Турбонаддув что это: Двигатели автомобиля с турбонаддувом — плюсы и минусы, принцип работы турбокомпаунда

  • 20.01.1970

Содержание

Турбонаддув — это… Что такое Турбонаддув?

Турбонаддув — один из методов агрегатного наддува, основанный на утилизации энергии отработавших газов. Основной элемент системы — турбокомпрессор, иногда — турбонагнетатель с механическим приводом.

История изобретения

Принцип турбонаддува был запатентован Альфредом Бюхи в 1911 году в патентном ведомстве США. Номер патента (1006907 October 1911 Buchi).

История развития турбокомпрессоров началась примерно в то же время, что и постройка первых образцов двигателей внутреннего сгорания. В 1885—1896 г. Готлиб Даймлер и Рудольф Дизель проводили исследования в области повышения вырабатываемой мощности и снижения потребления топлива путем сжатия воздуха, нагнетаемого в камеру сгорания. В 1905 г. швейцарский инженер Альфред Бюхи впервые успешно осуществил нагнетание при помощи выхлопных газов, получив при этом увеличение мощности на 120 %. Это событие положило начало постепенному развитию и внедрению в жизнь турботехнологий.

Сфера использования первых турбокомпрессоров ограничивалась чрезвычайно крупными двигателями, в частности, корабельными. В авиации с некоторым успехом турбокомпрессоры использовались на истребителях с двигателями Рено ещё во время Первой Мировой войны. Ко второй половине 1930-х развитие технологий позволило создавать действительно удачные авиационные турбонагнетатели, которые у значительно форсированных двигателей использовались в основном для повышения высотности. Наибольших успехов в этом достигли американцы, установив турбонагнетатели на истребители P-38 и бомбардировщики B-17 в 1938 году. В 1941 году США был создан истребитель P-47 с турбонагнетателем, обеспечившим ему выдающиеся летные характеристики на больших высотах.

В автомобильной сфере первыми начали использовать турбокомпрессоры производители грузовых машин. В 1938 г.на заводе «Swiss Machine Works Sauer» был построен первый турбодвигатель для грузового автомобиля. Первыми легковыми автомобилями, оснащенными турбинами были Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobile Jetfire, вышедшие на американский рынок в 1962—1963 г. Несмотря на очевидные технические преимущества, низкий уровень надежности привел к быстрому исчезновению этих моделей.

Начало использования турбодвигателей на спортивных автомобилях, в частности на Formula 1, в 70-х годах привело к значительному увеличению популярности турбокомпрессоров. Приставка «турбо» стала входить в моду. В то время, почти все производители автомобилей предлагали как минимум одну модель с бензиновым турбодвигателем. Однако, по прошествии нескольких лет, мода на турбодвигатели начала проходить, так как выяснилось, что турбокомпрессор, хотя и позволяет увеличить мощность бензинового двигателя, сильно увеличивает расход топлива. На первых порах задержка в реакции турбокомпрессора была достаточно большой, что также являлось серьёзным аргументом против установки турбины на бензиновый двигатель.

Коренной перелом в развитии турбокомпрессоров произошёл с установкой в 1977 г. турбокомпрессора на серийный автомобиль Saab 99 Turbo и затем, в 1978 г. выпуском Mercedes-Benz 300 SD, первого легкового автомобиля, оснащенного дизельным турбодвигателем.

В 1981 г. за Mercedes-Benz 300 SD последовал VW Turbodiesel. При помощи турбокомпрессора производителям удалось увеличить эффективность работы дизельного двигателя до уровня бензинового, сохранив при этом значительно более низкий уровень выброса в атмосферу выхлопных газов. Вообще, дизельные двигатели имеют повышенную степень сжатия и, вследствие адиабатного расширения на рабочем ходе, их выхлопные газы имеют более низкую температуру. Это снижает требования к жаропрочности турбины, и позволяет делать более дешёвые или более изощрённые конструкции. Именно поэтому турбины на дизельных двигателях встречаются гораздо чаще, чем на бензиновых, а большая часть новинок (например, турбины с изменяемой геометрией) сначала появляется именно на дизельных двигателях.

Принцип работы

Принцип работы основан на использовании энергии отработавших газов. Поток выхлопных газов попадает на крыльчатку турбины (закреплённой на валу), тем самым раскручивая её и находящиеся на одном валу с нею лопасти компрессора, нагнетающего воздух в цилиндры двигателя.

Так как при использовании наддува воздух в цилиндры подаётся принудительно (под давлением), а не только за счёт разрежения, создаваемого поршнем (это разрежение способно взять только определённое количество смеси воздуха с топливом), то в двигатель попадает большая смесь воздуха с топливом. Как следствие, при сгорании увеличивается объём сгораемого топлива с воздухом, образовавшийся газ занимает больший объём и соответственно возникает большая сила, давящая на поршень.

Как правило, у турбодвигателей меньше удельный эффективный расход топлива (грамм на киловатт-час, г/(кВт·ч)), и выше литровая мощность (мощность, снимаемая с единицы объёма двигателя — кВт/л), что даёт возможность увеличить мощность небольшого мотора без увеличения оборотов двигателя.

Вследствие увеличения массы воздуха, сжимаемой в цилиндрах, температура в конце такта сжатия заметно увеличивается и возникает вероятность детонации. Поэтому, конструкцией турбодвигателей предусмотрена пониженная степень сжатия, применяются высокооктановые марки топлива, а также в системе предусмотрен промежуточный охладитель наддувочного воздуха (интеркулер), представляющий собой радиатор для охлаждения воздуха. Уменьшение температуры воздуха требуется также и для того, чтобы плотность его не снижалась вследствие нагрева от сжатия после турбины, иначе эффективность всей системы значительно упадёт. Особенно эффективен турбонаддув у дизельных двигателей тяжёлых грузовиков. Он повышает мощность и крутящий момент при незначительном увеличении расхода топлива. Находит применение турбонаддув с изменяемой геометрией лопаток турбины, в зависимости от режима работы двигателя.

Наиболее мощные (по отношению к мощности двигателя) турбокомпрессоры применяются на тепловозных двигателях. Например на дизеле Д49 мощностью 4000 л.с. установлен турбокомпрессор мощностью 1100 л.с.

Наибольшей (по абсолютной величине) мощностью обладают турбокомпрессоры судовых двигателей, которая достигает нескольких десятков тысяч киловатт (двигатели MAN B&W).

Состав системы

Кроме турбокомпрессора и интеркулера в систему входят: регулировочный клапан (wastegate) (для поддержания заданного давления в системе и сброса давления в приёмную трубу), перепускной клапан (bypass valve — для отвода наддувочного воздуха обратно во впускные патрубки до турбины в случае закрытия дроссельной заслонки) и/или «стравливающий» клапан (blow-off valve — для сброса наддувочного воздуха в атмосферу с характерным звуком, в случае закрытия дроссельной заслонки, при условии отсутствия датчика массового расхода воздуха), выпускной коллектор, совместимый с турбокомпрессором, а также герметичные патрубки: воздушные для подачи воздуха во впуск, масляные для охлаждения и смазки турбокомпрессора.

См. также

Ссылки

Определение и виды турбонаддува для дизельных грузовиков

Определение и виды турбонаддува

Турбонаддувом называется система увеличения мощности двигателя (приблизительно на 30%), которая подает в камеру сгорания дополнительное количество воздуха в сжатом состоянии.

Данный механизм может быть:

  • Механический, с турбонагнетателем.
  • Пневматический, с турбокомпрессором.

В первом случае, для сжатия воздуха применяется устройство с механическим приводом, который соединен с автомобильным двигателем. Главный недостаток — на вращение крыльчатки расходуется мощность, возрастает расход топлива.

Во втором – компрессор вращается благодаря тому, что соединен с турбиной, которую приводят в действие выхлопные газы.

Систему турбонаддува можно установить, как на бензиновый мотор, так и на дизельный. Однако, на вторых она получила намного большее распространение, чем на первых. Связано это с тем, что у дизелей выше степень сжатия и меньше частота вращения. Тем самым, упрощается техническая реализация. Тогда как большое число оборотов карбюраторных движков повышает вероятность детонации. А повышенная температура выхлопа (до 1000 град С, против 600 град С для ДТ), ухудшает параметры воздуха.

Вследствие этого, турбонаддув с приводом от выхлопных газов более всего распространен на дизельных двигателях грузовых автомобилей и тракторов.

Немного теории

Читайте также: Детонация дизеля, внешние проявления и причины

Мощность любого ДВС определяется:

  • Суммарным рабочим объемом. Эта характеристика зависит от величины камеры сгорания и количества цилиндров.
  • Числом оборотов коленвала.
  • Объемом смеси воздуха и топлива, которая подается во время каждого рабочего цикла.
  • Эффективностью сгорания этой самой смеси.
  • Калорийностью сгорания топлива.

Усовершенствование движков в плане повышения мощности по большинству из указанных направлений осложняется техническими возможностями моторов и некоторыми другими факторами. В то же время, применение турбонаддува позволяет сделать двигатель сильнее, без большого роста потребления топлива, повышения количества оборотов и т.д.

Как известно, бензин или солярка не будут гореть в камере самостоятельно. Для воспламенения им нужен воздух, в определенном количестве. Рабочая смесь поступает в камеру сгорания за счет разрежения, образовавшегося после выхлопа. Количество ее ограничено по той причине, что данным способом физически невозможно «потянуть» больше. Если же поставить турбокомпрессор, который будет нагнетать в цилиндры сжатый воздух, то в камерах сгорания окажется намного больше смеси. Следовательно, во время такта воспламенения, на поршни будет «давить» значительно большая сила, что и приведет к повышению мощности (или – удельной литровой мощности, по числу «лошадок» на каждый литр рабочего объема). Т.о., мотор меньших размеров, без увеличения оборотов коленвала, получится таким же сильным, как и более крупный двигатель. А это уже напрямую влияет на металлоемкость, надежность и другие важные параметры.

Устройство и принцип действия

Основными деталями системы турбонаддува являются:

  • Корпус нагнетательного компрессора (улитка).
  • Компрессорное рабочее колесо (крыльчатка).
  • Вал – общий для компрессора и турбины.
  • Корпус турбины (обратная улитка).
  • Турбина (колесо с лопастями).
  • Интеркулер (охладитель воздуха).

В системе есть подшипники скольжения, в корпусах которых предусмотрены входы для подачи смазки. И герметичные патрубки для воздуха и масла. Также в современных устройствах турбонаддува имеются:

  • Wastegate (регулировочный клапан). Поддерживает в системе оптимальное давление. Если надо, сбрасывает газ в приемник.
  • Bypass-valve (перепускной клапан). Если надо понизить мощность, отводит нагнетаемый воздух во впускной патрубок, расположенный перед турбиной.
  • Blow-off-valve (стравливающий клапан). При закрытом дросселе сбрасывает нагнетаемый воздух в атмосферу.

Выхлопные газы из двигателя поступают в обратную улитку. Там они проходят по суживающемуся каналу, разгоняются и попадают на турбину со специальными «воздухозаборными» лопастями, которая от этого начинает вращаться с огромной скоростью (100-150 тыс. об/мин). После этого, выхлопные газы выбрасываются в атмосферу.

Крыльчатка компрессора, расположенная с турбиной на одном валу, вращается одновременно с ней. Лопасти у нее другой формы, предназначенные для нагнетания. На некоторых моделях грузовиков ставятся турбины с лопатками изменяемой геометрии – в зависимости от режима работы мотора. Воздух подается снаружи, разгоняется и, через расширяющийся канал, под высоким давлением отправляется на интеркулер.

Охлаждение нагнетаемого воздуха в интеркулере требуется по нескольким причинам. Прежде всего, для снижения опасности возникновения детонации. Кроме того, во время сжатия, воздух нагревается, что приводит к падению его плотности – а это, в свою очередь, может значительно понизить эффективность работы системы. Конструктивно интеркулер представляет собой радиатор охлаждения.

После интеркулера, охлажденный сжатый воздух поступает в камеру сгорания дизеля.

Достоинства и недостатки

Преимущества моторов с турбонаддувом, по сравнению с атмосферными двигателями:

  • Повышается мощность.
  • Увеличивается крутящий момент.
  • Меньше расход топлива.
  • Снижается металлоемкость агрегата.
  • Более тихая работа, т.к. турбокомпрессор является дополнительным глушителем.

Кроме того, появляется возможность оптимизировать и некоторые другие параметры.

Основным недостатком силового агрегата с турбонаддувом является т.н. «турбояма» (turbolag). Обусловлен он инертностью системы. Если водитель резко нажимает на газовую педаль, то должно пройти некоторое время до того, как нагнетающий компрессор выйдет на необходимую мощность. Происходит так потому, что на небольших оборотах турбина, а с ней и компрессор, вращаются относительно медленно. Поэтому давление в камере сгорания – минимальное. Для борьбы с этим явлением ставят два клапана: перепускной из коллектора в компрессор и для отработанных газов.

Основными способами преодоления турбоямы являются:

  • VNT-турбина (т.е., с изменяемой геометрией). Поток выхлопных газов оптимизируется изменением площади впускного отверстия, за счет угла наклона лопаток, для регулировки силы потока выхлопных газов (Volkswagen, Opel).
  • Установка двух турбокомпрессоров (bi-turbo), работающих параллельно. Обычно используется на V-образных моторах большой мощности (по одному на каждый ряд цилиндров). Эффект получается за счет того, что две небольшие турбинки менее инертны, чем одна крупная. Может быть и последовательное включение. В этом случае, различные крыльчатки работают на разных оборотах. Иногда встречается triple-turbo (BMW), и даже quad-turbo (Bugatti).
  • Комбинированный наддув (twincharger). На один и тот же мотор ставится и механический нагнетатель, который работает на низких оборотах, и турбо от выхлопных газов.

В последнем случае, в качестве примера, можно привести патентованную технологию TCI (Volkswagen). В зависимости от нагрузки, различают следующие режимы. До 1000 об/мин – атмосферный, 1000 – 2400 об/мин – работает только механический нагнетатель, 2400 – 3500 – нагнетатель и турбокомпрессор включаются совместно, более 3500 об/мин – применяется только турбокомпрессор.

Еще одним недостатком можно назвать «турбоподхват»: после преодоления турбоямы, в системе наддува подскакивает давление. Также надо сказать, что подобные силовые агрегаты дороже атмосферных. А еще — им требуется специальное моторное масло.

