Принципы работы автомобильной турбины — описание, механизм, схемы
Турбокомпрессор, турбонаддув, или турбина с постоянным наддувом представляет собой механическое устройство, функция которого состоит в перегрузе эндотермического двигателя, улучшая его характеристики. Чтобы правильно понять функционирование агрегата, необходимо ввести понятие количества поглощаемого воздуха. Существуют различные способы увеличения количества воздуха, поступающего в двигатель, например, увеличение его смещения или увеличение скорости вращения. Однако самый простой способ – в буквальном смысле «залить» камеру сгорания воздухом. Именно в этой гипотезе турбокомпрессор вступает в игру. Целью турбокомпрессора на практике является увеличение плотности поступаемого воздуха, условие, которое позволяет двигателю пропорционально увеличивать его эффективную мощность. В этой статье рассмотрим принципы работы автомобильной турбины в следующем порядке:
- Как увеличивается плотность воздуха в турбине.
- Как работает автомобильная турбина с наддувом.
Увеличение плотности воздуха в турбине
Для увеличения плотности воздуха используется турбина (турбокомпрессор с наддувом) с промежуточным охладителем, который выполняет функцию охлаждения сжатого воздуха. Эта конфигурация позволяет вводить большее количество кислорода в камеру сгорания, что, в свою очередь, позволяет заливать большую массу топлива. Так увеличивается мощность двигателя авто.
Но важно понять пошаговые принципы работы автомобильной турбины. Итак, турбокомпрессор состоит из двух основных элементов: компрессора и турбины. Они состоят из рабочего колеса, заключенного в корпус в форме улитки, который может вращаться на значительном числе оборотов. Компрессор и турбина вращаются с одинаковой угловой скоростью, поскольку они выполнены как одно целое через шпиндель.
Принцип работы автомобильной турбины – схема
Турбина здесь в роли интеллектуального устройства, поскольку оно восстанавливает кинетическую энергию выхлопных газов (в противном случае они будут потеряны), превращая их в механическую энергию, полезную для привода крыльчатки компрессора.
Следовательно, сжатый воздух вводится во впускной коллектор, обеспечивая невозможный (в противном случае) объем воздуха для безнаддувного двигателя. Не менее важной является функция, выполняемая интеркулером, поскольку сжатый воздух имеет тенденцию повышать свою температуру, а теплообменник (интеркулер) позволяет снизить её и увеличить плотность воздуха.
Принципы работы автомобильной турбины с постоянным наддувом
Внедрение турбокомпрессоров в автопромышленности высветило некоторые проблемы, которые пытались решить в течение многих лет. Например, явление детонации из-за слишком высоких или недостаточных коэффициентов сжатия для надлежащего функционирования системы. Решение было найдено путем установки клапанов, называемых перепускной и отводной, предназначенных для поступления или отвода всасываемого воздуха или выхлопных газов наружу системы.
Клапан перепускной заслонки установлен в выпускном коллекторе, и его отверстие прямо пропорционально давлению наддува. Его функция заключается в ограничении оборотов двух рабочих колес, чтобы двигатель не подвергался чрезмерному напряжению из-за избыточного давления.
При превышении пределов, установленных на этапе проектирования, избыточное давление преодолевает сопротивление пружины, помещенной внутрь клапана, отводя выхлопные газы наружу, позволяя компрессору замедляться, снижая следствие наддува.
Турбины компрессора с постоянным наддувом работают только под давлением потока выхлопного газа, который сначала собирается в контейнере, пока не будет создано достаточно высокое давление. При импульсном усилении используется импульс движения выхлопных газов. Поток выхлопных газов поступает непосредственно в турбину через наименьшую возможную трубу выхлопных газов при её перемещении.
Современные турбокомпрессоры развивают скорость до 300 000 оборотов/мин, и требуют экстремальных технических требований для строительства и охлаждения. Гидродинамический подшипник скольжения, который позволяет непрерывной масляной пленке минимизировать трение вала в турбине, является требованием для таких высоких оборотов. Кроме того, в современных турбокомпрессорах используются керамические элементы, что делает устройство более прочным.
