Принцип работы турбокомпрессора дизельного двигателя: Как работает турбина на дизельном двигателе

Содержание

Эксплуатация и принцип работы турбины на дизельном двигателе

Гениальная идея использования выхлопных газов для разгона ротора позволила создать турбированный дизельный двигатель внутреннего сгорания и увеличить его мощность на 40–50%. Это притом, что во время работы в обычном режиме выброс газов сопровождается снижением коэффициента полезного действия в пределах 30 — 40%.

Принцип работы турбины дизельного двигателя основан на увеличении количества воздуха, смешиваемого с топливом и поступающего в камеру сгорания. За один и тот же период времени и при равных объемах цилиндров, двигатель с турбонаддувом может сжечь большее количество топлива, чем движок, не оснащенный таким устройством. А значит, его мощность и КПД в единицу времени значительно возрастет.

Рассмотрим устройство турбины дизельного двигателя, как работает, и каким образом достигаются такие показатели.

Конструктивные элементы системы

Для осуществления возложенных функций, система турбонаддува состоит из двух основных частей:

  1. Компрессор;
  2. Турбина.

Компрессор служит для нагнетания атмосферного воздуха в систему подачи топлива. Он состоит из корпуса и расположенной в нем крыльчатки, которая, вращаясь, всасывает воздух. Чем выше ее скорость вращения, тем больше объем принятого воздуха. Увеличению скорости способствует работа турбины.

Она также состоит из корпуса с крыльчаткой (ротором), которая приводится в движение выхлопными газами. В корпусе газы проходят через специальный канал, имеющий форму улитки, что позволяет им увеличить скорость.

Как работает турбонаддув дизельного двигателя

Ротор турбины и крыльчатка компрессора жестко закреплены на одном валу. Таким образом, скорость вращения ротора передается крыльчатке. Круг замыкается:

  • Через компрессор воздух из атмосферы, смешиваясь с топливом, подается в цилиндры двигателя;
  • Смесь сгорает, приводя в движение поршни, и образовавшиеся в результате газы поступают в выпускной коллектор;
  • Здесь они принимаются в корпус турбины, разгоняются в канале и на выходе взаимодействуют с ротором, заставляя его вращаться;
  • Ротор через вал передает вращение крыльчатке компрессора, которая всасывает в корпус атмосферный воздух.

Получается взаимосвязанная схема работы, когда количество всасываемого воздуха зависит от скорости вращения крыльчатки и, наоборот, крыльчатка вращается быстрее при большем количестве забираемого воздуха.

Принцип работы турбонаддува имеет два момента, называемые турбоямой и турбоподхватом.

Первый момент характеризуется задержкой в работе турбины после увеличения подачи топлива нажатием на педаль газа, так как для разгона ротора выхлопными газами требуется время.

Вслед за турбоямой наступает момент турбоподхвата, когда разогнавшийся ротор резко увеличивает подачу воздуха в цилиндры, повышая мощность двигателя.

Регулировка давления наддува

Турбонаддув дизельного двигателя повышает его мощность за счет возрастания давления выхлопных газов, являющихся результатом увеличения числа оборотов и интенсивности работы мотора. Этот же процесс повышает давление наддува. Если его не регулировать, то на самых высоких оборотах оно может достичь опасных значений, приводящих к поломкам и механическим повреждениям.

Регулировка давления производится с помощью выпускного предохранительного клапана, а контроль максимально допустимого значения — с помощью мембраны и пружины определенной жесткости.

Суть работы: при достижении предельного значения давления, мембрана, установленная в корпусе компрессора, преодолевает воздействие пружины и открывает регулировочный клапан.

Давление регулируют как на стороне компрессора, так и на стороне турбины:

  1. Работающий турбокомпрессор сбрасывает в атмосферу через выпускной клапан излишки забранного воздуха, тем самым снижая давление.
  2. В турбине клапан выпускает отработанные газы под воздействием мембраны компрессора, когда давление всасываемого воздуха достигает максимального уровня. Благодаря этому, ротор вращается с установленной скоростью, а компрессор не забирает лишний воздух и не увеличивает давление.

Второй вариант расположения клапана позволяет изготавливать системы меньших габаритов. Кроме того, турбонагнетатель с клапаном в компрессоре подвержен чрезмерному нагреву из-за повышенной температуры выпускаемого воздуха, что негативно сказывается на эффективности его работы.

Поэтому турбонаддув дизельного двигателя чаще оснащают регулировочным клапаном в турбине, а регулировку в компрессоре используют в качестве дополнения.

Система смазки

Смазка вала турбонагнетателя осуществляется смазочной системой двигателя.

На вал устанавливают уплотнительные кольца, предотвращающие проникновение масла в полости корпусов компрессора и турбины. Они же предохраняют корпуса от перегрева. Но герметичность обеспечивается не столько уплотнениями, сколько разностью величины давления в различных частях агрегата. Эту разницу давлений создает турбинная ось (вал), имеющая неравномерный диаметр.

Особая форма литья корпуса, в котором расположен вал, также способствует удержанию масла.

Если мотор не развивает требуемую мощность, это может быть симптомом неисправности турбонаддува. Наиболее часто встречающиеся проблемы — загрязнение воздушного фильтра или потеря герметичности впускного коллектора. Кроме потери мощности, их можно диагностировать по несвойственному для исправной машины цвету и количеству дыма, выходящего из выхлопной трубы.

Недостатки турбокомпрессоров

Принцип работы турбины на дизельном двигателе создает и негативные факторы:

  • Повышенный расход горючего. Возможность сжечь большее количество солярки за счет увеличенного объема подачи воздуха, вместе с мощностью повышает и «прожорливость» машины. Уменьшить аппетит до разумных пределов позволяет правильная регулировка системы.
  • Положительные стороны наддува приводят к многократному повышению температуры во время такта сжатия, что может вызвать детонацию в двигателе. Решается эта проблема установкой охладителей, регуляторов и прочих элементов.

Правила эксплуатации

Чтобы в полной мере использовать ресурс турбины дизельного мотора и продлить ее срок службы, необходимо выполнять ряд условий:

  • Регулярно менять масло в системе, чтобы не допустить попадания абразива в маслопровод и его засорения.
  • Применять только качественное масло, имеющее сертификат, той марки, которая соответствует указанной в паспортных данных двигателя.
  • Прогревать мотор перед началом движения и не давать холодному двигателю высоких нагрузок.
  • Никогда резко не отключать движок, а после остановки автомобиля давать ему возможность поработать несколько секунд на холостых оборотах.

Принцип работы турбокомпрессора для дизельного двигателя

Для точного определения неисправностей, связанных с турбокомпрессором, необходимо знание принципа его работы. Нижеприведеннная информация относится к турбокомпрессорам массовых дизельных двигателей, поскольку они достаточно просты.

Турбокомпрессор — это компрессор, или воздушный насос, который приводится от турбины. Турбина вращается за счет использования энергии потока отработавших газов. Частота вращения турбокомпрессора дизельного двигателя находится в пределах от 1000 до 130.

000 об/мин (это значит, что лопатки турбины разгоняются почти до линейной скорости звука). Турбина непосредственно соединяется с компрессором жесткой осью. Компрессор засасывает через воздушный фильтр свежий воздух, сжимает его и затем под давлением подает во впускной коллектор двигателя. Чем больше воздуха подается в цилиндры, тем больше топлива может сгореть, а это повышает мощность двигателя.

Теоретически существует равновесие мощностей между турбиной и компрессором турбокомпрессора. Чем большую энергию имеют отработавшие газы, тем быстрее будет вращаться турбина. Как следствие, компрессор тоже будет вращаться быстрее.


Турбокомпрессор Garrett в разобранном виде

Турбина

Турбина состоит из корпуса и ротора. Отработавшие газы из выпускного коллектора двигателя попадают в приемный патрубок турбокомпрессора. Проходя по постепенно сужающемуся внутреннему каналу корпуса турбины, они ускоряются, а пройдя этот имеющий форму улитки корпус, направляются к ротору турбины и приводят ее во вращение.

Скорость вращения турбины определяется размером и формой канала в ее корпусе. Это напоминает поливочный шланг: чем больше вы перекрываете пальцем выходное отверстие, тем дальше бьет струя воды. Размеры турбины и ее корпуса зависят от конкретного двигателя.

Корпусы турбин значительно различаются в зависимости от сферы применения. Корпус турбины двигателя грузовика может быть разделен на два параллельных канала, поэтому на ротор воздействуют два потока отработавших газов. При таком типе корпуса становится возможным использование импульсного движения потока газов и достижение резонансных явлений. Отсюда и обязательность разделения выпускных каналов для каждого цилиндра.

В корпусе турбины, имеющем двойной канал, каждый поток распределяется по всей поверхности ротора турбины. Другая конструкция корпуса с двумя каналами позволяет использовать импульсы давления (поток распределяется симметрично с каждой стороны ротора).

В случае системы с постоянным давлением используется только энергия поступательного движения отработавших газов. При этом могут применяться только корпусы турбины с одним каналом. Этот вариант используется в корпусах с водяным охлаждением, которые применяются на судовых двигателях.

В турбокомпрессоры с большим объемом часто устанавливают дополнительное кольцо с направляющими лопатками. Оно облегчает создание постоянного потока отработавших газов на роторе турбины и делает возможным регулирование потока внутри ее корпуса.

Корпус турбины отливается из сплава с высокой термостойкостью. Ротор турбины также изготавливается из высококачественных материалов, имеющих высокую температурную стойкость. Ту часть, через которую входят отработавшие газы, называют впуском, а идущую к выхлопной трубе — выпуском.

На оси жестко крепится ротор турбины. Материал оси отличается от материала, используемого для ротора турбины. Сборка этого соединения осуществляется следующим способом. Ось и ротор, вращающиеся в противоположных направлениях на очень большой скорости, прижимают друг к другу. Выделяющееся при трении тепло сплавляет их друг с другом, образуя неразъемное соединение.

Ось в месте соединения пустотелая. Эта пустота затрудняет передачу тепла от ротора турбины к ее оси. На оси со стороны турбины имеется углубление, в котором располагается уплотнительное кольцо. Рабочая поверхность радиальных подшипников упрочняется и полируется.

Выступающий бортик, на который будет запрессовано кольцо, обрабатывается с высокой точностью. На более тонкий конец оси устанавливается ротор компрессора; там имеется резьба, на которую навинчивается предохранительная гайка для закрепления ротора. После того, как ось изготовлена, она должна быть отбалансирована с максимально возможной точностью прежде чем она будет установлена в корпус.

Компрессор

Компрессор состоит из корпуса и ротора. Размеры компрессора определяются количеством воздуха, требуемого для двигателя, и скоростью вращения турбины. Ротор компрессора жестко закреплен на оси турбины и, следовательно, вращается с той же скоростью, что и ротор турбины.

Лопатки ротора компрессора, изготавливаемые из алюминия, имеют такую форму, что воздух засасывается через центр ротора. Всасываемый таким образом воздух направляется к периферии ротора и при помощи лопаток отбрасывается на стенку корпуса компрессора. Благодаря этому воздух сжимается и через впускной коллектор попадает в двигатель. Корпус компрессора также изготовлен из алюминия.