Тем не менее, турбонаддув – это превосходный способ увеличения мощности двигателя. При всех его недостатках, плюсов получается намного больше.

Видео: Настройка турбины УВЕЛИЧЕНИЕ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ MAN

Поиск запроса «турбонаддув дизельных грузовиков» по информационным материалам и форуму

Турбонаддув — история изобретения и принцип работы

Под турбонаддувом принято понимать метод, основанный на агрегатном наддуве, который подразумевает использование отработанных газов в качестве источника энергии. При этом главным компонентом системы можно считать турбокомпрессор, а в некоторых случаях турбонагнетатель, оснащенный механическим приводом.

Экскурс в историю

Турбокомпрессоры стали известны в то время, когда создавались первые образцы тепловых двигателей, где энергия топлива преобразовывалась в механическую работу (ДВС). В период с 1885 по 1896 г. Рудольф Дизель вместе с Готлибом Даймлером проводил исследования, направленные на увеличение мощности, а также снижения затрат топлива, посредством сжатия воздуха, который нагнетался непосредственно в камеру сгорания.

При этом в 1905 г. произошло важное событие, обусловленное деятельностью инженера Альфреда Бюхи, который смог достичь глобального увеличения мощности (120%) с помощью процесса нагнетания выхлопных газов. Спустя шесть лет Бюхи получил патент, закрепивший метод турбонаддува.

Изначально турбокомпрессоры применяли в двигателях, отличавшихся серьезными размерами, например, устанавливаемые на кораблях. Что касается авиации, то турбокомпрессоры нашли свое применение еще на заре военного авиастроения, когда ими оснащались двигатели Рено, предназначенные для установки на истребителях. В дальнейшем развитие авиационных турбонагнетателей шло форсированными темпами. Так, в 1938 г. американцы оснастили турбонагнетателями двигатели истребителей и бомбардировщиков, а в 1941 г. был предложен проект истребителя P-47, имевший в своем составе турбонагнетатель, который значительно улучшал летные характеристики.

В свою очередь, автомобильная промышленность впервые стала эксплуатировать турбокомпрессоры на грузовых автомобилях. Значительно позже получили массовое распространение турбины, предназначенные для легковых автомобилей. На американский рынок уже в начале шестидесятых годов поступили две модели с турбодвигателями, которые достаточно быстро исчезли, так как наряду с техническими преимуществами уровень надежности был минимален.

Спустя десятилетие, турбодвигатели стали неотъемлемой частью автомобилей Formula 1, что сказалось на росте популярности турбокомпрессоров. Именно с этого времени приставка «турбо» вошла в обиход и стала модной. В основной своей массе производители автомобилей этого периода старались предложить на рынок хотя бы одну модель, оснащенную бензиновым турбодвигателем. Подобное положение вещей продолжалось относительно недолго, так как мода на турбодвигатели пошла на спад. В большей мере это связано с тем, что турбокомпрессор наряду с увеличением мощности также значительно увеличивал и расход топлива.

Реинкарнацией турбокомпрессора можно считать 1977 г., когда в массовое производство поступил Saab 99 Turbo. Через год на рынке появился Mercedes-Benz 300 SD, который стал первым автомобилем с турбодвигателем на дизельной основе. Затем последовала модель VW Turbodiesel, где турбокомпрессор увеличивал эффективность дизельного двигателя до планки бензинового агрегата, а потребление топлива значительно снижалось.

В принципе, дизельные двигатели отличаются высокой степенью сжатия, что соотносится с адиабатным расширением на рабочем ходе и предполагает более низкую температуру выхлопных газов. Это обстоятельство позволяет не выдвигать к жаропрочности турбины жесткие требования, что дает возможность удешевить конструкцию силового агрегата в целом. Данное условие объясняет тот факт, что турбины в основном устанавливают на дизельных двигателях, а не бензиновых.

Принцип работы турбонаддува

Основа турбонаддува – это обуздание энергии, которая создается с помощью отработавших газов. Крыльчатка турбины, закрепленная на валу, оказывается в области воздействия выхлопных газов, что приводит к ее раскручиванию совместно с лопастями компрессора, служащего для нагнетания воздуха в цилиндры двигателя. В этом случае создаются условия, когда двигатель получает более значительный объем воздуха, смешанный с топливом. Это достигается благодаря тому, что воздух поступает в цилиндры под давлением, то есть принудительно, и в меньшей мере за счет разрежения, которое создается поршнем.

В основном турбодвигатели отличаются минимальным эффективным расходом топлива (г/(кВт·ч)), что соотносится с высокой литровой мощностью (кВт/л). При этом данные характеристики оказывают влияние на увеличение мощности мотора без повышения оборотов силового агрегата.

В связи с тем, что происходит значительное увеличение массы воздуха, которая подвергается сжатию в цилиндрах, происходит рост температуры, а это может послужить причиной детонации. Чтобы этого избежать, предусмотрены конструктивные особенности турбодвигателей, основанные на: уменьшении степени сжатия, применении высокооктановых марок топлива и использовании интеркулера, являющегося промежуточным охладителем наддувочного воздуха. Также для поддержания эффективности всей системы используется уменьшение температуры воздуха, что обусловливается необходимостью сохранения его параметра плотности в нужном значении, так как происходит нагрев воздуха от сжатия.

Элементы системы

  • Турбокомпрессор и интеркулер.
  • Регулировочный клапан, предназначенный для контроля давления.
  • Перепускной клапан, служащий для перемещения наддувочного воздуха во впускные патрубки и далее до турбины в том случае, если дроссельная заслонка закрыта.
  • Стравливающий клапан, применяемый при отсутствии датчика, контролирующего массовый расход топлива. Его предназначение – это сброс наддувочного воздуха в окружающую среду.
  • Выпускной коллектор, отличающийся совместимостью с турбокомпрессором.
  • Герметичные патрубки, подразделяющиеся на воздушные и масляные. Первые осуществляют подачу воздуха во впуск, а вторые – смазку и охлаждение турбокомпрессора.

Что такое турбонаддув (турбомотор)?

21.03.2010

Несомненно, каждый из нас хоть раз в жизни замечал на обычном с виду автомобиле шильдик «turbo». Производители, как нарочно, делают эти шильдики небольшого размера и размещают в неприметных местах так, что непосвящённый прохожий не заметит и пройдёт мимо. А понимающий человек непременно остановится и заинтересуется автомобилем. Ниже приводится рассказ о причинах такого поведения.

Автомобильные конструкторы (с момента появления на свете этой профессии) постоянно озабочены проблемой повышения мощности моторов. Законы физики гласят, что мощность двигателя напрямую зависит от количества сжигаемого топлива за один рабочий цикл. Чем больше топлива мы сжигаем, тем больше мощность. И, скажем, захотелось нам увеличить «поголовье лошадей» под капотом — как это сделать? Тут-то нас и поджидают проблемы.

Дело в том, что для горения топлива необходим кислород. Так что в цилиндрах сгорает не топливо, а топливно-воздушная смесь. Мешать топливо с воздухом нужно не на глазок, а в определённом соотношении. К примеру, для бензиновых двигателей на одну часть топлива полагается 14–15 частей воздуха — в зависимости от режима работы, состава горючего и прочих факторов.

Как мы видим, воздуха требуется весьма много. Если мы увеличим подачу топлива (это не проблема), нам также придётся значительно увеличить и подачу воздуха. Обычные двигатели засасывают его самостоятельно из-за разницы давлений в цилиндре и в атмосфере. Зависимость получается прямая — чем больше объём цилиндра, тем больше кислорода в него попадёт на каждом цикле. Так и поступали американцы, выпуская огромные двигатели с умопомрачительным расходом горючего. А есть ли способ загнать в тот же объём больше воздуха?
 
Выхлопные газы из двигателя вращают ротор турбины, тот, в свою очередь, приводит в движение компрессор, который нагнетает сжатый воздух в цилиндры. Перед тем как это произойдёт, воздух проходит через интеркулер и охлаждается — так можно повысить его плотность.

Есть, и впервые придумал его господин Готтлиб Вильгельм Даймлер (Gottlieb Wilhelm Daimler). Знакомая фамилия? Ещё бы, именно она используется в названии DaimlerChrysler. Так вот, этот немец весьма неплохо соображал в моторах и ещё в 1885 году придумал, как загнать в них больше воздуха. Он догадался закачивать воздух в цилиндры с помощью нагнетателя, представлявшего собой вентилятор (компрессор), который получал вращение непосредственно от вала двигателя и загонял в цилиндры сжатый воздух.

Швейцарский инженер-изобретатель Альфред Бюхи (Alfred J. Büchi) пошёл ещё дальше. Он заведовал разработкой дизельных двигателей в компании Sulzer Brothers, и ему категорически не нравилось, что моторы были большими и тяжёлыми, а мощности развивали мало. Отнимать энергию у «движка», чтобы вращать приводной компрессор, ему также не хотелось. Поэтому в 1905 году господин Бюхи запатентовал первое в мире устройство нагнетания, которое использовало в качестве движителя энергию выхлопных газов. Проще говоря, он придумал турбонаддув.
 
Идея умного швейцарца проста, как всё гениальное. Как ветра вращают крылья мельницы, также и отработавшие газы крутят колесо с лопатками. Разница только в том, что колесо это очень маленькое, а лопаток очень много. Колесо с лопатками называется ротором турбины и посажено на один вал с колесом компрессора. Так что условно турбонагнетатель можно разделить на две части — ротор и компрессор. Ротор получает вращение от выхлопных газов, а соединённый с ним компрессор, работая в качестве «вентилятора», нагнетает дополнительный воздух в цилиндры. Вся эта мудрёная конструкция и называется турбокомпрессор (от латинских слов turbo — вихрь и compressio — сжатие) или турбонагнетатель.
 
В турбомоторе воздух, который попадает в цилиндры, часто приходится дополнительно охлаждать — тогда его давление можно будет сделать выше, загнав в цилиндр больше кислорода. Ведь сжать холодный воздух (уже в цилиндре ДВС) легче, чем горячий.

Воздух, проходящий через турбину, нагревается от сжатия, а также от деталей турбонаддува, разогретого выхлопными газами. Подаваемый в двигатель воздух охлаждают при помощи так называемого интеркулера (промежуточный охладитель). Это радиатор, установленный на пути воздуха от компрессора к цилиндрам мотора. Проходя через него, он отдаёт своё тепло атмосфере. А холодный воздух более плотный — значит, его можно загнать в цилиндр ещё больше.

Чем больше выхлопных газов попадает в турбину, тем быстрее она вращается и тем больше дополнительного воздуха поступает в цилиндры, тем выше мощность. Эффективность этого решения по сравнению, например, с приводным нагнетателем в том, что на «самообслуживание» наддува тратится совсем немного энергии двигателя — всего 1,5%. Дело в том, что ротор турбины получает энергию от выхлопных газов не за счёт их замедления, а за счёт их охлаждения — после турбины выхлопные газы идут по-прежнему быстро, но более холодные. Кроме того, затрачиваемая на сжатие воздуха даровая энергия повышает КПД двигателя. Да и возможность снять с меньшего рабочего объёма большую мощность означает меньшие потери на трение, меньший вес двигателя (и машины в целом). Всё это делает автомобили с турбонаддувом более экономичными в сравнении с их атмосферными собратьями равной мощности. Казалось бы, вот оно, счастье. Ан нет, не всё так просто. Проблемы только начались.

Во-первых, скорость вращения турбины может достигать 200 тысяч оборотов в минуту, во-вторых, температура раскалённых газов достигает, только попробуйте представить, 1000°C! Что всё это означает? То, что сделать турбонаддув, который сможет выдержать такие неслабые нагрузки длительное время, весьма дорого и непросто.
 
Выхлопные газы разогревают и выпускную систему, и турбонаддув до очень высоких температур.

По этим причинам турбонаддув получил широкое распространение только во время Второй мировой войны, да и то только в авиации. В 50-х годах американская компания Caterpillar сумела приспособить его к своим тракторам, а умельцы из Cummins сконструировали первые турбодизели для своих грузовиков. На серийных легковых машинах турбомоторы появились и того позже. Случилось это в 1962 году, когда почти одновременно увидели свет Oldsmobile Jetfire и Chevrolet Corvair Monza.

Но сложность и дороговизна конструкции — не единственные недостатки. Дело в том, что эффективность работы турбины сильно зависит от оборотов двигателя. На малых оборотах выхлопных газов немного, ротор раскрутился слабо, и компрессор почти не задувает в цилиндры дополнительный воздух. Поэтому бывает, что до трёх тысяч оборотов в минуту мотор совсем не тянет, и только потом, тысяч после четырёх-пяти, «выстреливает». Эта ложка дёгтя называется турбоямой. Причём чем больше турбина, тем она дольше будет раскручиваться. Поэтому моторы с очень высокой удельной мощностью и турбинами высокого давления, как правило, страдают турбоямой в первую очередь. А вот у турбин, создающих низкое давление, никаких провалов тяги почти нет, но и мощность они поднимают не очень сильно.

Бывают и более изощрённые конструкции. Например, инженеры придумали устанавливать на мотор не одну, а две турбины. Одна работает на маленьких оборотах двигателя, создавая тягу на «низах», а вторая включается позже. Такое решение получило название twin-turbo и позволило убить сразу двух зайцев — и турбояму, и проблему нехватки мощности. В конце минувшего века автомобили с последовательной схемой подключения турбин имели некоторую популярность, их выпускали Nissan, Toyota, Mazda и даже Porsche. Однако в силу сложности конструкции век таких аппаратов оказался недолог, и распространение получили другие идеи.

Например, параллельный турбонаддув, или biturbo. То есть вместо одной турбины ставят две маленькие одинаковые турбины, которые работают независимо друг от друга. Идея такова: чем меньше турбина, тем быстрее она раскручивается, тем более «отзывчивым» получается двигатель. Как правило, две маленькие турбины ставили на V-образные двигатели, по одной на каждую «половинку».

Ещё один вариант — турбины с двумя «улитками», или twin-scroll. Одна из них (чуть большего размера) принимает выхлопные газы от одной половины цилиндров двигателя, вторая (чуть меньшего размера) — от второй половины цилиндров. Обе подают газы на одну турбину, эффективно раскручивая её и на малых, и на больших оборотах.

