиндры.

Воздух под высоким давлением

Выхлопные газы (оранжевые на картинке справа) попадают на турбину и раскручивают колесо, которое находится на одном валу с колесом компрессора. Компрессорное колесо, крутясь как вентилятор (голубой), засасывает свежий воздух, сжимает его и под высоким давлением направляет в цилиндры.

ТУРБОКОМПЕНСАТОР: КОМПОНЕНТЫ, ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ И ТИПЫ

Турбокомпрессор — это устройство, которое используется для увеличения мощности двигателя или, можно сказать, эффективности двигателя за счет увеличения количества воздуха, поступающего в камеру сгорания. Чем больше воздуха в камеру сгорания, тем больше топлива попадет в цилиндр и, как следствие, будет больше мощности от того же двигателя, если в нем установлен турбокомпрессор.

Проще говоря, турбокомпрессор — это своего рода воздушный насос, который забирает воздух при атмосферном давлении, сжимает его до более высокого давления и подает сжатый воздух в двигатель через впускные клапаны.

В настоящее время турбонаддувы используются в основном на дизельных двигателях, но сейчас наблюдается тенденция к турбонаддуву серийных бензиновых двигателей.

Количество двигателя, которое фактически входит в цилиндр двигателя, по сравнению с теоретическим количеством, если бы двигатель мог поддерживать атмосферное давление, называется объемным КПД, и целью турбонагнетателя является улучшение объемного КПД двигателя за счет увеличения плотности впуска. газ.

Турбокомпрессор забирает воздух из атмосферы и сжимает его с помощью центробежного компрессора перед подачей во впускной коллектор под повышенным давлением. Это приводит к тому, что большее количество воздуха поступает в цилиндры при каждом такте впуска. Центробежный компрессор получает энергию от кинетической энергии выхлопных газов двигателя.

КОМПОНЕНТЫ ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЯ

Турбокомпрессор состоит из трех основных компонентов.
1. Турбина, представляющая собой почти турбину с радиальным впуском.
2. Компрессор почти центробежный.
3. Узел вращения центральной ступицы.

Турбокомпрессор состоит из двух основных частей: турбины и компрессора.

Турбина состоит из турбинного колеса и корпуса турбины. Задача корпуса турбины — направлять выхлопные газы в турбинное колесо. Энергия выхлопных газов вращает колесо турбины, после чего газ выходит из корпуса турбины через выпускное отверстие выхлопных газов.

Компрессор также состоит из двух частей: компрессорного колеса и корпуса компрессора. Принцип работы компрессора противоположен турбине. Колесо компрессора прикреплено к турбине валом из кованой стали, и когда турбина вращает колесо компрессора, высокоскоростное вращение втягивает воздух и сжимает его. Затем корпус компрессора преобразует высокоскоростной воздушный поток низкого давления в низкоскоростной воздушный поток высокого давления посредством процесса, называемого диффузией. Сжатый воздух нагнетается в двигатель, позволяя двигателю сжигать больше топлива для производства большей мощности.

ПРИНЦИП РАБОТЫ

Турбокомпрессор в основном состоит из двух основных частей: турбины и компрессора. Турбина состоит из турбинного колеса и корпуса турбины, назначение которого состоит в том, чтобы направлять выхлопные газы в турбинное колесо.Кинетическая энергия выхлопных газов преобразуется в механическую после удара о лопатки турбины. Выходное отверстие помогает выхлопным газам выйти из турбины. Колесо компрессора в турбокомпрессоре прикреплено к турбине с помощью стального вала, и когда турбина вращает колесо компрессора, оно втягивает высокоскоростной поток воздуха низкого давления и преобразует его в воздух высокого давления и низкой скорости. поток. Этот сжатый воздух подается в двигатель с большим количеством топлива и, следовательно, производит большую мощность.

Отработанные выхлопные газы двигателя используются для привода турбинного колеса, которое валом соединено с компрессорным колесом. Компрессор или воздушное колесо всасывает воздух через воздушные фильтры и подает его в двигатель.
Когда выхлопные газы выбрасываются из двигателя, они направляются на турбину или горячее колесо турбонагнетателя и таким образом завершают цикл.

1. Захватить

Вместо того, чтобы выходить через выхлопную трубу, горячие газы, образующиеся при сгорании, поступают в турбонагнетатель.Цилиндры внутри двигателя внутреннего сгорания срабатывают последовательно (не все сразу), поэтому выхлоп выходит из камеры сгорания нерегулярными импульсами.
Обычные турбокомпрессоры с одной спиралью направляют эти нерегулярные импульсы выхлопных газов в турбину таким образом, что они сталкиваются и мешают друг другу, уменьшая силу потока. Напротив, турбокомпрессор с двойной спиралью собирает выхлопные газы от пар цилиндров в чередующейся последовательности.

2. Отжим

Выхлоп ударяется о лопатки турбины, раскручивая их до 150 000 об/мин.Чередующиеся импульсы выхлопа помогают устранить турбояму.

3. Вентиляционное отверстие

Выполнив свою задачу, выхлопные газы проходят через выпускное отверстие в каталитический нейтрализатор, где они очищаются от угарного газа, оксидов азота и других загрязняющих веществ перед выходом через выхлопную трубу.

4. Компресс

Между тем, турбина приводит в действие воздушный компрессор, который собирает холодный чистый воздух из вентиляционного отверстия и сжимает его до давления на 30 процентов выше атмосферного, или почти 19 фунтов на квадратный дюйм.Плотный, насыщенный кислородом воздух поступает в камеру сгорания.

Дополнительный кислород позволяет двигателю более полно сжигать бензин, повышая производительность двигателя меньшего размера. В результате двигатель Twin Power вырабатывает на 30% больше мощности, чем двигатель того же размера без турбонаддува.

Далее следует следующий процесс

1. Воздухозаборник двигателя всасывает холодный воздух и направляет его в компрессор.
2. Компрессор сжимает поступающий воздух и нагревает его.Затем выдувает горячий воздух.
3. Горячий воздух охлаждается при прохождении теплообменника и поступает в воздухозаборник цилиндра.
4. Холодный воздух сгорает внутри камеры сгорания быстрее из-за переноса большего количества кислорода.
5. Из-за сжигания большего количества топлива выработка энергии будет больше, и двигатель сможет передавать больше мощности на колеса.
6. Горячие отработанные газы выходят из камеры и проходят мимо турбины на выпускном отверстии.
7.Турбина вращается с высокой скоростью и раскручивает компрессор, так как они оба установлены на одном валу.
8. Выхлопные газы покидают автомобиль через выхлопную трубу. Они тратят меньше энергии, чем двигатель без турбонагнетателя.

