Устройство турбокомпрессор: 403 — Доступ запрещён – 403 — Доступ запрещён
- 23.01.2021
Назначение, устройство и работа турбокомпрессора
В помощь автолюбителю
С момента появления двигателя использования и внутреннего сгорания его на автомобильном транспорте, конструкторы бились обеспечением максимально вероятно выхода мощности при минимальных переработках силовой установки.
Содержание статьи
- 1 Назначение автомобильного турбокомпрессора
- 2 Конструкция турбокомпрессора
- 3 его работы недостатки и Принцип турбокомпрессора
- 3.0.1 Видео: Принцип работы турбокомпрессора (турбины)
- 3.0.2 Видео: неисправности и Устройство их
Назначение автомобильного турбокомпрессора
Принцип работы турбокомпрессора
Сейчас ответом данной неприятности есть применение турбокомпрессора, он же турбонаддув, турбонагнетатель. Сущность работы данного устройства – обеспечение повышенного давления воздуха, подаваемого в цилиндры силовой установки. Благодаря применению турбокомпрессора конструкторам удалось повысить выходную мощность без необходимости в конструктивном трансформации двигателя, повышении оборотов камер и объёма сгорания коленчатого вала.
Наряду с этим потребление горючего у турбированного мотора будет ниже за счет более полного его сгорания в цилиндрах.
Турбокомпрессор сейчас устанавливается и на бензиновые, и на дизельные моторы. Но наряду с этим установка нагнетателя более действенна на дизельных установках. Связано это с изюминками работы для того чтобы мотора – у дизеля степень сжатия в цилиндрах практически в два раза больше, чем у бензиновых, а скорость вращения коленчатого вала – меньше.
Риск применения нагнетателя на бензиновом моторе связан с вероятным образованием детонационного сгорания в цилиндрах из-за резкого возрастания количества оборотов коленчатого вала. Наряду с этим в бензиновом моторе наддув трудится в более твёрдых температурных условиях. Температура отработавших газов в бензиновом моторе выше, чем у дизеля, а потому, что наддув применяет энергию отработанных газов, то у бензинового агрегата нагнетатель больше разогревается.
Существующие турбонаддувы смогут конструктивно различаться, но все они включают в себя определенные составные части.
Конструкция турбокомпрессора
Принцип работы совокупности турбонаддува
Турбонаддув включает в собственную конструкцию воздухозаборник с воздушным фильтром, дроссельную заслонку, турбокомпрессор, интеркулер (охладитель наддувочного воздуха), элементы управления и впускной коллектор.
Главным элементом всей данной совокупности есть турбокомпрессор, потому, что он снабжает нагнетание воздуха под давлением в совокупность. Состоит он из двух колес, посаженных на один ротор. Корпус компрессора складывается из двух камер, в каждую из которых помещено собственный колесо.
Автомобильный турбокомпрессор в разрезе
Первое колесо компрессора – турбинное. Оно принимает на себя энергию отработавших газов и через ротор перелает его на второе колесо. Другими словами, турбинное колесо есть ведущим.
Потому, что оно трудится с разогретыми газами, то изготавливается это колесо, и кроме этого его камера из жаропрочных материалов.
Второе колесо – компрессорное. Оно приобретает вращение от ведущего колеса и есть ведомым. Данное колесо засасывает через воздухозаборник воздушное пространство, сжимает его, повышая давление, и перепускает его дальше.
Свободное вращение ротора обеспечивается наличием подшипников скольжения. Эти подшипники – плавающие, другими словами между ними, корпусом и ротором обеспечивается зазор. Смазка этих подшипников производится от совокупности смазки мотора.
Дабы масло не вытекало наружу, и не попадало в атмосферу либо обработанные газы, в конструкции употребляются уплотнительные кольца.
1 – крыльчатка турбины; 2 – крыльчатка компрессора; 3 – вал; 4 – подшипниковый узел; 5 – штуцер подачи масла; 6 –регулятор. давления наддува.
В большинстве турбонаддувов употребляется воздушная совокупность охлаждения, но на некоторых бензиновых двигателях видится и жидкостная совокупность охлаждения компрессора, входящая с состав совокупности охлаждения двигателя.
Интеркулер включен в совокупность турбонаддува для обеспечения охлаждения сжатого воздуха. На протяжении работы турбокомпрессора воздушное пространство разогревается, что ведет к понижению его плотности. При охлаждении плотность опять возрастает и увеличивается давление. Интеркулер представляет собой простой радиатор.