Но и на этом конструкторы не успокоились. Естественно, чем городить две турбины, гораздо проще обойтись одной. Надо только сделать так, чтобы турбина одинаково эффективно работала во всём диапазоне оборотов. Так появились турбины с изменяемой геометрией. Здесь и начинается самое интересное. В зависимости от оборотов поворачиваются специальные лопатки и варьируется форма сопла. В результате получается «супертурбина», хорошо работающая во всём диапазоне оборотов. Идеи эти витали в воздухе не один десяток лет, но реализовать их удалось относительно недавно. Причём сначала турбины с изменяемой геометрией появились на дизельных двигателях, благо, температура газов там значительно меньше. А из бензиновых автомобилей первый примерил такую турбину Porsche 911 Turbo.
 
Конструкцию турбомоторов довели до ума уже давно, а в последнее время их популярность резко возросла. Причём турбокомпрессоры оказалось перспективным не только в смысле форсирования моторов, но и с точки зрения повышения экономичности и чистоты выхлопа. Особенно актуально это для дизельных двигателей. Редкий дизель сегодня не несёт приставки «турбо». Ну а установка турбины на бензиновые моторы позволяет превратить обычный с виду автомобиль в настоящую «зажигалку». Ту самую, с маленьким, едва заметным шильдиком «turbo».

Турбонаддув, турбонаддув двигателя, турбо | Тюнинг ателье VC-TUNING

Турбонаддув двигателя

Компания VC-TUNING устанавливает программы увеличения мощности только на высокопроизводительные серийные автомобили. 
 
Все владельцы автомобилей хотя бы раз в своей жизни слышали о таком понятии как турбонаддув, но не все задумываются над тем, для чего он необходим и какую роль играет в работе двигателя. В данной статье, принцип его действия и роль, которую он играет. 

 
Какую роль играет турбонаддув и в чем его смысл? Смысл его заключается в том, что для нормальной работы двигателя внутреннего сгорания требуется постоянная подача топлива, а использование турбонаддува позволяет максимально улучшать наполнение цилиндров топливно-воздушной смесью. Обращаем ваше внимание на то, что есть только один вид атмосферного наддува — резонансный, использующий кинетическую энергию объема воздуха. Другие виды наддува в первую очередь связаны с увеличением давления, которое непосредственно поступает в цилиндры, которое намного выше атмосферного и достигается подобного рода давление при помощи механических, электромеханических и газодинамических способов.

Но какова польза от турбонаддува? Дело в том, что отработавшие газы осуществляют вращение колеса турбины, которое в свою очередь через вал ротора производит вращение компрессорного колеса. Далее компрессорное колесо производит сжатие воздуха и нагнетает в систему. Но перед тем как попасть в цилиндры, сжатый воздух проходит процесс охлаждения в интеркулере. Следует отметить, что эффективность турбонаддува во многом зависит от частоты оборотов двигателя, ведь чем больше частота оборотов, тем большее количество отработанных газов подается в турбину, увеличивая скорость попадания сжатого воздуха. Нельзя не отметить и о том, что расход топлива сокращается от 5 до 20 процентов, что, несомненно, радует каждого автовладельца, выполнившего подобного рода тюнинг двигателя.

Современные экологические двигатели работают при использовании турбонаддува, а подобного рода производство считается более экологически чистым. Следует обратить внимание и на то, что установка турбонаддува сопряжена с определенными трудностями. Первая – это детонация, которая появляется из-за резкого повышения давления в самом конце такта сжатия, поэтому и требования к топливу повышаются. Если вы, к примеру, использовали марку бензина АИ-92, то после подобного тюнинга двигателя вам придется переходить на более высокое октановое число. К тому же, если резко нажать на педаль газа, происходит некоторая задержка увеличения мощности, которая впоследствии сопровождается резким повышением оборотов, что иногда приводит к плачевным последствиям.

Какие же элементы входят в турбонаддув?
Ключевым элементом здесь является турбокомпрессор, который состоит из множества элементов. Сюда входят:

  • турбинное колесо воспринимает все отработанные газы, при этом вращается оно в специальном корпусе;
  • компрессорное колесо, которое всасывает воздух, сжимает и нагнетает в цилиндры двигателя пропорционально;
  • турбина с изменяемой геометрией оптимизирует поток отработанных газов, при этом данный процесс осуществляется за счет изменения площади входного канала.

Существует несколько видов наддува. К первому относится система с двумя параллельными турбинами. При этом следует учесть, что две турбины в общей сложности обладают наименьшей инерцией, чем одна большая, и в этом имеется явное преимущество данной системы. Зачастую автовладельцы устанавливают на свои автомобили сразу две последовательные турбины, при этом, максимальная производительность достигается посредством различных установленных турбокомпрессоров, запускаемых при разных оборотах двигателя. Что касается профессиональных автомобилей или «спорткаров», то здесь используются комбинированные системы наддува, объединяющие в себе механический наддув и турбонаддув. Преимущество данной системы в том, что при низких оборотах двигателя сжатие воздуха осуществляется при помощи механического наддува, а при нажатии педали газа подключается турбокомпрессор.
 

       

Выполнение работ, связанное с тюнингом двигателя должно производиться специалистами в данной области, так как от правильно выполненных действий специалиста зависит многое.  
 
  • Компания VC-Tuning, предлагает различные уровни доработок, для некоторых моделей: Mercedes-AMG, BMW, Porsche, Cadillac, Ford, Chevrolet, Dodge, Nissan и т.д.

               

 

Что такое электрический турбонаддув? Электро турбина на авто. Возможно ли это? Можно ли сделать своими руками. Только реальная правда Турбина электрическая автомобильная

На заре автомобилестроения инженеры решали вопрос увеличения мощности двигателей внутреннего сгорания, что называется, в лоб – увеличивали количество и размеры цилиндров. Однако практичность таких разработок даже во времена дешевой нефти была под большим вопросом. Нагнетатель воздуха позволил решить эту проблему своими руками.

1 Турбонагнетатели – с чем столкнулись инженеры?

Сложно это представить, но еще в 1909 году автомобиль с двигателем внутреннего сгорания установил рекорд скорости в 200 км/ч – достижение для тех времен невероятное. Еще сложнее представить объем двигателя, благодаря которому удалось разогнать авто до такой скорости – 28 литров! Даже речи быть не могло, чтобы запустить такие агрегаты в массовое производство, ведь их обслуживание своими руками было практически невозможным, ввиду огромных габаритов двигателя.

К счастью, дальнейшие разработки автомобильных инженеров велись в сторону уменьшения объема при сохранении мощностей, а также упрощения конструкции. Чтобы автомобиль стал массовым, следует дать возможность ремонтировать его своими руками – так размышляли первые автомобилестроители и были совершенно правы.

Благодаря появлению нагнетателя, удалось при сохранении всех параметров сходу увеличить мощность на целых 50 %! Сегодня опытному автомобилисту не составит труда своими руками установить одну из популярных систем турборежима.

Представить принцип работы такого устройства совершенно не сложно даже школьнику младших классов. Работу мотора обеспечивает постоянное сгорание топливно-воздушной смеси, которая поступает в цилиндры двигателя. В зависимости от возможностей двигателя и режимов его работы устанавливается оптимальное соотношение воздуха и топлива. В обычных условиях объем ТВС ограничен размерами цилиндра – внутрь камеры смесь попадает благодаря разрежению на такте впуска.

Нагнетатель воздуха позволяет подать внутрь цилиндра на впуске больше топливно-воздушной смеси. Больше ТВС – больше энергии при сгорании, больше мощность агрегата. Казалось бы, все просто, как дважды два, однако без нюансов не обошлось. Увеличение мощности двигателя таким способом повлекло целый ряд проблем. Главная из них – возрастание количества тепловой энергии при сгорании смеси, что в свою очередь влечет быстрое прогорание поршней, клапанов, поломку системы охлаждения. И далеко не всегда последствия удается ликвидировать своими руками.

Кроме того, с увеличением объема ТВС увеличивается и шанс детонации двигателя в буквальном смысле этого слова. Даже без детонации преждевременный износ агрегата гарантирован. Чтобы уменьшить негативные последствия для автомобиля (избежать их полностью не удается), принято использовать высокооктановое топливо, а также декомпрессию. В первом случае приходится своими руками платить немалые деньги, а во втором существенно снижается мощность.

2 Нагнетатель воздуха – как влить силы в двигатель?

С развитием автомобилестроения возникали и различные способы компрессии воздуха. Многие разработки уверенно дошли и до наших дней. Итак, разберемся, какие способы наддува существуют:

  1. Механический – «отец» нагнетателей, возникший практически сразу же после появления ДВЗ. В действие такой наддув приводится коленвалом мотора.
  2. Электрический – более современный вариант турбонаддува, в котором излишнее давление в цилиндрах создает электрический компрессор.
  3. Турбонаддув – нагнетатель в такой системе работает от давления выхлопных газов и компрессора.
  4. Комбинированный наддув – совмещение различных систем, чаще всего механической и турбо.


Как правило, такие системы серийно на автомобили не устанавливаются, что дает автолюбителям множество возможностей для тюнинга своими руками.

3 Механический турбонагнетатель воздуха – своими руками совершенствуем авто!

Наиболее эффективен режим турбо на впрысковых бензиновых двигателях. Моторы карбюраторного типа также могут работать с механическим нагнетателем, однако им необходима определенная доработка своими руками, в частности, установка жиклеров с увеличенным сечением и другие меры. В случае с инжекторным двигателем все сводится к новой прошивке.

Механический нагнетатель, работающий от коленвала двигателя, имеет несомненное достоинство – он работает абсолютно синхронно с агрегатом и в режиме турбо обеспечивает равномерную подачу воздуха в соответствии с оборотами мотора. Однако такое устройство будет отбирать для своей работы часть мощности движка.

Самыми распространенными вариантами построения механических нагнетателей, которые можно установить своими руками, являются три типа:

  • Центробежный аппарат – применяется как самостоятельно в виде компрессора, так и в комбинации с другими устройствами. Принцип работы достаточно прост – лопатки, вращающиеся на большой скорости, захватывают воздух и забрасывают внутрь корпуса, который имеет улиткообразную форму. На выходе из корпуса поток воздуха приобретает нужное для режима турбо давление. Невысокая стоимость устройства и возможность установки своими руками сделали его наиболее популярным. Однако в его работе хватает и сложностей, в частности, с техобслуживанием.
  • Нагнетатель ROOTS – представляет собой лопатки ротора, которые помещены в замкнутый корпус. Воздух захватывается на входе, за счет высокой скорости вращения лопаток воздух приобретает более высокое давление на выходе. Главный недостаток устройства такого типа – неравномерность подачи воздушного потока, что вызывает пульсацию давления в режиме турбо. Однако относительно тихая работа, надежность и компактность заставляют автомобилистов мириться даже с таким недостатком. При определенных навыках обращения с техникой вам не составит труда установить такой наддув своими руками.
  • Нагнетатель LYSHOLM – представитель винтового типа аппаратов. Принцип работы схож с предыдущим – поток воздуха создается роторами, которые вращаются на высокой скорости. Главное отличие этого типа нагнетателей – маленький зазор между винтами, что вызывает множество сложностей в проектировании и установке таких изделий. Встречаются они на автомобилях нечасто и стоят недешево. Устанавливать их своими руками не рекомендуется, лучше обращаться к специалистам по турбонаддуву.

4 Турбонагнетатель – универсальный наддув своими руками

Как для бензиновых, так и для дизельных двигателей возможно применение турбонагнетателя. Это устройство представляет собой комбинацию компрессора и турбины, которая использует давление выхлопных газов для работы. Последнее устройство создает ряд проблем – турбина должна выдерживать высокие температуры и огромную скорость вращения, а значит, материалы для ее изготовления должны быть сверхпрочными. Некоторую часть нагрузки с турбины снимает компрессор, что и позволяет комплексу в целом справляться со своей задачей.

Недостаток устройства заключается в некотором запаздывании режима турбо – необходимо время, чтобы после нажатия на педаль турбина раскрутилась до нужного количества оборотов.

Впрочем, современные агрегаты решают и эту проблему, в основном благодаря наличию дополнительных нагнетателей. В отличие от турбонагнетателя, никакого запаздывания после нажатия на педаль в случае с электрическим компрессором вы не почувствуете – устройство, которое чаще всего комбинируют с центробежной турбиной, начинает работать уже на малых и средних оборотах, а турбина подключается на высоких. Электрический нагнетатель воздуха достаточно прост в реализации – никаких сложных систем и устройств для его установки не потребуется, так что усовершенствовать авто своими руками с его помощью вполне осуществимо.

Для того чтобы выжать все возможное из автомобиля, автопроизводители прибегают к турбонаддувам двигателя, но на пути новый вид турбокомпрессора, который может изменить игру.

Уменьшение размеров двигателя автомобиля является одним из ключевых решений, используемых автопроизводителями, чтобы уменьшить расход топлива транспортным средством ( от компании Audi). Тем не менее, чтобы сокращенный в размерах двигатель обладал высокой производительностью, автокомпании, как правило, используют турбонаддув, который приводится в движение с помощью выхлопных газов (подробнее о работе турбонаддува, читайте ). У классической схемы работы турбонаддува имеется одна острая проблем, она приводит к задержке ответа наддува. Это явление широко известно, как турболаг. Чтобы было понятно, объясним проще, вы следуете на обгон, жмете педаль газа в пол, включается турбонаддув, но рывок автомобиля происходит лишь через пару секунд из-за так называемого турболага.

Эта медленная реакция преследует автомобили с турбонаддувами уже многие годы и является распространенной жалобой. Такие вещи, как турбонаддув с двойной улиткой или небольшие турбины, часто используются как средство борьбы с этим отставанием, но и они не совершенны. Попытки обуздать этот недостаток при помощи, так называемой , о которой мы писали ранее, также, к сожалению ни к чему и не привели, не выдержав испытаний на практике. Проще говоря, очень сложно сделать двигатель с турбонаддувом с немедленной реакцией.

Принцип работы электрического турбонаддува

Все останется на своих местах, пока мы не начнем использовать электрические компоненты. В то время как автопроизводители со всех сторон исследовали все плюсы и минусы полностью электрических силовых установок, они пришли к выводу, что когда дело касается элеткродвигателей, то в них ответная реакция возникает моментально. Взять к примеру классический Toyota Prius, более быстрой реакции на ускорение вы не найдете ни в одном сходном по параметрам автомобиле. Конечно, электрические транспортные средства дорогие из-за размера их двигателей и батарей, и они не совсем практичны, из-за ограниченного диапазона движения. Но, невзирая на это, автопроизводители могут использовать небольшие электромоторы и компоненты в своих целях. Одним из таких случаев является питание турбокомпрессора, который ускоряет двигатель автомобиля, не полагаясь на выхлопные газы.