ТИПЫ ТУРБОКОМПЕНСАТОРОВ

1. Однотурбинный

Только одиночные турбонагнетатели обладают безграничной изменчивостью. Различия в размерах крыльчатки компрессора и турбины приведут к совершенно разным характеристикам крутящего момента. Большие турбины обеспечат высокую максимальную мощность, но меньшие турбины обеспечат лучшее рычание на низких оборотах, поскольку они вращаются быстрее.Существуют также одинарные турбины на шарикоподшипниках и опорных подшипниках. Шариковые подшипники обеспечивают меньшее трение для вращения компрессора и турбины, поэтому они быстрее раскручиваются (при увеличении стоимости).

Преимущества
• Экономичный способ увеличения мощности и эффективности двигателя.
• Простой, как правило, самый простой вариант установки турбонаддува.
• Позволяет использовать меньшие двигатели для производства той же мощности, что и более крупные безнаддувные двигатели, которые часто могут уменьшить вес.

Недостатки
• Одиночные турбины, как правило, имеют довольно узкий эффективный диапазон оборотов. Это делает выбор размера проблемой, так как вам придется выбирать между хорошим крутящим моментом на низких оборотах или лучшей мощностью на высоких.
• Турбо-реакция может быть не такой быстрой, как альтернативные турбонастройки.

2. Твин-турбо

Как и в случае с одинарными турбонагнетателями, при использовании двух турбонагнетателей существует множество вариантов. У вас может быть один турбокомпрессор для каждого ряда цилиндров (V6, V8 и т. д.). В качестве альтернативы можно использовать один турбонагнетатель для низких оборотов и использовать байпас для более крупного турбонагнетателя для высоких оборотов (I4, I6 и т. д.).У вас может быть даже две турбины одинакового размера, одна из которых работает на низких оборотах, а обе — на более высоких. На BMW X5 M и X6 M используются турбины с двойной спиралью, по одной с каждой стороны V8.

Преимущества
• Параллельные двойные турбины на V-образных двигателях имеют преимущества (и недостатки) очень похожи на установки с одинарными турбинами.
• Для последовательных турбонаддувов или использования одного турбонагнетателя на низких оборотах и ​​обоих на высоких оборотах это позволяет получить гораздо более широкую и пологую кривую крутящего момента. Лучший крутящий момент на низких оборотах, но мощность не будет уменьшаться на высоких оборотах, как с небольшим одинарным турбонаддувом.

Недостатки
• Стоимость и сложность, так как количество компонентов турбонаддува почти удвоилось.
• Существуют более легкие и эффективные способы достижения аналогичных результатов (см. ниже).

3. Двойная спиральная турбина

Турбина приводится в действие выхлопными газами, которые перенаправляются на вращение лопастей турбины и нагнетают воздух в двигатель. Теперь цилиндры двигателя срабатывают по очереди, а это означает, что выхлопные газы поступают в турбину импульсами. Как вы, вероятно, можете себе представить, эти импульсы могут легко перекрываться и мешать друг другу при включении турбонаддува, и турбокомпрессор с двойной спиралью решает эту проблему, используя корпус турбины с разделенным входом и специальный выпускной коллектор, который соединяет правильные цилиндры с каждым. прокрутить.В четырехцилиндровом автомобиле у вас может быть первый и четвертый цилиндры, приводящие в действие одну спираль, а два и три — другую. Это означает меньшее перекрытие импульсов и меньшее запаздывание.

Преимущества
• Больше энергии передается на выхлопную турбину, что означает увеличение мощности.
• Возможен более широкий диапазон оборотов эффективного наддува за счет различных конструкций спиральных валов.
• Возможно большее перекрытие клапанов без ущерба для продувки выхлопных газов, что означает большую гибкость настройки.

Недостатки
• Требуется особая компоновка двигателя и конструкция выхлопа (например, I4 и V8, где 2 цилиндра могут подаваться на каждую спираль турбонаддува через равные промежутки времени).
• Стоимость и сложность по сравнению с традиционными одинарными турбинами.

4. Турбокомпрессор с изменяемой геометрией (VGT)

Турбина с изменяемой геометрией (VGT) — это дорогое и сложное решение для повышения мощности, которое особенно распространено в дизельных двигателях. VGT имеет кольцо лопаток аэродинамической формы в корпусе турбины, которое может изменять отношение площади к радиусу в соответствии с оборотами двигателя. На низких оборотах отношение площади к радиусу создает большее давление и скорость для более эффективного раскручивания турбонаддува.При более высоких оборотах передаточное отношение увеличивается, чтобы пропустить больше воздуха. Результатом является более широкий диапазон наддува и меньшее отставание.

Преимущества
• Широкая, плоская кривая крутящего момента. Эффективный турбонаддув в очень широком диапазоне оборотов.
• Требуется всего один турбонаддув, что упрощает установку последовательного турбонаддува в нечто более компактное.

Недостатки
• Обычно используется только в дизельных двигателях, где количество выхлопных газов меньше, поэтому лопасти не повреждаются под воздействием тепла.
• Для бензиновых двигателей стоимость обычно не позволяет использовать их, поскольку для обеспечения надежности необходимо использовать экзотические металлы.Эта технология использовалась на Porsche 997, хотя существует очень мало бензиновых двигателей VGT из-за связанных с этим затрат.

5. Регулируемый турбокомпрессор TwinScroll

Регулируемая турбина с двойной спиралью сочетает в себе VGT с настройкой с двойной спиралью, поэтому при низких оборотах одна из улиток полностью закрывается, нагнетая весь воздух в другую. Это приводит к хорошему отклику турбо и низкой мощности. Когда вы ускоряетесь, клапан открывается, пропуская воздух в другую спираль (это полностью переменный процесс, то есть клапан открывается с небольшим шагом), вы получаете хорошую производительность высокого класса.Вы получаете производительность с одним турбонаддувом, которую обычно можно получить только с установкой с двойным турбонаддувом.

Преимущества
• Значительно дешевле (теоретически), чем VGT, что делает возможным использование бензинового турбонаддува.
• Обеспечивает широкую и плоскую кривую крутящего момента.
• Более прочная конструкция по сравнению с VGT, в зависимости от выбора материала.

Недостатки
• Стоимость и сложность по сравнению с использованием одинарной турбины или традиционной двойной прокрутки.
• С этой технологией уже экспериментировали (например, быстродействующий золотниковый клапан), но, похоже, она не прижилась в мире производства.Вероятно, есть дополнительные проблемы с технологиями.

6. Электрические турбонагнетатели

Совсем недавней разработкой стали турбины с электрическими компрессорами. Примером может служить бустер BorgWarner, представляющий собой компрессор с электрическим приводом. Компрессор обеспечивает мгновенный наддув двигателя до тех пор, пока турбокомпрессор не раскрутится достаточно. Похожую версию можно найти в Audi SQ7. С мгновенным ускорением лаги уходят в прошлое, но опять же, система дорогая и сложная.Компрессору нужен двигатель, который, в свою очередь, нуждается в питании, поэтому реализовать эту систему непросто.