Корпус оси

Смазка турбокомпрессора производится от системы смазки двигателя. Корпус оси образует центральную часть турбокомпрессора, расположенную между турбиной и компрессором. Ось вращается в подшипниках скольжения. Моторное масло по каналам проходит между корпусом и подшипниками, а также между подшипниками и осью. В большинстве турбокомпрессоров радиальные подшипники вращаются со скоростью, равной половине скорости оси.

В настоящее время появились конструкции, в которых подшипник неподвижен, а ось вращается в масляной ванне. Масло не только служит для смазки оси, но и охлаждает ее, подшипники и корпус.

Для уплотнения с двух сторон турбокомпрессора устанавливаются маслоотражательные прокладки. С двух сторон устанавливаются также уплотнительные кольца.

Но, несмотря на то, что эти кольца помогают избежать утечек масла, они в действительности не являются уплотнительными прокладками. Их нужно рассматривать как элемент, затрудняющий утечку воздуха и газов между турбиной, компрессором и корпусом оси. В обычном режиме работы турбокомпрессора давление в турбине и компрессоре больше давления в корпусе оси. Часть газов из турбины и часть воздуха, сжатого в компрессоре, попадают в корпус оси и вместе с моторным маслом по сливному маслопроводу проходят в масляный картер двигателя.


На рисунке показан путь, по которому проходит масло внутри корпуса оси турбокомпрессора Garrett T04B

Все масляные уплотнения динамического типа, т.е. работают на принципе разности давлений:

1. Разница в диаметрах оси из-за действия центробежных сил образует разность давлений, что затрудняет просачивание масла к турбине.

2. Со стороны турбины уплотнительные кольца расположены в выточках (как в корпусе оси так и на самой оси). Этот же принцип установки колец применен и со стороны компрессора.

Уплотнительные кольца являются элементом, играющим главную роль в обеспечении герметичности. Кроме того, они передают тепло с оси на корпус.

3. Уплотнительное кольцо вращается с той же скоростью, что и ось. Благодаря имеющимся в нем трем отверстиям создается противодавление маслу.

4. Внутренняя форма корпуса оси на уровне кольца герметичности весьма своеобразна с целью предотвращения просачивания масла к компрессору.

5. Давление в компрессоре и турбине вытесняет масло в корпус оси.

Когда обороты двигателя низкие или он работает без нагрузки, давление в корпусе оси больше, чем в компрессоре. В компрессоре воздух отжимается от центра на периферию и сжимается. Этот же эффект мы можем наблюдать при быстром размешивании кофе в чашке: кофе будет отброшен на стенки чашки. Воздух в компрессоре завихряется и отбрасывается на стенки компрессора, после чего этот сжатый воздух поступает в двигатель. Поэтому становится ясно, почему в случае слабого наддува в двигателе с турбокомпрессором (т. е. когда давление турбокомпрессора близко к нулю) за ротором компрессора образуется небольшое разрежение.

Естественно, при работе компрессора могут иметь место утечки масла из корпуса оси в компрессор. Скорость вращения оси турбокомпрессора может быть настолько высокой, что избежать утечек масла, используя обычные манжеты (устанавливаемые, к примеру, в коробке передач), невозможно.

Поэтому в корпус оси устанавливают несколько уплотнительных колец, используя разные методы для наиболее качественного уплотнения мест возможной утечки масла.

Вот некоторые из них:

Механический сливной маслопровод турбокомпрессора Garrett. В этом компрессоре главную роль при уплотнении играет уплотнительное кольцо. Когда двигатель работает на малых оборотах либо без нагрузки, за ротором компрессора образуется область пониженного давления (разрежения). Масло и газы, которые находятся в корпусе оси, устремляются между задней пластиной и уплотнительным кольцом к компрессору. Когда эта смесь проходит через отверстия кольца, масло, более тяжелое, чем газы, отбрасывается к наружной стороне кольца, но остается в корпусе оси, в то время как газы продолжают свое движение в компрессоре.

Таким образом, уплотнительное кольцо, которое вращается на большой скорости вместе с осью турбокомпрессора, действует как центробежный сепаратор масла.

Пластина для отвода масла. Большинство производителей турбокомпрессоров в той или иной форме используют эту схему. Это неподвижная пластина, расположенная поперечно со стороны компрессора.

Масло, идущее от уплотнительных колец, стекает по внутренней стороне пластины вниз, то есть к отверстию для слива масла. Верхняя часть этой пластины имеет такую форму, что она постоянно находится выше нормального уровня масла в корпусе оси. В случае возможного образования разрежения в компрессоре газы засасываются легче, чем более тяжелое масло.

Со стороны турбины проблема отвода масла не так важна, если принять во внимание, что в нормальных условиях давление в турбине всегда выше, чем в корпусе оси. При некоторых условиях эксплуатации может иметь место падение давления в турбине; в таком случае требуется установка пластины для отвода масла со стороны турбины.

Любая конструкция корпуса оси подразумевает также необходимость максимального снижения теплообмена между турбиной с уплотнительными кольцами и компрессором. С этой целью со стороны турбины устанавливается термоизоляционная прокладка, а в корпусе оси имеется множество элементов для теплообмена. Например, в турбокомпрессорах (Garrett для дизельных двигателей с марта 1989 года используется корпус оси, имеющий ребра охлаждения.

Регулировка давления наддува

Мощность дизельного двигателя ограничена максимальным числом оборотов, равным приблизительно 5000 об/мин. Ее можно поднять, только увеличив рабочий объем двигателя или степень сжатия.

По соображениям ограничения массы и размеров автомобиля его оснащают как можно меньшим двигателем, который будет работать с максимальными оборотами, чтобы обеспечить требуемую мощность.

Дизельный двигатель работает в широком диапазоне чисел оборотов. Соответствие мощности турбины и нерегулируемого компрессора турбокомпрессора означает соответствие создаваемого последним давления энергии отработавших газов. Увеличивая мощность двигателя (например, нажимая на педаль акселератора), мы увеличиваем как количество отработавших газов, так и давление наддува. Недостатком этой конструкции будет создание слишком высокого давления на максимальных оборотах. Повреждения двигателя избегают, ограничивая давление.

Принцип работы регулятора давления.
Давление наддува в компрессоре воздействует на мембрану, которая прижимается пружиной. Когда сила сжатой пружины преодолевается, открывается регулировочный клапан, уменьшая поток отработавших газов через турбину и удерживая таким образом давление наддува ниже определенного предела, при превышении которого двигатель был бы поврежден. В турбокомпрессорах для дизельных двигателей этот клапан почти всегда встроен в корпус турбины. Этим достигается компактность конструкции и точность работы.

На рисунке представлен в разрезе регулировочный клапан фирмы Garrett.


1 — корпус турбины; 2 — клапан; 3 — уплотнение; 4 — направляющая пружины; 5 — пружины; 6 — клапан; 7 — контргайка; 8 — крышка с отводом воздуховода; 9 — вентиляционный канал

Верхняя часть стержня клапана полая. Эта полость заканчивается на середине стержня боковым отверстием. Обычно давление во впускном трубопроводе над мембраной выше давления в корпусе. Вот почему более холодный воздух из компрессора циркулирует по полости в стержне к точке крепления стержня в корпусе турбины и затем по вентиляционному воздуховоду к корпусу турбины. Крышка Мембраны зажата на корпусе клапана таким образом, что на практике никакая регулировка усилия пружины невозможна. Если предохранительный клапан не работает как надо, корпус турбины вместе с клапаном должен быть заменен полностью.

Работа предохранительного клапана фирмы KKK.
Этот клапан также может быть встроен в выхлопную трубу, как отдельно от корпуса турбины, так и в ней. Чтобы максимально уменьшить передачу тепла, встраивают множество теплоизоляционных элементов. Кроме этого, корпус клапана имеет ребра охлаждения, которые поглощают тепло и рассеивают его в окружающий воздух.

Давление наддува можно также регулировать со стороны компрессора. При определенном давлении регулировочный клапан открывается и выпускает часть воздуха в атмосферу или во впускной трубопровод перед компрессором. Эта система, правда, имеет два недостатка. Во-первых, выпускаемый воздух имеет повышенную температуру, поэтому термодинамические преимущества турбокомпрессора уменьшаются. Во-вторых, если давление регулируется только компрессором, требуется слишком большая турбина, чтобы в любой момент времени обеспечить нужную производительность компрессора. Это вызывает увеличение времени реакции на нажатие педали акселератора, поскольку турбокомпрессор срабатывает с запаздыванием.

На практике клапан у компрессора используется как дополнительная защита от повышения давления совместно с регулятором давления наддува.

Корпус оси

С уменьшением размеров турбины и компрессора общая величина современных турбокомпрессоров также уменьшается. При этом турбина располагается все ближе к компрессору.

Передача тепла от турбины к компрессору по оси и корпусу оси неблагоприятно сказывается на надежности и долговечности корпуса, а также ухудшает теплоотдачу турбокомпрессора: воздух должен быть как можно более холодным, поскольку холодный (более плотный) воздух содержит больше кислорода, чем горячий.

В ходе развития турбокомпрессоров для автомобильных дизельных двигателей конструкторы постоянно искали новые возможности воспрепятствования передаче тепла. При изготовлении корпуса оси стали встраивать большее количество термокомпенсационных элементов, увеличили количество содержащегося в корпусе масла.

Так, фирма Garrett изготовила «морщинистый» корпус оси, разработанный специально для автомобильных двигателей. Этот корпус устанавливается на турбокомпрессоре TЗ той же фирмы. Благодаря особой форме корпуса достигнуто снижение температуры на его внутренней поверхности, при этом пиковые температуры снижены:

а) усилением вентиляции вокруг основания турбины, что значительно улучшает циркуляцию масла и отвод тепла;

б) увеличением размеров металлических деталей, чтобы ускорить поглощение тепла;

в) использованием охлаждающих ребер для улучшения отвода тепла от основания турбины.

 

Двигатель

Принцип работы турбины – как она работает


Турбокомпрессор или попросту турбина – это дополнительное устройство двигателя, которое для своей работы использует энергию отработавших газов. Что позволяет увеличить мощность двигателя на величину от 25% до 100%. Прежде чем понять, как работает турбокомпрессор, стоит рассмотреть функционирование двигателя внутреннего сгорания.

Принцип работы ДВС

Любой двигатель внутреннего сгорания, дизельный или бензиновый, работает на принципе получения энергии, образующейся от воспламенения топливовоздушной смеси в камерах сгорания. Через впускные клапаны в цилиндр подается отфильтрованный внешний воздух и впрыскивается топливо, причем при пассивной подаче воздуха, в цилиндр подается дозированное количество топлива. Именно эта смесь сгорает в цилиндре и заставляет двигаться поршень, который передает свою кинетическую энергию на ходовую систему автомобиля. Чем больше такой смеси подается и сгорает в цилиндрах, тем больше выходной крутящий момент и соответственно выше общая мощность мотора.