Электрический двигатель реагирует мгновенно, в течение 250 миллисекунд. Используя такой механизм, можно снизить расход топлива на 10 процентов. Так как подобного рода турбокомпрессор не использует выхлопные газы, то технически он является просто нагнетателем. Для того, чтобы потребителям была ясна концепция данного механизма, его часто называют электрическим турбонаддувом.

Компания Volkswagen и связанные с ней автомобильные бренды активно инвестируют в эту электрическую турбо технологию.

Компания Audi демонстрирует E-Turbo

Недавно компания Audi представила свои последние разработки в мире электрических турбонаддувов вместе с концепт-каром Clubsport TT Turbo Concept, который предоставляет владельцу 600 лошадиных сил мощности и 479 Нм крутящего момента благодаря оборудованному турбонаддувами 2,5-литровому пятицилиндровому двигателю. Один турбонаддув является традиционным и приводится в движение выхлопными газами, второй турбонаддув работает с электрическим блоком.

Компания создала концепт для демонстрации потенциала электрических турбокомпрессоров, сказав тем самым, что технология готова к использованию в серийных автомобилях. 48-вольтная электрическая подсистема, которая питает электротурбонаддув, расположена в багажнике автомобиля и по первой необходимости дает двигателю ускорение, не заставляет его ждать, как традиционный турбонаддув.

«Турбокомпрессор с электрическим приводом обеспечивает значительные преимущества», сказал представитель компании Audi. «Он быстро и равномерно увеличивает скорость двигателя до максимального количества оборотов, без каких-либо существенных задержек».

Такой принцип работы позволяет проектировать обычный турбонаддув конкретно для двигателей высоких мощностей — e-turbo обеспечивает мгновенный отклик и мощный спринт на низких оборотах двигателя.

Это не первый раз, когда компания Audi показала свою заинтересованность в электрическом турбонаддуве. В прошлом году немецкий автопроизводитель добавил электротурбонаддув в 3,0-литровый дизельный двигатель V-6 твин-турбо и засунул всю эту смесь в RS5. Результатом стал вызывающе быстрый автомобиль в кузове купе, который набирает скорость от 0 до 100 км/ч всего за 4 секунды. Это делает его быстрее, чем обычный RS5 и в два раза сокращает расход топлива.

Когда нам ожидать электрические турбонаддувы в серийных автомобилях?


При всех положительных отзывах, которые получает данная технология, компания Audi, по всей видимости, будет в числе первых автопроизводителей, которые используют электротурбонаддув в серийных автомобилях, но до сих пор компания не распространяется о том, когда мы сможем увидеть такие автомобили у официальных дилеров.

Для более эффективной работы Вашего транспортного средства, автомобильные производители часто прибегают к системам турбонаддува. Но так ли положительно новый тип турбокомпрессора скажется на работе двигателя? Чтобы топливный расход автомобиля стал гораздо меньше, производители зачастую используют одно ключевое решение – сокращение объёма силового агрегата. Но кроме всего прочего, чтобы производительность таких двигателей оставалась на достойном уровне, обычно устанавливают турбокомпрессоры, которые управляются выхлопом и обладают задержкой, что более известна под термином «турбо лаг».

Автомобили с подвергались этой проблеме много лет подряд, что сопровождалось постоянными жалобами и недовольством со стороны владельцев. Была найдена, как казалось, панацея – одновременная установка двух турбин, что минимизировало эффект турбо ямы. Но это, увы, не стало ключевым решением.

История электрической турбины

Электрическая турбина после длительного времени разработок уже готова к массовому применению. Об этом первой заявила компания Controlled Power Technologies (CPT) из Британии. Электрический турбонагнетатель, по их словам, уже готов к массовому производству. Руководство СРТ уже подписало соглашение с фирмой Switched Reluctance Drives Limited, что займётся разработкой OEM-модуля, основанного на этой технологической базе.

Switched Reluctance Drives займётся серийным производством электрических компрессоров. Британские разработчики, тем временем уже преуспели в создании реальных электрических компрессоров для двигателей внутреннего сгорания. Турбонагнетатель CPT будет устанавливаться на любые двигатели: атмосферные, турбированные дизельные или бензиновые.

Компания Controlled Power Technologies разрабатывала электрическую турбину на протяжении почти восьми лет, работа над ней началась ещё в начале 21-го века. Создатели электрической турбины заявляют, что она может работать от бортовой электросети напряжением в 12 вольт, а её использование избавит двигатель от эффекта турбоямы, а также задействует нагнетатель даже в режиме низких оборотов. Особенность данной технологии заключается в использовании регенеративной энергии. Обратное давление, что ранее сбрасывалось через обводной клапан блоу офф при сбросе акселератора, теперь направляется на вращение лопастями турбины маховика, что позволяет вырабатывать энергию и заряжать аккумулятор.

Прототип машины с электрической турбиной разработала немецкая компания AVL List. Электрический нагнетатель был адаптирован к двухлитровому бензиновому двигателю с непосредственным топливным впрыском. Такой силовой агрегат, который был установлен на Vokswagen Passat, загрязняет атмосферу очень деликатно, если так можно выразиться, всего 159 граммов на каждый километр пути, а это на целых 20 процентов меньше чем у аналогичного традиционного 2.0 TFSI с такой же мощностью, и меньше, чем у 170-сильного турбодизеля с таким же объёмом.

Разработчики утверждают, что данная технология помогает автомобильным производителям вложиться в установленные экологические нормы, которые вступили в силу уже в этом году. Компания Controlled Power Technologies создала стартер-генератор SpeedStart с ременным приводом, который используется для работы системы Start\Stop, что отключает двигатель на кратковременных остановках, что обязательно сэкономит в условиях движения по городу в пробках.

Но наряду с исследователями из Британии, немецкие разработчики создали доступную идею, для нагнетания воздуха и причём с минимальными затратами, что стала признанной во всей Европе. Существенно эффективным способом улучшения нагнетания воздуха в двигателе является мини-турбина от компании KAMANN, которая монтируется во впускную систему. Электро турбонагнетатель от KAMANN является миниатюрной турбиной, которая выполняет роль электрической системы нагнетания воздуха, установленной в подкапотное пространство. Такой монтаж электрической турбины повышает крутящий момент мотора, в свою очередь способствуя понижению топливного расхода. Это улучшает качество выхлопных газов, уменьшая показатели углекислого газа и пролонгируя срок функционирования катализаторов, что улучшает общие скоростные характеристики автомобиля.

Принцип работы электротурбины

Принцип работы электрической турбины отличается от классического турбонагнетателя лишь за счёт конструкции оси, которая соединяет крыльчатки у классики. Когда турбокомпрессор достигает максимальных оборотов, контроллер включает электрический двигатель в генераторном режиме. За счёт этого предотвращается превышение пикового числа оборотов двигателя. В случаях слишком редкого понижения оборотов муфтовые соединения позволяют вращать крыльчатки независимо друг от друга, в свою очередь снижая нагрузку на подшипники.

Плюсы и минусы электрической турбины

Чем больше мощность, тем меньше выхлоп

Многие обычные двигатели внутреннего сгорания оснащаются турбинами для того, чтобы получить большую мощность и лучшее ускорение. Они расходуют меньше топлива и следовательно загрязняют атмосферу выхлопными газами также гораздо меньше в сравнении с аналогичными агрегатами без компрессора и нагнетателя. Всё, конечно же, это производит прекрасное впечатление в теоретическом плане, но практика показывает иные результаты. Большой крутящий момент зачастую находится лишь в узком диапазоне числа оборотов двигателя. Зачастую у некоторых турбо-дизелей можно наблюдать плохой показатель ускорения, в моменты изменения положения педали акселератора мотору нужно некоторое время для увеличения мощности для необходимого ускорения. Это явление уже упоминалось в данной статье как турбо-яма».

Экономия и быстрый отклик

Проведя анализ рынка современных автомобилей, компания KAMANN утверждает, что к 2020 году доля автомобилей, которые будут оснащаться электрическими турбинами, будет составлять 50-60% от общего количества сошедших с конвейера автомобилей. Ими также был разработан прибор, который помогает быстрее реагировать на изменение педали акселератора и в то же время оставаться экономичным. Эти требования очень сложно реализовать в двигателе с обычной системой турбонаддува. Такая турбосистема эффективна только в пределах определённого диапазона оборотов мотора.

Неоспоримое преимущество электрических турбин в эффективном нагнетании воздуха во всём диапазоне оборотов мотора автомобиля, даже в момент запуска двигателя, ведь нагнетаемый воздух уже находится во впускном коллекторе. В момент нагнетания воздуха, когда двигатель запускается, электрическая турбина мгновенно откликается на нажатие акселератора даже при маленькой скорости. Даже нагнетая воздух в момент переключения скоростей, Вы непрерывно будете получать дополнительную энергию для того чтобы двигаться и ускоряться.

Турбо нагнетатель, как дополнение турбосистемы

Эффективная работа большинства турбин начинается только свыше 3000 оборотов в минуту , а это означает, что крутящий момент ниже этой цифры уже не увеличивается, что не придаёт Вашему автомобилю динамичности, а двигателю мощности. Поэтому классические турбины отходят далеко в прошлое. Установка электрической турбины позволяет двигателю уже при 1200 оборотов в минуту сразу после нажатия педали газа, получать больше чистого воздуха, не затрачивая при этом необходимую энергию. В этот момент «номы» подскакивают на 12% в сравнении с классикой!

Увеличение мощности равно экономия

Главным преимуществом установки электрической турбины является предоставление двигателю непрерывного и гораздо быстрого ускорения автомобиля. Kamann Autosport сравнили автомобили с бензиновым мотором объёмом 1,4 с установленной электрической турбиной и аналогичным автомобилем но с объёмом 1,6 и без турбины. Результат был следующим: оба автомобиля выдали приблизительно одинаковую мощность и крутящий момент при том же самом топливном расходе. Следовательно эти два двигателя одинаково мощны, но первый потребляет на 10% меньше топлива! А это значит, что наряду с возросшей мощностью топливный расход совсем не увеличится!

Электрическая турбина обделена всеми недостатками обычной турбины, а размер её гораздо меньше. Кроме очевидных преимуществ, конечно, присутствуют и недостатки. Модуль электротурбины в зависимости от производителя достаточно прожорлив, что требует монтажа дополнительного оборудования.

Чем хорош электрический турбонаддув

Что за понятие электрический турбонаддув, которое все чаще встречается в последних новинках автопрома? Давайте разберемся. Стремясь сделать автомобили как можно более экономичными, автопроизводители все чаще уменьшают размеры двигателей, оснащая их технологией турбонаддува. Ведь для того, чтобы компактный двигатель оставался мощным, необходимо “помогать” ему, подавая воздух в цилиндры принудительно, под давлением.

“Сокращение размеров двигателя – это один из основных способов уменьшить расход топлива автомобиля,” – говорит представитель французской компании Valeo, занимающейся поставкой автомобильных комплектующих. “Чтобы малолитражный двигатель мог развить большую мощность, производители обычно используют турбины, работающие от выхлопных газов. Однако, к сожалению, для турбированных двигателей характерна слабая отзывчивость на низких оборотах, называемая “эффектом турбоямы” или “турболагом”.

Этот “провал” при наборе оборотов, вызываемый инерцией турбины, стал “ахиллесовой пятой” турбомоторов. Отчасти проблему удалось решить применением твинскрольной турбины с изменяемой геометрией, или же использованием второй малой турбины в помощь первой. В обоих случаях турбины работают в более широком диапазоне оборотов двигателя, однако полностью ликвидировать “турболаг” все же не удалось. Увы, турбированным агрегатам весьма сложно обеспечить мгновенную реакцию на нажатие педали газа, естественную для атмосферных двигателей.

И вот теперь на помощь пришел новый вид турбонаддува – электрический. Что это за “зверь” и сможет ли электрический турбонаддув “изменить правила игры ”?

Изучая принципы работы электромобилей, автопроизводители обнаружили, что для электромоторов характерна мгновенная отзывчивость. Сегодня всем пересесть на электротранспорт пока нереально. Моторы и аккумуляторы электромобилей из-за своих крупных размеров обходятся недешево, да и ограниченный пробег электрокаров на одном заряде батарей устроит ни каждого.

Но почему бы не использовать небольшой электромотор для питания компрессора турбированного двигателя? Ведь тогда можно будет нагнетать воздух в двигатель без помощи отработавших газов! Именно в этом и состоит принцип работы электрического нагнетателя.

Идея использовать электрический турбонаддув не нова – о разработках в этой области уже несколько лет назад сообщали такие компании, как Mercedes-Benz, BMW и Ferrari. Но, пожалуй, больше других электрическим нагнетателем заинтересовался концерн Volkswagen – в настоящее время VW Group инвестирует огромные средства в развитие техологии электротурбонаддува или электрический турбонаддув .

Марк Жиль, занимающийся развитием технологических коммуникаций в североамериканском подразделении Volkswagen, называет главным преимуществом электрического турбонаддува “ то, что он обеспечивает ускорение на низких оборотах, в то время как обычные турбины, работающие от выхлопных газов, создают нужное давление воздуха минимум при 1500 оборотах двигателя в минуту.”

“Электромотор способен реагировать на нажатие педали газа мгновенно (в течение 250 миллисекунд),” – говорят в Valeo, добавляя, что, используя электрический турбонаддув, “можно сократить потребление топлива на 7-20 процентов”.

Компания Audi, входящая в концерн Volkswagen Group, недавно продемонстрировала свои последние достижения в области электротурбонаддува на примере концепта Clubsport TT Turbo. Полноприводный автомобиль развивает мощность в 600 л.с. и крутящий момент в 649 Нм благодаря тому, что его 2,5-литровый пятицилиндровый двигатель оснастили двумя турбинами – традиционной и электрической.

Электрокомпрессор питается от 48-вольтовой подсистемы, установленной в багажнике и, в отличие от обычной турбины, обеспечивает крутящий момент “по первому требованию”. В итоге Clubsport TT Turbo разгоняется до 100 км/ч всего за 3,6 секунды.

“Компрессор, питающийся от электричества, имеет существенные преимущества,” – говорит Брэд Стерц, занимающийся силовыми установками в североамериканском подразделении Audi. “Он раскручивается до максимума быстро, без какой-либо ощутимой задержки и продолжает создавать давление воздуха, когда традиционной турбине не хватает энергии выхлопных газов.”

“Такой принцип работы позволяет создавать традиционные турбонагнетатели, специально “заточенные” на подачу более высокого давления и, соответственно, обеспечивающие большую мощность двигателя, в то время как электрический компрессор будет отвечать за моментальный отклик и мощные рывки с низких оборотов в любой момент времени,” – добавляет Стерц.

Кстати, концепт Clubsport TT Turbo – это не первая попытка Audi поэкспериментировать с электронагнетателем. В прошлом году немецкий производитель снабдил электрокомпрессором 3,0-литровый дизельный двигатель, добавив его к традиционной турбине. Данная конструкция была установлена на спортивное купе RS5. На выходе получился автомобиль, способный “разменять первую сотню” за 4 секунды, расходуя при этом всего 5 литров топлива на 100 км пути. То есть, RS5 с электронаддувом оказался и быстрее, и в два раза экономичнее своего “обычного” собрата.

Так когда же электрический турбонаддув следует ожидать в широких массах? Уже в следующем году! Как сообщил производитель электронагнетателя Valeo, первым серийным автомобилем, на котором будет реализована новая технология, станет спортивный вседорожник Audi SQ7, где электрический турбонаддув получит дизельный двигатель V8, имеющий объем около 4 литров. Мощность данного силового агрегата, предположительно, составит более 400 л.с., а разгон с места до 100 км/ч – 5,5 секунд. SQ7 поступит в продажу в 2016 году.

Интерес к электрическому турбонаддуву также проявили такие компании, как Volvo, Hyundai, Kia и американский производитель Honeywell.

Так что, возможно, вскоре электрический турбонаддув станет нормой жизни, а владельцы турбированных автомобилей забудут о “турболаге”, наслаждаясь отличной тягой практически с холостых оборотов и скромными цифрами расхода топлива.

Турбокомпрессор Против. Нагнетатель: основы принудительной индукции

Есть большая вероятность, что в какой-то момент вашей жизни вы владели автомобилем с турбонаддувом или наддувом. Наличие турбонаддува или нагнетателя могло повлиять на ваше решение о покупке, но вы, тем не менее, пожинаете плоды лучшей производительности и экономии топлива. Хотя сегодня турбокомпрессоры широко распространены в автомобилях, это относительно недавняя разработка с точки зрения автомобильной истории.Давайте рассмотрим, почему автопроизводители используют турбокомпрессоры и нагнетатели, и поговорим о преимуществах, которые они могут предложить.

Зачем повышать?

На протяжении многих лет автопроизводители делали все возможное, чтобы сделать свои автомобили более мощными и экономичными. Очевидным решением проблемы большой мощности является более мощный двигатель. Старая поговорка о том, что «литраж ничем не заменишь», возникла потому, что большой двигатель обычно производит больше мощности, чем маленький. Маслкары 1960-х и 70-х годов являются прекрасными примерами этой школы мысли и поставлялись с двигателями, большими, чем у многих пикапов сегодня.Они звучат великолепно, обеспечивают мускулатуру, необходимую для впечатляющих выгораний, и могут оттолкнуть вас назад на сиденье, когда педаль матируется. Недостатком этих двигателей-монстров является экономия топлива, а точнее его отсутствие. В конечном счете, это был один из последних гвоздей в гроб нерегулярного использования двигателей с гигантским рабочим объемом.

Когда-то зарезервированный для дорогостоящего оборудования, турбонаддув теперь существует во всем автомобильном спектре, включая Kia Soul, изображенный здесь. Kia

По мере сокращения запасов топлива и цены подскочили во второй половине двадцатого века, производителям пришлось изо всех сил пытаются придумать способ привести свои автомобили в действие без необходимости большой блок V8 мощностью четыре фута на галлон.Сначала ответ был в том, чтобы делать маленькие автомобили с небольшими двигателями. Компакты Ford Pinto, Chevrolet Vega AMC Gremlin были все рождено этой стратегией. Вторая часть плана состояла в том, чтобы добавить меньший, менее мощный двигатель по сравнению с существующими автомобилями. Это и встреча с постоянно ужесточающиеся стандарты выбросов привели к тому, что машины, которые стоят целое десятилетие были медленными, шумными и совсем не интересными для вождения. Термин «Эпоха недомогания» используется для описывают американские автомобили с начала 70-х до начала 1980-х годов, в период с которыми многие модели было просто ужасно ездить и жить каждый день.

Как только производители разобрались со стандартами выбросов, они начали изучать широкое использование турбокомпрессоров и нагнетателей в транспортных средствах. (Хотя малообъемные автомобили с турбонаддувом от GM, Porsche и BMW, среди прочего, существовали десятилетиями, Saab 99 Turbo 1977 года часто называют первым коммерчески жизнеспособным серийным турбодвигателем современной эпохи; Volvo представила модель 240 Turbo в 1980 году. .)

Volvo 240 Turbo был первым массовым серийным автомобилем с турбонаддувом для многих людей, достигших совершеннолетия в 1970-х и 80-х годах. Volvo

В совокупности именуемые «принудительно индукция», добавление наддува с помощью турбо- или нагнетателя позволило уменьшить двигатели для производства большей мощности без ущерба для экономии топлива, что, в свою очередь, привело к появлению гораздо более привлекательных автомобилей.

Что такое турбокомпрессоры?

Турбокомпрессоры используют выхлопные газы для вращения турбины в потоке выхлопных газов, который вращает компрессор на стороне индукции. Затем этот компрессор раскручивает и нагнетает больше воздуха в двигатель; больше воздуха означает больше топлива, и это может увеличить мощность.Нагнетатели, с другой стороны, вращаются шестерней или ремнем. Если мы говорим о том, какой из них более эффективен, всегда будут побеждать турбо, потому что они повторное использование отработавших газов вместо их выброса в атмосферу. В Напротив, нагнетатель крадет часть мощности двигателя напрямую, чтобы раскрутить роторы.

На этом разрезе пятицилиндрового двигателя AUDI TTRS показано, как выхлопная турбина (слева) и вентилятор впускного компрессора (справа) соединены валом и размещены внутри замкнутой системы впуска/выпуска. Audi AG

Производительность и согласованность другие области, в которых две системы расходятся. Турбокомпрессорам нужен воздух, чтобы раскрутиться, что может занять время. Это явление известно как турболаг, когда турбокомпрессор не работает на полную мощность и поэтому не обеспечивая максимальную форсированную работу двигателя. Вот почему автомобиль с турбонаддувом может чувствую, как он вздымается, когда определенный достигает определенных оборотов или скорости. Он также создает приятный звук «свист», который так нравится людям.

Что такое нагнетатели?

В отличие от турбо, нагнетатели приводится в движение непосредственно двигателем, поэтому задержки нет. Нагнетатель начинает производит мощность, как только педаль акселератора нажата и увеличивается соразмерно с оборотами двигателя. Одним из существенных преимуществ нагнетателей является то, что они могут быть легче настраивается для обеспечения мощности и ускорения в широком диапазоне оборотов, чем к турбокомпрессорам, которые сравнительно эффективно работают в небольшом диапазоне мощностей.С другой стороны, обычно есть небольшой процент потери мощности от двигатель, чтобы получить преимущества мощности от нагнетателя. Однако в конце концов любой потери, как правило, значительно перекрываются увеличением мощности двигателя. Они тоже часто отображают уникальный звук описывается как отчетливое нытье.

Dodge ошеломил мир маслкаров, когда в 2016 году дебютировал 6,2-литровый V8 Hellcat мощностью 707 лошадиных сил с наддувом. Под большим алюминиевым корпусом в верхней части двигателя находится промежуточный охладитель; двухвинтовой нагнетатель находится прямо под ним. Dodge

Нагнетатели обычно относятся к одной из четырех категорий: корневые и двухвинтовые\лопастные, или центробежные, приводимые в действие либо мощностью двигателя, либо электродвигателем. С наукой немного сложнее, но это основная разбивка.

Какой смысл?

Каждая система имеет свои преимущества. Турбокомпрессоры увеличить мощность без необходимости увеличения размера двигателя, что приводит к повышение экономии топлива. Вот почему сейчас у нас так много высокопроизводительных автомобилей с турбонаддувом. четырехцилиндровые и шестицилиндровые двигатели вместо V8 и даже V12, которые мы видели много лет назад.Автомобильная промышленность приняла турбонаддув со страстью, и Количество новых автомобилей с турбонаддувом намного превышает количество автомобилей с нагнетателем. широкий запас.

Нагнетатели

, с другой стороны, хорошо работают в приложениях, где конечной целью являются максимальная мощность и крутящий момент. Отличным примером этого являются автомобили Dodge SRT Hellcat, которые уже имеют большой двигатель V8, а затем добавлен нагнетатель для создания уровней мощности, невиданных больше нигде в отечественной автомобильной промышленности.В настоящее время мощность Dodge Challenger SRT Hellcat Redeye составляет 797 лошадиных сил. Он не только прочен, но и надежен.

Большинство производителей также используют промежуточный охладитель на стороне впуска для снижения температуры сжатого воздуха. Подобно радиатору, но для воздуха, производит более плотный, более богатый кислородом воздух, что позволяет вводить больше топлива в цикл горения, увеличивая мощность двигателя. Надежность также повышается благодаря постоянству температуры на впуске, что позволяет более точно управлять топливно-воздушной смесью.

Какие есть альтернативы?

Некоторые автопроизводители решили не выбирать между двумя платформами. Такие компании, как Volvo, решили использовать в новых автомобилях как турбонаддув, так и нагнетатель. Некоторые автомобили Volvo используют небольшой нагнетатель для повышения мощности двигателя, а турбонагнетатель вступает во владение после того, как он раскручивается. Эту систему иногда называют «двойной зарядкой».

В некоторых моделях Volvo используется турбонагнетатель и нагнетатель в процессе, называемом двойным наддувом.На рисунке показано, как свежий воздух (синий) смешивается с нагнетаемым воздухом (красный). Затем воздушный поток сжимается установленным внизу турбонагнетателем. Volvo

Другие автомобили также использовали подход «чем больше, тем лучше». Lancia и Nissan использовали как турбонаддув, так и наддув в раллийных автомобилях с 1980-х годов. Несколько лет спустя Volkswagen выпустил автомобиль, в котором использовался 1,4-литровый двигатель с двойным наддувом, который производил столько же мощности, сколько 2,3-литровый двигатель, но с двадцатипроцентным улучшением топливной экономичности.

Другие компании, особенно в области послепродажного обслуживания, работают над улучшением и модернизацией нагнетателя для использовать в новых экономичных автомобилях. BorgWarner работает с Mercedes-Benz над разработать электрический нагнетатель, в котором вместо вращения используется электродвигатель высасывания мощности из двигателя автомобиля для создания наддува.

Производители дали понять какой аромат наддува он предпочитает для современных автомобилей. Турбокомпрессоры далеко более распространены и находятся под капотами гораздо большего количества новых автомобилей, чем нагнетатели.

В любом случае, турбо- и нагнетатели уже давно превзошли свою прежнюю репутацию привередливых и дорогие технологии, зарезервированные для дорогой экзотики и гоночных автомобилей. В паре с передовые системы подачи топлива, комплексное программирование управления двигателем и резко улучшился контроль качества, кажется старым, «нет замена смещения», указ готов к отмене.

Tech-Talk: Сравнение турбонаддува и наддува: • Закручивание автомобилей

770просмотров

Что такое турбонаддув? Что такое наддув? Самое главное, какой из них «лучше»?

Я уверен, что вы слышали один или оба термина «с турбонаддувом» или «наддувом» раньше по отношению к двигателю автомобиля, но многие из вас могут не знать, что означают эти термины, и каковы различия между каждой системой. , плюсы и минусы каждого, и что лучше.TCR Tech Talk всегда готов помочь вам все прояснить.

Как турбонаддув, так и наддув двигателя являются средствами принудительной индукции — методами подачи большего количества воздуха для выработки большей мощности. Обе эти системы работают по принципу сжатия воздуха и подачи его в камеру сгорания двигателя с более высокой плотностью, чем это происходит естественным образом.

Что такое турбокомпрессоры?

Турбокомпрессоры (первоначально известные как турбокомпрессоры) представляют собой метод принудительной индукции, при котором выхлопные газы принудительно питают двигатель.Выхлопные газы вращают турбину в выхлопной системе, которая, в свою очередь, раскручивает турбину и сжимает воздух для подачи во впускную систему двигателя. Эта система по существу генерирует «бесплатную» энергию из выбросов отработанных газов.

Используя «свободную энергию», двигатель, по сути, получает прирост мощности без какой-либо потери энергии в остальной части системы. Однако эта широко используемая система имеет один существенный недостаток; турбо-запаздывание, за которым часто следует внезапный скачок крутящего момента.Если вы хотите узнать больше о турбо-лаге, вы можете прочитать нашу предыдущую тему Tech-Talk, «Что такое турбо-лаг?»

Что такое нагнетатели?

Нагнетатели представляют собой системы принудительной индукции с механическим приводом, работающие от собственного двигателя автомобиля. Двигатель приводит в движение турбину в нагнетателе с помощью ремней, шестерен, цепей или приводных валов, сжимая воздух и подавая его во впускную систему двигателя. Эта система является системой «пиявки», потребляющей энергию для получения большей мощности, т.е.е. установка механического дренажа на систему в целом.

Этот механический слив лежит в основе одного из основных недостатков нагнетателя, поскольку двигатель подвергается сливу, чтобы привести в действие нагнетатель и, в свою очередь, получить прирост мощности. Хорошим примером этого является двигатель Rolls-Royce Merlin, в котором нагнетатель использует 110 кВт только для увеличения конечной мощности на 300 кВт, эффективно увеличивая мощность на 190 кВт (300 кВт — 110 кВт = 190 кВт). Безнаддувный двигатель мощностью 100 кВт может потерять 30 кВт на нагнетателе, чтобы получить конечную мощность 150 кВт.

Нагнетатель также имеет недостатки, такие как более высокая склонность к перегреву. Тем не менее, нагнетатель имеет одно важное преимущество перед турбокомпрессорами, заключающееся в том, что он сводит на нет любую форму турбозапаздывания, обеспечивая стабильную подачу крутящего момента и почти мгновенную реакцию дроссельной заслонки.

Турбонаддув или наддув, что лучше?