Преимущества
• Благодаря прямому подключению электродвигателя к колесу компрессора, турбо-задержка и недостаточное количество выхлопных газов могут быть практически устранены за счет вращения компрессора с помощью электроэнергии, когда это необходимо.
• Подключив электродвигатель к выхлопной турбине, можно восстановить потерянную энергию (как это делается в Формуле 1).
• Очень широкий эффективный диапазон оборотов с равномерным крутящим моментом.

Недостатки
• Стоимость и сложность, так как теперь вы должны учитывать электродвигатель и следить за тем, чтобы он оставался холодным, чтобы предотвратить проблемы с надежностью. Это касается и добавленных контроллеров.
• Упаковка и вес становятся проблемой, особенно с добавлением бортовой батареи, которая будет необходима для обеспечения достаточной мощности турбокомпрессора, когда это необходимо.
• VGT или Twin-Scrolls могут предложить очень похожие преимущества (хотя и не совсем на том же уровне) при значительно более низкой цене.

Как работают турбокомпрессоры: изучите основные принципы турбонаддува

Что такое турбокомпрессор?

В судовом дизельном двигателе тонкое сгорание является результатом достаточной подачи воздуха. Общая выходная мощность всего двигателя может быть значительно улучшена за счет увеличения плотности воздуха, поступающего в двигатель. Это достигается с помощью устройства, известного как турбокомпрессор, и в этой статье мы увидим, как работают турбокомпрессоры.

В двигателе без турбонагнетателя, таком как безнаддувные автомобильные двигатели, воздух всасывается внутрь двигателя зоной низкого давления, создаваемой ходом поршня вниз.Но эта система работает при постоянном давлении воздуха на входе, которое не может быть ни увеличено, ни уменьшено и не является достаточным для полного сгорания. (вы можете ознакомиться с различными рабочими циклами здесь)

Чтобы решить эту проблему, используются турбонагнетатели, обеспечивающие более высокую плотность воздуха в двигателе. Таким образом, турбонагнетатель представляет собой механизм для обеспечения наддува судовых дизельных двигателей. Эта принудительная индуктивная система сжимает воздух и выдавливает его в цилиндр двигателя, позволяя большому количеству топлива попасть в двигатель.Это не только помогает увеличить мощность, но и улучшает отношение мощности к весу двигателей.

Наддув, наддув и турбонаддув.

Процесс снабжения цилиндров двигателя свежим воздухом под давлением с помощью турбонагнетателя или нагнетателя называется наддувом.

  • Наддув — это процесс подачи сжатого воздуха с помощью внешнего нагнетательного насоса.
  • Турбонаддув обеспечивает подачу сжатого воздуха с использованием выхлопных газов двигателя.

В настоящее время как 2-тактные, так и 4-тактные двигатели оснащаются внешними системами зарядки. Четырехтактный двигатель обычно снабжен турбокомпрессором, тогда как в двухтактном двигателе в дополнение к турбонагнетателю также предусмотрен вспомогательный вентилятор с электрическим приводом, поскольку один только турбонагнетатель не может обеспечить достаточное количество воздуха для низкоскоростных двигателей.

Турбокомпрессор против нагнетателя

И турбокомпрессор, и нагнетатель представляют собой системы с принудительной подачей воздуха, используемые для подачи большего количества воздуха в цилиндр двигателя.Разница между ними в том, что нагнетатель приводится в действие механически с помощью ремней и шестерен, прикрепленных к коленчатому валу двигателя. В то время как турбокомпрессор использует энергию выхлопного воздуха двигателя. В остальном механизм одинаков для обоих.

Турбокомпрессор состоит из двух основных частей — турбины и компрессора, которые установлены на одном валу. Выхлопные газы двигателя вращают турбину, которая, в свою очередь, вращает компрессор. Компрессор забирает воздух из окружающей среды, сжимает его и направляет во впускной коллектор.

Нагнетатель также работает по тому же принципу, с той лишь разницей, что вместо выхлопных газов он использует для привода коленчатый вал двигателя. Преимущество использования нагнетателя заключается в том, что, поскольку он напрямую связан с двигателем, он обеспечивает лучшую реакцию дроссельной заслонки и мгновенное полное давление наддува. Также устраняется проблема изменения скорости из-за колебаний давления отработанного воздуха. Принимая во внимание, что использование турбокомпрессора повышает общую эффективность двигателя, поскольку он использует энергию выхлопных газов, которая обычно тратится впустую, что также увеличивает мощность всего агрегата.

В следующей статье мы узнаем о работе и конструкции турбокомпрессоров, а также о феномене помпажа турбокомпрессора.

Ссылки

Введение в морскую технику — 2-е издание Д.А. Тейлор .jpg

https://product-image.tradeindia.com/00008057/b/0/Turbocharger.jpg

https://www.monstermarinestore.com/images/productimages/000-bb_8-71_w_intercooler1.jpg

Этот пост является частью серии: Турбокомпрессор: конструкция и работа

В этой серии объясняется важность турбокомпрессора в судовом дизельном двигателе. Изучите конструкцию и работу турбокомпрессора, а также связанные с ним эксплуатационные трудности.

  1. Турбокомпрессоры: питание двигателей
  2. Компоненты турбокомпрессора
  3. Турбокомпрессоры: что такое помпаж?

Как работает турбонаддув? Объяснение принципа работы турбокомпрессора

Термин «турбокомпрессор» знаком вам, когда вы говорите о гоночных автомобилях и высокопроизводительных спортивных автомобилях.Их также нередко можно найти в более крупных дизельных двигателях. Турбина — это устройство, которое может увеличить мощность двигателя без увеличения его веса. Как работает турбо и делает ли это возможным? И какие особенности сделали их такими популярными?

Что такое турбонагнетатель?

Люди из 1980-х, вероятно, лучше знакомы со словом «турбо», потому что в то время оно применялось к множеству продуктов, таких как турбоскейтборды, турбобритвы и многое другое.Но это не то, что произвело революцию в автомобильной промышленности.

Турбокомпрессор — это турбина с принудительной индукцией, которая повышает эффективность и выходную мощность двигателя внутреннего сгорания за счет подачи дополнительного воздуха в камеру сгорания.

Если вам кажется немного сложным понять как работает турбо , обратите внимание на тот факт, что двигатель работает на смеси топлива и воздуха. Когда турбонагнетатель подает в камеру больше воздуха, он смешивается с большим количеством топлива, в результате чего вырабатывается больше мощности.Он переправляет воздух, сжимая его, используя энергию выхлопных газов, выходящих из двигателя.

Турбодвигатель. Источник: Fast Car

Различные типы турбонагнетателей?

