Турбонаддув для чего нужен: Что такое турбонаддув — ДРАЙВ

Содержание

Что такое турбонаддув — ДРАЙВ

Несомненно, каждый из нас хоть раз в жизни замечал на обычном с виду автомобиле шильдик «turbo». Производители, как нарочно, делают эти шильдики небольшого размера и размещают в неприметных местах так, что непосвящённый прохожий не заметит и пройдёт мимо. А понимающий человек непременно остановится и заинтересуется автомобилем. Ниже приводится рассказ о причинах такого поведения.

Автомобильные конструкторы (с момента появления на свете этой профессии) постоянно озабочены проблемой повышения мощности моторов. Законы физики гласят, что мощность двигателя напрямую зависит от количества сжигаемого топлива за один рабочий цикл. Чем больше топлива мы сжигаем, тем больше мощность. И, скажем, захотелось нам увеличить «поголовье лошадей» под капотом — как это сделать? Тут-то нас и поджидают проблемы.

Турбокомпрессор состоит из двух «улиток» — через одну проходят отработавшие газы, а вторая «качает» воздух в цилиндры.

Дело в том, что для горения топлива необходим кислород. Так что в цилиндрах сгорает не топливо, а топливно-воздушная смесь. Мешать топливо с воздухом нужно не на глазок, а в определённом соотношении. К примеру, для бензиновых двигателей на одну часть топлива полагается 14–15 частей воздуха — в зависимости от режима работы, состава горючего и прочих факторов.

Как мы видим, воздуха требуется весьма много. Если мы увеличим подачу топлива (это не проблема), нам также придётся значительно увеличить и подачу воздуха. Обычные двигатели засасывают его самостоятельно из-за разницы давлений в цилиндре и в атмосфере. Зависимость получается прямая — чем больше объём цилиндра, тем больше кислорода в него попадёт на каждом цикле. Так и поступали американцы, выпуская огромные двигатели с умопомрачительным расходом горючего. А есть ли способ загнать в тот же объём больше воздуха?

Выхлопные газы из двигателя вращают ротор турбины, тот, в свою очередь, приводит в движение компрессор, который нагнетает сжатый воздух в цилиндры.

Перед тем как это произойдёт, воздух проходит через интеркулер и охлаждается — так можно повысить его плотность.

Есть, и впервые придумал его господин Готтлиб Вильгельм Даймлер (Gottlieb Wilhelm Daimler). Знакомая фамилия? Ещё бы, именно она используется в названии DaimlerChrysler. Так вот, этот немец весьма неплохо соображал в моторах и ещё в 1885 году придумал, как загнать в них больше воздуха. Он догадался закачивать воздух в цилиндры с помощью нагнетателя, представлявшего собой вентилятор (компрессор), который получал вращение непосредственно от вала двигателя и загонял в цилиндры сжатый воздух.

Швейцарский инженер-изобретатель Альфред Бюхи (Alfred J. Büchi) пошёл ещё дальше. Он заведовал разработкой дизельных двигателей в компании Sulzer Brothers, и ему категорически не нравилось, что моторы были большими и тяжёлыми, а мощности развивали мало. Отнимать энергию у «движка», чтобы вращать приводной компрессор, ему также не хотелось. Поэтому в 1905 году господин Бюхи запатентовал первое в мире устройство нагнетания, которое использовало в качестве движителя энергию выхлопных газов.

Проще говоря, он придумал турбонаддув.

Идея умного швейцарца проста, как всё гениальное. Как ветра вращают крылья мельницы, также и отработавшие газы крутят колесо с лопатками. Разница только в том, что колесо это очень маленькое, а лопаток очень много. Колесо с лопатками называется ротором турбины и посажено на один вал с колесом компрессора. Так что условно турбонагнетатель можно разделить на две части — ротор и компрессор. Ротор получает вращение от выхлопных газов, а соединённый с ним компрессор, работая в качестве «вентилятора», нагнетает дополнительный воздух в цилиндры. Вся эта мудрёная конструкция и называется турбокомпрессор (от латинских слов turbo — вихрь и compressio — сжатие) или турбонагнетатель.

Аналог турбонаддува — приводной нагнетатель — жёстко связан с двигателем и тратит на свою работу часть его мощности.

В турбомоторе воздух, который попадает в цилиндры, часто приходится дополнительно охлаждать — тогда его давление можно будет сделать выше, загнав в цилиндр больше кислорода. Ведь сжать холодный воздух (уже в цилиндре ДВС) легче, чем горячий.

Воздух, проходящий через турбину, нагревается от сжатия, а также от деталей турбонаддува, разогретого выхлопными газами. Подаваемый в двигатель воздух охлаждают при помощи так называемого интеркулера (промежуточный охладитель). Это радиатор, установленный на пути воздуха от компрессора к цилиндрам мотора. Проходя через него, он отдаёт своё тепло атмосфере. А холодный воздух более плотный — значит, его можно загнать в цилиндр ещё больше.

А вот так выглядит интеркулер.

Чем больше выхлопных газов попадает в турбину, тем быстрее она вращается и тем больше дополнительного воздуха поступает в цилиндры, тем выше мощность. Эффективность этого решения по сравнению, например, с приводным нагнетателем в том, что на «самообслуживание» наддува тратится совсем немного энергии двигателя — всего 1,5%. Дело в том, что ротор турбины получает энергию от выхлопных газов не за счёт их замедления, а за счёт их охлаждения — после турбины выхлопные газы идут по-прежнему быстро, но более холодные.

Кроме того, затрачиваемая на сжатие воздуха даровая энергия повышает КПД двигателя. Да и возможность снять с меньшего рабочего объёма большую мощность означает меньшие потери на трение, меньший вес двигателя (и машины в целом). Всё это делает автомобили с турбонаддувом более экономичными в сравнении с их атмосферными собратьями равной мощности. Казалось бы, вот оно, счастье. Ан нет, не всё так просто. Проблемы только начались.

У Mitsubishi Lancer Evolution интеркулер располагается в переднем бампере перед радиатором. А у Subaru Impreza WRX STI — над двигателем.

Во-первых, скорость вращения турбины может достигать 200 тысяч оборотов в минуту, во-вторых, температура раскалённых газов достигает, только попробуйте представить, 1000°C! Что всё это означает? То, что сделать турбонаддув, который сможет выдержать такие неслабые нагрузки длительное время, весьма дорого и непросто.

Выхлопные газы разогревают и выпускную систему, и турбонаддув до очень высоких температур.

По этим причинам турбонаддув получил широкое распространение только во время Второй мировой войны, да и то только в авиации. В 50-х годах американская компания Caterpillar сумела приспособить его к своим тракторам, а умельцы из Cummins сконструировали первые турбодизели для своих грузовиков. На серийных легковых машинах турбомоторы появились и того позже. Случилось это в 1962 году, когда почти одновременно увидели свет Oldsmobile Jetfire и Chevrolet Corvair Monza.

Но сложность и дороговизна конструкции — не единственные недостатки. Дело в том, что эффективность работы турбины сильно зависит от оборотов двигателя. На малых оборотах выхлопных газов немного, ротор раскрутился слабо, и компрессор почти не задувает в цилиндры дополнительный воздух. Поэтому бывает, что до трёх тысяч оборотов в минуту мотор совсем не тянет, и только потом, тысяч после четырёх-пяти, «выстреливает». Эта ложка дёгтя называется турбоямой. Причём чем больше турбина, тем она дольше будет раскручиваться. Поэтому моторы с очень высокой удельной мощностью и турбинами высокого давления, как правило, страдают турбоямой в первую очередь. А вот у турбин, создающих низкое давление, никаких провалов тяги почти нет, но и мощность они поднимают не очень сильно.

Почти избавиться от турбоямы помогает схема с последовательным наддувом, когда на малых оборотах двигателя работает небольшой малоинерционный турбокомпрессор, увеличивая тягу на «низах», а второй, побольше, включается на высоких оборотах с ростом давления на выпуске. В прошлом веке последовательный наддув использовался на суперкаре Porsche 959, а сегодня по такой схеме устроены, например, турбодизели фирм BMW и Land Rover. В бензиновых двигателях Volkswagen роль маленького «заводилы» играет приводной нагнетатель.

На рядных двигателях зачастую используется одиночный турбокомпрессор twin-scroll (пара «улиток») с двойным рабочим аппаратом. Каждая из «улиток» наполняется выхлопными газами от разных групп цилиндров. Но при этом обе подают газы на одну турбину, эффективно раскручивая её и на малых, и на больших оборотах

Но чаще по-прежнему встречается пара одинаковых турбокомпрессоров, параллельно обслуживающих отдельные группы цилиндров. Типичная схема для V-образных турбомоторов, где у каждого блока свой нагнетатель. Хотя двигатель V8 фирмы M GmbH, дебютировавший на автомобилях BMW X5 M и X6 M, оснащён перекрёстным выпускным коллектором, который позволяет компрессору twin-scroll получать выхлопные газы из цилиндров разных блоков, работающих в противофазе.

Турбина twin-scroll имеет двойную «улитку» турбины — одна эффективно работает на высоких оборотах двигателя, вторая — на низких

Заставить турбокомпрессор работать эффективнее во всём диапазоне оборотов, можно ещё изменяя геометрию рабочей части. В зависимости от оборотов внутри «улитки» поворачиваются специальные лопатки и варьируется форма сопла. В результате получается «супертурбина», хорошо работающая во всём диапазоне оборотов. Идеи эти витали в воздухе не один десяток лет, но реализовать их удалось относительно недавно. Причём сначала турбины с изменяемой геометрией появились на дизельных двигателях, благо, температура газов там значительно меньше.

А из бензиновых автомобилей первый примерил такую турбину Porsche 911 Turbo.

Турбина с изменяемой геометрией.

Конструкцию турбомоторов довели до ума уже давно, а в последнее время их популярность резко возросла. Причём турбокомпрессоры оказалось перспективным не только в смысле форсирования моторов, но и с точки зрения повышения экономичности и чистоты выхлопа. Особенно актуально это для дизельных двигателей. Редкий дизель сегодня не несёт приставки «турбо». Ну а установка турбины на бензиновые моторы позволяет превратить обычный с виду автомобиль в настоящую «зажигалку». Ту самую, с маленьким, едва заметным шильдиком «turbo».

​Турбонаддув – компактное решение глобальной проблемы. Зачем он нужен и как работает.

Перед тем как мы начнём, хочу сразу прояснить один момент. В данной статье я предполагаю, что читатель имеет хотя бы примерное представление о принципе работы ДВС (двигателя внутреннего сгорания). И есть понимание, что в блоке цилиндров вверх-вниз двигаются поршни: засасывая и затем сжимая воздух с примесью бензина, а после, сжатую смесь поджигает искра и поршень идёт вниз, совершая полезную работу. Уже знаете? Отлично! Тогда разберёмся с турбиной.

С чего всё началось?

Давайте «на пальцах». Почти шекспировский вопрос:

как увеличить мощность двигателя? Сейчас не будем лезть в дебри инженерии, а пойдём от простого, как рассуждали мотористы-проектировщики на заре автомобилизации. Самый очевидный способ – банально увеличить рабочий объём цилиндра! Здесь всё понятно: за один такт впуска поршень засосёт больше воздуха, топлива, соответственно, можно также добавить больше. «Заряд», который воспламенит свеча, будет мощнее – а значит, сильнее получится взрыв, который толкает поршень вниз на такте рабочего хода. Победа?.. И да, и нет. Увеличивая рабочий объём, мы волей-неволей тянем за собой и всё остальное: размеры деталей мотора и их масса тоже увеличиваются. А чем больше масса мотора, тем он менее экономичный, а шасси начинает испытывать проблемы с управляемостью… За примером далеко ходить не нужно – вспомним знаменитые масл-кары США годов, эдак, 60-х. Невероятный объём двигателя, относительно высокая мощность, при этом огромные размеры и… способность нормально «выстреливать» только на прямых. Серпантины, да и просто мало-мальски резкие повороты – всё это было таким машинам строго противопоказано. А про расход топлива я молчу вовсе: ну не брался тогда в серьёзный расчёт такой показатель. Вывод: эффективность мотора, мощность которого увеличена только за счёт рабочего объёма, крайне мала.

Фото автогурман.com

И тогда придумали турбину. Суть идеи очень простая: за один такт впуска загнать в мотор как можно больше воздуха. Скажем так: больше, чем это можно сделать, засасывая воздух разрежением (естественным путём). Проще говоря, когда поршень движется вниз, а впускные клапаны открываются, воздух в цилиндр принудительно заталкивают, и его удельная масса в цилиндре увеличивается. Соответственно, на эту увеличенную массу воздуха можно подать больше топлива. А значит, заряд топливно-воздушной смеси станет более эффективным.

Тут справедливо задать вопрос: а что мешает просто добавить больше топлива, без всяких турбин?.. Отвечаю. Мешает то, что ДВС рассчитан на строго определённую пропорцию воздух/бензин. Академическое значение этой пропорции – 14.7 / 1. То есть, максимально эффективно двигатель будет работать при смешивании 14.7 частей воздуха к 1 части бензина. Если просто ливануть больше топлива – пропорция изменится, и эффективность сгорания снизится, а не увеличится. Поэтому, закон моторостроения неизменен: добавляешь бензина – добавляй и воздуха.

Фото autos.ca

Как этот зверь работает?

Турбина (турбокомпрессор) представляет собой некую похожую на раковину конструкцию (потому и прилепилось к ней прозвище «улитка»), внутри которой находится вал с лопатками. На одном конце вала лопатки «горячей» части – через них проходят раскалённые выхлопные газы двигателя, раскручивая вал. На другом конце находятся лопатки «холодной» части – они сжимают поступающий из воздушного фильтра воздух, который уже сжатый, под давлением, и подаётся в цилиндры. По большому счёту, чем выше обороты двигателя – тем сильнее выхлопные газы раскручивают турбину, и тем сильнее она «дует», увеличивая давление поступающего в мотор воздуха. Конечно, в этом алгоритме есть много нюансов, но это уже за пределами нашего сегодняшнего обсуждения.