Принцип работы турбины

Для увеличения подачи воздуха в цилиндр, без изменения объема самого цилиндра, используют турбокомпрессор. При работе турбины используются продукты сгорания топливной смеси, которые приводят в действие роторный механизм турбокомпрессора, с помощью которого атмосферный воздух принудительно нагнетается в цилиндры (турбонаддув). И, благодаря этому, в цилиндр подается и большая дозировка топлива. Во время нагнетания, воздух может нагреваться, из-за чего уменьшается его плотность и масса в цилиндрах. Для подачи большего количества воздуха, его необходимо охладить. Для лучшего охлаждения используется радиаторное устройство, называемое интеркулером, который устанавливается на выходе из холодной части турбокомпрессора и через который проходит воздух перед попаданием в цилиндры. На следующем этапе поршень всасывает этот охлажденный воздух через впускные клапаны и одновременно в камеру сгорания подается топливо, образуется топливовоздушная смесь. Возгорание топливной смеси происходит от искры (бензиновые двигатели), либо от сжатия (дизельные двигатели). После того, как произошло сгорание порции смеси, продукты горения выбрасываются через выпускной клапан и попадают снова в турбину, на ее ротор. Таким образом, она работает без участия движущих частей двигателя, используя энергию потока выхлопных газов.

Для каждого двигателя турбокомпрессор подбирается индивидуально, исходя из его собственной мощности и объема. Причем величина наддува зависит от геометрических параметров (размеров) улиток, компрессорного колеса, ротора турбины. Некоторые конструкции двигателей оборудуют не одной турбиной, а двумя: одинакового размера – би-турбо, разного размера – твин-турбо. В последнее время широкое распространение получили турбокомпрессоры с механизмом изменяемой геометрии. Стоит отметить, что сложность, а соответственно и стоимость ремонта турбины зависит от ее конструктивных особенностей и модификации.

Механизм изменяемой геометрии

Такой механизм позволяет дозировать подачу отработавших газов на колесо в турбине (ротор). Тем самым, позволяет оптимизировать работу турбокомпрессора на различных оборотах.

Это достигается за счет движения специальных лопаток, смонтированных на кольце геометрии. Они синхронно передвигаются, получая движение от вакуумного актуатора или электронного сервопривода в определенный момент, и контролируют наддув. Как правило, устанавливаются они на дизельных ДВС, потому как температура выхлопных газов у бензиновых моторов выше, чем у дизеля, соответственно лопатки геометрии могут деформироваться. Такие турбины позволяют оптимизировать процесс турбонаддува, что приводит к уменьшению расхода топлива и вредных выбросов при одновременном повышении мощности и крутящего момента.

Многие автомобилисты ошибочно полагают, что турбокомпрессор начинает включаться в работу с оборотов мотора от 1500-2000 об/мин. На самом деле, он запускается сразу после заводки автомобиля и работает на холостом ходу. А оптимальных оборотов достигает в диапазоне свыше 1500 об/мин.

Турбокомпрессор достаточно надежный агрегат, однако если Вы столкнулись с его поломкой, решить проблему Вам помогут специалисты ТурбоМикрон. Мы производим замену турбины на автомобиле, а также ремонт снятых с авто турбокомпрессоров.

Принцип работы дизельной турбины, как работает турбина дизельного двигателя ⋆ блог компании Turbovector

Деталь раскручивается силой отработанных газов. Турбокомпрессором называется воздушный насос, приводимый в движение турбиной. Дизельный двигатель разгоняет лопатки до 130 000 оборотов в минуту. Сгорание топлива происходит более полно, расход снижается, а КПД увеличивается. Дополнительно уменьшается количество вредных выбросов в атмосферу.

Схема узла

Турбина соединена с компрессором жёсткой осью. Компрессор втягивает и спрессовывает воздух, и под давлением выдувает в коллектор двигателя. Чем выше давление, тем большее количество газов подаётся в двигатель. Возрастает КПД, скорость разгона, манёвренность.

Существует прямо пропорциональная зависимость между давлением, с которым подаётся воздух, и быстротой движения турбины. Бесконечно наращивать нагнетаемый объём воздуха нельзя, так как существуют предельные нагрузки на крыльчатки.

Конструкция турбонаддува

Деталь состоит из корпуса и ротора. Газы под давлением выдуваются из выпускного коллектора двигателя в приёмный патрубок турбокомпрессора. В узком канале происходит ускорение. Газы попадают на улитку турбины, затем раскручивают ротор. На скорость влияет размер и форма внутреннего канала.

Модификации

Модели для дизельных, бензиновых двигателей, а также грузовиков и тяжёлой техники отличаются по внутреннему строению корпуса. Для наращивания мощности автобусов и грузовой техники применяют 2 параллельных канала. Ротор разгоняют 2 синхронных воздушных потока.

Турбокомпрессоры большого объёма специально комплектуют кольцом с направляющими лопатками. Это позволяет создать равномерную струю воздуха на роторе. Также появляется возможность регулировать скорость и мощность воздушной массы.

Комплектующие изготавливают из тугоплавких металлов, выдерживающих 1000-1150 °С. Ось, на которой закреплён ротор, менее тугоплавкая.

Способ сборки:

  • • Ротор и ось соединяют. В процессе обе детали вращаются в противоположные стороны. Трение образует большое выделение тепла. Происходит сплавление.
  • • В месте контакта ось имеет внутреннюю полость. Это необходимо для изоляции жара от ротора.
  • • Ближе к корпусу турбины в выемке на оси размещают уплотнительное кольцо.
  • • Радиальные подшипники полируют.
  • • Один конец оси отливается меньшего диаметра и заострённым. На него надевается ротор с закрепительной резьбой. Навинчивающаяся гайка плотно удерживает запчасть на месте.

Ось подлежит обязательной балансировке, как и все части турбокомпрессора. Проводится минимум два этапа балансировки: отдельно и в сборке – перед установкой на двигатель.

Компрессор

Узел включает корпус и ротор. Величина зависит от объёма двигателя и общего размера транспортного средства. Чем больше ротор, тем ниже предельная скорость вращения. Ротор компрессора неразрывно связан с осью и движется с одинаковой быстротой по сравнению с ротором турбины.

Форма алюминиевых лопаток продумана для втягивания воздуха через середину детали. Газы подталкиваются к краям ротора и лопатками передаются на стенки картриджа. Этот механизм сжимает воздух до размеров впускного коллектора. Картридж турбокомпрессора обычно отливают из алюминия.

Корпус подшипников

Центральная ось является связующим звеном между компрессором и турбиной. Движение оси задаётся подшипниками. Между ними, корпусом и осью течёт моторное масло. Оно смазывает всю систему, включая двигатель.

Существуют модели со стационарным подшипником. Смазывание оси производится благодаря наличию масляной ванны. Такой механизм изолирован от системы двигателя. Конструкция хороша тем, что жидкость не только снижает трение, но и остужает механизм в процессе работы.

Комплект из маслоотражательных прокладок и уплотнительных колец служит для предотвращения утечки масла. Расходники прикрепляются по обе стороны турбокомпрессора. Дополнительно затрудняется прохождение воздуха между турбиной, компрессором и осью. Это необходимо, так как внутреннее давление компрессора и турбины превосходит его же в корпусе оси.

Чтобы нивелировать разницу, часть газов и воздуха спускается в картер двигателя вместе с текущим моторным маслом.

Динамические уплотнения

  • • Уплотнительное кольцо раскручивается по ходу движения оси с аналогичной быстротой. Три отверстия позволяют создать противовес давлению масла.
  • • Внутренний дизайн картриджа в том месте, где снаружи крепится кольцо, имеет специальную конструкцию для изоляции протечек.

Заказать ремонт или замену дизельной турбины в Минске недорого можно по телефону +375 (29) 123 59 55 или через форму на сайте turbovector.by.

Принцип работы турбокомпрессора

Турбина – это понятие, которое знакомо каждому автомобилисту. Это устройство позволяет существенно повысить мощностные характеристики двигателя путем использования энергии выхлопных газов. В этой статье мы рассмотрим основные функции и принцип работы турбокомпрессора.

Функции турбокомпрессора

Чтобы оценить важность турбокомпрессора, для начала нужно рассмотреть принцип работы автомобильного двигателя. На этот агрегат подается топливо, воспламеняющееся и сгорающее при контакте с воздухом. Излишки, которые остаются после этого, выходят через выхлопную трубу в виде газов. Этот цикл происходит в течение 4-х тактов работы поршней в цилиндрах.

Функция турбины заключается в том, что она дополнительно нагнетает воздух в цилиндры, увеличивая количество сгораемого топлива. Большой объем воздуха, подаваемого в топливную систему, достигается благодаря компрессии. В результате при движении поршня во время воспламенения увеличивается мощность двигателя.

Принцип работы турбокомпрессора

Таким образом, турбокомпрессор работает по принципу воздушного насоса. При сгорании топлива горячие газы поступают на лопатки первого колеса турбокомпрессора, приводя его в движение. После этого начинает вращаться второе колесо. За счет этого происходит всасывание воздуха снаружи, его сжатие и подача на цилиндры двигателя.

Воздух при попадании в турбину подвергается интенсивному нагреву. Чтобы добиться необходимой компрессии и остудить его перед подачей в камеру сгорания, используется промежуточный охладитель, также известный как интеркулер. Это устройство выполняет такие важные функции:

  • Остужает воздух.
  • Уменьшает его объем.
  • Снижает температуру внутри камеры сгорания.

Порою интеркулера оказывается недостаточно для достижения требующейся компрессии. В таких случаях дополнительно используется вентилятор, обеспечивающий снижение температуры до необходимого уровня.

Несмотря на кажущуюся простоту принципа работы турбокомпрессора, с точки зрения конструкции это устройство является очень сложным. Чтобы добиться необходимого уровня сгорания топлива, все составные части турбин должны работать слаженно. При возникновении малейших сбоев эффективность работы двигателя существенно снизится. А в крайних случаях он и вовсе может выйти из строя.

Автомобильные турбины и турбокомпрессоры – принцип работы


ПРИНЦИП РАБОТЫ


Для получения более четкого представления о принципе работы турбокомпрессора, необходимо ознакомиться с системой функционирования двигателя внутреннего сгорания. На сегодняшний день, большинство дизельных легковых и грузовых автомобилей оснащаются 4-х тактными поршневыми двигателями, работа контролируется при помощи впускных и выпускных клапанов. Каждый рабочий цикл состоит из 4 тактов при 2 полных оборотах коленвала.

• Впуск – при движении поршня вниз, воздух (в дизельном двигателе) или смесь топлива и воздуха (в бензиновом двигателе) проходит через открытый впускной клапан.
• Компрессия – происходит сжатие горючей массы.
• Расширение – смесь воздуха и топлива воспламеняется при помощи свечей (бензиновый двигатель), дизельное топливо впрыскивается под давлением и воспламенение происходит произвольно.
• Выпуск – при движении поршня вверх, выпускаются выхлопные газы.

Данные принципы работы предоставляют следующие пути увеличения эффективности работы двигателя:
1. Увеличение объема
2. Увеличение скорости работы двигателя
3. Турбокомпрессия

Увеличение объема

Увеличение объема обеспечивает увеличение мощности двигателя, так как увеличение камеры сгорания позволяет нагнетание большего объема воздуха и большее колличество сжигаемого топлива. Увеличение объема может быть достигнуто путем увеличения колличества цилиндров или увеличения объема каждого цилиндра. В целом, увеличения объема приводит к увеличению массы двигателя. Этот способ не обеспечивает значительных преимушеств по уровню выбросов и потреблению топлива.