В автомобильной промышленности используются различные типы турбокомпрессоров:

Одинарный – Турбо

Когда речь идет о одинарных турбонагнетателях, большинство людей думают о нем как о турбокомпрессоре. Автомеханики, изменяя размер элемента внутри турбины, могут создавать различные характеристики крутящего момента.В то время как маленькие турбины могут увеличить мощность на низких оборотах и ​​быстрее вращаться, большие турбины повышают уровень максимальной мощности. Оба они являются экономически эффективными инструментами повышения эффективности и мощности двигателя. Не говоря уже о том, что благодаря небольшому размеру они позволяют двигателям меньшего размера повысить рабочие характеристики по сравнению с двигателями большего размера. Недостатком Single-Turbo является то, что он может хорошо работать только в узком диапазоне оборотов. Другим недостатком является то, что будет турбо-задержка до того, как турбо начнет работать.

Твин-турбо

Как и в названии, на двигатель установлен второй турбокомпрессор. Таким образом, второй турбонаддув обеспечивает более высокую мощность и более широкий диапазон оборотов. Чтобы быть более конкретным, меньшая турбина работает на низких оборотах, а большая — на более высоких. В результате твин-турбо отличается высокой сложностью и стоимостью.

Турбокомпрессор с изменяемой геометрией

Турбокомпрессор с изменяемой геометрией, или VGT, представляет собой кольцо из лопаток аэродинамической формы, установленных внутри турбины.Эти внутренние лопасти вращаются с целью изменения угла закрутки газа. Наиболее впечатляющей особенностью турбокомпрессора с изменяемой геометрией является способность согласовать площадь турбины с радиусом оборотов двигателя для поддержания максимальной производительности. В результате это может уменьшить турбо-задержку и сгладить диапазон крутящего момента. С другой стороны, VGT ограничен в применениях с бензиновыми двигателями. Причиной этого являются комплектующие из экзотических материалов. Это требование, поскольку VGT должен выдерживать высокие температуры выхлопных газов.По этой причине это исключает возможность присоединения VGT к роскошным двигателям.

Турбокомпрессор Twin-Scroll с регулируемой скоростью

Этот турбокомпрессор, также называемый VTS, сочетает в себе турбокомпрессор с изменяемой геометрией и турбонаддув с двойной спиралью. В этой специальной комбинации регулируемый турбокомпрессор с двойной спиралью представляет собой более надежную альтернативу, а также более дешевую для владельцев автомобилей.

Электрические турбонагнетатели

Если вы ищете решение для удаления турбо лага, электрический турбокомпрессор — ваше главное оружие.Помогая турбокомпрессорам там, где обычный турбокомпрессор не самый лучший, электрический турбокомпрессор работает за счет добавления электродвигателей, вращающих компрессор турбокомпрессора до тех пор, пока мощность от объема выхлопных газов не станет достаточно высокой для запуска турбокомпрессора. И это самый совершенный турбокомпрессор, так как он решает все проблемы обычных турбокомпрессоров.

Как работает турбонаддув?

Принцип работы турбокомпрессора почти аналогичен реактивному двигателю. Реактивный двигатель поглощает холодный воздух через переднюю часть, выталкивает его в камеру для смешивания и сжигания с топливом, а затем выбрасывает горячий воздух через заднюю сторону.
Когда горячий воздух покидает двигатель, он вращает турбину, которая, в свою очередь, приводит в действие воздушный насос или компрессор, расположенный в передней части двигателя. Он нагнетает воздух в двигатель и обеспечивает правильное сгорание топлива.

Как работает турбо в двигателе автомобиля? Он использует почти тот же принцип реактивного двигателя. Он состоит из двух основных частей – турбины и компрессора. Когда одна часть вращается, другая вращается вместе с ней, потому что они связаны друг с другом. Выхлопные газы выбрасываются из двигателя, когда топливо сгорает внутри камеры сгорания.Газы спускаются в трубу и вращают турбину, которая вращается со значительно большими скоростями и заставляет компрессор (который на самом деле является турбиной в обратном направлении) вращаться. Эта цепочка действий накачивает больше воздуха в цилиндр двигателя, позволяя сжигать больше топлива и производить больше мощности каждую секунду.

Может возникнуть вопрос, почему турбонагнетатели не перегреваются, несмотря на то, что они работают при экстремальных температурах и выдерживают огромные нагрузки по давлению. Ответ — интеркулер. С каждым турбокомпрессором имеется промежуточный охладитель, который охлаждает нагнетаемый горячий воздух.Система охлаждения масла заботится о турбине и не дает ей перегреваться.

Почти все современные автомобили с дизельными двигателями оснащены турбонагнетателями, потому что дизельные двигатели прочнее бензиновых и имеют более простые впускные коллекторы.

Как работает турбонагнетатель? (Кратко)

Если кратко, то пошаговые процедуры как работает турбо :

  1. Воздухозаборник двигателя всасывает холодный воздух и направляет его в компрессор.
  2. Компрессор сжимает поступающий воздух и нагревает его. Затем выдувает горячий воздух.
  3. Горячий воздух охлаждается при прохождении теплообменника и поступает в воздухозаборник цилиндра.
  4. Холодный воздух сгорает внутри камеры сгорания быстрее из-за переноса большего количества кислорода.
  5. Из-за сжигания большего количества топлива выработка энергии будет увеличиваться быстрее, и двигатель сможет передавать больше мощности на колеса.
  6. Горячие отработанные газы покидают камеру и проходят мимо турбины на выпускном отверстии.
  7. Турбина вращается с высокой скоростью и также раскручивает компрессор, так как оба установлены на одном валу.
  8. Выхлопные газы покидают автомобиль через выхлопную трубу. Они тратят меньше энергии, чем двигатель без турбонагнетателя.
VW Beetle использует двигатель с турбонаддувом. Источник: VW

Каковы преимущества турбокомпрессоров?

Дополнительная мощность, безусловно, является ключевым преимуществом турбокомпрессоров, но это не единственное их преимущество. Еще одним выгодным преимуществом является топливная экономичность.Двигатель с турбонаддувом использует гораздо меньше топлива для производства той же мощности по сравнению со стандартными двигателями. По этой причине Ford использует в некоторых своих моделях 1,0-литровый турбодвигатель вместо 1,6-литрового бензинового двигателя. Точно так же вы увидите 4-цилиндровый двигатель с турбонаддувом вместо 6-цилиндрового и V6 с турбонаддувом, заменяющий V8 во многих новых моделях.

Автомобили с турбонаддувом на самом деле лучше, чем обычные автомобили с бензиновым двигателем, потому что они потребляют меньше топлива и сжигают масло более чисто, чтобы меньше загрязнять воздух.

Еще одним преимуществом использования турбокомпрессоров является то, что они позволяют двигателю развивать больший крутящий момент в более низком диапазоне оборотов, что дает автомобилю преимущество при движении по городу. Дополнительный крутящий момент пригодится для легкого зажима зазоров.

Еще одно приятное преимущество двигателей с турбонаддувом — их тихий характер. Они амортизируют звук впуска и позволяют автомобилю ездить по улицам, не издавая раздражающих звуков.

          УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Турбокомпрессор в сравнении с нагнетателем

Если вы понимаете как работает турбо , вы также поймете принцип работы нагнетателя.Оба устройства выполняют одну и ту же работу — производят больше энергии из двигателя автомобиля. Однако принцип их работы разный. Турбина работает, когда выхлопные газы вращают турбину, а нагнетатель вырабатывает мощность от вращающегося коленчатого вала. Этот принцип работы на самом деле менее эффективен, потому что он использует энергию двигателя автомобиля, в то время как турбо использует потраченную впустую энергию.

Автомобиль с наддувным двигателем. Источник: DriveTribe

. Тем не менее, нагнетатели могут обеспечить лучшую реакцию дроссельной заслонки из-за их более прямого и механического соединения с двигателем.В отличие от турбо, здесь нет задержки отклика.

Какие модели автомобилей оснащены двигателем с турбонаддувом?

Автомобили с дизельным двигателем в основном имеют двигатель с турбонаддувом. Кроме того, большинство автопроизводителей имеют в своей линейке продукции одну или две модели с турбонаддувом. Например, Renault-Nissan обозначил свои турбодизельные двигатели как dCi, а турбобензиновые — как TCi, то есть TDI и TSI для Volkswagen и TDCI и Ecoboost для Ford соответственно.

Надеюсь, эта статья будет вам полезна.Если у вас есть какие-либо вопросы по машине, не стесняйтесь оставлять нам комментарии в поле ниже, мы ответим на них для вас.

 

Часто задаваемые вопросы

Преимущества турбокомпрессоров привлекательны для многих водителей и автовладельцев. По этой причине вопросы об этой удивительной автомобильной детали различны. Для лучшего понимания наши автомобильные эксперты помогут вам ответить на следующие наиболее распространенные вопросы: 

Кто изобретатель турбокомпрессора?

Альфред Дж.Бючи ​​(1879-1959) является отцом этой невероятной автомобильной детали. Он работает автомобильным инженером в компании Gebrüder Sulzer Engine Company в Винтертуре, Швейцария. Альфред создал турбокомпрессор перед Первой мировой войной и опубликовал его в Германии в 1905 году. Его вклад в турбокомпрессор настолько велик, что он продолжал улучшать его конструкцию до самой своей смерти.

В чем недостаток двигателей с турбонаддувом?

Самый главный недостаток турбодвигателя — расход топлива. Поскольку компрессор нагнетает в камеру сгорания больше воздуха, чем двигатель, использующий только атмосферное давление, в двигатель будет отправлено больше топлива.Это дает двигателю гораздо большую потенциальную мощность, но при этом сжигает так много энергии.

Сколько миль служат турбины?

Турбина, конечно, увеличивает мощность, но она не может обеспечивать мощность вечно, так как увеличивает расход топлива. В отличие от больших двигателей, которые могут развивать мощность все время, автовладельцам необходимо тщательно обдумывать использование турбонаддува. Турбина обычно длится около 75 000 миль, прежде чем выпустить облако черного дыма. Рекомендуется не форсировать его до этого момента.

инновационных открытий.пробел

Турбокомпрессор — это устройство, которое используется для увеличения мощности двигателя или, можно сказать, эффективности двигателя за счет увеличения количества воздуха, поступающего в камеру сгорания.

Чем больше воздуха в камеру сгорания, тем больше топлива попадет в цилиндр и, как следствие, будет больше мощности от того же двигателя, если в нем будет установлен турбокомпрессор.

Очень просто, турбокомпрессор — это своего рода воздушный насос, подающий воздух при атмосферном давлении. (атмосферное давление), сжимаясь до более высокого давления и проходя сжатого воздуха в двигатель через впускные клапаны.

В В настоящее время турбонагнетатели используются в основном на дизельных двигателях, но в настоящее время переход к турбонаддуву серийных бензиновых двигателей.

Количество двигателя, которое фактически входит в цилиндр двигателя, по сравнению с теоретической величиной, если бы двигатель мог поддерживать атмосферное давление, называется объемным КПД и целью турбокомпрессор должен улучшить объемный КПД двигателя за счет увеличение плотности всасываемого газа.

Турбокомпрессор забирает воздух из атмосферы и сжимает его с помощью центробежного компрессора перед подачей во впускной коллектор под повышенным давлением.

Это приводит к тому, что при каждом такте впуска в цилиндры поступает больше воздуха.

Центробежный компрессор получает питание от кинетической энергии выхлопных газов двигателя.

КОМПОНЕНТЫ ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЯ

Турбокомпрессор состоит из трех основных компонентов

  1. Турбина, представляющая собой почти радиальную турбину с притоком.
  2. Компрессор почти центробежный.
  3. Узел вращения центральной ступицы.

Турбокомпрессор состоит из двух основных частей: турбины и компрессора.

Турбина состоит из турбинного колеса и корпуса турбины.

Задача корпуса турбины — направлять выхлопные газы в турбинное колесо.

Энергия выхлопных газов вращает колесо турбины, после чего газ выходит из корпуса турбины через выпускное отверстие.

Компрессор также состоит из двух частей: компрессорного колеса и корпуса компрессора.

Принцип работы компрессора противоположен турбине.

Колесо компрессора прикреплено к турбине валом из кованой стали, и когда турбина вращает колесо компрессора, высокоскоростное вращение втягивает воздух и сжимает его.

Затем корпус компрессора преобразует высокоскоростной воздушный поток низкого давления в низкоскоростной воздушный поток высокого давления посредством процесса, называемого диффузией.

Сжатый воздух подается в двигатель, что позволяет двигателю сжигать больше топлива для увеличения мощности.

ПРИНЦИП РАБОТЫ

Щелкните 2-ю страницу ———-

6 типов турбокомпрессоров — работа, схема, преимущества и недостатки [Полная информация]

Типы турбокомпрессора

Что такое турбокомпрессор?

Типы турбонагнетателей:- Турбокомпрессором называется агрегат, состоящий из двух основных компонентов: турбины и компрессора. Основная цель турбокомпрессора — увеличить объемный КПД камеры сгорания.Компрессор турбокомпрессора работает на атмосферном воздухе, который увеличивает плотность за счет вращения каналов лопаток рабочего колеса.

Турбина турбокомпрессора создает высокое противодавление в выпускном коллекторе, что приводит к более высокому давлению выхлопных газов по сравнению с атмосферным давлением.

Типы турбонагнетателей

Существует 6 различных типов турбокомпрессоров, которые широко известны в автомобильной промышленности и перечислены ниже:

1.Одиночные турбины : (Типы турбонагнетателей) Одноместный турбо

Одинарные турбокомпрессоры относятся к тем турбинам, которые, по мнению большинства людей, существуют с различными размерами элементов внутри него и которые также могут быть достигнуты с совершенно другим крутящим моментом и его характеристиками. Если турбины больше, то они, несомненно, обеспечат более высокий уровень максимальной мощности, тогда как меньшие турбины могут вращаться быстрее, а также могут обеспечить лучшую мощность на низких оборотах.