Принципы работы турбины в автомобиле, видео:
Основным преимуществом турбокомпрессора является увеличение мощности и оборотов. В результате, значительно снижается расход топлива. Основным недостатком является повышение температуры, вызванное элементами двигателя, что требует более сложной системы охлаждения. В старых турбодвигателях также существует проблема так называемой «задержки турбонаддува», которая при низких оборотах не может создавать достаточно высокое давление и, следовательно, приводит к снижению производительности авто.
Читайте также: История возникновения автомобильной турбины.
Виды турбин на автомобиле: в чем отличия —
Все автомобильные турбокомпрессоры работают за счет использования энергии отработавших выхлопных газов.
Принцип работы у них общий, а вот конструктивные особенности отличаются. Поэтому, прежде чем рассматривать типы турбин для авто, лучше сначала разобраться, как они функционируют. Это поможет понять отличия того или иного типа.
Как работают турбины?
Их устройство и принцип действия направлены на поступление в двигатель воздуха под высоким давлением, что увеличивает его мощность.
Сам процесс выглядит так: поток отработавших газов из выпускного коллектора попадает в горячую часть улитки, на крыльчатку. Он раскручивает ее и приводит в движение вал, на другом конце которого находится компрессорное колесо. При вращении колесо увеличивает давление в системе впуска и обеспечивает увеличенное поступление смеси воздуха и топлива в камеру сгорания. Образовавшийся при сгорании газ также находится под большим давлением – и вся эта сила давит на поршень ДВС, выталкивая его из камеры сгорания. Он совершает возвратное движение, которое передается коленвалу, заставляя его вращаться.
Таким образом, принцип действия у турбокомпрессоров общий, но конструктивно и функционально они отличаются.
Виды турбин, которые есть на рынке
Сегодня различают 3 вида турбокомпрессоров:
- Передувной.
- С изменяемой геометрией.
- С электронным управлением.
Разберемся, в чем заключаются особенности каждого механизма и после этого рассмотрим, какие бывают турбины на авто еще.
Передувные турбины
В их горячей части расположен регулировочный клапан Вестгейт. При достижении определенного давления во впускном коллекторе (при быстрой езде), клапан открывается и пропускает отработанные газы мимо крыльчатки горячей улитки. Вследствие этого поток выхлопа, проходящий через турбину, уменьшается и давление снижается.
Когда нагрузка на двигатель незначительна, вестгейт закрывается и выхлопные газы опять проходят через турбокомпрессор.
Турбины с изменяемой геометрией
Их конструкция и функциональные особенности позволяют не использовать клапан вестгейта.
Нагнетатель воздуха с изменяемой геометрией оснащен поворотными направляющими лопатками, которые меняют свое расположение в зависимости от оборотов двигателя.
При медленной езде лопатки выставлены в положение с минимальным расстоянием друг к другу. Отработанным газам тяжело проходить через маленькие отверстия и это заставляет их двигаться с большей скоростью. За счет чего увеличиваются обороты вала турбины и повышается давление наддува.
При разгоне и большой скорости лопатки наоборот раздвигаются и газы проходят через крыльчатку горячей улитки медленнее, поддерживая безопасное давление.
Турбокомпрессоры с электронным управлением
Отвечая на вопрос, какие бывают турбины, нельзя не упомянуть агрегаты, оснащенные электронным клапаном управления. Его еще называют электронным актуатором или сервоприводом. Он состоит из собственного блока управления, электромотора и непосредственно электроклапана.
При работе мотора на высоких оборотах защищает турбокомпрессор от чрезмерной нагрузки, выпуская отработавшие выхлопные газы наружу.
Сервопривод управляется напрямую от ЭБУ двигателя – основываясь на показателях разных датчиков, ЭБУ передает ему команду “закрыть” или “открыть” клапан.
Электронные клапаны управления на сегодняшний день являются более эффективными, чем пневматические (клапаны вестгейта).
Дополнительная классификация авто турбин
Для усовершенствования работы турбокомпрессоров были внедрены новые технологии. Речь идет о двойных турбинах – Twin turbo (или, как их еще называют, Biturbo). Они помогают избавиться от эффекта “турбоямы”, а также снизить расходы топлива.
