Турбокомпрессор: сердце системы наддува воздуха

12.07.2017
#Турбокомпрессор

Турбокомпрессор: сердце системы наддува воздуха

Для повышения мощности двигателей внутреннего сгорания широкое применение находят специальные агрегаты — турбокомпрессоры. О том, что такое турбокомпрессор, каких типов бывают эти агрегаты, как они устроены и на каких принципах основана их работа, а также об их обслуживании и ремонте читайте в статье.

Что такое турбокомпрессор?

Турбокомпрессор — основной компонент системы агрегатного наддува двигателей внутреннего сгорания, агрегат для повышения давления во впускном тракте двигателя за счет энергии отработавших газов.

Турбокомпрессор применяется для повышения мощности двигателя внутреннего сгорания без коренного вмешательства в его конструкцию. Данный агрегат повышает давление во впускном тракте двигателя, обеспечивая подачу в камеры сгорания увеличенного количества топливно-воздушной смеси. В этом случае сгорание происходит при более высокой температуре с образованием большего объема газов, что приводит к повышению давления на поршень и, как следствие, к росту крутящего момента и мощностных характеристик двигателя.

Применение турбокомпрессора позволяет увеличить мощность двигателя на 20-50% с минимальным увеличением его стоимости (а при более значительных доработках рост мощности может достигать 100-120%). Благодаря своей простоте, надежности и эффективности системы наддува на основе турбокомпрессоров находят самое широкое применение на всех типах транспортных средств с ДВС.

Типы и характеристики турбокомпрессоров

Сегодня существует большое разнообразие турбокомпрессоров, но их можно разделить на группы по назначению и применимости, типу используемой турбины и дополнительному функционалу.

По назначению турбокомпрессоры можно разделить на несколько типов:

• Для одноступенчатых систем наддува — один турбокомпрессор на двигатель, либо два и более агрегатов, работающих на несколько цилиндров;
• Для последовательных и последовательно-параллельных систем надува (различные варианты Twin Turbo) — два одинаковых или разных по характеристикам агрегата, работающих на общую группу цилиндров;
• Для двухступенчатых систем наддува — два турбокомпрессора с различными характеристиками, которые работают в паре (последовательно друг за другом) на одну группу цилиндров.

Наиболее широкое применение находят одноступенчатые системы наддува, построенные на основе одного турбокомпрессора. Однако такой системе может присутствовать два или четыре одинаковых агрегата — например, в V-образных двигателях используются отдельные турбокомпрессоры на каждый ряд цилиндров, в многоцилиндровых моторах (более 8) могут применяться четыре турбокомпрессора, каждый из которых работает на 2, 4 или более цилиндров. Меньшее распространение получили двухступенчатые системы наддува и различные вариации Twin-Turbo, в них используется два турбокомпрессора с различными характеристиками, которые могут работать только в паре.

По применимости турбокомпрессоры можно условно разделить на несколько групп:

• По типу двигателя — для бензиновых, дизельных и газовых силовых агрегатов;
• По объему и мощности двигателя — для силовых агрегатов малой, средней и большой мощности; для высокооборотистых двигателей, и т.д.

Турбокомпрессоры могут оснащаться турбиной одного из двух типов:

• Радиальной (радиально-осевой, центростремительной) — поток отработавших газов подается на периферию крыльчатки турбины, движется к ее центру и выводится в осевом направлении;
• Осевой — поток отработавших газов подается вдоль оси (к центру) крыльчатки турбины и выводится с ее периферии.

Сегодня применяются обе схемы, но на двигателях небольшого объема чаще можно встретить турбокомпрессоры с радиально-осевой турбиной, а на мощных силовых агрегатах предпочтение отдается осевым турбинам (хотя это и не является правилом). Независимо от типа турбины, все турбокомпрессоры оснащаются центробежным компрессором — в нем воздух подается к центру крыльчатки и отводится от ее периферии.

Современные турбокомпрессоры могут иметь различный функционал:

• Двойной вход — турбина имеет два входа, на каждый из них поступают отработавшие газы от одной группы цилиндров, такое решение снижает перепады давления в системе и улучшает стабильность наддува;
• Изменяемая геометрия — турбина имеет подвижные лопасти или скользящее кольцо, посредством которых можно изменять поток отработавших газов на рабочее колесо, это позволяет изменять характеристики турбокомпрессора в зависимости от режима работы двигателя.