Установлено, что это экономичный способ увеличения мощности двигателя, который стал широко известен и позволяет меньшим двигателям повысить эффективность за счет производства той же мощности, что и более крупные двигатели без наддува. двигатели с меньшей массой.Эти турбины, как правило, лучше всего работают в ограниченном диапазоне оборотов, а водители испытывают турбо-задержку до тех пор, пока турбина не запустится и не войдет в рабочее состояние с диапазоном оборотов на пике.

Преимущества одиночных турбин
  • По сравнению с другими это довольно экономичный способ увеличения мощности двигателя и КПД.
  • Довольно простой и обычно самый простой способ турбонаддува с различными вариантами установки.
  • Может использоваться в двигателях меньшего размера для обеспечения того же уровня мощности, что и в двигателях без наддува большего размера, которые уменьшают вес.
Недостатки одиночных турбин
  • Одинарные турбины, как правило, имеют довольно узкий эффективный диапазон оборотов, что делает выбор размера серьезной проблемой, поскольку необходимо выбирать между хорошим крутящим моментом на низких оборотах и ​​лучшей мощностью на высоких оборотах.
  • Реакция турбо может быть не такой быстрой по сравнению с турбо настройками.

2. Twin-Turbo : (Типы турбонагнетателя) Twin Turbo

По названию вполне ясно предсказывается, что твин-турбо встречаются с дополнительным турбокомпрессором к двигателю. Что касается двигателей V6 или V8, им назначается один турбонаддув для работы с каждым рядом цилиндров. Помимо этого, меньший турбонаддув используется при сравнительно более низких оборотах, а турбонаддув большего размера — при более высоких оборотах.

Двойной последовательный турбонаддув также обеспечивает более широкий диапазон рабочих оборотов, а также обеспечивает лучший крутящий момент при меньшей турбо-задержке.Это помогает придать мощность на высоких оборотах. Две турбины также используются с целью увеличения сложности и стоимости, связанной с этим.

Преимущества Twin-Turbo
  • В случае с параллельными двойными турбинами в V-образных двигателях преимущества и недостатки аналогичны установкам с одинарной турбиной.
  • Для секвентальных турбокомпрессоров или для использования турбонагнетателя как на низких, так и на высоких оборотах он обеспечивает гораздо более широкую и плоскую кривую крутящего момента, сопровождающуюся лучшим крутящим моментом на низких оборотах, при этом мощность не снижается при высоких оборотах с небольшим одно турбо.
Недостатки Twin-Turbo
  • Стоимость и сложность — его самый большой недостаток.
  • По сравнению с другими, они намного легче и имеют более эффективные способы достижения аналогичных результатов.

3. Турбина Twin-Scroll : (Типы турбонагнетателя) Твин Скрол Турбо Турбокомпрессоры с двойной спиралью

относятся к турбокомпрессорам, для которых требуется корпус турбины с разделенным впускным отверстием и выпускной коллектор, который устанавливается в паре с правильными цилиндрами двигателя независимо друг от друга.Например, в случае четырехцилиндрового двигателя с порядком работы 1-3-4-2 цилиндры 1 и 4 могут питаться от одной спирали турбокомпрессора, тогда как цилиндры 2 и 3 могут питаться от отдельной спирали. .

Эта компоновка помогает обеспечить высокоэффективную передачу энергии выхлопных газов на турбокомпрессор, что приводит к поступлению в цилиндр очень плотного и чистого воздуха. Чем большее количество энергии направляется на выхлопную турбину, тем выше будет вырабатываемая мощность. Обнаружено, что в этих типах турбонаддувов существует штраф за стоимость решения проблемы сложности системы, которая требует сложных корпусов турбины, выпускных коллекторов и турбин.

Преимущества Twin-Scroll Turbo
  • Чем больше энергии направляется на выхлопную турбину, тем выше будет вырабатываемая мощность.
  • Возможен очень высокий диапазон оборотов эффективного наддува, основанный на различных конструкциях спирали.
  • Возможно большее перекрытие клапанов, что возможно без нарушения продувки выхлопных газов, что явно предсказывает большую гибкость настройки.
Недостатки Twin-Scroll Turbo
  • Установлено, что существует потребность в определенной компоновке двигателя и конструкции выхлопа, которые могут подаваться на каждую спираль турбокомпрессора через равные промежутки времени.
  • Стоимость и сложность выше по сравнению с традиционными одинарными турбинами, что утомительно в обслуживании.

4. Турбина с изменяемой геометрией: (Типы турбонагнетателя) Турбо с изменяемой геометрией

ВГЦ относится к типам турбокомпрессоров, которые включают в себя кольцо лопаток аэродинамической формы внутри корпуса турбины на входе в турбину. Турбины, используемые в легковых и легких коммерческих автомобилях, могут вращаться для одновременного изменения угла закрутки газа и площади поперечного сечения.Имеющиеся внутренние лопасти изменяют соотношение площади турбины к радиусу (A/R), чтобы соответствовать оборотам двигателей, а также обеспечивать максимальную производительность.

В случае низких оборотов возникает низкое соотношение A/R, что помогает турбонаддуву быстро раскручиваться за счет увеличения скорости выхлопных газов. На более высоких оборотах отношение A/R увеличивается, что отвечает за увеличение воздушного потока. Это приводит к низкому порогу наддува, который отвечает за уменьшение турбоямы, а также обеспечивает широкий и плавный диапазон крутящего момента.

В то время как VGT довольно часто используются в дизельных двигателях, где выхлопные газы понижают температуру, и к тому времени VGT были просто ограничены в применении бензиновых двигателей из-за их стоимости, а требования к компонентам были сделаны из экзотического материала. Чем выше температура выхлопных газов, тем предсказывается, что лопасти должны быть изготовлены из экзотического термостойкого материала, который используется для предотвращения повреждений. Это было ограничено их использованием в роскоши и высокими характеристиками двигателя.

Преимущества Турбокомпрессор с изменяемой геометрией
  • Достаточно широкая и плоская кривая крутящего момента. Это эффективный метод турбонаддува с очень широким диапазоном оборотов.
  • Требуется только один турбонаддув, который упрощает настройку последовательного турбонаддува и делает ее более компактной.
  • Чаще всего они используются в дизельных двигателях, где уровень выхлопных газов меньше, так что лопасти не повреждаются под воздействием тепла.
  • Для бензиновых двигателей стоимость не позволяет использовать их, чтобы обеспечить надежность. Эта технология использовалась в Porsche 997, хотя существует очень мало бензиновых двигателей VGT из-за связанных с этим затрат.

5. Регулируемый турбонагнетатель Twin-Scroll : (Типы турбонагнетателя) Переменная Twin Scroll Turbo

Название полностью предполагает, что турбокомпрессор VTS относится к турбокомпрессору, который сочетает в себе преимущества турбокомпрессора с двойной спиралью и турбокомпрессора с изменяемой геометрией.Это достигается за счет использования клапана, который может перенаправлять поток отработанного воздуха в одну улитку, или просто путем изменения степени открывания клапана, который позволяет выхлопным газам разделяться на обе спирали.

Конструкция турбокомпрессора VTS представляет собой более дешевую и надежную альтернативу турбинам VGT, что означает, что это жизнеспособный вариант для бензиновых двигателей. По этой причине в бензиновых двигателях его предпочитали больше, чем в дизельных двигателях.

Преимущества Турбокомпрессор с регулируемой спиралью Twin
  • Сравнительно дешевле, чем VGT, что делает приемлемым вариант для бензинового турбонаддува.
  • Обеспечивает очень широкую и плоскую кривую крутящего момента.
  • Эти турбокомпрессоры имеют довольно прочную конструкцию по сравнению с VGT, что зависит от выбора материала.
Переменная Twin-Scroll TurboCharger
  • Стоимость и сложность учитывались при использовании одинарного турбонаддува или традиционного твин-скроллинга.
  • Технология, с которой раньше играли, кажется, не прижилась в мире производства. В основном это дополнительные проблемы с технологией.

6. Электрический турбонагнетатель : (Типы турбокомпрессора) Электрический турбо

Электрический турбонагнетатель используется для устранения турбозапаздывания, а также для помощи обычному турбонагнетателю на сравнительно более низких оборотах двигателя, когда обычный турбокомпрессор не так эффективен.Это достигается за счет добавления электродвигателя, который отвечает за раскрутку компрессора турбонагнетателя с самого начала и на низких оборотах до тех пор, пока мощность выхлопных газов не станет максимальной, чтобы заставить турбокомпрессор работать.

Этот метод делает турбо задержку, а также увеличивает диапазон оборотов, в котором турбо будет работать с еще большей эффективностью. Он также выглядит как электронная турбина, которая является идеальным ответом на все отрицательные характеристики обычных турбонагнетателей, хотя есть и некоторые недостатки.Большинство из них связаны со стоимостью и сложностью, поскольку электродвигатель должен быть размещен и питаться, а также должен охлаждаться, чтобы предотвратить проблемы с надежностью.

Преимущества Электрический турбонагнетатель
  • Турбо-задержку можно предотвратить, напрямую подключив электродвигатель к крыльчатке компрессора. Недостаточное количество выхлопных газов может практически исключить вращающийся компрессор с электроэнергией, когда это необходимо.
  • Энергию, которая кажется потраченной впустую, можно восстановить, подключив электродвигатель к выхлопной турбине.
  • Очень широкий эффективный диапазон оборотов при полном крутящем моменте.
  • Неэкономичный и очень сложный электродвигатель, который охлаждает его, чтобы предотвратить проблемы с надежностью, которые также характерны для дополнительных контроллеров.
  • Упаковка и вес становятся проблемой в случае наличия на борту дополнительной батареи, которая необходима для подачи достаточного количества энергии на турбо, когда это необходимо.
  • Двойные свитки предлагают очень похожие преимущества, хотя и не на том же уровне, но по значительно более низкой цене.

Преимущества турбокомпрессора

Важно знать, что существуют различные преимущества турбокомпрессора. Давайте погрузимся, чтобы узнать больше:

  • Турбокомпрессор более мощный по сравнению с безнаддувными двигателями.
  • Более высокий тепловой КПД по сравнению с двигателем без наддува и двигателем с наддувом, поскольку выхлопные газы двигателя используются для выполнения полезной работы, которая была бы потрачена впустую

Недостатки турбонагнетателя

Знать только о преимуществах недостаточно, поэтому давайте узнаем, какие вообще могут быть недостатки у турбокомпрессора:

  • В случае большого турбонагнетателя наддув создается медленно с увеличением давления выхлопных газов, которое необходимо для преодоления инерции вращения большой турбины, чтобы уменьшить реакцию дроссельной заслонки.
  • Если турбокомпрессор слишком маленький, турбозадержка будет не такой большой, тогда как пиковая мощность будет значительно меньше
  • Сложные турбокомпрессоры вращаются с более высокими оборотами, надлежащее охлаждение и смазка очень важны.

Источник изображения: — hs-motorsports, tfaspeed, dsportmag

Теория работы турбокомпрессора

Основная роль турбокомпрессора заключается в увеличении впуска двигателя, тем самым увеличивая мощность и крутящий момент двигателя и делая автомобиль более мощным.Работа наддува тесно связана с двигателем. Поэтому, чтобы понять турбонаддув, мы должны сначала начать с принципа работы двигателя.

Теория работы турбокомпрессора

Основная роль турбокомпрессора заключается в увеличении впуска двигателя, тем самым увеличивая мощность и крутящий момент двигателя и делая автомобиль более мощным. Работа наддува тесно связана с двигателем. Поэтому, чтобы понять турбонаддув, мы должны сначала начать с принципа работы двигателя.

Как работает двигатель

Двигатель работает за счет сгорания топлива в цилиндре для выработки энергии. Количество подаваемого топлива ограничивается количеством воздуха, всасываемого в цилиндр. Вырабатываемая мощность также будет ограничена. Если эксплуатационные характеристики двигателя уже на высоте, увеличьте их. Выходная мощность может увеличить количество топлива только за счет сжатия большего количества воздуха в цилиндре, улучшая функцию сгорания. В современных технических условиях турбокомпрессор является единственным механическим устройством, позволяющим увеличить выходную мощность двигателя без изменения эффективности его работы.

Механизм действия турбокомпрессора

По сути, турбокомпрессор можно рассматривать как воздушный компрессор, который увеличивает объем всасываемого воздуха за счет сжатия воздуха. Он использует инерционный импульс выхлопных газов, испускаемых двигателем, для приведения в движение турбины в камере турбины. Турбина также приводит в движение коаксиальное рабочее колесо. Рабочее колесо нагнетает воздух, направляемый через канал воздушного фильтра, и нагнетает его в цилиндр. Когда скорость двигателя увеличивается, скорость выброса выхлопных газов и скорость турбины также увеличиваются одновременно, крыльчатка будет сжимать больше воздуха в цилиндр, увеличение давления и плотности воздуха может сжигать больше топлива, увеличивать количество топлива и регулировать Скорость двигателя, вы можете увеличить выходную мощность двигателя.

Недостатки турбокомпрессора

«Гистерезисная реакция» означает, что реакция дроссельной заслонки из-за инерции крыльчатки медленная. Даже если измененное время отклика составляет 1,7 секунды, задержка двигателя увеличит или уменьшит выходную мощность. Это будет немного странно для автомобиля, который внезапно ускоряется или совершает обгон. Но с совершенствованием техники этот недостаток постепенно преодолевается.

В общем, если мы видим Turbo или T в задней части автомобиля, это означает, что двигатель, используемый в автомобиле, является двигателем с турбонаддувом.Думаю, все мы видели на дороге много таких моделей, как Audi A6 1.8T, Passat 1.8T, Bora 1.8T и так далее. Автомобили с турбонаддувом требуют большего внимания при обслуживании, особенно двигателя. Уделите особое внимание обслуживанию масляного и воздушного фильтров.

Как работает турбокомпрессор — объяснение?

Для забора воздуха в двигатель существует две процедуры: естественная аспирация и принудительная аспирация. Безнаддувные двигатели забирают воздух из внешней среды через впускной коллектор от воздушного фильтра.Этот тип двигателя использовался раньше, но в настоящее время почти каждый двигатель оснащен механическим устройством для принудительного впуска воздуха, которое помогает двигателю на впускном клапане сжимать воздух из воздушного фильтра. В совокупности это называется турбонагнетателем . Турбокомпрессор питается от выхлопных газов двигателя, это означает, что турбокомпрессор получает мощность от выхлопных газов, тогда как все нагнетатели получают мощность от шкива или ремня двигателя. Он используется для рекуперации энергии из отработанных газов на выхлопе.Это увеличивает выходную мощность за счет сжатия большего количества воздуха в цилиндре.

Основные части турбокомпрессора

Состоит из двух корпусов;

  1. Корпус выхлопной трубы и
  2. Корпус компрессора
Корпус выхлопной трубы

Имеет турбинное колесо, когда выхлопные газы прямо ударяются о турбину, она начинает вращаться, потому что тепловая энергия преобразуется в кинетическую энергию. Турбинное колесо соединено с компрессором того же вала, поэтому компрессор также начинает вращаться автоматически.Корпус выхлопной трубы изготовлен из специального материала (NI RESIST), устойчивого к высоким температурам выхлопных газов (температура около 900°-1000°C).

Корпус компрессора

Имеет колесо компрессора, оно получает вращение от колеса турбины, и компрессор всасывает воздух из внешней среды. Это означает, что воздух с меньшим давлением преобразуется в воздух с высоким давлением благодаря компрессору. Колесо компрессора из INCONEL.

Средняя часть турбонагнетателя:

Между турбиной и корпусом компрессора вал является единственным способом соединения обоих колес.Этот вал состоит из чистой стали. Вал вращается только с втулкой или подшипником. В турбокомпрессоре конструкция подшипника сложнее, чем у втулки, поэтому втулки имеют сальники на обоих концах вала. Втулки и вал изготовлены из металла, поэтому трение больше, чтобы уменьшить трение между ними, в устройство добавлены движущиеся масла (турбомасло). Для предотвращения течи масла ходового масла (турбомасла) перед втулками закреплены сальники.

Читайте также:

Работа турбонагнетателя
  • Турбокомпрессор может начать свой процесс при высоких оборотах около 1000-1200 об/мин.И это потому, что двигатель производит больше выхлопного дыма на высоких оборотах; так что он может вращать колесо турбины. В то время как при низких оборотах у него нет такой большой вращающей силы, которая требуется для вращения турбинного колеса.
  • Турбокомпрессор подходит для многоцилиндровых двигателей, поскольку одноцилиндровый двигатель не может производить столько выхлопных газов, как многоцилиндровые двигатели.
  • Колесо компрессора получает вращение от колеса турбины, таким образом, колесо компрессора начинает всасывать воздух из воздушного фильтра наружу.Основная работа компрессорного колеса заключается в подаче сжатого воздуха в интеркулер. На самом деле мы можем направить воздух из компрессора прямо во впускной коллектор после колеса компрессора. Но воздух после воздушного фильтра имеет температуру около 45° по Цельсию, что зависит от внешней атмосферы и благодаря компрессору эта температура воздуха увеличилась до 200° по Цельсию.
  • Мы знаем, что плотность воздуха высокой температуры меньше по сравнению с холодным воздухом. Вот почему охлаждать воздух; промежуточный охладитель играет важную роль в турбонагнетателях.Плотность воздуха с меньшей температурой высока, что означает, что больше молекул воздуха означает больше кислорода для сжигания топлива для сильного взрыва в камере сгорания. Таким образом, интеркулер снижает температуру воздуха для большего количества молекул воздуха.

Для лучшего объяснения О том, как работает турбокомпрессор, посмотреть видео, указанное ниже:

предел турбокомпрессора

У него есть максимальная об / мин 2.5 лакха-3 лакх / минута , при превышении его предела на валу создается дисбаланс, который разрушает сальники и может привести к повреждению двигателя.Чтобы предотвратить эту проблему, турбокомпрессор оснащен клапаном между двумя корпусами. При особо высоком давлении, означающем, что давление, создаваемое после 3 лакх об/мин, клапан может автоматически открываться и направлять дополнительные выхлопные газы в сторону глушителя, а не на турбинное колесо, чтобы остановить превышение предела в 3 лакха об/мин. минута автоматически.

Читайте также: 

Турбокомпрессор фактически нагнетает воздух в цилиндр, таким образом, нагнетая дополнительный воздух, который называется наддувом.Больше воздуха означает больше кислорода и может сжечь больше топлива, что может привести к более сильному взрыву по сравнению с нормальным сгоранием в цилиндре. Поршень движется очень быстро по сравнению с нормальным движением поршня в обычных двигателях. Без турбокомпрессора он не создает в двигателе таких быстрых возвратно-поступательных движений. При больших возвратно-поступательных движениях сила поршня велика, что может обеспечить больший поворот коленчатого вала. В системе трансмиссии коленчатый вал двигателя преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение, после чего это движение приводит в движение маховик и карданный вал соответственно.Если весь этот процесс протекает при более высоких оборотах, он может производить большую скорость на дифференциале автомобиля. Эффективно увеличивая взрыв внутри цилиндра, дает большую вращательную силу на колесах.

Преимущества:
  • Уменьшение выбросов.
  • Увеличение мощности.
  • Не требует внешнего источника питания для работы турбонагнетателя

Недостатки:
  • Турбозадержка — это время между требованием увеличения мощности и турбокомпрессором, обеспечивающим повышенное давление на впуске и, следовательно, повышенную мощность.Турбо-задержка возникает из-за того, что турбокомпрессоры полагаются на повышение давления выхлопных газов для привода турбины. Проще говоря, турбокомпрессор включается после того, как вырабатывается определенное количество выхлопных газов, что происходит при определенных оборотах. Таким образом, когда это пороговое значение оборотов превышено, турбонаддув не сразу обеспечивает необходимый скачок мощности или наддув, и в течение этого периода автомобиль не движется очень быстро, когда дроссельная заслонка дается или ускоряется.

alexxlab

E-mail : alexxlab@gmail.com

Submit A Comment

Must be fill required * marked fields.

:*
:*