А ещё есть механические компрессоры. Суть та же – сжимать воздух, но принцип работы отличается. Механические компрессоры (нагнетатели) приводятся не кинетической энергией выхлопных газов, а ремнём или шестернями, непосредственно от коленвала двигателя. Схема на сегодняшний день распространена слабо, поэтому вдаваться в подробности не будем.

Фото uazbuka.ru

А что на практике?

В заключение хочу дать пару простых советов по эксплуатации турбины. Благо, используется она уже повсеместно, и сегодня трудно встретить автопроизводителя, который не применял бы её даже на автомобилях среднего и нижнего класса. Итак.

Если вы активно «отжигали» — не стоит сразу глушить двигатель. Это самое важное правило, несоблюдение которого может привести к банальному выходу турбины из строя. А турбина – деталь не из дешёвых. Суть же в том, что турбокомпрессор при активной работе запросто может раскаляться докрасна. Дабы внутренние детали не заклинили от таких экстремальных температур (температура выхлопных газов достигает 1000 градусов), к турбокомпрессору подведены трубки охлаждения и смазки. Через оба этих контура циркуляция осуществляется только при работающем двигателе. То есть, сразу выключая двигатель при раскалённой турбине, вы перерубаете и циркуляцию масла и охлаждающей жидкости. Это может привести (и приводит) к закипанию этих жидкостей внутри турбины и фатальному перегреву её деталей.

Наверняка слышали про турботаймер. Вот это устройство как раз призвано предохранять «улитку» от локальных перегревов. Суть работы в том, что когда вы поворачиваете ключ зажигания в положение «OFF», мотор ещё какое-то время продолжает работать. Для того, чтобы масло и ОЖ продолжали циркулировать через турбину, постепенно её охлаждая. Через определённое время (минута-две) двигатель заглушится сам. При этом, вашего присутствия не требуется: вы как обычно закрываете машину и уходите по своим делам.

Фото rosssport.com

Не стоит часами стоять на холостых оборотах. Это может способствовать «утеканию» масла из турбины во впуск, что ведёт к его загрязнению (нагар на клапанах и в камере сгорания). К слову, этот момент описан даже в инструкции по эксплуатации к любому турбированному автомобилю.

Что такое турбонаддув?

Сегодня мы поговорим о том, как небольшой по своим размерам механизм, с виду очень похожий на улитку, способен повысить мощность двигателя в несколько раз. Мы спросили автоинструкторов, что же такое турбонаддув, как с данным механизмом обращаться, и вот что они нам рассказали.

Конструкция «турбины»

В первую очередь мы хотим отметить, что больших различий в конструкции турбонаддувов для разных моделей машин нет. Есть лишь вариации в размерах и дизайне некоторых узлов. По словам инструкторов по вождению, большинство автомобилистов используют термин «турбина», хотя это не совсем верно.

Турбиной называют одну из составляющих турбонаддува, состоящую из корпуса, системы уплотнений, вала с крыльчатками, двух улиток (в них вращаются крыльчатки), одного упорного и двух опорных подшипников скольжения. Сюда же крепится пневмопривод, который приводит в работу перепускной клапан. Заметим, что в некоторых моделях его нет. Основная цель перепускного клапана заключается в регулировке оборотов турбины и производительности компрессора.

Когда на выходе давление воздуха превышает оптимальное, то пневмопривод, который открывает клапан, срабатывает, таким образом, какая-то небольшая часть выхлопных газов выходит напрямую в выхлопную систему, и из-за этого обороты турбины становятся меньше.

Турбина — это крыльчатка на валу, приводящая во вращение компрессор. Турбина изготавливается из жаростойкого сплава, вал — из среднелегированной стали, а компрессор — из алюминия. Напомним, что данные детали не ремонтируются, а просто заменяются. Исключением является вал, который иногда получается перешлифовать и сделать под него новые подшипники.

Для чего нужен турбонаддув?

Как известно, для горения топлива нужен кислород. В цилиндрах сгорает топливно-воздушная смесь, а не топливо. Топливо смешивается с воздухом не на глазок, а в определенном соотношении. Например, для бензиновых двигателей — это 1:15 (топливо и воздух соответственно).

Как видно из примера, воздуха требуется довольно много. При увеличении подачи топлива, подача воздуха увеличивается. Стандартные двигатели получают его из-за небольшой разницы давлений в атмосфере и самом цилиндре. Данная зависимость прямая, ведь чем больше объем цилиндра, тем в него попадет больше кислорода.

Выхлопные газы, идущие из двигателя автомобиля, вращают определенным образом ротор турбины, а он приводит в движение другой механизм — компрессор, который доводит сжатый воздух непосредственно в цилиндры.

Но перед этим воздух проходит сквозь интеркулер, тем самым охлаждаясь.

Итак, чем больше в турбину попадает выхлопных газов, тем быстрее эта турбина вращается, то есть в цилиндры поступает больше воздуха, и соответственно мощность становится выше.

Почему турбонаддув столь непопулярен?

На «самообслуживание» наддува нужно совсем немного энергии мотора (около 1,5%). Кроме того, даровая энергия, затрачиваемая на сжатие воздуха, увеличивает КПД двигателя. Отсюда меньшие потери на трение, небольшой вес двигателя. Казалось бы, машины с турбонаддувом должны быть более экономичными, а это именно то, чего конструкторы хотели добиться. Но не все так гладко, как кажется на первый взгляд.

Скорость вращения турбины иногда достигает 200 000 об/мин, к тому же температура газов может достигать 1000°C. А чтобы сделать турбонаддув, способный выдерживать большие нагрузки долгое время, нужны не только значительные материальные средства, но и время.

Именно поэтому турбонаддув был широко распространен лишь в авиации во время 2-ой мировой войны. В 50-х г.г. прошлого столетия американская фирма Caterpillar стала использовать турбонаддув в тракторах, а Cummins — в своих грузовиках. Лишь в 1962 году турбонаддувами оснастили Chevrolet Corvair Monza и, взять хотя бы, Oldsmobile Jetfire.

Очевидные минусы

Дороговизна и сложность конструкции турбонаддува не являются основными недостатками данного устройства. Эффективность функционирования турбины зависит от оборотов мотора. Если обороты небольшие, и выхлопных газов мало, то ротор раскручивается слабо. В этом случае компрессор практически не дает цилиндрам дополнительный воздух. Именно поэтому бывает так, что до 3 000 оборотов двигатель не дотягивает, и «выстреливает» лишь после 4-5 тысяч. Это называется турбоямой.

Кстати, чем больше турбина, тем дольше она раскручивается, а это значит, что двигатели, оснащенные турбинами высокого давления, и с довольно высокой мощностью страдают турбоямой, как правило, в первую очередь.

У турбин, обеспечивающих низкое давление, подобных провалов тяги практически нет, однако и мощность они могут поднять не очень сильно. От турбоямы поможет избавиться схема с последовательным наддувом. В этом случае на малых оборотах начинает работать малоинерционный турбокомпрессор, который увеличивает тягу на «низах», а на высоких оборотах с повышением давления на выпуске включается другой механизм.

В прошлом столетии последовательный наддув применялся на суперкаре Porsche 959. В настоящее время можно упомянуть фирмы Land Rover и BMW. В случае бензиновых двигателей, к примеру, на Volkswagen, роль «заводилы» отдана приводному нагнетателю.

Пара «улиток»

На рядных двигателях часто ставится одиночный турбокомпрессор пара «улиток» (twin-scroll), где есть двойной рабочий аппарат. В каждую из этих «улиток» выхлопные газы попадают от различных групп цилиндров. При этом оба механизма дают газы одновременно на одну турбину, довольно эффективно раскручивая ее как на больших, так и на малых оборотах.

Чаще всего по-прежнему используется пара одинаковых турбокомпрессоров, которые параллельно обслуживают отдельные группы цилиндров.

Видеоматериал о том, как проверить давление турбонаддува в движении при помощи манометра:

Удачи на дорогах!

В статье использовано изображение с сайта mashintop.ru

Турбонаддув: что это такое, зачем нужен, как устроен и как работает турбонагнетатель

Турбонаддув представляет собой разновидность наддува, позволяющий подавать воздух в цилиндры ДВС под высоким давлением, которое обеспечивается высвобождаемой от сгорания топлива энергией выхлопных газов.

За счет турбонаддува повышается рабочая мощность двигателя, при этом не увеличивается внутренние объемы цилиндров двигателя и количество оборотов, совершаемых коленвалом. Кроме всего прочего турбонаддув позволяет снизить прожорливость двигателя, а также уменьшить токсичность газов благодаря более эффективному сгоранию топливовоздушной смеси.

Турбонаддув довольно широко используется на ДВС, работающих как на бензине так и на дизтопливе. При этом использование системы турбонаддува на дизелях считается более выгодным благодаря высокому показателю сжатия ДВС и малой частоте оборотов коленвала.

В бензиновых двигателях высока вероятность возникновения детонирующего эффекта вследствие значительного увеличения количества оборотов двигателя и высокого температурного режима газов при сгорании топлива (до 1000 °C, у дизеля лишь 600 °C).

Устройство системы турбонаддува

Система турбонаддува состоит из следующих элементов:

  • воздушный заборник и фильтр;
  • дроссельная заслонка;
  • турбинный компрессор;
  • интеркулер;
  • коллектор впускной;
  • соединительные патрубки;
  • напорные шланги

Турбинный компрессор (нагнетатель)

Основной элемент устройства турбонаддува, который предназначен для увеличения рабочего давления воздушной массы в системе впуска. Турбокомпрессор состоит из турбинного и компрессорного колес, которые установлены на роторном валу. Все элементы турбокомпрессора находятся в специальных защитных корпусах.

Турбинное колесо используется для переработки энергии, выделяемой отработанными газами. Колесо и его корпус изготавливаются из высокопрочных и жароустойчивых материалов – стальных и керамических сплавов.

Компрессорное кольцо применяется для всасывания воздушной массы, с дальнейшим ее сжатием и нагнетанием в цилиндры ДВС.

Кольца турбокомпрессора установлены на роторном валу, который совершает вращательные движения в плавающих подшипниках. Для более эффективной работы подшипники постоянно смазываются маслом, которое поступает по канальцам, расположенным в подшипниковом корпусе.

Интеркулер

Интеркулер – воздушный или жидкостной радиатор, который применяется для своевременного охлаждения предварительно сжатого воздуха, вследствие чего происходит увеличивается давление и плотность воздушного потока.

Регулятор давления наддува

Ключевым элементом управления турбонаддувом является регулятор давления наддува, который по сути своей является перепускным клапаном. Основным назначением клапана является сдерживание и перенаправление части вырабатываемых газов в обход турбинного колеса для снижения давления наддува. 

Перепускной клапан может быть оснащен приводом электрического или пневматического типа. Активация клапана происходит вследствие приема сигналов от датчика давления.

Предохранительный клапан

Клапан предохранительный используется для предотвращения скачков давления воздушной массы, которое часто возникает при быстром закрытии дроссельной заслонки. Избыточное давление либо стравливается в атмосферу, либо переподается на вход компрессора.

Принцип действия турбонаддува

Система турбонаддува использует энергию газов, которые образуются при сгорании топлива. Газы обеспечивают вращательные движения колеса турбинного типа, которое в свою очередь запускает компрессорное колесо, отвечающее за сжатие и нагнетание воздушной массы в систему. Далее происходит охлаждение воздуха при помощи интеркулера и подача его в цилиндры.

Очевидно, что хотя турбонаддув механически никак не связан с коленвалом двигателя, однако его работа и ее эффективность находится в прямой зависимости от скорости вращения коленчатого вала. Чем выше обороты двигателя, тем эффективнее работает турбонаддув.

Несмотря на свою практичность и эффективность, система турбонаддува имеет некоторые недостатки. Ключевым из них является появление турбоям – задержка в увеличении мощности ДВС.

Подобное явление проявляется вследствие инерционности системы – задержки в увеличении давления наддува при достаточно резком нажатии на газ, что может привести к разрыву между требуемой мощностью двигателя и производительностью турбины.

Для устранения эффекта турбоямы используются три основных метода:

  • Использование системы с двумя (и более) турбокомпрессорами. Турбины могут устанавливаться параллельно – это допускается на двигателях V-образного типа. При этом каждая турбина устанавливается на свой ряд цилиндров. Идея данного метода в том, что две турбины меньшего размера обладают более низкой инерционностью, чем одна большая турбина. Турбины так же могут устанавливаться и последовательно, причем их может быть от двух до четырех (Bugatti). Увеличение производительности и максимальная эффективность турбонаддува в этом случае достигаются за счет того, что при разных оборотах двигателя используется свой турбокомпрессор.
  • Использование турбины с изменяемой геометрией. Подобный метод обеспечивает более рациональное использование энергии отработанных газов за счет изменения площади сечения входного канала турбины. Данный метод весьма часто используется на дизельных двигателях, например всем известная система TDI от Volkswagen.
  • Использование комбинированного типа турбонаддува. Данный метод позволяет применять симбиоз двух систем – механического и турбинного наддува. Механический наддув эффективен на малых оборотах коленвала, при которых сжатие воздуха обеспечивается нагнетателем механического типа. Турбонаддув применяется при высоких оборотах коленвала, где функцию нагнетания воздуха берет на себя турбинный компрессор. Наиболее распространенной системой комбинированного наддува является наддув двигателя TSI от Volkswagen.

Магия турбонаддува: как это устроено?