Наконец, турбокомпрессоры отличаются основными эксплуатационными характеристиками и возможностями. Из основных характеристик этих агрегатов следует выделить:

• Степень повышения давления — отношение давления воздуха на выходе компрессора к давлению воздуха на входе, лежит в пределах 1,5-3;
• Подача компрессора (расход воздуха через компрессор) — масса воздуха, проходящая через компрессор за единицу времени (секунду), лежит в пределах 0,5-2 кг/с;
• Рабочий диапазон оборотов — лежит в пределах от нескольких сотен (для мощных тепловозных, промышленных и иных дизелей) до десятков тысяч (для современных форсированных двигателей) оборотов в секунду. Максимальная скорость ограничена прочностью рабочих колес турбины и компрессора, при слишком высокой скорости вращения за счет центробежных сил колесо может разрушиться. В современных турбокомпрессорах периферийные точки колес могут вращаться со скоростями 500-600 и более м/с, то есть — в 1,5-2 раза быстрее скорости звука, это и обуславливает возникновение характерного свиста турбины;
• Рабочая/максимальная температура отработавших газов на входе в турбину — лежит в пределах 650-700°С, в отдельных случаях достигает 1000°С;
• КПД турбины/компрессора — обычно составляет 0,7-0,8, в одном агрегате КПД турбины обычно меньше КПД компрессора.

Типовая схема системы агрегатного наддува воздуха ДВС

Также агрегаты отличаются размерами, типом монтажа, необходимостью применять вспомогательные компоненты и т.д.

Конструкция турбокомпрессора

В общем случае турбокомпрессор состоит из трех основных узлов:

1. Турбина;
2. Компрессор;
3. Корпус подшипников (центральный корпус).

Турбина — агрегат, преобразующий кинетическую энергию отработавших газов в механическую энергию (в крутящий момент колеса), которая обеспечивает работу компрессора. Компрессор — агрегат для нагнетания воздуха. Корпус подшипников связывает оба агрегата в единую конструкцию, а расположенный в нем вал ротора обеспечивает передачу крутящего момента от колеса турбины на колесо компрессора.

Разрез турбокомпрессора

Турбина и компрессор имеют схожую конструкцию. Основой каждого из этих агрегатов выступает корпус-улитка, в периферийной и центральной части которого расположены патрубки для соединения с системой наддува. У компрессора впускной патрубок всегда находится в центре, выпускной (нагнетательный) — на периферии. Такое же расположение патрубков у осевых турбин, у радиально-осевых турбин расположение патрубков обратное (на периферии — впускной, в центре — выпускной).

Внутри корпуса располагается колесо с лопатками специальной формы. Оба колеса — турбинное и компрессорное — удерживаются общим валом, который проходит через корпус подшипников. Колеса — цельнолитые или составные, форма лопаток турбинного колеса обеспечивает максимально эффективное использование энергии отработавших газов, форма лопаток компрессорного колеса обеспечивает максимальный центробежный эффект. В современных турбинах высокого класса могут использоваться составные колеса с керамическими лопатками, которые имеют низкую массу и обладают лучшими характеристиками. Размер колес турбокомпрессоров автомобильных двигателей — 50-180 мм, мощных тепловозных, промышленных и иных дизелей — 220-500 и более мм.

Оба корпуса монтируются на корпус подшипников с помощью болтов через уплотнения. Здесь располагаются подшипники скольжения (реже — подшипники качения специальной конструкции) и уплотнительные кольца. Также в центральном корпусе выполняются масляные каналы для смазки подшипников и вала, а в некоторых турбокомпрессорах и полости водяной рубашки охлаждения. При монтаже агрегат соединяется с системами смазки и охлаждения двигателя.

В конструкции турбокомпрессора могут быть предусмотрены и различные вспомогательные компоненты, в том числе детали системы рециркуляции отработавших газов, масляные клапаны, элементы для улучшения смазки деталей и их охлаждения, регулировочные клапаны и т.д.

Детали турбокомпрессора изготавливаются из специальных марок стали, для колеса турбины применяются жаропрочные стали. Материалы тщательно подбираются по коэффициенту температурного расширения, что обеспечивает надежность конструкции на различных режимах работы.

Турбокомпрессор включается в систему наддува воздуха, в которую также входят впускной и выпускной коллекторы, а в более сложных системах — интеркулер (радиатор охлаждения наддувного воздуха), различные клапаны, датчики, заслонки и трубопроводы.

Принцип работы турбокомпрессора

Принцип работы турбокомпрессора

Функционирование турбокомпрессора сводится к простым принципам. Турбина агрегата внедряется в выпускную систему двигателя, компрессор — во впускной тракт. Во время работы мотора выхлопные газы поступают в турбину, ударяются о лопатки колеса, отдавая ему часть своей кинетической энергии и заставляя ее вращаться. Крутящий момент от турбины посредством вала напрямую передается на колеса компрессора. При вращении колесо компрессора отбрасывает воздух на периферию, повышая его давление — этот воздух подается во впускной коллектор.

Одиночный турбокомпрессор имеет ряд недостатков, основной из которых — турбозадержка или турбояма. Колеса агрегата имеют массу и некоторую инерцию, поэтому не могут мгновенно раскручиваться при повышении оборотов силового агрегата. Поэтому при резком нажатии на педаль газа турбированный двигатель разгоняется не сразу — возникает короткая пауза, провал мощности. Решением этой проблемы служат специальные системы управления турбиной, турбокомпрессоры с изменяемой геометрией, последовательно-параллельные и двухступенчатые системы наддува, и другие.