Увеличение скорости работы двигателя

Другим способом увеличения мощности двигателя является увеличение скорости работы двигателя. Увеличение скорости проводится путем увеличения колличества ходов поршня на единицу времени. Однако, по техническим причинам этот способ имеет жесткие ограничения. Увеличение скорости работы двигателя приводит к увеличению потерь при накачивании и других операциях, что вызывает падение эффективности работы.

Турбокомпрессия

При применении двух первых способов, двигатель обеспечивается только собственным нагнетанием. Воздух для сгорания проходит прямо в цилиндр во время впускного такта. При использовании турбокомпрессора, воздух, поступающий в камеру сгорания предварительно сжимается. В двигатель поступает тот же объем воздуха, однако, более высокое давление обеспечивает прохождение большего колличества воздушной массы, что позволяет увеличить объем сжигаемого топлива. Таким образом, при использовании турбокомпрессора, мощность двигателя увеличивается по отношению к его объему и колличеству потребляемого топлива. 

Охлаждение нагнетаемого воздуха.

В ходе компрессии, нагнетаемый воздух нагревается до 180 С. При охлаждении, плотность воздуха увеличивается,что позволяет увеличить объем нагнетаемого воздуха.
Охлаждение нагнетаемого воздуха является одной из немногих мер по увеличению мощности двигателей внутреннего сгорания, которые положительно влияют на уровень потребления топлива и уровень выброса вредных веществ. Снижение температуры входящего воздуха обеспечивает снижение температуры сгорания и, таким образом, снижение колличества вырабатываемого NO (x). Увеличение плотности воздуха снижает расход топлива и уровень загрязнения окружающей среды.

Существуют два типа турбокомпрессии – механическая турбокомпрессия и компрессия выхлопных газов.

Механическая турбокомпрессия

При механической турбокомпрессии, воздух сжимается при помощи компрессора, приводимого от двигателя. Однако, часть получаемого увеличения мощности уходит на привод компрессора. В зависимости от размера двигателя, мощность, необходимая для привода компрессора составляет от 10 до 15% от общей выработки двигателя. Таким образом, при сравнении с обычным двигателем такой же мощности, двигатель с механической турбокомпрессией имеет повышенный расход топлива.

Турбокомпрессия выхлопных газов

При использовании компрессии выхлопных газов, энергия газа, которая не используется в обычных условиях, направлена на привод турбины. Компрессор находится на одном валу с турбиной и обеспечивает забор, сжатие и подачу воздуха в камеру сгорания. В этом случае механичекие соединения с двигателем отсутствуют.

Преимущества турбокомпрессии выхлопных газов.

• По сравнению с обычным двигателем такой же мощности, турбодвигатель имеет меньший расход топлива, так как часть энергии выхлопных газов способствует увеличению мощности двигателя. Меньший объем двигателя сокращает термические и др. потери.
• Турбодвигатель имеет значительно лучшее соотношение веса к мощности, т.е. Kw / кг.
• Необходимая площадь двигательного отсека турбодвигателя меньше, чем у обычного двигателя.
• При использовании турбодвигателя, возможно дальнейшее улучшение характеристик крутящего момента для поддержания мощности, близкой к максимальной при очень низкой скорости двигателя, что позволяет избежать частого переключения скоростей при езде в гористой местности.
• Турбодвигатели имеют значительно лучшие характеристики работы в условиях высокогорья. В условиях пониженного давления обычный двигатель теряет значительную часть мощности. В противоположность, рабочие характеристики турбодвигателя улучшаются вследствие увеличения разницы между постоянным давлением вверх по соединениям турбины и пониженным внешним давлением у входа турбины. Низкая плотность воздуха у входа компенсируется, обеспечивая почти нулевую потерю мощности.
• Так как турбодвигатель имеет меньшие размеры, а соответственно и площадь шумовыделяющей поверхности, его шумовые характеристики лучше, чем у обычных двигателей. В данном случае, турбокомпрессор действует как добавочный глушитель.

 

ЧЕТЫРЕ ОСНОВНЫХ ПРИЧИНЫ ОТКАЗА ТУРБИНЫ

Вышла из строя турбина? Такое случается, и не обязательно что это проблемы неисправности узлов самой турбины. Практика показывает, что существует ряд причин, по которым турбина выходит из строя и кроются они во внешних факторах. Давайте рассмотрим и обсудим причины выхода турбины  из строя.

ОДНА ИЗ ПРИЧИН ВЫХОДА ИЗ СТРОЯ ТУРБИНЫ — ЭТО ЗАГРЯЗНЕНИЕ МАСЛА

Бывает такое, что масло загрязняется мелкими частицами. Для глаза эти частицы настолько малы настолько, что мы их не видим. Они полируют поверхности подшипников и скругляют тем самым их внешние кромки, что приводит к тому что подшипник на стороне компрессора изнашивается по наружному диаметру.

Более крупные частицы, соответственно могут нанести повреждение более масштабное, царапины и задиры. Как правило, внутренняя поверхность подшипника повреждается в меньшей степени, она как и вал так и центральный корпус подшипников, изготовливается из более крепких материалов.

Еще одной проблемой износа подшипника является химическое воздействие на масло. Признаки выхода из строя похожи на недостаток необходимого количества смазки. Такое происходит из-за разбавления моторного масла топливом. Следовательно, смазывающие свойства масла ухудшаются.

ВТОРАЯ ИЗ ПРИЧИН ВЫХОДА ТУРБИНЫ — НЕДОСТАТОЧНАЯ СМАЗКА.

Бывает, что количество масла, которое подаётся к турбине может уменьшаться. Такое случается, например, когда материал прокладки немного перекрывает канал впуска или отверстие во фланце выпуска. Нехватка смазочного материала визуально проявляется сменой цвета поверхностей вала. Так же причиной плохой смазки турбины может быть – масляный насос, который не создаёт должного давления в системе. В последнее время участились случаи, когда «залипал» клапан в болте крепления трубки подвода масла. А из-за полного отсутствия смазочного материала, повреждение происходит очень быстро!

ТРЕТЬЯ ИЗ ПРИЧИН ВЫХОДА ТУРБИНЫ — ЭТО ИСКЛЮЧИТЕЛЬНЫЕ УСЛОВИЯ ЕЁ РАБОТЫ

Эффект «апельсиновой корки» на задней стороне появляется в следствии преувеличения допустимых оборотов. В этом случае происходит перегрев поверхностей. Смазочный материал возгорается и происходит коксование и в последствии нагар. Эти признаки перекручивания турбины явно скажутся на её работоспособности в последствии.

Так же усиленная эксплуатация турбины может проявляется и в виде отрывания частей крыльчатки турбинного колеса. Визуально будет похоже на попадание посторонних предметов. Еще это может выглядеть в виде трещин на колесе турбины, оно даже может разрушится из- за излишнего перекручивания.

Цикл разрушения этого колеса напоминает арифметическую прогрессию, чем больше эксплуатация с трещинами, тем быстрее выходит из строя турбина. Ведь её эксплуатация с разрушенным колесом не возможна.

ЧЕТВЕРТАЯ ПРИЧИНА ВЫХОДА КРОЕТСЯ В ПОВРЕЖДЕНИИ ПОСТОРОННИМИ ПРЕДМЕТАМИ

Тут рассматривается 2 варианта повреждения. Повреждение жестким предметом и повреждение мягким предметом. Соль, песок эрозируют и вызывают коррозию. Твердые предметы попадая в отверстие патрубка и продвигаясь к входу в компрессор, могут вызвать повреждения.

А такие предметы как части робы или ветошь (бумажные салфетки) и пр, это мягкие предметы. Они могут оказать такое воздействие на лопатки, что те могут загнуться назад, в некоторых случаях происходит даже отрыв кусков, т,к, метал имеет свойство уставать, при работе с посторонними мягкими предметами.

Проникнувший в турбину жесткий предмет разрушает входные кромки лопаток крыльчатки. Даже незначительные частицы ржавчины из коллектора выпуска  могут вызвать большие повреждения компонентов, так как те вращаются с огромной скоростью.

 

 

Принцип работы турбины и турбокомпрессора

Для лучшего понимания принципа работы турбонаддува, сначала нужно более детально ознакомится с функционированием бензиновых и дизельных двигателей внутреннего сгорания. В сегодняшние дни основная часть легковых и грузовых автомобилей оснащаются четырехтактными поршневыми двигателями, работу которых контролируют специальными впускные и выпускные клапана.

Каждый из рабочих циклов состоит из четырех тактов, при которых коленвал двигателя выполняет 2 оборота.

 • Впуск — на этом этапе поршень движется вниз, при этом в дизельном двигателе воздух попадает в цилиндр через впускной клапан. В бензиновых двигателях при этом такте в камеру сгорания попадает смесь, которая состоит из горючего и воздуха.
 • Компрессия — на этом этапе поршень движется вверх, благодаря чему происходит сжатие горючей смеси в цилиндре.
 • Расширение — при помощи свечей, которые установлены в цилиндре, происходит воспламенение топливной смеси в бензиновых двигателях. В случае с дизельными двигателями, воспламенение происходит произвольно, так как топливо впрыскивается в камеру сгорания под высоким давлением.
 • Выпуск  — во время движении поршня вверх, выхлопные газы выпускаются из цилиндра через выпускной клапан.

Такие принципы работы двигателей дают возможность увеличения производительности следующими путями:

• Увеличение объема цилиндров
• Увеличении скорости работы двигателям
• Применение турбонаддува

Увеличение объема

Известно, что получить большую производительность можно путем увеличения объема камер сгорания. Это дает возможность нагнетание большего количеств топлива и воздуха, благодаря сжиганию которых и увеличивается общая мощность двигателя.

Кроме этого, увеличение объема может быть достигнута несколькими способами: при помощи увеличения объемов камер сгорания или при помощи увеличения общего количества цилиндров.

Увеличение скорости работы двигателя

Еще одним известным методом повышения производительности двигателей внутреннего сгорания является повышение скорости их работы. Это повышение мощности осуществляется способом уменьшения времени, затрачиваемого на работу каждого из 4-х тактов. Также этот способ имеет очень жесткие ограничения исходя из возможностей двигателя и его технических характеристик. Кроме этого, ускоренная работа двигателя приводит к потерям при накачке и ряду других операций, что существенно понижает КПД силового агрегата.

Принцип работы турбокомпрессора и турбины

В случае применения двух вышеперечисленных способов, нагнетание воздуха в камеру сгорания происходит самопроизвольно во время впускного такта. При использовании турбонаддува, воздух, который поступает в цилиндр, предварительно сжимается, по этому в цилиндр поступает такой же объем воздуха но более высокого давления.

Благодаря такой системе в камеру сгорания попадает большее количество кислорода, что обеспечивает возможность сжигания большего объема топлива. Такой принцип работы турбокомпрессора позволяет существенно повысить мощность силового агрегата при тех же затратах топлива, что несомненно делает использование турбины наиболее эффективным способом повышения мощности двигателей внутреннего сгорания.