Эти типы турбокомпрессоров отличаются схемами подключения.
- Параллельная схема. Небольшие турбины с одинаковыми техническими характеристиками функционируют параллельно и одновременно. Отработанные газы распределяются между ними равномерно, чтобы затем направиться в общий впускной коллектор и после – в цилиндры. Такая схема преимущественно используется на дизельных V-образных моторах.
- Последовательная. Подбираются 2 турбины с одинаковыми параметрами. Только 1 работает постоянно, а другая подключается в зависимости от частоты оборотов двигателя и нагрузки. Иногда они могут работать параллельно. Схема эффективна за счет того, что убираются последствия турбозадержки.
- Ступенчатая. Используются 2 турбины с разными параметрами, они устанавливаются последовательно. На разных оборотах включаются разные агрегаты. Эта схема по техническим характеристикам считается самой совершенной. Применяется на дизелях.
Интересно, что на некоторых машинах последовательно устанавливают 3 или даже 4 турбины.
Вместо вывода
Мы рассмотрели основные виды турбокомпрессоров и их отличия. Однако хотим напомнить, что турбину для автомобиля подбирает именно производитель. Только так можно соблюсти правильное соотношение между диаметром выхода и входа (турбины и компрессора).
Хотим заметить, что почти любая поломка агрегата все равно оставляет большую долю вероятности, что проблему решит ремонт турбины.
Если же вам требуется замена, не нужно подбирать новые автомобильные турбины, виды которых мы уже рассмотрели. Выбирать следует такой же турбокомпрессор, который установлен на ваш автомобиль.
Информация по его типу, серийный номер и номер партии указаны на паспортном шильдике, который находится на самом агрегате.
Если вам требуется консультация или помощь с выбором – наши турбинисты всегда рады помочь вам!
Что такое двигатель с турбонаддувом?
Что делает турбо?
Турбина сжимает выхлопные газы на выходе и направляет их обратно в двигатель. Увеличенный поток воздуха посылает больше топлива в двигатель, увеличивая его мощность.
Плюсы и минусы двигателей с турбонаддувом
Использование турбонагнетателя для получения дополнительной мощности от двигателя меньшего размера может показаться простым способом избежать недостатков двигателя большего размера. Вот некоторые плюсы и минусы добавления турбокомпрессора к вашему автомобилю.
Плюсы двигателя с турбонаддувом
- Производительность : Когда вам нужно ускориться, чтобы влиться в полосу встречного движения, дополнительная мощность, которую дает ваш двигатель с турбонаддувом, может повысить его производительность на дороге.
- Топливная эффективность : Поскольку турбонагнетатели дают вашему автомобилю дополнительную мощность без увеличения размера двигателя, они обычно более экономичны, чем более крупные двигатели.
- Звук : Турбины приглушают звуки двигателя, делая автомобили с турбодвигателями более тихими в движении.
Минусы двигателя с турбонаддувом
- Задержка : Турбинам нужно немного времени для подготовки, поэтому может пройти несколько секунд с момента нажатия на педаль акселератора до включения турбонаддува.
- Доступность по цене : Автомобили с двигателями с турбонаддувом, как правило, дороже, чем автомобили со стандартными двигателями, поскольку в вашем автомобиле может потребоваться использование бензина премиум-класса.
- Надежность : Двигатели с турбонаддувом могут быть не такими надежными, как стандартные двигатели. В двигателях с большим количеством деталей больше проблем, которые могут выйти из строя.
- Техническое обслуживание : Поскольку турбонагнетатели создают нагрузку на двигатель и его части, двигатели с турбонаддувом часто требуют более регулярного обслуживания.
- Возможность буксировки : Турбокомпрессоры не лучший вариант, если вы планируете перевозить тяжелые грузы. Обычно вам нужен двигатель большего размера, а не двигатель меньшего размера с турбонаддувом.
Как получить автомобиль с турбодвигателем
Многие автомобили стандартно поставляются с двигателями с турбонаддувом, поэтому, если вы ищете новую машину, найти машину с турбонаддувом будет относительно легко. Если вы хотите добавить турбонаддув к своему нынешнему автомобилю, вы можете приобрести комплект, в котором должны быть все детали, необходимые для турбонаддува вашего двигателя.
Однако это не лучший вариант. Перед турбонаддувом вашего автомобиля подумайте, сможет ли двигатель и остальная часть вашего автомобиля справиться с дополнительной мощностью. Возможно, вам придется модернизировать такие компоненты, как сцепление, поршни и клапаны, прежде чем вы сможете турбонагнетать двигатель, чтобы не повредить автомобиль. Если вы не разбираетесь в автомобилях или не уверены, как турбонаддув повлияет на ваш двигатель, рекомендуется поговорить с квалифицированным механиком.
Повлияет ли наличие двигателя с турбонаддувом на мою страховку?
Страхование автомобилей с двигателями с турбонаддувом часто обходится дороже, потому что их ремонт обходится дороже, чем их аналоги без турбонаддува. У них также больше мощности и скорости, чем у стандартного двигателя, что увеличивает риск аварии. Ваша премия по страхованию автомобиля может отражать повышенный риск для страховой компании. Обратитесь в свою страховую компанию, чтобы узнать подробности и узнать больше о факторах стоимости страхования автомобиля.
Если вы покупаете автомобиль с двигателем с турбонаддувом, страховая компания узнает, когда они введут идентификационный номер автомобиля (VIN), чтобы добавить его в ваш полис, и страховщик соответственно рассчитает вашу премию. Однако, если вы добавляете турбокомпрессор к двигателю после покупки автомобиля, важно сообщить об этом страховой компании. Вам, вероятно, понадобится одобрение или индивидуальный полис страхования автомобиля для покрытия модификаций. Страховщик может отклонить ваше требование, если вы не сообщите страховой компании об изменениях и ваш автомобиль будет поврежден или украден. Узнайте больше о страховании модифицированных автомобилей.
Что такое турбокомпрессор? — Врумдевочки
Все больше и больше автомобилей используют турбокомпрессоры и нагнетатели, чтобы заставить двигатели развивать большую мощность и лучше экономить топливо. Что такое турбокомпрессор, что такое наддув и как он работает? Давайте наденем наши гиковские шляпы и посмотрим глубже.
Аарон Голд
Больше воздуха, больше работы
Бензиновые двигатели сжигают смесь топлива и воздуха в соотношении примерно 14,7 единиц воздуха на каждую единицу бензина. Двигатели «вдыхают» воздух и топливо, используя движение поршня вниз во время такта впуска.
Если бы в двигатель было подано больше воздуха, можно было бы увеличить соответствующее количество топлива, производя более мощный взрыв и увеличивая мощность. Нагнетание воздуха в двигатель называется принудительной индукцией или наддувом и обычно зависит от механического устройства. Помощь, оказываемая устройством, называется boost .
Нагнетатели
Хотя существует множество форм наддува, термин «нагнетатель» обычно относится к насосу большой производительности, который приводится в действие непосредственно от двигателя с помощью шестерен или ремня. Поскольку нагнетатель приводится в действие двигателем, он развивает мгновенный наддув; однако усилия, необходимые для его вращения, потребляют мощность двигателя.
Что такое турбокомпрессор?
Турбокомпрессор представляет собой воздушный насос с приводом от выхлопных газов, состоящий из пары турбинных колес, мало чем отличающихся от вертушек, на одном валу. Одна турбина расположена в потоке выхлопных газов; когда двигатель набирает обороты, выхлоп заставляет его вращаться. При этом вращается вторая турбина, которая является частью впускной системы, направляющей воздух в двигатель, и действует как насос.
Для создания наддува двигатель должен работать достаточно интенсивно, чтобы создавать значительное давление выхлопных газов, необходимое для вращения турбонагнетателя. Это приводит к «турбо-задержке» — двигатель не получает прибавки мощности на более низких оборотах, и кажется, что автомобиль колеблется, а не ускоряется. Новые, более технологически продвинутые автомобили имеют меньше турбо-задержек, чем старые автомобили. Преимущество использования турбонаддува для увеличения мощности заключается в том, что когда турбонаддув активен, двигатель использует топливо, будь то бензин или дизель.