Турбонаддув что это такое в автомобиле: Турбонаддув в автомобиле: принцип работы

Турбонаддув современного автомобиля. Что это и зачем нужно?

Характеристики двигателя внутреннего сгорания (ДВС) можно описать через его выходной крутящий момент. Крутящий момент двигателя на низких оборотах оказывает значительное влияние на управляемость автомобиля, а крутящий момент двигателя на высоких оборотах определяет максимальную скорость автомобиля и расположение передаточных чисел коробки передач.

Крутящий момент двигателя можно увеличить несколькими способами:

• повысить эффективность двигателя
• увеличить объем двигателя
• увеличить плотность всасываемого воздуха

Турбонаддув — верный метод увеличения плотности всасываемого воздуха. Это требует дополнительной работы на стороне впуска воздуха, помимо насосной работы атмосферного (безнаддувного) двигателя, чтобы нагнетать дополнительную массу воздуха в цилиндры. Эта дополнительная работа осуществляется турбонагнетателем, где турбина использует энергию выхлопных газов для вращения компрессора (крыльчатки).

Исторически нагнетатели впервые устанавливались на дизельные двигатели с воспламенением от сжатия, в основном по следующим причинам:

• удельная мощность дизельного двигателя без наддува оставляет желать лучшего
• выходная мощность дизельного двигателя ограничена дымовыделением, а добавление большего количества воздуха в цилиндр может уменьшить количество дыма
• (по сравнению с бензиновым двигателем со свечами зажигания) детонация в дизельном двигателе невозможна, поскольку топливо впрыскивается в конце цикла сжатия
• (по сравнению с бензиновым двигателем со свечами зажигания) дизельные двигатели дороже в производстве, поэтому стоимость турбокомпрессора меньше влияет на общую стоимость двигателя.

На двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием (бензиновом) основной причиной установки турбонагнетателя является увеличение выходного крутящего момента / мощности за счет ограниченной (объемной) мощности двигателя. Основным ограничением бензинового двигателя с турбонаддувом с точки зрения того, насколько может повыситься давление наддува, является детонация в двигателе.

Дополнительный воздух для наддува внутри цилиндров вызывает значительное повышение температуры топливовоздушной смеси в конце сгорания, что может привести к детонации в двигателе. Для предотвращения детонации двигатели с турбонаддувом обычно имеют более низкую степень сжатия, чем двигатели без наддува (атмосферные).

Турбонаддув можно охарактеризовать как особый метод наддува, при котором энергия горячих выхлопных газов используется для привода компрессора всасываемого воздуха. Преимущество заключается в том, что энергия выхлопных газов не тратится впустую, а используется для работы компрессора.

Когда турбина помещается в выпускной коллектор, давление выхлопных газов увеличивается перед турбиной. Это заставляет двигатель потреблять больше энергии для удаления сгоревших газов из цилиндров во время такта выпуска. Турбина преобразует поток и тепловую энергию выхлопных газов в энергию сжатия. Следовательно, рост давления всасываемого воздуха больше, чем рост давления выхлопных газов, а это означает, что суммарный КПД двигателя увеличивается.

Автомобильные турбокомпрессоры состоят из четырех основных частей:

• корпус компрессора
• основной (центральный) корпус
• корпус турбины
• привод перепускной заслонки

Корпус компрессора (обычно изготовленный из алюминия) содержит компрессор с осевым входом и радиальным выходом (также известный как рабочее колесо). Корпус турбины содержит турбину с радиальным притоком и осевым выпуском, соединенную с компрессором через вал.

Скорость турбокомпрессорного агрегата может легко достигать 120 000 об / мин или даже 300 000 об / мин. Чтобы выдерживать такие высокие скорости, вал вращается в подшипниках скольжения с гидродинамической масляной пленкой с низким коэффициентом трения, которые размещены в основном (центральном) корпусе.

Подшипники скольжения бывают двух типов: радиальные и осевые. Обычно это два радиальных подшипника (втулка) и один упорный подшипник (упорный). Подшипники имеют смазочные каналы, которые позволяют маслу проникать внутрь подшипников и образовывать гидродинамическую масляную пленку между подшипником и валом. Такие подшипники также называются полностью плавающими. Цепь смазки турбонагнетателя подключена к основной системе смазки двигателя внутреннего сгорания.

Температура масла может широко варьироваться от минимальной (например, -30 ° C) до номинальной рабочей температуры двигателя (около 90 ° C). Для обеспечения потока масла для охлаждения в любых температурных условиях необходимо обеспечить зазор между подшипниками и валом.