Как турбонаддув, так и наддув предлагают преимущества, которые компенсируют недостатки другой системы, но какая из них лучше? Определенные области применения двигателя лучше подходят для наддува, и в равной степени определенные настройки двигателя лучше подходят для турбонаддува — ни одна из систем не может быть прямо объявлена ​​лучшей системой.Однако, поскольку турбокомпрессоры, по сути, обеспечивают «бесплатную мощность», а избыточное тепло легче контролировать, они стали более широко использоваться производителями и считаются наиболее эффективным методом принудительной индукции.

Если бы только было «лучшее из обоих»….

Представьте себе систему, которая обеспечивает крутящий момент на холостом ходу для минимального механического износа, за которым следует турбонаддув свободной энергии от выхлопных газов. Она существует и называется Twin Charging , система, наиболее известная благодаря использованию в VW Polo GTI 1.Двигатель 4 ТСИ. Этот тип установки обеспечивает преимущества обеих систем, но требует дополнительного охлаждения, может быть дорогим в производстве и разработке, а также сопряжен с риском более высоких затрат на техническое обслуживание в случае механического отказа.

Что ждет принудительную индукцию в будущем?

Довольно недавно разработанная система также предлагает «лучшее из обоих; решение – электродвигатель с турбонаддувом . Известно, что в последние годы Subaru, BMW, Audi и Volvo экспериментировали с идеей турбокомпрессора, который работает на выхлопных газах, однако, когда обороты двигателя ниже порога наддува, электродвигатель раскручивает турбину, по сути, как электрический. компрессор, чтобы обеспечить мгновенный крутящий момент, уменьшить турбозадержку и увеличить отзывчивость.Фактически эта система объединяет идею нагнетателя и турбокомпрессора в один механизм.

Этот метод электрических турбонагнетателей, по всей вероятности, должен стать будущим турбонаддува в целом, полностью устраняя проблему турбоямы, но при этом обеспечивая «бесплатное» увеличение мощности для конечной мощности двигателя.

Вам также может понравиться

ЧТО ТАКОЕ ТУРБОКОМПЕНСАТОР И РАБОТА ТУРБОКОМПЕНСАТОРА

A 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 в результате получится больше мощности от того же двигателя, если в нем будет установлен турбокомпрессор .

Многие путают ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЯ и НАГНЕТАТЕЛЯ . Функция нагнетателя такая же, как у турбокомпрессора , но нагнетатель приводится в действие механически двигателем, часто с помощью ремня, соединенного с коленчатым валом, тогда как турбокомпрессор приводится в действие турбиной, приводимой в действие выхлопными газами двигателя. Турбокомпрессор считается более эффективным, чем нагнетатели, поскольку они используют впустую энергию выхлопных газов в качестве источника энергии.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТУРБОКОМПЕНСАТОРА

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 турбокомпрессора является улучшение объемного КПД двигателя за счет увеличения плотности впускной газ .

Турбокомпрессор всасывает 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 питается от кинетической энергии выхлопных газов двигателя.

Турбокомпрессор состоит из трех основных компонентов

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

РАБОТА ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЯ

Турбокомпрессор в основном состоит из двух основных частей: турбины и компрессора. Турбина состоит из турбинного колеса и корпуса турбины, предназначенного для направления выхлопных газов 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 турбонагнетателе 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.

Турбокомпрессор: определение, функции, части, типы, работа

Слышали ли вы о высокомощном входном устройстве в двигателе внутреннего сгорания, ну секрет турбокомпрессор .Он также известен как турбодвигатель , который был изобретен в начале ХХ века швейцарским инженером Альфредом Бучи. Он представил прототип для увеличения мощности дизельных двигателей.

Сегодня турбонаддув стал стандартным устройством для большинства бензиновых и дизельных двигателей. Все еще продолжаются исследования способов улучшения конструкции турбокомпрессоров для повышения производительности при снижении производственных затрат. Даже несмотря на то, что напряжения, вызванные вибрацией, и работа подшипников являются основными факторами отказа.По этой причине ротодинамический анализ должен быть важной частью процесса проектирования турбокомпрессора, ну, может быть!

В автомобильном двигателе мощность вырабатывается в камере сгорания при всасывании топливно-воздушной смеси, верно! После сжатия смесь выбрасывается в виде выхлопных газов, которые становятся отходами и даже загрязняют атмосферу. Но вместо того, чтобы выхлопные газы были бесполезными, турбокомпрессор использует их, чтобы двигатель работал быстрее. Позволь мне объяснить.

Читать Все, что вам нужно знать об автомобильном поршне

Сегодня мы рассмотрим определение, функции, применение, детали, историю, схему, типы, принцип работы, а также преимущества и недостатки турбокомпрессора. Эта статья широка, поэтому я призываю вас прочитать ее, чтобы получить знания.

Определение турбонагнетателя

Турбокомпрессор представляет собой приводное от турбины устройство индукции силы, которое повышает эффективность и выходную мощность двигателей внутреннего сгорания за счет нагнетания дополнительного сжатого воздуха в камеру сгорания.Эта индукция горячего воздуха, кажется, работает, потому что компрессор может нагнетать больше воздуха и пропорционально больше топлива в камеру сгорания, чем при нормальном атмосферном давлении.

Турбокомпрессор — это устройство, установленное на двигателе транспортного средства для повышения общей эффективности и повышения производительности двигателя. турбокомпрессоры первоначально были известны как турбонагнетатели , потому что все устройства принудительной индукции классифицируются как нагнетатели. Нагнетатель — это термин, обозначающий устройство принудительной индукции с механическим приводом.

Разница между турбокомпрессором и обычным нагнетателем заключается в том, что турбокомпрессор приводится в действие турбиной, приводимой в движение выхлопными газами двигателя. Принимая во внимание, что нагнетатель механически приводится в действие коленчатым валом двигателя, часто связанным с ремнем. Однако турбонагнетатели более эффективны, но менее отзывчивы. Термин Twin-charger относится к двигателю с турбонагнетателем и нагнетателем.

Прочтите Вещи, которые вы должны знать о шатуне

История

Краткая история турбокомпрессоров, заслуга основателя Альфреда Дж. Бучи (1879–1932), который работал в автомобильной мастерской компании Gebruder Sulzer Engine Company в Винтертуре, Швейцария.Проект был разработан за год до первой мировой войны и был запатентован в Германии в 1905 году. Он продолжал совершенствовать проект до самой своей смерти спустя четыре десятилетия.

Некоторые другие инженеры также заслуживают похвалы за проект турбокомпрессора. Несколькими годами ранее сэр Дугальд Кларк (1854–1932) был шотландским изобретателем двухтактного двигателя. он экспериментировал с разделением стадий сжатия и расширения внутреннего сгорания с помощью двух отдельных цилиндров.

Его эксперимент работал как наддув, увеличивая как потоки воздуха в цилиндры, так и количество топлива, которое можно было сжечь.Другие инженеры, такие как Луи Рено, Готлиб Даймлер и Ли Чедвик, также принимают участие в разработке систем наддува.

Функции турбонагнетателя

Основной функцией турбокомпрессора является повышение эффективности работы автомобильного двигателя. ниже приведены причины, по которым турбо всегда будет существовать, несмотря на некоторые его ограничения.

  • Дополнительная мощность обеспечивается без увеличения мощности двигателя.
  • Увеличить скорость работы двигателя без увеличения скорости сжигания топлива.
  • Используйте оксид углерода II (выхлопной газ) вместо того, чтобы вызывать загрязнение.

Применение турбокомпрессора

Турбокомпрессор обычно используется в автомобильных двигателях, таких как грузовики, автомобили, поезда, самолеты и строительная техника. современные версии двигателей внутреннего сгорания с циклом Отто и дизельным двигателем оснащены турбонагнетателями.

Позвольте углубиться, чтобы объяснить некоторые области применения турбокомпрессоров:

Автомобили с бензиновыми и дизельными двигателями: Как упоминалось ранее, автомобили с турбонаддувом распространены среди автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями для увеличения их выходной мощности при заданной мощности.Это также повышает эффективность использования топлива, позволяя использовать двигатель меньшего объема. Эти двигатели потеряли в весе около 10% и экономят до 30% расхода топлива, сохраняя при этом ту же пиковую мощность.

Первым легковым автомобилем с турбонаддувом стал вариант Oldsmobile Jetfire. Он использует компонент до 215 у.е. во всех алюминиевых двигателях V8 и в продуктах Chevrolet, называемых Corvairs. Первоначально он назывался Monza Spyder с охлаждаемым оппозитным шестицилиндровым двигателем.

Автомобили с дизельным двигателем

в значительной степени полагаются на турбокомпрессор, поскольку он повышает эффективность, управляемость и производительность дизельных двигателей.Выпускается на базе легкового автомобиля Mercedes с турбонаддувом Garrett, представленного в 1978 году.

Грузовики: С той же целью дизельные двигатели грузовых автомобилей с 1938 года оснащены турбонаддувом.

Самолет: В течение года действие турбокомпрессора также увеличивает эффективность самолетов.

Мотоциклы: Большинство японских компаний производили высокопроизводительные мотоциклы с турбонаддувом с начала 1980-х годов. Хотя мотоциклов с турбонаддувом мало, это из-за обилия большего рабочего объема.Доступен безнаддувный двигатель, который предлагает преимущества крутящего момента и мощности двигателя меньшего объема с турбонагнетателем, но обеспечивает более линейные характеристики мощности.

Читайте: Компоненты двигателя внутреннего сгорания

Детали турбокомпрессоров

Ниже приведены основные части турбокомпрессора и их функции:

  • Картриджи (полностью собранные и отбалансированные сердечники турбокомпрессора)
  • Вакуумные приводы и пневматические приводы
  • Электронные приводы (электрические сервоприводы)
  • Корпуса компрессора (корпуса холодной секции/детали турбокомпрессора)
  • Ремкомплекты турбокомпрессора (ЗИП/комплекты для быстрого мелкого ремонта)
  • Колеса компрессора (колеса компрессора турбокомпрессора)
  • Вал и колеса (валы турбонагнетателей с турбинным колесом, роторы турбин)
  • Корпуса сопловых колец (Корпуса для элементов управления геометрией VNT)
  • Корпуса подшипников (корпуса картриджей, корпуса турбодвигателей)
  • Задние пластины (пластина сердечников турбокомпрессора со стороны компрессора)
  • Кольца форсунок ВНТ (Кольца с форсунками для турбокомпрессоров ВНТ, узлов контроля геометрии ВНТ)
  • Тепловые экраны (тепловые экраны сердцевины турбокомпрессора)
  • Комплекты прокладок (комплекты/комплекты прокладок турбокомпрессора)
  • Датчики привода (датчики давления, датчики положения
  • Прокладки ВНТ (внутренние прокладки для турбокомпрессоров ВНТ)
  • Корпуса турбины (корпуса горячей секции/детали турбокомпрессора)
  • Детали электронных приводов (электродвигатели, валы, шестерни сервоприводов турбокомпрессоров).

Типы турбокомпрессоров

Ниже приведены различные типы существующих турбокомпрессоров:

Одинарная турбина:

Одинарный турбокомпрессор — это самый простой, наиболее распространенный и дешевый тип турбокомпрессора из существующих. Он имеет безграничную вариативность и, будучи меньшим турбонаддувом, обеспечивает лучшее рычание на низких оборотах, поскольку они раскручиваются быстрее. Одинарная турбина имеет шарикоподшипник и подшипник скольжения, которые обеспечивают меньшее трение для вращения компрессора и турбины.

Преимущества одиночных турбонагнетателей заключаются в том, что двигатели меньшего размера также могут быть оснащены турбонаддувом, также учитывается экономичность, простота и простота установки. Это также увеличивает КПД двигателя.

Некоторые ограничения по-прежнему имеют место, несмотря на его преимущества, в том числе; имеет довольно узкий эффективный диапазон оборотов. Одиночные турбины делают выбор размера проблемой, поскольку приходится выбирать между большей мощностью на высоких оборотах или хорошим крутящим моментом на низких оборотах. Наконец, отклик может быть медленным по сравнению с другими типами турбо.

Сдвоенные турбины:

Твин-турбо — еще один вариант, который позволяет использовать один турбонагнетатель для каждого ряда цилиндров (v8, v12 и т. д.). В качестве альтернативы можно использовать один турбокомпрессор для низких оборотов и байпас на более крупный турбокомпрессор для высоких оборотов. Две турбины одинакового размера, одна из которых используется при низких оборотах, а обе — при более высоких (14, 16). BMW x5 M и x6 M используют турбины с двойной спиралью, по одной с каждой стороны v8.

Преимущество двойного турбонаддува, когда он работает последовательно или с турбонаддувом на низких оборотах и ​​в обоих случаях на высоких оборотах.Это обеспечивает более широкую и плоскую кривую крутящего момента, лучший крутящий момент на низких оборотах, но мощность не будет уменьшаться на высоких оборотах, как одиночная турбина. Ограничения этих турбокомпрессоров включают стоимость и сложность, поскольку количество компонентов почти удваивается. И есть другие альтернативы для достижения аналогичного результата, которые легче.

Читайте: Разница между бензиновым и дизельным двигателем

Турбина Twin-Scroll:

Турбокомпрессоры с двойной спиралью почти во всех отношениях лучше, чем турбины с одной спиралью, потому что при использовании двух спиралей импульсы выхлопа разделяются.Например, в четырехцилиндровых двигателях с порядком работы 1 3 4 2 цилиндры 1 и 4 могут питаться от одной спирали турбокомпрессора. Тогда как цилиндры 2 и 3 питаются от отдельной спирали. Назначение этих типов турбокомпрессора состоит в том, что в цилиндре имеется перекрытие. Допустим, цилиндр заканчивает свой рабочий ход, когда поршень достигает нижней мертвой точки, и выпускной клапан открывается. За это время второй цилиндр завершает такт выпуска, закрывая клапан и открывая впускной клапан.

Традиционный турбоколлектор с одной спиралью совершенно другой, давление выхлопа из первого цилиндра будет мешать второму цилиндру, втягивающему свежий воздух, из-за того, что оба выпускных клапана временно открыты.Это снижает давление, достигаемое турбонагнетателем, и влияет на количество воздуха, всасываемого вторым цилиндром.

Преимущества турбокомпрессора заключаются в том, что больше энергии передается на выхлопную турбину и достигается более широкий диапазон оборотов эффективного наддува. Это связано с разным дизайном прокрутки. По сути, имеется большее перекрытие клапанов, не препятствующее очистке выхлопных газов, что приводит к большей гибкости настройки.