В 80-х компания SAAB, создающая реактивные самолеты и уже выпустившая несколько весьма неоднозначных (в плохом смысле) автомобилей, наконец совершила грандиозный ход — установила турбонаддув на свою новую серийную модель. Сейчас такое решение вряд ли назовут грандиозным, да и в те времена SAAB были далеко не первыми. Однако сразу после появления на свет SAAB 99 Turbo началась настоящая турбо-лихорадка. Слово «турбо» стало синонимом слова «круто». Появилось турбо-всё: турбо-холодильники, турбо-бритвы, турбо-очки, турбо-жвачка и т. д. Даже еженедельная рубрика телеканала Discovery по понедельникам называется Turbo! Но, возвращаясь к турбонаддуву, что это такое и как он работает? Рассказываем далее.

Говоря простым языком, если машина «турбо», значит у нее под капотом есть «кастрюля» с вентилятором, который крутится и изо всех сил толкает по каналам в мотор воздух, а дальше, как сказал известный телеведущий, творится колдовство и машина едет быстрее.

Если говорить более техническим языком, то все немного сложнее. Зачем вообще турбонаддув нужен? Автомобили ездят на горючем топливе. Топливу нужен кислород, чтобы гореть. В атмосферных двигателях воздух попадает в камеру сгорания самостоятельно, как бы по приглашению. Он засасывается прямо из атмосферы с, соответственно, атмосферным давлением. В турбированные же движки воздух попадает в том количестве и под тем давлением, как это будет решено конструкторами, что очень благоприятно сказывается на показателях мощности.

А теперь поговорим непосредственно про турбонаддув. Во-первых, на самом деле он называется нагнетатель. Во-вторых, он бывает разный. Основу любого нагнетателя составляет воздушный компрессор — та самая кастрюля с вентилятором, которая загоняет в мотор дополнительный воздух. А различие составляет способ получения энергии для работы. Таким образом, нагнетатели делятся на две категории: турбонагнетатель и механический нагнетатель.

Говоря простым языком, если машина «турбо», значит у нее под капотом есть «кастрюля» с вентилятором, который крутится и изо всех сил толкает по каналам в мотор воздух, а дальше, как сказал известный телеведущий, творится колдовство и машина едет быстрее.

Турбонагнетатель (турбина) получает энергию от переработанного топлива. В выхлопной системе устанавливается небольшая турбина, которую раскручивают выхлопные газы. Ее вращение передается в воздушный компрессор, и он делает свое дело. Механический нагнетатель, который гораздо чаще называют просто компрессор, работает на ременном приводе: он забирает энергию вращения непосредственно у двигателя, как, например, автомобильный генератор. В русском языке существует некая путанница между понятиями «турбина», «компрессор» и «нагнетатель», а вот в английском все очень просто — у них есть turbocharger и supercharger.


А какая между ними разница? Ведь установка того или иного нагнетателя сильно влияет на мощность и динамику автомобиля. Давайте разбираться.

Турбина забирает энергию вращения от потока выхлопных газов. А пока потока нет — турбина не крутится, следовательно мотор работает как простой атмосферник, и автомобиль едет соответственно. Это называется понятием «турбояма» и характерно для всех двигателей с турбиной. Компрессор же забирает вращение непосредственно от мотора, а следовательно подхватывает ваше желание ехать быстрее уже на низких оборотах двигателя, что положительно сказывается на общей динамике автомобиля. Однако турбина, все так же за счет работы от выхлопных газов, дает в итоге больший прирост мощности, чем компрессор. Существуют модели автомобилей, заводские и тюнингованные, на которые хитрецы устанавливают и то, и другое, решая тем самым проблему турбоямы и недостатка мощности. Стоит сказать и про надежность — у турбины гораздо больше сложных деталей, а значит выше вероятность поломки.

А как в итоге воздух попадает через нагнетатель в двигатель? В отличе от атмосферников, он совершает целое путешествие. Помимо воздушного фильтра, он проходит через нагнетатель, а потом через интеркуллер. Это устройство по сути является обычным радиатором, охлаждающим разогретый в нагнетателе воздух. У прохладного воздуха больше плотность, он занимает меньший объем, и таким образом подавать в мотор охлажденный воздух гораздо выгоднее. Дальше происходит стандартный для камеры сгорания процесс: воздух и топливо сжигаются и отправляются через выхлопную систему прочь из автомобиля, по пути раскручивая турбину, если, конечно, она там есть.

Турбо-день на телеканале Discovery! Каждую неделю по понедельникам в 22:00 (мск) смотрите новые серии шоу «Быстрые и громкие», а в 22:55 (мск) — шоу «В ГАС на прокачку».

Как это работает: турбонаддув — Автомобили Гродно

    Сегодня в рубрике «Как это работает» мы расскажем об устройстве, способном увеличивать мощность двигателя, при этом снизив удельный расход топлива. Речь пойдет о турбонаддуве!

 

    Вы узнаете что такое турбина, поймете для чего нужен интеркулер, что такое Twin-turbo и Вi-turbo, а  так же другие тонкости работы этой системы. 

 

 

 


    Турбонаддув – это вид наддува, основанный на использовании отработавших газов. Главной задачей этого устройства является подача под давлением дополнительной порции воздуха в цилиндры, позволяя сжигать в них больше топливно-воздушной смеси, что приводит к увеличению мощности двигателя. Для сравнения, в обычном (нетурбированном) двигателе воздух в цилиндр поступает при движении поршня вниз, то есть пассивно «засасывается». В случае с  турбонаддувом, воздух подается под давлением и оказывает дополнительное усилие на поршень.


    Так как в цилиндр поступает большая порция воздуха, то его необходимо разбавить большим количеством топлива, что приводит к увеличению его фактического расхода. Однако массовая доля топлива, приходящаяся на единицу мощности в час у двигателя, оснащенного турбонаддувом, ниже, чем у схожего по конструкции силового агрегата, лишенного наддува. Получается, что мощность двигателя возрастает на 20-50%, а удельный расход топлива снижается на 5-20%, что говорит о значительном повышении КПД двигателя.

 

 

    Турбонаддув состоит из:


  • Корпус представляет собой сплошную чугунную отливку
  • Регулировочный клапан
  • Улитка  турбины выполнена из чугуна и подогнана плотно по размерам колеса турбины
  • Улитка компрессора представляет собой алюминиевую отливку с механически обработанным местом под колесо компрессора (требует точного изготовления)
  • Колесо турбины
  • Колесо компрессора
  • Подшипники скольжения – наиболее нагруженный элемент устройства

 

 

 

 

 
    Принцип работы:


    Принцип работы устройства достаточно прост, однако его изготовление трудоёмко. Как говорилось выше, работа турбонаддува основана на использовании отработавших газов. Часть этих газов, выходя из цилиндров, направляется в улитку турбины. Перед турбиной установлен регулировочный клапан, который ограничивает газовый поток. Этот поток приводит в движение колесо турбины. Колесо турбины передает крутящий момент на колесо компрессора, так как они жестко сидят на вале ротора. Компрессорное колесо, которое засасывает воздух через центральное отверстие, сжимает и нагнетает его во впускной коллектор через кольцевой канал. Интеркулер предназначен для того, чтобы охлаждать воздух перед его поступлением в цилиндр. Холодный воздух легче сжимается и обладает большей плотностью, что делает его применение более выгодным.

 

 

 

 

 
 

    Компрессорное колесо способно засасывать воздух только при высоких оборотах. На холостом ходу поток отработавших газов не достаточно велик, поэтому колесо вращается с малой частотой и только «перемалывает» воздух, а не засасывает его. При нажатии на педаль газа, поток газов увеличивается, и тогда можно услышать характерный звук работы компрессора. При этом турбонаддув отзывается на нажатие педали акселератора с запаздыванием. Все потому, что турбина инерционна: при резком увеличении оборотов двигателя она некоторое время раскручивается и лишь потом нагнетает дополнительное давление во впуск¬ной коллектор. Чем больше размер турбонаддува, тем «задержка» продолжительней. Такая «пауза» получила название «турбояма» (или «турболаг»).

 

 

       Twin-turbo.

    Для устранения «турбоямы», некоторые производители используют сразу два турбонаддува, отличные по размеру.  «Маленький» работает на низких оборотах, второй вступает в действие на более высоких. В принципе, турбояма не исчезла, она стала практически незаметной для обывателя. Такая схема получила название twin-turbo.

   

 

      Вi-turbo.
Для решения той же проблемы, вместо одного большого турбонаддува, используют два маленьких. Главное отличие от twin-turbo в том, что оба нагнетателя работают одновременно. Такая конструкция называется bi-turbo.
 

 

    Для полной ликвидации «турбоямы» и повышения момента на низких оборотах у некоторых двигателей в дополнение к турбокомпрессору устанавливается механический, который, имея практически мгновенный «отклик», закрывает инерционные провалы турбины. Кроме этого, весьма перспективной в настоящее время выглядит конструкция турбины с изменяемой геометрией, имеющей управляемые поворотные лопатки, что позволяет менять параметры наддува в самом широком диапазоне.

 

 

Далее Вашему вниманию предлагаем наглядно ознакомиться с работой турбины и компрессора на примере ролика про двигатель Фольксвагена TSI, устанавливаемого на Golf GT:

 

 

 

 

    Искренне надеемся, что теперь, встретив двигатель «турбодизель с интеркулером» Вы уверенно будете представлять и знать, о чем идет речь.

 

 

 

зачем нужна, принцип работы и советы по эксплуатации. Турбояма.

 

Турбина двигателя является частью системы турбонадува, которая предназначена для дополнительной подачи воздуха в цилиндры двигателя.   Для работы двигателя необходимо определенное количество топливно-воздушной смеси. Чем больше смеси сгорает в двигателе, тем выше его мощность.

В обычном двигателе без системы турбонадува воздух в цилиндры всасывает поршень. Проблема состоит в том, что объем воздуха, который поступает в цилиндр, ограничен размерами самого цилиндра. И чтобы протолкнуть туда больше воздуха, нужно подавать его под высоким давлением.

Вывод: система турбонадува создана для того, чтобы подавать воздух в цилиндр двигателя под давлением.

Интересный факт: если на двигатель установить систему турбонадува, то его мощность увеличится на 30%.

 

Конструкция турбины и принцип работы

 

Основной деталью системы турбонадува является компрессор. Это устройство сжимает воздух и подает его под давлением в цилиндры двигателя. Визуально компрессор представляет собой что-то наподобие вентилятора, который вращается и засасывает на себя воздух. Если снять крышку компрессора, то можно увидеть его крыльчатку. Крыльчатка работает как винт. Она как бы вкручивается в воздух и притягивает его на себя.

Как же заставить крыльчатку компрессора вращаться? Существует два типа привода, которые раскручивают крыльчатку:

  • • Механический.  В таком случае компрессор вращается от двигателя через систему ремней.
  • • Энергия выхлопных газов. Такое устройство по-научному называется турбокомпрессор (турбина).

Принцип работы турбокомпрессора основан на том, что выхлопные газы, которые выходят из цилиндра двигателя вращают, другую крыльчатку, которая называется турбина. Это крыльчатка находится на одном валу вместе с компрессором. Поэтому когда выхлопные газы закручивают нашу турбину, то вращается соответственно и компрессор, который нагнетает свежий воздух в цилиндры двигателя.

 

Турбояма: почему возникает и решение.

 

В конструкции турбокомпрессора есть один существенный недостаток. На низких оборотах двигателя энергия выхлопных газов слишком маленькая и не позволяет разогнать компрессорное колесо до необходимой частоты вращения.

К сведению: частота вращения колес достигает 150 тыс. оборотов в минуту и выше!

Есть такое понятие как турбояма. Она возникает, когда двигатель работает на низких оборотах и турбокомпрессор еще не работает. На практике это происходит следующим образом: вы стартуете с перекрестка и какое-то время машина, так скажем, тупит, а затем, когда обороты достигают нужного момента, включается турбокомпрессор и машина начинает резко ускоряться.

Первым решением для исключения турбоямы является использование двух турбокомпрессоров. Это решение называется Битурбо. Один турбокомпрессор работает на низких оборотах, второй – на высоких оборотах. Таким образом, когда вы разгоняетесь, работает одна из двух турбин.

Вторым способом борьбы с турбоямой является использование турбины и механического нагнетателя на низких оборотах. В таком случаем компрессор работает от механического привода, т. е. от двигателя. А на повышенных оборотах работает классический турбокомпрессор. Такое решение называется система двойного турбонадува и широко используется в двигателях TSI концерна Фольксваген.

Третьим способом, чтобы исключить турбояму является использование турбокомпрессоров, в которых можно изменять геометрию направляющего аппарата.

Советы по эксплуатации турбины

В конструкции турбокомпрессора есть подшипники, на которых вращается сам вал. Т.к. частота вращения этого вала достигает 200 тыс. оборотов в минуту, то здесь не используются классические шариковые подшипники, а используются гидромеханические (скольжения). Такие подшипники требуют подачи масла под определенным давлением. Поэтому к подшипникам турбокомпрессора подводится масло под давлением. Использование масла в подшипниках турбокомпрессора накладывает определенные обязательства:

  • • Необходимо вовремя менять моторное масло и масляный фильтр.
  • • Прогревать двигатель перед поездкой, для того чтобы масло разогрелось и поступало на подшипники уже разогретым, т.е. с определенной вязкостью.
  • • В конце поездки необходимо дать остыть турбине, т.е не выключать двигатель 2-3 минуты. Особенно в зимнее время. После остановки автомобиля турбина еще некоторое время вращается, и если вы сразу выключите двигатель, то прекратиться подача масла в эти подшипники и будет происходить их повышенный износ.

 

Основной причинной неисправностей турбокомпрессоров является износ подшипников скольжения, а также уплотнений, которые препятствуют выбросу масла.