Преимущества использования турбин и турбокомпрессоров

    • По сравнению с обычными двигателями, силовые агрегаты с турбонаддувом обладают большей мощностью и меньшими затратами топлива, так как в их случае, энергия выхлопных газов направляется на увеличение мощности.
    • Турбированный двигатель имеет значительно лучший коэффициент соотношения веса двигателя к его производимой мощности.  
    • Турбодвигатель при той же мощности что и обычный, имеет меньшие размеры, что позволяет существенно экономить пространство двигательного отсека.
    • Использование турбины открывает новые возможности для последующих улучшений характеристик крутящего момента, что позволит избежать излишнего переключения пердач в условиях езды в городских пробках и гористых местностях.
    • Силовые агрегаты с турбонаддувом работают тише, так как благодаря меньшим размерам, обладают меньшей площадью излучения звуковых волн.

 

принципов | BorgWarner Turbo Systems

Чтобы лучше понять технику турбонаддува, полезно ознакомиться с принципами работы двигателя внутреннего сгорания. Сегодня большинство пассажиров легковые и коммерческие дизельные двигатели представляют собой четырехтактные поршневые двигатели, регулируемые впуском и выпускные клапаны. Один рабочий цикл состоит из четырех ходов в течение двух полных. обороты коленчатого вала.

  • Всасывание (ход перезарядки)
    Когда поршень движется вниз, воздух (дизельный двигатель или бензиновый двигатель с прямым впрыском) или топливно-воздушная смесь (бензиновый двигатель) всасывается через впускной клапан.
  • Компрессия (рабочий ход)
    Объем цилиндра сжат.
  • Расширение (рабочий ход)
    В бензиновом двигателе топливно-воздушная смесь воспламеняется от свечи зажигания, тогда как в топливо для дизельного двигателя впрыскивается под высоким давлением, и смесь самовоспламеняется.
  • Выхлоп (ход перезарядки)
    Выхлопные газы удаляются при движении поршня вверх.

Эти простые принципы работы предоставляют различные возможности увеличения мощность двигателя:

Увеличение рабочего объема

Увеличение рабочего объема позволяет увеличить выходную мощность, поскольку больше воздух доступен в камере сгорания большего размера, и, таким образом, можно сжечь больше топлива. Это увеличение может быть достигнуто за счет увеличения количества цилиндров или объем каждого отдельного цилиндра.В общем, это приводит к большему и большему весу двигатели. Что касается расхода топлива и выбросов, то существенных можно ожидать преимуществ.

Увеличение оборотов двигателя

Еще одна возможность увеличения выходной мощности двигателя — увеличение его мощности. скорость. Это достигается за счет увеличения количества ударов в единицу времени. Так как пределов механической устойчивости, однако такое улучшение производительности ограничено.Кроме того, увеличение скорости приводит к увеличению потерь на трение и накачку. экспоненциально и КПД двигателя падает.

Турбонаддув

В описанных выше процедурах двигатель работает как безнаддувный. двигатель. Воздух для горения втягивается непосредственно в цилиндр во время всасывания. Инсульт. В двигателях с турбонаддувом воздух для горения уже предварительно сжимается. подается в двигатель.Двигатель всасывает такой же объем воздуха, но из-за с более высоким давлением в камеру сгорания поступает больше воздушных масс. Вследствие этого, может быть сожжено больше топлива, так что выходная мощность двигателя увеличивается по сравнению с та же скорость и стреловидность.

По сути, следует различать механический наддув и выхлопные газы. двигатели с турбонаддувом.

Механический наддув

При механическом наддуве воздух для горения сжимается компрессором. приводится непосредственно от двигателя.Однако прирост мощности частично теряется. из-за паразитных потерь от привода компрессора. Способность управлять механическим турбокомпрессор составляет до 15% мощности двигателя. Следовательно, расход топлива выше по сравнению с безнаддувным двигателем с той же выходной мощностью.

Турбонагнетатель выхлопных газов

При турбонаддуве выхлопных газов часть энергии выхлопных газов, которая обычно быть потраченным впустую, используется для привода турбины.Устанавливается на том же валу, что и турбина. представляет собой компрессор, который всасывает воздух для горения, сжимает его, а затем подает это к двигателю. Механической связи с двигателем нет.

Что такое турбокомпрессор и как он работает?

Узнайте, как работает турбокомпрессор:

Турбокомпрессор — это механическое устройство с принудительной индукцией с приводом от турбины. Он сжимает поступающий воздух и под высоким давлением нагнетает его в цилиндр двигателя. Таким образом, он увеличивает КПД двигателя и выходную мощность примерно на 30-40% по сравнению с двигателями без наддува.

Конструкция турбокомпрессора

И бензиновый, и дизельный двигатели используют турбонагнетатели для увеличения мощности. Однако они значительно различаются по ключевым параметрам, таким как рабочая температура, давление сгорания, объем воздуха и рабочий диапазон оборотов. Кроме того, Supercharger — это аналогичное устройство, которое работает по тому же принципу. Однако он использует мощность двигателя.

Конструкция турбокомпрессора:

Турбонагнетатель в основном состоит из двух колес. Он имеет турбинное колесо и компрессорное колесо, которые установлены на противоположных концах одного и того же вала.Выходящие выхлопные газы на выходе вращают турбинное колесо. Когда турбина прикреплена к валу, она вращает вал. Кроме того, крыльчатка компрессора, установленная на другом конце вала, также вращается вместе с валом и действует как всасывающий вентилятор. Вращающееся колесо компрессора всасывает поступающий воздух и затем нагнетает его в цилиндры двигателя. Фактически, типичный турбонагнетатель вращается с очень высокой скоростью, от 30 000 до 1,25 000 об / мин.

Контур турбонагнетателя

Компрессор нагнетает свежий воздух в цилиндры с давлением выше атмосферного, в результате чего цилиндры двигателя получают дополнительный воздух.По мере увеличения объема воздуха соответствующее количество топлива, подаваемого в двигатель, также пропорционально увеличивается, что увеличивает мощность. Когда вы сжимаете воздух, он нагревается. Таким образом, температура воздуха повышается, и он расширяется при уменьшении своей плотности.

Следовательно, часто производители используют промежуточный охладитель или «теплообменник» для охлаждения воздуха перед его поступлением в цилиндры двигателя. Поэтому производители называют эти двигатели «Turbo-Charged Inter-Cooled» или «TCIC». Турбокомпрессоры разработаны и откалиброваны для двигателей различных размеров и конструкций, таких как технологии прямого впрыска, прямого впрыска и прямого впрыска Common Rail в дизельных двигателях, а также системы MPFi и GDI в бензиновых двигателях.Следовательно, их нельзя напрямую менять местами.

Компоненты турбокомпрессора:

1. Колесо турбины с радиальным притоком
2. Центробежный компрессор
3. Центральная ступица / вращающийся узел
4. Корпус

Детали турбонагнетателя

Турбонагнетатели имеют две основные технологии:

1. Фиксированная геометрия
2. Переменная геометрия

В наши дни современные дизельные двигатели оснащены турбонагнетателем с системой прямого впрыска Common Rail (CRDi), которая улучшает характеристики дизельных двигателей.Кроме того, некоторые усовершенствованные конструкции двигателей включают технологию «Bi-Turbo» или «Twin-turbo» в шести- или восьмицилиндровом двигателе для обеспечения превосходных характеристик двигателя. В этой конструкции реализованы два отдельных блока, работающих последовательно или параллельно. Автомобиль Volvo S80 T6 имеет такой двигатель, который использует технологию Twin-Turbo. 3,0-литровый двигатель BMW 7 серии оснащен передовой технологией Triple-Turbo.

Преимущества турбокомпрессора:

1. Повышенная выходная мощность
2. Улучшенное соотношение мощности и веса
3.Низкие выбросы

Разница между бензиновым и дизельным турбокомпрессором:

Турбокомпрессор Дизель против бензина

Для получения дополнительной информации нажмите здесь.

Подробнее: Мощность двигателя в лошадиных силах >>

О компании CarBikeTech

CarBikeTech — технический блог. Его члены имеют опыт работы в автомобильной сфере более 20 лет. CarBikeTech регулярно публикует специальные технические статьи по автомобильным технологиям.

Посмотреть все сообщения CarBikeTech

Как работают турбокомпрессоры | Cummins Россия и СНГ

Найдите видео и анимацию на канале Cummins Turbo Technologies на YouTube, которые показывают, как работают турбокомпрессоры.

Критично для работы дизельных двигателей

Двигатель предназначен для сжигания топливно-воздушной смеси для выработки механической энергии. Затем механическая энергия перемещает поршни вверх и вниз, создавая вращательное движение, которое вращает колеса транспортного средства. Чем больше механической энергии, тем большую мощность может производить двигатель. Существенное различие между дизельным двигателем с турбонаддувом и традиционным бензиновым двигателем без наддува состоит в том, что воздух, поступающий в дизельный двигатель, сжимается перед впрыском топлива.Именно здесь турбокомпрессор имеет решающее значение для выходной мощности и эффективности дизельного двигателя. Работа турбокомпрессора состоит в том, чтобы сжимать больше воздуха, поступающего в цилиндр двигателя. Когда воздух сжимается, молекулы кислорода собираются ближе друг к другу. Это увеличение количества воздуха означает, что для безнаддувного двигателя такого же размера можно добавить больше топлива. Это приводит к увеличению механической мощности и повышению общей эффективности процесса сгорания. Следовательно, размер двигателя может быть уменьшен для двигателя с турбонаддувом, что приведет к лучшей компоновке, преимуществам экономии веса и общей улучшенной экономии топлива.Хотя турбонаддув — относительно простая концепция, турбонагнетатель имеет решающее значение для работы дизельного двигателя и, следовательно, требует высокотехнологичного компонента. Наш обширный опыт в технологии турбонаддува и знания двигателей объединяют в себе первоклассную разработку и производство турбокомпрессоров Holset, известных своей долговечностью, высокими стандартами безопасности и надежными характеристиками, которые требуются двигателям.

Как работает турбокомпрессор?

Турбокомпрессор состоит из двух основных частей: турбины и компрессора.Турбина состоит из (1) турбинного колеса и (2) корпуса турбины. Работа корпуса турбины — направлять (3) выхлопной газ в рабочее колесо турбины. Энергия выхлопного газа вращает турбинное колесо, и затем газ выходит из корпуса турбины через (4) выходную зону для выхлопных газов.

(1) Колесо турбины
(2) Корпус турбины
(3) Выхлопной газ
(4) Зона выхода выхлопа
(5) Колесо компрессора
(6) Корпус компрессора
(7) Вал из кованой стали
( 8) Сжатый воздух

Компрессор также состоит из двух частей: (5) крыльчатки компрессора и (6) корпуса компрессора.Принцип действия компрессора противоположен турбине. Колесо компрессора прикреплено к турбине валом из кованой стали (7), и когда турбина вращает колесо компрессора, высокоскоростное вращение втягивает воздух и сжимает его. Затем корпус компрессора преобразует высокоскоростной воздушный поток низкого давления в воздушный поток высокого давления и низкого давления посредством процесса, называемого диффузией. Сжатый воздух (8) проталкивается в двигатель, позволяя двигателю сжигать больше топлива для выработки большей мощности.

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 вытяжным патрубкам.

Со стороны воздуха воздух всасывается через фильтры, и попадает в компрессорное колесо в осевом направлении, где оно ускоряется к высокой скорости. Воздух выходит из рабочего колеса в радиальном направлении и проходит через него. через диффузор, откуда часть кинетической энергии попадает преобразуется в энергию давления. Воздух проходит в спиральный корпус. 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 минимальную нагрузку концентрация на соединении корня и лезвия.Корень обычно с натягом, чтобы учесть дифференциальное расширение ротор и лопасть, а также для гашения вибрации. На малом 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 лезвию. Провод может проходить все лезвия, зажатые между отдельными лезвиями, чтобы удерживать его расположен, или его можно установить в более короткие секции, закрепить на одном конец, соединяющий группы примерно из шести лопастей. Проблема с проволокой для шнуровки — ее можно повредить посторонними имеет значение, он может быть подвержен коррозии и может ускорить обрастание продуктами сгорания при сжигании остаточного топлива.Отказ лезвие из-за трещин, исходящих от отверстий для шнуровки, также может быть проблема. Все это может вызвать разбалансировку ротора.

Корпус турбины чугунный. Некоторый корпуса имеют водяное охлаждение, 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 повышению общего КПД, поскольку расходуется 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 В отливке 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 достигать 200 ° C. Срок службы крыльчатки при этих обстоятельствах может быть ограничено примерно 70000 часов. К продлить срок эксплуатации, температуру воздуха необходимо снизить. Один способ для этого нужно втягивать воздух снаружи, где окружающий температура воздуха ниже, чем в машинном отделении.Эффективный фильтрация и сепарация для удаления капель воды очень важны и крыльчатку необходимо будет покрыть для предотвращения коррозии. ускоряется возможным присутствием соленой воды.

Воздуховод 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 включает в себя устройство напорного бака для подачи масла к подшипникам в то время как турбокомпрессор останавливается, если подача масла прекращается. А упорное устройство требуется для размещения и удержания ротора в осевом направлении. кожух. В нормальном режиме работы упор направлен в сторону компрессора. конец.

Лабиринтные уплотнения или сальники устанавливаются на вал и корпус для предотвращения утечки выхлопных газов в конец турбины подшипник или предотвратить попадание масла в компрессор.К 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 роликовый подшипник также укажет на неисправность в конце турбины железа.

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

Как работают турбокомпрессоры: Изучите основные принципы турбонаддува

Что такое турбокомпрессор?

В судовом дизельном двигателе хорошее сгорание является результатом достаточного притока воздуха.Общая выходная мощность всего двигателя может быть значительно увеличена за счет увеличения плотности воздуха, поступающего в двигатель. Это достигается с помощью устройства, известного как турбокомпрессор, и в этой статье мы увидим, как работают турбокомпрессоры.

В двигателе без турбонагнетателя, таком как автомобильные двигатели без наддува, воздух всасывается внутри двигателя областью низкого давления, создаваемой движением поршня вниз. Но эта система работает при постоянном давлении воздуха на входе, которое нельзя ни увеличить, ни уменьшить, ни которого недостаточно для полного сгорания.(Вы можете проверить различные рабочие циклы здесь)

Для решения этой проблемы используются турбонагнетатели, обеспечивающие более высокую плотность воздуха в двигателе. Таким образом, турбонагнетатель представляет собой механизм, обеспечивающий принудительную индукцию судовых дизельных двигателей. Эта принудительно индуцированная система сжимает воздух и выжимает его в цилиндр двигателя, позволяя большому количеству топлива попасть в двигатель. Это не только помогает получить больше мощности, но и улучшает удельную мощность двигателей.

Зарядка, наддув и турбонаддув.

Процесс подачи в цилиндры двигателя свежего воздуха под давлением с помощью турбонагнетателя или нагнетателя известен как зарядка.

  • Суперзаряд — это процесс, при котором сжатый воздух подается с помощью внешнего нагнетательного насоса.
  • Турбонаддув обеспечивает подачу сжатого воздуха за счет выхлопных газов двигателя.

В настоящее время как 2-тактные, так и 4-тактные двигатели снабжены внешней системой зарядки.Четырехтактный двигатель обычно снабжен турбонагнетателем, тогда как в двухтактном двигателе в дополнение к турбонагнетателю также предусмотрен вспомогательный вентилятор с электрическим приводом, поскольку один турбонагнетатель не может обеспечить достаточно воздуха для низкооборотных двигателей.

Турбокомпрессор против нагнетателя

Как турбокомпрессор, так и нагнетатель представляют собой системы с принудительной индукцией, используемые для подачи большего количества воздуха в цилиндр двигателя. Разница между ними в том, что нагнетатель приводится в движение механически с помощью ремня и шестерен, прикрепленных к коленчатому валу двигателя.В то время как турбонагнетатель использует энергию выхлопного воздуха двигателя. Остальной механизм одинаков для обоих.

Турбокомпрессор состоит из двух основных частей — турбины и компрессора, которые установлены на одном валу. Выхлопные газы двигателя вращают турбину, которая, в свою очередь, вращает компрессор. Компрессор забирает воздух из окружающей среды, сжимает его и направляет во впускной коллектор.

Нагнетатель также работает по тому же принципу, с той лишь разницей, что вместо выхлопных газов он использует коленчатый вал двигателя для его привода.Преимущество использования нагнетателя заключается в том, что, поскольку он напрямую связан с двигателем, он обеспечивает лучший отклик дроссельной заслонки и мгновенное полное давление наддува. Также исключается проблема изменения скорости из-за колебаний давления выхлопного воздуха. Принимая во внимание, что использование турбонагнетателя увеличивает общий КПД двигателя, поскольку он использует энергию выхлопных газов, которая обычно расходуется впустую, что также увеличивает мощность всего агрегата.

В следующей статье мы узнаем о работе и конструкции турбонагнетателей с последующим явлением помпажа турбонагнетателя.

Ссылки

Введение в морскую инженерию, 2-е издание , Д.А. Тейлор

Авторские права на изображения

https://www.ecy.wa.gov/programs/spills/prevention/eom/eom10/eom10a .jpg

https://product-image.tradeindia.com/00008057/b/0/Turbocharger.jpg

https://www.monstermarinestore.com/images/productimages/000-bb_8-71_w_intercooler1.jpg

Этот пост является частью серии: Турбокомпрессор: конструкция и работа

В этой серии статей объясняется важность турбокомпрессора в судовом дизельном двигателе.Изучите конструкцию и работу турбокомпрессора, а также связанные с этим эксплуатационные трудности.

  1. Турбокомпрессоры: питание двигателей
  2. Компоненты турбонагнетателя
  3. Турбокомпрессоры: что происходит?

Как работает турбонагнетатель — детали и принципы конструкции

Принцип работы турбонагнетателя зависит от принципов конструкции, которые мы сейчас объясним в этом подробном и эффективном объяснении:

Турбонагнетатель состоит из турбины и компрессор связан общей осью.На вход турбины поступают выхлопные газы из выпускного коллектора двигателя, заставляя турбинное колесо вращаться. Это вращение приводит в движение компрессор, сжимающий окружающий воздух и подающий его к воздухозаборнику двигателя.

Целью турбонагнетателя является повышение КПД двигателя по отношению к выходной мощности путем устранения одного из его кардинальных ограничений. В автомобильном двигателе без наддува используется только ход поршня вниз, чтобы создать зону низкого давления для втягивания воздуха в цилиндр.Поскольку количество молекул воздуха и топлива определяет потенциальную энергию, доступную для прижимания поршня к такту сгорания, и из-за относительно постоянного давления атмосферы, в конечном итоге будет ограничение на количество воздуха и, следовательно, топливо, заполняющее камера сгорания. Эта способность заполнять цилиндр воздухом и есть его объемный КПД. Поскольку турбонагнетатель увеличивает давление в точке, где воздух входит в цилиндр, а количество воздуха, поступающего в цилиндр, в значительной степени зависит от времени и давления, при увеличении давления будет втягиваться больше воздуха.Давление на впуске, в отсутствие турбонагнетателя, определяемое атмосферой, может быть управляемо увеличено с помощью турбонагнетателя.

Применение компрессора для увеличения давления в точке входа воздуха в цилиндр часто называют принудительной индукцией. Центробежные нагнетатели работают так же, как и турбонагнетатели; однако энергия для вращения компрессора берется из выходной энергии вращения коленчатого вала двигателя, а не из выхлопных газов. По этой причине турбокомпрессоры в идеале более эффективны, поскольку их турбины фактически являются тепловыми двигателями, преобразующими часть кинетической энергии выхлопных газов, которая в противном случае была бы потрачена впустую, в полезную работу.Нагнетатели используют выходную энергию для достижения чистой выгоды за счет некоторой части общей мощности двигателя.

Компоненты

Турбокомпрессор состоит из четырех основных компонентов. Каждое колесо турбины и крыльчатки заключено в собственный сложенный конический корпус на противоположных сторонах третьего компонента, узла вращения центральной ступицы (CHRA).

Кожухи, установленные вокруг крыльчатки компрессора и турбины, собирают и направляют поток газа через колеса во время их вращения.Размер и форма могут определять некоторые рабочие характеристики турбокомпрессора в целом. Площадь конуса к радиусу от центральной ступицы выражается отношением (AR, A / R или A: R). Часто тот же самый базовый узел турбокомпрессора доступен от производителя с несколькими вариантами AR для корпуса турбины, а иногда и крышки компрессора. Это позволяет разработчику системы двигателя адаптировать компромисс между производительностью, откликом и эффективностью в зависимости от приложения или предпочтений.Оба корпуса напоминают раковины улиток, и поэтому на сленге турбокомпрессоры иногда называют сердитыми улитками.

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

Узел вращения центральной ступицы вмещает вал, соединяющий крыльчатку компрессора и турбину.Он также должен содержать систему подшипников, чтобы подвешивать вал, позволяя 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, которая должна циклически меняться. Модели с водяным охлаждением позволяют использовать охлаждающую жидкость двигателя для охлаждения смазочного масла, избегая возможного коксования масла из-за сильного нагрева турбины.

Boost

Boost означает увеличение давления в коллекторе, которое создается турбонагнетателем во впускном тракте или, в частности, во впускном коллекторе, которое превышает нормальное атмосферное давление. Это также уровень наддува, показанный на манометре, обычно в барах, фунтах на квадратный дюйм или, возможно, в кПа. Это представляет дополнительное давление воздуха, которое достигается по сравнению с тем, что было бы достигнуто без принудительной индукции. Давление в коллекторе не следует путать с количеством или «весом» воздуха, который может пропускать турбонагнетатель.

Давление наддува ограничено, чтобы вся система двигателя, включая турбонагнетатель, находилась в расчетном рабочем диапазоне, путем управления перепускным клапаном, который отводит выхлопные газы от турбины на стороне выпуска. В некоторых автомобилях максимальный наддув зависит от октанового числа топлива и регулируется электроникой с помощью датчика детонации, см. Автоматический контроль производительности (APC).

Многие дизельные двигатели не имеют перепускных клапанов, потому что количество выхлопной энергии напрямую зависит от количества топлива, впрыскиваемого в двигатель, и небольшие колебания давления наддува не влияют на работу двигателя.

