Турбокомпрессоры для бензиновых двигателей — журнал «АБС-авто»
Турбонаддув позволяет не только получить требуемую максимальную мощность, но и существенно улучшить экономичность и экологичность двигателя за счет повышения эффективности сгорания топлива. Захватив за пару десятков лет плацдарм дизельных двигателей, система турбонаддува вторглась на территорию бензиновых моторов.
Рис. 1. Тенденции применения турбонаддува на двигателях легковых и коммерческих автомобилей в период до 2020 годаВ настоящее время турбокомпрессоры для автомобильных двигателей выпускаются многими американскими, европейскими и японскими фирмами. Один из крупнейших производителей – фирма Garrett (подразделение концерна Honeywell). Согласно проведенному фирмой Global Insight и Honeywell анализу рынка турбокомпрессоров вслед за Западной Европой ожидается их широкое применение на автомобилях, продаваемых в США и в Китае (рис. 1).
Преимущество применения турбонаддува на дизелях объясняется возможностью увеличения их тягово-скоростных характеристик до уровня, сравнимого с бензиновыми двигателями равного с ними литража.
Применение наддува на бензиновых двигателях ограничено возможностью возникновения детонации, поэтому приходится вводить средства противодействия, из которых наиболее часто применяются снижение степени сжатия и охлаждение смеси при испарении бензина, впрыскиваемого непосредственно в цилиндры двигателя.
О целесообразности применения турбонаддува можно судить по приведенным в таблице характеристикам трех близких по мощности 4-цилиндровых двигателей, устанавливаемых на автомобили VW Passat 4Motion.
Следует отметить, что повышенный запас крутящего момента двигателей с турбонаддувом достигается регулированием давления газов перед турбиной посредством их перепуска через байпас или изменением геометрии соплового аппарата. В последнем случае применяется обычно венец с поворотными лопатками. Следует отметить, что регулирование турбокомпрессора перепуском части газов помимо турбины приводит к определенным потерям их энергии и соответствующему снижению эффективности системы наддува.
Следуя современным тенденциям совершенствования автомобильных двигателей, фирма Honeywell разработала несколько конструкций малоразмерных компрессоров, в том числе для устанавливаемого на индийском автомобиле Tata Nano 2-цилиндрового двигателя рабочим объемом 0,8 л.
Фото 1. Турбокомпрессор модели КР фирмы BorgWarnerНе менее известная компания BorgWarner поставляет малоразмерные турбокомпрессоры как для дизелей, так и для форсированных бензиновых двигателей, у которых температура газов перед турбиной достигает 1050°С.
Для дизелей мощностью от 50 до 130 л.с. фирма BorgWarner поставляет турбокомпрессоры моделей KP31–K03 (фото 1), регулирование которых осуществляется посредством перепускного клапана с пневматическим или электрическим приводом. Для дизелей мощностью от 80 до 250 л.с. предназначены турбокомпрессоры моделей BV35–BV50 с изменяемой геометрией соплового аппарата турбины, лопатки которого поворачиваются также посредством пневматического или электрического привода.
Одной из последних разработок фирмы является турбокомпрессор с двойной улиткой и поворотными лопатками соплового аппарата турбины. Применение двух улиток в сочетании с раздельными выпускными коллекторами способствует сохранению кинетической энергии выходящих из цилиндров газов, что содействует повышению эффективности турбокомпрессора при низких и средних частотах вращения вала двигателя. При этом также улучшается динамика разгона турбокомпрессора при резкой подаче нагрузки.
Для бензиновых двигателей мощностью от 60 до 340 л.с. BorgWarner предлагает турбокомпрессоры моделей BO31–BO53 c перепускным клапаном и моделей BO45–BO53 со сдвоенной улиткой. Турбокомпрессоры с изменяемой геометрией соплового аппарата турбины выпускаются для двигателей мощностью от 160 до 220 л.
- Вадим Володин
технологиитурбокомпрессор
Для чего нужен автомобильный турбокомпрессор
Дата публикации: 20.12.2019
Благодаря бешеной популярности, которую приобретают в прокате голливудские блокбастеры, главные герои которых – простые парни и девчонки на очень крутых тачках, интерес к автомобилям, и этой отрасли в целом, моментально взлетел до вершин. Широко распространенными стали слова и фразы, которые часто употребляются в диалогах – «пневматическая подвеска», «сгорят форсунки», «турбодвигатель». Многие люди привыкли употреблять эти речевые обороты, даже не задумываясь об их значении. И слово «турбокомпрессор» произносится лишь для придания своей персоне ореола знания.