 

Быстрый подбор турбины у нас в каталоге.

 

 

с турбонаддувом в безнаддувном двигателе?

Распространено заблуждение, что установить турбокомпрессор так же просто, как прикрутить его болтами!

Некоторые думают, что в 99% случаев, будь то бензиновый или дизельный, двигатель просто никогда не был рассчитан на такое увеличение мощности и крутящего момента. Итак, прежде чем вы начнете думать о подборе и установке турбокомпрессора, вы должны сначала подумать о двигателе.

Основные различия между безнаддувным двигателем и двигателем с турбонаддувом: степень сжатия, профиль распределительного вала, заправка топливом, момент зажигания, тип поршней и прочность некоторых вращающихся частей.

Турбокомпрессор в качестве компонента двигателя может довольно легко увеличить выходную мощность на 30%, а в некоторых случаях — до 100%. Поэтому первое, на что стоит обратить внимание, — это сам двигатель.

Способен ли двигатель выдерживать такое увеличение в его нынешнем состоянии? Была ли она способна, когда была новой? Точно так же сцепление, трансмиссия и тормоза справляются со своей задачей?

Для проведения модернизации двигателя без наддува необходимо провести следующие модификации двигателя для эффективного завершения модернизации:

Распределители и поршни

Изготовление впускных и выпускных коллекторов для конкретного применения. Степень сжатия двигателя следует проверить и при необходимости снизить, в идеале она должна составлять от 7,5: 1 до 8,5: 1 (обычно), чтобы можно было использовать любое значительное давление наддува.

Это может быть достигнуто в одном из трех способов: преимущественно фитинг кованых поршней низкого сжатия, обработки верхней части стандартных поршней или установки более толстой прокладка головки или распорной пластины.

Характеристики распределительного вала

Следует также проверить спецификацию распределительного вала, чтобы убедиться, что продолжительность и перекрытие клапанов не слишком велики для применения.В идеале это должен быть распредвал небольшой продолжительности и перекрытия.

Топливная система

, то есть форсунки, топливный насос, давление и отображение системы зажигания также должны быть изменены с учетом повышенных требований турбонагнетателя. При повышении давления наддува необходимо замедлить момент зажигания.

Чтобы указать правильный турбокомпрессор для области применения, нам потребуется следующая основная информация:

a) Объем двигателя
b) Максимальная частота вращения
c) Применение или использование i.е. трамвай / дрэг / гонка и т. д.
d) Предполагаемые требования к мощности и крутящему моменту
e) Требования к давлению наддува
f) Если двигатель должен иметь промежуточное или наддувное охлаждение

Если вы твердо намерены продолжить работу над турбонаддувом вашего автомобиля, вам необходимо сначала найти специалиста по переоборудованию и посоветоваться с ним.

Turbo Dynamics не выполняет этот тип работ, а просто предоставляет консультации, подбор и поставку турбокомпрессора, а также некоторые вспомогательные продукты (например, входные и выходные фланцы турбины; маслопроводы, фитинги и фланцы; силиконовые шланги высокого давления длины и колена; дамп клапаны. ..)

Мы можем предоставить чертежи фланцев с указанием размеров для изготовления коллектора. Преобразование может быть очень дорогостоящим (обычно от 2500 до 5000 фунтов стерлингов), поэтому получите предложение у своего специалиста по конверсии, прежде чем рассматривать проект дальше.

Основы турбонаддува

Если когда-либо на небесах был заключен механический брак, то это дизельный двигатель и турбокомпрессор. На ферме этот союз присутствует во всем, от пикапа до комбайна.

Двигатель может дышать двумя способами.

  1. Двигатель может потреблять воздух естественным образом за счет разницы давления в цилиндре по сравнению с атмосферным. Это описание двигателя без наддува.
  2. Двигатель может нагнетать воздух в цилиндры с помощью турбонагнетателя или нагнетателя (принудительная индукция).

Два метода принудительной индукции различаются по способу питания. Нагнетатель приводится в действие коленчатым валом двигателя и потребляет мощность. С другой стороны, турбокомпрессор для работы использует выхлопные газы, выходящие из цилиндра, и не требует мощности от двигателя.

Турбокомпрессор выполняет две задачи. Он заполняет отверстие цилиндра большим количеством воздуха и вызывает турбулентность в цилиндре. Этот последний эффект значительно улучшает сгорание. Таким образом, турбокомпрессор делает дизельное топливо более мощным, позволяет ему работать чище и дает возможность использовать меньше топлива.

Объемный КПД


Стандарт, используемый для измерения наполнения цилиндра, называется объемной эффективностью (VE), и ее читают в процентах.

Безнаддувный двигатель испытывает около 80% VE.Другими словами, он использует 80% своей емкости по отношению к объему цилиндра.

Используя принудительную индукцию за счет турбонагнетателя, VE двигателя может улучшиться до 100% и выше в зависимости от количества создаваемого воздушного потока и создаваемого давления.

Кстати, это давление во впускном коллекторе читается как наддув. Датчик на приборной панели показывает это как давление на квадратный дюйм, но на самом деле это величина давления в атмосфере.

Если атмосферное давление 14.7 фунтов на квадратный дюйм, а турбонагнетатель производит 14,7 фунтов на квадратный дюйм (по показаниям датчика), тогда в цилиндре фактически 29,4 фунтов на квадратный дюйм. Таким образом, эффективный размер двигателя можно считать удвоенным на каждые 14,7 фунта на квадратный дюйм наддува.

Теоретически 12-литровый двигатель (1 литр составляет примерно 61 кубический дюйм) при повышении давления примерно на 15 фунтов на квадратный дюйм эквивалентен 24-литровому двигателю, который дышит естественно.

Что замечательно в турбонаддуве, так это то, что он дает пассивный прирост мощности.Другими словами, выгода есть только тогда, когда она вам нужна, например, когда двигатель вынужден усердно работать. Когда нагрузка мала, двигатель работает в соответствии со своими механическими размерами. Когда требуется больше мощности, турбонаддув помогает двигателю реагировать так, как будто он имеет больший рабочий объем.

Интеркулер


Во многих приложениях с турбонаддувом также используется теплообменник, который определяется как промежуточный охладитель или охладитель наддувочного воздуха (CAC). Целью CAC является охлаждение нагнетаемого воздуха, что, в свою очередь, увеличивает плотность воздуха, направляемого в цилиндры.

CAC также помогает уменьшить тепло, вызванное действием турбонаддува. Более горячий воздух нежелателен для работы двигателя, поскольку он содержит меньше молекул кислорода, чем более холодный воздух. На каждые 10 ° F. изменение температуры наддувочного воздуха, мощность изменяется на 1%.

Турбокомпрессор включает турбинное колесо с приводом от выхлопных газов. Это колесо заключено в спираль, которая представляет собой корпус в форме улитки. Это колесо также соединено валом с другой спиральной камерой, которая содержит колесо центробежного компрессора, которое направляет наддувочный воздух во впускной коллектор.Сторона турбины турбонагнетателя считается горячей; сторона компрессора считается холодной.

Вал, соединяющий колеса, движется в корпусе подшипника, в который под давлением подается моторное масло. Это масло течет через корпус, стекая обратно в двигатель (обычно обратно в масляный поддон или крышку привода ГРМ). Подшипники вала — плавающие. В некоторых турбокомпрессорах (особенно в более ранних моделях) могли использоваться полуплавающие или запрессованные шариковые или роликовые подшипники.

В условиях высокого наддува вал (и, следовательно, колесо турбины и компрессора) может вращаться со скоростью до 150 000 об / мин.Из-за тепла выхлопных газов турбины многие модели также пропускают охлаждающую жидкость двигателя через корпус подшипника, чтобы продлить срок службы и уменьшить закоксовывание масла.

В турбонагнетателе используются уплотнения, чтобы масло не попало в выхлопную и впускную трубы. Они также содержат отработанные газы и давление наддува в улитке.

Турбокомпрессоры различаются по способу управления давлением наддува. Эти органы управления могут быть либо перепускным клапаном, либо состоять из подвижных колец с лопатками на стороне турбины. Перепускная заслонка позволяет выхлопным газам обходить турбинное колесо и корпус и, таким образом, ограничивать его скорость.

Функция нагрузки, а не частоты вращения двигателя


Энергия, которая вращает турбинное колесо турбонагнетателя, поступает от горячих выхлопных газов, выходящих из цилиндра двигателя. Турбокомпрессор пассивен, поскольку он в гораздо меньшей степени реагирует на частоту вращения коленчатого вала двигателя, чем на температуру выхлопных газов. Вот почему вы услышите турбонаддув, когда двигатель загружен, даже если скорость двигателя может быть незначительной или не увеличиваться.

По мере увеличения нагрузки на двигатель возрастают температура выхлопных газов и их скорость. Когда выхлопные газы выходят из порта головки цилиндров, инертный газ испытывает изэнтропическое расширение. Это означает без изменения температуры.

Горячие и расширяющиеся газы нагнетаются в корпус турбины и воздействуют на турбинное колесо так же, как поток реки имел бы воздействие на старую мельницу. Затем крыльчатка компрессора под давлением подает воздух во впускной коллектор.Результатом является увеличение VE, мощности и снижение выбросов.

Советы по обслуживанию турбины


Турбокомпрессор похож на коленчатый вал в двигателях, предназначенных для принудительной индукции, в том смысле, что турбонагнетатель считается основным компонентом, предназначенным для продления срока службы двигателя при надлежащем обслуживании. Это не значит, что турбины не выходят из строя. Когда это происходит, в 90% случаев неисправность может быть связана либо с попаданием постороннего предмета в турбокомпрессор, либо с плохим обслуживанием.

Посторонние предметы могут повредить — если не разрушить — турбокомпрессор. Лучший способ предотвратить такую ​​катастрофу — это аккуратно заменить воздушные фильтры в соответствии с рекомендациями производителя двигателя.

Замена фильтров также дает преимущество предотвращения чрезмерного падения давления воздуха и разрежения на масляном уплотнении компрессора турбокомпрессора. Если падение давления продолжается с течением времени, это может вызвать проблемы с масляным уплотнением.

Еще один общий совет по турбонаддуву — дать двигателю поработать на холостом ходу около минуты после того, как он сильно поработал.Это позволяет турбокомпрессору замедлиться при охлаждении. Это старая проверенная процедура, которой сегодня часто пренебрегают, но она приносит свои плоды в течение срока службы оборудования.

Поиск и устранение неисправностей


Наиболее частыми симптомами, связанными с недостаточной производительностью турбокомпрессора, являются недостаточная мощность двигателя, чрезмерный дым от выхлопных газов из-за чрезмерного расхода масла и (если применимо) попадание охлаждающей жидкости из корпуса подшипника с водяным охлаждением.

Имея дело с недостаточной мощностью двигателя, сначала определите, правильно ли работает двигатель, прежде чем обвинять турбонагнетатель в возникновении проблемы.Если двигатель работает нормально, велика вероятность того, что причина потери мощности или чрезмерного дыма в выхлопных газах кроется в системе турбонагнетателя.

Перед тем, как определить причины плохой работы турбокомпрессора, всегда проводите физический осмотр компонента. Проверьте все впускные патрубки на предмет плотной посадки турбонагнетателя и двигателя. Ослабленные хомуты или поврежденные шланги позволят ускорить выброс.

Во время осмотра обратите внимание на явные признаки утечки выхлопных газов перед корпусом турбины обратно в двигатель.

Утечки выхлопных газов ограничивают производительность турбонагнетателя, поскольку не весь выхлопной газ поступает в турбину турбокомпрессора. Это, в свою очередь, сильно влияет на его способность сжимать воздух для горения.

При осмотре системы обязательно проверьте целостность промежуточного охладителя (CAC) турбонагнетателя. Возможна трещина в баке или небольшое отверстие под штифт в трубе (особенно это проблема вездеходов). Возможно, потребуется снять CAC и проверить его под давлением, как если бы вы делали радиатор.

Если масляное уплотнение турбокомпрессора действительно выходит из строя, это приведет к попаданию смазки в CAC. Смойте эту смазку, так как она не только вызывает чрезмерный дым от выхлопных газов, но и ограничивает теплопроводность устройства.

Застрял перепускной клапан


Если в исследуемом турбокомпрессоре используется перепускной клапан, убедитесь, что он не заблокирован в открытом положении. Застрявший перепускной клапан может лишить двигатель мощности или привести к медленному нарастанию наддува.

Во время обследования обязательно проверьте целостность линии, идущей к диафрагме турбины, которая определяет наддув.Если эта линия треснула или протекает, это приведет к чрезмерному ускорению двигателя.

Если вы проверяете турбо-двигатель с регулируемыми лопатками, обратите внимание на скопление углерода в этих лопатках. Накопление углерода приводит к заеданию лопаток и, в свою очередь, к выходу из строя соленоида, управляющего лопатками.

Проверить маслопроводы


Если в исследуемом турбокомпрессоре вышел из строя подшипник или уплотнение, обязательно проверьте целостность линий подачи и слива масла. Если сливная линия забита шламом, это приведет к скоплению масла в корпусе вала и его прохождению через уплотнение.

При проверке турбонагнетателя посмотрите на вход компрессора, чтобы убедиться, что крыльчатка не повреждена. Также обратите внимание на чрезмерную масляную пленку и плавность хода вала. Имейте в виду, что если турбонагнетатель, который вы исследуете, имеет плавающий подшипник, его вал будет немного перемещаться вверх и вниз. Однако, если это движение приводит к удару ребер о корпус, это верный признак чрезмерного износа вала.

Если и когда придет время, когда турбонагнетателю потребуется профессиональное обслуживание, важно убедиться, что работа выполняется правильно.Анализ отказов — это первый шаг к определению причины поломки.

