Турбонаддув принцип работы: Принцип работы турбонаддува

Содержание

Принцип работы турбины на дизельном двигателе – Турбобаланс

Дизельный двигатель, относящийся к категории двигателей внутреннего сгорания, был изобретён в феврале месяце 1893года в Германии инженером Рудольфом Дизелем.

С момента изобретения двигатель постоянно усовершенствовался, менялись виды топлива, способы его подачи, баланс топливной смеси и т.д.

Собранные по классической схеме двигатели, используют принцип превышения атмосферного давления над давлением, создающимся в цилиндре в момент движения поршня к нижней мёртвой точке. Однако за счёт незначительного времени затраченного на выполнения этого действия и небольшого перечного сечения воздухоподводящего канала поступающего воздуха недостаточно для полного сгорания топливной смеси.

Позже на родине Рудольфа Дизеля нашли способ решения данной проблемы. Воздух в цилиндры должен подаваться под избыточным давлением! Это основной принцип работы турбины на дизельном двигателе

Для этой цели было разработано специальное устройство, совмещающее в себе свойства вентилятора и компрессора.

Это устройство приводилось в движение непосредственно от коленчатого вала двигателя, что снижало коэффициент полезного действия всей конструкции в целом.

Следующим усовершенствованием системы подачи воздуха стала установка в качестве привода для компрессораспециальной турбины, которая приводилась во вращение за счёт использования энергии потока использованных отработанных газов.

Однако при работе двигателя на малых оборотах, воздуха подаваемого в цилиндры компрессором было недостаточно для полноценной работы дизеля. Вскоре и этот вопрос был решён путём установки двух турбин различного диаметра и приводимых во вращение выхлопными газами, забираемыми из разных частей выпускного тракта. Турбина меньшего диаметра разгонялась быстрее и обеспечивала работу двигателя на малых оборотах, а большая турбина работала при больших оборотах двигателя, что качественно изменило принципы работы турбины на дизельном двигателе. Так же для уменьшения турбоямы использовались механизмы изменяемой геометрии.

Работает турбокомпрессор следующим образом:

— Выхлопные газы, отводимые от выпускного коллектора дизеля, направляются в приемный патрубок турбокомпрессора.

— Проходят по каналу корпуса турбины, который постепенно уменьшается в сечении, а газы увеличивают скорость и воздействуя на ротор заставляют вращаться турбину. Число оборотов турбины зависит от многих факторов: конфигурации канала, его формы, сечения и т.д. Турбина вращается со скоростью около150000 об/сек, её размеры подбираются в зависимости от типа двигателя.

— Наружный воздух, проходя через фильтрующий элемент, очищается от пыли и других посторонних примесей и в сжатом состоянии попадает во впускной коллектор дизеля. После этого происходит закрытие впускного канала, дополнительное сжатие топливной смеси и её воспламенение. В завершении рабочего цикла открывается выпускной коллектор.

Поскольку уходящие выхлопные газы имеют температуру около 800° — 900° С, турбокомпрессор имеет систему охлаждения, радиатором которой является корпус подшипника.

При работе турбокомпрессора, за счёт сжатия и увеличения внутренней силы трения воздух, нагнетаемый в цилиндры дизеля подогревается до температуры около 170°С. Во время охлаждения воздух «сгущается», то есть увеличивается, его плотность и соответственно взрастает, объём подаваемого воздуха. Подача в двигатель охлаждённого воздуха положительно влияет на повышение мощности дизеля, что в свою очередь снижает потребление топлива, уменьшает отрицательное воздействие на окружающую среду.

Турбокомпрессорные двигатели имеют перед обычными двигателями определённые преимущества:

  • При одних и тех же энергозатратах расход топлива меньше, поскольку часть энергии выхлопных газов, раскручивая турбокомпрессор, подавая большее количество воздуха в цилиндры двигателя, увеличивает его мощность.
  • Двигатели с турбокомпрессорами имеют меньший наружный объём и соответственно меньшие потери нагрева.
  • За счёт относительно небольшого веса на 1Л.С. мощности снижается расход металла на сам двигатель и конструкцию, на которой он установлен.
  • Также меньше объём отсека, в который может быть установлен турбодвигатель.
  • За счёт малого числа оборотов при номинальной мощности турбодвигатели обладают лучшими нагрузочными характеристиками.
  • В условиях разряженного воздуха, за счёт высокого давления развиваемого турбокомпрессором и низкого внешнего давления турбодвигатель имеет огромные преимущества в сравнении с обычным двигателем, поскольку мощность его практически не теряется.
  • турбодвигатель за счёт малых размеров имеет меньшую звукоизлучающую поверхность, а турбокомпрессор работает как дополнительный глушитель.

Имеет турбонаддув и свои недостатки – это заметная задержка набора мощности при резком нажатии на педаль акселератора. Такое случается в связи с тем, что отсутствует механическая связь коленчатого вала и турбины Мощность начинает расти, когда турбина раскрутится выхлопными газами. Хотя подобное явление в той или иной степени наблюдается у любого двигателя.

Основное применение дизельные двигатели с турбонаддувом нашли на автомобилях большой грузоподъёмности, работающих с полной нагрузкой.

Что такое турбонаддув, как работает, плюсы, минусы

[Всего: 0   Средний:  0/5]

Турбонаддув – это особая система, в работе которой задействована энергия отработанных газов. Известна науке она уже более 100 лет, так как была запатентована в США Альфредом Бюхи еще в 1911 году.

Сейчас турбонаддув считается наиболее эффективным методом повышения мощности двигателя автомобиля (неважно, бензинового или дизельного). Помимо этого, он способствует снижению токсичности выхлопных газов и уменьшению расхода топлива. Однако назвать такую систему идеальной тоже нельзя, так как она имеет свои недостатки и накладывает на водителя некоторые дополнительные обязательства.

Как устроена система турбонаддува

Система турбонаддува включает в себя такие основные узлы, как:

  • турбокомпрессор – служит для повышения давления;
  • интеркулер (жидкостный или воздушный радиатор) – служит для снижения температуры сжатого воздуха, что способствует увеличению его плотности и повышению давления;
  • предохранительный клапан – служит для защиты системы от резких скачков давления;
  • регулятор давления наддува, который может быть оснащен пневматическим или электрическим приводом – служит для регулировки давления.

В системе имеется также входной коллектор, патрубки и прочие детали.

Принцип работы автомобильного двигателя с турбонаддувом

Механизм работы системы довольно прост. Он наглядно показан на схеме.

Включая турбонаддув, вы запускаете в моторе авто следующие процессы:

  • выхлопные газы из двигателя автомобиля подаются на турбину, придавая ей импульс вращения;
  • с турбины крутящий момент передается компрессору;
  • компрессор засасывает воздух и производит его сжатие;
  • сжатый воздух проходит через интеркулер, охлаждаясь и уплотняясь при этом;
  • сжатый охлажденный воздух подается на цилиндры двигателя.

Тем, кому знаком принцип работы классического двигателя внутреннего сгорания, понятен смысл подачи дополнительного воздуха в цилиндры. Ведь в цилиндры подается воздушно-топливная смесь в строго определенном соотношении.

И обычно, для того чтобы увеличить мощность двигателя, приходится изменять конструкцию – увеличивать объем цилиндров.

Включая турбоподдув в автомобиле, можно добиться увеличения мощности двигателя при тех же объемах. Происходит это за счет подачи уплотненного (сжатого) воздуха.

Плюсы и мунусы турбонаддува

Достоиствами применения турбонаддува считаются:

  1. Возможность увеличения мощности двигателя авто без изменения его объема и массы.
  2. Снижение показателей расхода топлива.

Недостатки двигателя с турбонаддувом:

  1. Более интенсивный износ деталей и механизмов.
  2. Необходимость применения специальных сортов масла.
  3. Строгое соблюдение сроков и рекомендаций по техническому обслуживанию.
  4. Снижение общей надежности двигателя за счет включения в систему дополнительных элементов (турбокомпрессора и пр.).

Каким должно быть масло для турбонаддува

Масло в двигателях с турбонаддувом работает в более жестких условиях.

Поэтому продукт, предназначенный для обычных атмосферных агрегатов, в этом случае не подходит.

Масло для турбированных бензиновых двигателей – это отдельная группа ГСМ. Марки, подходящие для конкретного автомобиля, обычно указываются производителем в руководстве по эксплуатации транспортного средства. В эту категорию входят лишь дорогие синтетические масла.

Нужно также помнить, что машина, у которой двигатель оснащен турбоподдувом, возлагает некоторые дополнительные обязательства на своего владельца. Такое авто нужно обязательно прогревать перед поездкой, нельзя резко глушить после остановки. Также необходимо строго следить за уровнем масла, так как в смазке таких автомобилей больше появляется угара из-за особенностей работы системы турбонаддува.

Турбонаддув – по какому принципу он работает + Видео

Турбонаддув представляет собой вариант наддува, когда в цилиндры двигателя авто воздух направляется под определенным давлением.

1 Турбонаддув в автомобиле – общая информация

На данный момент система турбонаддува признается специалистами высокоэффективной системой ощутимого увеличения мощности двигателя авто, которая не требует повышать объем цилиндров и частоту вращения коленвала.

При этом двигатель с турбонаддувом гарантирует:

  • уменьшение токсичности отработавших газов, которое достигается благодаря тому, что горючее сгорает полностью;
  • экономию топлива (если рассчитывать расход горючего на единицу мощности).

Турбонаддув работает и на дизельных, и на бензиновых двигателях, но чаще он используется на первых.

Похожие статьи


На дизеле принцип его работы проявляет все свои достоинства в полной мере за счет следующих факторов:
  • сравнительно малой частоты вращения коленвала;
  • повышенного уровня сжатия двигателя машины.

Что касается бензинового авто, можно сказать, что установка турбонаддува на нем может привести к детонации. Это обусловлено повышенной (около 1000 градусов) температурой отработавших газов и существенным повышением частоты вращения мотора.

2 Устройство турбонаддува

Турбонаддув работает по одному принципу. Конструкции разных устройств отличаются друг от друга, но при этом ряд элементов любого турбонаддува авто являются общими. В автомобиле он работает за счет следующих составных частей:

  • впускной коллектор;
  • дроссельная заслонка;
  • фильтр (воздушный), который располагается сразу за воздухозаборником;
  • интеркулер;
  • турбокомпрессор.