где: 1 — колесо компрессора, 2 — осевой (упорный) подшипник, 3 — радиальные (втулочные), 4 — подшипники, 5 — вал, 6 — колесо турбины.

Подшипники турбокомпрессора могут быть подшипниками скольжения (как на картинке выше) или роликоподшипниками. Турбокомпрессоры, работающие на выхлопных газах, с роликоподшипниками более эффективны, чем на подшипниках скольжения, имеют лучшие переходные характеристики (они ускоряются быстрее) и могут обеспечивать более высокое давление наддува при частичных нагрузках двигателя. Основными недостатками роликоподшипников являются надежность при длительной эксплуатации и акустические характеристики (более шумный). Роликовые подшипники в основном используются в высокопроизводительных турбокомпрессорах для мотоспорта.

Подшипники могут работать нормально, если температура выхлопных газов ниже 800 ° C, охлаждения масла достаточно для поддержания нормальных условий работы. На бензиновых двигателях, где температура выхлопных газов может превышать 1000 ° C, необходим центральный (подшипниковый) корпус с водяным охлаждением.

Корпус сердечника также содержит некоторые уплотнительные элементы, которые предотвращают попадание масла в выпускной или впускной коллектор, а также максимально сокращают попадание всасываемого воздуха и выхлопных газов (картерных газов).

Компрессор состоит из крыльчатки с осевым притоком и радиальным выпуском (крыльчатки компрессора) и литого алюминиевого корпуса. Во избежание утечки воздуха между компрессором и корпусом зазор должен быть минимальным.

Рабочее колесо компрессора (крыльчатка) обычно изготавливается из литого алюминиевого сплава. В современных турбокомпрессорах рабочее колесо фрезеровано из алюминиевого сплава.

Во избежание помпажа компрессора (реверсирования воздушного потока при закрытии дроссельной заслонки) корпус компрессора оборудован продувочным (отрывным) клапаном.

В некоторых коммерческих транспортных средствах с очень долгим сроком службы компонентов крыльчатка компрессора (крыльчатка) фрезерована из титанового сплава.

Компрессоры бензиновых двигателей с турбонаддувом имеют продувочные (выталкивающие) клапаны, которые должны предотвращать скачки давления при резком падении нагрузки на двигатель (например, дроссельная заслонка переходит из полностью открытого в полностью закрытое положение за очень короткое время). Большинство современных продувочных клапанов имеют электрический привод, а события открытия и закрытия контролируются модулем управления трансмиссией (PCM).

Рабочее колесо компрессораТурбинное колесо турбокомпрессораРадиальный подшипник турбокомпрессораПерепускной клапан турбокомпрессора

Сторона турбины нагнетателя состоит из:

1. Диффузора.
2. Корпуса.
3. Крыльчатки.
4. Перепускной заслонки для отработанных газов.

Назначение диффузора — ускорить поток выхлопных газов и равномерно распределить его по лопаткам (колесу) турбины. Диффузор встроен в спиральный корпус турбины.

Корпус турбины должен выдерживать очень высокие температуры и сделан из высоколегированного чугуна. В зависимости от типа повышения давления выхлопных газов существует два типа кожуха турбины:

• Корпус импульсного наддува
• Корпус постоянного давления

В случае импульсного наддува трубы выхлопных газов, идущие от каждого цилиндра, проходят отдельно в корпус турбины. Корпус турбины спроектирован таким образом, чтобы максимально предотвращать смешивание потоков выхлопных газов перед входом в рабочее колесо турбины.

В случае наддува постоянного давления из выхлопных труб всех цилиндров, выхлопные трубы подключены к выпускному коллектору большого объема, который отфильтровывает отдельные импульсы давления.

Стандартное колесо турбины имеет радиально-впускную и осевую конструкции. Поскольку турбинное колесо должно работать в условиях очень высоких температур, оно изготовлено из стального сплава, содержащего большое количество никеля.

Чтобы минимизировать турболаг (задержку разгона двигателя), момент инерции массы компрессорного колеса, турбинного колеса и вала должен быть как можно меньше. По этой причине исследуются высокопрочные материалы с низкой плотностью для использования в будущих турбокомпрессорах.

Где: 1 — корпус компрессора, 2 — колесо компрессора (крыльчатка), 3 — пневматический привод, 4 — центральный (подшипниковый) корпус, 5 — рычаг управления перепускным клапаном, 6 — перепускной клапан, 7 — корпус турбины, 8 — колесо турбины.

Давление наддува регулируется путем регулирования количества выхлопных газов, проходящих через турбинное колесо. Поток выхлопных газов в турбине регулируется перепускным клапаном, который может приводиться в действие пневматическим или электрическим приводом.

Подача воздуха для управления пневматическим блоком перепускной заслонки может осуществляться за счет самого давления наддува или за счет давления вакуума (от вакуумного насоса автомобиля). Недостатком использования давления наддува является то, что управление перепускным клапаном зависит от нагрузки двигателя (давления наддува). С помощью вакуумного насоса давление наддува можно регулировать независимо от рабочего состояния двигателя.

Последние технологии турбокомпрессоров предусматривают прямое электрическое включение перепускной заслонки. Это обеспечивает более быстрое и точное срабатывание перепускной заслонки независимо от оборотов двигателя.

Высокопроизводительные турбокомпрессоры — EFRTM от BorgWarner

Где: 1 — колесо компрессора, 2 — колесо и вал турбины Gamma-Ti, 3 — корпус турбины из нержавеющей стали, 4 — перепускной клапан с высоким расходом, 5 — задний диск турбины, 6 — двухрядный шарикоподшипник с керамическими шариками и металлическим сепаратором, 7 —  корпус компрессора, 8 — встроенный клапан рециркуляции компрессора (CVR), 9 — электромагнитный клапан управления наддувом (BCSV), 10 — датчик скорости.

Турбокомпрессор Continental RAAX

RAAXTM (что означает «радиально-осевой») — это новый турбокомпрессор Continental с наиболее важной инновацией в конструкции турбины. В отличие от наиболее распространенного на сегодняшний день типа бензиновых турбонагнетателей, радиального турбонагнетателя, который имеет радиальный впуск выхлопных газов, новый турбокомпрессор Continental имеет радиально-осевой (полурадиальный / полуосевой) впускной канал.

Соответствующая специальная конструкция лопастей позволяет примерно на 40% снизить крутящий момент инерции турбинных колес. Это означает, что турбокомпрессор быстрее реагирует на изменения нагрузки двигателя, поэтому давление наддува создается быстрее, а турбо задержка сводится к минимуму. В дополнение к этому значительному улучшению реакции, технология RAAXTM также приводит к повышению эффективности до 3% в соответствующем рабочем диапазоне двигателя, что приводит к снижению выбросов.

Что такое турбонаддув в автомобиле и как он работает

Турбонаддув современной конструкции – это сложное в техническом плане устройство. Первые системы для наддува двигателей появились еще в начале XX века. Наибольшее же распространение получила конструкция наддува, компрессор которой приводится от турбины, раскручиваемой выхлопными газами авто до высоких оборотов.

Энергия выхлопных газов бесплатна, поэтому мощность мотора при использовании турбокомпрессора значительно поднимается без ухудшения экономичности, а зачастую, экономичность двигателя даже улучшается (советы как уменьшить расход топлива). Из-за использования в конструкции турбины, такой вид наддува двигателя имеет всем хорошо известное название – турбонаддув.

Воздух при сжатии компрессором нагревается, плотность падает, и в цилиндры его помещается меньше, поэтому, довольно часто, после турбокомпрессора нагнетаемый воздух пропускают через специальный радиатор – интеркулер, в котором он охлаждается.

Частота вращения турбины и связанного с ней компрессора турбонаддува очень велика (больше ста тысяч оборотов в минуту), поэтому в них применяются подшипники скольжения с очень маленькими зазорами. Соответственно возрастает требовательность двигателя с турбонаддувом к качеству и чистоте масла. Конечно, стоимость этого агрегата тоже немаленькая.

Серьезным недостатком турбонаддува можно считать эффект так называемой ”турбоямы”. Он проявляется при резком нажатии на педаль акселератора – двигатель сперва ”задумывается” и только после этого начинает разгонять автомобиль.

Объясняется это тем, что турбине необходимо какое-то время для раскрутки до рабочих оборотов, и чтобы его уменьшить, на некоторых моделях турбокомпрессоров (как правило, предназначенных для легковых автомобилей) устанавливают специальный клапан, который перепускает часть воздуха с выхода компрессора обратно на его вход.

Таким образом, при закрытии дроссельной заслонки турбина продолжает вращаться с большой скоростью, а турбокомпрессор в это время работает “вхолостую”, перегоняя воздух по кругу. Нажатие на педаль газа закрывает этот клапан, и нагнетаемый воздух в полном объеме снова поступает во впускной коллектор. Обычно управление перепускным клапаном турбонаддува возлагают на электронику.

Другой разновидностью наддува является приводной компрессор, который, в отличии от турбонаддува, вращается коленчатым валом двигателя. Поскольку для его привода отбирается энергия у мотора, такие системы менее экономичны, чем аналогичные силовые агрегаты без компрессора или с турбонаддувом. Зато они надежнее, дешевле и не имеют ”турбоямы”, что очень важно для спортивных автомобилей, где при разгоне каждая доля секунды на счету.

Такие компрессоры часто используют западные тюнинговые компании для увеличения мощности моторов – это гораздо дешевле, чем увеличивать рабочий объем, организуя мелкосерийное производство поршней, коленвалов и других технологически сложных деталей. Их используют такие автомобильные “гранды” как Mercedes, General Motors, Ford, Jaguar, Mazda и другие автопроизводители.

Все, что вам нужно знать — центр производительности Lopers

Вашей машине не хватает мощности? Вы хотите использовать мощность вашего двигателя, чтобы он работал лучше? И вы надеетесь сделать все это с помощью простой и недорогой модификации? Тогда вам может подойти турбонаддув.

Турбокомпрессор — это уникальная установка устройства на двигатель вашего автомобиля для повышения его эффективности и производительности. Он работает лучше, чем стандартные двигатели десятилетней давности, поскольку теперь все новые и новые автомобили поставляются с двигателем с турбонаддувом. Но даже если ваш автомобиль не оснащен двигателем с турбонаддувом, вы все равно можете доработать его с помощью профессионалов в Центре производительности Loper’s.

Как работает турбонаддув

Турбокомпрессор использует пару вентиляторов для использования мощности выхлопных газов, которая находится в задней части двигателя. Он направляет воздух из задней части двигателя вперед, что обеспечивает большую мощность в его работе. Турбонаддув можно сравнить с реактивным двигателем, который всасывает холодный воздух, который при сжигании топлива выбрасывает горячий воздух. Эта система позволяет реактивному двигателю правильно и эффективно сжигать топливо, и ее можно установить в вашем автомобиле.

В качестве альтернативы турбонаддуву можно было бы добавить в двигатель больше цилиндров, но очевидно, что это было бы громоздко, дорого и напряжно. Турбонаддув прост в том, что он фокусирует больше воздуха в цилиндрах для более быстрого сгорания. Тем не менее, в результате двигатель с турбонаддувом делает машину быстрее при меньшем расходе топлива.

Преимущества

Турбокомпрессор обеспечивает более высокую скорость и лучшую производительность, не уменьшая мощность двигателя. Турбокомпрессор часто называют «свободной мощностью», поскольку он естественным образом улучшает работу двигателя, а не истощает его мощность. Поскольку турбонаддув может повысить производительность вашего автомобиля, он может даже продлить срок службы вашего автомобиля.

Турбонаддув — популярная модификация для водителей, желающих добавить скорости своему автомобилю, и все это он может сделать в относительно быстрой и доступной доработке. Кроме того, с улучшенной топливной экономичностью двигатель с турбонаддувом будет потреблять меньше топлива и экономить затраты водителей на заправку.

Недостатки

С хорошим двигателем приходит большая ответственность. Водители должны быть уверены, что не раздвигают границы своего автомобиля с двигателем с турбонаддувом, иначе могут быть плохие последствия.

Поскольку двигатель с турбонаддувом работает на горячих выхлопных газах, он может сильно нагреться, если он выходит за свои пределы в течение постоянного времени вождения. Если становится слишком жарко, турбонаддув может светиться красным, но этого почти не происходит. Помимо ответственного вождения, быстрое решение этой проблемы состоит в том, чтобы иметь вентиляционные отверстия в капоте или сбоку, которые будут увеличивать поток воздуха для охлаждения двигателя.

Еще одним недостатком турбонаддува является «турбо-лаг». Турбо-лаг — это случайная задержка между нажатием ноги на газ и реакцией двигателя на газ. Не нужно паниковать или пытаться сильнее нажимать на газ, потому что это происходит в определенных ситуациях, когда турбокомпрессору нужно время, чтобы раскрутиться с хорошей скоростью.

Чем турбонаддув отличается от наддува?

Часто турбонаддув можно спутать с наддувом. Ключевое отличие состоит в том, что наддув будет генерировать больше мощности, но с гораздо большей громкостью, чем двигатель с турбонаддувом. Что лучше для вашего автомобиля, также будет зависеть от автомобиля и типа двигателя. Не стесняйтесь обращаться к Lopers Performance, чтобы определить, что поможет вашему автомобилю работать лучше.

О Центре производительности Loper’s

Loper’s — крупнейший магазин скоростных товаров в Аризоне. С 1969 года мы гордимся тем, что предоставляем исключительные услуги клиентам и автомобилям в районе Финикса. Мы можем помочь вам значительно улучшить характеристики вашего автомобиля и отремонтировать его по мере необходимости.

Если вы ищете другие модификации, такие как выхлопная система с кошачьей спиной или удаление глушителя, мы также можем вам помочь. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать, как мы можем улучшить или отремонтировать ваш автомобиль.

Что такое турбонаддув?

Что такое турбозарядка и наука, стоящая за этой технологией, мы собираемся обсудить в этой статье.

В недавнем прошлом все мы видели на автомобилях такие значки, как TSi, TDI, iTURBO и TURBO. Но знаете ли вы, что они на самом деле означают и почему технология приобрела такую ​​популярность? Все аббревиатуры, упомянутые выше, означают, что автомобиль оснащен турбонаддувом. Турбокомпрессор — это простой способ добиться высокой выходной мощности двигателей меньшей мощности при сохранении экономии топлива. Прочтите, чтобы понять технологию и то, что такое ярость.

Автомобили в настоящее время неуклонно становятся больше, а список их оборудования длиннее, но двигатель, приводящий их в действие, становится меньше. Чтобы обеспечить полноценный набор мощности, технологий и экономичности в рамках бюджета, производители транспортных средств во многом полагаются на турбонаддув.

Турбокомпрессор — это метод увеличения выходной мощности и эффективности двигателя внутреннего сгорания за счет подачи сжатого воздуха в двигатель. В двигателе с турбонаддувом используется турбокомпрессор, устройство принудительной индукции с приводом от турбины, которое работает на горячих выхлопных газах двигателя. Турбокомпрессор использует горячие выхлопные газы двигателя для вращения турбины, которая приводит в действие центробежный компрессор для подачи холодного сжатого воздуха в двигатель. Важнейшими компонентами турбокомпрессора являются турбина, компрессор и вал, соединяющий эти два компонента.

Одним из ключевых различий между нагнетателем и турбокомпрессором является способ запуска устройства принудительной индукции. В то время как турбонагнетатель использует выхлопные газы, нагнетатель использует механические устройства, такие как ремни, для соединения индукционного устройства непосредственно с коленчатым валом. Турбокомпрессор также известен как турбонагнетатель, поскольку он использует устройства принудительной индукции, такие как нагнетатель.

Эта простая диаграмма выше объясняет работу турбонагнетателя. В конце рабочего цикла выхлопные газы от сжигания топлива внутри двигателя направляются по трубам к каталитическому нейтрализатору, а затем выбрасываются в атмосферу через выхлопную трубу. А теперь представьте, если на выходе из выходного отверстия двигателя установлена ​​турбина. Горячие газы будут проходить через турбину, и кинетическая энергия газов будет вращать турбину. Теперь подключите компрессор к оси турбины. Горячие газы, вращающие турбину, также будут вращать компрессор. Это вращение будет всасывать воздух при температуре окружающей среды и давлении на входе компрессора. Затем этот воздух проходит через компрессор, где его давление и температура повышаются, чтобы помочь нагнетать больше воздуха в двигатель и повысить его объемную эффективность. Дополнительный воздух помогает производить больше мощности за цикл и увеличивает общую мощность двигателя.

Чтобы добиться такого увеличения объема, мы можем использовать различные типы турбокомпрессоров, такие как односпиральный турбокомпрессор, двухконтурный турбокомпрессор, турбокомпрессор с изменяемой геометрией и другие. Каждая система использует свою методологию, основанную на требованиях к мощности двигателя.

В дополнение к компонентам, упомянутым выше, в турбонагнетателях высокого давления также используются продувочный клапан и перепускной клапан. Продувочный клапан используется на впускной стороне двигателя, а вестгейт — на выпускной стороне. Оба компонента работают на предотвращение взрыва турбокомпрессора. Когда давление воздуха на входе или выхлопных газов на выходе превышает установленное значение, эти компоненты перепускают газы, чтобы предотвратить повреждение системы.

Плюсы турбонаддува:

·      Обеспечивает повышенную мощность.

·      Повышает эффективность использования топлива за счет уменьшения мощности двигателя при той же выходной мощности.

·      Не зависит от изменения высоты над уровнем моря.

·      Можно использовать практически на любом транспортном средстве.

·      Меньше загрязняет окружающую среду, так как дополнительный воздух способствует более чистому сжиганию топлива.

Минусы турбонаддува:

·      Надежность из-за дополнительного уровня механической сложности.