При найме на работу настаивайте на том, чтобы в сервисной мастерской всегда использовались оригинальные уплотнения и подшипники, и чтобы сборка была сбалансирована после ремонта. Для балансировки требуется специальное оборудование, которого у дешевого восстановителя не будет или которое будет утверждать, что это задача, в которой нет необходимости.

Базовые компоненты и теория турбонаддува

Послушайте, не говоря уже о технической чепухе, турбонаддув — это на самом деле довольно простая концепция.Цель здесь состоит в том, чтобы преобразовать энергию, содержащуюся в вашем выхлопном потоке, которая обычно идет впустую, в положительное давление во впускном коллекторе, нагнетая воздух в двигатель и, таким образом, производя больше мощности. Теперь мы понимаем, что это очень много, чтобы рассказать о нем — достаточно, чтобы написать книгу, — но цель этой конкретной статьи — познакомить всех, включая читателей, которые никогда раньше не видели турбо, в кратчайшие сроки с концепциями. участвует. Говоря прямо, это турбокомпрессоры 101-A, которые покрывают самую верхушку айсберга с расстояния 1000 футов.В этой первой статье мы надеемся установить базовый словарный запас и рабочие знания, которые можно использовать в будущем, поэтому, если вы опытный турбо-гуру, который ищет советы по чтению карт компрессоров или настройке корпусов турбин для вашего конкретного применения , не бойтесь — эти истории еще впереди. А пока мы собираемся охватить основы турбонаддува, рассматривая каждый компонент, определяя его назначение и объясняя теорию, лежащую в основе его работы.

17.02

Турбокомпрессор

3/17

На самом базовом уровне турбокомпрессор состоит всего из трех основных компонентов: турбины, компрессора и системы подшипников, которая поддерживает вал турбины, соединяя вместе колеса турбины и компрессора.Понимание того, как все три части работают вместе, имеет решающее значение, и даже базовое понимание взаимосвязи компонентов друг с другом значительно упростит выбор турбо-режима для вашего проекта.

Турбина

17. 04

Турбинное колесо отвечает за преобразование тепла и давления во вращательную силу.Чтобы понять, как происходит этот процесс, нам нужно углубиться в некоторые из основных законов термодинамики, но в рамках этой статьи необходимо понимать, что высокое давление (из выпускного коллектора) всегда будет стремиться к низкому давлению, и в рамках этого процесса, турбинное колесо преобразует кинетическую энергию во вращение. Когда колесо турбины вращается, оно вращает вал турбины, который, в свою очередь, вращает колесо компрессора. Выбор турбинного колеса, о котором часто забывают, имеет решающее значение для правильно построенной системы турбонагнетателя, поскольку слишком маленькое турбинное колесо вызовет чрезмерное противодавление и может задушить двигатель, что приведет к потере мощности.С другой стороны, выбор слишком большой турбины приведет к увеличению задержки и может затруднить достижение конкретных целевых значений наддува.

Конечно, турбинное колесо действует не в одиночку. Это часть корпуса турбины, который представляет собой гигантский, иногда ржавый кусок железа или стали, который вы всегда видите прикрученным к выпускному коллектору или сливному коллектору на турбомоторе. Из-за огромного количества тепла, связанного с сбором и перемещением выхлопных газов под давлением, корпус турбины изготавливается из толстого железа или стали и всегда состоит из опоры турбины (фланец, который соединяется с трубопроводом выпускного коллектора), выпускного патрубка (большое отверстие который соединяется с водосточной трубой) и спиральной камерой, которая представляет собой путь, по которому горячий выхлоп проходит через колесо турбины от опоры турбины к выпускному отверстию.Когда кто-то называет турбо «турбо Т4», они говорят об этом фланце. Выхлопные газы входят через фланец, вращаются вокруг колеса внутри улитки и выходят через выпускное соединение в часть выхлопа, которую энтузиасты называют спускной трубой.

Компрессор

17.05

Как и турбина, компрессорная секция состоит из двух основных компонентов: крыльчатки компрессора и крышки компрессора.Работа компрессора заключается в том, чтобы буквально сжимать свежий воздух и направлять его к корпусу дроссельной заслонки. Поскольку оно напрямую соединено с турбинным колесом через вал турбины, компрессорное колесо вращается с той же частотой вращения, что и турбинное колесо, и, когда двигатель и турбинное колесо ускоряются, то же самое происходит и с колесом компрессора. Этот процесс создает давление во впускном тракте, которое мы называем «наддувом», и это причина, по которой кто-либо в первую очередь установил бы турбокомпрессор. Опять же, чтобы полностью понять этот процесс, нам нужно будет объяснить несколько законов термодинамики, включая закон идеального газа, но для нашей цели понять, что работа компрессорного колеса состоит в том, чтобы собирать свежий воздух и сжимать его — вот и все. Когда колесо вращается, оно забирает окружающий воздух, поворачивает его на 90 градусов вдоль лопасти колеса и нагнетает его в крышку компрессора, где он собирается и затем нагнетается во всасывающую трубу.

Колеса компрессора — одна из наиболее часто обсуждаемых частей турбокомпрессора. Даже если вы никогда раньше не видели турбонаддув, вы, вероятно, слышали, как кто-то сказал: «Это 88-миллиметровый турбонаддув» или «Не могу поверить, что они объявили 116 вне закона». Речь идет о диаметре крыльчатки компрессора, измеренном на кончике или, точнее, на кончике индуктора.Колесо компрессора и крышка также являются наиболее фотогеничными частями турбокомпрессора, поскольку они сделаны из блестящего алюминия, и, следовательно, людям нравится фотографировать их с долларовыми купюрами, банками из-под колы или другими предметами, чтобы показать, насколько велик компрессор. колесо собственно есть. Теперь, помимо всего забавного, важно понимать, что компрессор является источником денег в этой системе, и это одна часть турбокомпрессора, которая выполняет всю перекачку, поэтому важно правильно выбрать ее размер для вашего приложения.

Центральный корпус / вращающийся узел (CHRA)

17.06

На CHRA может не хватать чернил, но это одна из наиболее важных частей любого узла турбонагнетателя. Фактически, CHRA служит точкой крепления для обоих корпусов и должен быть изготовлен из прочного материала, чтобы выдерживать тепло и напряжение турбины.Конечно, удерживание корпусов вместе — детская игра по сравнению с реальной работой CHRA, которая заключается в поддержке и смазке подшипников турбокомпрессора. При частоте вращения вала турбины, превышающей 100000 об / мин, работа подшипника намного, намного сложнее, чем у традиционного подшипника распределительного вала, и поэтому производители турбонагнетателей потратили много времени и денег на создание серьезных подшипников для выполнения этих работ. Если вы когда-нибудь слышали о том, чтобы кто-то «перестраивал турбину», скорее всего, речь идет о замене подшипников, которые могут начать изнашиваться в зависимости от множества факторов, включая состояние масла, осевые нагрузки или движение вала. Традиционно в CHRA будут установлены два бронзовых подшипника с полным поплавком и отдельный бронзовый упорный подшипник. Сегодня многие качественные производители предлагают модернизированные подшипниковые системы, в том числе керамический шарикоподшипник Turbonetics, который устраняет традиционный упорный подшипник, позволяя турбонагнетателю выдерживать «до 50 раз большую нагрузочную способность по сравнению с обычным узлом». Многие другие производители также перешли на системы шариковых подшипников, в том числе Garrett, чтобы уменьшить сопротивление и увеличить срок службы турбокомпрессора.

Интеркулер

17.07

Понимая, что турбокомпрессор работает путем сжатия воздуха, легко понять, почему промежуточный охладитель важен. Не вдаваясь в математику (мы снова говорим о законе идеального газа …), давайте просто скажем, что по мере увеличения давления в фиксированном объеме создается тепло. Это закон термодинамики, и, что бы кто-то ни спорил, он присутствует в любом двигателе с турбонаддувом, даже при настройках «низкого наддува». В любом случае, зная, что тепло присутствует, нам нужен способ охлаждения входящего воздушного заряда, прежде чем он попадет во впускной коллектор, и для этого мы обычно используем промежуточный охладитель. На самом деле интеркулер — это не что иное, как теплообменник, и его работа заключается в отводе тепла от всасываемого заряда, который мы создали путем его сжатия. Если вы понимаете, как работает радиатор, вы понимаете, как работает интеркулер — это действительно так просто!

Как это работает?

17.08

На сегодняшнем рынке производительности преобладают два типа промежуточных охладителей: воздух-воздух и воздух-вода.Интеркулер типа «воздух-воздух», вероятно, самый распространенный в уличных автомобилях, и вы, вероятно, видели, как они болтаются за бампером некоторых из ваших любимых автомобилей GMHTP . Как и радиатор, промежуточный охладитель воздух-воздух пропускает горячий воздух от компрессора через серию трубок, которые физически соединены с серией тонких алюминиевых ребер. Поскольку окружающий воздух проходит через поверхность промежуточного охладителя и тонкие ребра, он отводит тепло от сжатого воздуха, что обеспечивает охлаждающий эффект.В обычных уличных автомобилях, которые ездят в течение продолжительного времени, промежуточный охладитель воздух-воздух является одним из наиболее эффективных способов держать температуру наддува под контролем. С другой стороны, промежуточный охладитель воздух-вода использует те же принципы, что и блок воздух-воздух, хотя вместо окружающего воздуха, проходящего по поверхности, он использует охлажденную воду, что обеспечивает невероятную охлаждающую способность. Однако то, что система воздух-вода получает от падения температуры и эффективности, со временем она теряет, поскольку вода в конечном итоге нагревается и обеспечивает гораздо меньшее охлаждение.

Сливные ворота

17.09

Вестгейт — это просто устройство, которое отводит выхлопной газ до того, как он достигнет входа в корпус турбины. Чтобы полностью понять концепцию, давайте посмотрим на турбо-систему без перепускного клапана. Когда выхлопные газы заполняют коллекторы, они направляются к турбонагнетателю и входят в корпус турбины, прежде чем расширяться через турбинное колесо и выходить через спускную трубу.В закрытой системе турбина будет видеть весь выхлоп во всем рабочем диапазоне двигателя, и наддув будет продолжать бесконтрольно повышаться, пока либо дроссельная заслонка не будет закрыта, либо колесо турбины не достигнет точки дросселирования. Для большинства двигателей это приведет к чрезмерному увеличению наддува / воздушного потока и разрушению деталей, в результате чего у вас останется пара расплавленных поршней в лучшем случае или гигантское отверстие в блоке (гораздо более вероятно). Для управления наддувом и общей мощностью двигателя системы турбонагнетателя полагаются на перепускные клапаны, которые устанавливаются перед корпусом турбины (или внутри него в случае турбонагнетателя с внутренними затворами) и действуют как контролируемый байпас для процентного содержания выхлопных газов. регулировать частоту вращения турбины и, таким образом, общий наддув.

Как это работает?

17.10

Конструкция перепускного клапана может быть разной, но, проще говоря, каждая перепускная заслонка имеет впускной и выпускной порт, в который может поступать выхлопной газ, клапан, который регулирует поток выхлопного газа через впускной порт, и пружинный / диафрагменный привод, который контролирует, когда клапан открывается и закрывается.В нормальных условиях движения перепускной клапан остается закрытым, и весь выхлопной газ направляется непосредственно в корпус турбины. При повышении давления наддува давление действует на пружинный узел и начинает поднимать клапан, отводя поток выхлопных газов от турбины и регулируя скорость турбины для регулирования давления наддува. Чтобы отрегулировать целевые уровни наддува, вестгейты полагаются на разные пружины, которые можно менять местами, чтобы увеличить или уменьшить целевое давление наддува.

Продувочные клапаны

17.11

Выпускной клапан — это, по сути, клапан сброса давления, который устанавливается на стороне компрессора турбо-системы.Его работа, в буквальном смысле, состоит в том, чтобы сбрасывать избыточное давление наддува, оставшееся в системе, когда закрывается дроссельная заслонка. Представьте себе турбонагнетатель, производящий 10 фунтов на квадратный дюйм, с трубопроводом, соединяющим выходное отверстие крышки компрессора непосредственно с корпусом дроссельной заслонки. Когда дроссельная заслонка широко открыта, а двигатель находится под полной нагрузкой, сжатый воздух попадает прямо во впускной коллектор и может легко заполнять цилиндры. Когда водитель отпускает (поднимает) педаль газа и закрывает дроссельную заслонку, турбонагнетатель все еще вращается и производит наддув (помните, что колесо компрессора может вращаться со скоростью свыше 150 000 об / мин!), Что создает нежелательное состояние в системе.Турбонагнетатель перемещает много воздуха, но, поскольку дроссельная заслонка закрыта, воздуху некуда идти, кроме как обратно к крыльчатке компрессора, что может привести к помпажу компрессора. Помпаж компрессора может повредить турбокомпрессор из-за чрезмерной нагрузки на опорные поверхности и, в крайних случаях, может даже привести к остановке крыльчатки компрессора.

Как это работает?

17.12

Выпускной клапан по конструкции аналогичен перепускному клапану, хотя обычно меньше по размеру и построен с гораздо меньшей устойчивостью к высокой температуре, поскольку он установлен на стороне компрессора турбонагнетателя. В нормальных условиях эксплуатации фактический клапан закрыт относительно седла, и воздух задерживается в нагнетательном трубопроводе компрессора. Когда дроссель закрыт, выдувание пружины клапана / диафрагмы видит изменение давления (от выше атмосферного до вакуума) и открывает клапан, выпуская сжатый воздух из трубы и заряда в атмосферу. В отличие от перепускных клапанов, большинство продувочных клапанов поставляются с одной предварительно установленной пружиной, а настройка скорости открытия клапана осуществляется путем небольших корректировок предварительной нагрузки пружины.Обратите внимание, что эталонный источник наддува продувочного клапана должен быть расположен после корпуса дроссельной заслонки во впускном коллекторе, чтобы он мог точно считывать разрежение, когда дроссельная заслонка закрыта.

Трубопроводы и коллекторы

13/17

Трубопроводы могут быть последним, что большинство энтузиастов рассматривают при создании турбо-системы, но правильное применение и размер имеют важное значение для обеспечения оптимальной производительности. В типичной системе турбонагнетателя трубопроводы можно разделить на три отдельных участка: коллекторы, горячая и холодная стороны.

Коллекторы

14/17

Коллекторы

Turbo живут невероятно сложной жизнью. Экстремальные перепады температуры, невероятное противодавление и высокая нагрузка делают эти участки одной из наиболее вероятных областей турбонаддува для развития проблем.Понимая крайности, которые коллектор должен выдерживать изо дня в день, лучше всего разработать коллектор, основанный на долговечности и прочности, даже если это означает снижение производительности. Кроме того, зная, что турбинное колесо работает за счет тепла и скорости, нужно построить коллектор для эффективного и быстрого отвода тепла, сохраняя как можно больше тепла внутри, без образования трещин или замедления движения выхлопных газов. Таким образом, следует рассмотреть возможность использования чугунных коллекторов, если таковые имеются, и, как показали гонщики LSX, даже стандартные агрегаты, такие как пара коллекторов для грузовиков GM, могут выдавать более 2000 л. с.Если такой коллектор не существует для вашего приложения или вы работаете в определенном пространстве, которое не может вместить их, изготовление пары коллекторов будет вашим лучшим вариантом, и вы можете обратиться ко многим превосходным производителям, чтобы выполнить эту работу.

Трубопровод горячей стороны

15/17

Любой трубопровод, связанный с отводом выхлопных газов к турбонагнетателю или от него, обычно называют трубопроводом горячей стороны.Из-за сильного нагрева, связанного с переносом выхлопных газов в корпус турбины, критически важно использовать здесь прочный материал, и для многих производителей нержавеющая сталь является предпочтительным материалом. Что касается диаметра, это действительно зависит от множества факторов, включая кубические дюймы, конструкцию турбинного колеса, диапазон оборотов, противодавление и т. Д., Но, как правило, трубка с внутренним диаметром 2,5 дюйма от выпускных коллекторов к корпусу турбины работает очень хорошо. Следует отметить, что некоторые строители теперь по возможности переходят на трубы меньшего размера, чтобы увеличить скорость к турбине, которая должна работать хорошо, хотя результаты будут варьироваться в зависимости от конкретного применения.Когда воздух выходит из турбинного колеса, он попадает в секцию выхлопа, известную как спускная труба, и здесь чем больше, тем лучше. Вы не можете действительно увеличить водосточную трубу, а это значит, что если у вас есть место для 4- или 5-дюймовой водосточной трубы, сделайте это!

Трубопровод холодной стороны

16/17

«Холодная сторона» турбонагнетателя относится к любым трубопроводам, связанным с перемещением сжатого воздуха от турбокомпрессора к корпусу дроссельной заслонки. Если вы устанавливаете интеркулер, он также является частью холодной стороны, и его необходимо правильно подключить, чтобы все работало. Поскольку тепло не вызывает особого беспокойства, алюминиевые трубки обычно считаются оптимальным выбором, поскольку с ними легко работать, они легкие и достаточно прочные, чтобы выдерживать относительно умеренные температуры, связанные с холодной стороной. Диаметр трубопровода зависит от размера турбонагнетателя, промежуточного охладителя и корпуса дроссельной заслонки, хотя большинство энтузиастов GM найдут, что алюминиевые трубки с внутренним диаметром 3 дюйма работают идеально.Любая область, где должно быть выполнено полупостоянное соединение, например, соединение секции 3-дюймовой трубы с концевым баком промежуточного охладителя, может быть выполнена с использованием высококачественных силиконовых муфт и традиционных зажимов, которые хорошо подходят для большинства приложений. Для тех из вас, кто хочет получить большое количество наддува, такие компании, как Vibrant Performance, предлагают быстроразъемные зажимы с двойным уплотнительным кольцом, которые могут выдерживать более 100 фунтов наддува без сдува или утечки.

Что еще мне нужно знать?

17/17

Очень много.Серьезно, понимание турбо-систем — это не то, что можно сделать в одночасье, и, как и создание двигателя или настройка подвески, могут потребоваться годы, чтобы правильно понять все нюансы конструкции турбонаддува. Но это не значит, что вам не следует начинать изучать и исследовать эту увлекательную форму принудительной индукции прямо сейчас! Если вы хотите узнать больше сегодня, мы рекомендуем вам ознакомиться с двумя отличными книгами, которые мы всегда держим под рукой. Первая — это классическая разработка Корки Белла под названием «Максимальное ускорение», охватывающая проектирование системы от теории до реального применения, не делая при этом чрезмерно технологичной или научной.Вторая книга, которую мы рекомендуем, — это Turbo: Real World High-Performance Turbocharger Systems Джея К. Миллера. Turbo имеет отличный раздел по анатомии турбокомпрессора и вникает в такие темы, как схемы компрессоров и восстановление турбокомпрессора, для тех из вас, кто хочет действительно расширить свои рабочие знания. И последнее, но не менее важное: мы приглашаем вас присоединиться к нам в ближайшие месяцы, поскольку мы объединяемся с одними из лучших в отрасли, чтобы изготовить и установить единую турбо-систему на нашем новейшем проектном автомобиле

Письменные источники:

Белл, Корки.Максимальное усиление.
Кембридж, Массачусетс: Bentley Publishers, 1997

Миллер, Джей. Турбо.
North Branch, MN: Cartech Books, 2008

Assisted Turbocharging

Assisted Turbocharging

Hannu Jääskeläinen

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Реферат : Помощь турбонагнетателю может улучшить нежелательные рабочие характеристики двигателя, такие как низкое давление наддува при низких оборотах двигателя и отставание турбонагнетателя.Дополнительный турбонаддув может использоваться для ряда приложений — примеры включают формирование кривой крутящего момента, улучшение переходной характеристики, альтернативу гибридным трансмиссиям, повышение эффективности двигателя и контроль выбросов твердых частиц.

Введение

Оказание помощи турбонагнетателю в двигателях с турбонаддувом уже давно является вариантом, который конструкторы двигателей использовали для устранения двух нежелательных характеристик многих двигателей с турбонаддувом, а именно низкого давления наддува на низких оборотах двигателя и запаздывания турбонагнетателя.Эта помощь может принимать одну из нескольких форм. Дополнительная мощность может подаваться непосредственно на вал турбонагнетателя от электрического или гидравлического двигателя или даже от самого двигателя [739] [740] [2259] . В качестве альтернативы можно использовать дополнительный компрессор, либо нагнетатель, либо даже турбонагнетатель меньшего размера, для обеспечения наддува, когда основной турбокомпрессор не может этого сделать. Для оказания этой помощи также были предложены резонаторы Гельмольца и импульсные зарядные устройства.

В то время как коммерческие применения турбонаддува с поддержкой (также известного как поддерживаемый турбонаддув) были доступны с первых дней существования двигателя внутреннего сгорания, повышенный интерес к технологии появился примерно после 2010 года. Этот возобновленный интерес был вызван в первую очередь потенциалом этой технологии для поддерживать повышение топливной эффективности за счет уменьшения габаритов двигателя и снижения частоты вращения за счет улучшения характеристик двигателя на более низких оборотах (формирование кривой крутящего момента) и обеспечения того, чтобы не пострадали переходные характеристики.

Следует отметить, что во многих приложениях отпала необходимость в помощи турбонагнетателя за счет использования турбонагнетателей с роторами с уменьшенным моментом инерции, турбин с изменяемой геометрией и других средств для улучшения характеристик турбокомпрессора. Будут ли они продолжать делать это в будущем, еще предстоит увидеть.

Одним из коммерческих приложений, в котором давно используется турбонаддув, являются двухтактные двигатели с турбонаддувом. Из-за своего принципа работы двухтактные двигатели не могут использовать движение поршня для создания потока газа в цилиндр и из него.Вместо этого во всех рабочих условиях должен подаваться всасываемый воздух под давлением. В условиях низкой нагрузки и запуска энергия выхлопных газов слишком мала для турбонагнетателя двухтактного двигателя с турбонаддувом, чтобы обеспечить необходимый продувочный поток, и требуется некоторая помощь. В то время как нагнетатели являются обычным явлением, турбокомпрессоры с электроприводом нашли некоторое применение в этих приложениях.

Приложения

Формирование кривой крутящего момента

На рис. 1 показан принцип обеспечения некоторого внешнего питания турбонагнетателя на низких скоростях для улучшения установившегося крутящего момента при полной нагрузке. В этом случае цель состоит в том, чтобы получить кривую крутящего момента с уменьшенным двигателем, которая эквивалентна безнаддувному двигателю с большим рабочим объемом. Начиная с безнаддувного двигателя уменьшенного размера, относительно просто достичь требуемых характеристик крутящего момента от примерно номинальной скорости крутящего момента до максимальной номинальной скорости двигателя с использованием традиционной технологии турбонаддува. Очевидно, что при оборотах двигателя ниже номинального крутящего момента проблема значительно усложняется.Хотя турбокомпрессор с изменяемой геометрией помогает, все еще существует значительный дефицит крутящего момента на низких скоростях. Предоставление некоторой внешней помощи турбонагнетателю, в данном случае через двигатель, подключенный к валу турбонагнетателя, является одним из способов создания дополнительного наддува, необходимого для преодоления этого дефицита крутящего момента [2357] .

Рисунок 1 . Поддержка турбонагнетателя для улучшения крутящего момента на низких оборотах в двигателях меньшего размера

1: Двигатель уменьшенного размера. 2: Обычный турбо. 3: Турбина с изменяемой геометрией. 4: VGT с моторным ассистентом. 5: Двигатель большого объема.

Требования к внешней мощности для формирования кривой крутящего момента с помощью турбонагнетателя могут быть значительными и зависеть от величины, на которую необходимо увеличить крутящий момент на низких оборотах двигателя. Для кривых установившегося крутящего момента количество мощности, которая должна быть предоставлена, зависит от разницы между крутящим моментом двигателя, который может быть создан одним только турбонагнетателем, и желаемым выходным крутящим моментом на низкой скорости.На рис. 2 показан эффект поддержки турбонагнетателя мощностью до 3 кВт для 2-литрового дизельного двигателя [2358] . Увеличение крутящего момента на низкой скорости на 50% может быть достигнуто с помощью вспомогательной мощности 1 кВт. В другом случае, когда целевое давление наддува для двигателя объемом 2 л составляло 300 кПа для всего диапазона скоростей от 1000 об / мин и выше, требовалось максимум 5,6 кВт вспомогательного двигателя [2357] .

Рисунок 2 . Влияние поддержки турбонагнетателя на относительную мощность и эффективность двигателя маломощного дизельного двигателя

На рис. 2 показан важный момент использования турбонагнетателей с усилителем для уменьшения габаритов двигателя.Предел мощности двигателя на низких оборотах может сильно зависеть от того, сколько вспомогательной мощности может подаваться на турбокомпрессор. Это может ограничить возможность уменьшения габаритов и, таким образом, повышения теплового КПД различных вспомогательных технологий турбонагнетателя. Следует отметить, что максимальная помощь, которая может быть оказана непосредственно на валу турбокомпрессора, также может быть ограничена необходимостью избежать помпажа компрессора. Это обсуждается в разделе Turbocharger Integrated Assist .

###

Турбокомпрессоры

: что нужно знать

Турбокомпрессоры

существуют уже много лет и стали отраслевым стандартом для большинства лесозаготовительных машин.Количество выхлопных газов на горячей стороне двигателя контролирует скорость турбонагнетателя. По мере увеличения скорости в двигатель нагнетается большее количество воздуха и вырабатывается больше лошадиных сил. Стальной вал механически связывает турбину с крыльчаткой компрессора и эффективно регулирует объем воздуха, поступающего в холодную сторону двигателя. Скорость турбокомпрессора может достигать более 100 000 об / мин. При более высоких скоростях вращения остается мало места для ошибки. Правильное техническое обслуживание и методы эксплуатации могут предотвратить повреждение или преждевременный износ.

Правильное обслуживание и осмотр продлят срок службы турбокомпрессора.

Фильтрация и ограничение воздуха

Точно так же, как трудно дышать в закрытой пылезащитной маске, турбокомпрессор также зависит от чистоты системы впуска воздуха для эффективной работы. Фильтрация воздуха — это первая линия защиты турбонагнетателя от грязного атмосферного воздуха, поскольку она предотвращает прямой контакт загрязняющих веществ с входным отверстием компрессора. Наружный воздух поступает в предварительный очиститель, а затем циркулирует через первичный (внешний) фильтрующий элемент. Затем он проходит через предохранительный (внутренний) фильтр и, наконец, к входу турбонагнетателя. Чтобы эта система работала эффективно, любой мусор, скопившийся вокруг предварительного очистителя, такой как ветки, снег, грязь, грязь или листья, необходимо удалять не реже, чем каждые восемь часов, а при работе в сложных условиях — чаще. Это поможет удерживать давление турбо-вакуума в определенных пределах и снизить продольную деформацию вала на высоких скоростях, сохраняя срок службы уплотнений и внутренних частей турбонагнетателя.Забитый фильтр приведет к увеличению турбо-скорости, потому что компрессор не нагружен, а это, в свою очередь, может привести к отказу турбонаддува.

НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ ОЧИСТИТЬ фильтр.
ЛЮБОЙ ВИД ОЧИСТКИ ТАК КАК ЛЮДИ, МЕТОДЫ, ИНСТРУМЕНТЫ И ОСМОТРЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ПРОЦЕССЕ.