Но если все-таки разобраться, что представляет собой этот пресловутый «турбокомпрессор»? Назначение этого агрегата в увеличении мощности двигателя. Происходит это следующим образом. За счет работы компрессора в двигатель поступает значительно больше воздуха, чем могло бы поступить без него. Увеличенная порция воздуха влечет за собой увеличенную порцию топлива. Детонируя в камерах внутреннего сгорания, данная горючая смесь увеличивает мощность двигателя.
Благодаря увеличению мощности двигателя посредством детонации горючей смеси в камерах внутреннего сгорания, автомобиль приобретает отличную динамику, и способен набрать скорость от нуля до сотни, как принято считать у спортивных автомобилей, за считанные секунды. Помимо скоростных качеств за счет турбокомпрессора увеличиваются также и, так называемые, «лошадиные силы».
За счет увеличения мощности, автомобиль сможет справляться с большей нагрузкой. То есть увеличивается максимальная масса, которую способен взять турбодвигатель на буксир.
Плюс увеличивается проходимость автомобиля, ибо за счет тех же самых лошадиных сил двигатель сможет выдавать больший результат на бездорожье, что поможет на пониженных передачах выбраться из грязи из снега. Правда, в последнем случае стоит сделать оговорку относительно раздаточной коробки. И, зачастую, именно от нее будет зависеть, удастся выбраться из грязевой или снеговой ловушки, или же нет. Турбокомпрессор в подобном случае играет исключительно вспомогательную роль.
Нередки случаи, когда в автомобиль устанавливается не одна, а две или три турбины. Называются они, соответственно, битурбо и твинтурбо. Делается это для того, чтобы разные турбины отвечали за разные уровни оборота двигателя. Например, битурбо одну турбину будет использовать для диапазона высоких оборотов, приближенных к максимальным, а вторую для низких и средних. У тройной системы ситуация похожая, только турбины станут отвечать за действие на высоких, средних и низких оборотах соответственно.
В чем плюс комбинирования двух и трех турбин под одним капотом? Во-первых, они имеют разный размер, и могут легко разместиться под капотом.
При установке лишь одной турбины, работающей сразу со всеми диапазонами оборотов, места становится значительно меньше, и приходится одни узловые агрегаты помещать под другие, что создает определенные неудобства. Во-вторых, больший срок эксплуатации, так как воздушный поток, а вместе с ним и нагрузка, распределяется на два или три компрессора.
Сегодня турбодвигатели используются не только в гоночных автомобилях, где мощность машины, как ничто другое, имеет влияние на результативность заезда, но и в легковых автомобилях для повседневной жизни. Также турбодвигатели могут быть использованы в грузовиках и тягачах. Плюс ими оснащаются автомобили специальных служб. Иными словами, там, где увеличение мощности двигателя действительно необходимо.
Если в вашем автомобиле установлен турбодвигатель и необходима диагностика или ремонт турбокомпрессора — в Волгограде есть специалисты по ремонту турбокомпрессоров. Это компания «АвтоСтарт-Турбо». На специальном оборудовании и профессиональных стендах CIMAT в «АвтоСтарт-Турбо» все работы будут проведены в кратчайшие сроки! Гарантия на отремонтированные турбокомпрессоры до 1 года!
Информацию о предоставляемых услугах, связанных с диагностикой, ремонтом и продажей турбокомпрессоров, можно уточнить по телефону +7 961 068-38-25 или в нашем сервисном центра по адресу: г.
Волгоград, шоссе Авиаторов, 5. Часы работы: пн-пт 9:00–19:00; сб 9:00–18:00.
Что такое турбокомпрессор и как он работает?
Что такое турбонагнетатель?
Двигатель с форсированным двигателем или двигатель с турбонаддувом использует выхлопные газы, обычно выбрасываемые в воздух обратно в двигатель через принудительные турбины, для увеличения мощности. В очередной раз Arctic Cat стала лидером, первой установив турбодвигатель на один из своих снегоходов, когда они выпустили четырехтактный двигатель T660 в 2004 году. Теперь все больше брендов продают снегоходы с турбонаддувом. зарядное устройство и многие компании, продающие комплекты турбокомпрессора.