Wastegate

При вращении на относительно высокой скорости турбина компрессора втягивает большой объем воздуха и нагнетает его в двигатель. Когда объем выходного потока турбокомпрессора превышает объемный поток двигателя, давление воздуха во впускной системе начинает расти, что часто называется наддувом. Скорость вращения узла пропорциональна давлению сжатого воздуха и общей массе перемещаемого воздушного потока. Поскольку турбонагнетатель может вращаться до оборотов, намного превышающих то, на что он способен, или на которые он безопасно способен, скорость необходимо контролировать.Вестгейт — это наиболее распространенная механическая система управления скоростью, которая часто дополняется электронным регулятором наддува. Основная функция вестгейта — позволить некоторой части выхлопных газов обходить турбину при достижении заданного давления на впуске.

Топливная эффективность

Поскольку турбонагнетатель увеличивает удельную мощность двигателя в лошадиных силах, двигатель также будет производить повышенное количество отходящего тепла. Иногда это может быть проблемой при установке турбокомпрессора на автомобиль, не рассчитанный на высокие тепловые нагрузки.Это дополнительное отработанное тепло в сочетании с более низкой степенью сжатия (точнее, степенью расширения) двигателей с турбонаддувом способствует несколько более низкому тепловому КПД, который имеет небольшое, но прямое влияние на общую эффективность использования топлива.

Это еще одна форма охлаждения, которая оказывает наибольшее влияние на эффективность использования топлива: охлаждение заряда. Даже с учетом преимуществ промежуточного охлаждения общая компрессия в камере сгорания выше, чем в двигателе без наддува. Чтобы избежать детонации при одновременном извлечении максимальной мощности из двигателя, обычно добавляют дополнительное топливо в заряд с единственной целью охлаждения.Хотя это кажется нелогичным, это топливо не сжигается. Вместо этого он поглощает и уносит тепло, когда меняет фазу с жидкого тумана на газовый пар. Кроме того, поскольку он более плотный, чем другое инертное вещество в камере сгорания, азот, он имеет более высокую удельную теплоемкость и большую теплоемкость. Он «удерживает» это тепло до тех пор, пока оно не будет выпущено в поток выхлопных газов, предотвращая разрушительный удар. Это термодинамическое свойство позволяет производителям достигать хорошей выходной мощности с обычным топливным насосом за счет экономии топлива и выбросов.Оптимальное соотношение воздух-топливо (A / F) для полного сгорания бензина составляет 14,7: 1. Обычное соотношение A / F в двигателе с турбонаддувом при полном наддуве составляет примерно 12: 1. Более богатые смеси иногда используются, когда конструкция системы имеет недостатки, такие как каталитический нейтрализатор, который имеет ограниченную стойкость к высоким температурам выхлопных газов, или двигатель имеет степень сжатия, которая слишком высока для эффективной работы с заданным топливом.

Наконец, эффективность самого турбонагнетателя может влиять на эффективность использования топлива.Использование небольшого турбонагнетателя обеспечит быструю реакцию и низкую задержку на низких и средних оборотах, но может задушить двигатель на стороне выпуска и генерировать огромное количество тепла, связанного с перекачкой, на стороне впуска при повышении числа оборотов. Большой турбокомпрессор будет очень эффективным при высоких оборотах, но это нереально для уличного автомобиля. Технологии с регулируемыми лопастями и шарикоподшипниками могут сделать турбонагнетатель более эффективным в более широком рабочем диапазоне, однако другие проблемы не позволили этой технологии появиться в большем количестве дорожных автомобилей (см. Турбонагнетатель с изменяемой геометрией).В настоящее время Porsche 911 (997) Turbo — единственный производимый бензиновый автомобиль с таким турбокомпрессором. Один из способов использовать преимущества различных режимов работы двух типов турбонагнетателей — это последовательный турбонаддув, при котором используется небольшой турбонагнетатель на низких оборотах, а больший — на высоких.

Системы управления двигателем большинства современных транспортных средств могут контролировать наддув и подачу топлива в зависимости от температуры заряда, качества топлива и высоты, а также других факторов. Некоторые системы являются более сложными и нацелены на подачу топлива еще более точно в зависимости от качества сгорания.Например, система Trionic-7 от Saab обеспечивает немедленную обратную связь о возгорании, когда оно происходит с использованием электрического заряда.

Новый турбомотор 2,0 л FSI от Volkswagen / Audi включает технологию сжигания обедненной смеси и прямой впрыск для экономии топлива в условиях низкой нагрузки. Это очень сложная система, которая включает в себя множество движущихся частей и датчиков для управления характеристиками воздушного потока внутри самой камеры, что позволяет использовать стратифицированный заряд с отличной атомизацией.Прямой впрыск также обладает огромным эффектом охлаждения заряда, что позволяет двигателям использовать более высокие степени сжатия и давления наддува, чем в типичном турбомоторе с впрыском через порт.

Детали автомобильной конструкции

Закон идеального газа гласит, что когда все другие переменные сохраняются постоянными, при повышении давления в системе увеличивается и температура. Здесь существует одно из негативных последствий турбонаддува — повышение температуры воздуха, поступающего в двигатель, из-за сжатия.

Турбо вращается очень быстро; наиболее пиковое значение составляет от 80 000 до 200 000 об / мин (при использовании турбонагнетателей с низким моментом инерции, от 150 000 до 250 000 об / мин) в зависимости от размера, веса вращающихся частей, давления наддува и конструкции компрессора. Такие высокие скорости вращения могут вызвать проблемы со стандартными шарикоподшипниками, что приведет к поломке, поэтому в большинстве турбонагнетателей используются жидкостные подшипники. Они имеют текучий слой масла, который задерживает и охлаждает движущиеся части. Масло обычно забирается из масляного контура двигателя. В некоторых турбонагнетателях используются невероятно точные шарикоподшипники, которые обеспечивают меньшее трение, чем жидкостные подшипники, но они также подвешены в полостях с жидкостной амортизацией.Более низкое трение означает, что вал турбины может быть изготовлен из более легких материалов, что снижает так называемую задержку турбонаддува или задержку наддува. Некоторые автопроизводители используют турбокомпрессоры с водяным охлаждением для увеличения срока службы подшипников. Это также может объяснить, почему многие тюнеры модернизируют свои стандартные турбины с опорными подшипниками (например, T25), которые используют упорный подшипник на 270 градусов и латунный опорный подшипник, который имеет только 3 масляных канала, до подшипника на 360 градусов, который имеет более мощный упорный подшипник. и шайба, имеющая 6 масляных каналов, чтобы обеспечить лучший поток, реакцию и эффективность охлаждения.Турбокомпрессоры с фольгированными подшипниками находятся в стадии разработки. Это устранит необходимость в системах охлаждения подшипников или подачи масла, тем самым устраняя наиболее частую причину отказа, а также значительно уменьшая турбо-задержку.

Для управления давлением воздуха на верхней палубе поток выхлопных газов турбокомпрессора регулируется перепускным клапаном, который обходит избыточный выхлопной газ, попадающий в турбину турбокомпрессора. Это регулирует частоту вращения турбины и мощность компрессора. Вестгейт открывается и закрывается сжатым воздухом из турбонагнетателя (давление на верхней палубе) и может подниматься с помощью соленоида для регулирования давления, подаваемого на мембрану вестгейта.Этим соленоидом можно управлять с помощью системы автоматического управления производительностью, электронного блока управления двигателем или компьютера управления послепродажным повышением. Другой метод повышения давления наддува заключается в использовании обратных и спускных клапанов, чтобы поддерживать давление на мембране ниже, чем давление в системе. Некоторые турбокомпрессоры (обычно называемые турбокомпрессорами с изменяемой геометрией) используют набор лопаток в выхлопном корпусе для поддержания постоянной скорости газа в турбине, такой же тип управления, как на турбинах электростанций.Эти турбокомпрессоры имеют минимальную задержку, низкий порог наддува (с полным наддувом до 1500 об / мин) и эффективны при более высоких оборотах двигателя; они также используются в дизельных двигателях. [2] Во многих случаях эти турбины даже не нуждаются в перепускном клапане. Мембрана, идентичная мембране на вестгейте, управляет лопатками, но требуемый уровень контроля немного отличается.

Первым серийным автомобилем, в котором использовались эти турбины, был ограниченный выпуск 1989 года Shelby CSX-VNT, по сути, Dodge Shadow с двигателем 2.Бензиновый двигатель 2л. В Shelby CSX-VNT использовался турбонагнетатель от Garrett, названный VNT-25, потому что он использует тот же компрессор и вал, что и более распространенный Garrett T-25. Этот тип турбины называется турбиной с регулируемым соплом (VNT). Производитель турбокомпрессоров Aerocharger использует термин «турбинное сопло с переменным сечением» (VATN) для описания этого типа турбинного сопла. Другие общие термины включают в себя турбину с изменяемой геометрией (VTG), турбину с изменяемой геометрией (VGT) и турбину с регулируемой лопастью (VVT). В 1990 году этот турбокомпрессор использовался на ряде других автомобилей Chrysler Corporation, включая Dodge Daytona и Dodge Shadow.Эти двигатели производили 174 лошадиных силы и 225 фунт-футов крутящего момента, такую ​​же мощность, как и стандартные 2,2-литровые двигатели с промежуточным охлаждением, но с крутящим моментом на 25 фунт-футов и более быстрым запуском (меньше турбо-лага). Однако двигатель Turbo III без VATN или VNT выдавал 224 лошадиных силы. Причины, по которым Chrysler не продолжает использовать турбокомпрессоры с изменяемой геометрией, неизвестны, но главной причиной, вероятно, было общественное стремление к двигателям V6 в сочетании с увеличением доступности двигателей V6, разработанных Chrysler.[3] Porsche 911 Turbo 2006 года имеет 3,6-литровую плоскую шестицилиндровую двигатель с двойным турбонаддувом, а в качестве турбин используются турбины BorgWarner с переменной геометрией (VGT). Это важно, потому что, хотя VGT использовались в усовершенствованных дизельных двигателях в течение нескольких лет и на Shelby CSX-VNT, это первый раз, когда эта технология была применена на серийных бензиновых автомобилях с тех пор, как в 1989 году были произведены 1250 двигателей Dodge. 90. Некоторые утверждали, что это связано с тем, что в бензиновых автомобилях температура выхлопных газов намного выше (чем в дизельных автомобилях), и это может иметь неблагоприятные последствия для тонких подвижных лопаток турбокомпрессора; эти агрегаты также дороже обычных турбокомпрессоров.Инженеры Porsche утверждают, что решили эту проблему с новым 911 Turbo.

Существует также тип турбонагнетателя, называемый центробежным (или просто с ременным приводом), который работает в некотором роде аналогично стандартному турбонагнетателю и в некотором смысле похож на нагнетатель. Поскольку он имеет ременной привод (выхлоп не используется), нет никаких задержек, однако наддув не является «бесплатным», как в стандартном турбонагнетателе. «Стоимость» — это дополнительное сопротивление кривошипу и, как следствие, снижение эффективности. Преимущества заключаются в отсутствии задержек, простоте настройки, поскольку не требуется никаких модификаций выхлопной системы, и, вероятно, более легком доступе для обслуживания.

Как работает турбо? Разъяснение принципа работы турбокомпрессора

Турбокомпрессор — это знакомый термин, когда вы говорите о гоночных автомобилях и высокопроизводительных спортивных автомобилях. Их также нередко можно встретить в более крупных дизельных двигателях. Турбонагнетатель — это устройство, которое может увеличить мощность двигателя без увеличения его веса. Как работает турбо и как это сделать? И какие особенности сделали их такими популярными?