Элемент воздушного фильтра следует заменять только при наличии индикатора засорения фильтра, в отличие от упреждающей замены. Избыточное обслуживание может сделать систему менее эффективной, поскольку она зависит от накопления некоторого количества пыли на фильтре, чтобы максимизировать возможности фильтрации. Фильтр чистить не рекомендуется. Существует риск попадания загрязняющих веществ на чистую сторону фильтра и риск повреждения фильтра сжатым воздухом под высоким давлением. Любой тип очистки хорош настолько, насколько хороши люди, методы, инструменты и проверки, используемые в процессе. Вторичный (предохранительный) элемент нельзя чистить, а только заменять.

Если вы решили очистить фильтр, сначала сделайте визуальный осмотр.Если есть какие-либо повреждения корпуса фильтра, прокладок или торцевых пластин, фильтр следует выбросить. Всегда очищайте фильтр в чистой среде и упакуйте фильтр сразу после процесса очистки. Ограничьте чистку максимум тремя интервалами и всегда следуйте рекомендациям производителя фильтра для безопасного выполнения задачи. Некоторые ключевые моменты, о которых следует помнить:

  • Давление не должно превышать 30 фунтов на квадратный дюйм при использовании воздуха
  • Направляйте воздух с чистой стороны вверх
  • Не позволяйте соплу соприкасаться с фильтрующим материалом

Процедура замены фильтра должна быть короткой чтобы предотвратить попадание загрязняющих веществ в систему впуска. Чистой тряпкой можно временно заблокировать впускное отверстие, но очень важно удалить ее перед повторной сборкой. Мельчайшие частицы пыли, песка и грязи могут серьезно повлиять на турбонагнетатель, вызывая точечную коррозию, задиры или даже полное разрушение лопастей крыльчатки компрессора, что может привести к катастрофическому отказу. Турбины отлично сбалансированы. Малейшие трещины в сборке могут вывести систему из строя и ускорить выход из строя.

Охлаждение и смазка

Разминка важна перед тренировкой, и после бега в жаркую погоду имеет смысл искать тень с хорошим стаканом холодной воды.То же самое и с вашей машиной. Масло необходимо нагреть перед работой на машине, а турбина должна остыть перед остановкой. Правильная смазка необходима для охлаждения турбонагнетателя. Помните, он может вращаться со скоростью более 100 000 оборотов в минуту. Выключение двигателя сразу после интенсивной работы с машиной означает, что поток смазочного масла через насос будет отключен, пока турбонагнетатель все еще вращается на высоких оборотах в течение нескольких минут. Без масла невозможно быстро убрать огонь. Это может вызвать преждевременный износ вала, подшипников и уплотнений и сократить срок службы турбины.То же самое может произойти, если масло не прогреется при запуске. Холодное масло движется медленнее, обеспечивая недостаточную смазку подшипника.

Всегда используйте фильтры марки Tigercat, чтобы
защитить двигатель и компоненты.

Как уже упоминалось, надлежащие процедуры обслуживания помогут продлить срок службы турбонагнетателя. Допуски во вращающихся частях турбонагнетателя очень малы, и для обеспечения безупречного движения всех деталей требуется масло хорошего качества. Всегда не забывайте заменять масло через рекомендуемые интервалы обслуживания или даже раньше, если существует риск загрязнения.Грязное моторное масло может быстро сократить общий срок службы, поскольку оно необратимо порезает подшипники и вал. Эти дефекты поверхности материала оставляют место для оседания других загрязнений и ускорения износа деталей. Шероховатая поверхность также ограничивает поток масла и его способность отводить тепло.

Вентиляция картера — CCV

В процессе сгорания двигателя пары сгорания (картерный газ) выходят мимо поршневых колец в картер двигателя и смешиваются с парами масла.Чтобы предотвратить избыточное давление в поддоне, эти пары отфильтровываются из масла и возвращаются во впускной трубопровод турбонагнетателя, при этом конденсированное масло возвращается в поддон.

На двигателях Tigercat FPT 6,7 и 4,5 литров верхний фильтр CCV расположен непосредственно над кожухом маховика двигателя и специально разработан для соответствия двигателю. По этой причине следует использовать только фильтры марки Tigercat. Фильтр, который выглядит одинаково, не обязательно означает, что он такой же. Фильтры CCV имеют специальную маслоотделительную среду для контроля проникающих газов и были разработаны и изготовлены специально для применения с использованием запатентованных материалов для работы в унисон с остальной частью системы. Фильтры со спецификациями, не подходящими для применения, могут отрицательно повлиять на общую производительность. Некоторые из них включают скорость потока картерных газов, давление в картере, пористость фильтра и сокращение срока службы.

Я вижу масло в турбонагнетателе

Немного масла в турбонагнетателе — это нормально — пары сгорания, направляемые на впуск, могут смешиваться с некоторым остаточным маслом, которое обычно сгорает при сгорании двигателя. Часть этого масла может осесть в трубе непосредственно перед входом турбонагнетателя, поэтому присутствие масла в небольших количествах является нормальным.Важно помнить о замене фильтра CCV через рекомендуемый интервал обслуживания фильтром марки Tigercat. Этот фильтр, которым часто пренебрегают, играет очень важную роль. Неправильное обслуживание этого компонента может привести к насыщению фильтра и накоплению масла на входе и выходе турбокомпрессора. Это снижает производительность двигателя и давление турбонаддува из-за ограничения на крыльчатке компрессора, вызванного закоксовыванием, и может отрицательно повлиять на компоненты, расположенные ниже по потоку от выхлопа турбонагнетателя. Если оставить его слишком долго, это может привести к отказу турбонагнетателя или даже к отказу двигателя.

Уловки и осведомленность

Так же, как контроль уровня топлива, оборотов двигателя и датчиков уровня масла является второй натурой при вождении автомобиля, наблюдение за давлением наддува машины может помочь выявить любые проблемы на ранних этапах. Если давление наддува оказывается низким или внезапно падает, оператор должен действовать упреждающе и соответствующим образом отрегулировать / расследовать. Поскольку он легко доступен и крепится всего четырьмя болтами, турбонагнетатель часто заменяется преждевременно в случае низкого давления наддува.Некоторые факторы, которые следует рассмотреть и принять во внимание заранее, включают ослабленные или изношенные соединения наддувочного воздуха, засоренные воздушные фильтры, заблокированные предварительные очистители, насыщенные фильтры CCV и изношенные прокладки между турбонаддувом и впускным / выпускным коллектором.

В случае поломки вала или крыльчатки компрессора давление турбонаддува значительно снизится. В это время немедленная остановка двигателя имеет решающее значение, поскольку непрерывная работа может позволить большому количеству масла достичь впускного отверстия двигателя и попасть в камеры цилиндра.Значительное количество энергии, генерируемое смешиванием масла с топливом и воздухом в процессе сгорания, может вызвать серьезные повреждения и может привести к изгибу шатунов, что приведет к замене двигателя. Масло также может загрязнить катализаторы выхлопных газов, что приведет к серьезному ремонту.

Образование — залог успеха. Убедитесь, что все члены экипажа знают, как и почему работает система. Это может положительно повлиять на команду и побудить ее использовать передовые методы эксплуатации, выполнять правильные процедуры технического обслуживания с требуемой периодичностью и осознавать потенциальные проблемы.Это будет иметь большое значение для поддержания безупречной работы двигателя и турбонагнетателя.

Статьи по теме

Опубликовано: вторник, 14 октября 2014 г.

Двигатель Tigercat FPT — решения уровня 2 и уровня 4 во всем мире.


Опубликовано: вторник, 8 ноября 2016 г.

Защитите свой двигатель с помощью высокоэффективных синтетических топливных фильтров Tigercat.


Опубликовано: понедельник, 1 декабря 2014 г.

Почему фильтрация гидравлического масла так важна?


Видео по теме

Все, что вам нужно знать о турбокомпрессорах

История турбокомпрессоров началась в 1885-96 годах, когда Рудольф Дизель и Готлиб Даймлер начали исследовать способы улучшения двигателя внутреннего сгорания.Их основная задача заключалась в минимизации расхода топлива, но с повышенным КПД. Тогда впервые была высказана идея сгорания и предварительного сжатия воздуха.

С тех пор двигатель с турбонаддувом постоянно совершенствовался, что привело к нынешней роли, которую они играют в придании каждому автомобилю дополнительной искры производительности за счет подачи в двигатель большего количества воздуха. В этой статье делается попытка выделить некоторые факты о любимых моделях производительности редукторов, которые могут быть очевидны не для всех, включая некоторые турбовентиляторные двигатели.

14 Первое турбо-приложение после Альфреда Бючи

Через популярную механику.ком

Турбонагнетатели на заре их изобретения использовались в судоходстве еще в 1923 году. Примерно в это же время турбодвигатели стали применяться на дизельных двигателях (четырехтактных). Судовые двигатели позволили увеличить мощность судна с 1750 до 2500 л.с. В 1952 году Dorthe Maersk стал первым коммерческим судном, оснащенным турбодвигателем мощностью 8000 л.с.

13 Первый олдсмобиль с турбонаддувом 1962 года выпуска

Через YouTube. ком

Модели автомобилей Oldsmobile Jetfire и Chevy Corvette Monza 1962 года были первыми, кто испытал мощность двигателей с турбонаддувом. Хотя эти автомобили просуществовали недолго, испытания вызвали повышенный интерес к разработке автомобильных двигателей с турбонаддувом. Только в 1978 году Mercedes-Benz выпустил первый легковой автомобиль с турбонаддувом — Mercedes Benz 300 SD с 5-цилиндровым двигателем W116 с турбонаддувом.

12 Самая большая в мире турбина (107 389 л.с.)

Через zmescience.ком

Самый мощный в мире и самый большой турбомотор установлен на покоряющем океан контейнеровозе Emma Maersk. Дизельный двигатель с турбонаддувом финского производства — это 14-цилиндровый двигатель, обеспечивающий невероятную мощность в 107 389 лошадиных сил. И в довершение всего, океанский лайнер получает от него крутящий момент 7 миллионов Ньютон-метров (около 5,16 миллиона фунт-футов). Интересные факты: высота двигателя примерно с двухэтажное здание; он может разбить военный танк на мелкие клочки, и он способен обеспечить энергией целый город.

11 недостатков слишком высокого или слишком низкого Turbo Boost

Через howstuffworks.com

Турбодвигатель состоит из двух частей: кронштейна корпуса и турбинного колеса.Когда корпус направляет газ от выхлопа к колесу турбины, полученная энергия вращает колесо турбины. Таким образом, больше сжатого газа означает больше наддува, но слишком много его может повредить двигатель. С другой стороны, низкий наддув может возникнуть из-за негерметичной прокладки, что приведет к снижению давления и турбо не будет производить мощность.

10 Среднее время до отказа турбонагнетателя

Через unsplash.ком

С небольшими доработками турбодвигатель можно установить на любой обычный бензиновый автомобиль. Такие модификации часто приводят к увеличению мощности в районе 50 лошадиных сил. Турбокомпрессоры обычно начинают подавать признаки неисправности, когда пробег составляет от 100 000 до 150 000 миль. Однако регулярное техническое обслуживание может значительно увеличить длину вашего турбокомпрессора.

9 Он крутится на безумных оборотах

через Автоэволюцию

В то время как обычный обычный автомобиль способен развивать обороты до 7 000 об / мин, турбокомпрессор может вращаться до 150 000 об / мин. Это более чем в 20 раз быстрее, поэтому звук такой слышимый и уникальный.

8 преимуществ турбонагнетателя с изменяемой геометрией (VGT)

Через отдел новостей Volkswagen

Турбокомпрессор с изменяемой геометрией (VGT) был спроектирован иначе, чем турбокомпрессор фиксированного типа для достижения трех целей: (1) для достижения максимального крутящего момента двигателя, (2) для создания плавного времени отклика турбонагнетателя и (3) для увеличения забора воздуха при низком давлении. обороты двигателя.Эта топология была использована в Mercedes Benz 300 SD, который стал первым легковым автомобилем, который достиг почти бензиновой управляемости с дизельным двигателем с турбонаддувом.

7 Назначение интеркулера

через систему Extreme Turbo

Хотя большее количество воздуха, всасываемого в турбокомпрессор, обычно означает большую мощность для двигателя, мы не хотим, чтобы этот воздух был горячим (таким образом, расширяясь).Поэтому используется устройство, называемое интеркулером. Он охлаждает воздух, поступающий в турбонагнетатель, чтобы уменьшить его, обеспечивая еще больший взрыв.

6 преимуществ бензиновых двигателей с турбонаддувом

Через Motor Trend

Турбокомпрессоры долгое время рассматривались в первую очередь как дизельные. Они достигли совершеннолетия, и теперь бензиновые двигатели, работающие на алгоритмах турбо, стали обычным явлением. Бензиновые турбодвигатели предпочтительнее из-за их экономии топлива, что делает их более экологически чистыми.

СВЯЗАННЫЙ: 15 самых популярных автомобилей для уличных гонок в 2020 году

5 Частота отказов турбокомпрессора

Через carmagazine. co.uk

Нередко случается отказ двигателя с турбонаддувом, потому что чем больше компонентов взаимосвязано в функциональном блоке двигателя, тем больше он подвержен повреждению. На пробегах более 100 000 миль в стенках цилиндров турбонагнетателя появляются зазоры, возникающие в результате постоянного износа в течение всего периода эксплуатации. То же самое и с поршневыми кольцами.

СВЯЗАННЫЙ: редукторы отказываются от турбонаддува, просто используйте сжатый воздух вместо

4 признака отказа турбонагнетателя и что делать

Через dragzine. ком

Как и в любом другом активном механическом устройстве, турбокомпрессоры со временем сдаются. Симптомы неисправного турбонагнетателя включают треснувший корпус, неровный подшипник и практически любой усталый компонент вокруг кронштейна двигателя. Турбина подлежит ремонту в зависимости от степени повреждения.