Все указанные компоненты турбонаддува в авто связывает посредством напорных шлангов и соединительных специальных патрубков одна схема. Суть работы (ее принцип) рассматриваемого устройства требует именно такой взаимосвязанности составных частей комплекса под названием турбонаддув авто.

3 Турбокомпрессор – важная часть турбонаддува

Схема работы автомобиля с турбонаддувом обязательно требует наличия турбокомпрессора, который также нередко называют газотурбинным нагнетателем.

Для чего нужен? Для того чтобы увеличивать во впускной системе авто давление воздуха. Зачем нам требуется такое давление в автомобиле, думается, объяснять не нужно, так как мы указали в самом начале статьи, что принцип работы турбонаддува основывается именно на повышенном давлении.

Суть работы газотурбинного нагнетателя заключается в применении двух колес (компрессорного и турбинного), которые находятся на валу ротора авто. Зачем они нужны? Компрессорное всасывает воздух, затем сжимает его и направляет в двигатель с турбонаддувом, а вот турбинное предназначено для принятия на себя энергии газов.

4 Принцип работы турбонаддува (карбюраторный и дизельный двигатель)

  • отработавшие газы поступают на турбинное колесо и вращают его за счет своей энергии;
  • компрессорное колесо также получает вращение (через вал ротора от турбинного колеса), сжимает воздух, после чего отправляет его в описываемую нами систему;
  • в интеркулере происходит охлаждение сжатого воздуха, который затем идет в цилиндры.


Как видим, турбонаддув имеет вполне понятный принцип работы, обеспечивает большую эффективность работы двигателя транспортного средства, чего, в сущности, и желают многие автолюбители. К его недостаткам относят лишь два явления:

  • "турбояма": задержка повышения мощности мотора ТС при нажатии (резком) на газ;
  • "турбоподхват": повышение давления после указанной выше "турбоямы".

Все о принципах работы турбонаддува (турбины)

Турбонаддув – это система, позволяющая увеличить максимальную мощность двигателя автомобиля, используя для этого энергию выхлопных газов. Эту систему еще часто называют просто «турбина» – по названию основного агрегата, который под давлением нагнетает отработанные мотором газы в турбокомпрессор, а тот, в свою очередь, подает в цилиндры двигателя большее количество воздуха, чем атмосферный мотор.

История

Многие водители полагают, что турбированные моторы появились относительно недавно — во второй половине ХХ века, когда турбонагнетателями стали оснащать силовые установки автомобилей немецких марок Mercedes-Benz и BMW. На самом деле датой рождения турбированного двигателя считают 1911 год, когда американец Альфред Бюхи получил патент на промышленное изготовление системы, позволявшей в несколько раз увеличить мощность обычного двигателя. Надо отметить, что за 15 лет до этого события двое немцев, Готлиб Даймлер и Рудольф Дизель уже проводили испытание агрегатов, которые помогали более эффективно нагнетать воздух в цилиндры двигателя, но да патентования этой технологии дело так и не дошло.

Впрочем, первые турбины хотя и давали весьма ощутимую прибавку в мощности, но из-за своей громоздкости во много раз увеличивали и без того немаленький вес двигателей автомобилей тех лет. Так что распространение технологии турбонаддува для легковых автомобилей застопорилось на долгие годы, тогда как турбины довольно активно применялись на грузовом и специальном транспорте. В США, фактической и юридической родине турбонагнетательной системы, производители легкового транспорта не спешили применять ее в серийном производстве, сделав ставку на большие по объему и прожорливые атмосферные моторы. Хотя первые серийные модели, на которых устанавливался турбонаддув, появились именно в Соединенных Штатах – это были Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobile Jetfire.

Chevrolet Corvair Monza 1961 год

Более экономная Европа, по которой, к тому же, в середине ХХ века ударил бензиновый кризис, начала склоняться к популярной ныне идее даунсайзинга – уменьшения рабочего объема двигателя с одновременным повышением его мощности. Добиться такого результата помогала система турбонаддува. За прошедшие с момента изобретения системы годы конструкторы усовершенствовали технологию, сделав элементы системы более легковесными, одновременно повысив ее производительность. Но одним из существенных недостатков, который так и не был искоренен по прошествии времени, являлся повышенный расход топлива. И именно поэтому модели, оборудовавшиеся турбированными бензиновыми моторами, не снискали популярности в народе.

Выход из ситуации был найден в 1970-х годах, когда компания Mercedes-Benz выпустила на рынок свою первую модель, оснащенную дизельным двигателем с турбонаддувом – 300 SD.

Mercedes-Benz 300SD

Конструкторам удалось решить одну из главных проблем турбодвигателя – расход топлива, ведь, как известно, дизельный агрегат менее «прожорливый», чем бензиновый. Еще один несомненный плюс дизельного топлива – его отработанные газы имеют температуру ниже, чем бензиновые, стало быть, основные агрегаты системы турбонаддува можно было производить из менее тяжеловесных и жаростойких материалов. А это, в свою очередь, влияло на конечную стоимость автомобиля, что довольно скоро оценили покупатели.

В чем отличия?

Системы турбонаддува для бензинового и дизельного моторов конструктивно практически не имеют отличий. В эту систему входят такие компоненты: турбина, турбокомпрессор и интеркулер (промежуточный охладитель). Некоторые водители ошибочно считают, что между турбонаддувом и турбокомпрессором есть какая-то разница. Ее нет, так как компрессор – лишь составляющий элемент системы наддува.

Турбонаддув

Турбина представляет собой улиткообразный патрубок, в который попадают выхлопные газы. Они вращают крыльчатку находящегося в патрубке ротора, благодаря чему газы идут дальше в турбокомпрессор. Он также представлен в виде улиткообразного патрубка, в котором есть своя крыльчатка. Ротор турбины объединен с ротором турбокомпрессора, следовательно, чем быстрее вращается крыльчатка первого, тем быстрее крутится крыльчатка второго. Попадающая в турбокомпрессор воздушная смесь под давлением, которое создается вращением крыльчатки, подается к цилиндрам двигателя.

Интеркулер

На входе в цилиндры стоит третий основной компонент турбонаддува – интеркулер, который охлаждает поступающий из турбокомпрессора воздух, чтобы повысить его плотность и уменьшить объем – тогда в цилиндры попадет больше воздуха, который, смешиваясь с топливом, сгорает более эффективно. А эффективное сгорание топлива позволяет поднять мощность двигателя, при этом расход топлива, идущий на образование топливовоздушной смеси в цилиндрах уменьшается.

Вот так устроена турбина

Еще один немаловажный компонент системы турбонаддува – приводной нагнетатель (либо малый турбокомпрессор), который создает давление в турбине на малых оборотах и помогает избежать такого явления как турбояма (когда двигатель не может развить мощность на малых оборотах из-за недостаточного поступления в систему турбонаддува выхлопных газов).

Помимо указанных выше основных компонентов турбонаддува, в систему входят еще такие элементы как регулировочный, перепускной и стравливающий клапаны, а также выпускной коллектор, воздушные и масляные патрубки.

Регулировочный клапан помогает поддерживать давление в системе на установленном уровне и при необходимости сбрасывать его в трубу приемки. Функция перепускного клапана состоит в нагнетании воздуха обратно во впускные патрубки, откуда он снова попадает в турбину – это происходит, когда дроссельная заслонка закрыта. Стравливающий клапан отводит избыточный воздух из системы турбонаддува при закрытой дроссельной заслонке. Воздушные патрубки подают воздух в турбину, а по масляным патрубкам подается жидкость для смазки и охлаждения системы турбонаддува.

Разновидности

В настоящее время производится два основных вида турбин: одинарные и двойные. Первые устанавливаются в основном на рядные двигатели: они используют энергию выхлопных газов от всех цилиндров мотора и подают воздух во все цилиндры. Вторыми комплектуются силовые установки с V-образным расположением цилиндров. Они имеют два турбокомпрессора, которые подают воздух в определенные цилиндры. Иногда для повышения мощности двигателя на таких турбинах используют так называемый перекрестный выпускной коллектор, который аккумулирует выхлопные газы из всех цилиндров мотора и направляет этот, более мощный поток к компрессорам, что повышает давление в турбине, и, соответственно, мощность двигателя.

Революционной в деле турбонаддува стала идея применения изменяемой геометрии турбины. Она позволяет регулировать геометрию сопла турбины, создавая более мощные потоки воздуха уже на низких оборотах, вследствие чего многократно повышается мощность двигателя.

Что такое турбонаддув и как он работает в машине

На сегодняшний день в мире современных технологий и изобретений трудно найти человека, который никогда не слышал такого диковинного слова, как «турбонаддув» и не видел значка «Turbo» на крышке багажника автомобиля.

А знаете ли Вы, что «турбонаддув» это изобретение рук Альфреда Бюхи (1911г)?

Да, да именно в этом году сие чудо было открыто для автолюбителей!

Бюхи своим ноу-хау достиг увеличения мощности двигателя на 120 процентов. С этого момента и началась новая эра турботехнологий.

Впервые данные технологии были воплощены в жизнь у таких легковых автомобилей, как Шевролле и Олдсмобиль. Но мы не будем углубляться в историю, а перейдем лучше непосредственно к преимуществам «турбонаддува».

Турбонаддув принцип работы

Чтобы понять все плюсы турбины, необходимо понять как это работает. Основной принцип работы построен на использовании энергии уже отработанных газов, сила которых толкает большее количество воздуха с топливом в цилиндры принудительно, а значит при воспламенении большего объема воздуха с топливом образуется и большее количество газа, который в свою очередь с еще большей силой давит на поршень.

Как правило, у двигателей с турбиной эффективность расходуемого количества топлива по сравнению с обычным двигателем намного больше. Это свойство и дает дополнительную мощность небольшому мотору.

Турбонаддув плюсы и минусы

Но у этого чуда техники есть и свои недостатки, например дороговизна, а так же «эффект турбоямы». Так называемый «эффект турбоямы» получается при маленьких оборотах, когда выхлопных газов мало, а турбина довольно «тяжелая на подъём» — пока раскрутится, должно пройти некоторое время и, таким образом, происходит временный провал мощности.

А вот, когда турбина раскрутится, то и ощутимый всплеск мощности радует автолюбителя своей силой, а окружающих характерным ревом мотора.

Однако прогресс на месте не стоит и решением проблемы «турбоямы» стало применение турбины с изменяемой геометрией.

Вообще при покупке подержанного автомобиля с турбиной, да еще и с катализатором нужно быть очень внимательным,так как если турбина замасленная, то жить ей осталось не долго, а запчасти и ремонт довольно дорогостоящим получается.

Двигатели с турбиной более восприимчивы к качеству обслуживания и их использования. Не стоит сразу после поворота ключа в замке зажигания двигаться в путь, стоит немного подождать и в конце поездки, так как ротор турбины вращается на подшипниках, которые нуждаются в достаточной смазке, чтобы предотвратить трение «металл по металлу».

В связи с этим необходима качественная система смазки. И даже не смотря на все эти сложности и проблемы, быстрый разгон, старт с места, желание всегда быть впереди всех на перекрестке берет верх при выборе между турбированным мотором нежели обычным.

Со своей стороны осталось пожелать Вам удачи при выборе автомобиля с турбиной.

Принцип работы турбонаддува в автомобиле

На чтение 5 мин. Просмотров 165

Турбонаддув на автомобиле как вид тюнинга. Что он дает и как он работает. Основные моменты конструкции, работы и установки турбин на автомобиле.

Любого автовладельца хотя бы раз в жизни посещала мечта о повышении мощности и рабочих характеристик своего железного коня, причем рождаются такие мысли не только у владельцев бюджетных автомобилей, она посещает головы и владельцев мощных спортивных суперкаров. И эту мечту можно осуществить. Технические прогресс принес в нашу жизнь возможность выполнить тюнинг и модернизацию любой техники. Увеличение мощности двигателя возможно за счет установки дополнительного оборудования в виде турбины, или как её еще называют – система турбонаддува. Она может быть установлена на любой двигатель, независимо от типа и марки. Если турбонаддув уже установлен, то тюнинг основывается на улучшении его рабочих характеристик.

Турбина в разрезе

Турбонаддув – что он дает

Выполнить тюнинг двигателя с получением увеличения мощности можно выполнить различными способами. В случае с турбиной, происходит интенсивное наполнение цилиндров топливно-воздушной смесью. Всасывание воздуха выполняется в автоматическом режиме. Если не устанавливать турбонаддув, то повысить мощность можно только за счет увеличения объемов цилиндров. При этом будет наблюдаться повышенный расход топлива, а сам двигатель на автомобиле должен быть массивнее.

Чтобы избежать увеличения массы двигателя и расхода топлива, надо увеличить интенсивность подачи топливно-воздушной смеси. Для этих целей и устанавливается турбина, которая выполняет роль нагнетателя.

В зависимости от того, какого типа установлен турбонаддув и какой двигатель, этот тюнинг позволяет достичь увеличения мощности 1,5-2 раза. При этом, не смотря на расхожее мнение, вреда для мотора не будет никакого, особенно если правильно настроить работу систем охлаждения и подачи масла. Чтобы это понять, стоит рассмотреть как работает турбонаддув.

Виды систем турбонаддува

Турбонаддув, устанавливающийся на современные двигателя, можно разделить на 3 вида:

  • Резонансный. Особое распространение получил на двигателях с распределенным впрыском. Работа основана на кинетической энергии объема воздуха, при этом происходит повышение давления воздушно-топливной смеси в момент открытия впускного клапана;
  • Газотурбинный. Является более популярным и приводится в действие выхлопными газами;
  • Объемный нагнетатель. Привод таких турбин выполняется в основном ременной передачей, а работает она по принципу обычного механического компрессора.

Так как наиболее распространенным видом является все-таки газотурбинные системы, то и рассмотрим конструкцию принцип работы турбонаддува именно этого типа. Итак, турбина – это механизм, состоящий из корпуса, в котором вращаются вал с крыльчаткой. На конструкции навешен пневмопривод, роль которого состоит в активации перепускного клапана, который необходим для регулировки вращения турбины. То есть это выглядит следующим образом: в процессе нагнетания воздуха компрессором происходит повышение давления, пневмопривод в этот момент открывает клапан и выбрасывает часть газов в выхлопную систему, тем самым уменьшая скорость вращения турбины.

Турбонаддув

Турбонаддув работает по такой схеме: отработанные газы выводятся из выпускного коллектора на лопасти турбинного колеса, оно приводит в движение, находящееся с ним на одном валу, компрессионное колесо, которое, в свою очередь,во время вращения создает большое давление воздуха и подает его во впускной коллектор двигателя. Увеличенное количество воздушно-топливной смеси. Этот процесс в конечном итоге приводит к повышению мощности двигателя автомобиля.

 Особенности тининга двигателей

Такое вмешательство в работу двигателя любого автомобиля – дело довольно серьезное. Такой тюнинг требует достаточного количества времени и средств, ведь типового решения этого вопроса не существует и в большинстве случаев многие детали выполняются на заказ в единичном исполнении.

К тому же, если установить на автомобиле турбину и не позаботиться о установке коллектора, интеркуллера и других элементов, то такое изменение конструкции особо ничего хорошего не принесет.Довольно часто тюнинг двигателя требует установки двух турбин, с низкими и высокими оборотами. Борьбу с задержкой реакции осуществляют установкой турбины с наклонным ротором и турбокомпрессорами с керамическими лопастями. Какими элементами будет наделен турбонаддув очень сильно зависит от характера езды, под который автомобиль готовится.

Установленный на автомобиле турбина, вынуждает владельцев выполнить тюнинг трансмиссии, ходовой части и тормозной системы. Дополнительно стоит выполнить тюнинг сцепления, привести в соответветствие новым параметрам и элементы подвески.

Если же на автомобиль установить двойной турбонаддув, способный работать на низких оборотах, следует приготовиться к серьезным изменениям динамики машины. Поэтому обязательно потребуется доводка остальных систем суперкара.

Эксплуатация авто с турбиной

Турбина

Такой тюнинг также требует особых условий эксплуатации. При соблюдении некоторых правил можно продлить срок работы турбины:

  • Своевременно проводить очистку масляных и воздушных фильтров;
  • Чтобы турбонаддув можно было эксплуатировать на протяжении длительного времени, необходимо периодически смазывать его и не допускать перегрева;
  • Перед началом движения «прогнать» двигатель на холостом ходу; эксплуатировать двигатель в оптимальном режиме

Рекомендации к установке турбины

Для того чтобы тюнинг посредством установки турбины радовал вас длительный срок, необходимо поддерживаться основных правил при установке и работе:

  • Выпускной коллектор. Основным компонентом турбины для авто является выпускной коллектор, снабженный фланцами, совместимыми с «посадочным местом» турбокомпрессора.  Для вывода отработанного газа в выхлопную магистраль необходим даунпайп (фланец), к которому необходимо приварить специальную гайку под лямбда зонд.Для уплотнения зазоров в местах соединения выпускного коллектора и даунпайпа необходимо использовать специальные прокладки.
  • После охлаждения турбины охлаждающая жидкость должна быть возвращена в емкость, откуда она была взята. Для этого к турбокомпрессору подводятся маслослив и магистраль отвода жидкости.

Несоблюдение данных рекомендаций может привести к выходу турбокомпрессора из строя, снижению давления в системе смазки, нарушениям в работе мотора и появлению очагов возгорания под капотом автомобиля.

Принципы и конструкция турбонаддува

Оперативная информация

Турбонаддув

Принципы и Строительство

**** Выпадающее меню DHTML на основе JavaScript, созданное NavStudio. (OpenCube Inc. - http://www.opencube.com) ****

ВВЕДЕНИЕ

При турбонаддуве двигателя следующие преимуществ получено:

  • Увеличенная мощность двигателя того же размер ИЛИ уменьшение размера двигателя с той же выходной мощностью.

  • Пониженный удельный расход мазута - механическая, термическая эффективность и эффективность продувки улучшены за счет меньше цилиндров, больший приток воздуха и использование выхлопных газов.

  • Тепловая нагрузка снижена за счет более короткого более эффективный период сжигания топлива, что снижает требовательность условия цилиндра.

Турбокомпрессор состоит из одноступенчатого импульсного турбина соединена с центробежным рабочим колесом через вал.

Турбина приводится в движение выхлопными газами двигателя, которые поступают в через корпус впуска газа. Газ расширяется через сопловое кольцо. где энергия давления газа преобразуется в кинетическую энергия. Этот высокоскоростной газ направляется на лопатки турбины. где он приводит в движение турбинное колесо и, следовательно, компрессор на высокой скорости (10-15000 об / мин). Затем выхлопные газы проходят через выпускной кожух к выпускным патрубкам.

Со стороны воздуха воздух всасывается через фильтры, и попадает в компрессорное колесо в осевом направлении, где оно ускоряется до высокой скорости. Воздух выходит из рабочего колеса радиально и проходит через диффузор, где некоторая кинетическая энергия попадает преобразуется в энергию давления. Воздух проходит к спиральному корпусу где происходит дальнейшее преобразование энергии. Воздух охлаждается перед подачей во впускной коллектор двигателя или продувки воздухом приемник.

Кольцо сопла - это то место, где энергия в выхлопе газ преобразуется в кинетическую энергию. Изготовлен из жаропрочный хромоникелевый сплав, жаропрочный молибденовый хром никелевая сталь или нимоновый сплав, выдерживающий высокие температуры и быть устойчивыми к коррозии.

Лопатки турбины обычно никелевые. хромовый сплав или нимоновый материал (никелевый сплав содержащие хром, титан, алюминий, молибден и вольфрам) который обладает хорошей устойчивостью к ползучести, усталости и коррозии. Изготовлено методом литья по выплавляемым моделям. Корни лезвия формы ели, обеспечивающие надежную фиксацию и минимальное напряжение концентрация на соединении корня и лезвия.Корень обычно с натягом, чтобы учесть дифференциальное расширение ротор и лопасть, а также для гашения вибрации. На малых турбокомпрессоры и новейшие разработки современных турбокомпрессоров лезвия плотно прилегают к колесу.

Проволока для шнуровки используется для гашения вибрации, которая может быть проблемой. Проволока проходит через отверстия в лезвиях и гасит вибрацию из-за трения между проволокой и лезвием. Это не крепится к каждому отдельному ножу. Провод может проходить все лезвия, зажатые между отдельными лезвиями, чтобы удерживать его расположен, или он может быть укомплектован более короткими секциями, закрепленными на одном конец, соединяющий группы примерно из шести лопастей. Проблема с проволокой шнуровки заключается в том, что она может быть повреждена посторонними имеет значение, он может подвергаться коррозии и ускорять засорение продуктами сгорания при сжигании остаточного топлива.Отказ лезвие из-за трещин, исходящих от отверстий для проволоки шнуровки, также может быть проблема. Все это может вызвать разбалансировку ротора.