Прежде чем мы продолжим, я должен отметить, что Precision Boats в Айдахо-Фолс имеет комплект турбонагнетателя, сделанный Boondocker, Auto Sidekick, который сейчас имеет большую распродажную цену. Подходит для любых моделей Arctic Cat Ascender 2018-2019 гг. Если вы ищете турбокомпрессор для своего снегохода, позвоните Толлену или Тиму по телефону (208) 529-0520, и он сообщит вам текущую цену продажи.
Я отвлекся…
Как работают турбокомпрессоры?
Турбокомпрессоры создают мощность за счет повышения давления во впускном коллекторе, выдавливания и нагнетания воздуха в двигатель, тем самым увеличивая воздушно-топливную смесь, что позволяет двигателю прокачивать больше воздуха и развивать большую мощность. По сути, он просто берет воздух, выбрасываемый через выхлопную систему, и нагнетает его обратно прямо в цилиндры.
История
В 1905 году швейцарский инженер Альфред Буши первым запатентовал нагнетатель, приводимый в движение выхлопными газами. Бучи окончил Федеральный политехнический институт (ETH) в Цюрихе, а его отец был исполнительным директором швейцарской промышленной и производственной фирмы. Бучи был хорошо подготовлен к тому, чтобы стать лидером в отрасли. Именно его увлечение задачей повышения эффективности двигателя внутреннего сгорания в отношении потери тепла выхлопными газами привело к тому, что мы сейчас называем турбокомпрессор .
Он признал процесс выхлопа пустой тратой энергии.
Только пару десятилетий спустя его теория и изобретение наконец получили практическое применение. В 1923 году министерство транспорта Германии запросило у Бюхи постройку пассажирских лайнеров «Preussen» и «Hansestadt Danzig». его надзор.
Сегодня мы признаем его патент 1905 года «рождением эры турбонаддува», но на самом деле именно его успех с пассажирскими лайнерами вызвал удивление и привлек внимание, когда он объединил свою технологию с дизельным двигателем и увеличил его эффективность более чем на 40%. Теперь люди слушали.
Всего несколько лет спустя, в 1930-е годы, производители автомобилей начали брать пример с его книги и начали добавлять турбокомпрессоры в двигатели гоночных автомобилей.
Альфред Бюхи умер 27 октября 1959.
Компоновка турбосистемы
Система турбонагнетателя состоит из турбонагнетателя, установленного на фланце выхлопной трубы или коллектора, воздухозаборной трубы и трубы, по которой сжатый воздух возвращается в двигатель.
Тем не менее, правильно настроенная турбосистема включает в себя гораздо больше, чем просто турбокомпрессор:
Турбокомпрессор : Правильный турбокомпрессор в любом приложении будет иметь низкое системное ограничение, низкую температуру наддува; низкий порог наддува оборотов и низкое давление в выпускном коллекторе. Это нужно для того, чтобы снизить температуру.
Топливная система : Турбокомпрессор существенно увеличивает размер двигателя, потому что он нагнетает больше воздуха в цилиндр, и, поскольку топливная система двигателя имеет размер, соответствующий двигателю, систему необходимо модифицировать, чтобы она работала так, как если бы она питала двигатель большего размера. На снегоходах с впрыском топлива это часто делается с помощью вторичного топливного контроллера, например, производства Boondocker или DynoJet.
Регулятор наддува : Давление наддува обычно регулируется вестгейтом, который настроен на сброс избыточного давления в определенной точке давления.
Неконтролируемый наддув может повредить двигатель, поэтому вестгейт обычно использует подпружиненный клапан для сброса избыточного давления. В некоторых системах также используется продувочный клапан, который сбрасывает избыточное давление, которое накапливается в нагнетательной трубке после закрытия дроссельной заслонки.
Интеркулер : В некоторых турбосистемах используется интеркулер, похожий на автомобильный радиатор, только вместо охлаждающей жидкости он пропускает воздух. Когда воздух сжимается, он нагревается, поэтому работа интеркулера заключается в охлаждении всасываемого заряда. Охлажденный впускной заряд обеспечивает более плотный заряд воздуха/топлива и большую мощность!
Должен ли я турбонаддув двигателя?
Вы не заметите турбонагнетатель на низких скоростях и малом дросселе, но когда вы достигнете скорости, при которой включается турбонаддув, вы почувствуете неуклонное увеличение мощности, которое, хотя и плавно, все же представляет собой очень заметную разницу в скорости и мощности.