Вопросы обслуживания и ремонта турбокомпрессоров

Турбокомпрессор нуждается в минимальном техническом обслуживании. Главное — вовремя производить замену масла и масляного фильтра двигателя. Если мотор еще может какое-то время работать на старом масле, то для турбокомпрессора оно может стать смертельно опасным — даже незначительное ухудшение качества смазочного материала на высоких нагрузках может привести к заклиниванию и разрушению агрегата. Также рекомендуется периодически очищать детали турбины от нагара, что требует ее разбора, однако эту работу следует выполнять только с применением специального инструмента и оборудования.

Неисправный турбокомпрессор в большинстве случаев проще заменить, чем ремонтировать. Для замены необходимо использовать агрегат того же типа и модели, что был установлен на двигателе ранее. Монтаж турбокомпрессора с иными характеристиками может нарушить работу силового агрегата. Подбор, монтаж и настройку агрегата лучше доверять специалистам — это гарантирует правильное выполнение работ и нормальную работу двигателя. При правильной замене турбокомпрессора двигатель снова обретет высокую мощность и сможет решать самые сложные задачи.

Другие статьи

#Планка генератора

Планка генератора: фиксация и регулировка генератора автомобиля

14.09.2022 | Статьи о запасных частях

В автомобилях, тракторах, автобусах и иной технике электрические генераторы монтируются к двигателю посредством кронштейна и натяжной планки, обеспечивающей регулировку натяжения ремня. О планках генератора, их существующих типах и конструкции, а также выборе и замене этих деталей — читайте в статье.

#Переходник для компрессора

Переходник для компрессора: надежные соединения пневмосистем

31.08. 2022 | Статьи о запасных частях

Даже простая пневматическая система содержит несколько соединительных деталей — фитингов, или переходников для компрессора. О том, что такое переходник для компрессора, каких типов он бывает, зачем необходим и как устроен, а также о верном подборе фитингов для той или иной системы — читайте в статье.

#Стойка стабилизатора Nissan

Стойка стабилизатора Nissan: основа поперечной устойчивости «японцев»

22.06.2022 | Статьи о запасных частях

Ходовая часть многих японских автомобилей Nissan оснащается стабилизатором поперечной устойчивости раздельного типа, соединенным с деталями подвески двумя отдельными стойками (тягами). Все о стойках стабилизатора Nissan, их типах и конструкции, а также о подборе и ремонте — читайте в данной статье.

#Ремень приводной клиновой

Ремень приводной клиновой: надежный привод агрегатов и оборудования

15.06.2022 | Статьи о запасных частях

Для привода агрегатов двигателя и в трансмиссиях различного оборудования широко применяются передачи на основе резиновых клиновых ремней. Все о приводных клиновых ремнях, их существующих типах, особенностях конструкции и характеристиках, а также о правильном выборе и замене ремней — читайте в статье.

Вернуться к списку статей

Турбокомпрессоры: устройство и особенности эксплуатации

• Главная
• Статьи
• Турбокомпрессоры: устройство и особенности эксплуатации

17.12.2019 г.

Чтобы в цилиндры нагнетался воздух, на двигатели внутреннего сгорания устанавливают специальный механизм – турбокомпрессор. Он запускается и работает за счет действия выхлопа (отработавших газов). Применение турбин позволяет без увеличения размеров мотора в несколько раз усилить его мощность.

Из чего состоит турбокомпрессор?

При выборе данного устройства стоит понимать, что цена турбины на КамАЗ и другие автомобили зависит от их конструкции, производителя и качества используемых материалов.

Корпус – основа любого механизма. Он защищает его внутренности от воздействия окружающей среды. Обычно выполняется из стали, которая способна выдерживать экстремально высокие температуры. Внешне представляет собой коробку в форме улитки, к которой по бокам прикреплены разнонаправленные патрубки.

Турбинное колесо – механизм-преобразователь. Он переводит энергию отработавших газов в крутящий момент, который приводит в действие вал. Обычно производится из железо-никелевого сплава, отличающегося жаропрочностью.

Компрессорное колесо нагнетает воздух в цилиндры двигателя и увеличивает его мощность. Чтобы снизить энергопотери, данный элемент часто изготавливается из алюминия. Он работает во взаимодействии с турбинным колесом.

Ось (или вал) соединяет турбинное и компрессорное колеса.

Шарикоподшипники используются для крепления вала (оси) в корпусе турбокомпрессора. Обычно их количество варьируется от одного до двух.

Перепускной клапан управляет потоком выхлопных газов. Это позволяет регулировать мощность наддува. В клапане есть пневматический привод, который регулирует его работу.

В чем особенности использования турбин?

Турбокомпрессор, в отличие от механического нагнетателя, работает на энергии отработавших газов, а не от привода коленвала. Это означает, что мощность двигателя не уменьшается. Более того, она увеличивается, а расход топлива при этом остается прежним.

Существуют турбины для дизельных и бензиновых двигателей. Они отличаются конструкцией и режимом работы. Устройства первого вида могут изготавливаться из менее жаропрочных материалов, потому что температура отработавших газов в дизелях обычно начинается от 700 ̊С, в то время как в бензиновых двигателях этот показатель равен 1000 ̊С. Это означает, что турбину для дизельного мотора нельзя устанавливать на бензиновый двигатель.

Рекомендуемые товары

Что такое турбокомпрессор и как он работает?

Блог

22 сентября 2016 г.

Турбокомпрессор представляет собой устройство, установленное на двигателе транспортного средства и предназначенное для повышения общей эффективности и повышения производительности. Именно по этой причине многие автопроизводители выбирают турбонаддув для своих автомобилей. Новые Chevrolet Trax и Equinox предлагаются с двигателями с турбонаддувом, и со временем ими будет оснащаться все больше и больше автомобилей.

Хотите знать, что такое нагнетатель? Перейдите по этой ссылке

Как это работает?

Турбина состоит из двух половин, соединенных валом. С одной стороны, горячие выхлопные газы вращают турбину, соединенную с другой турбиной, которая всасывает воздух и сжимает его в двигателе. Это сжатие дает двигателю дополнительную мощность и эффективность, потому что чем больше воздуха может попасть в камеру сгорания, тем больше топлива можно добавить для большей мощности.

Преимущества

В дополнение к дополнительной мощности, турбокомпрессоры иногда называют устройствами, которые предлагают «бесплатную мощность», потому что, в отличие от нагнетателя, для его привода не требуется мощность двигателя. Горячие и расширяющиеся газы, выходящие из двигателя, приводят в действие турбонагнетатель, поэтому полезная мощность двигателя не расходуется. Двигатели с турбонаддувом также не подвержены такому воздействию, как двигатели без наддува, когда они работают на больших высотах. Чем выше на высоту поднимается безнаддувный двигатель, тем труднее ему становится получать кислород из-за разрежения атмосферы. Турбокомпрессор решает эту проблему, потому что он нагнетает кислород в камеру сгорания двигателя, иногда под давлением, в два раза превышающим атмосферное.

Турбокомпрессоры также улучшают топливную экономичность автомобиля, однако существует неправильное представление о транспортных средствах с турбонаддувом и топливной экономичности. Взятие безнаддувного двигателя и установка на него турбокомпрессора не улучшит эффективность использования топлива. Способ, которым производители улучшают эффективность использования топлива с помощью турбонаддува, заключается в уменьшении размера двигателя, а затем в его турбонаддуве. Например, возьмите 2,5-литровый рядный 4-цилиндровый безнаддувный двигатель и уменьшите рабочий объем до 1,4 л, а затем установите на него турбокомпрессор. Двигатель меньшего размера с турбонаддувом по-прежнему будет иметь те же характеристики (или немного лучше), но из-за меньшего рабочего объема он также будет потреблять меньше топлива.

Похожие статьи

• Зависит ли североамериканский рынок электромобилей от литиевого рудника в Квебеке?

• GM Canada модернизирует сборочный завод CAMI

• Получите Chevrolet Camaro Z/28 1969 года выпуска всего за $209,99… из набора Lego

• Новые автомобили Chevrolet и GMC теперь оснащены автомобильной информационно-развлекательной системой Android

• Советы по предотвращению кражи топлива из вашего автомобиля

• Как сделать ваш автомобиль более экономичным

• Что такое нагнетатель и как он работает?

• Лучшие автомобили GM «Снова в школу»

• Как ухаживать за шинами вашего автомобиля

• Различные типы трансмиссий в автомобилях GM

Недостатки

Турбокомпрессоры имеют 2 основных недостатка по сравнению с двигателем без наддува или наддувом. Во-первых, это тепло. Поскольку турбина работает на горячих выхлопных газах, она очень сильно нагревается. Иногда при определенных режимах работы двигателя сам турбокомпрессор мог начать светиться красным, но, конечно, этого не происходит в повседневных условиях вождения; это происходит, когда двигатель постоянно работает на пределе своих возможностей. Вот почему вы видите некоторые спортивные автомобили с турбонаддувом с вентиляционными отверстиями в капоте или сбоку, чтобы попытаться заставить воздух проходить через моторный отсек и сохранять прохладу.

Другим большим недостатком турбокомпрессора является так называемая турбозадержка. При определенных условиях, всякий раз, когда вы нажимаете на педаль газа, возникает задержка между моментом, когда вы требуете мощности от двигателя, и моментом, когда вы действительно начинаете ее ощущать. Это турбо лаг. Когда скорость двигателя низкая, через турбокомпрессор проходит не так много выхлопных газов, поэтому, когда вы требуете мощности от двигателя, турбине турбокомпрессора нужно время, чтобы начать вращаться с оптимальной скоростью. Последствия этого можно уменьшить, переключившись на более низкую передачу, но опытные водители все еще могут иногда замечать задержку отклика.

Так что, когда в следующий раз будете в выставочном зале GM, не упускайте из виду автомобили с турбонаддувом. Они предлагают ту же или большую мощность, что и V6, а иногда даже аналоги V8, и обычно имеют лучшую экономию топлива из-за двигателя меньшего рабочего объема и меньшего веса.

Eagle Ridge GM – Кокитлам, Британская Колумбия

Facebook | Твиттер | Линкедин | Инстаграм | Ютуб

Предыдущий пост Следующий пост

Турбокомпрессор: определение, функции, детали, типы, работа

Слышали ли вы о высокомощном входном устройстве в двигателе внутреннего сгорания, ну секрет турбокомпрессор . Он также известен как турбодвигатель , который был изобретен в начале двадцатого века швейцарским инженером Альфредом Бучи. Он представил прототип для увеличения мощности дизельных двигателей.

Сегодня турбонаддув стал стандартным устройством для большинства бензиновых и дизельных двигателей. Все еще продолжаются исследования способов улучшения конструкции турбокомпрессоров для повышения производительности при снижении производственных затрат. Даже несмотря на то, что напряжения, вызванные вибрацией, и работа подшипников являются основными факторами отказа. По этой причине ротодинамический анализ должен быть важной частью процесса проектирования турбокомпрессора, ну, может быть!

В автомобильном двигателе мощность вырабатывается в камере сгорания при всасывании топливно-воздушной смеси, верно! После сжатия смесь выбрасывается в виде выхлопных газов, которые становятся отходами и даже загрязняют атмосферу. Но вместо того, чтобы выхлопные газы были бесполезны, турбокомпрессор использует их, чтобы двигатель работал быстрее. Позволь мне объяснить.

Читать Все, что вам нужно знать об автомобильном поршне

Сегодня мы рассмотрим определение, функции, применение, детали, историю, схему, типы, принцип работы, а также преимущества и недостатки турбокомпрессора. Эта статья широка, поэтому я призываю вас прочитать ее, чтобы получить знания.

Содержание

• 1 Определение турбогнаржера
• 2 ИСТОРИЯ
• 3 Функции турбогрессоров
• 4 Применение турбохаджера
  • 4.1. :
  • 6.2 Twin Turbo:
  • 6.3 Twin-Scroll Turbo:
  • 6.4 Турбокомпрессор с изменяемой геометрией (VGT):
  • 6.5 Турбокомпрессор с изменяемой геометрией Twin-Scroll:
  • 6.6 Электрические турбокомпрессоры:
• 7 Принцип работы
  • 7.1, откуда приходит дополнительная мощность и сколько вы можете получить
• 8 Преимущества и недостатки Turbochargers
  • 8.1. 8.3 Пожалуйста, поделитесь!

Турбокомпрессор Определение

Турбокомпрессор представляет собой приводное от турбины устройство, повышающее эффективность и выходную мощность двигателей внутреннего сгорания за счет подачи дополнительного сжатого воздуха в камеру сгорания. Эта индукция горячего воздуха, кажется, работает, потому что компрессор может нагнетать больше воздуха и пропорционально больше топлива в камеру сгорания, чем при нормальном атмосферном давлении.

Турбокомпрессор — это устройство, устанавливаемое на двигатель транспортного средства для повышения общей эффективности и повышения производительности двигателя. турбокомпрессоры первоначально были известны как турбонагнетатели , так как все устройства принудительной индукции классифицируются как нагнетатели. Нагнетатель — это термин, обозначающий устройство принудительной индукции с механическим приводом.

Разница между турбокомпрессором и обычным нагнетателем заключается в том, что турбокомпрессор приводится в действие турбиной, приводимой в движение выхлопными газами двигателя. Принимая во внимание, что нагнетатель механически приводится в действие коленчатым валом двигателя, часто связанным с ремнем. Однако турбонагнетатели более эффективны, но менее отзывчивы. Термин Twin-charger относится к двигателю с турбонагнетателем и нагнетателем.

Читать Что нужно знать о шатуне

История

Краткая история турбокомпрессоров, заслуга основателя Альфреда Дж. Бучи (1879–1932), который работал в автомобильной мастерской компании Gebruder Sulzer Engine Company Винтертур, Швейцария. Проект был разработан за год до первой мировой войны и был запатентован в Германии в 1905 году. Он продолжал совершенствовать проект до самой своей смерти спустя четыре десятилетия.

Некоторые другие инженеры также заслуживают похвалы за проект турбокомпрессора. Несколькими годами ранее сэр Дугальд Кларк (1854–1932) был шотландским изобретателем двухтактного двигателя. он экспериментировал с разделением стадий сжатия и расширения внутреннего сгорания с помощью двух отдельных цилиндров.

Его эксперимент работал как наддув, увеличивая потоки воздуха в цилиндры и количество топлива, которое можно было сжечь. Другие инженеры, такие как Луи Рено, Готлиб Даймлер и Ли Чедвик, также принимают участие в разработке систем наддува.

Функции турбокомпрессора

Основной функцией турбокомпрессора является повышение эффективности работы автомобильного двигателя. ниже приведены причины, по которым турбо всегда будет существовать, несмотря на некоторые его ограничения.

• Дополнительная мощность обеспечивается без увеличения мощности двигателя.
• Увеличить скорость работы двигателя без увеличения скорости сжигания топлива.
• Используйте оксид углерода II (выхлопной газ) вместо того, чтобы вызывать загрязнение.

Применение турбокомпрессора

Турбокомпрессор обычно используется в автомобильных двигателях, таких как грузовики, автомобили, поезда, самолеты и строительная техника. современные версии двигателей внутреннего сгорания с циклом Отто и дизельным двигателем оснащены турбонагнетателями.

Позвольте углубиться, чтобы объяснить некоторые области применения турбокомпрессоров:

Автомобили с бензиновыми и дизельными двигателями: Как упоминалось ранее, автомобили с турбонаддувом распространены среди автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями для увеличения их выходной мощности при заданной мощности. Это также повышает эффективность использования топлива, позволяя использовать двигатель меньшего объема. Эти двигатели потеряли в весе около 10% и экономят до 30% расхода топлива, сохраняя при этом ту же пиковую мощность.

Первым легковым автомобилем с турбонаддувом стал вариант Oldsmobile Jetfire. Он использует компонент до 215 у.е. во всех алюминиевых двигателях V8 и в продуктах Chevrolet, называемых Corvairs. Первоначально он назывался Monza Spyder с охлаждаемым оппозитным шестицилиндровым двигателем.

Автомобили с дизельным двигателем во многом полагаются на турбокомпрессор, так как он повышает эффективность, управляемость и производительность дизельных двигателей. Выпускается на базе легкового автомобиля Mercedes с турбонаддувом Garrett, представленного в 1978 году.

Грузовиков: С той же целью дизельные двигатели грузовиков оснащены турбонаддувом с 1938 года.

Самолет: В течение года эффект турбокомпрессора также повышает эффективность самолетов.

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Мотоциклы: Большинство японских компаний производили высокопроизводительные мотоциклы с турбонаддувом с начала 1980-х годов. Хотя мотоциклов с турбонаддувом мало, это из-за обилия большего рабочего объема. Доступен безнаддувный двигатель, который предлагает преимущества крутящего момента и мощности двигателя меньшего объема с турбонагнетателем, но обеспечивает более линейные характеристики мощности.

Читать: Компоненты двигателя внутреннего сгорания

Детали турбокомпрессоров

Ниже приведены основные части турбокомпрессора и их функции:

• Картриджи (полностью собранные и сбалансированные сердечники турбокомпрессора)
• Вакуумные приводы и пневматические приводы
• Электронные приводы (электрические сервоприводы)
• Корпуса компрессоров (корпуса холодной секции/детали турбокомпрессора)
• Ремкомплекты турбокомпрессора (комплекты/комплекты ЗИП для оперативного мелкого ремонта)
• Колеса компрессора (колеса компрессора турбокомпрессора)
• Вал и колеса (валы турбокомпрессора с турбинным колесом, роторы турбин)
• Корпуса сопловых колец (корпуса элементов управления геометрией ВНТ)
• Корпуса подшипников (корпуса картриджей, корпусы турбогенераторов)
• Защитные пластины (плита сердечников турбокомпрессора со стороны компрессора)
• Кольца форсунок ВНТ (кольца с форсунками для турбокомпрессоров ВНТ, узлов контроля геометрии ВНТ)
• Тепловые экраны (тепловые экраны ядра турбокомпрессора)
• Комплекты прокладок (комплекты/комплекты прокладок турбокомпрессора)
• Датчики исполнительных механизмов (датчики давления, датчики положения
• Прокладки ВНТ (внутренние прокладки для турбокомпрессоров ВНТ)
• Корпуса турбин (корпуса горячей секции/детали турбокомпрессора)
• Электронные детали привода (электродвигатели, валы, шестерни сервоприводов турбокомпрессоров)

Типы турбокомпрессоров

Ниже приведены различные типы существующих турбокомпрессоров:

Одинарный турбокомпрессор:

Одинарный турбокомпрессор — это самый простой, наиболее распространенный и дешевый тип турбокомпрессора из существующих. Он имеет безграничную вариативность и, будучи меньшим турбонаддувом, обеспечивает лучшее рычание на низких оборотах, поскольку они раскручиваются быстрее. Одинарная турбина имеет шарикоподшипник и подшипник скольжения, которые обеспечивают меньшее трение для вращения компрессора и турбины.

Преимущества одиночных турбонагнетателей заключаются в том, что двигатели меньшего размера также могут быть оснащены турбокомпрессором, также учитывается экономичность, простота и простота установки. Это также увеличивает КПД двигателя.

Некоторые ограничения все еще имеют место, несмотря на его преимущества, в том числе; имеет довольно узкий эффективный диапазон оборотов. Одиночные турбины делают выбор размера проблемой, поскольку приходится выбирать между большей мощностью на высоких оборотах или хорошим крутящим моментом на низких оборотах. Наконец, отклик может быть медленным по сравнению с другими типами турбо.

Двойной турбонаддув:

Двойной турбонаддув — еще один вариант, который позволяет использовать один турбонагнетатель для каждого ряда цилиндров (v8, v12 и т. д.). В качестве альтернативы можно использовать один турбокомпрессор для низких оборотов и байпас на более крупный турбокомпрессор для высоких оборотов. Две турбины одинакового размера, одна из которых используется при низких оборотах, а обе — при более высоких (14, 16). BMW x5 M и x6 M используют турбины с двойной спиралью, по одной с каждой стороны v8.

Преимущество двойного турбонаддува, когда он последовательный или турбо на низких оборотах и ​​оба на высоких оборотах. Это обеспечивает более широкую и плоскую кривую крутящего момента, лучший крутящий момент на низких оборотах, но мощность не будет уменьшаться на высоких оборотах, как одиночная турбина. Ограничения этих турбокомпрессоров включают стоимость и сложность, поскольку количество компонентов почти удваивается. И есть другие альтернативы для достижения аналогичного результата, которые легче.

Читать: Разница между бензиновым и дизельным двигателем

Twin-Scroll Turbo:

Турбокомпрессоры с двойной спиралью почти во всех отношениях лучше, чем турбины с одной спиралью, потому что при использовании двух спиралей импульсы выхлопных газов разделяются. Например, в четырехцилиндровых двигателях с порядком работы 1 3 4 2 цилиндры 1 и 4 могут питаться от одной спирали турбокомпрессора. Тогда как цилиндры 2 и 3 питаются от отдельной спирали. Назначение этих типов турбокомпрессора состоит в том, что в цилиндре имеется перекрытие. Допустим, цилиндр заканчивает свой рабочий ход, когда поршень достигает нижней мертвой точки, и выпускной клапан открывается. За это время второй цилиндр завершает такт выпуска, закрывая клапан и открывая впускной клапан.

Традиционный турбоколлектор с одной спиралью совсем другой, давление выхлопа из первого цилиндра будет мешать втягиванию свежего воздуха из второго цилиндра из-за того, что оба выпускных клапана временно открыты. Это снижает давление, достигаемое турбокомпрессором, и влияет на количество воздуха, всасываемого вторым цилиндром.

Преимущества турбокомпрессора заключаются в том, что на выхлопную турбину передается больше энергии, и достигается более широкий диапазон оборотов эффективного наддува. Это связано с разным дизайном прокрутки. По сути, имеется большее перекрытие клапанов, не препятствующее очистке выхлопных газов, что приводит к большей гибкости настройки.

Ограничения заключаются в том, что стоимость и сложность выше по сравнению с одинарными турбинами, и для этого требуется особая компоновка двигателя и конструкция выхлопа.

Турбокомпрессор с изменяемой геометрией (VGT):

Типы турбонагнетателя с изменяемой геометрией широко распространены на дизельных двигателях, и их производство ограничено. Это связано с его стоимостью и экзотическими требованиями к материалам. Внутренние лопасти внутри турбонагнетателя изменяют отношение площади к радиусу A/R в соответствии с частотой вращения. То есть при низких оборотах низкое отношение A/R используется для увеличения скорости выхлопных газов и быстрого запуска турбонагнетателя. Если обороты растут, соотношение A/R увеличивается, чтобы увеличить поток воздуха, что приводит к низкой турбо-задержке. Это также приводит к низкому порогу наддува и широкому и плавному диапазону крутящего момента.

Преимущество этого типа турбонаддува заключается в том, что создается широкая и плоская кривая крутящего момента. Который эффективен в очень широком диапазоне оборотов. Для этого требуется одиночный турбонаддув, что упрощает установку последовательного турбонаддува в нечто более компактное. Его ограничения заключаются в том, что он используется только в дизельных двигателях, где выхлопные газы ниже, поэтому лопасти не будут разрушены головкой. При использовании турбонаддува на бензиновом двигателе будут использоваться дорогостоящие экзотические металлы для сохранения надежности.

Турбокомпрессор с регулируемой спиралью Twin Scroll:

Турбина с регулируемой двойной спиралью значительно дешевле, чем VGT, что делает ее предпочтительным выбором для бензиновых двигателей с турбонаддувом. Он сочетает в себе VGT с установкой с двойной спиралью, таким образом, при низкой частоте вращения одна из спиральных витков полностью закрывается, нагнетая весь воздух в другую. По мере увеличения оборотов двигателя клапан открывается, пропуская воздух в другую спираль, и достигается хорошая производительность высокого класса.

Преимущества турбокомпрессора заключаются в том, что он обеспечивает широкую и пологую кривую крутящего момента и имеет более прочную конструкцию, чем VGT. Стоимость и сложность также являются его ограничениями, а технология раньше была нежелательной.

Электрические турбонагнетатели:

Использование электродвигателя в турбонагнетателе улучшает его характеристики и обеспечивает мгновенную форсировку двигателя. Легко создается крутящий момент на низких оборотах, устраняется запаздывание. Этот турбокомпрессор просто лучший из всех, возможно, новая версия сможет его сбить.

Его преимущества заключаются в том, что создается более широкий эффективный диапазон оборотов с равномерным крутящим моментом. Потраченная энергия восстанавливается, поскольку электродвигатель подключается непосредственно к выхлопной турбине. И, как упоминалось ранее, турбо-задержку и недостаточное количество выхлопных газов можно практически устранить, вращая компрессор с помощью электроэнергии, когда это необходимо.

Сложность и стоимость являются одним из недостатков турбокомпрессора, так как теперь учитывается электродвигатель. Упаковка и вес также являются проблемой, особенно с добавлением встроенной батареи, которая при необходимости обеспечивает достаточную мощность для турбонаддува. Аналогичные преимущества можно получить и от других типов, таких как VGT или Twin-Scrolls.

Принцип работы

Имея базовые знания о том, как работает реактивный двигатель, разобраться в автомобилях с турбокомпрессором будет намного проще. Поясню, реактивный двигатель всасывает свежий воздух спереди и использует его в камере для смешивания и сжигания с топливом. Затем он выпускает горячий воздух через спину. Горячий рев проносится мимо турбины, сделанной из компактного металлического ветряка, который приводит в действие компрессор (воздушный насос) в передней части двигателя. двигатель использует его для подачи воздуха в двигатель, чтобы топливо сгорало должным образом.

Аналогичный процесс применяется к турбонагнетателю поршневого двигателя автомобиля. выхлопные газы используются для привода турбины, которая вращает воздушный компрессор, нагнетающий дополнительный воздух в цилиндры. Это приводит к тому, что за секунду сжигается больше топлива, поэтому автомобиль с турбонаддувом может производить больше энергии. Это больше энергии в секунду.

Турбокомпрессоры состоят из двух половин, соединенных между собой валом. В одном из них находится турбина, которая вращается за счет горячих выхлопных газов, в другом также находится турбина, которая всасывает воздух и сжимает его в двигателе. Это сжатие обеспечивает дополнительную мощность и эффективность двигателя. Чем больше воздуха поступает в камеру сгорания, тем больше топлива добавляется, что дает дополнительную мощность.

Обратите внимание, что сжатый воздух горячий, менее плотный и поднимается над радиаторами. Этот горячий воздух менее эффективен для сжигания топлива. Из-за этого воздух, поступающий от компрессора, перед поступлением в цилиндры нуждается в охлаждении. Вот почему горячий воздух от компрессора проходит через теплообменник, который отводит лишнее тепло, прежде чем он попадет в камеру сгорания.

Читать: Классификация двигателей внутреннего сгорания

Откуда берется дополнительная мощность и сколько можно получить

Большинство людей думают, что газотурбинный двигатель обеспечивает дополнительную мощность за счет выхлопных газов, но это не так. Выхлопной газ используется для привода компрессора, который подает воздух в камеру сгорания, позволяя двигателю каждую секунду сжигать больше топлива. Дополнительная мощность получается за счет дополнительного топлива, которое сжигается с большей скоростью.

Величина дополнительной мощности, которую дает турбонагнетатель, определяется размером компонентов. Турбокомпрессоры могут быть улучшены, чтобы сделать двигатель более мощным, в зависимости от желаемой мощности. Но есть предел совершенствованию. Цилиндры настолько велики, что они могут получить много воздуха и топлива для смешивания.

Преимущества и недостатки турбокомпрессоров

Преимущества:

Ниже перечислены преимущества турбокомпрессоров:

• Дополнительная мощность двигателя.
• Свободная мощность передается двигателю за счет отработанных выхлопных газов. для его привода не требуется мощность двигателя.
• Используется как в дизельных, так и в бензиновых двигателях.
• Повышение топливной экономичности двигателей.

Недостатки:

Несмотря на преимущества турбонагнетателей, все же существуют два основных ограничения. Ниже приведены недостатки турбонагнетателя:

Одна из больших проблем с турбокомпрессором известна как турбозадержка. Это произошло, когда дроссельная заслонка нажата, двигателю требуется время, чтобы разогнаться. То есть турбонагнетателям нужно время, чтобы отразить обороты двигателя.