Корпус турбины чугунный. Несколько кожухи охлаждаются водой, что усложняет литье. С водяным охлаждением кожухи необходимы для турбокомпрессоров с шариковыми и роликоподшипниками с собственным встроенным источником питания гетеродина (для охлаждения гетеродина).Современный турбокомпрессоры с подшипниками скольжения с внешней смазкой не охлаждают оболочки. Это приводит к большей общей эффективности, поскольку меньше тепловой энергии отклонен для охлаждающей воды и доступен для котла-утилизатора.

Рабочее колесо компрессора из алюминия. сплав или более дорогой титан. Изготовлен из единого отливки он расположен на валу ротора шлицами.Алюминий рабочие колеса имеют ограниченный срок службы из-за ползучести, которая продиктована конечная температура воздуха. Часто температура уходящего воздуха рабочее колесо может иметь температуру до 200 ° C. Срок службы крыльчатки при этих обстоятельствах может быть ограничено примерно 70000 часов. Чтобы продлить срок эксплуатации, температуру воздуха необходимо снизить. Один способ для этого нужно втягивать воздух снаружи, где температура воздуха ниже, чем в машинном отделении.Эффективный фильтрация и сепарация для удаления капель воды необходимы и рабочее колесо необходимо будет покрыть для предотвращения коррозии. ускоряется возможным присутствием соленой воды.

Воздушный кожух также из алюминиевого сплава и состоит из двух частей.

Подшипники шариковые или роликовые. или простые белые металлические журналы.Установлены шариковые и роликовые подшипники. в упругих опорах с пружинным демпфированием для предотвращения повреждений из-за вибрации. Эти подшипники имеют собственные встроенные масляные насосы и маслоснабжения и имеют ограниченный срок службы (8000 часов). Подшипники скольжения смазываются от основного источника моторного масла или от отдельной системы включая дренажный бак, охладитель и насосы. Масло поставляется в достаточное количество для охлаждения, а также для смазки.Система может включить устройство бачка для подачи масла в подшипники в то время как турбокомпрессор останавливается, если подача масла прекращается. А расположение тяги требуется, чтобы найти и удержания ротора в осевом направлении кожух. При нормальной работе тяга направлена ​​к компрессору. конец.

Лабиринтные уплотнения или сальники на валу и корпусе для предотвращения утечки выхлопных газов в конец турбины подшипник или для предотвращения попадания масла в компрессор.Чтобы способствует уплотнению, воздух из улитки компрессора кожух вводится в пространство внутри сальника. Выход в атмосферу в конце лабиринта дает представление об эффективности торцевой сальник турбины. Изменение цвета масла на роторе с роликоподшипник также укажет на неисправность со стороны турбины железа.

Лабиринт также прикреплен к задней части крыльчатка компрессора для ограничения утечки воздуха в газ сторона

турбонаддув Википедия

Устройство принудительной индукции для двигателей внутреннего сгорания

Турбокомпрессор , в просторечии известный как турбокомпрессор , представляет собой устройство с принудительной индукцией с приводом от турбины, которое увеличивает КПД и выходную мощность двигателя внутреннего сгорания за счет нагнетания дополнительного сжатого воздуха в камеру сгорания. [1] [2] Это улучшение выходной мощности двигателя без наддува связано с тем, что компрессор может нагнетать больше воздуха - и, соответственно, больше топлива - в камеру сгорания, чем только при атмосферном давлении (и, если уж на то пошло, в воздухозаборниках).

Турбокомпрессоры первоначально были известны как турбокомпрессоры , потому что все устройства с принудительной индукцией классифицируются как нагнетатели. Технически турбонагнетатели являются нагнетателями, однако сегодня термин «нагнетатель» обычно применяется только к устройствам с принудительной индукцией с механическим приводом.Ключевое различие между турбонагнетателем и обычным нагнетателем заключается в том, что нагнетатель приводится в действие двигателем механически, часто через ремень, соединенный с коленчатым валом, тогда как турбонагнетатель приводится в действие турбиной, приводимой в действие выхлопными газами двигателя. По сравнению с нагнетателем с механическим приводом, турбокомпрессоры, как правило, менее отзывчивы. Twincharger относится к двигателю с нагнетателем и турбонагнетателем.

Производители обычно используют турбокомпрессоры в двигателях грузовиков, автомобилей, поездов, самолетов и строительной техники.Чаще всего они используются с двигателями внутреннего сгорания с циклом Отто и дизельным циклом.

История []

Принудительная индукция восходит к концу 19 века, когда Готтлиб Даймлер запатентовал метод использования шестеренчатого насоса для нагнетания воздуха в двигатель внутреннего сгорания в 1885 году. [3]

Патент 1905 года [4] Альфреда Бючи, швейцарского инженера, работающего в компании Gebrüder Sulzer (теперь просто Sulzer), часто считают рождением турбокомпрессора. [5] [6] Этот патент был на составной радиальный двигатель с осевой турбиной с приводом от выхлопных газов и компрессором, установленным на общем валу. [7] [8] Первый прототип был закончен в 1915 году с целью преодоления потери мощности, которую испытывают авиационные двигатели из-за уменьшения плотности воздуха на больших высотах. [9] [10] Однако прототип оказался ненадежным и в производство не поступил. [9] Еще один ранний патент на турбокомпрессоры был подан в 1916 году французским изобретателем паровых турбин Огюстом Рато для их предполагаемого использования в двигателях Renault, используемых на французских истребителях. [7] [11] Отдельно испытания 1917 года, проведенные Американским национальным консультативным комитетом по аэронавтике и Сэнфордом Александром Моссом, показали, что турбокомпрессор позволяет двигателю избежать потери мощности (по сравнению с мощностью, производимой на уровне моря) при на высоте до 4250 м (13 944 футов) над уровнем моря. [7] Испытания проводились на Пайкс-Пик в США с использованием авиационного двигателя V12 Liberty. [11]

Первое коммерческое применение турбокомпрессора произошло в 1925 году, когда Альфред Бючи успешно установил турбокомпрессоры на десятицилиндровые дизельные двигатели, увеличив выходную мощность с 1300 до 1860 киловатт (с 1750 до 2500 л. с.). [12] [13] [14] Этот двигатель использовался Министерством транспорта Германии на двух крупных пассажирских судах, которые назывались «Preussen» и «Hansestadt Danzig». Лицензия на эту конструкцию была передана нескольким производителям, и турбокомпрессоры начали использоваться в морских, железнодорожных и крупных стационарных установках. [10]

Турбокомпрессоры использовались на нескольких авиадвигателях во время Второй мировой войны, начиная с Boeing B-17 Flying Fortress в 1938 году, в котором использовались турбокомпрессоры производства General Electric. [7] [15] Среди других ранних самолетов с турбонаддувом были B-24 Liberator, P-38 Lightning, P-47 Thunderbolt и экспериментальные прототипы Focke-Wulf Fw 190.

Производители автомобилей и грузовиков начали исследования двигателей с турбонаддувом в 1950-х годах, однако проблемы "турбонаддува" и громоздких размеров турбокомпрессора в то время не могли быть решены. [5] [10] Первыми автомобилями с турбонаддувом были недолговечные Chevrolet Corvair Monza и Oldsmobile Jetfire, представленные в 1962 году. [16] После нефтяного кризиса 1973 года и поправок к Закону о чистом воздухе 1977 года турбонаддув стал более распространенным в автомобилях как метод снижения расхода топлива и выбросов выхлопных газов. [7]

Турбонаддув против наддува []

В отличие от турбонагнетателей, нагнетатели имеют механический привод от двигателя. [17] Ремни, цепи, валы и шестерни - это обычные методы питания нагнетателя, создающие механическую нагрузку на двигатель. [18] [19] Например, на одноступенчатом односкоростном двигателе Rolls-Royce Merlin с наддувом нагнетатель потребляет около 150 л.с. (110 кВт). Тем не менее, преимущества перевешивают затраты; для привода нагнетателя мощностью 150 л.с. (110 кВт) двигатель вырабатывает дополнительные 400 л.с. (300 кВт), а чистый прирост составляет 250 л. с. (190 кВт). Здесь становится очевидным главный недостаток нагнетателя; двигатель должен выдерживать полезную выходную мощность двигателя плюс мощность для привода нагнетателя.

Еще одним недостатком некоторых нагнетателей является более низкий адиабатический КПД по сравнению с турбокомпрессорами (особенно нагнетателями типа Рутса). Адиабатический КПД - это мера способности компрессора сжимать воздух без добавления к этому воздуху избыточного тепла. Даже в идеальных условиях процесс сжатия всегда приводит к повышению выходной температуры; однако более эффективные компрессоры производят меньше избыточного тепла. Нагнетатели Рутса передают воздуху значительно больше тепла, чем турбокомпрессоры.Таким образом, для данного объема и давления воздуха воздух с турбонаддувом холоднее и, как следствие, более плотный, содержит больше молекул кислорода и, следовательно, большую потенциальную мощность, чем воздух с наддувом. В практическом применении разница между ними может быть значительной, поскольку турбокомпрессоры часто производят на 15-30% больше мощности, основываясь исключительно на различиях в адиабатическом КПД (однако из-за передачи тепла от горячего выхлопа происходит значительный нагрев).

Для сравнения, турбокомпрессор не оказывает прямой механической нагрузки на двигатель, хотя турбокомпрессоры создают противодавление выхлопных газов в двигателях, увеличивая насосные потери. [17] Это более эффективно, потому что, хотя повышенное противодавление нагружает такт выхлопа поршня, большая часть энергии, приводящей в движение турбину, обеспечивается все еще расширяющимся выхлопным газом, который в противном случае был бы потрачен в виде тепла через выхлопную трубу. В отличие от наддува, основным недостатком турбонаддува является то, что называется «запаздыванием» или «временем катушки». Это время между требованием увеличения мощности (дроссельная заслонка открыта) и турбонагнетателем (-ами), обеспечивающим повышенное давление на впуске и, следовательно, повышенную мощность.

Задержка дроссельной заслонки возникает из-за того, что турбокомпрессоры полагаются на повышение давления выхлопных газов для приведения в действие турбины. В системах с регулируемой мощностью, таких как автомобильные двигатели, давления выхлопных газов на холостом ходу, низких оборотах двигателя или малой дроссельной заслонке обычно недостаточно для привода турбины. Только когда двигатель достигает достаточной скорости, секция турбины начинает раскручиваться на , или вращаться достаточно быстро, чтобы создать давление на впуске выше атмосферного.