3 Turbo Failure: купить или заменить?

через Full Race

Причины неисправностей турбонагнетателя возникают из-за плохой смазки маслом и сочетания загрязняющих веществ выхлопных газов, в том числе сажи и любого мусора, который может попасть в турбину.Неравномерное засорение выхлопа может усугубить проблемы с турбонаддувом. Вопрос в том, покупать или заменять турбо. Обычно турбодетали стоят около 2800 долларов, в то время как новый собранный блок стоит более 4000 долларов. Вам решать, какой вариант выбрать, конечно, в зависимости от того, насколько ваш эксперт по турбонаддуву требует ремонта.

СВЯЗАННЫЙ: Porsche Taycan Turbo S представлен с 750 л.с. и полностью электрической трансмиссией

2 Turbo Совместимость с обычными двигателями

Через wardsauto. ком

Турбокомпрессор несовместим с обычными бензиновыми двигателями, но его можно установить на свое место, если позволяет место. Также возможно с некоторыми изменениями. С турбодвигателями самое приятное то, что вы можете увеличить их выходную мощность без соответствующего увеличения веса.

СВЯЗАННЫЙ: Monster Drifter: 1000 HP Twin-Turbo VR38 Powered Infiniti Q60

1 Прогноз производства турбонагнетателей на 2020-2024 годы

Через википедию. org

К крупнейшим сегодня производителям турбомоторов относятся Borg Warner Inc, Mitsubishi Heavy Industries, Cummings Inc. и IHI Corporation. В то время как эти отрасли производят турбины всех категорий, прогнозы показывают рост спроса на двигатели с турбонаддувом с 2020 года в будущем. Частично это выполняется во исполнение федерального законодательства, которое требует строгого соблюдения выбросов углерода, даже когда производители конкурируют за топливосберегающие модули. Кроме того, надвигающийся скачок цен на нефть, ожидаемый после пандемии Covid-19, вызовет потребительский спрос на экономичные автомобили.

ДАЛЕЕ: 25 соблазнительных слухов о будущем маслкаров

Следующий 10 японских автомобилей, которые доминируют в соревнованиях в 2020 году

Об авторе Альфонс Канди (Опубликовано 23 статей)

Альфонс Канди — писатель, блогер и сезонный турист, который пишет с энтузиазмом. Написав для Seodawn Inc. и приобрел обширный опыт, чтобы стать выдающимся создателем контента, теперь он пишет для Hot Cars. Альфонсе наделен остроумным творческим умом; надежный человек и исключительное личное обслуживание. Помимо письма, Канди любит путешествовать по миру. Он разносторонняя личность, живущая с самоотдачей и изяществом.

Ещё от Alfonce Kandie

Турбокомпрессор vs.Нагнетатель: в чем разница?

Поскольку государственное законодательство и забота об окружающей среде приводят к переходу от энергоемких безнаддувных двигателей большого объема к более экономичным двигателям меньшего размера, автопроизводители все чаще используют турбокомпрессоры и нагнетатели, чтобы получить больше энергии из меньшего количества топлива. Оба устройства служат «заменой смещения», помогая втиснуть такое же количество воздуха, которое более крупный двигатель естественным образом вдохнет в меньший двигатель, чтобы они могли производить ту же мощность, когда ступня водителя ударяется об пол. Оказывается, кислород труднее попасть в двигатель, чем топливо. (Это также цель, которую системы закиси азота служат на рынке послепродажного обслуживания.) Давайте по-новому взглянем на относительные преимущества турбонаддува по сравнению с наддувом.

В чем разница между турбонагнетателем и нагнетателем?

«Нагнетатель» — это общий термин для воздушного компрессора, который используется для увеличения давления или плотности воздуха, входящего в двигатель, обеспечивая большее количество кислорода для сжигания топлива.Все самые ранние нагнетатели приводились в движение мощностью от коленчатого вала, обычно с помощью шестерни, ремня или цепи. Турбокомпрессор — это просто нагнетатель, который приводится в действие турбиной в потоке выхлопных газов. Первые из них, датируемые 1915 годом, назывались турбокомпрессорами и использовались в радиальных авиационных двигателях для увеличения их мощности в более разреженном воздухе, обнаруживаемом на больших высотах. Сначала это название было сокращено до турбокомпрессора, а затем до турбо.

Посмотреть все 5 фото

Что лучше: турбонагнетатель или нагнетатель?

Каждый из них может использоваться для увеличения мощности, экономии топлива или того и другого, и у каждого есть свои плюсы и минусы.Турбокомпрессоры используют часть «бесплатной» энергии, которая в противном случае полностью терялась бы в выхлопе. Привод турбины действительно увеличивает противодавление выхлопных газов, которое оказывает некоторую нагрузку на двигатель, но чистые потери имеют тенденцию быть меньше по сравнению с прямой механической нагрузкой, связанной с приводом нагнетателя (самые большие нагнетатели, приводящие в действие драгстер на верхнем топливе, потребляют 900 л.с. в двигателе мощностью 7500 лошадиных сил). Но нагнетатели могут обеспечить свой наддув почти мгновенно, тогда как турбокомпрессоры обычно страдают некоторой задержкой срабатывания, в то время как давление выхлопных газов, необходимое для вращения турбины, увеличивается. Очевидно, что драгстер с самым высоким уровнем топлива, пытающийся проехать квартал за четыре секунды, не имеет времени тратить время на ожидание повышения давления выхлопных газов, поэтому все они используют нагнетатели, в то время как автомобили, которым поручено повысить среднюю корпоративную экономию топлива (CAFE), не могут себе позволить. тратить драгоценную мощность на воздуходувки, поэтому они в основном используют турбины. Но с появлением мягкой гибридизации и 48-вольтовых электрических систем можно ожидать более широкого использования нагнетателей, приводимых в действие свободно рекуперированным электричеством, сохраняемым во время замедления и торможения.В новом шестицилиндровом двигателе Mercedes-Benz M256, который теперь устанавливается на такие автомобили, как CLS 450 и GLE 450, используется именно такая система, как и в новом Land Rover Defender с двигателем такого же размера и конфигурации с максимальным запасом хода.

Сколько мощности добавляет турбонагнетатель или нагнетатель?

Выше мы отметили, что количество кислорода, которым двигатель может «дышать», является ограничивающим фактором относительно того, какую мощность он может производить, потому что технология топливных форсунок более чем способна подавать столько топлива, сколько возможно сжечь. с количеством кислорода в баллоне.Безнаддувные двигатели, работающие на уровне моря, получают воздух под давлением 14,7 фунтов на квадратный дюйм, поэтому, если турбонагнетатель или нагнетатель добавляет к двигателю 7 фунтов на квадратный дюйм, то сами цилиндры получают примерно на 50 процентов больше воздуха и теоретически могут производить примерно на 50 процентов больше. мощность. Обычно так не получается. Сжатие всасываемого воздуха добавляет тепла, которое вместе с дополнительным давлением увеличивает вероятность повреждения двигателя перед детонацией или «звоном», поэтому время часто приходится несколько замедлять.Это может ограничить количество времени, в течение которого топливо должно полностью сгореть, и, следовательно, частично снижает выигрыш в мощности. Большинство современных двигателей с турбонаддувом и / или нагнетателем также включают промежуточные охладители, которые помогают удалить часть тепла, добавляемого турбонагнетателем или нагнетателем. В конце концов, обычно ожидается, что добавление на 50 процентов большего количества воздуха даст на 30-40 процентов больше мощности.

Просмотреть все 5 фото

Как турбины / нагнетатели экономят газ?

Когда они работают, турбины и нагнетатели в основном помогают сжигать на больше газа, но когда они прикреплены болтами к двигателю, который в противном случае был бы слишком мал, чтобы адекватно удовлетворить потребности транспортного средства с точки зрения ускорения или при буксировке, и Т. Д., они помогают экономить топливо во время круизов на малой мощности, которые составляют большую часть нашей поездки. Один из способов, которым это происходит, — это уменьшение насосных потерь, которые возникают, когда двигатель большого рабочего объема работает с дроссельной заслонкой пять процентов или меньше — он должен усердно работать, чтобы всасывать воздух мимо в основном закрытой дроссельной заслонки. Для того же количества мощности может потребоваться 20-процентное открытие дроссельной заслонки на меньшем двигателе, что приведет к меньшему количеству насосных работ. (Вот почему многие новые автомобили не создают достаточного вакуума для работы механических тормозов, дверей смешанного воздуха систем климат-контроля и т. Д., и либо оснащены вспомогательными вакуумными насосами, либо используют электрические элементы управления для этих элементов.)

Почему турбонагнетатели более популярны, чем нагнетатели в серийных автомобилях?

Турбины, как правило, превосходят компрессоры с кривошипно-шатунным приводом в критическом тесте экономии топлива FTP75, который определяет количество миль на галлон с наклейками на стекле и рейтинг CAFE корпорации, поэтому турбины можно найти на более распространенных транспортных средствах, начиная с 1,0-литрового Ford EcoSport за 21240 долларов турбо для любого из четырех двигателей с турбонаддувом в пикапе Ford F-150.Между тем, как показывает этот список всех автомобилей с наддувом, доступных в США, нагнетатели в основном устанавливаются на высокопроизводительные автомобили. Конечно, все Volvo, оснащенные 2,0-литровыми двигателями с двойным наддувом, такие как модели XC60 и XC90 T6 и T8, имеют как турбокомпрессор , так и нагнетатель. Эта конструкция использует сильные стороны каждого из них — наддув нагнетателя на низких оборотах обеспечивает давление до тех пор, пока большой турбонагнетатель не раскрутится, и в этот момент нагнетатель отсоединяется от коленчатого вала, чтобы не терять мощность.

Просмотреть все 5 фото

А как насчет Twin Turbos, Biturbos, Quad Turbos и Hot Vees?

Twin-turbo означает, что есть два турбокомпрессора. Они могут работать независимо (как это часто бывает в двигателях с V-образной конфигурацией, где отдельные турбины работают с каждой стороны двигателя) или последовательно. Когда они используются последовательно, малый и большой турбонагнетатели объединяются в пару, и в этом случае маленький турбонагнетатель быстро раскручивается, чтобы уменьшить турбо-задержку, а затем, когда поток выхлопных газов увеличивается, более крупный турбо начинает обеспечивать наддув.Обратите внимание, что некоторые называют первый битурбо (Mercedes обозначает многие из своих автомобилей AMG Biturbos), а второй — твин-турбо, но мы не делаем этого различия. Естественно, квад-турбо означает, что их четыре, как в Bugatti Chiron. В его большом двигателе W-16 используются две пары последовательных турбонагнетателей. В течение многих лет большинство V-образных двигателей с турбонаддувом свешивали турбины с выпускных коллекторов на внешней стороне двигателя, при этом всасываемый воздух поступал в долину V-образного сечения. В последнее время возникла тенденция к тому, чтобы обратить это вспять и подать всасываемый воздух на внешние стороны V-образного сечения, при этом выхлопная труба и турбины расположены внутри V-образного сечения.Это дает преимущество в значительном уменьшении габаритов двигателя и, при надлежащей вентиляции капота, может привести к более низким температурам под капотом.

Просмотреть все 5 фото

Какие бывают типы нагнетателя?

Из-за необходимости размещать турбокомпрессор рядом с выхлопом, его форм-фактор с самого начала был ориентирован на центробежный (турбинный) компрессор. Также доступны центробежные нагнетатели с ременным приводом, которые также довольно легко установить в модернизированных установках послепродажного обслуживания. Пакстон популяризировал эту установку, и ее дизайн теперь продается под названием Vortech (как показано выше). Одним из интересных вариантов этой концепции является центробежный нагнетатель с регулируемым передаточным числом, который включает в себя бесступенчатый привод шкива, установленный на обычном компрессоре. Заводские нагнетатели на V-образных двигателях обычно упаковываются в V-образной впадине и, следовательно, предпочитают более длинную, более низкую и более узкую упаковку. Из них тип Roots наиболее популярен среди заводских автомобилей с наддувом, к которым относятся новые Ford Mustang Shelby GT500 и Camaro ZL1.В этой установке два вала, вращающихся в противоположных направлениях, имеют выступы, которые направляют воздух вниз через валы — обычно воздух входит в верхнюю часть устройства и выходит из нижней части. Двухвинтовые нагнетатели Lysholm нагнетают воздух от одного конца нагнетателя к другому. Винтажный Ford GT начала 2000-х использовал этот тип, как и двигатель цикла Миллера Mazda Millenia.

Компрессор спирального типа G-Lader был одобрен Volkswagen в течение некоторого времени и предлагался на Corrado здесь, в США. Этот странный дизайн включает в себя пару переплетенных спиралей, которые связаны с большим трением и оказались проблематичными.Лопастной нагнетатель — это еще одна конструкция, которая мало использовалась в автомобильной промышленности с тех пор, как нагнетатели Powerplus устанавливались на некоторые автомобили MG в 1930-х годах. Это сложно объяснить без подробных иллюстраций и связано с большим трением. Последний тип, заслуживающий упоминания, — это нагнетатель волны давления, известный как система Comprex. Он имеет вращающийся цилиндр, разделенный на многочисленные камеры, открытые с обоих концов. Один конец выходит на выхлопной поток, другой — на впускной.Выхлопные импульсы подталкивают всасываемый воздух к стороне всасывания, прежде чем трубка снова герметизируется, отражая импульсную волну выхлопа обратно в сторону выхлопа. На обратном пути камера снова попадает в воздухозаборник, куда воздух врывается вслед за отступающей волной.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *