Турбо нагнетатель воздуха: Как работает турбонагнетатель воздуха в автомобиле, плюсы и минусы

Содержание

Как работает турбонагнетатель воздуха в автомобиле, плюсы и минусы

Статья о работе автомобильного турбо нагнетателя: общая теория, принцип функционирования, плюсы и минусы. В конце статьи — видео о том, как дешево увеличить мощность машины.Статья о работе автомобильного турбонагнетателя: общая теория, принцип функционирования, плюсы и минусы. В конце статьи — видео о том, как дешево увеличить мощность машины.

Содержание статьи:

Немного истории и общей теории
Способы компрессии
Принципы работы автомобильного турбонагнетателя воздуха
Плюсы и минусы
Особенности работы на бензиновых двигателях
Видео о том, как дешево увеличить мощность автомобиля

С момента разработки двигателя внутреннего сгорания перед инженерами встала задача повысить его мощностные характеристики. Решение данной задачи путём установки большего количества цилиндров влечёт за собой ряд таких проблем, как увеличение размеров и веса двигателя, поэтому не является оптимальным.

Ещё на заре автомобилестроения, в 1905 году, было предложено принципиально иное решение: увеличить мощность двигателя за счёт нагнетания в него дополнительного воздуха. Один из вариантов этого решения – турбонагнетатель.

Немного истории и общей теории о турбине

На фото турбонагнетатель воздуха

Для понимания роли турбонагнетателя воздуха достаточно вспомнить, что скорость до 200 км/ч, автомобили, оборудованные двигателем внутреннего сгорания, могли развивать уже в 1909 году.

Число выглядит фантастическим ровно до того момента, пока рядом с ним не встаёт рядом другое число: объём двигателя, обеспечившего автомобилю эту скорость, составлял… 28 литров! Естественно, ни о каком массовом производстве подобных монстров не могло быть и речи: они просто не могли обслуживаться без специального габаритного оборудования.

А для того, чтобы транспортное средство стало доступно широким массам потребителям, а не превратилось в аналог паровоза, объём двигателя следовало уменьшить, при этом по возможности выжав из него максимальную мощность.

Идея нагнетателя дополнительного воздушного потока позволила увеличить мощность мотора на пятьдесят процентов. Понять основные моменты, определяющие действие технического узла, несложно, если знать принципы функционирования автомобильного мотора на основе ДВС.

Для эффективного функционирования работы двигателя внутреннего сгорания важен процент соотношения воздуха и топлива в камере внутреннего сгорания. Естественным ограничением объёма смеси топлива и воздуха является объём камеры, куда эта смесь попадает благодаря перепаду давления на такте впуска топлива и где происходит её воспламенение.

Если увеличить количество топливной смеси в камере, при её сгорании будет получена большая мощность, что позволит увеличить возможности автомобиля. Подача смеси в камеру под давлением (компрессия) позволяет этого добиться.

Читайте, что лучше: атмосферный или турбированный двигатель

Способы компрессии

За историю автомобилестроения конструкторы создавали различные устройства компрессии воздуха. Что-то осталось на страницах истории, что-то прошло через горнило усовершенствования и дожило до наших дней. Сейчас существуют четыре основных способа нагнетания воздуха в камеру внутреннего сгорания:

механический наддув – производится за счёт работы коленвала и является прародителем всех остальных инженерно-технических решений;
турбонагнетатель – нагнетатель воздушной смеси, который функционирует за счёт разницы давления компрессора и выхлопных газов;
электрический турбонаддув – способ нагнетания воздуха электрическим компрессором;
комбинированный наддув – устройство, совмещающее работу механического и турбо наддува.

Принципы работы автомобильного турбонагнетателя воздуха

На фото схема работы турбонагнетателя воздуха

Между объёмом воздуха в цилиндрах двигателя и объёмом сжигаемого в камере внутреннего сгорания топлива существует прямая связь. При этом чем больше энергии имеют выхлопные газы, тем больший вращательный момент получают турбинные колёса и, соответственно, сам компрессор.

Особой проблемой при разработке турбонагнетателя является подбор материала, из которого он изготовлен. Турбинные лопасти вращаются со скоростью более десяти тысяч оборотов в минуту и могут разогреваться до тысячи градусов. Вопрос охлаждения отчасти решается за счёт поступления дополнительного воздушного потока.

Как правило, турбонагнетатель воздуха оснащён специальным лопастным кольцом, которое не только в состоянии сохранять фиксированное давление в массе отработанных газов, но и регулировать состояние этого потока. Иными словами, в настоящее время турбонагнетатели имеют функцию изменения внутренней геометрии турбины.

Объясним подробнее. Когда скорость вращения двигателя невелика и поток отработанных выхлопных газов низкий, турбина за счёт уменьшения своего поперечного внутреннего сечения повышает скорость потока отработанных газов, идущих на колесо. Если же обороты двигателя высокие, пропускная способность турбины увеличивается за счёт роста поперечного внутреннего сечения, и, следовательно, плотность потока пропускаемых через неё отработанных газов снижается.

При таком «разумном» управлении диапазон, в котором работа турбо нагнетателя является эффективной, существенно расширяется. Более того, вредные выбросы в атмосферу сокращаются, потребление топлива падает.

Читайте технические характеристики BMW X7 с 4-мя турбинами

Плюсы и минусы турбонагнетателя воздуха в автомобиле

В чём достоинства турбонагнетателей

В отличие от ранних моделей механических наддувов, которые работали от коленвала и, следовательно, использовали часть мощности двигателя, работа турбонагнетателей использует по сути «дарёную» энергию выхлопных газов.

По этой причине турбо нагнетатели, безусловно, являются более эффективным инженерно-техническим решением.

Кроме этого, турбонагнетатель отличается более высокими мощностными характеристиками. С одного литра двигателя он может «выжать» до трёхсот лошадиных сил.

Если двигатель оборудован турбонагнетателем, к его мощности прибавляется до 40 процентов. При этом налицо существенная экономия топлива.

Если же говорить о коэффициенте полезного действия, то и тут работа турбо наддува идёт «в плюс»: с увеличением размера двигателя его КПД снижается из-за потерь на трение и понижением тепловой эффективности; следовательно, чем меньше размер двигателя (что как раз и даёт наличие турбо наддува), тем выше его КПД.

Недостатки турбонагнетателей

Недостатки у дано конструкции также присутствуют, и автовладельцу следует их знать.

На малых оборотах мотора турбо нагнетатель не слишком эффективен. Это естественно – низкое давление выхлопных газов не в состоянии «загнать» в камеру нужный объём воздуха.
Данная проблема отчасти успешно решается за счёт функции изменения геометрии турбины в зависимости от интенсивности работы двигателя и плотности потока выхлопных газов.
Ещё один существенный «минус» — так называемый «эффект турбоямы», когда водитель газует, но в первый момент автомобиль на это как бы не реагирует. Читайте подробно, что такое турбояма и почему она возникает.
Эффект вызван тем, что без жёсткой механической связи между мотором и компрессором неизбежно возникает несоответствие между эффектом работы компрессора и необходимой мощностью, которая задаётся водителем при нажатии педали газа. Инерция турбины вызывает «провал» оборотов двигателя.

Специалисты борются с данным нежелательным эффектом, настраивая двигатель, используя дополнительный электрический наддув или установку второго турбонагнетателя.
После отключения турбины она не должна сразу останавливаться. Высокая скорость оборотов крыльчатки требует, чтобы после остановки автомобиля турбина проработала какое-то время на «холостых» оборотах и остыла. В противном случае устройство очень быстро приходит в негодность.
Для того, чтобы этого избежать, турбонагнетатель снабжается турботаймером, который программируется на определённое время работы турбины вхолостую после остановки транспортного средства.
Если же автомобиль «доведён» кустарным способом и оснащён турбиной без турботаймера, о её корректном охлаждении и остановке после того, как работа двигателя прекращена, придётся позаботиться самому автомобилисту.
Наконец, турбо нагнетатели – не самый дешёвый технический узел в автомобиле, поскольку требует большой точности работы и обладает такой функцией, как изменение геометрии турбины в зависимости от плотности потока отработанных газов.

Читайте также про особенности эксплуатации турбомотора

Особенности работы на бензиновых двигателях

Турбонагнетатель для бензиновых двигателей эффективен на двигателях впрыскового типа. Если возникает желание установить этот узел на карбюраторный мотор, это потребует целого ряда доработок — от корректировки уровня поплавковой камеры до замены жиклеров на большее сечения.

Если же устройство ставится на инжекторный двигатель, работы ограничатся просто новой прошивкой.

Турбонагнетатели доказали свою эффективность. Не зря ими оснащается большинство автомобилей спортивного класса. Данный технический узел применяют как на этапе производства автомобилей, так и в ситуации, когда автовладелец желает выполнить тюнинг авто.

Высокий уровень КПД и ряд решений, найденных для устранения эффекта турбоямы, делают применение турбо нагнетателя наиболее эффективным на уровне остальных способов повышения давления в камере внутреннего сгорания.

Видео о том, как дешево увеличить мощность автомобиля:

Статья по теме: Как ремонтировать турбокомпрессор

Нагнетатель воздуха – увеличиваем мощность авто своими руками + Видео

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.

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:

Механический – «отец» нагнетателей, возникший практически сразу же после появления ДВЗ. В действие такой наддув приводится коленвалом мотора.
Электрический – более современный вариант турбонаддува, в котором излишнее давление в цилиндрах создает электрический компрессор.
Турбонаддув – нагнетатель в такой системе работает от давления выхлопных газов и компрессора.
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.

5 Электрический нагнетатель воздуха — поднять мощность автомобиля за копейки

Турбовоздуходувки — Принцип работы динамического сжатия

Одноступенчатый высокоскоростной турбонагнетатель

Одноступенчатый высокоскоростной турбонагнетатель работает по принципу сжатия центробежного компрессора или динамического компрессора с радиальной конструкцией. Он работает при постоянном давлении с производительностью, зависящей от внешних условий окружающей среды, подавая сжатый воздух без пульсаций. Это отличается от объемных компрессоров, работающих при постоянном расходе, где плотность воздуха на входе не влияет на производительность, а сжатие пульсирует.

Воздух всасывается в осевом направлении в центр рабочего колеса с радиальными лопастями и выталкивается радиально под действием центробежной силы. Вращение крыльчатки увеличивает скорость воздуха (кинетическую энергию) и заставляет его проходить через расположенные ниже по потоку диффузоры и улитку. Здесь высокая кинетическая энергия преобразуется в потенциальную энергию (давление), замедляя скорость воздуха за счет расширения. Энергия скорости преобразуется в энергию давления по принципу Бернулли (давление обратно пропорционально квадрату скорости).

Оптимальная работа турбовентилятора достигается, когда вентилятор работает в заданном диапазоне расхода воздуха. Максимальная эффективность турбонагнетателей зависит как от давления, так и от расхода воздуха и ограничивается помпажем и дросселированием.

Помпаж — это изменение направления потока в процессе динамического сжатия. Это происходит, когда обрабатываемая мощность снижается до точки, при которой создается недостаточное давление для поддержания потока. Это означает, что когда поток проходит через компрессор, давление достигает максимального предела крыльчатки компрессора, на который он может воздействовать. Так как компрессор не может преодолеть давление, поток воздуха сползает назад, а не проталкивается в систему. Это приводит к вибрациям, которые потенциально могут повредить внутренние компоненты. Чтобы предотвратить это, перепускной клапан (клапан Blow-Off) открыт до достижения точки помпажа.

Засорение происходит, когда компрессор работает при низком давлении нагнетания и очень высокой скорости потока. Компрессор настроен на фиксированное значение оборотов, мощность компрессора увеличивается по мере снижения противодавления на выходе компрессора. Это приводит к увеличению скорости газа. Увеличение скорости газа происходит до тех пор, пока не достигнет своего максимума при скорости звука. Дроссельная точка (или каменная стена) достигается, когда скорость воздуха близка к скорости звука МАЧ 1 в любой из частей компрессора. Скорость и расход воздуха не могут превышать это значение.

Турбовентилятор для работы при низком статическом давлении

Турбовоздуходувка Runtech Systems RunEco EP специально разработана для работы при низком статическом давлении, например вакууме, который часто используется в целлюлозно-бумажной промышленности. Это радиальная конструкция турбокомпрессора, которая обеспечивает более высокий объемный расход газа, о чем свидетельствует его относительно больший размер. Он также разработан, чтобы быть более надежным, что позволяет ему работать в суровых условиях, когда воздух не является чистым, а рабочая среда имеет тенденцию быть более агрессивной. Вот почему крыльчатка изготовлена из титана Grade 5 и напрямую соединена с валом двигателя.

Кроме того, уплотнение между зоной высокого давления (внутри улитки) и зоной низкого давления (всасывающий конус) достигается за счет концевого лабиринтного уплотнения. Конструкция ротора докритична к собственным частотам системы, что обеспечивает широкий рабочий диапазон. Особое внимание было уделено конструкции подшипника, чтобы обеспечить безотказную работу, даже если ротор разбалансирован во время работы.

Турбовоздуходувки

EP — это первые турбовоздуходувки с регулируемой скоростью и производительностью.

Узнать больше

Турбовоздуходувка для очистки сточных вод

HOFFMAN’S REVOLUTION ^PLUS Воздуходувка для очистки коммунальных и сточных вод сочетает в себе усовершенствованную систему управления воздуходувкой со значительно меньшей занимаемой площадью, чем традиционные воздуходувки, что устанавливает новый стандарт конструкции, производительности и эффективности воздуходувки.

В REVOLUTION ^PLUS используются инновации и передовые технологии, обеспечивающие экономию энергии до 40 %, повышенная надежность при низких требованиях к техническому обслуживанию. Предварительно смонтированы и испытаны на заводе в эргономичном звуковом корпусе для работы в режиме plug-and-play. .

Компания Hoffman производит различные турбонагнетатели мощностью от 10 до 700 лошадиных сил, что делает их идеальными для широкого спектра применений. Наши турбовоздуходувки представляют собой инновационные технологии для очистки городских и промышленных сточных вод, пивоварения и дистилляции, а также производства электроэнергии.

Узнать больше

Турбовоздуходувки для систем низкого давления

Турбовоздуходувки для аэрации

Вы ищете надежный и энергоэффективный источник сжатого воздуха в диапазоне низкого давления?

Турбокомпрессоры

PillAerator от Kaeser Kompressoren представляют собой компактные турбокомпрессоры, разработанные специально для аэрации. Благодаря инновационным магнитным подшипникам приводной двигатель работает без износа.

Наши турбовоздуходувки используются везде, где требуется технологический воздух в диапазоне низкого давления, например, при аэробной очистке, биологической очистке сточных вод, ферментации и флотации.

Данные производительности:

150 кВт и 300 кВт
Расход до 16 000 м³/ч
от 0,3 до 1,3 бар

Ваши льготы:

Высокая энергоэффективность
Ротор с прямым приводом и магнитным подшипником в сочетании с интеллектуальным контроллером обеспечивает чрезвычайно эффективную работу турбовоздуходувок PillAerator. Работая с исключительным уровнем эффективности, эти ультрасовременные машины могут сэкономить до 25% затрат на электроэнергию по сравнению с традиционными технологиями.
Надежный и безопасный
Широкий спектр датчиков контролирует наиболее важные рабочие состояния, такие как давление, скорость и температура. Это обеспечивает безопасную работу и надежную подачу технологического воздуха.
Необслуживаемый приводной двигатель
Бесконтактные магнитные подшипники, не требующие смазки, гарантируют работу без износа. Поскольку замена масла и подшипников не требуется, техническое обслуживание ограничивается простой заменой воздушных фильтров.

Турбовоздуходувки с износостойким приводным двигателем

Преимущества использования магнитных подшипников очевидны:

Безмасляные
Неизнашиваемый
Необслуживаемый

Вал постоянно вращается вокруг своего центра тяжести, что исключает вибрацию. Поскольку он остается свободным от какого-либо физического контакта, смазка не требуется.

Даже частые процессы старт-стоп не изнашиваются. Во время отключения вал останавливается в магнитном поле. В маловероятном случае отказа контроллера магнитных подшипников предохранительные подшипники мягко остановят вал.

Приводной двигатель герметичен, поэтому не может загрязняться окружающим воздухом, что существенно повышает эксплуатационную надежность, готовность и срок службы турбонагнетателя.

Информация о продукте

Инновационная концепция охлаждения

Двигатель на магнитных подшипниках и преобразователь частоты имеют водяное охлаждение
Регулируемый теплообменник воздух/вода
Долговечный водо-водяной теплообменник

Необслуживаемый циркуляционный насос
Вход и выход охлаждающей воды доступны с рекуперацией тепла

Охлаждение осуществляется через внутренний водяной контур, что обеспечивает постоянную оптимизацию рабочих условий. Помимо обеспечения постоянной температуры двигателя и преобразователя частоты с помощью вентилятора с регулируемой скоростью, это позволяет шкафу управления оставаться герметичным.

Все аккумулированное тепло выхлопных газов может быть поглощено охлаждающей водой, что делает излишними дорогостоящие воздуховоды вытяжного воздуха. Опциональный климат-контроль гарантирует безопасную работу турбокомпрессора при температуре окружающей среды до +55 °C.

Идеально подобранный расход

Бесступенчатая регулировка скорости позволяет постоянно регулировать расход турбонагнетателя в соответствии с текущей потребностью в воздухе для конкретного применения. Это не только обеспечивает бесперебойную работу процесса, но и надежно предотвращает потери энергии из-за избыточной аэрации.

Идеальное взаимодействие между отдельными компонентами, включая интеллектуальный контроллер, обеспечивает повышение эффективности до 80 % и экономию энергии до 25 %.

Диапазон производительности – PillAerator 150 кВт

Диапазон производительности – PillAerator 300 кВт

Надежный и безопасный

Турбовоздуходувки PillAerator поставляются в виде комплектных машин, готовых к подключению, с идеально подобранными механическими и электрическими компонентами.