Комбинация турбонагнетателя с приводом от выхлопных газов и нагнетателя с приводом от двигателя может сгладить недостатки обоих. [20] Этот метод называется двойной зарядкой.

В случае двухтактных двигателей Electro-Motive Diesel турбонагнетатель с механическим усилителем не является конкретно двойным нагнетателем, так как двигатель использует механическую помощь для наддува воздуха только при более низких оборотах двигателя и запуске. Находясь выше отметки № 5, в двигателе используется настоящий турбонаддув. Это отличается от турбокомпрессора, который использует компрессорную секцию турбокомпрессора только во время запуска, и, поскольку двухтактные двигатели не могут всасывать естественным образом, и, согласно определениям SAE, двухтактный двигатель с компрессором с механическим усилителем на холостом ходу и на холостом ходу. низкий дроссель считается безнаддувным.

Принцип действия []

В поршневых двигателях без наддува всасываемые газы втягиваются или «проталкиваются» в двигатель за счет атмосферного давления, заполняющего объемную полость, вызванную ходом поршня вниз [21] [22] (что создает низкое давление область), аналогично нанесению жидкости шприцем. Фактически вдыхаемое количество воздуха по сравнению с теоретическим количеством, если двигатель может поддерживать атмосферное давление, называется объемным КПД. [23] Целью турбокомпрессора является повышение объемного КПД двигателя за счет увеличения плотности всасываемого газа (обычно воздуха), что позволяет увеличить мощность за цикл двигателя.

Компрессор турбокомпрессора втягивает окружающий воздух и сжимает его, прежде чем он попадет во впускной коллектор под повышенным давлением. [24] Это приводит к тому, что большая масса воздуха поступает в цилиндры на каждом такте впуска. Мощность, необходимая для вращения центробежного компрессора, зависит от кинетической энергии выхлопных газов двигателя. [25]

В автомобилях «наддув» означает величину, на которую давление во впускном коллекторе превышает атмосферное давление на уровне моря. Это представляет дополнительное давление воздуха, которое достигается по сравнению с тем, что было бы достигнуто без принудительной индукции. Уровень наддува может отображаться на манометре, обычно в барах, фунтах на квадратный дюйм или, возможно, в кПа. [26] Контроль наддува турбокомпрессора кардинально изменился за более чем 100 лет их использования. Современные турбокомпрессоры могут использовать перепускные клапаны, продувочные клапаны и переменную геометрию, как обсуждается в следующих разделах.

В турбокомпрессорах с бензиновыми двигателями давление наддува ограничено, чтобы вся система двигателя, включая турбонагнетатель, находилась в пределах расчетного температурного и механического рабочего диапазона. Чрезмерное ускорение двигателя часто вызывает повреждение двигателя различными способами, включая предварительное зажигание, перегрев и чрезмерную нагрузку на внутреннее оборудование двигателя. Например, чтобы избежать детонации двигателя (также известного как детонация) и связанного с этим физического повреждения двигателя, давление во впускном коллекторе не должно становиться слишком высоким, поэтому давление во впускном коллекторе двигателя необходимо контролировать с помощью некоторых средств.Открытие перепускной заслонки позволяет избыточной энергии, предназначенной для турбины, обходить ее и проходить непосредственно в выхлопную трубу, тем самым снижая давление наддува. Управлять перепускным клапаном можно либо вручную (часто встречается в самолетах), либо с помощью исполнительного механизма (в автомобильных приложениях им часто управляет блок управления двигателем).

Увеличение (или повышение) давления []

Турбонагнетатель также может использоваться для повышения топливной экономичности без увеличения мощности. [27] Это достигается за счет отвода отработанной энергии выхлопных газов из процесса сгорания и подачи ее обратно на «горячую» сторону впуска турбины, которая вращает турбину.Поскольку горячая сторона турбины приводится в движение энергией выхлопных газов, турбина холодного всасывания (другая сторона турбины) сжимает свежий всасываемый воздух и направляет его во впускное отверстие двигателя. Используя эту потерянную в противном случае энергию для увеличения массы воздуха, становится легче гарантировать, что все топливо сгорит перед выпуском в начале стадии выхлопа. Повышенная температура из-за более высокого давления дает более высокий КПД Карно.

Пониженная плотность всасываемого воздуха вызвана потерей плотности атмосферы, наблюдаемой на большой высоте.Таким образом, турбонагнетатель естественным образом используется в авиационных двигателях. Когда самолет поднимается на большую высоту, давление окружающего воздуха быстро падает. На высоте 18 000 футов (5 500 м) давление воздуха вдвое ниже уровня моря, а это означает, что на этой высоте двигатель вырабатывает менее половины мощности. [26] В авиационных двигателях турбонаддув обычно используется для поддержания давления в коллекторе по мере увеличения высоты (т.е. для компенсации воздуха с низкой плотностью на больших высотах). Поскольку атмосферное давление снижается по мере набора высоты, мощность в двигателях без наддува падает в зависимости от высоты.Системы, в которых используется турбокомпрессор для поддержания выходной мощности двигателя на уровне моря, называются турбонормализованными системами. Обычно турбо-нормализованная система пытается поддерживать давление в коллекторе на уровне 29,5 дюймов ртутного столба (100 кПа). [26]

Задержка турбокомпрессора []

Задержка турбонагнетателя ( турбо задержка ) - это время, необходимое для изменения выходной мощности в ответ на изменение положения дроссельной заслонки, заметное как задержка или замедление реакции дроссельной заслонки при ускорении по сравнению с двигателем без наддува.Это связано с тем, что выхлопной системе и турбонагнетателю требуется время для создания необходимого наддува, которое также можно назвать замоткой. Инерция, трение и нагрузка на компрессор являются основными факторами задержки турбокомпрессора. Нагнетатели не страдают этой проблемой, потому что турбина устраняется из-за того, что компрессор напрямую приводится в действие двигателем.

Турбокомпрессоры можно разделить на те, которые требуют изменения выходной мощности (например, автомобильные), и те, которые этого не делают (например, морские, авиационные, коммерческие автомобильные, промышленные, двигатели-генераторы и локомотивы).Хотя запаздывание турбонагнетателя в разной степени важно, оно наиболее проблематично в приложениях, требующих быстрых изменений выходной мощности. Конструкция двигателя снижает задержку несколькими способами:

  • Снижение инерции вращения турбокомпрессора за счет использования деталей с меньшим радиусом, керамических и других более легких материалов
  • Изменение соотношения сторон турбины
  • Повышение давления воздуха на верхней палубе (нагнетание компрессора) и улучшение реакции перепускной заслонки
  • Снижение потерь на трение в подшипниках, эл. g., используя подшипник из фольги, а не обычный масляный подшипник
  • Использование турбонагнетателя с регулируемым соплом или турбокомпрессора с двойной спиралью
  • Уменьшение объема трубопровода верхнего этажа
  • Использование нескольких турбокомпрессоров последовательно или параллельно
  • Использование антилаговой системы
  • Использование золотникового клапана турбокомпрессора для увеличения скорости потока выхлопных газов к турбине (двойной спирали)

Иногда турбо-задержку ошибочно принимают за обороты двигателя, которые ниже порога наддува.Если частота вращения двигателя ниже порогового значения оборотов наддува турбонагнетателя, то время, необходимое транспортному средству для набора скорости и оборотов в минуту, может быть значительным, может быть, даже десятки секунд для тяжелого транспортного средства, запускаемого на низкой скорости транспортного средства на высокой передаче. Это ожидание увеличения скорости автомобиля не является турбо-лагом, это неправильный выбор передачи для повышения скорости. Как только транспортное средство достигает скорости, достаточной для обеспечения необходимых оборотов в минуту для достижения порогового значения наддува, будет гораздо более короткая задержка, в то время как турбонагнетатель сам вырабатывает энергию вращения и переходит в положительный наддув, только последняя часть задержки в достижении положительного наддува - это турбо отставание.

Порог разгона []

Пороговое значение наддува системы турбонагнетателя является нижней границей области, в которой работает компрессор. Ниже определенного расхода компрессор дает незначительный наддув. Это ограничивает наддув при определенных оборотах, независимо от давления выхлопных газов. Новые разработки турбокомпрессоров и двигателей постоянно снижают пороги наддува.

Электрический наддув («E-boosting») - это новая технология, находящаяся в стадии разработки. Он использует электродвигатель, чтобы довести турбокомпрессор до рабочей скорости быстрее, чем это возможно при использовании имеющихся выхлопных газов. [28] Альтернативой электронному наддува является полное разделение турбины и компрессора на турбогенератор и электрический компрессор, как в гибридном турбокомпрессоре. Это делает скорость компрессора независимой от скорости турбины.

Турбокомпрессоры начинают работать наддува только тогда, когда в выхлопных газах присутствует определенное количество кинетической энергии. Без соответствующего потока выхлопных газов для вращения лопаток турбины турбонагнетатель не может создавать необходимую силу, необходимую для сжатия воздуха, поступающего в двигатель.Порог наддува определяется рабочим объемом двигателя, частотой вращения двигателя, открытием дроссельной заслонки и размером турбонагнетателя. Рабочая скорость (об / мин), при которой имеется достаточный импульс выхлопных газов для сжатия воздуха, поступающего в двигатель, называется «порогом наддува». Уменьшение «порога наддува» может улучшить реакцию дроссельной заслонки.

Ключевые компоненты []

Турбокомпрессор состоит из трех основных компонентов:

  1. Турбина, которая почти всегда является турбиной с радиальным впуском (но почти всегда является одноступенчатой ​​турбиной с осевым притоком в больших дизельных двигателях)
  2. Компрессор, который почти всегда центробежный компрессор
  3. Центральный корпус / вращающийся узел ступицы

Во многих турбокомпрессорных установках используются дополнительные технологии, такие как перепускные клапаны, промежуточные и выпускные клапаны.

Турбина []

Слева патрубок для слива масла из латуни. Справа - трубопровод подачи масла в оплетке и соединения трубопровода охлаждающей жидкости. Сторона крыльчатки компрессора со снятой крышкой. Боковой корпус турбины снят.

Энергия, необходимая для работы турбины, преобразуется из энтальпии и кинетической энергии газа. Корпуса турбины направляют поток газа через турбину, когда она вращается со скоростью до 250 000 об / мин. [29] [30] Размер и форма могут определять некоторые рабочие характеристики турбокомпрессора в целом.Часто тот же самый базовый узел турбокомпрессора доступен от производителя с несколькими вариантами корпуса для турбины, а иногда и с крышкой компрессора. Это позволяет адаптировать баланс между производительностью, откликом и эффективностью для конкретного приложения.

Размеры турбины и рабочего колеса также определяют количество воздуха или выхлопных газов, которые могут проходить через систему, и относительную эффективность, с которой они работают. Как правило, чем больше рабочее колесо турбины и колесо компрессора, тем больше пропускная способность.Размеры и форма могут отличаться, а также кривизна и количество лопастей на колесах.

Производительность турбокомпрессора напрямую зависит от его размера. [31] Большие турбокомпрессоры требуют больше тепла и давления для раскрутки турбины, что приводит к задержке на низких оборотах. Небольшие турбокомпрессоры вращаются быстро, но могут не иметь такой же производительности при высоком ускорении. [32] [33] Для эффективного сочетания преимуществ больших и малых колес используются усовершенствованные схемы, такие как сдвоенные турбокомпрессоры, турбонагнетатели с двойной спиралью или турбокомпрессоры с изменяемой геометрией.

Твин-турбо []

Twin-turbo или bi-turbo Конструкции имеют два отдельных турбокомпрессора, работающих последовательно или параллельно. [34] В параллельной конфигурации на оба турбонагнетателя подается половина выхлопных газов двигателя. При последовательной настройке один турбонагнетатель работает на низких оборотах, а второй включается при заданных оборотах двигателя или нагрузке. [34] Последовательные турбокомпрессоры дополнительно уменьшают турбо-лаг, но требуют сложного набора труб для правильного питания обоих турбонагнетателей.

Двухступенчатые регулируемые двойные турбины используют небольшой турбонагнетатель на низких скоростях и большой - на высоких. Они соединены последовательно, так что давление наддува от одного турбокомпрессора умножается на другой, отсюда и название «2-ступенчатый». Распределение выхлопных газов бесступенчато, поэтому переход от маленького турбонагнетателя к большому может происходить постепенно. Двойные турбокомпрессоры в основном используются в дизельных двигателях. [34] Например, в дизельном двигателе Opel с двумя турбинами только меньший турбокомпрессор работает на низкой скорости, обеспечивая высокий крутящий момент при 1500–1700 об / мин.Оба турбонагнетателя работают вместе в среднем диапазоне, причем меньший из них предварительно сжимает воздух, а больший - еще больше. Перепускной клапан регулирует поток выхлопных газов к каждому турбонагнетателю. На более высоких оборотах (от 2500 до 3000 об / мин) работает только более мощный турбокомпрессор. [35]

Турбокомпрессоры меньшего размера имеют меньшую турбо-задержку, чем более крупные, поэтому часто используются два небольших турбокомпрессора вместо одного большого. Эта конфигурация популярна в двигателях объемом более 2,5 литров, а также в V-образных или оппозитных двигателях.

Двойная прокрутка []

Twin-scroll или разделенные турбокомпрессоры имеют два впускных отверстия для выхлопных газов и две форсунки: меньшее, более остроугольное, для быстрого реагирования, и большее, менее наклонное, для максимальной производительности.

Благодаря высокопроизводительной установке фаз газораспределения, выпускные клапаны в разных цилиндрах могут открываться одновременно, перекрываясь в конце рабочего такта в одном цилиндре и в конце такта выпуска в другом. В конструкциях с двойной спиралью выпускной коллектор физически разделяет каналы для цилиндров, которые могут мешать друг другу, так что пульсирующие выхлопные газы проходят по отдельным спиралям (спиралям).При общем порядке зажигания 1–3–4–2, два свитка с разной длиной пары цилиндров 1 и 4, а также 3 и 2. Это позволяет двигателю эффективно использовать методы очистки выхлопных газов, что снижает температуру выхлопных газов и выбросы NO
x , повышает КПД турбины и уменьшает турбо-лаг, очевидный при низких оборотах двигателя. [36]

  • Вырезание турбокомпрессора Twin-Scroll с двумя форсунками, расположенными под разными углами.

  • Вырезка выхлопа и турбины twin-scroll; хорошо видны двойные "свитки" сопряжения цилиндров 1 и 4, а также 2 и 3

Изменяемая геометрия []
Турбокомпрессор Garrett с изменяемой геометрией на двигателе DV6TED4

Турбокомпрессоры или с изменяемой геометрией и регулируемым соплом используют подвижные лопатки для регулирования потока воздуха в турбину, имитируя турбокомпрессор оптимального размера по всей кривой мощности. [31] [32] Лопатки расположены прямо перед турбиной, как набор слегка перекрывающих друг друга стенок. Их угол регулируется приводом для блокировки или увеличения потока воздуха к турбине. [32] [33] Эта изменчивость поддерживает сравнимую скорость выхлопа и противодавление во всем диапазоне оборотов двигателя. В результате турбокомпрессор повышает топливную экономичность без заметного отставания турбокомпрессора. [31]

Компрессор []

Компрессор увеличивает массу всасываемого воздуха, поступающего в камеру сгорания.Компрессор состоит из рабочего колеса, диффузора и спирального корпуса.

Рабочий диапазон компрессора описывается «картой компрессора».

Защитный кожух

Диапазон расхода компрессора турбонагнетателя может быть увеличен путем выпуска воздуха из кольца отверстий или круглой канавки вокруг компрессора в точке немного ниже по потоку от входа компрессора (но гораздо ближе к входу, чем к выходу).

Кожух с отверстиями - это повышение производительности, которое позволяет компрессору работать при значительно более низких расходах.Это достигается за счет непрерывного моделирования остановки рабочего колеса. Возможность выхода воздуха в этом месте предотвращает возникновение помпажа и расширяет рабочий диапазон. Хотя пиковая эффективность может снизиться, высокая эффективность может быть достигнута в более широком диапазоне частот вращения двигателя. Повышение эффективности компрессора приводит к немного более холодному (более плотному) всасываемому воздуху, что увеличивает мощность. Это пассивная конструкция, которая постоянно открыта (в отличие от выпускных клапанов компрессора, которые управляются механически или электронно).Способность компрессора обеспечивать высокий наддув на низких оборотах также может быть незначительно увеличена (поскольку в условиях дроссельной заслонки компрессор втягивает воздух внутрь через канал отвода). Кожухи с отверстиями используются многими производителями турбокомпрессоров.

Центральный корпус / вращающийся узел ступицы []

Узел вращения центральной ступицы (CHRA) содержит вал, соединяющий крыльчатку компрессора и турбину. Он также должен содержать систему подшипников для подвешивания вала, позволяющую ему вращаться с очень высокой скоростью с минимальным трением.Например, в автомобильной промышленности CHRA обычно использует упорный подшипник или шариковый подшипник, смазываемый постоянной подачей моторного масла под давлением. CHRA также можно рассматривать как «охлаждаемый водой», поскольку он имеет точки входа и выхода охлаждающей жидкости двигателя. В моделях с водяным охлаждением охлаждающая жидкость двигателя используется для охлаждения смазочного масла, что предотвращает возможное коксование масла (дестилляция моторного масла) из-за сильного нагрева турбины. Разработка подшипников с воздушной фольгой устранила этот риск.

Шариковые подшипники, предназначенные для работы при высоких скоростях и температурах, иногда используются вместо подшипников для жидкости для поддержки вала турбины. Это помогает турбонагнетателю ускоряться быстрее и снижает турбо-лаг. [37] В некоторых турбонагнетателях с регулируемым соплом используется поворотный электрический привод, который использует прямой шаговый двигатель для открытия и закрытия лопаток, а не пневматические регуляторы, которые работают на основе давления воздуха. [38]

Дополнительные технологии, обычно используемые в турбокомпрессорных установках []

Иллюстрация типовой компоновки компонентов серийного бензинового двигателя с турбонаддувом.

Промежуточное охлаждение []

Иллюстрация расположения промежуточного охладителя на двух- и четырехтактном двигателе

Когда давление всасываемого воздуха в двигатель увеличивается, его температура также увеличивается.Это явление можно объяснить с помощью закона Гей-Люссака, который гласит, что давление данного количества газа, удерживаемого при постоянном объеме, прямо пропорционально температуре Кельвина. [39] При добавлении в двигатель большего давления через турбонагнетатель общие температуры двигателя также будут расти. Кроме того, поглощение тепла горячими выхлопными газами, вращающими турбину, также нагревает всасываемый воздух. Чем теплее всасываемый воздух, тем менее плотный и меньше кислорода доступно для сгорания, что снижает объемный КПД.Повышенная температура всасываемого воздуха не только снижает эффективность, но и приводит к детонации или детонации двигателя, что разрушительно для двигателей.

Чтобы компенсировать повышение температуры, в турбокомпрессорах между последовательными ступенями наддува часто используется промежуточный охладитель для охлаждения всасываемого воздуха. Охладитель нагнетаемого воздуха представляет собой охладитель воздуха между ступенью (ступенями) наддува и устройством, потребляющим нагнетаемый воздух.