Ограничения

заключаются в том, что стоимость и сложность выше по сравнению с одиночными турбинами, и для этого требуется особая компоновка двигателя и конструкция выхлопа.

Турбокомпрессор с изменяемой геометрией (VGT):

Типы турбонагнетателя с изменяемой геометрией распространены на дизельных двигателях и их производство ограничено. Это связано с его стоимостью и экзотическими требованиями к материалам. Внутренние лопасти внутри турбонагнетателя изменяют отношение площади к радиусу A/R в соответствии с частотой вращения. То есть при низких оборотах низкое отношение A/R используется для увеличения скорости выхлопных газов и быстрого запуска турбонагнетателя. Если обороты растут, соотношение A/R увеличивается, чтобы увеличить поток воздуха, что приводит к низкой турбо-задержке.Это также приводит к низкому порогу наддува и широкому и плавному диапазону крутящего момента.

Преимущество этого типа турбонаддува заключается в том, что создается широкая и плоская кривая крутящего момента. Который эффективен в очень широком диапазоне оборотов. Для этого требуется одиночный турбонаддув, что упрощает установку последовательного турбонаддува в нечто более компактное. Его ограничения заключаются в том, что он используется только в дизельных двигателях, где выхлопные газы ниже, поэтому лопасти не будут разрушены головкой. При использовании турбонаддува на бензиновом двигателе будут использоваться дорогостоящие экзотические металлы для сохранения надежности.

Турбокомпрессор с регулируемой спиралью Twin Scroll:

Регулируемый турбонаддув с двойной спиралью значительно дешевле, чем VGT, что делает его предпочтительным выбором для бензиновых двигателей с турбонаддувом. Он сочетает в себе VGT с установкой с двойной спиралью, таким образом, при низкой частоте вращения одна из спиральных витков полностью закрывается, нагнетая весь воздух в другую. По мере увеличения оборотов двигателя клапан открывается, пропуская воздух в другую спираль, и достигается хорошая производительность высокого класса.

Преимущества турбокомпрессора заключаются в том, что он обеспечивает широкую и пологую кривую крутящего момента и имеет более прочную конструкцию, чем VGT.Стоимость и сложность также являются его ограничениями, а технология раньше была нежелательной.

Электрические турбонагнетатели:

Использование электродвигателя в турбокомпрессоре улучшает его характеристики и обеспечивает мгновенную форсировку двигателя. Легко создается крутящий момент на низких оборотах, устраняется запаздывание. Этот турбокомпрессор просто лучший из всех, возможно, новая версия сможет его сбить.

его преимущества заключаются в том, что создается более широкий эффективный диапазон оборотов с равномерным крутящим моментом.Потраченная энергия восстанавливается, поскольку электродвигатель подключается непосредственно к выхлопной турбине. И, как упоминалось ранее, турбо-задержку и недостаточное количество выхлопных газов можно практически устранить, вращая компрессор с помощью электроэнергии, когда это необходимо.

Сложность и стоимость являются одним из недостатков турбокомпрессора, так как теперь учитывается электродвигатель. Упаковка и вес также являются проблемой, особенно с добавлением встроенной батареи, которая при необходимости обеспечивает достаточную мощность для турбонаддува.Аналогичные преимущества можно получить и от других типов, таких как VGT или Twin-Scrolls.

Принцип действия

Имея базовые знания о том, как работает реактивный двигатель, разобраться в автомобилях с турбокомпрессором будет намного проще. Поясню, реактивный двигатель всасывает свежий воздух спереди и использует его в камере для смешивания и сжигания с топливом. Затем он выпускает горячий воздух через спину. Горячий рев проносится мимо турбины, сделанной из компактного металлического ветряка, который приводит в действие компрессор (воздушный насос) в передней части двигателя.двигатель использует его для подачи воздуха в двигатель, чтобы топливо сгорало должным образом.

Аналогичный процесс применяется к турбокомпрессору автомобильного поршневого двигателя. выхлопные газы используются для привода турбины, которая вращает воздушный компрессор, нагнетающий дополнительный воздух в цилиндры. Это приводит к тому, что за секунду сжигается больше топлива, поэтому автомобиль с турбонаддувом может производить больше энергии. Это больше энергии в секунду.

Турбокомпрессоры состоят из двух половин, соединенных между собой валом. В одном из них находится турбина, которая вращается за счет горячих выхлопных газов, в другом также находится турбина, которая всасывает воздух и сжимает его в двигателе.Это сжатие обеспечивает дополнительную мощность и эффективность двигателя. Чем больше воздуха поступает в камеру сгорания, тем больше топлива добавляется, что дает дополнительную мощность.

Обратите внимание, что сжатый воздух горячий, менее плотный и поднимается над радиаторами. Этот горячий воздух менее эффективен для сжигания топлива. Из-за этого воздух, поступающий от компрессора, перед поступлением в цилиндры нуждается в охлаждении. Вот почему горячий воздух от компрессора проходит через теплообменник, который отводит лишнее тепло, прежде чем он попадет в камеру сгорания.

Читайте: Классификация двигателей внутреннего сгорания

Откуда берется дополнительная мощность и сколько можно получить

Большинство людей думают, что газотурбинный двигатель дает дополнительную мощность за счет выхлопных газов, но это не так. Выхлопной газ используется для привода компрессора, который подает воздух в камеру сгорания, позволяя двигателю каждую секунду сжигать больше топлива. Дополнительная мощность получается за счет дополнительного топлива, которое сжигается с большей скоростью.

Количество дополнительной мощности, которую дает турбонагнетатель, определяется размером компонентов.Турбокомпрессоры могут быть улучшены, чтобы сделать двигатель более мощным, в зависимости от желаемой мощности. Но есть предел совершенствованию. Цилиндры настолько велики, что они могут получить много воздуха и топлива для смешивания.

Преимущества и недостатки турбокомпрессоров

Преимущества:

Ниже приведены преимущества турбокомпрессоров:

  • Двигателю предлагается дополнительная мощность.
  • Свободная мощность передается двигателю за счет отработанных выхлопных газов.для его привода не требуется мощность двигателя.
  • Используется как в дизельных, так и в бензиновых двигателях.
  • Повышение топливной экономичности двигателей.

Недостатки:

Несмотря на преимущества турбонагнетателей, все же имеют место два основных ограничения. Ниже приведены недостатки турбокомпрессора:

Одна из серьезных проблем с турбокомпрессором известна как турбозадержка. Это произошло, когда дроссельная заслонка нажата, двигателю требуется время, чтобы разогнаться.То есть турбонагнетателям нужно время, чтобы отразить обороты двигателя.

Когда частота вращения двигателя низкая, выхлопных газов недостаточно, чтобы раскрутить компрессор и обеспечить необходимую мощность. Требуемый выхлоп будет создаваться после нажатия на педаль газа. Этот эффект уменьшается при переключении на более низкую передачу, но опытные водители иногда замечают задержку отклика.

Второе ограничение турбонагнетателей не возникает в условиях повседневной езды. Это происходит только тогда, когда двигатель доведен до предела.Тепло, выделяемое выхлопными газами, сильно нагревается и заставляет турбокомпрессор светиться красным.

Вот почему большинство спортивных автомобилей с турбонаддувом имеют вентиляционные отверстия в нижней части двигателя. Это вентиляционное отверстие поддерживает постоянную циркуляцию воздуха и охлаждает детали.

Читайте: Работа и эффективность карданного вала

В заключение мы познакомили вас с различными функциями турбокомпрессоров. Одним из них является повышение рабочей и топливной экономичности двигателей.Мы также видим различные типы турбин и принцип их работы. Также выявлены преимущества и недостатки.

Я надеюсь, что знания достигнуты, если да, пожалуйста, прокомментируйте, поделитесь и порекомендуйте этот сайт другим студентам технических специальностей. Спасибо!

Турбины

и нагнетатели: в чем разница?

Недовольны мощностью вашего двигателя внутреннего сгорания? Вы думали об установке турбонаддува или нагнетателя?

Поверьте нам, вы не будете разочарованы результатами.Читайте дальше, чтобы узнать, почему.

Что такое нагнетатель?

Нагнетатели — это специальные устройства, используемые в двигателях внутреннего сгорания для увеличения выходной мощности двигателя. По сути, они работают как своего рода компрессор или воздуходувка и используются для увеличения давления во впускном коллекторе и, следовательно, мощности двигателя.

Впускной коллектор, если вы не в курсе, это еще одна специальная часть двигателя, обеспечивающая равномерное распределение поступающего воздуха в цилиндры сгорания.Впускные коллекторы также имеют второстепенную цель охлаждения цилиндров, чтобы предотвратить повреждение двигателя от перегрева.

Нагнетатели могут поставляться в различных конфигурациях, включая корневую, двухвинтовую, TVS и центробежную. Нагнетатель

типа «Roots» установлен на двигатель AMV V8. Источник:  CZmarlin/Wikimedia Commons

В среднем нагнетатель может увеличить мощность примерно на 45 % по сравнению с исходными характеристиками двигателя и увеличить крутящий момент примерно на 30 %.Они также имеют тенденцию повышать эффективность использования топлива двигателем, поскольку процесс сгорания более эффективен.

Нагнетатели, как правило, используются в гоночных автомобилях или транспортных средствах, которые должны тянуть тяжелые грузы.

Как работает нагнетатель?

Как упоминалось ранее, нагнетатель используется для искусственного увеличения давления (плотности) воздуха, поступающего в двигатель внутреннего сгорания.

Большинство нагнетателей приводятся в действие ремнем, соединенным с коленчатым валом. Это, в свою очередь, приводит во вращение компрессор, который всасывает воздух, сжимает его, а затем выпускает во впускной коллектор.

СВЯЗАННЫЕ: MERCEDES-AMG ВЫВОДИТ ТЕХНОЛОГИИ F1 НА ДОРОГ С НОВЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ТУРБОНАГНЕТАТЕЛЕМ процентов больше воздуха в двигатель.

Когда воздух сжимается, он также нагревается. Это делает его менее плотным, поэтому он не расширяется так сильно во время взрыва в двигателе и не может создавать столько энергии при воспламенении от свечи зажигания.Таким образом, сжатый воздух также должен охлаждаться перед поступлением во впускной коллектор. Интеркулер используется для охлаждения воздуха, пропуская его через систему труб или трубок с воздушным или водяным охлаждением, например радиатор. Снижение температуры воздуха увеличивает плотность воздуха на входе в камеру сгорания.

Наличие большего количества кислорода позволяет сжигать больше топлива за цикл двигателя, что, в свою очередь, значительно улучшает работу, которую двигатель может выполнять, и общую выходную мощность двигателя.

В авиационных двигателях нагнетатели в основном используются для компенсации относительно более тонкой атмосферы на высоте и, следовательно, для повышения мощности двигателя внутреннего сгорания во время полета.

Обзор универсального нагнетателя. Источник: PatriciaWrites/Wikimedia Commons

Нагнетатели могут приводиться в действие различными способами, но наиболее распространенным является механический привод с помощью ремней, шестерен, валов или цепей, приводимых в действие коленчатым валом основного двигателя.

Надежный ли нагнетатель?

Вы, вероятно, не удивитесь, узнав, что при увеличении количества сжигаемого топлива за определенный период времени внутренняя температура двигателя может значительно возрасти.Со временем это может привести к преждевременному износу чувствительных частей двигателя.

По этой причине нагнетатели, как и все системы принудительной индукции, могут сократить срок службы двигателя внутреннего сгорания.

Но это не единственный их недостаток. Они также склонны паразитически отбирать мощность у двигателя, одновременно увеличивая полезную мощность двигателя.

При этом у нагнетателей есть и некоторые неотъемлемые плюсы. Получая питание непосредственно от трансмиссии, они не обеспечивают запаздывания и обеспечивают постоянное увеличение мощности.

Они также являются быстрым и относительно простым способом увеличения мощности двигателя и, как правило, являются относительно дешевым решением проблемы.

Что такое турбокомпрессор?

Типовой турбокомпрессор в разрезе. Источник: Quentin Schwinn/Wikimedia Commons

Турбокомпрессоры, или турбонагнетатели, являются относительно новым и более эффективным устройством принудительной подачи воздуха для транспортных средств с двигателем внутреннего сгорания. Технически это форма нагнетателя, турбины фактически представляют собой газовые компрессоры.

Они предназначены для повышения общей эффективности двигателя и заметного повышения его производительности.

Именно по этой причине все больше и больше автопроизводителей в настоящее время устанавливают их в стандартную комплектацию многих своих автомобилей, особенно дизельных двигателей. Точная мощность двигателя и отношение мощности к весу могут быть заметно увеличены за счет турбонаддува.

Впервые они стали использоваться примерно в середине 1910-х годов и назывались турбокомпрессорами. Эти ранние «турбины» использовались в радиальных авиационных двигателях для увеличения их мощности в разреженном воздухе на больших высотах.Позже это название было сокращено сначала до турбокомпрессора, а затем до «турбо», как их чаще называют сегодня.

Турбины могут обеспечить впечатляющее увеличение мощности и крутящего момента двигателя примерно на 20–30 % . При определенных условиях это может быть увеличено до 50% при максимальной мощности двигателя.

Как работает турбонагнетатель?

Турбокомпрессоры, как и их предшественники, нагнетатели, искусственно увеличивают плотность/давление всасываемого воздуха, чтобы обеспечить более высокое соотношение воздуха и топлива в цилиндрах двигателя.В отличие от нагнетателей, турбокомпрессоры питаются от выхлопных газов двигателя.

Турбокомпрессор Garrett в разрезе. Источник: Ton1-/Wikimedia Commons

Это достигается за счет специальной конструкции турбонагнетателя. Каждая из них состоит из двух основных половин, соединенных между собой валом. Одна сторона турбокомпрессора принимает горячие выхлопные газы, которые затем используются для вращения турбины и соединительного вала. Это часто называют «турбинной секцией».

Затем этот вал вращает другую турбину в другой половине турбонагнетателя, называемой «секцией компрессора», для всасывания и повышения давления всасываемого воздуха перед подачей в цилиндры сгорания двигателя.Именно это сжатие всасываемого воздуха обеспечивает двигателю увеличение мощности и эффективности использования топлива, поскольку в процессе сгорания доступно больше воздуха.

Это, в свою очередь, означает, что за цикл можно добавлять больше топлива и, следовательно, вырабатывается больше энергии.

Из-за того, как они приводятся в действие, турбокомпрессоры часто называют источником «бесплатной мощности» для двигателя. Как и нагнетатели, они также часто устанавливаются на авиационные двигатели, где они могут повысить эффективность двигателей в относительно более тонкой атмосфере на высоте.

Важно отметить, что, хотя они и улучшают топливную экономичность двигателя, это только в том случае, если двигатель был разработан для них. Автопроизводители обычно оснащают двигатели меньшего размера турбокомпрессором, чтобы обеспечить такую ​​же выходную мощность, но меньший расход топлива, чем двигатели большего размера.

В качестве примера возьмем 2,5-литровый (84 унции) рядный 4-цилиндровый безнаддувный двигатель. Если вы уменьшите его рабочий объем до 1,4 литра (47 унций) , а затем установите на него турбонаддув, получившийся двигатель будет иметь такую ​​же, а не лучшую производительность и использовать часть топлива.

Судовой шестицилиндровый дизель среднего размера с турбокомпрессором и выхлопом на переднем плане. Источник: Бернд Зикер/Wikimedia Commons

Каковы недостатки турбокомпрессоров?

Турбокомпрессоры — отличный комплект, но не без проблем. Основная проблема заключается в том, что они выделяют тепло.

Поскольку они питаются от горячих выхлопных газов двигателя, они очень быстро нагреваются, особенно когда двигатель работает на пределе своих возможностей. Однако есть способы компенсировать это, например, установить дополнительные вентиляционные отверстия вокруг турбонагнетателя.

Еще одна проблема с турбонагнетателями заключается в том, что они могут страдать от запаздывания. Это задержка между увеличением дроссельной заслонки (требующей большей мощности) и фактическим получением желаемого наддува.

Это особенно важно при низких оборотах двигателя, так как на ведущую половину турбонагнетателя поступает не так много выхлопных газов. По этой причине требуется некоторое время, чтобы разогнать турбокомпрессор.

В чем разница между турбокомпрессором и нагнетателем?

Вы, вероятно, уже поняли различия между ними, но для простоты поиска основные различия между ними включают: —

  • У нагнетателей нет запаздывания, а у турбонагнетателей есть.Это связано с характерным способом питания любого устройства. Первый приводится в движение непосредственно карданным валом двигателя, а второй использует для питания выхлопные газы двигателя. Производители турбин неустанно работали в течение года, чтобы уменьшить «турбо-лаг», но он все еще заметен.
Нагнетатель самолета. Источник: Robbie Sqroule/Flickr
  • Нагнетатели в целом менее эффективны. Поскольку они отбирают мощность у двигателя, они не обеспечивают такой же «окупаемости», как турбокомпрессор.
  • Нагнетатели обычно работают при более низких температурах по сравнению с турбонагнетателями. В первую очередь это связано с тем, что в турбинах используются горячие выхлопные газы двигателя.
  • И турбонагнетателям, и нагнетателям для оптимальной работы обычно требуются промежуточные охладители. Эти компоненты используются для охлаждения входящего воздуха перед его подачей в двигатель. Вообще говоря, более холодный всасываемый воздух означает лучшую производительность.
  • Нагнетатели относительно проще в установке, чем турбины, они также лучше подходят для двигателей с меньшим рабочим объемом.
  • Турбины относительно сложнее в установке и лучше всего подходят для двигателей с большим рабочим объемом.

Что эффективнее: нагнетатель или турбокомпрессор?

Ответ на этот вопрос зависит, в конечном счете, от рассматриваемого двигателя. Как упоминалось ранее, для небольших двигателей нагнетатель обычно является лучшим выбором, и наоборот для более крупных двигателей.

При этом автопроизводители склонны падать на сторону турбокомпрессора. Они определили, что турбодвигатели являются лучшим выбором, особенно с точки зрения топливной экономичности.Турбины позволили автопроизводителям заменить многие из своих двигателей V-6 более эффективными рядными четырехцилиндровыми двигателями, чтобы обеспечить эквивалентную мощность.

Электрический турбонагнетатель. Источник: Mercedes-Benz

. Но это может быть лишь временным преобладанием турбонаддува. Недавно был представлен новый тип нагнетателя — электрический нагнетатель.

Эти нагнетатели состоят из электродвигателей, используемых для вращения компрессора, чтобы обеспечить импульс крутящего момента на низких оборотах для двигателя.Их можно найти на некоторых современных моделях автомобилей, таких как Mercedes-AMG CLS53 и E53 2019 года.

Хотя это захватывающая разработка, на рынке, вероятно, какое-то время будут доминировать турбодвигатели.

Проблема с турбинами: почему экономия топлива может быть хуже, а не лучше

Если вы когда-нибудь замечали, что ваш автомобиль сжигает больше бензина, чем предполагает официальный рейтинг, вы не одиноки. Особенно, если вы ездите на машине с турбонаддувом.

Турбокомпрессоры — новые любимцы автомобильной техники.Стремясь добиться повышения эффективности использования топлива в соответствии с требованиями правительства, конструкторы автомобилей все чаще обращаются к малолитражным двигателям с турбонаддувом. Почти все так делают. Ford предлагает свой пикап F-150 с турбированным V-6 вместо традиционного V-8. Компания Porsche только что уменьшила объем двигателя своего культового спортивного автомобиля 911 с 3,8 литров до 3,0, но сделала его более мощным, добавив пару турбонагнетателей.

Теоретически, эти новые силовые установки предлагают лучшее из обоих миров, обеспечивая по меньшей мере такую ​​же мощность, как и более крупный двигатель, но с меньшим расходом топлива.По крайней мере, это теория. Реальный мир — другое дело. Давайте посмотрим на недавний пример.

Когда я взял Ford Focus One-Litre Ecoboost для расширенного тест-драйва, я с нетерпением ждал впечатляющих показателей экономии топлива. На бумаге маленький Focus выглядит настоящим претендентом на эффективность: у него шестиступенчатая коробка передач, технология «старт-стоп» и однолитровый трехцилиндровый двигатель с непосредственным впрыском топлива, масляным насосом переменного давления и турбокомпрессор.

EPA оценивает однолитровый Ecoboost Focus в городе США на 30 миль на галлон (7,8 л/100 км) и 42 на шоссе (5,6 л/100 км). Это очень хорошие цифры. Но мои результаты не приблизились.

В городе однолитровый Ecoboost обычно сжигал от 11 до 12,5 л/100 км — не намного лучше, чем 2,5-литровый полноприводный Subaru Outback, который я тестировал прошлой зимой. На трассе расход Ecoboost упал до 8 л/100 км или около того, что не так уж и страшно, но и не о чем особо писать. Для трехцилиндрового однолитрового автомобиля, специально разработанного для максимальной топливной экономичности, это были удручающие результаты.

На самом деле я не был удивлен. Как я узнал за годы испытаний, автомобили с турбонаддувом часто показывают гораздо худшую экономию топлива, чем можно было бы ожидать по их официальным рейтингам. Мои выводы совпадают с выводами других тестировщиков.

Consumer Reports, например, пришел к выводу, что двигатели меньшего размера с турбонаддувом обычно имеют меньший пробег, чем более крупные двигатели без турбонагнетателя. В своих тестах Ecoboost Ford Fusion с четырехцилиндровыми двигателями с турбонаддувом сжигал больше топлива, чем их более крупные безнаддувные аналоги.

Когда CR протестировала 2,0-литровый Ecoboost Ford Escape с турбонаддувом и Toyota RAV4 с 3,5-литровым V-6 без турбонаддува, расход обоих автомобилей составил 22 мили на галлон США. Ford был на 1,5 секунды медленнее.

Green Car Reports также провел серию тестов, чтобы определить, действительно ли меньшие двигатели с турбонаддувом являются лучшим способом добиться хорошего расхода бензина. Их вывод: «…. с последним поколением небольших двигателей с турбонаддувом, заменяющих более крупные варианты, реальное улучшение расхода бензина и близко не соответствует бумажному преимуществу в официальной экономике.»

Реальные результаты, которые водители получают с автомобилями с турбонаддувом, кажутся бросающими вызов инженерной теории. Концепция турбонаддува здравая: используя выхлопные газы для вращения турбины, которая сжимает свежий воздух, поступающий в двигатель, вы восстанавливать тепловую энергию, которая в противном случае была бы потеряна в выхлопной трубе. ускорение, потому что большой объем воздуха, нагнетаемого в цилиндры, должен соответствовать большему объему топлива.

Объяснение аномально высокого расхода топлива двигателем с турбонаддувом под высокой нагрузкой приводит нас в некоторые интересные области инженерии. Чтобы работать должным образом (и не разрушаться), двигатель должен смешивать воздух и топливо в точном соотношении. Идеальное соотношение воздух/топливо составляет около 14,7 частей воздуха на одну часть топлива. Это известно как «стехиометрическое» соотношение, которое обеспечивает химически полное сгорание. Если вы вводите больше топлива, чем необходимо, вы создаете «богатую» смесь, и часть топлива проходит через двигатель несгоревшим, расходуя газ и создавая дополнительное загрязнение.Бедная смесь, с другой стороны, экономит топливо, но заставляет двигатель работать горячее.

Турбокомпрессор меняет картину. Поскольку он сжимает поступающий воздух, система впрыска топлива автоматически добавляет больше топлива, чтобы поддерживать правильное соотношение смеси. И тут начинаются проблемы. По мере того, как давление в камерах сгорания повышается, вы подвергаетесь риску преждевременного зажигания (широко известного как «детонация») — это происходит, когда сырье воспламеняется до того, как загорится свеча зажигания.

Стук разрушительный (представьте, что внутри вашего двигателя взрываются миллионы крошечных гранат), но его легко предотвратить с помощью компьютеризированных систем управления двигателем, которые в режиме реального времени контролируют расход топлива и работу цилиндров.Если ваш двигатель вот-вот заглохнет, у компьютеров есть моментальное решение: они впрыскивают в цилиндры дополнительное топливо, чтобы охладить двигатель. Как вы можете себе представить, это вредит экономии топлива. Но это поможет вашему двигателю продлиться.

С турбокомпрессором резкое ускорение приводит к чрезвычайно высокому давлению в цилиндрах. В ответ топливная система выстреливает в избытке лишнего топлива, и на этом расходуется ваша экономия топлива.

Чтобы избежать резких скачков расхода топлива в автомобиле с турбонаддувом, требуются приемы, основанные на здравом смысле, которые работают на любом транспортном средстве, но с турбонаддувом имеют большее значение, чем когда-либо.Главное — избегать больших отверстий дроссельной заслонки. Аккуратно ускоряйтесь и не двигайтесь на высокой скорости. Сделайте свой автомобиль максимально легким, вынув ненужный багаж, и максимально уменьшите аэродинамическое сопротивление — держите окна закрытыми и не используйте багажник на крыше, если он вам не нужен.

Турбокомпрессор — это гениальное инженерное решение. Это может сделать маленький двигатель похожим на большой, а большие двигатели превратить в монстров производительности. Просто помните: ваш пробег может отличаться.

вроде нас на Facebook

Подписаться на нас на Instagram

0

0 1

Зарегистрироваться на нашу еженедельную рассылку

Что такое турбонагнетатель в автомобильный двигатель?

Двигатели с турбонаддувом становятся все более популярными за последние 40 лет.Турбокомпрессор — это гениальный элемент комплекта, который использует выхлопные газы для нагнетания большего количества воздуха в двигатель внутреннего сгорания. Это дает двигателю больше мощности. Это позволяет автопроизводителям использовать более экономичные двигатели меньшего размера без ущерба для мощности.

Чем хорош турбокомпрессор?

Просто предлагает что-то бесплатно. Эффективно рециркулируя выхлопные газы, турбокомпрессор позволяет двигателю иметь выходную мощность, которая примерно вдвое превышает ожидаемую для его размеров.И это без дополнительного расхода топлива. Поскольку это дает двигателям небольшой мощности большую мощность, вы также получаете преимущества экономии топлива за счет двигателя меньшего размера.

Как работает турбонагнетатель?

Двигатель внутреннего сгорания сжимает смесь воздуха и топлива (бензина или дизельного топлива). Затем он поджигает топливо, и последующий взрыв заставляет поршни опускаться. Энергия от этого вращает колеса автомобиля. Но он также создает газы. Обычно они выбрасываются через выхлопную систему.

В турбонагнетателе часть этих газов направляется на вращение колеса турбины, отсюда и название турбокомпрессора. Затем это приводит в действие компрессор, который собирает чистый воздух и подвергает его давлению или заряжает. Величина давления или наддува зависит от автомобиля. Грубо говоря, чем больше давление наддува, тем больше будет мощность двигателя.

Затем сжатый воздух нагнетается в цилиндры (почему двигатели с турбонаддувом иногда называют принудительной индукцией), где он смешивается с топливом.Но поскольку воздух находится под давлением, это позволяет топливу сгорать более эффективно, что дает большую мощность. После того, как выхлопные газы прокрутили турбину, они выходят через выхлопную систему.

Этот BMW Alpina имеет две турбины, большие серебристые штучки перед двигателем (Изображение©Alpina)

Каковы недостатки турбонаддува?

Их становится меньше благодаря внедрению системы впрыска топлива с компьютерным управлением. Когда турбины только появились, они сильно страдали от так называемой задержки.Это было, когда была разница во времени между водителем, нажимающим педаль газа, и турбонагнетателем, обеспечивающим прирост мощности к двигателю.

Производители двигателей обошли это с помощью впрыска топлива и различных типов турбонаддува. Некоторые теперь подходят для более чем одной турбины: маленькая для более низкой скорости, большая для более высокой скорости. Другие производители автомобилей используют турбокомпрессор вместе с нагнетателем, который похож на турбокомпрессор, но приводится в действие механически от двигателя. Нагнетатели хорошо работают на низких скоростях, турбонагнетатели лучше на высоких.

Турбокомпрессоры существуют уже несколько десятилетий. В результате многие проблемы с надежностью, с которыми они столкнулись, были устранены. Но они добавляют еще один уровень сложности двигателю с такими компонентами, как датчики, которые могут выйти из строя.

И последнее, но не менее важное: двигатели с турбонаддувом на бумаге показывают хорошую экономию топлива. Но в повседневных условиях движения двигателям меньшего размера приходится работать довольно тяжело. И это может означать, что водители автомобилей с турбонаддувом не получают выгоды от экономии топлива, рекламируемой автопроизводителями.

alexxlab

E-mail : alexxlab@gmail.com

Submit A Comment

Must be fill required * marked fields.

:*
:*