Что такое турбокомпрессор?

Люди из 1980-х годов, вероятно, лучше знакомы со словом «турбо», потому что в то время оно применялось ко множеству товаров, таких как турбо-скейтборды, турбо-бритвы и многое другое.Но не это произвело революцию в автомобильной промышленности.

Турбокомпрессор — это турбокомпрессор с принудительным впуском, который повышает эффективность и выходную мощность двигателя внутреннего сгорания за счет подачи дополнительного воздуха в камеру сгорания.

Если это кажется немного сложным, чтобы понять , как работает турбонагнетатель, , возьмите реплику из того факта, что двигатель работает на смеси топлива и воздуха. Когда турбонагнетатель нагнетает в камеру больше воздуха, он смешивается с большим количеством топлива, что в результате дает большую мощность.Он перекачивает воздух, сжимая его, используя энергию выхлопных газов, выходящих из двигателя.

Турбомотор. Источник: Fast Car

Различные типы турбокомпрессоров?

В автомобильной промышленности используются различные типы турбонагнетателей:

одиночный — турбо

Когда говорят об одинарных турбонагнетателях, большинство людей думают об этом как о турбонагнетателе. Автомобильная механика, изменяя размер элемента внутри турбонагнетателя, может создавать расходящиеся характеристики крутящих моментов.В то время как маленькие турбины могут увеличивать мощность на низких частотах и ​​быстрее вращаться, большие турбины повышают уровень максимальной мощности. Оба они являются рентабельными инструментами повышения эффективности и мощности двигателя. Не говоря уже о том, что благодаря небольшому размеру они позволяют меньшим двигателям увеличить рабочую функцию по сравнению с более крупными двигателями. Недостатком одинарного турбонаддува является то, что он может хорошо работать только в узком диапазоне оборотов. Еще один недостаток заключается в том, что перед тем, как турбо-режим начнет работать, будет турбо-задержка.

Твин-турбо

Как и в названии, на двигатель установлен второй турбонагнетатель. Таким образом, второй турбонаддув обеспечивает более высокую мощность и более широкий диапазон оборотов. Чтобы быть более конкретным, меньший турбонаддув работает на низких оборотах, а большой — на более высоких. В результате твин-турбо имеет высокую сложность и стоимость.

Турбокомпрессор с изменяемой геометрией

Турбокомпрессор с изменяемой геометрией, или VGT, представляет собой кольцо из лопаток аэродинамической формы, установленных внутри турбины.Эти внутренние лопатки вращаются с целью изменения угла закрутки газа. Самая впечатляющая особенность турбокомпрессора с изменяемой геометрией — это способность согласовывать площадь турбины с радиусом вращения с частотой вращения двигателя для поддержания максимальной производительности. В результате это может уменьшить турбо-задержку и сгладить диапазон крутящего момента. С другой стороны, VGT ограничен в приложениях с бензиновыми двигателями. Причина тому — детали из экзотических материалов. Это требование, поскольку VGT должен выдерживать высокотемпературные выхлопные газы.По этой причине это исключает возможность присоединения VGT к двигателям класса люкс.

Турбокомпрессор Twin-scroll с регулируемой регулировкой

Этот турбокомпрессор, также называемый VTS, сочетает в себе турбонаддув с изменяемой геометрией и турбонаддув с двойной спиралью. Благодаря этой особой комбинации турбонагнетатель с регулируемой двойной спиралью представляет собой более надежную альтернативу, а также более дешевую для владельцев автомобилей.

Электротурбокомпрессоры

Если вы ищете решение для удаления турбо-лага, электрический турбонагнетатель — ваше главное оружие.Помогая турбонагнетателям там, где обычный турбонагнетатель не самый лучший, электрический турбонагнетатель работает за счет добавления электродвигателей, вращающих компрессор турбонагнетателя до тех пор, пока мощность выхлопного объема не станет достаточно высокой для запуска турбонагнетателя. И это самые совершенные турбокомпрессоры, так как в нем есть решения для всех проблем обычных турбокомпрессоров.

Как работает турбо?

Принцип работы турбокомпрессора практически аналогичен реактивному двигателю. Реактивный двигатель поглощает холодный воздух своей передней стороной, толкает его в камеру для смешивания и сжигания с топливом, а затем выпускает горячий воздух через заднюю сторону.
Когда горячий воздух покидает двигатель, он запускает турбину, которая, в свою очередь, приводит в действие воздушный насос или компрессор, расположенный на передней стороне двигателя. Он проталкивает воздух в двигатель и обеспечивает надлежащее сгорание топлива.

Как работает турбо в автомобильном двигателе? В нем применяется почти тот же принцип, что и в реактивном двигателе. Он состоит из двух основных частей — турбины и компрессора. Когда одна часть вращается, другая вращается вместе с ней, потому что они связаны друг с другом. Выхлопные газы выходят из двигателя, когда топливо горит внутри камеры сгорания.Газы спускаются в трубу и вращают турбину, которая вращается со значительно высокой скоростью и заставляет вращаться компрессор (который на самом деле является турбиной в обратном направлении). Эта цепочка действий перекачивает больше воздуха в цилиндр двигателя, позволяя сжигать больше топлива и производить больше мощности каждую секунду.

Может возникнуть вопрос, почему турбокомпрессоры не перегреваются, несмотря на работу при экстремальных температурах и большие нагрузки на давление. Ответ — интеркулер. В каждом турбонагнетателе есть промежуточный охладитель, который охлаждает выпускаемый горячий воздух.Система масляного охлаждения заботится о турбонагнетателе и не дает ему перегреться.

Почти все современные автомобили с дизельными двигателями имеют турбокомпрессоры, потому что дизельные двигатели жестче бензиновых и имеют более простые воздухозаборники.

Как работает турбокомпрессор? (Краткий обзор)

Чтобы объяснить это вкратце, пошаговые процедуры , как работает турбонагнетатель :

  1. Воздухозаборник двигателя всасывает холодный воздух и направляется в компрессор.
  2. Компрессор сжимает поступающий воздух и нагревает его. Затем он выдувает горячий воздух.
  3. Горячий воздух охлаждается при прохождении через теплообменник и поступает в воздухозаборник цилиндра.
  4. Холодный воздух горит внутри камеры сгорания быстрее из-за переноса большего количества кислорода.
  5. Из-за сжигания большего количества топлива выход энергии будет больше, и двигатель сможет передавать больше мощности на колеса.
  6. Горячие отработанные газы покидают камеру и проходят мимо турбины на выходе выхлопных газов.
  7. Турбина вращается с высокой скоростью и раскручивает компрессор, поскольку обе установлены на одном валу.
  8. Выхлопные газы выходят из автомобиля через выхлопную трубу. Они тратят меньше энергии, чем двигатель без турбонагнетателя.
VW Beetle использует двигатель с турбонаддувом. Источник: VW

Какие преимущества турбокомпрессоров?

Дополнительная мощность, безусловно, является ключевым преимуществом турбокомпрессоров, но это не единственное преимущество, которое они предлагают. Еще одно прибыльное преимущество — это топливная экономичность.Турбодвигатель использует гораздо меньше топлива для выработки такой же мощности по сравнению со стандартными двигателями. По этой причине Ford использует 1,0-литровый двигатель с турбонаддувом вместо 1,6-литрового бензинового двигателя в некоторых своих моделях. Точно так же вы увидите 4-цилиндровый двигатель с турбонаддувом вместо 6-цилиндрового и V6 с турбонаддувом, заменяющий V8 во многих новых моделях.

Автомобили с турбонаддувом на самом деле лучше стандартных автомобилей с бензиновым двигателем, потому что они потребляют меньше топлива и сжигают масло более чисто, что снижает загрязнение воздуха.

Еще одно преимущество использования турбонагнетателей заключается в том, что они позволяют двигателю выдавать больший крутящий момент в более низком диапазоне оборотов, что дает автомобилю преимущество при движении по городу. Дополнительный крутящий момент удобен для легкого зажатия зазоров.

Еще одно приятное преимущество турбомоторов — их тихий характер. Они заглушают звук впуска и позволяют автомобилю ездить по улицам, не издавая раздражающих звуков.

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Турбокомпрессор против нагнетателя

Если вы понимаете , как работает турбо , вы также поймете принцип работы нагнетателя.Оба устройства выполняют одну и ту же работу — вырабатывают больше мощности двигателя автомобиля. Однако у них разные принципы работы. Турбина работает, когда выхлопные газы обматывают турбину, но нагнетатель вырабатывает мощность от вращающегося коленчатого вала. Этот принцип работы на самом деле менее эффективен, потому что он использует энергию двигателя автомобиля, в то время как турбонагнетатель использует потерянную энергию.

Автомобиль с наддувным двигателем. Источник: DriveTribe

Однако нагнетатели могут лучше реагировать на дроссельную заслонку из-за их более прямого и механического соединения с двигателем.В отличие от турбонаддува, задержка отклика отсутствует.

Какие модели автомобилей имеют двигатель с турбонаддувом?

Автомобили с дизельным двигателем в основном имеют двигатель с турбонаддувом. Кроме того, у большинства автопроизводителей в линейке продуктов есть одна или две модели с турбонаддувом. Например, Renault-Nissan обозначил свой турбодизель как dCi, а турбобензиновый как TCi, что означает TDI и TSI для Volkswagen и TDCI и Ecoboost для Ford соответственно.

Надеюсь, эта статья окажется для вас полезной.Если у вас есть какие-либо вопросы по автомобилю, не стесняйтесь оставлять нам комментарии в поле ниже, мы ответим на них за вас.

Часто задаваемые вопросы

Преимущества турбокомпрессоров привлекают многих водителей и автовладельцев. По этой причине вопросы к этой удивительной автомобильной детали самые разные. Чтобы лучше понять, наши автомобильные эксперты помогут вам ответить на эти наиболее распространенные вопросы:

Кто изобретатель турбокомпрессора?

Альфред Дж.Бючи ​​(1879–1959) — отец этой невероятной автомобильной детали. Он — автомобильный инженер, работающий в двигательной компании Gebrüder Sulzer в Винтертуре, Швейцария. Альфред создал турбокомпрессор перед Первой мировой войной и опубликовал его в Германии в 1905 году. Его вклад в создание турбокомпрессора настолько велик, что он продолжал совершенствовать его конструкцию до самой своей смерти.

В чем недостаток турбомоторов?

Самый главный недостаток турбомотора — это топливо. Поскольку компрессор нагнетает больше воздуха в камеру сгорания, чем двигатель, использующий только атмосферное давление, в двигатель будет подаваться больше топлива.Это дает двигателю гораздо большую потенциальную мощность, но при этом сжигает так много энергии.

Сколько миль хватает на турбо?

Конечно, турбо увеличивает мощность, но он не может обеспечивать мощность вечно, так как увеличивает расход топлива. В отличие от больших двигателей, которые могут постоянно развивать мощность, автовладельцы должны тщательно продумывать использование турбонаддува. Турбо обычно длится около 75000 миль, прежде чем выпускает облако черного дыма. Рекомендуется не форсировать его до этого момента.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.