. Из-за того, как работает турбодвигатель, он фактически сделает вашу выхлопную систему тише.
Если вам нужно небольшое изменение мощности (увеличение на 30-40%), то турбокомпрессор — отличный вариант для вас. Но если вы ищете 100% улучшение и повышенную мощность… тогда турбонагнетатель по-прежнему отличный вариант! Прелесть этого дизайна в том, что вы можете контролировать желаемое усиление. Все дело в том, сколько воздуха сжимается в цилиндрах.
С появлением все большего числа экологических норм мы заметим, что более крупные компании создают двигатели меньшего размера. Заставьте любой маленький двигатель работать как огромный двигатель, установив турбокомпрессор на свои снегоходы и сани Arctic Cat.
Готовы ли вы к большей мощности? Хотите увидеть, что это такое? Позвоните нам или зайдите, и мы покажем вам ваши варианты.
Как работает турбокомпрессор?
Проще говоря, турбокомпрессор — это своего рода воздушный насос, который забирает воздух при атмосферном давлении, сжимает его до более высокого давления и подает сжатый воздух в двигатель через впускные клапаны.
Для автомобилей и фургонов, как правило, турбонаддув чаще использовался на дизельных двигателях как способ повышения производительности, но, чтобы соответствовать постоянно ужесточающемуся контролю за выбросами, в настоящее время наблюдается переход к турбонаддуву серийных бензиновых двигателей.
Поскольку все двигатели зависят от воздуха и топлива, мы знаем, что увеличение содержания этих элементов в установленных пределах увеличивает мощность двигателя, но если мы увеличим количество топлива, мы должны быть в состоянии сжечь его полностью, иначе смесь станет слишком богат, что может иметь различные проблемы. Точно так же слишком много воздуха считается слишком бедным и может быть весьма разрушительным.
Для удовлетворения наших потребностей в энергии требуется воздух; добавление большего количества воздуха представляет гораздо больше проблем, чем добавление большего количества топлива. Воздух все время находится вокруг нас и находится под давлением (на уровне моря это давление составляет около 15 фунтов на квадратный дюйм), и именно это в сочетании с тактом впуска двигателя нагнетает воздух в цилиндры.
Для дальнейшего увеличения воздушного потока устанавливается воздушный насос (турбокомпрессор), и в двигатель подается сжатый воздух. Этот воздух смешивается с впрыскиваемым топливом, позволяя топливу сгорать более эффективно, что увеличивает выходную мощность двигателя.
Другая сторона турбонаддува, которая может представлять интерес, — это двигатель, который регулярно работает на больших высотах, где воздух менее плотный и где турбонаддув может восстановить часть мощности, потерянной из-за падения давления воздуха. Мощность двигателя на высоте 8000 футов составляет всего 75% от его мощности на уровне моря.
Захват
Вместо выхода через выхлопную трубу горячие газы, образующиеся при сгорании, поступают в турбонагнетатель. Цилиндры внутри двигателя внутреннего сгорания срабатывают последовательно (не все сразу), поэтому выхлоп выходит из камеры сгорания нерегулярными импульсами. Обычные турбокомпрессоры с одной спиралью направляют эти нерегулярные импульсы выхлопных газов в турбину таким образом, что они сталкиваются и мешают друг другу, уменьшая силу потока.
Напротив, турбокомпрессор с двойной спиралью собирает выхлопные газы от пар цилиндров в чередующейся последовательности.
Вращение
Выхлоп ударяет в лопатки турбины, раскручивая их до 150 000 об/мин. Чередующиеся импульсы выхлопа помогают устранить турбояму.
Вентиляционное отверстие
Отработав свое предназначение, выхлопные газы проходят через выпускное отверстие в каталитический нейтрализатор, где очищаются от угарного газа, оксидов азота и других загрязняющих веществ перед выходом через выхлопную трубу.
Сжатие
Тем временем турбина приводит в действие воздушный компрессор, который собирает холодный чистый воздух из вентиляционного отверстия и сжимает его до давления на 30% выше атмосферного, или почти 19 фунтов на квадратный дюйм. Плотный, насыщенный кислородом воздух поступает в камеру сгорания. Дополнительный кислород позволяет двигателю более полно сжигать бензин, повышая производительность двигателя меньшего размера.