Верхнее крепление (TMIC) по сравнению с передними интеркулерами (FMIC) []

Есть две области, на которых обычно устанавливаются интеркулеры.Его можно установить сверху, параллельно двигателю или рядом с нижней передней частью автомобиля. Установка промежуточных охладителей сверху приведет к уменьшению турбо-лага, отчасти из-за того, что промежуточный охладитель расположен намного ближе к выходу турбокомпрессора и корпусу дроссельной заслонки. Эта более близкая близость сокращает время, необходимое для прохождения воздуха через систему, быстрее вырабатывая мощность по сравнению с промежуточным охладителем, установленным на передней панели, который имеет большее расстояние, на которое воздух проходит, чтобы достичь выпускного отверстия и дроссельной заслонки. [40]

Фронтальные промежуточные охладители могут иметь потенциал для лучшего охлаждения по сравнению с устанавливаемыми сверху. Область, в которой расположен верхний промежуточный охладитель, находится рядом с одним из самых горячих участков автомобиля, прямо над двигателем. Вот почему большинство производителей включают в себя большие совки капота, чтобы помочь подавать воздух в интеркулер во время движения автомобиля, но на холостом ходу совок капота практически не дает никакой пользы. Даже во время движения, когда температура воздуха начинает повышаться, промежуточные охладители с верхним креплением имеют тенденцию к снижению производительности по сравнению с промежуточными охладителями с передней установкой.Чем больше расстояние, тем больше у воздуха, циркулирующего через передний охладитель, может быть больше времени для охлаждения. [40]

Впрыск метанола / воды []

Закачка метанола / воды применяется с 1920-х годов, но не использовалась до Второй мировой войны. Добавление смеси к впуску двигателей с турбонаддувом снизило рабочие температуры и увеличило мощность. Двигатели с турбонаддувом сегодня работают с высоким наддувом и при высоких температурах двигателя. При впрыскивании смеси во всасываемый поток воздух охлаждается по мере испарения жидкости.Внутри камеры сгорания он замедляет пламя, действуя аналогично топливу с более высоким октановым числом. Смесь метанол / вода обеспечивает более высокое сжатие из-за меньшей предрасположенности к детонации и, следовательно, более безопасного сгорания внутри двигателя. [41]

Соотношение топливовоздушной смеси []

Помимо использования промежуточных охладителей, обычной практикой является добавление дополнительного топлива во всасываемый воздух (известное как «работа двигателя на обогащенной смеси») с единственной целью охлаждения. Количество дополнительного топлива варьируется, но обычно снижает соотношение воздух-топливо до 11-13 вместо стехиометрического 14.7 (в бензиновых двигателях). Дополнительное топливо не сгорает (поскольку кислорода недостаточно для завершения химической реакции), вместо этого оно претерпевает фазовый переход от распыленного (жидкого) к газообразному. Этот фазовый переход поглощает тепло, а добавленная масса дополнительного топлива снижает среднюю тепловую энергию заряда и выхлопных газов. Даже когда используется каталитический нейтрализатор, работа двигателя на богатой смеси увеличивает выбросы выхлопных газов.

Wastegate []

Перепускная заслонка регулирует поток выхлопных газов, который поступает в приводную турбину на стороне выпуска, а, следовательно, воздухозаборник в коллектор и степень наддува. Этим можно управлять с помощью диафрагмы точки крепления вакуумного шланга, поддерживаемой давлением наддува (для вакуума и положительного давления для возврата обычно загрязненных маслом отходов в систему выпуска отработавших газов), чтобы заставить подпружиненную диафрагму оставаться закрытой до тех пор, пока точка перегрузки не будет определена ЭБУ или соленоид, управляемый электронным блоком управления двигателем или регулятором наддува.

Антипомпажные / сбросные / продувочные клапаны []

Антипомпажный клапан рециркуляционного типа

Двигатели с турбонаддувом, работающие при полностью открытой дроссельной заслонке и высоких оборотах, требуют большого объема воздуха для прохождения между турбонагнетателем и впускным отверстием двигателя.Когда дроссельная заслонка закрыта, сжатый воздух без выхода течет к дроссельной заслонке (т.е. воздуху некуда идти).

В этой ситуации помпаж может поднять давление воздуха до уровня, который может вызвать повреждение. Это связано с тем, что, если давление поднимается достаточно высоко, происходит остановка компрессора - накопленный сжатый воздух возвращается обратно через рабочее колесо и выходит из впускного отверстия. Обратный поток через турбокомпрессор заставляет вал турбины снижать скорость быстрее, чем это было бы естественно, что может привести к повреждению турбокомпрессора.

Чтобы этого не произошло, между турбонагнетателем и впуском установлен клапан, который сбрасывает избыточное давление воздуха. Они известны как антипомпажные, переключающие, байпасные, турбонаддувные, продувочные клапаны (BOV) или сбросные клапаны. Это предохранительный клапан, который обычно управляется вакуумом из впускного коллектора.

Основное назначение этого клапана - поддерживать вращение турбокомпрессора на высокой скорости. Воздух обычно рециркулирует обратно во впускной патрубок турбокомпрессора (переключающий или байпасный клапаны), но также может быть выпущен в атмосферу (продувочный клапан).Рециркуляция обратно во впускной патрубок турбонагнетателя требуется на двигателе, который использует систему впрыска топлива с массовым расходом воздуха, потому что сброс избыточного количества воздуха за борт после датчика массового расхода воздуха вызывает чрезмерно богатую топливную смесь - поскольку датчик массового расхода воздуха уже учел лишний воздух, который больше не используется. Клапаны, которые рециркулируют воздух, также сокращают время, необходимое для повторного запуска турбонагнетателя после внезапного замедления двигателя, поскольку нагрузка на турбонагнетатель, когда клапан активен, намного ниже, чем если бы воздушный заряд выходит в атмосферу.

Свободное плавание []

В 100-литровом двигателе этой карьерной машины Caterpillar установлен свободно плавающий турбонагнетатель.

Свободно плавающий турбонагнетатель - это самый простой тип турбонагнетателя. [42] Эта конфигурация не имеет перепускного клапана и не может управлять своими собственными уровнями наддува. [42] [43] Обычно они предназначены для достижения максимального наддува при полном открытии дроссельной заслонки. Свободно плавающие турбокомпрессоры вырабатывают больше мощности, потому что они имеют меньшее противодавление, но не могут использоваться в рабочих условиях без внешнего перепускного клапана. [42] [43]

Приложения []

Автомобили с бензиновым двигателем []

Первым легковым автомобилем с турбонаддувом была опция Oldsmobile Jetfire на модели F85 / Cutlass 1962–1963 годов, в которой использовался турбокомпрессор, установленный на полностью алюминиевый двигатель V8 объемом 215 куб. Дюймов (3,52 л). Также в 1962 году Chevrolet представила специальную серию Corvairs с турбонаддувом, первоначально называвшуюся Monza Spyder (1962–1964), а затем переименованную в Corsa (1965–1966), которая устанавливала турбокомпрессор на свой плоский шестицилиндровый двигатель с воздушным охлаждением.Эта модель сделала турбонагнетатель популяризованным в Северной Америке - и подготовила почву для более поздних моделей с турбонаддувом от Porsche на 911/930 1975 года выпуска, Saab на Saab 99 Turbo 1978–1984 годов и очень популярного Buick Regal / T Type 1978–1987 годов. / Гранд Националь. Сегодня турбонаддув распространен как на дизельных, так и на бензиновых автомобилях. Турбонаддув может увеличить выходную мощность для заданной мощности [44] или повысить топливную экономичность за счет использования двигателя меньшего объема. «Двигатель 2011 года» - это двигатель, который используется в Fiat 500, оснащенном турбонагнетателем MHI.Этот двигатель потерял 10% веса, что позволило сэкономить до 30% топлива, развивая ту же максимальную мощность (105 л. с.), что и 1,4-литровый двигатель.

Автомобили с дизельным двигателем []

Первым серийным легковым автомобилем с дизельным двигателем с турбонаддувом стал автомобиль Garrett [45] Mercedes 300SD, представленный в 1978 году. управляемость и производительность дизельных двигателей [46] [47] значительно увеличивают их популярность.Audi R10 с дизельным двигателем даже выигрывал 24-часовую гонку Ле-Мана в 2006, 2007 и 2008 годах.

Мотоциклы []

Первый пример мотоцикла с турбонаддувом - Kawasaki Z1R TC 1978 года выпуска. [48] В начале 1980-х годов несколько японских компаний производили высокопроизводительные мотоциклы с турбонаддувом, такие как CX500 Turbo от Honda - поперечно установленный V-образный двухцилиндровый двигатель с жидкостным охлаждением, также доступный в форме без наддува. С тех пор было выпущено несколько мотоциклов с турбонаддувом.Частично это связано с обилием доступных безнаддувных двигателей с большим рабочим объемом, которые предлагают преимущества по крутящему моменту и мощности по сравнению с двигателем меньшего объема с турбонагнетателем, но возвращают более линейные характеристики мощности. Голландский производитель мотоциклов EVA создает небольшую серию дизельных мотоциклов с турбонаддувом и 800-кубовым двигателем Smart CDI.

Грузовики []

Первый дизельный грузовик с турбонаддувом был произведен на заводе Schweizer Maschinenfabrik Saurer (Swiss Machine Works Saurer) в 1938 году. [49]

Самолет []

Естественное использование турбонагнетателя - и самое раннее известное его использование в любых двигателях внутреннего сгорания, начиная с экспериментальных установок в 1920-х годах - это авиационные двигатели. Когда самолет поднимается на большую высоту, давление окружающего воздуха быстро падает. На высоте 5486 м (18 000 футов) давление воздуха в воздухе составляет половину от уровня моря, а аэродинамическое сопротивление планера составляет лишь половину. Однако, поскольку заряд в цилиндрах выталкивается этим давлением воздуха, двигатель обычно производит только половину мощности при полном открытии дроссельной заслонки на этой высоте. Пилоты хотели бы воспользоваться преимуществом низкого лобового сопротивления на больших высотах, чтобы лететь быстрее, но безнаддувный двигатель не производит достаточно мощности на той же высоте для этого.

Приведенная ниже таблица используется для демонстрации широкого диапазона испытанных условий. Как видно из приведенной ниже таблицы, существует значительная возможность для принудительной индукции, чтобы компенсировать среду с более низкой плотностью.

Турбонагнетатель устраняет эту проблему, сжимая воздух обратно до давления на уровне моря (турбо-нормализация) или даже намного выше (турбонаддув), чтобы производить номинальную мощность на большой высоте.Поскольку размер турбокомпрессора выбирается для создания заданного давления на большой высоте, размер турбокомпрессора слишком велик для малой высоты. Скорость турбокомпрессора регулируется перепускным клапаном. В ранних системах использовался фиксированный перепускной клапан, в результате чего турбокомпрессор работал как нагнетатель. В более поздних системах использовался регулируемый вестгейт, управляемый либо вручную пилотом, либо с помощью автоматической гидравлической или электрической системы. Когда самолет находится на малой высоте, перепускная заслонка обычно полностью открыта, и все выхлопные газы выводятся за борт.Когда самолет набирает высоту и плотность воздуха падает, перепускная заслонка должна постоянно закрываться небольшими приращениями для поддержания полной мощности. Высота, на которой перепускная заслонка полностью закрывается, а двигатель продолжает работать на полную мощность, составляет критическую высоту . Когда самолет набирает высоту выше критической, выходная мощность двигателя уменьшается с увеличением высоты, как и в случае безнаддувного двигателя.