Он может охлаждать воздушное пространство как
В турбонаддув входят элементы управления, каковые снабжают верное функционирование. Главным элементом управления есть регулятор давления. Этот регулятор представляет собой перепускной клапан. Данный клапан регулирует количество подаваемых отработанных газов на турбинное колесо.
Этот клапан трудится на базе показаний датчика давления наддува, входящий в совокупность управления двигателем. Данный клапан снабжает подачу лишь нужного количества отработанных газов, остальные пуская в обход турбокомпрессора.
Кроме этого в совокупность управления турбонаддува смогут входить еще один клапан– предохранительный, что устанавливается за компрессором. Он снабжает защиту от вероятных скачков давления в совокупности при резком закрытии дросселя. Данный клапан может или стравливать избыток давления, или перегонять лишний воздушное пространство на вход в турбокомпрессор.
его работы недостатки и Принцип турбокомпрессора
Видео: Принцип работы турбокомпрессора (турбины)
Принцип работы турбонаддува достаточно несложен: выхлопные газы поступают в камеру турбинного колеса и заставляет его вращаться. Вращаясь, он чрез ротор приводит в перемещение турбокомпрессор. Тот со своей стороны засасывает воздушное пространство, сжимает его и подает в интеркулер для охлаждения.
По окончании прохождения интеркулера воздушное пространство под давлением подается во впускной коллектор. Работа наддува контролируется и регулируется регулятором давления, что дозирует количество отработанных газов, поступающих в камеру турбинного колеса. Именно поэтому осуществляется возможность трансформации производительности турбонаддува в зависимости от вращения коленчатого вала.
Но такая конструкция имеет один значительный недочёт – при резком открытии дроссельной заслонки турбонаддув не успевает обеспечить нужное количество воздуха для подачи в цилиндры. Для этого ему требуется определенное время. Выливается это в образование негативного результата, что стал называться «турбояма». Другими словами, шофер быстро нажимает на педаль газа, рассчитывая быстро ускориться, но из-за недостатка воздуха ускорения сходу не происходит. Автомобиль начнет усиливаться лишь по окончании того, как наддув обеспечит нужное количество воздуха. За «турбоямой» появляется
Происходит он по окончании «турбоямы» и сопровождается увеличенным давлением в турбонаддуве из-за интенсивной работы компрессора.
Для решения проблемы появления «турбоямы» и «турбоподхвата» существует пара способов. Первый из них – применение комбинированного наддува (складывающегося из турбонагнетателя и механического нагнетателя). На начальной стадии при резком нажатии на педаль газа давление в выпускном коллекторе снабжает механический нагнетатель, работа которого не зависит от выхлопных газов, по окончании в работу вступает турбонагнетатель, а механический отключается.
Видео: неисправности и Устройство турбины
Вторым методом преодоления «турбоямы» есть применение двойного турбонаддува, так именуемого «twin-turbo». Двойной турбонаддув в большинстве случаев используется на V-образных двигателях.
И третий метод – применение турбонаддува с изменяемой геометрией. В таковой турбине воздушный поток оптимизируется за счет трансформации площади канала, по которому подается воздушное пространство.
Неисправности и их диагностика
При собственной достаточно несложной конструкции, у турбонаддува может появиться много неисправностей. Главными из них являются:
- Утечка масла через попадание и уплотнительные кольца его в атмосферу, подаваемый в цилиндры;
- Утечка воздуха в местах соединения патрубков;
- Замусоривание канала отвода масла из компрессора;
- Замусоривание подающего масляного канала;
- Неисправности совокупности управления;
- Трещины и деформация корпуса компрессора;
- Замусоривание воздушного фильтра;
О многих появившихся проблемах с работой турбонаддува смогут просигнализировать выхлопные газы. светло синий дым из трубы будет говорить о попадании масла в атмосферу, тёмный – на утечку воздуха, а белый – на замусоривание отводного масляного канала.
Кроме этого о неисправностях с турбонаддувом может поведать турбонаддув и сам двигатель. Утрата динами разгона будет говорить о проблемах с управлением турбиной, свист при работе мотора будет сигнализировать об утечке воздуха между двигателем и компрессором, а деформация корпуса будет сопровождаться скрежетом.
Не обращая внимания на неисправности и свои недостатки все больше машин оснащаются турбокомпрессорами, потому, что данное устройство – вправду нужное.
В обязательном порядке к прочтению:
Принцип работы турбокомпрессора (турбины)
Статьи как раз той тематики,которой Вы интересуетесь:
Устройство и его работы неисправности и принцип бензонасоса
В помощь автолюбителю В любом двигателе автомобиля имеется совокупность питания, которая снабжает смешивание компонентов горючей смеси и подачу их в камеры сгорания. От того, на каком горючем…
Конструкция и принцип работы карбюратора
уход и Обслуживание за автомобилем на данный момент все современные бензиновые двигатели комплектуются инжекторной совокупностью питания. Благодаря тому, что инжектор есть более идеальным, то он…
Радиатор охлаждения двигателя. Устройство, промывка и работа радиатора
уход и Обслуживание за автомобилем Содержание статьи 1 работа и Устройство радиатора 1.1 Последствия перегрева двигателя 1.1.1 Радиатор охлаждения, демонтаж, снятие с авто… 2 промывка и Очистка…
Устройство и принцип работы торсионной подвески
Торсионной подвеске уделяется значительно меньше внимания, нежели классической пружинной, как производителями, так и автовладельцами (к примеру, при покупке и выборе автомобиля). Что же это за…
работа и Устройство термостата, показатели неисправности
уход и Обслуживание за автомобилем Многим людям и водителям, весьма далеким от устройства двигателя внутреннего сгорания (ДВС), точно, знакома картина, ярко растиражированная…
описание, принцип работы, основные элементы
Прежде чем перейти к рассмотрению непосредственно устройства турбокомпрессора, следует знать, что мощность двигателя внутреннего сгорания полностью зависит от того, какое количество воздуха и топлива в него поступает. Следовательно, если увеличить данные показатели, то получится и увеличить мощность ДВС.
Описание турбины
Устройство турбокомпрессора и его появление — это результат постоянной гонки людей за увеличением мощности двигателя. Здесь важно добавить, что такая турбина стала эффективным решением не только для бензиновых двигателей, но и для дизельных моделей. Чаще всего такие приспособления устанавливаются на те двигатели, у которых малый объем поступаемого воздуха. Здесь важно понимать следующее: чем больше сам двигатель, тем больше воздуха и топлива он потребляет и тем больше у него мощность. Для того чтобы добиться такой же мощности от двигателя меньшего объема, необходимо увеличить количество воздуха, которое умещается в цилиндрах.
Турбокомпрессор — устройство, которое предназначается для того, чтобы нагнетать большое количество воздуха в двигатель, используя выхлопные газы. У турбокомпрессора имеется два основных элемента — это турбина и центробежный насос. Между собой эти две детали связаны жесткой осью. Элементы вращаются со скоростью до 100 000 оборотов в минуту, они же и приводят в действие компрессор.
Детали турбины
Устройство турбокомпрессора включает в свой состав 8 деталей. Имеется турбинное колесо, которое вращается в корпусе, обладающим специальной формой. Основное предназначение — это передача энергии отработавших газов компрессору. Исходным материалом для сборки этих элементов являются жаропрочные материалы, к примеру, керамика.
Устройство турбокомпрессора также включает в свой состав компрессорное колесо, которое засасывает воздух. Оно также занимается его сжатием и нагнетанием в цилиндры двигателя. Располагается колесо в специальном корпусе, как и турбинное. Оба эти колеса крепятся на вал ротора, вращение которого осуществляется на подшипниках скольжения.
Устройство и действие турбокомпрессора, особенно в бензиновых двигателях, требует дополнительного охлаждения. Обычно это жидкостная система охлаждения. Кроме охлаждения самой системы, происходит также охлаждение и сжатого воздуха. Для этого турбина имеет интеркулер воздушного или же жидкостного типа. Охлаждение воздуха необходимо, так как благодаря этому увеличивается его плотность, а значит, и давление.
Данная система управляется регулятором давления. Этот перепускной клапан способен ограничивать поток отработанных газов. Таким образом, некоторое количество будет проходить мимо турбинного колеса.
Суть работы
Устройство турбокомпрессора и принцип его работы основан на использовании отработавших газов. Энергия этих газов будет приводить в движение турбинное колесо. Для передачи этой энергии турбинное колесо крепится на вал ротора, вращая его. Таким образом энергия передается компрессорному колесу. Этот элемент занимается нагнетанием воздуха в систему, а также его сжатием. Сжатый воздух проходит интеркулер, который охлаждает его. После этого вещество поступает непосредственно в цилиндры двигателя.
Дополнительные сведения
Устройство турбокомпрессора и принцип действия в некотором роде независимы, с одной стороны, от ДВС, так как не имеется жесткой связи с валом двигателя. А с другой стороны, частота вращения все же некоторым образом влияет на эффективность работы турбины. Это связано следующим образом. Чем больше оборотов делает двигатель, тем мощнее будет поток отработавших газов. Из-за этого будет увеличиваться скорость вращения вала турбины, а значит, увеличится количество воздуха, которое будет поступать в цилиндры.
Устройство и работа турбокомпрессора имеют и несколько негативных сторон. Один из недостатков называется «турбояма». При резком нажатии на педаль газа быстрое увеличение мощности будет несколько задерживаться. После прохождения «турбоямы» наблюдается резкий скачок давления, который называется «турбоподхватом».
Устранение недостатков
Появление первого недостатка обусловлено тем, что система инерционная. Из-за этого явления возникает несоответствие между производительностью турбины и мощностью, которая требуется от двигателя. Для того чтобы решить данную проблему, есть три способа. Так как устройство турбокомпрессора дизеля аналогично бензиновому, то они подойдут и для него. Вот что можно предпринять:
- Использовать турбину с изменяемой геометрией.
- Использовать два параллельных или же два последовательных компрессора.
- Использовать систему комбинированного наддува.
Что касается турбины с изменяемой геометрией, то она вполне способна решить проблему тем, что изменяется площадь входного клапана. Такая система очень часто используется в дизельных.
Описание разных систем
Назначение, устройство турбокомпрессора такие же, как и у обычной турбины. Основная разница заключается в том, что прибор имеет лишь 5 основных деталей, а не 8.
Применяется система турбин, подключенных параллельно. Такая система лучше всего подходит для достаточно мощных V-образных двигателей. В таком случае на каждый ряд цилиндров устанавливается по одному небольшому турбокомпрессору. Преимущество в том, что инерционность нескольких небольших устройств меньше, чем у одной большой турбины.
Устройство и принцип работы компрессора не отличается в зависимости от его объема, однако это играет важную роль, к примеру, при использовании последовательного подключения двух турбин. В таком случае каждый прибор будет включаться в работу при определенных оборотах.
Используется также система наддува, в которой применяется и механический и турбокомпрессор. Если обороты двигателя невысокие, то в работу включается механическое устройство для нагнетания воздуха. Если превысить определенный порог, то механический прибор отключится, а в работу вступит турбокомпрессор.
Какими преимуществами обладает турбина
Выделяются следующие преимущества при использовании компрессора:
- Широкое использование данного устройства стало возможным из-за простоты и надежности его конструкции. Кроме того, внедрение в систему ДВС данного прибора увеличивает мощность двигателя примерно на 20-35 %.
- Сам по себе компрессор не может быть причиной поломки, так как его работоспособность напрямую зависит от других систем, к примеру, от газораспределительной.
- Удается экономить от 5 до 20 % топлива. Если же установить турбину в двигатель малого объема, то процесс сжигания топлива станет эффективнее, а значит, увеличится КПД.
- Хорошее преимущество таких двигателей наблюдается на дорогах, проходящих, к примеру, в горах. Особенно это заметно, если сравнивать с атмосферными аналогами.
- Устройство и принцип работы турбокомпрессора позволяют ему выполнять функцию дополнительного глушителя шума в системе выпуска.
Особенности применения
Несмотря на то, что сам по себе компрессор практически не выходит из строя, периодически возникают ситуации, когда его работа останавливается.
В настоящее время чаще всего причиной остановки работы турбокомпрессора стало то, что центральный картридж турбины забивается маслом. Чаще всего такая неполадка возникает из-за того, что после продолжительных и серьезных нагрузок на турбонаддув его работа резко прекращается. Для того чтобы избавиться от данной неприятности, необходимо устанавливать водяную систему охлаждения. Магистрали данной системы будут создавать эффект поглощения тепла, что позволит снизить температуру в центральном картридже. Стоит заметить, что этот эффект будет происходить некоторое время и после полной остановки двигателя, а также после полного прекращения циркуляции охлаждающей жидкости.
Разновидности турбин
Что касается видов турбокомпрессора, то имеется втулочный и шарикоподшипниковый тип.
Если говорить о втулочном типе турбокомпрессора, то они использовались достаточно долгое время. Однако у них имелся ряд недостатков, который был связан с их конструктивными особенностями. Это не позволяло использовать потенциал такой системы на 100 %. Шарикоподшипниковые устройства более новые, в которых были учтены недостатки, а потому они постепенно вытесняют втулочные компрессоры.
Если сравнивать эти два вида турбин, то шарикоподшипниковая считается более экономичной, так как она расходует значительно меньше масла, чем втулочный тип. Также у компрессоров имеется показатель, который отвечает за реакцию турбины, на нажатие педали газа. У шарикоподшипниковых видов турбин данный показатель лучше, что позволяет улучшить реакцию примерно на 15 %, по сравнению с втулочными.
Неисправности прибора
Здесь стоит сказать о том, что турбокомпрессор — это единственное навесное оборудование мотора, которое тесно связано во время работы практически со всеми другими системами автомобиля. Исходя из этого становится вполне очевидно, что минимальные отклонения в работе любой системы приведут к тому, что износ компрессора увеличится в разы. На сегодняшний день есть несколько причин, которые чаще всего становятся препятствием в работе турбины:
- Возможно попадание в механизм посторонних предметов. Из-за огромной скорости вращения мотора это вполне может привести к повреждению, к примеру, крыльчаток.
- Недостаток смазочных веществ. Чем выше динамические нагрузки, тем выше шанс того, что произойдет разрушение масляной «пленки». Это, в свою очередь, приведет к «сухому» трению, что сказывается самым негативным образом на работе системы. Поводом возникновения данной неисправности может стать любая причина, из-за которой масло не доходит в полной мере. К примеру, могут засоряться масляные цилиндры, фильтры, износ масляного насоса и т. д.
Турбокомпрессор: устройство и принцип действия
Во многих устройствах используется турбокомпрессор, устройство и принцип действия которого позволяют производить нагнетание воздуха в необходимых объемах. Для того, чтобы привести его в движение, задействована энергия, получаемая из потока отработанных газов. В технической области, турбокомпрессор получил название турбонагнетателя.
Принцип действия турбокомпрессора
Работа большинства конструкций турбокомпрессора отличается простотой и надежностью. Ротор агрегата приводится в действие выхлопными газами, проходящими в турбину. На оси ротора жестко закреплено колесо центробежного компрессора. Поэтому, его вращение происходит со скоростью, одинаковой с ротором.
Конструкции компрессорной части в разных устройствах различаются между собой. Чаще всего используются варианты центробежного типа. Скорость вращения колес турбины полностью зависит от энергии, производимой выхлопными газами. Соответственно, возрастает скорость работы и самого компрессора. Таким образом, увеличивается количество воздуха, подаваемого в цилиндры. В результате, топлива сгорает больше и общая мощность двигателя возрастает. Вращение турбокомпрессора может достигать очень высокой частоты, вплоть до 150 тысяч оборотов в минуту.
Устройство турбокомпрессора
Во всей конструкции, большое значение имеет точность соединения вала с колесом турбины. Для обеспечения нормальной работы, это соединение должно быть идеально сбалансировано. В противном случае, даже небольшие биения могут гарантированно вызвать поломку. На вал от колеса турбины идет очень высокая теплоотдача. Чтобы ее снизить, конструкция вала выполняется пустотелой. Тем самым, предотвращается перегревание подшипников.
Сам подшипниковый узел смазывается от общей системы смазки двигателя. Основная функция смазки более всего заключается в отведении лишнего тепла от корпуса и подшипников. В некоторых конструкциях подшипник устанавливается неподвижно, а в масляной ванне происходит вращение ротора.
В настоящее время, многие турбокомпрессоры оборудованы механизмами, позволяющими изменять геометрию турбины. Для этого, производится установка дополнительного кольца, на котором имеются управляемые направляющие лопатки. В зависимости от числа оборотов, происходит поочередное уменьшение или увеличение сечения турбины.
Все эти мероприятия направлены на повышение эффективности турбокомпрессоров, что позволяет значительно повысить мощность обычных двигателей.
Устройство современного турбокомпрессора
1 — корпус подшипников — металлический корпус системы подшипников обеспечивает местоположения для плавающей системы подшипника вала турбины и компрессора, который может вращаться со скоростью до 170,000 оборотов/минут. Cложная геометрическая конструкция для охлаждения. Основные требования: качество обработки, жесткость, термостойкость;
включает в себя основные части: корпус компрессора 1, компрессорное колесо 2, вал ротора 3, корпус турбины 4, турбинное колесо 5 и корпус подшипников с ротором в сборе. — «Турбояма» («турболаг») — задержка увеличения оборотов и мощности двигателя при резком нажатии на педаль акселератора («газа»). Эффект связан с инерционностью системы — требуется время, чтобы ускорившийся поток выхлопных газов раскрутил турбину. Основной способ устранения — снижение размеров и массы вращающихся деталей для облегчения их быстрого раскручивания. Однако это ведет к снижению производительности турбокомпрессора и для сохранения необходимого давления наддува приходится увеличивать частоту вращения ротора или применять корпус турбины с изменяемым проходным сечением.
|