На старых самолетах с наддувом без автоматического управления наддувом пилот должен постоянно регулировать дроссельную заслонку, чтобы поддерживать необходимое давление в коллекторе во время подъема или снижения.Пилот также должен позаботиться о том, чтобы не перегрузить двигатель и не повредить его. Напротив, современные системы турбонагнетателей используют автоматический перепускной клапан, который регулирует давление в коллекторе в пределах параметров, заданных производителем. Для этих систем, пока система управления работает должным образом, а команды управления пилотом плавные и продуманные, турбонагнетатель не может чрезмерно форсировать двигатель и повредить его.

Тем не менее, в большинстве двигателей времен Второй мировой войны использовались нагнетатели, поскольку они сохраняли три значительных производственных преимущества по сравнению с турбокомпрессорами, которые были больше, включали дополнительные трубопроводы и требовали экзотических высокотемпературных материалов в турбине и предтурбинной части выхлопной системы. .Один только размер трубопровода - серьезная проблема; Американские истребители Vought F4U и Republic P-47 использовали один и тот же двигатель, но его огромный бочкообразный фюзеляж был отчасти необходим для крепления трубопроводов к турбонагнетателю и от него в задней части самолета. Поршневые двигатели с турбонаддувом также подлежат многим из тех же эксплуатационных ограничений, что и газотурбинные двигатели. Пилоты должны плавно и медленно регулировать дроссель, чтобы избежать превышения целевого давления в коллекторе. Топливно-воздушная смесь часто должна быть отрегулирована на стороне богатой смеси, необходимой для стехиометрического сгорания, чтобы избежать преждевременного воспламенения или детонации в двигателе при работе с высокими настройками мощности.В системах с ручным управлением перепускным клапаном пилот должен быть осторожен, чтобы не превысить максимальные обороты турбокомпрессора. Дополнительные системы и трубопроводы увеличивают размер, вес, сложность и стоимость авиационного двигателя. Авиационный двигатель с турбонаддувом стоит дороже в обслуживании, чем сопоставимый безнаддувный двигатель. Подавляющее большинство американских тяжелых бомбардировщиков времен Второй мировой войны, используемых USAAF, в частности, Wright R-1820 Cyclone-9 с двигателем B-17 Flying Fortress и Pratt & Whitney R-1830 Twin Wasp с двигателем Consolidated B-24 Liberator с четырьмя двигателями. Оба бомбардировщика с двигателями использовали аналогичные модели турбокомпрессоров, разработанных General Electric, [50] , как и американский истребитель Lockheed P-38 Lightning с двумя двигателями Allison V-1710 в годы войны.

Все вышеперечисленные авиационные двигатели времен Второй мировой войны имели центробежные нагнетатели с механическим приводом, как и было задумано с самого начала, а турбокомпрессоры (с промежуточными охладителями) были добавлены, по сути, как системы с двумя нагнетателями для достижения желаемых высотных характеристик.

Летательные аппараты с турбонаддувом часто имеют диапазон характеристик между самолетами с поршневыми двигателями без наддува и самолетами с турбинными двигателями. Несмотря на отрицательные моменты, самолеты с турбонаддувом летают выше для большей эффективности.Крейсерский полет также дает больше времени для оценки проблем перед вынужденной посадкой.

Однако, когда самолет с турбонаддувом набирает высоту, пилот (или автоматизированная система) может закрыть перепускную заслонку, прогоняя больше выхлопных газов через турбину турбокомпрессора, тем самым поддерживая давление в коллекторе во время набора высоты, по крайней мере, до тех пор, пока не будет достигнута критическая высота давления (когда перепускная заслонка полностью закрывается), после чего давление в коллекторе падает. С такими системами современные высокопроизводительные самолеты с поршневыми двигателями могут летать на высоте до 25 000 футов (выше которой требуется сертификация RVSM), где низкая плотность воздуха приводит к меньшему сопротивлению и более высокой истинной скорости полета.Это позволяет летать «над погодой». В системах вестгейта с ручным управлением пилот должен позаботиться о том, чтобы не перегружать двигатель, что вызывает детонацию, ведущую к повреждению двигателя.

Судовые и наземные дизельные турбокомпрессоры []

Шестицилиндровый судовой дизельный двигатель среднего размера с турбонаддувом и выхлопом на переднем плане.

Турбонаддув, который обычно используется в дизельных двигателях автомобилей, грузовиков, тракторов и лодок, также распространен в тяжелой технике, такой как локомотивы, корабли и вспомогательные источники энергии.

  • Турбонаддув может значительно улучшить удельную мощность двигателя и отношение мощности к весу, рабочие характеристики, которые обычно плохи в дизельных двигателях без турбонаддува.
  • Дизельные двигатели
  • не имеют детонации, поскольку дизельное топливо впрыскивается в конце такта сжатия или ближе к нему и воспламеняется исключительно за счет тепла сжатия наддувочного воздуха. Из-за этого в дизельных двигателях может использоваться гораздо более высокое давление наддува, чем в двигателях с искровым зажиганием, что ограничивается только способностью двигателя выдерживать дополнительное тепло и давление.

Турбокомпрессоры также используются в некоторых двухтактных дизельных двигателях, которые обычно требуют нагнетателя Рутса для аспирации. В этом конкретном применении, в основном в двигателях с электродвигателем (EMD) серий 567, 645 и 710, турбокомпрессор первоначально приводится в движение коленчатым валом двигателя через зубчатую передачу и обгонную муфту, тем самым обеспечивая всасывание для сгорания. После достижения сгорания и после того, как выхлопные газы достигли достаточной тепловой энергии, обгонная муфта автоматически отключается, и после этого турбокомпрессор приводится в действие исключительно выхлопными газами.В приложении EMD турбонагнетатель действует как компрессор для нормального всасывания во время запуска и настройки выходной мощности малой мощности и используется для настоящего турбонаддува при настройках выходной мощности средней и высокой мощности. Это особенно полезно на больших высотах, как это часто бывает на западных железных дорогах США. Турбонагнетатель может на мгновение вернуться в режим компрессора во время выполнения команд для значительного увеличения мощности двигателя.

Бизнес и усыновление []

Garrett Motion (ранее Honeywell Turbo Technologies), BorgWarner и Mitsubishi Turbocharger - крупнейшие производители в Европе и США. [2] [51] [52] Ожидается, что несколько факторов будут способствовать более широкому принятию турбонагнетателей потребителями, особенно в США: [53] [54]

  • Новые государственные цели по экономии топлива и выбросам. [51] [52]
  • Рост цен на нефть и внимание потребителей к топливной эффективности.
  • Только 10 процентов легковых автомобилей, продаваемых в Соединенных Штатах, оснащены турбокомпрессорами, что делает Соединенные Штаты развивающимся рынком, по сравнению с 50 процентами автомобилей в Европе с дизельными двигателями с турбонаддувом и 27 процентами с бензиновыми двигателями. [55]
  • Более высокие температурные допуски для бензиновых двигателей, шарикоподшипники в валу турбины и изменяемая геометрия уменьшают проблемы с управляемостью.

В 2017 году 27% автомобилей, проданных в США, были с турбонаддувом. [56] В Европе 67% всех транспортных средств были с турбонаддувом в 2014 году, и ожидается, что к 2019 году он вырастет до 69%. [57] Исторически более 90% турбокомпрессоров были дизельными, однако их применяют в бензиновых двигателях. растет. [54]

The U.S. Coalition for Advanced Diesel Cars настаивает на технологической нейтральной политике государственных субсидий экологически чистых автомобильных технологий. В случае успеха государственные субсидии будут основываться на стандартах корпоративной средней экономии топлива (CAFE), а не на поддержке конкретных технологий, таких как электромобили. Политические сдвиги могут резко изменить прогнозы усыновления. [58] Продажи турбокомпрессоров в США увеличились, когда федеральное правительство повысило корпоративные целевые показатели экономии топлива до 35. Почему загораются грузовики. Австралийская ассоциация поставщиков автомобильного транспорта (ARTSA). Ноябрь 2006. Дата обращения 22 июля 2020.

Внешние ссылки []

ЧТО ТАКОЕ ТУРБОКОМПЕНСАТОР И РАБОТА ТУРБОКОМПЕНСАТОРА

A Турбокомпрессор - это устройство, которое используется для увеличения мощности двигателя или, можно сказать, повышения эффективности двигателя за счет увеличения количества воздуха, поступающего в камеру сгорания. Больше воздуха в камеру сгорания означает, что в цилиндр будет поступать большее количество топлива, и в результате вы получите больше мощности от того же двигателя, если в нем будет установлен турбокомпрессор .

Многие путают TURBOCHARGER и SUPERCHARGER . Функция нагнетателя такая же, как у турбокомпрессора , но нагнетатель приводится в действие механически двигателем, часто с помощью ремня, соединенного с коленчатым валом, тогда как турбокомпрессор приводится в действие турбиной, приводимой в действие выхлопными газами двигателя. Турбокомпрессор считается более эффективным, чем нагнетатели, поскольку они используют потерянную энергию выхлопных газов в качестве источника энергии.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ТУРБОКОМПЕНСАТОРА

Количество двигателя, которое фактически входит в цилиндр двигателя, по сравнению с теоретическим количеством, если двигатель может поддерживать атмосферное давление, называется объемным КПД, а цель турбокомпрессора - повысить объемный КПД двигателя за счет увеличения плотности впуск газа .

Турбокомпрессор всасывает воздух из атмосферы и сжимает его с помощью центробежного компрессора до того, как он попадет во впускной коллектор под повышенным давлением.Это приводит к тому, что большее количество воздуха поступает в цилиндры на каждом такте впуска. Центробежный компрессор получает энергию за счет кинетической энергии выхлопных газов двигателя.

Турбокомпрессор состоит из трех основных компонентов

  1. Турбина, которая представляет собой почти турбину с радиальным притоком.
  2. Компрессор, практически центробежный компрессор.
  3. Узел вращения центральной ступицы.

РАБОТА ТУРБОКОМПЕНСАТОРА

A Турбокомпрессор в основном состоит из двух основных частей: турбины и компрессора. Турбина состоит из турбинного колеса и корпуса турбины, цель которых - направлять выхлопные газы в турбинное колесо. Кинетическая энергия выхлопных газов преобразуется в механическую после попадания их на лопатки турбины. Выхлопное отверстие помогает выхлопным газам выходить из турбины.Колесо компрессора в турбокомпрессоре прикреплено к турбине с помощью стального вала, и по мере того, как турбина вращает колесо компрессора, оно втягивает высокоскоростной воздушный поток низкого давления и преобразует его в воздух высокого давления и низкой скорости.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *